专利名称：具有驱动装置的车轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在车轮中具有电子驱动装置的车轮以及一种用于调整至少装在一部车辆上的两个这种车轮的转数的方法。
根据文献，在车轮中具有电子驱动装置的车轮是公知的。尤其在车轮中装有电动机的车轮是公知的。例如这种车轮的示例可以在DE-A-2719736、DE-A-4404889、FR-A-2561593、US-A-4585085和WO-A-95/16300中得知。
当不止一个驱动车轮用于一部车辆时，在所公知的车轮中出现的问题之一是车轮之间的协调。
在所公知的具有驱动装置的车轮中出现的另一个问题是控制装置是必需的。这种控制装置被安装在车辆的车轮外部，这就使得电子驱动车辆的建造变成一项复杂的工作。WO-A-95/16300试图在车轮内通过安装电子装置的一部分解决这个问题。但是在一部车辆上使用几个这种驱动车轮是不可能的。
本发明的一个目的是提供一种高功效的电动车轮。
本发明的另一个目的是提供一种容易安装的车轮。
另外一个目的是开发一种提供自由设计车辆的车轮。
再一个目的是容易置换和拆卸的车轮。
又一个目的是提供一种具有驱动装置的车轮，和所述车轮其他相似的车轮配合能够被使用在一部车辆上。
通过根据本发明的车轮，所述的问题至少部分被解决，并且至少一部分优点得以实现。
为此，本发明涉及一种在车轮中具有电子驱动装置，控制、测量和操作装置的车轮，用以在车轮中操作电子驱动装置和数据通信装置。
另外，本发明涉及一种用于在车轮中调整至少两个具有电动机的车轮的转数的方法；同时在车轮中还具有控制、测量和操作装置，用以在车轮中操作电子驱动装置和数据通信装置，其中，物理上独立的控制系统控制电动机的每一个绕组中的电流强度，在一个车轮中的控制系统通过操作系统操作，测量系统将有关磁场强度信息提供给控制系统并将转子和定子的相互位置提供给操作系统，同时几个车轮的操作系统借助于数据通信装置通过中央处理单元相互通信。
由于根据本发明的车轮，实现高效的、安装简单的并且被结合到车辆中的驱动装置。
由于根据本发明该方法，可以在一部车辆上使用具有电子驱动的几个车轮。
车轮最好包含轮辋，其在内侧同轴地装有带有永久磁铁的转子并且该转子和轮辋与中轴相连；和具有绕组的同轴定子，该定子位于中轴和转子之间并与车辆相连。以这样的方式车轮被装有一个电动机。因此，车轮的简单的驱动是可能的。此外，不需要任何传输，尤其是不需要减速传输，其易于发生大功率损耗。
更具体地说，定子至少被分成两组电气和结构独立的绕组，并且每一组至少包含两个绕组，每个绕组具有它们自己的控制和测量系统，所述控制和测量系统也由位于车轮内部的操作系统控制。因此驱动系统被建立，其被结合到车轮中，其中驱动系统是非常耐用的，并对故障不很敏感。
根据本发明车轮还最好包含与其他的相似的车轮的控制、测量和操作系统互换数据的装置。因此可以使几个根据本发明的车轮连接在同一部车辆，因此车辆的大功率推进可以被实现。为了使数据通信对故障不太敏感，用于将数据交换到外部的装置最好是光学通信装置。
为了使根据本发明的一些车轮或是一个车轮与车轮外部的其他设备通信，测量、车轮的控制和操作系统通过车轮外部的中央处理单元通信。例如，这样一部车辆的几个车轮就能够相互通信。
为了更进一步降低对车轮故障的敏感性，控制系统包含用于分别地控制流过每一个绕组的电流强度的装置。在这种情况下绕组也表示为线圈。当电流流过线圈或绕组时，形成磁场。
绕组的控制系统与操作系统相连。所述的操作系统层级大于控制系统并指令每一个控制系统设定并保持一定的电流强度。
根据本发明的车轮还装有测量系统，其中测量系统包含用于测量转数和相对于定子的转子的角度位置的编码器以及用于测量流过绕组的每一个的电流的电流测量装置。因此流过每一个绕组的电流能够被准确地设定和校准。另外，操作系统能够良好控制绕组并为了电子驱动的最佳操作而设置每一个绕组的相位。此外，测量系统装有用于测量机械力矩的装置，最好借助于能够测量准确到毫微米的材料应变的应变仪。如专家所公知的，用于测量应变或转矩的这种装置通常金属变形。比较机械产生的力矩和调节发动机功率使人们对车轮的状态有所了解。
为了有一个良好的工作情况，最好编码器与操作系统相连接并且控制系统与电流测量装置相连接。因此，不容易出现故障的模块统被建立。
操作系统通过数据通信装置与车轮外部的中央处理单元相连接。因此，在车辆中与其它系统配合是可能的。
为了冷却驱动装置以防大量的热量产生，车轮被装有冷却装置，并且同样也希望带有有效的冷却装置，例如风扇。此外，车轮可以装有水冷却的装置。
为了尽可能在一部车辆中提供根据本发明的几个车轮的合作，车轮中的操作系统最好带有“主导装置”设置和“从动装置”设置，其中通过通信装置中央处理单元能够使操作系统从“主导装置”设置切换到“从动装置”设置并且反之亦然。例如当转弯时或功率要求或是几个车轮的速度将不同。为了相互配合，从“主导装置”设置到“从动装置”设置或从“从动装置”设置到“主导装置”设置的切换或受功率要求值的影响或是受车轮速度的影响。这里最好需要最低功率的车轮即将具有最高转速的车轮设置为“主导装置”。
在根据本发明的方法中最好中央处理单元使需要最低功率的车轮的操作系统用作“主导装置”，而分别使另一个车轮或其他车轮的操作系统用作所谓“从动装置”，其中每次需要最低功率的车轮的操作系统充当“主导装置”，而其他车轮的操作系统充当“从动装置”。因此驱动系统易于执行和控制。
为了在驱动期间预先考虑未来的情况，当使用车轮的操作系统时，中央处理单元最好包含车轮支柱有关角度位置的数据。
本发明还涉及一种至少两个根据本发明的车轮的组装装置，车轮通过数据通信装置与公共的中央数据处理单元相连接。
本发明还涉及在车中带有电动机的车辆，其中电动机是大于8极，3或更高的相位的直流同步发电机。
此外，本发明涉及一种具有将安装在可旋转的轴的壳的车轮，在外部具有带有轮胎的轮辋，同时在内部装有永久磁铁，并且将可安装在车辆上的壳旋转地与轴相连接，具有控制、测量和操作装置以及用于产生磁场的电子装置。由于这样一种结构，车轮易于置换并能够以模块的方式被安装。此外机械制动装置系统作为附加的安全装置易于在轴上安装。
另外，本发明涉及一种车轮，在车轮中具有电子驱动装置，测量机械地提供力矩的装置，用于通过测量电调节功率测量力矩的装置以及用于比较机械地提供力矩和测量电功率的装置。因此可以在车轮中确定过早的损耗和故障，甚至在实际的故障发生之前。甚至在一定的距离内通过通信装置(未来)故障可能产生并可能被补救。
本发明又涉及一种在车轮中具有电子驱动装置的车轮，其至少具有两个电分离电动机绕组、至少两个电分离电源模块和至少两个用于电源模块的电分离操作部件。
此外，本发明涉及一种具有用于把车轮支柱安装在车辆其他部分的车辆连接装置；和用于将车轮装在车轮支柱上的车轮连接装置，其中车轮连接装置相对于车辆连接装置可绕纵轴旋转；并且其中车轮支柱具有用于旋转车轮连接装置的驱动装置。
因此，这样一种车轮支柱易于在车辆上安装，并且用于车辆的这样一种转向装置的其它装置和用于车轮的驱动装置能够容易地被耦合。
车辆连接装置和车轮连接装置最好沿纵轴通过连接装置被相互弹簧安装。
连接装置最好包含花键轴，其一侧具有花键，同时在另一侧具有用于旋转花键轴的驱动装置，并且带有花键壳，其中花键轴被定位并且在花键壳底部装有用于车轮轴的安装装置和用于车轮的连接装置，并且其中车辆连接装置通过具有将套筒连接到车辆的装置的套筒构成，其中带有花键轴的花键壳至少部分装在套筒中，其中花键壳和套筒通过弹簧装置被相互弹簧安装，并且驱动装置与套筒相连。
以此方式实现的该装置简单、耐用，并且可以被很好地结合到现有车辆和生产方法中。
为了安装车轮，花键壳被具有一个位于基本上与花键壳垂直的位置的轴的安装套筒。因此可以稳定地和安全地安装车轮。
另外，车轮支柱包含用于缓冲相对于车辆连接装置车轮连接装置的垂直运动的弹簧装置。
车轮支柱最好装有用于与驱动装置通信的装置。
车轮支柱最好装有用于与根据本发明的上述第一方面的车轮的操作装置通信的装置。通过中央处理单元，车轮支柱的驱动装置最好与根据本发明的车轮的操作装置通信。
如果希望这样的话，可以结合本发明的所述方面。例如车辆可以装有2个或4个根据本发明的一个方面的车轮支柱，同时又可以装有4个或更多根据本发明的车轮。例如，叉车也可以只装有根据本发明的一个或两个车轮，但也有两个根据本发明的车轮支柱。
因为，高度的自动化根据本发明的车轮支柱和车轮尤其适合于在全自动导航车辆中使用。通过控制手柄和通常所说的线驱动也可以进行操作。例如，其中把控制手柄信号或转向轮信号转变成(电的或光的)转向信号。
如上所述，本发明又涉及具有用于操作所描述的一个或几个轮子的并且/或用于操作车轮支柱的软件的计算机。另外，本发明涉及带有这种软件的数据记录介质。
根据附图将说明本发明的一些特定的实施例。该附图用来说明本发明。但是本发明并不局限于所示的特定实施例。
图1是显示根据本发明的车轮。
图2是显示图1的车轮的剖面图。
图3是显示根据本发明的另一方面的车轮支柱的剖面图。
图4是显示根据本发明的车轮的控制和操作系统。
图5A是显示具有根据本发明的车轮和车轮支柱的车辆的顶视图。
图5B是显示图5A的车辆的顶视图。
图6是显示根据本发明的车轮的另一实施例。
图1显示了根据本发明的车轮1。在图中车轮装有一个轮胎2，其可以用于一些实施例。例如轮胎可以是全橡胶轮胎，供低速车辆如拖拉机、叉车或用于货物运输的其他型车辆之用。车轮的直径最好是大约800毫米。轮胎也可以设计为气压型，例如供中速车辆如城市出租车和市区内中型货物运输工具之用。
轮胎2被安装在适用于各种类型轮胎的轮辋3上。盖4已被安装到轮辋3上，其将轮辋连接到中轴5。
在轮辋3内转子6被装在轮辋3上，在转子6内永久磁铁7已被固定。所述的永久磁铁5与轮辋2一起旋转。带有轮胎2的轮辋3，其上带有永久磁铁的转子6和安装到轮辋的其他部分，盖4和中轴5是车轮的旋转部分。
在永久磁铁7之内带有绕组9的铁壳8已被安装，在带有绕组的铁壳8和永久磁铁7之间有气隙。
带有绕组9的铁壳8通过夹紧部件10和13被安装在中央承载部件11和被安装在盖板17上。所述的盖板17具有安装凸缘(未示出，最好型号为250毫米的B5凸缘)，利用该安装凸缘车轮1被装到车辆上。在具有安装腔的夹紧部件13中，装有控制电子装置20，控制电子装置20包含在包含用于电流控制的IGBT和用于操作系统的可编程逻辑模块。通过所述的凸缘，铁壳8、绕组9、夹紧部件和电子装置被固定地装在车辆上，因此不是旋转部分。
中轴5装有硬金属安装衬套14，车轮的轴承23在其上运转。在中轴5周围为测量转子6。相对于绕组9位于什么位置也安装了编码器21。因此，操作和控制电子装置20能够随时控制在每一个绕组9上电压的精确相位，所以所述的相位相对于绕组9的每一个被最佳地调整到永久磁铁7的位置。
在图中，盖4装有叶片15和15’。叶片15的一个环已被直接地安装在中轴周围，叶片15’的第二环同心地安装在叶片15的第一环周围。叶片15’是朝着车轮1的最大旋转方向(从车轮一边看顺时针)打开的。所述的叶片用来把空气引进发动机进行冷却。将在中轴周围带有进气孔的叶片15安装在叶片15’的对面。当驱动车辆时(车轮1已被装到车辆上)，叶片15将把空气引进车轮1，同时叶片15’把空气从车轮中吸出去，因此流到内部的空气将产生，空气在夹紧部件10的表面上流过冷却体。
叶片根据离心泵原理工作。为了给通过加热扩散的空气更大空间，和能够更容易地排放出空气，中轴周围叶片15的数量比叶片15’的数量少。
除通过叶片被动冷却以外，用于主动冷却的风扇可以存在于车轮1中。例如当内部的温度超过一定的值时可以启动所述的风扇。
由于根据本发明的结构的特性，车轮的各种内在部分可以用一个简单的方法密封与液体隔离，因此，除了通过叶片被动冷却和通过风扇主动冷却以外，通过液体冷却来冷却车轮的内部是可以的。在任何情况下，盖板17将操作和控制电子装置20与外界隔离。
转子6可以用铝和钢制成，这取决于所需的速度和承载功率。
转子6是永久磁铁7的载体，其确保力矩传动。它们也确保磁力线的导向，它是使磁铁尽可能有效地发挥作用并由此产生与在定子中产生的磁场有磁连接所必要的，定子通过带有绕组9的铁壳8形成。
除了在发动机中的空气冷却外，通过冷却片24也可以释放热量。在生产阶段中，它们在铸造中被集成到盖板17。
为了电子装置20的内部冷却，提供一个冷却体。所述的冷却体用于冷却电子装置，但其也有两个附加功能，即定子的固定和水冷却的密封，它们可以用在大功率和高电压中。在图中，冷却体仍与夹紧部件分离，但在系列产品中，其能够构成产品的一个组成部分。
夹紧部件10与电子装置20的夹紧部件13一起确保定子的铁壳8被夹紧，所以不可能相对于转子6沿轴向滑动。因此为了最佳效能，相对于转子6磁铁7仍然是完全处在它们的位置上。
在图1中，带有绕组9的定子由三个部分组成，但是定子的铁壳将最好用一个部件制成。已绕绕组头设置安装绕组9，该绕组是根据一个固定的模式缠绕的，所以根据本发明的车轮1的最佳驱动状态的实现。电流流过绕组9，该电流产生使定子6旋转所需的磁力。铁壳8确保磁力线的最佳导向。精选的铁壳8保证了根据本发明的车轮的高功效。
密封环确保空气冷却的内部部分和安装根据本发明的车轮的轴承和电子装置的那个部分之间的分离。
此外安装衬套14做为对轴承(2个双行角接点轴承)的支撑被安装。所述的安装衬套14用高质量型钢设计。钢安装衬套14传递来自中心承载部件11上的轴承的力并通过轴承防止在中心承载部件11滚出。轴承确保轴向力和径向力的同等地吸收，所以在路面弯曲和不平整的时候转子6的稳定旋转可获得。所述的稳定旋转是非常重要的，因为为了根据本发明的车轮的有效工作，最好在转子6和定子之间有最大大约2毫米的气隙。为了确保在许多的工作小时(最少10,000小时)期间所述的气隙，轴承是超尺寸的。
花键已在定子和中心承载部件11之间安装，所以所述的两个部件不可能相对于相互各方旋转。
扣环由盖板17压紧并由此卡住轴承，其顺序相对于轴固定定子。这样保证转子6和定子相对于相互各方保持在相同的位置。
固定套筒使空轴编码器保持在它的位置上，并且确保轴承的内环被限定。将固定套筒由螺母和螺纹固定在中轴5上。
中心承载部件11支撑定子，并通过3个花键(spline)连接防止其旋转，所述连接以固定模式分开在圆周上。在承载部件11中，在表面设有凹槽，因此在安装时产生开口，并通过该开口可以传输冷却液。对于高于96伏(V)的电压和大于12千瓦(KW)的容量所述的冷却也许是必需的。
夹紧部件13具有许多功能。
A其与夹紧部件10一起夹住中心承载部件11和铁壳8，因此定子完全地被限定。
B其阻塞使冷却液流过的凹槽。
C其形成一个安装腔或碗腔，其中电子装置被安装。
所述的安装腔被盖板17隔离，因此电子装置20完全被密封与外面的空气隔离，其保证了根据本发明车轮的正常运行。
环轴承确保转子6的辅助支撑，所以气隙始终被保证。
在安装期间，盖板17确保正确的连接、密封和整个结构的密封。这也是用于将根据本发明的车轮安装到车辆或底盘的连接板，并且最好具有型号为250毫米(mm)的标准凸缘B5。因此车轮能够完全符合现有的原理。在驱动期间通过冷却片24排放多余的热量。
永久磁铁7以这样一种形状制造，它们准确地固定到转子6上。在粘接在车轮的轮辋内之后，磁铁与转子一同形成一个整体。磁铁最好是稀土磁铁。永久磁铁最好有大于大约1泰斯拉的磁场强度。
用于空轴(hollow shaft)21的编码器确保覆盖的通路能够被测量，并且也能驱动电子装置20。所以计算机或中央处理单元了解其中转子6相对于定子所位于的位置。这对于转子的无冲击旋转是极重要的。
电子装置和用于操作车轮的逻辑以及动力电子装置已安装在根据本发明的车轮内。因此实现许多优点成为可能。
电子驱动车辆的制造商此刻碰到的最多的问题之一是各种各样的元件分布于车辆上，以后又必须相互连接，因此电子车辆的制造是一项费时的工作，同时费用高。另外，生产常常分三个连续的阶段进行，因此生产时间相对比较长。
图2显示了车轮的剖面，因此进一步解释在图1中显示的根据本发明的车轮实施例的特定方面。这里的标号具有与图1中相同的含义。在剖面图中可以清楚地看出轮辋2、转子6、永久磁铁7和中轴5是怎样通过盖4相互连接的。而且它能清楚地看出绕组9和铁壳8(定子)，以及带有电子装置20的夹紧部件10，13是如何与盖板17相连接的。因此，在剖面图中能够清楚地看出电子驱动装置(在此例中电动机)怎样位于车轮1。通过以这样一种方式装入电动机，看来似乎可以实现很高的功效，比通常的电子驱动车辆最多高到50％。尤其如图1和图2中所述的电动机产生很多优点。例如，当电动机处于中间时，带有永久磁铁的电动机能够自己发电，因为发动机起着发电机的作用。由于在车轮中安装了电动机，所以没有必要再使用变速装置，或是差动器。而且电动机的转数不需要太高。
图3显示了是本发明的另一个方面的车轮支柱(strut)。车轮架100包含花键轴101，其一头具有花键102，同时另一头具有用于旋转花键轴101的驱动装置103。该驱动装置最好由电动机103构成。花键轴101可旋转地位于花键壳104。在所述的花键壳104的底部装有用于车轮轴106的调节装置105。花键壳104至少部分安装在具有用于把车轮支柱101安装到车辆上的连接装置108的套筒(sleeve)107中。通过弹簧109相互弹性安装花键壳104和套筒107。电动机的壳103与套筒107相连接。花键壳具有一个用于轴的轴安装套筒105，其设置在大体与花键壳垂直的位置上。将该轴安装套筒105固定地安装到花键壳104。
弹簧109缓冲部分花键轴套筒相对于部分花键壳轴安装套筒的运动。
套筒107具有用于把车轮支柱100安装到车辆上的连接装置108。该连接装置108通过支架108形成。支架108是设备的固定部件，并且利用两个锥形销被安装到底盘或车体结构上，同时以那样方式与底盘或车辆结构形成一个整体。
为了保护弹簧109免于受外界的影响，隔离套筒1 12包围弹簧109，在其上端隔离套筒112与套筒107相连。所述的隔离套筒112由两个部件组成，并具有小的排气口，其就象减震器缓冲悬架的弹性振动。在车辆被升起车轮离地的情况下，它们也用作端止动器(end stop)。隔离套筒115的下部部件滑进上部部件113内。借助于方形环(quadring)114，隔离套筒部件115和113相互隔离。
为了旋转车轮，启动电动机103。将电动机103的旋转传动到花键轴101。花键轴的旋转被传动到花键壳104。因此与其相连的车轮安装套筒旋转并能够进行转向运动。电动机可以装有传动装置。车轮支柱也装有电动机的控制和操作装置。另外，车轮支柱被装有通常所说的编码器，相对于车辆连接装置，编码器记录车轮连接装置的角位置。车轮支柱也在内部装有数据通信装置，最好是光导数据通信装置。该编码器把操作信息提供给车轮支柱的操作装置。花键轴101也可以在花键壳中上下移动，因此可以弹动。因此，该车辆连接装置相对于车轮连接装置可以沿纵轴往前移动。
花键壳104是旋转和上下移动的车轮悬架的一部分。可以通过B5标准凸缘将车轮安装到花键壳104。也可以通过中轴12/106将制动装置安装到后侧。中轴12/106也可以安装凸缘，在凸缘上可以安装空档车轮，而在另一侧也可以安装盘式制动器。当安装根据本发明的车轮时，这个部分可以不予考虑。
三角支架是一个三角铁粘着点。所述的三角铁(triangle)在市场上是可以买到的，并可以增大弹簧支腿的负载，使其从允许的1500千克(Kg)的承重负载增加到允许的4000千克(Kg)的承重负载。通过使用三角铁，不再对悬架施加弯折力。
根据本发明车轮的延长中轴对车轮的安装是必需的，并且还可以用来安装制动系统的制动盘。
弹簧确保车辆的良好的路面支撑，在车上已经安装了车轮和悬架。当车辆被倾斜放置并且车轮的其中之一可能发生离开地面时，在带有三角铁的4吨模型中，弹簧实际上被彻底压下，但确保最小1500千克(Kg)的弹簧压力。
在负载很大以致使花键壳104碰撞支架这种不大可能的情况下，橡胶O型环确保花键壳104的缓冲。
说明在根据本发明的车轮中用于操作同步电动机的电子控制用于根据本发明的车轮的电子控制由一些部件模块式地构成。所述部件分级相互配合。下面的部件能够予以区分。
1、电源模块首先，IGBT主电流模块已被使用。所述IGBT主电流模块中的结构使它们自身高度可靠并保证低热量的散射和最佳效率。该主电流模块通过绕组控制电流。将该绕组分成三个组，每一组具有不同的相位。每个绕组有两个主电流模块。该主电流模块由下一步驱动，即2、电流调节器在步骤2，IGBT主电流模块与电流调节器相连，并由该电流调节器驱动。与根据霍尔原理(霍尔传感器)工作的分离的电流传感器一起，它们形成一个独立的步骤来控制电动机绕组中电流。在该步骤中，模块和电流调节器在电流上和工作的电子装置分离。带有两个主电流模块的电流调节器和霍尔传感器也被称作4Q-模块。带有电流调节器的主电流模块形成一个控制系统。每个绕组具有一个控制系统。
3、矢量生成器矢量生成器把工作数值提供给通常所说的4Q-模块(步骤1和2)，因此该4Q-模块通过同步电动机的绕组产生磁场矢量并由此确定转矩。
通常所说的编码器或解算器，非常精确地测量角度或转数的测量装置，使矢量生成器知道相对于定子的转子的目前位置。由解算器的正弦/余弦符号和与它相连的反馈值得到的转子位置的快速计算，与可编程的逻辑模块、即通常所说的FPGA’S一起确保电动机的场矢量的最佳设定。
由于微处理器和FPGA’S的结合，对光纤电缆矢量生成器的整个函数可以完全地被编程。这意味着用于特定用途的需要的新数据或需要的变化可以立即在已经运转的根据本发明的车轮中(通过电话或因特网)实现。所述的变化不仅与FPGA’S的软件有关，而且与模块的硬件有关。例如，为了使车轮可以保持工作，当绕组或模块出故障时，可以改变发动机自身中的关系。矢量生成器形成操作系统，编码器和带有附带电子装置的霍尔传感器在所述的实施例中形成测量系统。
4、CPU或中央处理单元将上述3部分一起安装在车轮中。CPU位于车轮的外部并通过光环数据总线(ORDABUL)与该车上的一些根据本发明的车轮通信。当转弯并分析整个的驱动情况时，也可以完成对AGV’S(全自动导航车辆)关于遮蔽的路面、测距装置的所需计算。每一个级对CPU保护并报告操作情况的重要的数据。在可能发生损失之前，将误差报告立即通知到上一级并且上一级通过采取必要的措施立即作出回应。上一级能够启动应急程序，其用正确的方式对差错作出反应。因此，一个模块中的差错几乎不影响整个车辆。
模块系统使它可能做出简单的错误判断并很快地确定相关部件，而无需进行复杂的调整或设置活动。
与异步/同步电动机的通常控制的重要区别是，在优选实施例中，将所有的发动机绕组划分成三个组，每一个组最好包括30个独立的绕组，在相互电分离并且每一个绕组由它自己的4Q-模块驱动。这里的4Q-模块仅仅通过供电电压相互连接，因此它的优点表现如下1仅保护和控制标准三相驱动的两个相位。在第三相位中，电流根据其他两个相位的情况被计算。这意味着在操作电子装置中有很大的自由度，并且例如在缓解一个或更多模块的故障中。
2电流的分布能够被精确调整，所以每一个发动机绕组产生相同的场强。因此在每一个绕组中，可以调整通过场产生的实际转矩并且该转矩与在独立绕组的电子变量中的不规则无关。
3每个绕组的磁公差可以分别地通过矢量生成器校准。
4当一个4Q-模块出故障或绕组的其中之一短路时，电动机仍然可以继续运转。熔断器或继电器能够分离故障模块或其他两个4Q-模块的相位或不影响它们。由此可见，电动机仍然可以制动，或当使用几个车轮时支撑它们。分级的结构的优点在这儿尤其变得突出起来。
在图4中进一步说明了描述的电子装置的功能和他们的连接。通过方框图，在这大略显示了该连接以及在电驱动车辆中(例如远程或全自动地控制车辆)车轮的结构、车轮支柱和其他控制和操作装置。中央处理单元或计算机200控制几个部件间所有数据的交换并确保车辆可能的全自动控制的。通过数据通信线例如光数据通信线，计算机200与能量控制系统300相连接，即电池、可用的发电机、燃料电池或太阳能电池板。另外，计算机200与在其上提供有关各种系统状态的数据的显示屏幕400相连接。中央计算机200也与提供有关车辆位置、可能的障碍、车内气候等信息的各种传感器相连接。此外，中央计算机例如与两个或更多根据本发明的车轮支柱100相连接。在这里图中的编号与已经描述的部件相对应。
中央计算机200至少与一个或更多根据本发明的车轮1相连，可以看出车轮包含绕组9，9/1和9/11、用于每一组的控制系统32，32/1和32/11以及用于每一组的测量系统30，30/1和30/11这三组。另外，车轮包含已经描述的编码器31，编码器31把有关相对于定子的转子的相应位置提供给高于它的操作系统33。在图中，在根据本发明车轮1中显示最好总计至少30个绕组9，9/1和9/11的三组。绕组9最好划分为三个组，每一组带有另外的相位φ1，φ2和φ3。通过每一组绕组9、9/1和9/11的电流由霍尔传感器30测定。将测定的值传给控制系统32。控制系统32借助于2IGBT’S，通过一组绕组控制电流。控制系统32由操作系统33控制。所述的操作系统也从编码器31接收数据，其提供有关相对于定子的转子的角度信息。因此操作系统33能够选定用于最佳操作的相位设置。操作系统33在车辆上通过最好适合于光数据通信的数据通信装置34与中央处理单元200耦合。
图5A显示了具有四个根据本发明的车轮1的车辆的顶视图。根据本发明的另一方面将每一个所述的车轮1固定在也已描述的车轮支柱100上。在车轮支柱中，每一个所述的车轮支柱具有装置，因此每一个车轮能够旋转并且以这种方式可以驱动车辆。此外，车辆装有中央处理单元200、电池和控制系统300。在图5B中显示了图5A的车辆的侧视图。
图6显示了根据本发明的车轮的另一实施例。标号尽可能地与图1和图2中的那些相对应。车辆侧面显示有箭头A。根据图6车轮具有例如水冷却，冷却液的进口和出口分别由编号30表示。进口和出口30沿着轴在腔31中流动，通过它冷却液循环。在该实施例中，测量、控制和操作装置已经安装在腔32中。电子装置安装有朝车辆方向的印制板。冷却液最好是水，主要用来冷却绕组。
权利要求
1.一种车轮，具有在车轮中的电子驱动装置；在车轮中的用于操作所述电驱动装置的控制装置；测量和操作装置，以及在车轮中的数据通信装置。
2.根据权利要求1的车轮，其中车轮包含轮辋，其在内侧同轴地装有带有永久磁铁的转子，并且该转子和轮辋与中轴相连；和具有绕组的同轴定子，该定子位于中轴和转子之间并能与车辆相连。
3.根据权利要求2的车轮，其中定子至少被分成两组电气和结构独立的绕组，并且每一组至少包含两个绕组，每个绕组具有它们自己的控制和测量系统，所述控制和测量系统也由位于车轮内部的操作系统控制。
4.根据权利要求1，2或3的车轮，包含用于与类似的车轮的其他的控制、测量和操作系统交换数据的装置。
5.根据上述一个或多个权利要求的车轮，其中，用于数据交换的装置通过光通信装置与外界通信。
6.根据上述一个或多个权利要求的车轮，其中车轮的测量、控制和操作系统通过车轮外部的中央处理单元通信。
7.根据上述一个或多个权利要求的车轮，其中，控制系统包含用于分别地通过每一个绕组控制电流强度的装置。
8.根据上述一个或多个权利要求的车轮，其中，绕组的控制系统与操作系统相连。
9.根据权利要求8的车轮，其中测量系统包含编码器，其用于测量转数和相对于定子的转子的角位置；和电流测量装置，其用于测量流过绕组的每一个的电流。
10.根据权利要求9的车轮，其中编码器与操作系统相连，并且控制系统与电流测量装置相连。
11.根据上述一个或多个权利要求的车轮，其中，操作系统通过数据通信装置与车轮外部的中央处理单元相连。
12.根据上述的一个或多个的权利要求，车轮具有冷却装置。
13.根据权利要求12，车轮具有有效的冷却装置。
14.根据权利要求13，在车轮中车轮带有用于冷却车轮的风扇。
15.根据上述一个或多个权利要求的车轮，其中车轮装有水冷却的装置。
16.根据上述一个或多个权利要求的车轮，其中车轮中的操作系统具有“主导装置”设置和“从动装置”设置，其中通过通信装置，中央处理单元能够使操作系统从“主导装置”设置切换到“从动装置”设置并且反之亦然。
17.根据权利要求16的车轮，其中从“主导装置”设置到“从动装置”设置或从“从动装置”设置到“主导装置”设置的切换或受功率要求值的影响或是受车轮速度的影响。
18.根据权利要求16或17的车轮，其中将需要最低电功率的车轮设置为“主导装置”。
19.根据上述的一个或多个的权利要求的至少两个车轮的组装装置，其中车轮通过所述的数据通信装置与公共的中央数据处理单元相连接。
20.车轮支柱，其具有用于把车轮支柱安装在车辆其他部分的车辆连接装置；和用于将车轮装在车轮支柱上的车轮连接装置，其中车轮连接装置相对于车辆连接装置可绕纵轴旋转；并且其中车轮支柱具有用于旋转车轮连接装置的驱动装置。
21.根据权利要求20的车轮支柱，其中车辆连接装置和车轮连接装置沿纵轴通过连接装置被相互弹簧安装。
22.根据权利要求20或21的车轮支柱，其中连接装置包含花键轴，其一侧具有花键，同时在另一侧具有用于旋转花键轴的驱动装置，并且带有花键壳，其中花键轴被定位并且在花键壳底部装有用于车轮轴的安装装置和用于车轮的连接装置，并且其中车辆连接装置通过具有将套筒连接到车辆的装置的套筒构成，其中带有花键轴的花键壳至少部分装在套筒中，其中花键壳和套筒通过弹簧装置被相互弹簧安装，并且驱动装置与套筒相连。
23.根据权利要求22的车轮支柱，其中花键壳具有一个位于基本上与花键壳垂直的位置的轴的安装套筒。
24.根据权利要求22或23的车轮支柱，包含用于缓冲相对于车辆连接装置车轮连接装置的垂直运动的弹簧装置。
25.一种车轮和车轮支柱组装装置，包含根据上述权利要求1-19的一个或多个的车轮和根据上述权利要求20-24一个或多个的车轮支柱。
26.用于在根据上述权利要求1-20的一个或多个的车轮中调整至少两个具有电动机的车轮的转数的方法，其中物理上独立的控制系统在电动机的每一个绕组中控制电流强度，在一个车轮中的控制系统通过操作系统来操作，测量系统将有关磁场强度信息提供给控制系统并将转子和定子的相互位置提供给操作系统，同时几个车轮的操作系统借助于数据通信装置通过中央处理单元相互通信。
27.根据权利要求26所述的方法，其中中央处理单元使需要最低功率的车轮的操作系统用作“主导装置”，而分别使另一个车轮或其他车轮的操作系统用作所谓“从动装置”，其中每次需要最低功率的车轮的操作系统充当“主导装置”，而其他车轮的操作系统充当“从动装置”。
28.根据权利要求26或27所述的方法，其中当管理车轮的操作系统时，中央处理单元包含车轮支柱有关角度位置的数据。
29.包含电动机的车轮，其中电动机是大于8极、3或更高的相位的直流同步电机。
30.一种车辆，具有至少一个根据上述权利要求1-19的一个或多个的车轮或一个根据上述权利要求20-25的一个或多个的车轮支柱。
31.具有一个或多个在附带说明中描述的并且/或者在附图中显示的特征部分的组件。
32.包含一个或多个在附带说明中描述的并且/或者在附图中显示的特征步骤的方法。
33.具有一个或多个在附带说明中描述的并且/或者在附图中显示的特征部分的部件。
全文摘要
本发明涉及一种车轮，所述车轮具有在车轮中的电子驱动装置，在车轮中的用于操作所述电子驱动装置的控制、测量和操作装置，以及在车轮中的数据通信装置，本发明还涉及一种调整安装到一部车辆上的至少2个这种车轮的方法，本发明还涉及一种车轮支柱，其具有用于将车轮支柱安装到车辆上的车辆连接装置，和用于将车轮固定到车轮支柱的车轮连接装置，其中车辆连接装置可相对于车辆连接装置绕纵轴旋转，并且其中车轮支柱具有用于旋转车轮连接装置的驱动装置。本发明还涉及一种根据本发明的车轮，其具有根据本发明的另一方面的车轮支柱。
文档编号H02K7/08GK1406185SQ01805711
公开日2003年3月26日 申请日期2001年1月26日 优先权日2000年1月26日
发明者埃德里尔努斯·J·黑恩 申请人:特殊制品工业公司