专利名称：包含耦合和解耦装置的机动化轮毂的制作方法
技术领域：
本发 明涉及一种电驱动自动车辆的地面接触系统，特别涉及它们的机动化车轮。
背景技术：
在该领域中已知有一定量的提议，例如文献EP 0878332、EP1630026、WO2006/032669、US 2007/0257570、WO 2007/083209 或 WO 2009/124892 中的那些提议。在本申请中，术语“机动化轮毂”用来表示包括了轮毂、轮毂载架、轮毂相对于轮毂载架的转向机构、电动系统和轮毂制动装置的机械总成。因此，该机动化轮毂一方面旨在容纳车轮(该车轮例如装配有轮胎)，另ー方面g在大体上通过悬架装置作为媒介来携载车辆。在本申请中，术语“机动化车轮”同样用来表示包括了如上限定的机动化轮毂和对应车轮的机械总成。对于大規模生产的车辆来采用这种机动化轮毂的其中ー个难题是与设计者对于诸如悬架系统和车轮的特定元件所采用并批准的方案的相容性。另ー个难题是实现尽可能轻质的简单的紧凑系统，从而使得成本能够被所述エ业接受。特别而言，将电马达结合在车轮内是特别令人渴望的，这是因为电驱动系统的采用频繁地涉及到对用于存储电能的车载电池的需求，即使利用现今已知的最高性能的技术，也需要充足量的电能来专用于车载电池，否则电动车辆的自主性会大大降低。在燃料电池或者混合动カ并行车辆的情形中也可以得出类似的推论。并且，如果希望能够发挥足够的驱动扭矩，则有必要安装減速装置，这是因为无法利用充分紧凑的电马达来发挥出足够的扭矩，从而直接确保客车的驱动。并且，多个并行混合动カ车辆(其内燃机大体上允许在相对较高的速度下行驶(例如150km/h))构成了电驱动減速比的选择方面的特殊问题。最后，大体上不仅有必要将电马达和相关联的必要的減速装置结合到车轮中，而且有必要将机械制动设备(盘式制动器或者摩擦鼓)结合到车轮中。
发明内容
因此，本发明的目的是解决所有或者部分这些问题。因此，本发明提出了一种机动化轮毂，其用于为混合驱动的自动车辆的车轴提供电动动力，所述机动化轮毂包括用于容纳车轮的轮毂，该轮毂绕着轮毂轴线而相对于轮毂载架进行旋转安装，所述机动化轮毂包括电驱动马达，该电马达包括外部定子和内部转子，该外部定子连接到所述轮毂载架，该内部转子的旋转轴线远离所述轮毂轴线，所述机动化轮毂包括在所述电马达的转子和所述轮毂之间进行作用的減速装置，该机动化轮毂包括耦合/解耦装置，该耦合/解耦装置能够采用耦合位置和解耦位置，在该耦合位置中，所述电马达的旋转与所述轮毂的旋转相耦合，在所述解耦位置中，所述电马达的旋转与所述轮毂的旋转解耦，该机动化轮毂的特征在干，所述耦合/解耦装置设置在減速装置和所述轮毂之间。
优选地，所述耦合/解耦装置包括爪形离合器和滑动构件机构，所述滑动构件与所述轮毂同轴。优选地，所述減速装置包括驱动小齿轮和齿形环，该驱动小齿轮用于连接到所述电马达的轴上，该齿形环用于连接到所述轮毂。优选地，所述減速装置包括两个减速级。还是优选地，第一减速级由所述驱动小齿轮与连接到中间轴的齿形轮之间的啮合构成，第二減速级由连接到所述中间轴的减速小齿轮与用来连接到所述轮毂的所述齿形环之间的啮合构成。还是优选地，所述中间轴平行于所述轮毂轴线。优选地，所述轮毂载架是转向轴，所述轮毂绕着该转向轴旋转。 优选地，壳体容纳了所述減速装置和所述耦合/解耦装置，并且该壳体携载了所述电马达，所述壳体相对于所述轮毂载架而进行旋转安装，所述旋转绕着所述轮毂轴线进行。根据第一优选变型，所述滑动构件持续地与所述減速装置旋转连接，该滑动构件包括多个内部圆柱形凹槽，所述滑动构件的凹槽能够在耦合位置下与所述轮毂上的外部凹槽相接合。根据第二变型，所述滑动构件包括前部装齿，该前部装齿能够在耦合位置下与整合到轮毂环的前部装齿相互作用。优选地，所述的机动化轮毂还包括盘式制动器，该盘式制动器相对于所述车辆而定位在所述壳体的外部。本发明还提出一种机动化车轮，其包括如上所述的机动化轮毂。本发明该提出一种车辆，其包括两个这种机动化车轮。优选地，所述两个机动化车轮布置在所述车辆的后车轴上，这两个机动化车轮的每个轮毂载架都牢固地与所述后车轴的牵引臂相连接。还是优选地，连接杆(101)控制两个壳体的每ー者相对于每个轮毂载架的旋转。
从优选实施方式的描述中，本发明的其它特征和有点将会变得显而易见。在各自的图中图I是在根据本发明的机动化轮毂的第一实施方式的轮毂轴线中的平面图。图2是沿着图I中可见的B-B断线的该实施方式的截面图。图3是沿着图I中可见的C-C直线的该实施方式的截面图。图4是之前附图中的机动化轮毂的整体立体图。图5是本发明第二实施方式的截面和立体图。图6是本发明的实施方式的优选细节的截面图。贯穿整个附图，相同或类似的元件用相同的附图标记来表示。因此其描述不再系统性地重复。
具体实施方式
图I至图4显示了根据本发明的机动化车轮的第一实施方式。机动化轮毂I旨在导向并控制车轮2的旋转。在图中已经省略了轮胎。轮毂7用于容纳车轮2，该轮毂7借助轮毂轴承51而被安装成相对于轮毂载架5而绕着轮毂轴线A旋转。轮毂轴线A是本申请中的恒定的参考点，其被限定为“径向”或“轴向”的定向都參考该轴线。作为提醒并且按照轮胎或车轮领域中已经确立的使用，轴向定向是平行于轮毂轴线的定向，并且径向定向是垂直于轮毂轴线的定向。电马达3提供动カ，并且在可适用的情况下借助減速装置4来对轮毂进行制动。为了对电马达的视图进行简化，仅仅显示了其定子32的外套管和电马达的端部。減速装置4优选地包括两个减速级。驱动小齿轮42被转子(图中未示)的轴驱动。该驱动小齿轮42与中间轴41的中间轮43相啮合。中间轴41包括与轮毂环45相啮合的 中间小齿轮44。整个减速比优选地大于15。根据本发明的机动化轮毂的本质特征是它包括耦合/解耦装置6，其能够建立或者中断減速装置4和轮毂7之间的扭矩传输。在图I至图4中所示的实例中，这些耦合/解耦装置采取了通过轴向滑动构件61的爪形离合的系统的形式。以本身已知的方式，该滑动构件包括多个内部凹槽，这些内部凹槽能够与环45和轮毂7上的相对应的外部凹槽相配合。这种类型的爪形离合可以被描述为“圆柱形爪形离合”。叉65控制了滑动构件61在耦合位置和解耦位置之间的轴向位置。在此处所示的耦合位置下，滑动构件横跨两个元件并且在齿形环45和轮毂7之间传输扭矩。该传输在解耦位置下被中断。优选地，在解耦位置下，滑动构件正如在此呈现的实施方式中的情况那样保持为与減速装置进行牢固地连接。通过这种方式，当车辆在解耦模式下行驶并且电马达被停止的时候，轮毂是唯一的运动元件，減速装置和滑动构件保持不动。对滑动构件进行控制的叉65可以通过螺杆67和螺母68而受到致动器66的控制，该致动器66包括小型电齿轮马达69。电磁体也可以确保这种控制。图6显示了通过电致动器66而执行的这种控制的优选实施方式。除了如上所述的原理并且如图3所示之外，在这里可以看到椭圆孔682允许了销681的轴向移动，该销681将叉65连接到致动器的螺母68。叉65相对于螺母68的位置被弹簧683预张紫，该弹簧683趋向于推动所述叉使其朝向图中的左侧，并且推动螺母使其朝向图中的右侧。因此，当螺母趋向于使叉向图中的右侧移动时，螺母/叉的连接是刚性的。相反，当所述叉承受滑动构件(该滑动构件趋向于使得所述叉朝着右侧移动的比齿轮马达施加到螺母的移动更快)的轴向カ的时候，该连接是弹性连接(超出弹簧施加的预张紧力)。例如，在保持了很大的扭矩(驱动或者制动)期间的解耦情形中，当爪形离合器的多个齿的斜面倚靠在滑动构件的多个齿的斜面上的时候，滑动构件可以被轴向推动。这种实质上的瞬时位移可以造成对耦合/解耦装置的不可逆的损害，例如举例而言，如果刚刚描述的自由度并未保护耦合/解耦装置免受其害，则发生叉的永久变形。在第一实施方式的上下文中在这里描述的致动器66的该优选安装还与以下參考图5而描述的第二实施方式的上下文相关。整个传输，也就是说整个减速功能和耦合/解耦功能都容纳在壳体8当中。该壳体8可以额外地包含有足够量的润滑剤，以用于对总成进行飞溅润滑。电马达的转子的旋转轴线R远离轮毂轴线A并且优选地与其平行。电马达的定子32旋转连接到轮毂载架5。这种对于扭矩传输而言的必要连接可以是刚性的并且是直接的连接，但是它可以优选地是间接连接，从而如此处所示的那样能够在悬架偏斜的情况下进行相对旋转运动。该相对运动当然是受到限制的并且g在允许已传输扭矩和悬架设备的动态刚性(竖直的和水平的)之间存在一定独立度。在这种情况下，定子32因此被牢固地连接到壳体8，而壳体本身可以分别借助轴承52和71相对于轮毂载架5和轮毂7进行枢转。壳体相对于轮毂载架的旋转受到了连接杆101 (參见图I)的控制，该连接杆101在壳体(固定设备81)和车身(图中未示)之间进行作用。轮毂载架5优选地采取了转向轴的形式，在该转向轴上，轮毂轴承51在其外端部处被螺母53轴向地夹紧。轮毂轴承的内部因此保持不动(与转向轴5牢固地连接在一起)，而外部与轮毂7 —起旋转。轮毂载架5可以固定至车轴的牵引臂10的端部，例如混合动カ车辆的可拧扭的后车轴，其前轮通过内燃机来提供动力。如从图I中能够看到的那样，连接杆101和牵引臂10接着进行配合来使得扭矩能够传输至车轮并控制壳体8随着悬架偏斜进行的旋转。取决于 所述臂和连接杆的精确长度和定向，将会理解到，例如可以实现在制动或加速的情况下趋向于装载或者卸载悬架的效果，而且可以实现在冲程结尾时在车身容积内部被定子32占据的空间上的发动机或者減速装置的离地距离的变化的效果。图4是从车辆的外部观察的之前图中的机动化轮毂I的立体图，这次没有显示车轮。该图清晰地掲示了传统的制动系统(卡钳11和圆盘12)、壳体8、电马达的定子32和用于耦合/解耦装置的控制马达69。图5显示了根据本发明的机动化轮毂的第二实施方式。与第一实施方式的本质差别在于耦合/解耦装置利用了爪形离合，其可以被描述成“前部爪形离合”。将減速装置耦合到轮毂在此是借助分别在滑动构件61的端部处和齿形环45的侧壁上切割出的互补的装齿611、451而进行的。因此，滑动构件被推靠到所述环上，从而采取了耦合位置。滑动构件以于第一优选实施方式相类似的方式借助互补的圆柱形凹槽而旋转连接到所述轮毂。然而，与第一优选实施方式不同的是，该旋转连接在包含了解耦位置的情况下总是得到保持。该滑动构件保持与轮毂的旋转连接，也就是说，只要车辆ー运动(包括由于并非来自电马达的驱动カ的カ而引起，例如举例来说，在混合动カ车辆通过其内燃机而进行移动的情况下)，则它就被驱动旋转。正如在第一优选实施方式中的那样，根据该第二实施方式的机动化轮毂优选地相对于车辆的悬架元件来进行旋转安装，例如安装在后车轴的牵引臂上。为此，此处将衬套52滑动地安装在转向轴50上并且携载了壳体8与诸如轮毂51和环46的轴承的所有其它部件。通过这种方式，整个机动化轮毂可以很容易地安装在转向轴上或者从该转向轴中移除。锚固在其固定设备81上的连接杆(图5中未示)可以按照与上述第一优选实施方式中类似的方式控制壳体(并由此控制电马达)的角位置。构造混合动カ车辆的有利方式是将前车轴的传统的内燃机动カ与根据本发明的后车轴的车轮的电动カ结合在一起。电动カ的来源可以是电池组或者超级电容器阵列、燃料电池、无轨电车类型的城市网络或者其它可用的电动动力源。各个附图显示了单个的电马达。根据本发明，当然可以对每个轮毂采用两个或更多个马达，这些马达的每ー者都通过它们自己的驱动小齿轮而与公共的減速装置进行啮合。多个马达可以增大可用扭矩，和/或減少电马达的轴向和径向尺寸。
同样地，系统地显示了盘式制动器。这确实是优选的实施方式，但是本领域技术人员将会知晓，在特定的情况下，可以优选地使用鼓式制动器来取代盘式制动器。然而，本发明被具体化，減速装置优选地是可逆的，从而允许在制动模式下使用电马达。电马达在制动模式下恢复的电能可以以本身已知的方式进行存储或消耗。本发明的机动化轮毂的本质特征是利用内部转子来选择电马达，该内部转子的旋转轴线远离轮毂轴线并且平行于所述轮毂轴线，也就是说它们不同心。因此，根据本发明的机动化轮毂允许了电动动カ系统在任何点处进行耦合/解耦，其包括在车辆的运动期间。为了进行平滑的解耦，优选地控制电马达，以使其在滑动构件的移动期间传递了零扭矩或者非常小的扭矩。对于耦合操作来说，来自对应车轮的ABS传感器的信号优选地用来控制电马达，以使得所述环采纳了与轮毂相同或者类似的旋转速 度。那么同时可以引起滑动构件朝着其耦合位置进行移动并且可以迫使电马达在所述抓心离合运动期间不抵抗(零扭矩)轻微的加速或者減速，从而进行同歩。尽管本说明书的重点放在了两个具体的实施方式上，但是本领域技术人员将能够构想出本文所描述的各种手段的其他组合，或者这些手段中的某些手段与本文并未描述但是从现有技术中已知的其它手段的其他组合。
权利要求
1.一种机动化轮毂(1)，其用于为混合驱动的自动车辆的车轴提供电动动力，所述机动化轮毂包括用于容纳车轮(2)的轮毂(7)，该轮毂绕着轮毂轴线(A)而相对于轮毂载架(5)进行旋转安装，该机动化轮毂包括电驱动马达(3)，该电马达包括外部定子(32)和内部转子，该外部定子(32)连接到所述轮毂载架，该内部转子的旋转轴线(R)远离所述轮毂轴线(A)，所述机动化轮毂包括在所述电马达的转子和所述轮毂之间进行作用的減速装置(4)，该机动化轮毂包括耦合/解耦装置(6)，该耦合/解耦装置(6)能够采用耦合位置和解耦位置，在该耦合位置中，所述电马达的旋转与所述轮毂的旋转相耦合，在所述解耦位置中，所述电马达的旋转与所述轮毂的旋转解耦，该机动化轮毂的特征在干，所述耦合/解耦装置设置在減速装置和所述轮毂之间。
2.根据权利要求I所述的机动化轮毂(I)，其中所述耦合/解耦装置包括爪形离合器和滑动构件机构(61)，所述滑动构件与所述轮毂(7 )同轴。
3.根据权利要求I或2所述的机动化轮毂(1)，其中所述減速装置(4)包括驱动小齿轮(42)和齿形环(45)，该驱动小齿轮(42)用于连接到所述电马达的轴上，该齿形环(45)用于连接到所述轮毂(7)。
4.根据权利要求3所述的机动化轮毂(1)，其中所述減速装置包括两个减速级。
5.根据权利要求4所述的机动化轮毂(1)，其中第一减速级由所述驱动小齿轮(42)与连接到中间轴(41)的齿形轮(43)之间的啮合构成，第二減速级由连接到所述中间轴(41)的減速小齿轮(44)与用来连接到所述轮毂(7)的所述齿形环(45)之间的啮合构成。
6.根据权利要求5所述的机动化轮毂(1)，其中所述中间轴平行于所述轮毂轴线(A)。
7.根据前述的一项权利要求所述的机动化轮毂(1)，其中所述轮毂载架(5)是转向轴，所述轮毂(7 )绕着该转向轴旋转。
8.根据前述的一项权利要求所述的机动化轮毂(1)，其中壳体(8)容纳了所述减速装置和所述耦合/解耦装置，并且该壳体携载了所述电马达(3)，所述壳体相对于所述轮毂载架(5)而进行旋转安装，所述旋转绕着所述轮毂轴线(A)进行。
9.根据前述的一项权利要求所述的机动化轮毂(1)，其中所述滑动构件(61)持续地与所述減速装置(45)旋转连接，该滑动构件包括多个内部圆柱形凹槽，所述滑动构件的凹槽能够在耦合位置下与所述轮毂上的外部凹槽相接合。
10.根据权利要求I至8中的一项所述的机动化轮毂(1)，其中所述滑动构件包括前部装齿(611)，该前部装齿(611)能够在耦合位置下与整合到轮毂环(45)的前部装齿(451)相互作用。
11.根据前述的一项权利要求所述的机动化轮毂(1)，还包括盘式制动器(11、12)，该盘式制动器相对于所述车辆而定位在所述壳体(8 )的外部。
12.—种机动化车轮(1、2)，其包括根据前述的一项权利要求所述的机动化轮毂(I)。
13.—种车辆，其包括至少两个根据权利要求12所述的机动化车轮。
14.根据权利要求13所述的车辆，其中两个机动化车轮布置在所述车辆的后车轴上，这两个机动化车轮的每个轮毂载架(5)都牢固地与所述后车轴的牵引臂(10)相连接。
15.根据权利要求14所述的车辆，其中连接杆(101)控制两个壳体的每ー者相对于每个轮毂载架的旋转。
全文摘要
本发明特别涉及一种机动化轮毂(1)，其用于为混合驱动的机动车辆提供电动动力，所述机动化轮毂包括用于容纳车轮(2)的轮毂(7)，该轮毂被安装成绕着轮毂轴线(A)而相对于轮毂载架(5)进行旋转，该机动化轮毂包括电牵引机(3)，该电机包括外部定子(32)和内部转子，该外部定子(32)连接到所述轮毂载架，该内部转子的旋转轴线(R)远离所述轮毂轴线(A)，所述机动化轮毂包括在所述电机的转子和所述轮毂之间进行操作的减速装置(4)，该机动化轮毂包括耦合/解耦装置，该耦合/解耦装置能够采用耦合位置和解耦位置，在该耦合位置中，所述电机的旋转与所述轮毂的旋转相耦合，在所述解耦位置中，所述电机的旋转与所述轮毂的旋转解耦，该机动化轮毂的特征在于，所述耦合/解耦装置设置在减速装置和所述轮毂(1)之间。
文档编号B60K7/00GK102844213SQ201080063745
公开日2012年12月26日 申请日期2010年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者G·鲍姆加特纳, D·瓦尔泽 申请人:米其林集团总公司, 米其林研究和技术股份有限公司, 雷诺股份公司