(57)【要約】【課題】乗物に容易に取り付けることができ、乗物用のステアリング手段や車輪用の駆動装置のような他の手段を容易に結合することができる車輪ストラットを提供する。【解決手段】車輪ストラットは、車輪ストラットを乗物に取り付ける乗物取付け手段１０８と、車輪ストラットに車輪を取り付ける車輪取付け手段１０５と、を備えている。車輪取付け手段は、乗物取付け手段１０８に対して、車輪ストラット１００の長手方向軸の周りに回転可能である。車輪ストラット１００は、車輪取付け手段を回転させる駆動手段１０３，１０１を備えている。【選択図】  図３
2012066822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪ストラットを乗物に取り付ける乗物取付け手段（１０８）と、前記車輪ストラットに車輪を取り付ける車輪取付け手段（１０５）と、を備えており、前記車輪取付け手段は、前記乗物取付け手段（１０８）に対して、前記車輪ストラット（１００）の長手方向軸の周りに回転可能であり、前記車輪ストラット（１００）は、前記車輪取付け手段を回転させる駆動手段（１０３，１０１）を備えている、車輪ストラット。
【請求項２】
前記車輪取付け手段（１０５）は、前記乗物取付け手段（１０８）に関して前記長手方向軸に沿って上下に移動可能であり、前記駆動手段（１０３，１０１）は、前記乗物取付け手段（１０８）に対して、前記車輪ストラット（１００）の前記長手方向軸の周りに前記車輪取付け手段（１０５）を回転させる、請求項１に記載の車輪ストラット。
【請求項３】
前記駆動手段は電動機（１０３）を有し、前記車輪ストラットは、前記駆動手段を操作する操作手段と、前記操作手段に接続された情報伝達手段とをさらに有し、前記情報伝達手段は、同様の他の車輪の制御手段、測定手段および操作手段と情報を伝達する、請求項１または２に記載の車輪ストラット。
【請求項４】
前記駆動手段（１０３）は、前記車輪ストラット（１００）の内部に設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の車輪ストラット。
【請求項５】
前記乗物取付け手段（１０８）および前記車輪取付け手段（１０５）は、連結手段（１０１，１０４）によって前記車輪ストラットの前記長手方向軸に沿ってばねを介して互いに取り付けされている、請求項１から４のいずれか１項に記載の車輪ストラット。
【請求項６】
前記連結手段は、一方の側にスプライン（１０２）を備え、他方の側にスプライン付きのシャフト（１０１）を回転させる前記駆動手段（１０３）と、前記スプライン付きのシャフト（１０２）が内部に位置し、底部側に、ホイールシャフト用の収容手段および車輪（１０５）用の取付け手段を備えたスプラインハウジング（１０４）と、を備えており、前記乗物取付け手段は、前記スリーブを乗物に連結する手段（１０８）を備えたスリーブ（１０７）で形成されており、前記スプライン付きのシャフト（１０１）を有する前記スプラインハウジング（１０４）は、前記スリーブ（１０７）内に少なくとも部分的に収容され、前記スプラインハウジングと前記スリーブ（１０７）は、ばね手段（１０９，１１３，１１５）によって互いに取り付けされており、前記駆動手段（１０３）は前記スリーブ（１０７）に連結されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の車輪ストラット。
【請求項７】
前記スプラインハウジング（１０４）は、前記スプラインハウジングにほぼ直角に位置するシャフト用の受入れスリーブを備えている、請求項６に記載の車輪ストラット。
【請求項８】
前記車輪取付け手段の、前記乗物取付け手段に対して垂直な移動を緩衝するばね手段を有する、請求項６または７に記載の車輪ストラット。
【請求項９】
前記電動機は、スリーブ（１０７）に接続されたハウジングと、前記スプライン付きのシャフト（１０１）に接続された駆動シャフトと、を有する、請求項６から８のいずれか１項に記載の車輪ストラット。
【請求項１０】
前記情報伝達手段は光通信手段である、請求項３に記載の車輪ストラット。
【請求項１１】
前記車輪ストラットの操作手段は、前記車輪の外部の中央演算処理装置を介して情報伝達する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の車輪ストラット。
【請求項１２】
測定手段をさらに有し、前記測定手段は、前記駆動手段の回転数および角位置を測定するエンコーダを有する、請求項１から１１のいずれか１項に記載の車輪ストラット。
【請求項１３】
前記エンコーダは前記操作手段に接続されている、請求項１２に記載の車輪ストラット。
【請求項１４】
前記操作手段は、前記情報伝達手段、好ましくは光通信手段によって、前記車輪ストラットの外部の中央演算処理装置に接続されている、請求項１から１３のいずれか１項に記載の車輪ストラット。
【請求項１５】
前記車輪取付け手段に取り付けられた車輪をさらに含み、
前記車輪は、
電動手段と、
前記電動手段の電力を制御する制御手段と、
測定手段と、
前記制御手段および前記測定手段と接続された、前記車輪を操作する操作手段と、
前記操作手段と接続され、前記車輪の外部で情報伝達する情報伝達手段と、
を有している、請求項１から１４のいずれか１項に記載の車輪ストラット。
【請求項１６】
前記車輪は、永久磁石を備えた回転子が内側に同軸に備えられたリムであって、前記回転子と前記リムは中央シャフトに連結されたリムと、巻線を備え、前記中央シャフトと前記回転子との間に位置し、前記車輪ストラット車輪取付け手段に接続することができる同軸固定子と、を有する、請求項１５に記載の車輪ストラット。
【請求項１７】
前記車輪内の前記操作手段は「マスタ」設定および「スレーブ」設定を備えており、前記中央演算処理装置は前記情報伝達手段を介して、前記操作手段を前記「マスタ」設定から前記「スレーブ」設定に切り換え、前記「スレーブ」設定から前記「マスタ」設定に切り換える、請求項１５または１６に記載の車輪ストラット。
【請求項１８】
前記「マスタ」設定から前記「スレーブ」設定への切り換えおよび前記「スレーブ」設定から前記「マスタ」設定への切り換えは、電力需要または前記車輪の速度に応じて行われる、請求項１７に記載の車輪ストラット。
【請求項１９】
必要な電力が最も少ない車輪を「マスタ」に設定する、請求項１７または１８に記載の車輪ストラット。
【請求項２０】
電源および中央演算ユニットを収容するプラットフォームと、該プラットフォームに取り付けられた請求項１から１９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの車輪ストラットと、を有し、前記中央演算ユニットは、前記電源を制御し、少なくとも１つの前記車輪ストラット内の操作手段に個別に指示を与える、乗物。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか１項に記載の少なくとも２つの車輪ストラットを含む、請求項２０に記載の乗物。
【請求項２２】
請求項１５から１９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの車輪ストラットを含み、前記中央演算処理装置は、それぞれの前記車輪ストラットの前記乗物取付け手段の角位置に関するデータを、それぞれの前記車輪の前記操作手段に提供する、請求項２０または２１に記載の乗物。
【請求項２３】
請求項１から１９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの車輪ストラットを含む、乗物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動手段を備えている車輪ストラットに関する。
【背景技術】
【０００２】
文献から、内部に電気駆動手段を備えた車輪が公知である。特に、電動機を内部に備えた車輪が公知である。このような車輪の例は例えば、ドイツ特許出願第２７１９７３６号、ドイツ特許出願第４４０４８８９号、フランス特許出願第２５６１５９３号、米国特許出願第４５８５０８５号、およびＰＣＴ出願第９５／１６３００号に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ドイツ特許出願第２７１９７３６号
【特許文献２】ドイツ特許出願第４４０４８８９号
【特許文献３】フランス特許出願第２５６１５９３号
【特許文献４】米国特許出願第４５８５０８５号
【特許文献５】ＰＣＴ出願第９５／１６３００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
公知の車輪で起こる問題の１つは、１つの乗物で複数の駆動される車輪が使用される場合に車輪間で協調させることでる。
【０００５】
駆動手段を備えた公知の車輪で起こる他の問題は、制御手段が必要であることである。このような制御手段は、乗物内の、車輪の外部に配置される。このため、電動乗物の構成に複雑なメガトロニックが必要になる。ＰＣＴ出願第９５／１６３００号では、車輪内に制御電子機器の一部を配置することによってこれを解決することが試みられている。しかし、１つの乗物内でいくつかのこのような駆動される車輪を使用することは不可能である。
【０００６】
本発明の目的は、乗物に容易に取り付けることができ、乗物用のステアリング手段や車輪用の駆動装置のような他の手段を容易に結合することができる車輪ストラットを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、効率の高い電動車輪を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、取付けが容易な車輪を提供することにある。
【０００９】
さらに、本発明の目的は、乗物を自由に構成できるようにする車輪を提供することにある。
【００１０】
他の目的は、交換および取外しが簡単な車輪を提供することにある。
【００１１】
他の目的は、１つの乗物に取り付けることができる、同様の他の車輪と協働する駆動手段を備えた車輪を提供することにある。
【００１２】
本発明による車輪によって、前記の問題が少なくとも部分的に解決され、少なくとも一部の利点が実現される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的のために、本発明は、内部の電動手段と、電動手段を動作させる内部の制御、測定、および操作手段と、内部の情報伝達手段とを備えた車輪に関する。
【００１４】
さらに、本発明は、内部に電動機を備え、電動手段を動作させる内部の制御、測定、および操作手段と、内部の情報伝達手段とをさらに備え、互いに物理的に分離された制御システムが、電動機の各巻線のアンペア数を調節し、１つの車輪内の制御システムが、操作システムによって動作させられ、測定システムが、磁界強度に関する情報を制御システムに供給し、回転子と固定子の相対位置を操作システムに供給し、いくつかの車輪の操作システムが、情報伝達手段により中央演算処理装置を介して互いに情報伝達する、少なくとも２つの車輪の回転数を協調させる方法に関する。
【００１５】
本発明による車輪によって、効率的で、取付けが簡単で、乗物に組み込むことのできる駆動部が実現される。
【００１６】
本発明の方法によって、電気駆動装置を備えたいくつかの車輪を１つの乗物で使用することが可能である。
【００１７】
車輪は、永久磁石を備えた回転子を内側に同軸に備え、回転子とリムが中央シャフトに連結されたリムであって、巻線を備え、中央シャフトと回転子との間に位置し、乗物に接続することができる同軸固定子を備えたリムを有することが好ましい。このように、車輪は電動機を備えている。その結果、車輪を容易に駆動することが可能である。さらに、動力伝達装置が不要であり、特に、大きな電力損失が生じがちな減速伝達装置が不要である。
【００１８】
より具体的には、固定子は、電気的および物理的に分離された少なくとも２つの巻線群に分割され、各群は、各々が自身の制御および測定システムを有する２本の巻線を有しており、制御および測定システムは、車輪内に位置しており、やはり車輪内に位置する操作システムによって動作させられる。その結果、乗物に組み込まれた駆動システムが形成され、この駆動システムは、非常に頑丈であり、誤動作の影響を受けにくい。
【００１９】
本発明による車輪は、同様の他の車輪の制御、測定、および操作システムとデータを交換する手段を有することがより好ましい。その結果、本発明によるいくつかの車輪を１つの乗物に結合することが可能であり、そのため、乗物の強力な推進を実現することができる。情報伝達が誤動作の影響を受けにくくなるように、外部とデータを交換する手段は光通信手段であることが好ましい。
【００２０】
本発明によるいくつかの車輪または１つの車輪が特に車輪の外部の他の機器と情報伝達できるように、車輪の測定、制御、および操作システムは、車輪の外部の中央演算処理装置を介して情報伝達する。このようにして、例えば１つの乗物のいくつかの車輪が互いに情報伝達することができる。
【００２１】
車輪の誤動作の影響をさらに低減するために、制御システムは、各巻線を流れる電流の強度を別々に調節する手段を有している。この場合、巻線はコイルも意味する。コイルすなわち巻線を電流が流れると、それによって磁界が生じる。
【００２２】
巻線の制御システムは操作システムに接続されている。この操作システムは、制御システムよりも上の階層に位置しており、ある電流強度を設定し維持するよう各制御システムに命令する。
【００２３】
本発明による車輪は、回転子の回転数および固定子に対する角位置を測定するエンコーダと、各巻線を流れる電流を測定する電流測定装置とを有する測定システムも備えている。その結果、各巻線を流れる電流を正確に設定し較正することができる。さらに、操作システムは、巻線を動作させることもでき、電動装置の最適の動作が得られるように各巻線上の位相を設定することができる。さらに、測定システムは、好ましくは、材料のひずみをナノメートル精度で測定することのできるひずみ計によって、機械トルクを測定する手段を備えている。ひずみまたはねじれ、一般的な金属の変形などを測定するこのような手段は、当業者に公知である。結果として生じた機械的なトルクと使用されたモータ電力を比較すると、車輪の状態が分かる。
【００２４】
車輪が適切に動作できるように、エンコーダが操作システムに接続され、制御システムが電流測定装置に接続されることが好ましい。この結果、誤動作が起こりにくいモジュール式システムが形成される。
【００２５】
操作システムは、情報伝達手段によって車輪の外部の中央演算処理装置に接続されている。その結果、乗物内の他のシステムと協調させることが可能になる。
【００２６】
過度の熱が発生した場合に駆動手段を冷却するために、車輪は冷却手段を備えており、必要に応じて、ファンなどの能動冷却手段も備えている。さらに、車輪は水冷手段を備えてもよい。
【００２７】
本発明によるいくつかの車輪が１つの乗物内で協働するのを可能にするために、車輪内の操作システムが「マスタ」設定および「スレーブ」設定を備え、中央演算処理装置が情報伝達手段を介して、操作システムを「マスタ」設定から「スレーブ」設定に切り換え、かつ「スレーブ」設定から「マスタ」設定に切り換えることができることが好ましい。例えば、カーブを曲がるときにいくつかの車輪の電力需要または速度が変動する。車輪間で協調させることができるように、「マスタ」設定から「スレーブ」設定への切り換えおよび「スレーブ」設定から「マスタ」設定への切り換えは、電力需要または車輪の速度に応じて行われる。この場合、必要な電力が最も少ない車輪、すなわち、回転速度が最も速い車輪を「マスタ」に設定しておくことが好ましい。
【００２８】
本発明の方法では、中央演算処理装置が、必要とする電力が最も少ない車輪の操作システムを「マスタ」として機能させ、他の車輪の操作システムをそれぞれいわゆる「スレーブ」として動作させ、毎回、必要とする電力が最も少ない車輪の操作システムが「マスタ」として働き、他の車輪の操作システムが「スレーブ」として働くことが好ましい。この結果、駆動システムを容易に実現し制御することができる。
【００２９】
将来の走行中の状況を予測するために、中央演算処理装置が、車輪の操作システムを管理する際に角位置に関する車輪ストラットのデータを含むことが好ましい。
【００３０】
本発明は、さらに、情報伝達手段によって共通の中央演算処理装置に接続された本発明による少なくとも２つの車輪の組立体に関する。
【００３１】
本発明は、さらに、８つよりも多くの極を有し３つ以上の相を有するＤＣ同期モータである電動機を有する乗物の車輪に関する。
【００３２】
さらに、本発明は、回転可能なシャフトに取り付けられたハウジングを備え、タイヤを有するリムを外側に備え、永久磁石と、乗物に取り付けることができシャフトに回転可能に連結されたハウジングとを内側に備え、制御、測定、および操作手段と、磁界を生成する電気手段とを備えた車輪に関する。このような構造によって、この車輪は、交換するのが簡単であり、モジュール式に取り付けることができる。さらに、機械ブレーキを追加の安全装置としてシャフト上に容易に取り付けることができる。
【００３３】
さらに、本発明は、内部の電動手段と、機械的に生じたトルクを測定する手段と、供給された電力を測定することによってトルクを測定する手段と、機械的に生じたトルクと電力の測定値を比較する手段とを備えた車輪に関する。その結果、車輪内の早期に生じた磨耗および誤動作を判定し、場合によっては実際の欠陥が起こる前に判定することが可能になると考えられる。情報伝達手段によって、場合によっては遠くの（将来の）欠陥を判定することができ、場合によっては修復することができる。
【００３４】
さらに、本発明は、直流電気的に分離された少なくとも２本のモータ巻線と、直流電気的に分離された少なくとも２つの電力モジュールと、電力モジュール用の、直流電気的に分離された少なくとも２つの操作ユニットとを備えた電動手段を内部に備えた車輪に関する。
【００３５】
さらに、本発明は、車輪ストラットを乗物に取り付ける乗物取付け手段と、車輪ストラットに車輪を取り付ける車輪取付け手段とを備えており、車輪取付け手段が、乗物取付け手段に対して長手方向軸を中心として回転可能であり、車輪ストラットが、車輪取付け手段を乗物取付け手段に対して回転させる駆動手段を備えている車輪ストラットに関する。
【００３６】
その結果、このような車輪ストラットは乗物に容易に取り付けることができ、乗物用のステアリング手段や車輪用の駆動装置のような他の手段を容易に結合することができる。
【００３７】
乗物取付け手段および車輪取付け手段は、連結手段によって長手方向軸に沿って互いにばねを介して取り付けられることが好ましい。
【００３８】
連結手段は、一方の側にスプラインを備え、他方の側に、シャフトを回転させる駆動手段と、スプライン付きのシャフトが内部に位置し、底部側に、ホイールシャフト用の収容手段および車輪用の取付け手段を備えたスプラインハウジングとを備えており、乗物取付け手段が、スリーブを乗物に連結する手段を備えたスリーブによって形成されており、スプライン付きのシャフトを有するスプラインハウジングが、スリーブ内に少なくとも部分的に収容され、スプラインハウジングとスリーブが、ばね手段によって互いに取り付けされており、駆動手段がスリーブに連結されていることが好ましい。
【００３９】
このように実現できる構造は、簡素で頑丈であり、既存の乗物および製造方法にうまく組み込むことができる。
【００４０】
車輪を取り付けるために、スプラインハウジングは、スプラインハウジングにほぼ直角に位置するシャフト用の受入れスリーブを備えている。その結果、車輪を安定にしっかりと取り付けることが可能になる。
【００４１】
さらに、車輪ストラットは、車輪取付け手段の、乗物取付け手段に対して垂直な移動を抑制するばね手段を有している。
【００４２】
車輪ストラットは、駆動手段と情報伝達する手段を備えることが好ましい。
【００４３】
車輪ストラットは、本発明の上述の第１の態様による車輪の操作手段と情報伝達する手段を備えることが好ましい。車輪ストラットの駆動手段は、中央演算処理装置によって、本発明による車輪の操作手段と情報伝達することが好ましい。
【００４４】
本発明の前述の各態様は、必要に応じて組み合わせることができる。例えば、乗物は、本発明の一態様によって２つまたは４つの車輪ストラットを備え、かつ本発明によって４つ以上の車輪を備えることができる。さらに、フォークリフトトラックが、本発明によって１つまたは２つの車輪を備えるだけでなく、本発明によって２つの車輪ストラットも備えることが可能である。
【００４５】
高度の自動化のために、本発明の車輪ストラットおよび車輪は、完全に自動的に誘導される乗物で使用されるのに特に適している。ジョイスティックおよびいわゆるドライブバイワイヤによって操作することもでき、この場合、例えばジョイスティックまたはステアリングホイールの信号が（電気的または光学的な）ステアリング信号に変換される。
【００４６】
本発明は、さらに、前述の１つまたはいくつかの車輪の操作および／または車輪ストラットの操作用のソフトウェアを備えたコンピュータに関する。さらに、本発明は、このようなソフトウェアを備えたデータ担持体に関する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による車輪を示す図である。
【図２】図１の車輪の断面図である。
【図３】本発明の他の形態の車輪ストラットの断面図である。
【図４】本発明による車輪の制御および操作システムの図である。
【図５Ａ】本発明による車輪および車輪ストラットを有する乗物の平面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの乗物の平面図である。
【図６】本発明による車輪の他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態について図に基づいて説明する。各図は本発明を示すものである。しかし、本発明は図示の特定の実施形態に限らない。
【００４９】
図１には、本発明による車輪１が示されている。この図において、車輪は、いくつかの実施形態で使用できるタイヤ２を備えている。タイヤは例えば、トラクタ、フォークリフトトラック、貨物輸送用の他の種類の乗物のような低速で使用される完全にゴム型のものであってよい。車輪の直径は約８００ｍｍであることが好ましい。タイヤは、例えば、市内を走るタクシーや都市部における中程度の重量の貨物の輸送車のような中程度の速度の乗物で使用される空気圧型のものとして構成してもよい。
【００５０】
タイヤ２は、様々な種類のタイヤに合うようにされたリム３上に取り付けられている。ふた４がリム３に取り付けられており、このふた４によってリムが中央シャフト５に連結されている。
【００５１】
リム３の内側に回転子６が取り付けられており、回転子の内側に永久磁石７が接着されている。永久磁石７はリム３と共に回転する。タイヤ２を備えるリム３と、永久磁石を備える回転子６と、リム、ふた４、および中央シャフト５に取り付けられた他の部品は車輪の回転部品である。
【００５２】
永久磁石７内に、巻線９を備えるアイアンパッケージ８が収容されており、巻線を有するアイアンパッケージ８と永久磁石７との間にエアギャップが形成されている。
【００５３】
巻線９を備えるアイアンパッケージ８は、中央担持部材１１上に取り付けられており、固定部材１０および１３によってカバープレート１７上に取り付けられている。カバープレート１７は、車輪１を乗物に取り付けるのに用いられる取付けフランジ（不図示、２５０ｍｍタイプのＢ５フランジであることが好ましい）を備えている。収容空間を備えた固定部材１３内には、特に電流制御用のＩＧＢＴおよび操作システム用のプログラム可能な論理モジュールから成る制御電子機器２０が収容されている。アイアンパッケージ８、巻線９、固定部材、および電子機器は、前述のフランジによって乗物に固定して取り付けられており、したがって回転部品ではない。
【００５４】
中央シャフト５は、軸受２３が上を走る、硬い金属製の取付けブッシュ１４を備えている。中央シャフト５の周りには、回転子６が巻線９に対してどの位置に位置しているかを測定するエンコーダ２１も取り付けられている。その結果、操作・制御電子機器２０は、各巻線９上の電圧の位相を、これらの位相が、各巻線９に対する永久磁石７の位置に最適に合うように、あらゆる瞬間に正確に調節することができる。
【００５５】
図において、ふた４はブレード１５および１５’を備えている。ブレード１５のリングの１つは、中央シャフトの周りに直接取り付けられており、ブレード１５’の第２のリングは、ブレード１５の第１のリングに同心に取り付けられている。ブレード１５’は車輪の最も一般的な回転方向（乗物側から見て時計回り）に向かって開いている。ブレードは、冷却するためにモータに空気を導く働きをする。空気入口開口部を有する中央シャフトの周りのブレード１５はブレード１５’の向かい側に取り付けられている。車輪１が取り付けられた乗物を駆動すると、空気がブレード１５によって車輪１内に導かれ、空気はブレード１５’によって車輪外に吸い出される。
【００５６】
各ブレードは、遠心ポンプの原則によって動く。中央シャフトの周りのブレード１５の数は、加熱によって膨張した空気により大きな空間を与え、この空気をより容易に排出するために、ブレード１５’の数よりも少なくなっている。
【００５７】
ブレードによる受動的な冷却に加えて、能動的な冷却用のファンを車輪１に設けてもよい。このようなファンは例えば、内部の温度がある値を超えたときに作動させられる。
【００５８】
車輪の様々な内部部品は、本発明による構造の性質のために、簡単に、液体を通さないように密閉することができる。その結果、ブレードによる受動的な冷却およびファンによる能動的な冷却に加えて、液冷によって車輪の内側を冷却することができる。いずれの場合も、操作・制御電子機器２０はカバープレート１７によって外部から密閉されている。
【００５９】
回転子６は、必要な速度および支持力に応じてアルミニウムおよびスチールで構成してよい。
【００６０】
回転子６は、トルクを伝達する永久磁石７の担体である。回転子は、磁石をできるだけ効果的に働かせるのに必要な磁束の案内も行い、これによって、固定子内で生成される磁界との磁気接続を形成する。固定子は、巻線９を備えるアイアンパッケージ８によって形成されている。
【００６１】
モータ内の空冷とは別に、熱は冷却リブ２４によって放出することもできる。冷却リブは、製造工程で、カバープレート１７を含む鋳物に組み込まれる。
【００６２】
電子機器２０を内部で冷却するために、冷却体が設けられている。もちろん、冷却体は電子機器を冷却する働きをするが、他の２つの機能、すなわち、固定子を固定する機能と、比較的大きな電力および比較的高い電圧で使用できる水冷手段を密閉する機能を有している。図において、冷却体は依然として固定部材から分離されているが、連続する製造工程において１つの構造部品にしてもよい。
【００６３】
固定部材１０と、電子機器２０の固定部材１３によって、固定子のアイアンパッケージ８は固定され、したがって、回転子６に対して軸方向に滑ることはできない。その結果、磁石７は回転子に対して同じ位置から動かず、最適の効率が得られる。
【００６４】
図１の、巻線９を備える固定子は、３つの部品から成るが、固定子のアイアンパッケージは１つの部品で作ることが好ましい。巻線９は、巻線ヘッドの周りに配置されており、本発明による車輪の最適の駆動動作が実現されるように一定のパターンで巻かれている。電流が巻線９を流れ、この電流によって回転子６を回転させるのに必要な磁力が発生する。アイアンパッケージ８によって、磁束は最適に案内される。適切に選択されたアイアンパッケージ８によって、本発明による車輪の高い効率が保証される。
【００６５】
密閉リングによって、空冷の内部と、本発明による車輪の軸受および電子機器が収容されている部分とが確実に隔離されている。
【００６６】
さらに、取付けブッシュ１４が軸受（２つの複列接触軸受）の支持体として配置されている。取付けブッシュ１４は、高品質タイプのスチールで構成されている。スチール製の取付けブッシュ１４は、中央担持部材１１上の軸受からの力を伝達し、軸受が中央担持部材１１から外れるのを防止する。この軸受によって軸線方向の力と半径方向の力の両方が、すなわち均等に吸収され、したがって、カーブを曲がる場合や、路面が凸凹している場合に、回転子６の安定な回転が得られる。本発明による車輪が効率的に動作するには、回転子６と固定子との間に最大で約２ｍｍのエアギャップが存在することが好ましいので、この安定な回転は非常に重要である。したがって、軸受は、長い動作時間（最低で１００００時間）に亘ってエアギャップを確保するように大きめの寸法になっている。
【００６７】
固定子と中央担持部材１１が互いに対して回転できないようにこの２つの部材の間にスプラインが配置されている。
【００６８】
カバープレート１７によって保持リングが押えられ、このようにして軸受が固定され、それによって固定子がシャフトに対して固定されている。このようにして、回転子６と固定子は互いに対して同じ位置から動かない。
【００６９】
保持スリーブによって、中空のシャフトエンコーダが所定の位置に維持され、また、軸受の内側のリングが閉じ込められている。保持スリーブは、ナットとねじ山によって中央シャフト５上に取り付けられている。
【００７０】
中央担持部材１１は、固定子を支持しており、外周に規則的なパターンで分割された３つのスプライン連結部によって回転しないように押え付けられている。担持部材１１には、取付けの間、冷却液体を通過させることができる開口部が形成されるように表面に凹部が配置されている。この冷却は、９６Ｖよりも高い電圧および１２ｋＷよりも大きい容量の場合に必要である。
【００７１】
固定部材１３はいくつかの機能を有する。
【００７２】
Ａ：固定部材１０と共に、中央担持部材１１およびアイアンパッケージ８を固定し、その結果、固定子は完全に閉じ込められている。
【００７３】
Ｂ：凹部を、冷却液体を通過させるように閉じる。
【００７４】
Ｃ：電子機器が収容される収容空間、すなわちボウルを形成する。
【００７５】
この収容空間はカバープレート１７によって閉じられている。その結果、電子機器が外気から完全に密閉され、本発明による車輪は故障なしで動作することができる。
【００７６】
回転子６はリング軸受によってさらに支持され、その結果、常にエアギャップが確保される。
【００７７】
取付け時に、カバープレート１７によって全体が適正に連結され、密閉され、閉じ込められる。カバープレートは、本発明による車輪を乗物またはシャシに取り付けるための取付けプレートでもあり、好ましくは２５０ｍｍタイプの標準フランジＢ５を備えており、その結果、車輪を既存の設計に容易に適合させることができる。冷却リブ２４によって、走行時に余分な熱が放出される。
【００７８】
永久磁石７は、回転子６にぴったり嵌るような形状に製造される。磁石は、車輪のリムの内側に接着された後、回転子と一体化される。磁石は、希土磁石であることが好ましい。永久磁石は、約１テスラを超える磁界強度を有することが好ましい。
【００７９】
中空のシャフト用のエンコーダ２１は、走行距離を測定することができ、また、電子機器２０を駆動し、したがって、コンピュータ、すなわち中央演算処理装置によって、回転子６が固定子に対してどの位置に位置しているかが認識される。このことは、回転子を衝撃を受けさせずに回転させるうえで最も重要である。
【００８０】
車輪を動作させる電子機器および論理回路と、電力電子機器は、本発明による車輪内に配置されている。その結果、いくつかの利点を得ることができる。
【００８１】
電動乗物の製造業者がこの時点で直面する最大の問題の１つは、後で互いに連結する必要がある全ての種類の部品が乗物全体に散らばっていることである。このため、電気的な乗物の製造には時間がかかり、したがってコストがかかる。さらに、製造は多くの場合３つの連続する工程で行われ、その結果、製造時間が比較的長くなる。
【００８２】
図２には、図１の車輪が断面図で示されており、この結果、図１に示されている本発明による車輪の実施形態の特定の面がさらに明確になる。ここでの参照番号は図１と同じ意味を有している。この断面図において、リム３、回転子６、永久磁石７、および中央シャフト５がふた４によって互いにどのように連結されているかが明確に分かる。さらに、巻線９およびアイアンパッケージ８（固定子）と、電子機器２０を含む固定部材１０，１３がカバープレート１７にどのように連結されているかが明確に分かる。この結果、この断面図において、電動手段、この場合は電動機が車輪１内にどのように位置しているかが明確に分かる。電動機をこのように配置することにより、非常に高い効率、通常の電動乗物よりも最大で５０％高い効率を達成することが可能になることが分かる。特に、図１および図２で説明した電動機によって大きな利点が得られる。例えば、永久磁石を有するモータは、発電機として働くため、ニュートラルのときに自身で電気を生成することができる。モータが車輪内に取り付けられているので、もはや動力伝達装置や差動装置を使用する必要はない。モータの回転数を高くする必要もない。
【００８３】
図３には、本発明の他の形態である車輪ストラットが示されている。車輪ストラット１００は、一方の側にスプライン１０２が設けられ、他方の側に、スプライン付きのシャフト１０１を回転させる駆動手段１０３が設けられたスプライン付きのシャフト１０１を有している。駆動手段１０３は電動機から成ることが好ましい。スプライン付きのシャフト１０１は、スプラインハウジング１０４内に回転可能に位置している。スプラインハウジング１０４は、車輪シャフト１０６用の収容手段１０５を底部側に備えている。スプラインハウジング１０４は、車輪ストラット１００を乗物に取り付ける取付け手段１０８を備えたスリーブ１０７に少なくとも部分的に収容されている。スプラインハウジング１０４とスリーブ１０７は、ばね１０９によって互いに取り付けされている。電動機１０３のハウジングはスリーブ１０７に連結されている。スプラインハウジングは、スプラインハウジングにほぼ直角に位置するシャフト用のシャフト受入れスリーブ１０５を備えている。シャフト受入れスリーブ１０５はスプラインハウジング１０４に固定して取り付けられている。
【００８４】
ばね１０９は、スプラインハウジングとシャフト受入れスリーブの部分に対するスプラインシャフトとスリーブの部分の移動を緩衝するようになっている。
【００８５】
スリーブ１０７は、車輪ストラット１００を乗物に取り付ける取付け手段１０８を備えている。取付け手段１０８は、この構成の永久部品であり、２本の円錐ピンを用いて乗物のシャシまたは構成部に取り付けられ、したがって乗物のシャシまたは構成部と一体化された支持体によって形成されている。
【００８６】
ばね１０９を外部の影響から保護するために、ばね１０９は、上部でスリーブ１０７に取り付けられたディスタンススリーブ１１２によって囲まれている。ディスタンススリーブ１１２は、２つの部品から成り、ショックアブソーバのようなサスペンションのばね作用を緩衝する小さい空気出口開口部を備えている。ディスタンススリーブは、乗物が車輪と共に地面から持ち上がった場合にエンドストップとしても働く。ディスタンススリーブの下部１１５は上部１１３にスライドさせて入れられている。ディスタンススリーブ部材１１５および１１３はクワッドリング１１４によって互いに密閉されている。
【００８７】
車輪を回転させるには、車輪の電動機１０３を作動させる。電動機１０３の回転は、スプライン付きのシャフト１０１に伝達される。スプライン付きのシャフトの回転はスプラインハウジング１０４に伝達され、その結果、スプラインハウジングに取り付けられた車輪受入れスリーブが回転し、ステアリング運動を行わせることができる。電動機は動力伝達装置を備えてよい。車輪ストラットは、電動機用の制御および操作手段も備えている。さらに、車輪ストラットは、乗物取付け手段に対する車輪取付け手段の角位置を記録するいわゆるエンコーダを備えている。車輪ストラットは内部に情報伝達手段、好ましくは光通信手段も備えている。エンコーダは車輪ストラットの操作手段に動作情報を供給する。スプライン付きのシャフト１０１はスプラインハウジング内で上下に移動することもでき、その結果、ばね運動が可能になる。このため、乗物取付け手段は、車輪取付け手段に対して長手方向軸に沿って移動することができる。
【００８８】
スプラインハウジング１０４は、ホイールサスペンションの、回転し、上下に移動する部分である。Ｂ５標準フランジによってスプラインハウジング１０４に車輪を取り付けることができる。中央シャフト１２／１０６によって後部にブレーキ装置を取り付けることもできる。中央シャフト１２／１０６は、ニュートラルの車輪を取り付けることができ、他方の側にブレーキを取り付けることができるフランジを装備してもよい。
【００８９】
トライアングル支持は、トライアングルの付着点である。このトライアングルは、市販されており、ばねの足の荷重に対する許容荷重支持能力を１５００ｋｇから４０００ｋｇに高めることができる。このトライアングルを使用することによって、もはやサスペンションに対して曲げる力が作用することはなくなる。
【００９０】
本発明による車輪の延長された中央シャフトは、車輪を取り付ける場合に必要であり、ブレーキシステムのディスクを取り付ける働きをすることもできる。
【００９１】
ばねにより、車輪およびサスペンションが取り付けられた乗物を、路面において快適に保持することができる。トライアングルを有する４トンの乗物において、ばねは実際には完全に押し込まれるが、乗物の位置が傾き、車輪の１つが地面から離れそうになった時に、最小ばね圧１５００ｋｇになる。
【００９２】
ゴム製Ｏリングは、荷重が非常に大きくなってスプラインハウジング１０４が支持体にぶつかるという例外的な状況でスプラインハウジング１０４の緩衝装置として働く。
【００９３】
本発明による車輪における同期モータを動作させる電子制御装置の説明
本発明による車輪用の電子制御装置は、いくつかの要素によってモジュール式に構成されている。いくつかの要素は互いに階層的に調整される。以下の要素に分別することができる。
【００９４】
１．電力モジュール
最下位の階層では、ＩＧＢＴメイン電流モジュールが使用されている。ＩＧＢＴメイン電流モジュールに存在する構造によって、これらは非常に信頼性の高いモジュールになっており、熱の放出量が少なく、最適の効率を有している。これらのメイン電流モジュールは、巻線を流れる電流を調節する。巻線は、それぞれ別の位相を有する３つの群に分割されている。巻線毎に２つのメイン電流モジュールがある。メイン電流モジュールはより高い階層、すなわち電流調整器によって駆動される。
【００９５】
２．電流調整器
第２の階層２において、ＩＧＢＴメイン電流モジュールは、電流調整器に接続されており、この電流調整器によって駆動される。電流調整器は、ホールの原理（ホールセンサ）に従って動作する独立の電流センサと共に、それに伴うモータ巻線内の電流を調節する独立のエンドストップを形成している。この階層において、ＩＧＢＴメイン電流モジュールと電流調整器は、操作電子機器から直流電気的に既に分離されている。さらに、２つのメイン電流モジュールおよびホールセンサを有する電流調整器は４Ｑモジュールと呼ばれている。電流調整器を有するメイン電流モジュールは制御システムを形成している。巻線毎に制御システムが存在する。
【００９６】
３．ベクトル生成装置
ベクトル生成装置は、いわゆる４Ｑモジュール（階層１および階層２）に動作値を供給し、したがって、４Ｑモジュールは、同期モータの巻線によって磁界ベクトルを生成し、それによってトルクのモーメントを決定する。
【００９７】
いわゆるエンコーダまたはリゾルバ、すなわち角度または回転数を非常に正確に測定する測定装置は、固定子に対する回転子の現在の位置をベクトル生成装置に知らせる。リゾルバの正弦／余弦信号と、リゾルバにつながれるフィードバック値から得られる回転子の位置を迅速に計算することによって、モータの磁界ベクトルをプログラマブル論理モジュール、いわゆるＦＰＧＡと共に最適に設定することができる。
【００９８】
マイクロプロセッサとＦＰＧＡの組合せによるベクトル生成装置の全機能を光ファイバケーブルを介してプログラムすることができる。このことは、すでに使用されている本発明による車輪において、特殊な用途に必要な新しいデータまたは変更を（電話またはインタネットによって）ただちにインプリメントできることを意味する。このような変更には、ＦＰＧＡのソフトウェアに関する変更だけでなく、モジュールのハードウェアに関する変更も含まれる。例えば、巻線またはモジュールが故障したときにモータ自体における関係を車輪が機能し続けることができるように変更することが可能である。ベクトル生成装置は操作システムを形成している。前述の実施形態における、エンコーダと電子機器を伴うホールセンサとが、測定システムを形成している。
【００９９】
４．ＣＰＵすなわち中央演算処理装置
最初の３つの階層は車輪内にまとめて収容される。ＣＰＵは、車輪の外側に位置しており、車両上にある、本発明によるいくつかの車輪と光学リングデータバス回線（ＯＲＤＡＢＵＬ）によって情報伝達する。ＣＰＵは、ＡＧＶ（自動誘導乗物）に必要な、走行距離、カーブを曲がるときの走行距離、および完全な駆動の診断に関する計算を実行することもできる。各階層によって、動作状況に対して重要なデータがＣＰＵに伝達される。エラーの信号は直ちに上の階層に伝達され、この階層は、損害が生じないうちに必要な措置を講じることによって直ちに反応する。上の階層は、エラーに適性に応答する緊急プログラムを作動させることができる。その結果、あるモジュールのエラーが乗物全体に影響を与えることはほとんどなくなる。
【０１００】
このモジュール式システムにより、エラーを簡単に診断し、後で複雑な調節や設定を行うことを必要とすることなく、関連する要素を迅速に見つけることが可能になる。
【０１０１】
非同期／同期モータの通常の制御との重要な違いは、好ましい実施形態では、すべてのモータ巻線が３つの群に分割され、各群が好ましくは、互いに電気的に分離された３０本の独立の巻線から成り、各巻線がそれ自体の４Ｑモジュールによって３つの群に分割されていることである。この場合、４Ｑモジュールは電源電圧によって互いに接続されるにすぎず、その結果、以下の利点が生じる。
１：通常の３相駆動装置の２つの相のみが監視され調節される。第３の相における電流は、他の２つの相の挙動から算出される。このことは、電子機器の動作の自由度、例えば１つまたは２つ以上のモジュールの故障に対する緩衝の自由度が高くなることを意味する。
２：各モータ巻線が同じ磁界強度を生成するように電流分布を厳密に調整することができる。その結果、磁界によって生成される各巻線内のトルクの実際のモーメントを調整することができ、これらのモーメントは別々の巻線の電気変数の不規則性とは無関係になる。
３：各巻線の磁気公差をベクトル生成装置によって別々に較正することができる。
４：４Ｑモジュールが故障するか、または巻線が短絡した場合、モータは依然として動作可能である。ヒューズまたはリレーにより、欠陥の生じたモジュールまたは相を他の２つの４Ｑモジュールまたは相からそれらに影響を与えずに分離することができる。このように、モータは、依然として制動をかけることができ、いくつかの車輪が使用されているときにはそれらを支援することができる。この場合、階層構造の利点が特に顕著になる。
【０１０２】
前述の電子機器の機能および接続は図４でさらに明らかにされている。この図には、例えば、遠隔制御乗物や自動制御乗物などの電動乗物における車輪、車輪ストラット、および他の制御および操作信号の接続および階層がブロック図によって概略的に示されている。中央演算処理装置すなわちコンピュータ２００は、いくつかの部品間の全体的なデータ交換を制御し、乗物の自動制御を可能にする。コンピュータ２００は、情報伝達回線、例えば光通信回線によってエネルギー管理システム３００、すなわち電池、可能な発電機、燃料電池、またはソーラーパネルに接続されている。さらに、コンピュータ２００は、様々なシステムのステータスに関するデータが表示される表示画面４００に接続されている。中央コンピュータ２００は、乗物の位置、可能な障害物、内部環境などに関する情報を供給する様々なセンサにも接続されている。中央コンピュータはさらに、例えば本発明による２つ以上の車輪ストラット１００に接続されている。この図中の番号は、前述の部品に対応する。
【０１０３】
中央コンピュータ２００はさらに、本発明による少なくとも１つまたは２つ以上の車輪１に接続されている。車輪は、３つの巻線群９、９／１、および９／１１、各群毎の制御システム３２、３２／１、および３２／１１、各群ごとの測定システム３０、３０／１、および３０／１１を有することが分かる。さらに、車輪は前述のエンコーダ３１を有しており、エンコーダ３１は、固定子に対する回転子の相対位置に関するデータを、エンコーダよりも上位の操作システム３３に供給する。この図には、本発明による車輪１内の、好ましくは合計で少なくとも３０本の巻線９、９／１、および９／１１から成る３つの群が示されている。巻線９は、各々が別の相φ1、φ2、およびφ3を有する３つの群に分割されることが好ましい。各巻線群９、９／１、および９／１１を流れる電流はホールセンサ３０によって測定される。測定値は制御システム３２に渡される。制御システム３２は１つの巻線群を流れる電流を２つのＩＧＢＴによって調節する。制御システム３２は操作システム３３によって動作させられる。操作システムはまた、エンコーダ３１からデータを受信し、エンコーダ３１は固定子に対する回転子についての角情報を供給する。その結果、操作システム３３は、最適の動作を可能にする良好な相設定を選択することができる。操作システム３３は、好ましくは光学データ通信に適した情報伝達手段３４によって乗物内の中央演算処理装置２００に結合される。
【０１０４】
図５Ａには、本発明による４つの車輪１を備えた乗物の平面図が示されている。車輪１はそれぞれ、やはり上記で説明した本発明の他の態様による車輪ストラット１００に取り付けられている。これらの車輪ストラットはそれぞれ、各車輪を回転させることができ、それによって乗物を駆動することが可能な手段を内部に備えている。乗物はさらに、中央演算処理装置２００および電池と、それらの制御システム３００を備えている。図５Ｂには、図５Ａの乗物の側面図が示されている。
【０１０５】
図６には、本発明による車輪の他の実施形態が示されている。参照番号は、できるかぎり図１および図２の参照番号に対応するようになっている。乗物側は矢印Ａで示されている。図６の車輪は、例えば水冷手段を備えている。冷却水の入口および出口はそれぞれ、番号３０によって示されている。入口および出口３０は、冷却水が循環するシャフトの周りの空間３１に続いている。この実施形態において、測定、制御、および操作手段は空間３２内に配置されている。電子機器は、乗物の方に向けられたプリントプレートと共に配置されている。好ましくは水である冷却水は主として、巻線を冷却する働きをする。
【図１】
2012066822.tif 000003
【図２】
2012066822.tif 000004
【図３】
2012066822.tif 000005
【図４】
2012066822.tif 000006
【図５Ａ】
2012066822.tif 000007
【図５Ｂ】
2012066822.tif 000008
【図６】
2012066822.tif 000009