BR0107860B1 - roda, conjunto de pelo menos duas rodas e método para coordenar o número de revoluções de pelo menos duas rodas equipadas com motores elétricos dentro das rodas. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "RODA, CON-JUNTO DE PELO MENOS DUAS RODAS E MÉTODO PARA COORDE-NAR O NÚMERO DE REVOLUÇÕES DE PELO MENOS DUAS RODASEQUIPADAS COM MOTORES ELÉTRICOS DENTRO DAS RODAS".

A presente invenção refere-se a uma roda equipada com ummeio de acionamento elétrico dentro da roda assim como um método paracoordenar o número de revoluções de pelo menos duas de tais rodas presasem um veículo.

As rodas equipadas internamente com um meio de acionamentoelétrico, e mais particularmente motores elétricos, são conhecidas. Exemplosde tais rodas podem por exemplo ser encontrados na DE-A-2719736, naDE-A-4404889, na FR-A-2561593, na US-A-4585085 e na WO-A-95/16300.

Um dos problemas que ocorrem nas rodas conhecidas é a coor-denação entre as rodas quando mais do que uma roda acionada é utilizadaem um veículo.

Outro problema que ocorre em um veículo possuindo as rodasconhecidas desse tipo é que um meio de controle é necessário, estando estelocalizado fora da roda. Isto torna a construção de um veículo acionado ele-tronicamente um risco megatrônico complexo. A WO-A-95/16300 tenta re-solver isto dispondo uma parte da eletrônica de controle dentro da roda. Ouso de diversas rodas acionadas em um veículo, no entanto, não é possível.

É um objeto da invenção fornecer uma roda eletricamente acio-nada de alta eficiência.

Um objeto adicional da invenção é fornecer uma roda que sejafácil de montar.

Adicionalmente é um objeto desenvolver uma roda que ofereceliberdade de projeto de um veículo.

Outro objeto é uma roda que seja simples de substituir e dedesmontar.

Outro objeto é oferecer uma roda equipada com um meio de a-cionamento a qual em cooperação com outras rodas similares pode ser de-senvolvida em um veículo.Os ditos problemas são pelo menos parcialmente resolvidos epelo menos uma parte das vantagens é conseguida por meio da roda deacordo com a invenção.

Para este fim a invenção refere-se a uma roda equipada com ummeio de acionamento elétrico dentro da roda, um meio de controle, mediçãoe operação dentro da roda para operar o meio de acionamento elétrico e ummeio de comunicação de dados dentro da roda.

Adicionalmente a invenção refere-se a um método para coorde-nar o número de revoluções de pelo menos duas rodas equipadas com mo-tores elétricos dentro das rodas e ainda equipadas com um meio de controle,medição e operação dentro da roda para operar o meio de acionamento elé-trico e com um meio de comunicação de dados dentro da roda, no qual sis-temas de controle fisicamente separados controlam a amperagem em cadaenrolamento dos motores elétricos, os sistemas de controle em uma rodasão operados por um sistema de operação, um sistema de medição forneceinformações a respeito da força do campo magnético para o sistema decontrole e fornece a posição mútua do rotor e do estator para o sistema deoperação, e os sistemas de operação das diversas rodas se comunicam unscom os outros através de um meio de comunicação de dados via uma uni-dade de processamento central.

Devido à roda de acordo com a invenção um conceito de acio-namento foi realizado que é eficiente, simples de montar e pode ser integra-do em um veículo.

Devido ao método de acordo com a invenção é possível utilizardiversas rodas equipadas com acionamento elétrico em um veículo.

Preferivelmente a roda compreende um aro o qual está equipadocoaxialmente no lado interno com um rotor equipado com ímãs permanentese cujo rotor e aro são conectados a um eixo central, e um estator coaxialfornecido com enrolamentos cujo estator está situado entre o eixo central e orotor e sendo conectável a um veículo. Deste modo a roda está equipadacom um motor elétrico. Como um resultado um acionamento simples da rodaé possível. Mais ainda nenhuma transmissão é necessária, particularmentenenhuma transmissão de redução, nas quais grandes perdas de potênciapareceram ocorrer.

Mais especificamente o estator está dividido em pelo menos doisgrupos de enrolamentos eletrica e fisicamente separados e cada grupo com-preende pelo menos dois enrolamentos cada um tendo o seu próprio siste-ma de controle e de medição, cujos sistemas de controle e de medição estãosituados dentro da roda e os sistemas de controle e de medição são opera-dos por um sistema de operação o qual está também situado dentro da roda.Como um resultado um sistema de acionamento é criado que está integradodentro da roda, na qual o sistema de acionamento é muito robusto e nãomuito sensível ao mal funcionamento.

A roda de acordo com a invenção mais preferivelmente compre-ende um meio para trocar dados com o sistema de controle, medição e ope-ração de outras rodas similares. Como um resultado é possível acoplar di-versas rodas de acordo com a invenção em um veículo, devido às quais umapropulsão potente do veículo pode ser executada. De modo a tomar a co-municação de dados menos sensível ao mal funcionamento, o meio para atroca de dados para o exterior preferivelmente é um meio de comunicaçãoótico.

De modo a permitir que ou diversas rodas ou uma roda de acor-do com a invenção se comuniquem por entre outros equipamentos fora daroda, os sistemas de medição, de controle e de operação de uma roda secomunicam via uma unidade de processamento central fora da roda. Destemodo, por exemplo diversas rodas de um veículo são capazes de se comu-nicar umas com as outras.

De modo a reduzir adicionalmente a sensibilidade ao mal funcio-namento de uma roda ainda mais, o sistema de controle compreende ummeio para controlar a força do campo elétrico através de cada enrolamentoseparadamente. Neste caso um enrolamento também significa uma bobina.Quando uma corrente corre através da bobina ou enrolamento esta resultaem um campo magnético.

Os sistemas de controle dos enrolamentos estão conectados nosistema de operação. O dito sistema de operação está hierarquicamenteacima dos sistemas de controle e ordena a cada sistema de controle deter-minar e manter uma certa força de corrente elétrica.

A roda de acordo com a invenção está também equipada comsistemas de medição, na qual os sistemas de medição compreendem umcodificador para medir o número de revoluções e a posição angular do rotorcom respeito ao estator, e um dispositivo de medição de corrente para medira corrente através de cada um dos enrolamentos. Como um resultado a cor-rente através de cada enrolamento pode ser precisamente determinada ecalibrada. Adicionalmente o sistema de operação é capaz de operar bem oenrolamento, e determinar a fase em cada enrolamento para um funciona-mento ótimo do acionamento elétrico. Adicionalmente o sistema de mediçãoestá equipado com um meio para medir o torque mecânico, preferível mentepor medidores de esforços que são capazes de medir o esforço no materialpreciso ao nanômetro. Tal meio para medir o esforço ou torção, a de forma-ção no metal em geral, como tal é conhecido do versado na técnica. A com-paração do torque mecânico resultante e da potência de motor acomodadafornece uma idéia da condição da roda.

Para um bom funcionamento, o codificador preferivelmente estáconectado no sistema de operação e os sistemas de controle estão conecta-dos nos dispositivos de medição de corrente. Como um resultado um siste-ma modular é criado que não está muito sujeito ao mal funcionamento.

O sistema de operação está conectado a uma unidade de pro-cessamento central fora da roda através do meio de comunicação de dados.Como um resultado a coordenação com outros sistemas em um veículo épossível.

De modo a resfriar o meio de acionamento no caso de um des-envolvimento de calor grande demais, a roda está equipada com um meio deresfriamento, e se assim desejado também com um meio de resfriamentoativo, tal como ventiladores. Adicionalmente a roda pode estar equipada comum meio para resfriamento a água.

De modo a tornar possível a cooperação de diversas rodas deacordo com a invenção em um veículo, os sistemas de operação dentro daroda preferível mente estão equipados com uma regulagem "mestre" e umaregulagem "escrava", na qual através do meio de comunicação a unidade deprocessamento central é capaz de ter o sistema de operação trocado da re-gulagem "mestre" para a regulagem "escrava" e vice-versa. Por exemplo,quando fazendo curvas ou a demanda de potência ou a velocidade de diver-sas rodas variará. De modo a tornar a coordenação de uma para outra pos-sível, a troca da regulagem "mestre para a regulagem "escrava" e vice-versaé influenciada ou pela demanda de potência ou pela velocidade da roda. Épreferido aqui que a roda que demanda a menor potência, isto é a roda quetem a mais alta velocidade de revolução, tenha sido determinada como"mestre".

No método de acordo com a invenção é preferido que a unidadede processamento central tenha o sistema de operação da roda que deman-da a mais baixa função de potência como "mestre", e tenha os sistemas deoperação da outra roda ou das outras rodas, respectivamente, operandocomo assim chamada "escravo", no qual cada vez que o sistema de opera-ção da roda que demanda a menor potência atua como "mestre" e os siste-mas de operação das outras rodas atuam como "escravos". Como um re-sultado o sistema de acionamento é fácil de implementar e de controlar.

De modo a antecipar futuras situações durante um bom aciona-mento, é preferido que a unidade de processamento central inclua os dadosdos montantes de roda a respeito da posição angular quando gerenciandoos sistemas de operação das rodas.

A invenção ainda refere-se a um conjunto de pelo menos duasrodas de acordo com a invenção que estão conectadas a uma unidade deprocessamento de dados central comum através de um meio de comunica-ção de dados.

A invenção ainda refere-se a uma roda de veículo que tem ummotor elétrico dentro dela, na qual o motor elétrico é um motor síncrono CC,de mais do que 8 pólos, 3 ou mais fases.

Adicionalmente a invenção refere-se a uma roda equipada comum alojamento montado sobre um eixo girável, equipada no lado externocom um aro com um pneu e no lado interno equipada com ímãs permanen-tes, e o alojamento montável em um veículo, conectado girável no eixo,equipado com um meio de controle, medição e operação e um meio elétricopara gerar um campo magnético. Devido a uma tal estrutura a roda é sim-ples de se substituir e pode ser montada em um modo modular. Adicional-mente um sistema de freio mecânico é fácil de montar sobre o eixo comouma provisão de segurança extra.

Adicionalmente a invenção refere-se a uma roda equipada comum meio de acionamento elétrico dentro da roda, um meio para medir o tor-que mecanicamente fornecido, um meio para medir o torque medindo a po-tência eletricamente acomodada e um meio para comparar o torque mecani-camente fornecido com a medição da potência elétrica. Como um resultadopareceu possível estabelecer um desgaste prematuro e um mal funciona-mento na roda, mesmo antes que o defeito real ocorra. Através do meio decomunicação um defeito (futuro) pode ser estabelecido mesmo a uma dis-tância e possivelmente ser remediado.

Adicionalmente a invenção refere-se a uma roda equipada comum meio de acionamento elétrico dentro da roda, equipada com pelo menosdois enrolamentos de motor galvanicamente separados, pelo menos doismódulos de potência galvanicamente separados e pelo menos duas unida-des de operação galvanicamente separadas para os módulos de potência.

A invenção ainda mais refere-se a um montante de roda equipa-do com um meio de fixação no veículo para prender o montante de roda emum veículo, e um meio de fixação de roda para prender a roda no montantede roda, na qual o meio de fixação de roda é girável ao redor do eixo geo-métrico longitudinal com respeito ao meio de fixação no veículo e na qual omontante de roda está equipado com um meio de acionamento para girar omeio de fixação de roda com respeito ao meio de fixação no veículo.

Como um resultado um tal montante de roda é fácil de montarem um veículo, e o outro meio tal como um meio de direção para o veículo ede acionamento para as rodas podem ser facilmente acoplados.Preferivelmente o meio de fixação no veículo e o meio de fixaçãode roda são montados sobre molas um no outro ao longo do eixo geométricolongitudinal através de um meio de conexão.

Preferivelmente o meio de conexão compreende um eixo estria-do o qual em um lado está equipado com uma estria e no outro lado estáequipado com um meio de acionamento para girar o eixo estriado, e com umalojamento de estria dentro do qual o eixo estriado está situado e cujo alo-jamento de estria no lado inferior está equipado com um meio de acomoda-ção para um eixo de roda e um meio de fixação para uma roda, e no qual omeio de fixação no veículo são formados por uma luva equipada com ummeio para conectar a luva a um veículo, no qual o alojamento de estria como eixo estriado está pelo menos parcialmente acomodado dentro da luva, noqual o alojamento de estria e a luva estão montados sobre molas um no ou-tro através de um meio de mola, e o meio de acionamento está conectadona luva.

A estrutura que pode ser executada deste modo é simples, ro-busta, e pode ser bem integrada nos veículos e métodos de produção exis-tentes.

De modo a prender a roda o alojamento de estria está equipadocom uma luva de recebimento para um eixo o qual está posicionado subs-tancialmente perpendicular ao alojamento de estria. Como um resultado épossível prender a roda estável e seguramente.

Adicionalmente o montante de roda compreende um meio demola para amortecer o movimento vertical do meio de fixação de roda comrespeito ao meio de fixação no veículo.

Preferivelmente o montante de roda está equipado com um meiopara se comunicar com o meio de acionamento.

Preferivelmente o montante de roda está equipado com um meiopara se comunicar com o meio de operação de uma roda de acordo com oprimeiro aspecto da invenção acima mencionado. Preferivelmente o meio deacionamento do montante de roda se comunica com o meio de operação deuma roda de acordo com a invenção por meio da unidade de processamentocentral.

Os ditos aspectos da invenção podem, se desejado, ser combi-nados. Por exemplo um veículo pode estar equipado com montantes de 2 ou4 rodas de acordo com um aspecto da invenção, e 4 ou mais rodas de acor-do com a invenção. É também possível por exemplo que uma empilhadeiraseja equipada com somente uma ou duas rodas de acordo com a invenção,mas também com dois montantes de rodas de acordo com a invenção.

Como um resultado de um alto grau de automação o montantede roda e a roda de acordo com invenção são particularmente adequadospara utilização em veículos guiados total e automaticamente. A operaçãopode também acontecer por meio de um joystick e o assim chamado direçãopor fio, nos quais os sinais de por exemplo um joystick ou um volante de di-reção são convertidos em sinais de direção (elétricos ou óticos).

A invenção adicionalmente a refere-se a um computador equi-pado com um software para a operação de uma ou de diversas rodas comodescrito, e/ou para a operação do montante de roda. Adicionalmente a in-venção refere-se a uma portadora de dados fornecida com um tal software.

Um número de modalidades específicas da invenção será eluci-dado com base nas figuras. As figuras servem para ilustrar a invenção. Ainvenção, no entanto, não está limitada às modalidades específicas mostra-das.

Figura 1 mostra uma roda de acordo com a invenção.

Figura 2 mostra a roda da Figura 1 em corte transversal.

Figura 3 mostra um corte transversal de um montante de roda deacordo com outro aspecto da invenção.

Figura 4 mostra um diagrama de um sistema de controle e deoperação de uma roda de acordo com a invenção.

Figura 5A mostra uma vista de topo de um veículo que tem ro-das e montantes de roda de acordo com a invenção.

Figura 5B mostra uma vista de topo do veículo da Figura 5A.

Figura 6 mostra uma modalidade alternativa da roda de acordocom a invenção.A Figura 1 mostra a roda 1 de acordo com a invenção. Na figuraa roda está equipada com pneu 2, o qual pode ser utilizado em diversas mo-dalidades. O pneu pode por exemplo ser um pneu de borracha maciça parautilização em veículos de baixa velocidade tais como os tratores, as empi-lhadeiras ou outros tipos de veículos para o transporte de carga. O diâmetroda roda será aproximadamente de 800 mm. O pneu pode também ser pro-jetado como do tipo de pressão de ar para utilização em veículos de veloci-dade média tais como por exemplo os táxis urbanos e o transporte de cargameio pesada em áreas urbanas.

O pneu 2 está montado sobre o aro 3, o qual está adaptado aosvários tipos de pneus. Uma tampa 4 foi montada sobre o aro 3, a qual co-necta o aro ao eixo central 5.

No lado interno do aro 3 o rotor 6 está preso sobre o qual nolado interno os ímãs permanentes 7 foram colados. Os ditos ímãs perma-nentes 7 giram juntamente com aro 3. O aro 3 com o pneu 2, o rotor 6 comos ímãs permanentes sobre eles e as outras partes presas no aro, a tampa 4e o eixo central 5 são as partes giratórias da roda.

Dentro dos ímãs permanentes 7 um pacote de ferro 8 com en-rolamentos 9 foi acomodado, com uma folga de ar entre o pacote de ferro 8com os enrolamentos e os ímãs permanentes 7.

O pacote de ferro 8 com os enrolamentos 9 está montado sobreo membro de suporte central 11 e montado sobre a placa de cobertura 17por meio dos membros de retenção 10 e 13. A dita placa de cobertura 17 foiequipada com um flange de montagem (não mostrado, preferivelmente umflange B5 do tipo de 250 mm) com o qual a roda 1 está montado em um veí-culo. No membro de retenção 13 o qual está provido com um espaço deacomodação, a eletrônica de controle 20, entre outros consistindo de IGBTpara o controle de corrente e módulos lógicos programáveis para o sistemade operação foram acomodados. O pacote de ferro 8, os enrolamentos 9, osmembros de retenção, e a eletrônica estão fixamente presos a um veículopor meio do dito flange e portanto não são uma parte giratória.

O eixo central 5 está equipado com uma bucha de montagem demetal duro 14 sobre a qual os enrolamentos 23 da roda giram. Ao redor doeixo central 5 os codificadores 21 foram também montados para medir emqual posição o rotor 6 está situado com respeito aos enrolamentos 9. Comoum resultado a eletrônica de operação e de controle 20 é capaz de controlara fase exata da voltagem sobre cada enrolamento 9 em qualquer momento,de modo que as ditas fases sejam otimamente ajustadas para a posição dosímãs permanentes 7 com respeito a cada um dos enrolamentos 9.

Na figura a tampa 4 está equipada com lâminas 15 e 15'. Umanel de lâminas 15 foi montado diretamente ao redor do eixo central, um se-gundo anel de lâminas 15' foi montado concentricamente ao redor do primei-ro anel de lâminas 15. As lâminas 15' estão abertas na direção de rotaçãomais geral (no sentido horário como visto do lado do veículo) da roda 1. Asditas lâminas servem para guiar o ar para dentro do motor para resfriamento.

As lâminas 15 ao redor do eixo central com as aberturas de entrada de arestão montadas opostas às lâminas 15'. Quando acionando o veículo, noqual a roda 1 foi montada, as lâminas 15 guiarão o ar para dentro da roda 1,e as lâminas 15' sugarão o ar para fora da roda. Como um resultado um flu-xo de ar para o interior será criado, o qual flui sobre um corpo de resfria-mento do membro de retenção externo 10.

As lâminas funcionam de acordo com o princípio da bomba cen-trífuga. O número de lâminas 15 ao redor do eixo central é menor do que onúmero de lâminas 15' de modo a fornecer ao ar expandido através doaquecimento mais espaço e para ser capaz de descarregá-lo mais facil-mente.

Em adição ao resfriamento passivo por meio das lâminas, venti-ladores para um resfriamento ativo podem estar presentes dentro da roda 1.

Os ditos ventiladores podem por exemplo ser ativados quando a temperaturainterna excede um certo valor.

As várias partes internas da roda podem, devido à natureza daestrutura de acordo com a invenção, serem vedados à prova de líquidos emuma maneira simples. Como um resultado é possível que em adição ao res-friamento passivo por meio das lâminas e do resfriamento ativo por meio dosventiladores, o lado interno da roda seja resfriado por meio de resfriamentolíquido. A placa de cobertura 17 em qualquer caso veda a eletrônica de ope-ração e de controle 20 do mundo exterior.

O rotor 6 pode ser feito de alumínio e de aço, dependendo davelocidade e da potência de rolamento necessárias.

O rotor 6 é o suporte dos ímãs permanentes 7, o que assegura atransmissão de torque. Eles também asseguram o guia do fluxo, o qual énecessário para ter os ímãs atuando eficientemente quanto possível e assimcriando uma conexão magnética com o campo magnético o qual é geradodentro do estator. O estator é formado pelo pacote de ferro 8 com os enro-lamentos 9.

Além do resfriamento a ar dentro do motor, o calor pode tambémser descarregado por meio de aletas de resfriamento 24. No estágio de pro-dução elas são integradas em uma fundição com a placa de cobertura 17.

Para o resfriamento interno da eletrônica 20 um corpo de resfri-amento é fornecido. O dito corpo de resfriamento é claro serve para resfriara eletrônica mas também tem duas funções adicionais, a saber a fixação doestator e a vedação do resfriamento à água o qual pode ser utilizado emuma maior potência e voltagens mais altas. Na figura, o corpo de resfria-mento está ainda separado do membro de retenção, mas na produção emsérie este pode se tornar uma parte estrutural.

O membro de retenção 10 juntamente com o membro de reten-ção 13 da eletrônica 20 assegura que o pacote de ferro 8 do estator fiquepreso e assim não possa possivelmente deslizar na direção axial com res-peito ao rotor 6. Como um resultado os ímãs 7 permanecem exatamente nosseus lugares com respeito ao rotor 6 para uma ótima eficiência.

O estator com os enrolamentos 9 na Figura 1 consiste em 3 pe-ças, mas preferivelmente o pacote de ferro do estator será feito de umapeça. Os enrolamentos 9 foram dispostos ao redor dos cabeçotes de enro-lamento, cujos enrolamentos são enrolados de acordo com um padrão fixode modo que um ótimo comportamento de acionamento da roda 1 de acordocom a invenção seja conseguido. As correntes elétricas correm através dosenrolamentos 9, cujas correntes geram as forças magnéticas que são ne-cessárias para fazer com que o rotor 6 gire. O pacote de ferro 8 asseguraum ótimo guia do fluxo. Um pacote de ferro 8 bem escolhido garante umaalta eficiência da roda de acordo com a invenção.

Um anel de vedação assegura a separação entre a parte internado resfriamento a ar e aquela parte aonde o rolamento da roda de acordocom a invenção e a eletrônica estão alojados.

Mais ainda uma bucha de montagem 14 foi disposta como umsuporte para o rolamento (2 rolamentos de contato angular de carreira du-pia). A dita bucha de montagem 14 foi projetada em um tipo de aço de altaqualidade. A bucha de montagem de aço 14 transfere as forças dos rola-mentos sobre o membro de suporte central 11 e impede o rolamento parafora do membro de suporte central 11 pelos rolamentos. Os rolamentos as-seguram a absorção das forças tanto axial quanto radial e a saber igual-mente, de modo que durante as curvas e as irregularidades na superfície daestrada uma rotação estável do rotor 6 é obtida. A dita rotação estável émuito importante porque para um funcionamento eficiente da roda de acordocom a invenção uma folga de ar de aproximadamente 2 mm no máximopreferivelmente está presente entre o rotor 6 e o estator. Os rolamentos sãoapesar de tudo superdimensionados de modo a assegurar a dita folga de ardurante um grande número de horas de operação (10.000 horas no mínimo).

Estrias foram dispostas entre o estator e o membro de suportecentral 11 de modo que os ditos dois membros não possam possivelmentegirar um com respeito ao outro.

Um anel de retenção está pressionado pela placa de cobertura17 e deste modo trava os rolamentos, os quais por sua vez fixam o estatorcom respeito ao eixo. Deste modo é garantido que o rotor 6 e o estator per-maneçam na mesma posição um com respeito ao outro.

Uma luva de retenção mantém o codificador de eixo oco no seulugar e também assegura que o anel interno dos rolamentos esteja confina-do. A luva de retenção por sua vez está fixada sobre o eixo central 5 poruma rosca de porca e parafuso.O membro de suporte central 11 sustenta o estator e está blo-queado contra rotação ali por meio de 3 conexões de estrias as quais estãodivididas ao longo da circunferência em um padrão regular. Dentro do mem-bro de suporte 11 rebaixos foram dispostos na superfície como um resultadodos quais durante a montagem aberturas são criadas através das quais olíquido de resfriamento pode ser transportado. O dito resfriamento pode sernecessário para voltagens mais altas do que 96 V e capacidades maiores do12 kW.

O membro de retenção 13 tem um número de funções.

A: Juntamente com o membro de retenção 10 ele prende omembro de suporte central 11 e o pacote de ferro 8, como um resultado doque o estator fica inteiramente confinado.

B: Ele fecha os rebaixos que são determinados para deixar olíquido de resfriamento passar através.

C: Ele forma um espaço de acomodação ou um vazio dentro doqual a eletrônica é alojada.

O dito espaço de acomodação por sua vez é fechado pela placade cobertura 17. Como um resultado a eletrônica 20 fica completamente ve-dada do exterior, o que garante um funcionamento livre de falhas da roda deacordo com a invenção.

O rolamento de anel garante um suporte adicional do rotor 6, demodo que a folga de ar fica garantida o tempo todo.

Durante a montagem, a placa 17 assegura uma conexão, umavedação, e um confinamento corretos da estrutura inteira. Esta é também aplaca de fixação para a montagem da roda de acordo com a invenção a umveículo ou a um chassis e preferivelmente está equipada com um flange denorma B5 do tipo de 250 mm, como um resultado do qual a roda pode sersimplesmente montada dentro dos conceitos existentes. Por meio das aletasde resfriamento 24 o calor extra é descarregado durante o acionamento.

Os ímãs permanentes 7 são fabricados em uma tal forma queeles montam precisamente dentro do rotor 6. Após a colagem no lado inter-no do aro da roda os ímãs formam uma unidade juntamente com o rotor. Osímãs preferivelmente são ímãs de terras raras. Preferivelmente os ímãspermanentes tem uma força de campo magnético maior do que aproxima-damente 1 Tesla.

O codificador para eixo oco 21 assegura que o percurso cobertopossa ser medido, e também aciona a eletrônica 20, de modo que um com-putador ou unidade de processamento central sabe em qual posição o rotor6 está situado com respeito ao estator. Isto é da máxima importância parauma rotação livre de choques do rotor.

A eletrônica e a lógica para operar a roda, assim como a ele-trônica de potência foram dispostas dentro da roda de acordo com a inven-ção. Como um resultado se tornou possível alcançar um número de vantagens.

Um dos maiores problemas encontrados no momento pelos fa-bricantes de veículos eletronicamente acionados, é que toda a sorte decomponentes estão espalhados por sobre o veículo que posteriormente pre-cisam ser novamente conectados uns nos outros. Como um resultado dafabricação de veículos eletrônicos é uma atividade demorada e portantotambém dispendiosa. Adicionalmente a produção freqüentemente aconteceem três estágios consecutivos como um resultado dos quais o tempo deprodução é relativamente longo.

A Figura 2 mostra a roda de acordo com a Figura 1 em cortetransversal, como um resultado do qual aspectos especiais da modalidadede uma roda de acordo com a invenção mostrada na Figura 1 são adicio-nalmente elucidados. Os números de referência aqui tem o mesmo significa-do que na Figura 1. No corte transversal pode ser visto claramente como oaro 3, o rotor 6, os ímãs permanentes 7 e o eixo central 5 estão conectadosuns nos outros por meio da tampa 4. Mais ainda pode ser visto claramentecomo os enrolamentos 9 e o pacote de ferro 8 (o estator), e os membros deretenção 10, 13 com a eletrônica 20 estão conectados na placa de cobertura17. No corte transversal pode ser visto claramente como um resultado, comoo meio de acionamento elétrico, neste caso o motor elétrico, está situadodentro da roda 1. Colocando um motor elétrico de tal modo pareceu possívelconseguir uma eficiência muito alta, até 50% ou maior do que nos veículosusuais eletricamente acionados. Em particular um motor elétrico como des-crito nas Figuras 1 e 2 resulta em uma grande vantagem. Por exemplo, omotor que tem ímãs permanentes é capaz de gerar eletricidade ele próprioquando em neutro, porque o motor atua como um dínamo. Devido à monta-gem do motor dentro da roda não é mais necessário utilizar uma transmis-são ou um diferencial. O número de revoluções do motor também não preci-sa ser alto.

A Figura 3 mostra o montante de roda o qual é outro aspecto dainvenção. O cubo de roda 100 compreende um eixo estriado 101, em umlado equipado com uma estria 102 e no outro lado equipado com um meiode acionamento 103 para girar o eixo estriado 101. O meio de acionamentopreferível mente consiste em um motor elétrico 103. O eixo estriado 101 estásituado girável dentro de um alojamento de estria 104. No lado inferior o ditoalojamento de estria 104 está equipado com um meio de acomodação 105para um eixo de roda 106. O alojamento de estria 104 está pelo menos par-cialmente acomodado dentro de uma luva 107 equipada com um meio defixação 108 para montar o montante de roda 101 em um veículo. O aloja-mento de estria 104 e a luva 107 estão montados com molas um no outropor meio de uma mola 109. O alojamento do motor elétrico 103 está conec-tado na luva 107. O alojamento de estria está equipado com uma luva derecebimento de eixo 105 para um eixo o qual está posicionado substancial-mente perpendicular ao alojamento de estria. A luva de recebimento de eixo105 está fixamente presa no alojamento de estria 104.

A mola 109 está determinada para amortecer o movimento daparte eixo estriado - luva com respeito à parte alojamento de estria - luva derecebimento de eixo.

A luva 107 está equipada com um meio de fixação 108 paraprender o montante de roda 100 em um veículo. O meio de fixação 108 éformado por um suporte 108 o qual é uma parte permanente da estrutura aqual está presa no chassis ou na estrutura com 2 pinos cônicos e destemodo forma uma unidade com o chassis ou a estrutura do veículo.De modo a proteger a mola 109 de influências externas ela estáenvolvida por uma luva de distância 112 a qual no seu lado superior estápresa na luva 107. A dita luva de distância 112 consiste em duas partes eestá equipada com pequenas saídas de ar as quais amortecem a ação demola da suspensão como um amortecedor. Elas também servem como umbatente final no caso do veículo ser levantado com as suas rodas do chão. Aparte inferior da luva de distância 115 é deslizada para dentro da parte supe-rior 113. Os membros da luva de distância 115 e 113 são fechados um parao outro com o auxílio de um esquadro 114.

De modo a girar uma roda o motor elétrico 103 é ativado. A rota-ção do motor elétrico 103 é transmitida para o eixo estriado 101. A rotaçãodo eixo estriado é transmitida para o alojamento de estria 104, como um re-sultado do que a luva de recebimento de eixo presa nele gira e um movi-mento de direção pode ser feito. O motor elétrico pode ser equipado comuma transmissão. O montante de roda está também equipado com um meiode controle e de operação para o motor elétrico. Adicionalmente o montantede roda está equipado com um assim chamado codificador o qual registra aposição angular do meio de fixação de roda com respeito ao meio de fixaçãono veículo. O montante de roda está também internamente equipado comum meio de comunicação de dados, preferivelmente um meio de comunica-ção de dados ótico. O codificador fornece as informações de operação parao meio de operação do montante de roda. O eixo estriado 101 pode tambémse mover para cima e para baixo dentro do alojamento de estria, como umresultado do qual o molejamento se torna possível. O meio de fixação noveículo pode como um resultado se mover ao longo do eixo geométrico lon-gitudinal com respeito ao meio de fixação de roda.

O alojamento de estria 104 é a parte da suspensão de roda quegira e se move para cima e para baixo. Uma roda pode ser presa no aloja-mento de estria 104 por meio de um flange padrão B5. Um dispositivo defreio pode também ser montado no lado traseiro por meio do eixo central12/106. O eixo central 12/106 pode também ser equipado com um flangesobre o qual uma roda em neutro pode ser presa enquanto que no outro ladofreios a disco podem ser montados. Quando a roda de acordo com a inven-ção é montada esta parte pode ser deixada de fora.

O suporte de triângulo é um ponto de adesão para um triângulo.O dito triângulo está disponível no mercado e torna possível aumentar a car-ga da perna de mola da capacidade de suporte de carga permitida de 1500kg para uma capacidade de suporte de carga permitida de 4000 kg. Pelautilização do triângulo as forças de curva não são mais exercidas sobre asuspensão.

Um eixo central estendido de uma roda de acordo com a inven-ção é necessário para a montagem de uma roda e pode também servir paraa montagem dos discos de um sistema de freio.

A mola assegura uma estabilidade confortável em estrada doveículo sobre o qual a roda e a suspensão foram montadas. Na versão de 4toneladas com triângulo, a mola fica realmente completamente comprimidamas assegura uma pressão de mola mínima de 1500 kg quando o veículoestá posicionado inclinado e uma das rodas ameaça sair do chão.

O anel-0 de borracha assegura o amortecimento do alojamentode estria 104 no caso improvável da carga se tornar tão alta que o aloja-mento de estria 104 bata contra o suporte.

ESCRIÇÂO DO CONTROLE ELETRÔNICO PARA OPERAR O MOTORSÍNCRONO DENTRO DA RODA DE ACORDO COM A INVENÇÃO

O controle eletrônico para a roda de acordo com a invenção éconstruído modularmente de diversos elementos. Os diversos elementosestão hierarquicamente ajustados uns aos outros. Os seguintes elementospodem ser distinguidos.

1. MÓDULOS DE POTÊNCIA

Na etapa inferior módulos de corrente principal IGBT foram utili-zados. A estrutura presente nos ditos módulos de corrente principal IGBT ostorna altamente confiáveis em si mesmos e garantem uma baixa emissão decalor e uma ótima eficiência. Os módulos de corrente principal controlam acorrente através dos enrolamentos. Os enrolamentos são divididos em trêsgrupos, cada um tendo outra fase. Por enrolamento existem dois módulos decorrente principal. Os módulos de corrente principal são acionados por umaetapa mais alta, a saber:

2. REGULADORES DE CORRENTE

Na segunda etapa 2 módulos de corrente principal IGBT estãoconectados a regulador de corrente e acionados pelo regulador de corrente.Juntamente com um sensor de corrente separado que funciona de acordocom o princípio de Hall (sensor Hall) eles formam uma etapa final indepen-dente que controla a corrente no enrolamento de motor acompanhante.

Nesta etapa o módulo e o regulador de corrente já estão galvanicamenteseparados da eletrônica de operação. Um regulador de corrente que temdois módulos de corrente principal e um sensor Hall são ainda denominadosmódulos 4Q. Os módulos de corrente principal com o regulador de correnteformam um sistema de controle. Existe um sistema de controle por enrola-mento.

3. GERADOR DE VETOR

O gerador de vetor fornece um valor de operação para os assimchamados módulos 40 (etapa 1 e 2), os quais assim geram um vetor decampo magnético por meio de enrolamentos do motor síncrono e assim de-terminam o momento de torque.

Um assim chamado codificador ou resolvedor, um aparelho demedição que mede muito precisamente o ângulo ou o número de revolu-ções, torna a presente posição do rotor com respeito ao estator conhecidopara o gerador de vetor. O rápido cálculo da posição do rotor, a qual é deri-vada dos sinais de seno / co-seno do resolvedor e do valor de retorno co-nectado com ele, assegura uma ótima determinação dos vetores de campodo motor juntamente com os módulos de lógica programáveis, do assimchamado FPGA.

A inteira função do gerador de vetor, devido à combinação deum microprocessador e do FPGA, podem ser programados inteiramente aolongo de um cabo de fibra ótica. Isto significa que novos dados ou mudançasnecessárias para uma utilização especial podem ser imediatamente imple-mentados (por telefone ou Internet) na roda de acordo com a invenção quejá está em operação. As ditas mudanças não dizem somente respeito aosoftware do FPGA, mas também ao hardware dos módulos. É por exemplopossível mudar a relação dentro do próprio motor quando um enrolamentoou um módulo falhar de modo que a roda possa permanecer funcionando. Ogerador de vetor forma o sistema de operação. O codificador e os sensoresHall com a eletrônica acompanhante na modalidade descrita formam o sis-tema de medição.

4. CPU OU UNIDADE DE PROCESSAMENTO CENTRAL

Os primeiros três estágios estão alojados juntos dentro da roda.A CPU está situada fora da roda e se comunica com as diversas rodas deacordo com a invenção que podem estar presentes em um carro, por meiode uma linha ônibus de dados de anel ótica (ORDABUL). Ela também é ca-paz de executar os cálculos necessários para o AGV (veículos guiados au-tomáticos) a respeito da estrada coberta, medidas de odômetro quando fa-zendo curvas e diagnosticando o conceito de direção completo. Cada está-gio guarda e relata os dados importantes para a situação operacional para aCPU. Um relato de erro é imediatamente relatado para o estágio acima eeste imediatamente reage tomando as medidas necessárias, antes que umdano possa surgir. O estágio acima é capaz de ativar um programa deemergência, o qual reage ao erro no modo correto. Como um resultado umerro em um módulo dificilmente influencia o veículo inteiro.

O sistema modular torna possível fazer um simples diagnósticode erro e localizar rapidamente os componentes relevantes sem ter que exe-cutar subseqüentemente atividades complexas de ajuste ou de regulagem.

Uma diferença importante com o controle usual dos motores as-síncronos / síncronos é o fato que em uma modalidade preferida todos osenrolamentos de motor são divididos em três grupos, cada um preferivel-mente consistindo em 30 enrolamentos independentes, eletronicamente se-parados uns dos outros e cada enrolamento sendo acionado pelo seu pró-prio módulo 4Q. Aqui os módulos 40 são meramente conectados uns nosoutros por meio da voltagem de suprimento de energia, como um resultadodo que as seguintes vantagens surgem:1: Somente duas fases do acionamento trifásico normal sãoguardadas e controladas. As correntes na terceira fase são calculadas docomportamento das outras duas fases. Isto significa uma liberdade muitomaior na operação da eletrônica, e por exemplo no acúmulo da falha de umou mais módulos.

2: A distribuição de corrente pode ser ajustada exatamente demodo que cada enrolamento de motor gere a mesma força de campo. Comoum resultado os momentos de torque reais em cada enrolamento, geradospelo campo, podem ser ajustados e são independentes das irregularidadesnas variáveis elétricas dos enrolamentos separados.

3: As tolerâncias magnéticas de cada enrolamento podem sercalibradas separadamente por meio de gerador de vetor.

4: Quando um módulo 4Q falha ou um dos enrolamentos ficoucurto-circuitado, o motor pode ainda permanecer operacional. Um fusível ouum relê é capaz de separar o módulo ou a fase defeituosa dos outros 2 mó-dulos 4Q ou fases sem influenciá-los. Deste modo o motor é ainda capaz defreiar ou, quando diversas rodas são utilizadas, sustentá-las. As vantagensde uma estrutura no sentido de estágios se destacam aqui em particular.

A funcionalidade da eletrônica descrita e a sua conexão é adici-onalmente elucidada na Figura 4. Por meio de um diagrama de bloco a co-nexão é mostrada esquematicamente aqui e a hierarquia de rodas, montan-tes de roda e outros meios de controle e de operação em um veículo eletri-camente acionado, tal como por exemplo um veículo controlado remota-mente ou automaticamente. Uma unidade de processamento central oucomputador 200 controla a troca total de dados entre as diversas partes, eassegura o possível controle automático do veículo. O computador 200 estáconectado a um sistema de gerenciamento de energia 300, a saber as bate-rias, possíveis geradores, células de combustível ou painéis solares, pormeio de linhas de comunicação de dados, por exemplo linhas de comunica-ção de dados óticas. Adicionalmente o computador 200 está conectado auma tela de apresentação 400 sobre a qual os dados são apresentados arespeito do status dos vários sistemas. O computador central 200 está tam-bém conectado a vários sensores que fornecem informações a respeito daposição do veículo, dos possíveis obstáculos, do clima interno, e o equiva-lente. O computador central mais ainda está conectado a por exemplo doisou mais montantes de roda 100 de acordo com a invenção. Os números nafigura aqui correspondem às partes já descritas.

O computador central 200 além disto está conectado a pelo me-nos uma ou mais rodas 1 de acordo com a invenção. Pode ser visto que aroda compreende três grupos de enrolamentos 9, 9/1 e 9/11, de sistemas decontrole 32, 32/1 e 32/11 para cada grupo, e de sistemas de medição 30,30/1 e 30/11 para cada grupo. Adicionalmente a roda compreende o codifi-cador 31 já descrito, o qual fornece os dados a respeito da posição relativado rotor com respeito ao estator para o sistema de operação 33 superior aele. Na figura os três grupos dos preferivelmente no total pelo menos 30 en-rolamentos 9,9/1 e 9/11 dentro de uma roda 1 de acordo com a invençãosão mostrados. Os enrolamentos 9 estão preferivelmente divididos em trêsgrupos, cada um tendo outra fase φ1, φ2 e φ3. A corrente através de cadagrupo de enrolamentos 9, 9/1 e 9/11 é medida por um sensor Hall 30. O va-lor medido é passado adiante para o sistema de controle 32. O sistema decontrole 32 controla a corrente através de um grupo de enrolamentos pormeio de 2 IGBT. Os sistemas de controle 32 são operados por um sistemade operação 33. O dito sistema de operação também recebe os dados deum codificador 31, o qual fornece informações de ângulos sobre o rotor comrespeito ao estator. Como um resultado o sistema de operação 33 é capazde escolher um bom ajuste de fase para um funcionamento otimizado. Osistema de operação 33 está acoplado a uma unidade de processamentocentral 200 em um veículo através de um meio de comunicação de dados34, preferivelmente adequado para a comunicação de dados ótica.

A Figura 5A mostra uma vista de topo de um veículo equipadocom quatro rodas 1 de acordo com a invenção. As ditas rodas 1 estão cadauma presas a um montante de roda 100 de acordo com outro aspecto dainvenção que também foi descrito. Os ditos montantes de roda estão cadaum equipados com um meio no montante de roda como um resultante doqual cada roda é capaz de girar de cujo modo é possível acionar o veículo.

O veículo está ainda equipado com uma unidade de processamento central200 e baterias e sistemas de controle 300 para elas. Na Figura 5B uma vistalateral do veículo da Figura 5A é mostrada.

A Figura 6 mostra uma modalidade alternativa da roda de acordocom a invenção. Os números de referência correspondem tanto quanto pos-sível àqueles nas Figuras 1 e 2. O lado do veículo é mostrado com a seta A.A roda de acordo com a Figura 6 está equipada com por exemplo resfria-mento de água. A entrada e a saída, respectivamente, do líquido de resfria-mento está indicada pelo número 30. A entrada e a saída 30 desembocamdentro de um espaço 31 ao redor do eixo através do qual o líquido de resfri-amento circula. Nesta modalidade os meios de medição, controle e operaçãoforam dispostos dentro do espaço 32. A eletrônica está disposta com as pla-cas impressas orientadas na direção do veículo. O líquido de resfriamento,preferivelmente a água, principalmente serve para resfriar os enrolamentos.

Claims (22)

1. Roda compreendendo:um meio de acionamento elétrico (9) dentro da roda;meios de controle (32, 32I, 32II) dentro da roda para controlar apotência no meio de acionamento elétrico;meios de medição dentro da roda;meios de operação (33) dentro da roda, conectados aos meiosde controle e aos meios de medição, para operar a roda; emeios de comunicação de dados (34) dentro da roda, conecta-dos aos meios de controle, para comunicar os dados para fora da roda;caracterizada pelo fato de que os meios de comunicação dedados (34) estão adaptados para trocar dados com os meios de controle,medição e operação de outras rodas similares, sendo que:- os meios de operação dentro da roda possuem uma regulagem"mestre" e uma regulagem "escrava"; e- uma unidade de processamento central (200) que, através dosmeios de comunicação (34), é capaz de fazer os meios de operação muda-rem da regulagem "mestre" para a regulagem "escrava" e vice-versa.

2. Roda, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelofato de que a mudança da regulagem "mestre" para a regulagem "escrava" evice-versa é influenciada ou pela demanda de potência ou pela velocidadeda roda.

3. Roda, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelofato de que a roda que demanda a potência mais baixa é regulada como"mestre".

4. Roda, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3 caracterizadapelo fato de que a roda compreende um aro (3) equipado, no seu lado inter-no, com um rotor (6) equipado com ímãs permanentes (7), sendo que o rotor(6) e o aro (3) estão conectados a um eixo central (5), e um estator coaxial(8), equipado com enrolamentos, está situado entre o eixo central (5) e orotor (6), o estator coaxial (8) sendo conectável a um veículo.

5. Roda, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelofato de que o estator (8) está dividido em pelo menos dois grupos de enro-Iamentos eletricamente e fisicamente separados e cada grupo compreendepelo menos dois enrolamentos, cada um tendo os seus próprios meios decontrole e meios de medição, cujos meios de controle e meios de mediçãosão operados por meios de operação está também situados dentro da roda.

6. Roda, de acordo com a reivindicação 1, 2, 3, 4 ou 5, caracte-rizada pelo fato de que os meios de comunicação de dados compreendemmeios de comunicação óticos.

7. Roda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6,caracterizada pelo fato de que os meios de controle, medição e operaçãode uma roda se comunicam via uma unidade de processamento central forada roda.

8. Roda, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizadapelo fato de que os meios de controle compreendem um meio para controlara amperagem através de cada enrolamento separadamente.

9. Roda, de acordo com a reivindicação 4, 5 ou 8, caracterizadapelo fato de que os meios de controle dos enrolamentos estão conectadosaos meios de operação.

10. Roda, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelofato de que os meios de medição compreendem um codificador (31) paramedir o número de revoluções e a posição angular do rotor com respeito aoestator, e um dispositivo de medição de corrente (30, 30/I, 30/II) para medir acorrente através de cada um dos enrolamentos.

11. Roda, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelofato de que o codificador (31) está conectado aos meios de operação e osmeios de controle estão conectados ao dispositivo de medição de corrente(30, 30/I, 30/II).

12. Roda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que os meios de operação estão conectadosa uma unidade de processamento central (200) fora da roda através dosmeios de comunicação de dados (34).

13. Roda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-12, caracterizada pelo fato de ser equipada com meios de resfriamento.

14. Roda, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelofato de ser equipada com meios de resfriamento ativos.

15. Roda, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelofato de ser equipada com ventiladores dentro da roda para resfriar a roda.

16. Roda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-15, caracterizada pelo fato de a roda está equipada com meios para resfri-amento a água (30).

17. Roda, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 4a 16, caracterizada pelo fato de compreender ainda um corpo de resfria-mento equipado com um meio para prender os componentes eletrônicosprodutores de calor (20) dos meios de controle e dos meios de operação emum contato de troca de calor com o corpo de resfriamento, o corpo de resfri-amento sendo montado em contato de troca de calor com o estator (8).

18. Roda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-17, caracterizada pelo fato de compreender ainda um meio para medir otorque mecanicamente fornecido e um meio para medir o torque pela medi-ção da potência eletricamente acomodada, e um meio para comparar o tor-que mecanicamente fornecido com a potência eletricamente acomodada.

19. Roda, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-18, caracterizada pelo fato de que o meio de acionamento elétrico (9) com-preende um motor síncrono DC com mais de 8 pólos, e 3 ou mais fases.

20. Conjunto de pelo menos duas rodas, como definido qualqueruma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que as rodas es-tão conectadas a uma unidade de processamento de dados central comumatravés dos referidos meios de comunicação de dados (34).

21. Método para coordenar o número de revoluções de pelo me-nos duas rodas equipadas com motores elétricos dentro das rodas comodefinido em uma ou mais das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fatode que:- sistemas de controle fisicamente separados (32, 32/I, 32II) con-trolam a amperagem em cada enrolamento (9) dos motores elétricos,- os sistemas de controle em uma roda (1) são operados por umsistema de operação (33),- um sistema de medição (31, 30/I, 30/II) fornece informações arespeito da força do campo magnético para os sistemas de controle e forne-ce a posição mútua do rotor e do estator (8) para o sistema de operação, e- os sistemas de operação das diversas rodas se comunicam,uns com os outros, através de meios de comunicação de dados (34) via umaunidade de processamento central (200).

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizadopelo fato de que a unidade de processamento central (200) tem o sistema deoperação da roda que demanda a mais baixa função de potência como"mestre", e tem os sistemas de operação da outra roda ou das outras rodas,respectivamente, operando como assim chamada "escravo", sendo que, ca-da vez que o sistema de operação da roda que demanda a menor potênciaatua como "mestre", os sistemas de operação das outras rodas atuam como"escravos".