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Hintergrund
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1. Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Detektiervorrichtung für Radkraftkomponenten, um eine Kraftkomponente einer auf ein Rad wirkenden Last zu detektieren, während das Rad von einem Elektromotor in Rotationsbewegung versetzt wird; insbesondere betrifft die Erfindung eine Detektiervorrichtung für Radkraftkomponenten zur Verwendung bei einem Rad, das einen Elektromotor aufweist, der in eine Radeinheit eingebaut ist.
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2. Stand der Technik
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Ein in einem Rad eingebauter Motor, wobei ein Elektromotor in das Gehäuse eines Rads eingebaut ist, steht im Mittelpunkt des Interesses als Antriebsquelle für ein Fahrzeug, wie zum Beispiel ein Elektrofahrzeug. Wenn ein in einem Rad eingebauter Motor in jedem der Antriebsräder eines Elektrofahrzeugs verwendet wird, dann ist es aufgrund des Umstands, dass jedes Antriebsrad individuell in Rotationsbewegung versetzbar ist, nicht erforderlich, einen großdimensionierten Antriebskraftübertragungsmechanismus, wie zum Beispiel eine Antriebswelle oder ein Differential vorzusehen; dies kann zur Gewichtsreduzierung und Miniaturisierung des Fahrzeugs beitragen.
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Ein im Rad eingebauter Motor ist im Stand der Technik bekannt.
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Das Patentdokument
US 2012 / 0 248 850 A1 beschreibt eine radinterne Motor-Antriebsvorrichtung, die in einem Hybridfahrzeug, einem elektrischen Fahrzeug, oder dergleichen angeordnet sein kann. Dabei werden eine rotierende elektrische Maschine sowie ein Drehzahlverringerungsmechanismus beschrieben, der eine Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine verringert.
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Das Patentdokument
JP 2008 -
126 733 A beschreibt eine radinterne Lagereinrichtung mit integriertem Motor, bei der ein Elektromotor für den Fahrbetrieb am inneren Umfangsbereich einer Radfelge angeordnet ist, sowie eine Einrichtung vorgesehen ist, die mit einem Sensor zur Erfassung einer Kraft versehen ist, die auf einen Kontaktpunkt zwischen einem Rad und einer Straßenoberfläche wirkt.
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Das Patentdokument
JP 2013 -
71 698 A betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrzeug, die einen Elektromotor als Antriebsquelle verwendet, und insbesondere einen radinternen Motorantrieb für ein Elektrofahrzeug.
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Um eine praktische Verwendbarkeit eines in einem Rad eingebauten Motors zu erzielen, ist es selbstverständlich erforderlich, die Drehzahl von jedem Rad zu messen, um die Fahrgeschwindigkeit oder andere Komponenten zu steuern, und es kann erforderlich sein, eine auf das jeweilige Rad wirkende Last zu messen, während das Fahrzeug fährt, und das Verhalten des Fahrzeugs unter Verwendung der Messergebnisse zu steuern, um die Fahrsicherheit des Fahrzeugs zu gewährleisten.
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Typischerweise werden auf die Räder ungleiche Lasten ausgeübt. Beispielsweise wirkt eine große Last auf die Räder auf der Außenseite während der Kurvenfahrt; es wirkt eine große Last auf die Räder auf der einen Seite, wenn diese auf einer nach links oder rechts geneigten Fahrfläche fahren; und es wirkt eine große Last auf die Vorderräder beim Bremsen. Wenn beispielsweise eine auf das Fahrzeug ausgeübte Last ungleichmäßig ist, so wirken außerdem ungleichmäßige Lasten auf die Räder.
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Wenn die auf die Räder wirkenden Lasten oder Belastungen zu jeder Zeit detektiert werden können, so ermöglicht eine Steuerung der Aufhängung oder anderer Elemente, während das Fahrzeug fährt, auf der Basis der Messergebnisse eine Steuerung des Fahrzeugverhaltens, beispielsweise ein Verhindern des Wankens bei der Kurvenfahrt, ein Verhindern des Nickens der Vorderräder beim Bremsen oder ein Verhindern eines Absenkens, das durch ungleichmäßig aufgebrachte Lasten hervorgerufen wird. In ähnlicher Weise ermöglicht die Messung von Kraftkomponenten um Radsensoren mit hoher Präzision die Berechnung von Kontaktkräften der Reifen, eine geeignete Antriebsdrehmomentverteilung sowie Bremsdrehmomentverteilung.
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Die Verwendung von Dehnungssensoren zur Detektion einer auf ein Rad wirkende Last ist im Stand der Technik bekannt.
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Wie in der japanischen Veröffentlichung einer ungeprüften Patentanmeldung
JP 2008 -
74 136 A dargestellt, ist eine Detektiervorrichtung für Radkraftkomponenten vorgeschlagen worden, welche einen Dehnungssensor verwendet, der an einem äußeren Ring (Laufring in der
JP 2008 -
74 136 A ) auf der statischen Seite eines Radlagers angeordnet ist, welches die Radnabe eines Rads eines Fahrzeugs lagert. Dabei ist die Radnabe mit einer Ausgangswelle eines in einem Rad eingebauten Motors verbunden und zwar einem Elektromotor in der
JP 2008-74 136 A , wobei ein Geschwindigkeitsuntersetzungsgetriebe dazwischen angeordnet ist.
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Die bekannte Detektiervorrichtung für Radkraftkomponenten ist an der Radnabe angebracht, und der in dem Rad eingebaute Motor ist außerhalb der Radnabe angeordnet. Der in dem Rad eingebaute Motor steht aus dem Rad vor, und eine Miniaturisierung des Fahrzeugs ist schwierig.
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Das Anbringen des im Rad eingebauten Motors im Innenraum des Rads kann zu einer Miniaturisierung des Fahrzeugs beitragen. Wenn jedoch der in dem Rad eingebaute Motor im Innenraum des Rads angeordnet ist, dann wird die Nabe im Innenraum des Rads angeordnet, und der Dehnungssensor an der Radnabe würde durch ein Magnetfeld des in dem Rad eingebauten Motors beeinträchtigt; damit kann es schwierig sein, eine auf ein Rad wirkende Last genau zu detektieren.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Detektiervorrichtung für Radkraftkomponenten anzugeben, die dann, wenn die Detektiervorrichtung an einem Fahrzeug angebracht ist, in der Lage ist, zu einer Miniaturisierung des Fahrzeugs beizutragen und eine auf ein Rad wirkende Last exakt zu detektieren.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Detektiervorrichtung ist im Anspruch 2 angegeben.
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Gemäß der Erfindung wird eine Detektiervorrichtung für Radkraftkomponenten angegeben, um eine auf ein Rad wirkende Kraftkomponente zu detektieren. Die Detektiervorrichtung für Radkraftkomponenten weist ein Paar von Messeinheiten auf, die jeweils einen Zylinder und eine Kraftkomponenten-Detektiereinrichtung aufweisen. Das Rad weist einen Achsenverbinder, einen Elektromotor und eine Radeinheit auf.
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Der Achsenverbinder ist zylindrisch ausgebildet und mit einer Achse verbunden. Der Elektromotor weist einen Stator und einen Anker auf. Der Stator ist an dem Achsenverbinder befestigt und in radialer Richtung um einen Außenumfang des Achsenverbinders herum angeordnet. Der Anker ist von dem Achsenverbinder drehbar gelagert und außerhalb des Stators drehbar. Die Radeinheit hält den Anker, ist von dem Achsenverbinder drehbar gelagert und durch die Kraft von dem Elektromotor in Rotationsbewegung versetzbar.
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Der Zylinder ist außerhalb einer Umfangsfläche des Achsenverbinders angebracht und besitzt ein erstes Ende, das mit dem Achsenverbinder verbunden ist, sowie ein zweites Ende, das an dem Stator befestigt ist. Die Kraftkomponenten-Detektiereinrichtung weist eine Vielzahl von Dehnungssensoren auf, die auf dem Zylinder angeordnet sind. Das Paar von Messeinheiten ist symmetrisch in der axialen Richtung des Achsenverbinders bezüglich des Stators angeordnet.
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Die Kraftkomponenten-Detektiereinrichtung kann eine Brückenschaltung bilden, die mindestens vier Dehnungssensoren aufweist, die für jede auf das Rad einwirkende Kraftkomponente angeordnet sind.
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Figurenliste
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- 1 eine Querschnittsansicht, die ein Rad zeigt, das mit einer Detektiervorrichtung für Radkraftkomponenten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgerüstet ist;
- 2 eine Querschnittsansicht, die einen Zylinder in der Detektiervorrichtung für Radkraftkomponenten zeigt;
- 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Anordnung einer Vielzahl von Dehnungsmessstreifen auf dem Zylinder;
- 4 eine Darstellung zur Erläuterung der Anordnung einer Vielzahl von Dehnungsmessstreifen, die an einer Statorspule angeordnet sind;
- 5 ein Schaltungsdiagramm der Detektiervorrichtung für Radkraftkomponenten mit Brückenschaltungen, die jeweils vier Dehnungsmessstreifen aufweisen; und
- 6 zeigt eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Verhältnisse von Ausgangsspannungen zu Eingangswerten für unterschiedliche Anzahlen von Messeinheiten.
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Detaillierte Beschreibung
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Eine Detektiervorrichtung für Radkraftkomponenten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 6 erläutert. Bevor die Detektiervorrichtung für Radkraftkomponenten im Einzelnen erläutert wird, wird zunächst einmal ein Rad beschrieben, das mit der Detektiervorrichtung für Radkraftkomponenten ausgerüstet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Rad eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Autos, beispielhaft beschrieben. Das Rad ist nicht auf ein Rad beschränkt, das in einem Auto verwendet wird, es kann sich dabei auch um ein Rad handeln, das in einem Zweirad-Fahrzeug verwendet wird.
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Wie in 1 im Querschnitt dargestellt, weist ein Rad 1 einen Achsenflansch 10, einen Elektromotor 30, eine Radeinheit 50 und einen Reifen 60 auf. Der Achsenflansch 10 ist zylindrisch und mit der Achse 3 eines Autos verbunden. Der Elektromotor 30 ist an dem Achsenflansch 10 montiert. Die Radeinheit 50 ist von dem Achsenflansch 10 drehbar gelagert und drehbar durch die Kraft von einem Elektromotor 30. Der Reifen 60 ist auf der Radeinheit 50 montiert. Der Achsenflansch 10 kann auch andere Gestalten besitzen und braucht nicht zylindrisch sein.
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Der Achsenflansch 10 weist einen Achsenflansch-Außenbereich 11, der in einem äußeren Bereich in der axialen Richtung des Rads 1 angeordnet ist sowie einen Achsenflansch-Innenbereich 21 auf, der in einem inneren Bereich in der axialen Richtung des Rads 1 angeordnet ist. Der Achsenflansch-Außenbereich 11 und der Achsenflansch-Innenbereich 21 sind beidseitig symmetrisch bezüglich der Radachsenrichtung angeordnet. Der Achsenflansch-Außenbereich 11 wird nachstehend repräsentativ erläutert. Die Bezugszeichen, die gleichen Teilen beim Achsenflansch-Außenbereich 11 entsprechen, werden in entsprechender Weise für den Achsenflansch-Innenbereich 21 verwendet; ihre detaillierte Beschreibung wird nachstehend weggelassen.
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Der Achsenflansch-Außenbereich 11 weist einen Flansch-Hauptkörper 12, einen Flansch-Außenbereich 13 und einen Flansch-Innenbereich 14 auf. Der Flansch-Hauptkörper 12 hat eine hohle zylindrische Gestalt. Der Flansch-Außenbereich 13 ist an einem äußeren Ende der axialen Richtung des Flansch-Hauptkörpers 12 angeordnet, erstreckt sich in der radialen Richtung nach außen und ist ringförmig ausgebildet. Der Flansch-Innenbereich 14 ist an einem inneren Ende in der axialen Richtung des Flansch-Hauptkörpers 12 angeordnet, erstreckt sich in der radialen Richtung nach innen und ist ringförmig ausgebildet.
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Der Flansch-Innenbereich 14 besitzt eine Vielzahl von Löchern, die es jeweils ermöglichen, den Schaft eines Bolzens hindurchzuführen. Der Achsenflansch-Außenbereich 11 und der Achsenflansch-Innenbereich 21 sind derart angeordnet, dass der Flansch-Innenbereich 14 und der Flansch-Außenbereich 24 einander gegenüberliegen und miteinander verbunden sind, wobei ein Stator 31 zwischen ihnen angeordnet ist. Der Stator 31 ist Teil des Elektromotors 30.
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Der Achsenflansch-Innenbereich 21 weist einen Flansch-Außenbereich 23 auf, und der Flansch-Außenbereich 23 ist an einer Aufhängungseinrichtung 5 angebracht. Der Elektromotor 30 weist den Stator 31 und einen Anker 40 auf. Der Stator 31 ist an dem Achsenflansch-Außenbereich 11 und dem Achsenflansch-Innenbereich 21 befestigt und umgibt den Außenumfang in der radialen Richtung des Achsenflansches 10.
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Der Anker 40 ist vom den Achsenflansch 10 drehbar gelagert und außerhalb des Stators 31 drehbar. Der Stator 31 besteht aus magnetisierbarem Material und weist einen scheibenförmigen Statorkern 32 sowie eine Statorspule 35 auf, die um das äußere Ende in der radialen Richtung des Statorkerns 32 herumgewickelt ist. Der Statorkern 32 weist einen scheibenförmigen Kern-Hauptkörper 32a im Innenraum und einen ringförmigen Kernaußenrand 32 am äußeren Rand des Kern-Hauptkörpers 32a auf.
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Der Kern-Hauptkörper besitzt eine Vielzahl von Löchern 32c in einem inneren Bereich in der radialen Richtung. Die Löcher 32c werden verwendet, um den Achsenflansch-Außenbereich 11 und den Achsenflansch-Innenbereich 21 an dem Kern-Hauptkörper 32a zu befestigen. Der Kern-Hauptkörper 32a hat einen Außendurchmesser, der größer ist als der von jedem von dem Achsenflansch-Außenbereich 11 und dem Achsenflansch-Innenbereich 21.
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Ein Paar von Vorsprüngen 32d, symmetrisch in der Breitenrichtung bezüglich des Kern-Hauptkörpers 32a vorgesehen, sind an dem Kernaußenrand 32b angeordnet. Die Vorsprünge 32d sind mit vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung des Kern-Hauptkörpers 32a beabstandet. Die Statorspule 35 ist um jeden der Vorsprünge 32d herumgewickelt, und sie bilden einen Elektromagneten.
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Der Anker 40 ist ein Permanentmagnet, der im Innenraum der Radeinheit 50 angeordnet ist. Der Anker 40 ist den Spitzen der Vorsprünge 32d gegenüberliegend angeordnet, so dass ein vorgegebener Spalt zwischen diesen vorhanden ist. Ein elektrischer Strom fließt durch die Statorspule 35. Durch die Steuerung des elektrischen Stromes, der die Statorspule 35 durchfließt, wird die Radeinheit 50 in einer vorbestimmten Richtung bezüglich des Stators 31 in Rotation versetzt.
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Die Radeinheit 50 weist eine zylindrische Felge 51 und eine Scheibe 53 auf, die an der Felge 51 montiert ist. Der Reifen 60 ist auf der Felge 51 montiert. Die Scheibe 53 bedeckt die Öffnungen auf beiden Seiten in der Breitenrichtung der Felge 51. Der oben beschriebene Anker 40 in dem Elektromotor 30 ist im Innenraum der Felge 51 montiert. Die Scheibe 53 weist einen Außenring 54, einen Innenring 55 und eine Vielzahl von Wälzkörpern 56 auf, die zwischen dem Außenring 54 und dem Innenring 55 angeordnet sind.
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Der Außenring 54 hat ein äußeres Ende in der radialen Richtung, das mit der Felge 51 verbunden ist, und erstreckt sich in der radialen Richtung nach innen. Der Innenring 55 liegt dem inneren Ende des Außenringes 54 gegenüber. Die Scheibe 53 bildet ein Lager, die es dem Außenring 54 ermöglicht, bezüglich des Innenrings 55 zu rotieren.
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Das innere Ende des Innenringes 55 ist an der Außenumfangsfläche von jedem von dem Achsenflansch-Außenbereich 11 und dem Achsenflansch-Innenbereich 21 befestigt. Ein Paar von Detektiervorrichtungen 70 für Radkraftkomponenten zum Detektieren von auf das Rad 1 wirkenden Kraftkomponenten ist im Innenraum des Innenrings 55 angeordnet.
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Jede von den Detektiervorrichtungen 70 für Radkraftkomponenten weist eine Messeinheit 75 auf, die einen Zylinder 71 sowie eine Vielzahl von Dehnungsmessstreifen 76 bis 99 besitzt, welche auf dem Zylinder 71 angeordnet sind (vgl. auch 3). Der Zylinder 71 ist außerhalb von dem Umfangsbereich von jedem von dem Achsenflansch-Außenbereich 11 und dem Achsenflansch-Innenbereich 21 montiert. Das Paar vor Detektiervorrichtungen 70 für Radkraftkomponenten ist symmetrisch in der Breitenrichtung des Rads bezüglich des Stators 31 angeordnet.
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Der Zylinder 71 in der Messeinheit 75 weist Ringflansche 71a auf, die an beiden Enden in der axialen Richtung angeordnet sind, und die Ringflansche 71a erstrecken sich in der radialen Richtung nach außen, wie es in 1 und 2 im Querschnitt dargestellt ist. Die Ringflansche 71a haben eine Vielzahl von Löchern 71b, die in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung beabstandet angeordnet sind. Die Löcher 71b ermöglichen den Durchgang von Bolzen durch sie hindurch.
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Der äußere Ringflansch 71a am Zylinder 71 ist an dem Innenring 55 befestigt, wobei Bolzen dazwischen angeordnet sind, so dass er mit der Innenseite des Innenrings 55 in Kontakt steht. Der innere Ringflansch 71a' am Zylinder 71 ist am Statorkern 32 des Stators 31 befestigt, wobei Bolzen dazwischen angeordnet sind. Das bedeutet, der Zylinder 71 ist an dem Achsenflansch-Außenbereich 11 und dem Achsenflansch-Innenbereich befestigt, wobei der Innenring 55 und der Statorkern 32 dazwischen angeordnet sind.
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Die Vielzahl von Dehnungsmessstreifen 76 bis 99 ist an der Außenumfangsfläche des Zylinders 71 montiert, wie es in 3 dargestellt ist, die eine schematische Darstellung zeigt. Die Dehnungsmessstreifen 76 bis 99 sind in folgende Detektiersysteme eingeteilt: ein Fx-Detektiersystem zum Detektieren einer Kraft in einer radialen Richtung bezüglich des Zylinders 71, nachstehend bezeichnet als „x-Achsenrichtung“; ein Fy-Detektiersystem zum Detektieren einer Kraft in einer vertikalen radialen Richtung senkrecht zu der x-Achsenrichtung bezüglich des Zylinders 71, nachstehend bezeichnet als „y-Achsenrichtung“; ein Fz-Detektiersystem zum Detektieren in einer axialen Richtung bezüglich des Zylinders 71, nachstehend bezeichnet als „z-Achsenrichtung“; ein Mx-Detektiersystem zum Detektieren eines Momentes Mx um die x-Achse bezüglich des Zylinders 71; ein My-Detektiersystem zum Detektieren eines Momentes My um die y-Achse bezüglich des Zylinders 71; und ein Mz-Detektiersystem zum Detektieren eines Momentes um die z-Achse bezüglich des Zylinders 71.
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Das Fx-Detektiersystem ist so konfiguriert, dass es die vier Dehnungsmessstreifen 76 bis 79 aufweist. Die Dehnungsmessstreifen 76 bis 79 sind einachsige Dehnungsmessstreifen und sind an der Außenumfangsfläche des Zylinders 71 befestigt, und zwar in oberen und unteren Bereichen an beiden Enden, so dass ihre Abtastrichtungen im Wesentlichen parallel zu der Axialrichtung des Zylinders 71 verlaufen.
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Das Fy-Detektiersystem ist so konfiguriert, dass es die vier Dehnungsmessstreifen 80 bis 83 aufweist. Die Dehnungsmessstreifen 80 bis 83 sind einachsige Dehnungsmessstreifen, die an der Außenumfangsfläche des Zylinders 71 befestigt sind, und zwar in unmittelbaren Bereichen in der vertikalen Richtung an beiden Enden, so dass ihre Abtastrichtungen im Wesentlichen parallel zu der Axialrichtung des Zylinders 71 verlaufen.
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Das Fz-Detektiersystem is so konfiguriert, dass es die vier Dehnungsmessstreifen 84 bis 87 aufweist. Die Dehnungsmessstreifen 84 bis 87 sind einachsige Dehnungsmessstreifen, die an der Außenumfangsfläche des Zylinders 71 befestigt sind, und zwar in oberen und unteren Bereichen an dazwischenliegenden Orten in der Axialrichtung und in dazwischenliegenden Bereichen in der vertikalen Richtung, so dass ihre Abtastrichtungen im Wesentlichen parallel zu der Axialrichtung des Zylinders 71 verlaufen.
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Das Mx-Detektiersystem ist so konfiguriert, dass es die vier Dehnungsmessstreifen 88 bis 91 aufweist. Die Dehnungsmessstreifen 88 bis 91 sind einachsige Dehnungsmessstreifen, die an der Außenumfangsfläche des Zylinders 71 befestigt sind, und zwar derart, dass ihre Abtastrichtungen im Wesentlichen parallel zu der Axialrichtung des Zylinders 71 verlaufen. Die Dehnungsmessstreifen 88 bis 91 sind innerhalb und in der Nähe von den vier Dehnungsmesstreifen 80 bis 83 angeordnet, die zu dem oben erwähnten Fy-Detektiersystem gehören.
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Das My-Detektiersystem ist so konfiguriert, dass es die vier Dehnungsmessstreifen 92 bis 95 aufweist. Die Dehnungsmessstreifen 92 bis 95 sind einachsige Dehnungsmessstreifen, die an der Außenumfangsfläche des Zylinders 71 befestigt sind, und zwar derart, dass ihre Abtastrichtungen im Wesentlichen parallel zu der Axialrichtung des Zylinders 71 verlaufen. Die Dehnungsmessstreifen 92 bis 95 sind innerhalb und in der Nähe von den vier Dehnungsmessstreifen 76 bis 79 angeordnet, die zu dem oben erwähnten Fx-Detektiersystem gehören.
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Das Mz-Detektiersystem ist so konfiguriert, dass es die vier Dehnungsmessstreifen 96 bis 99 aufweist. Die Dehnungsmessstreifen 96 bis 99 sind einachsige Dehnungsmessstreifen, die an der Außenumfangsfläche des Zylinders 71 befestigt sind, und zwar an dazwischenliegenden Orten in der Umfangsrichtung des Zylinders 71 zwischen zwei benachbarten Dehnungsmesstreifen der vier Dehnungsmesstreifen 84 bis 87 in dem oben erwähnten Fz-Detektiersystem, so dass ihre Abtastrichtungen im Wesentlichen parallel zu der Axialrichtung des Zylinders 71 verlaufen.
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Das Fx-Detektiersystem, das Fy-Detektiersystem, das Fz-Detektiersystem, das Mx-Detektiersystem, das My-Detektiersystem und das Mz-Detektiersystem bilden eine Brückenschaltung, welche die vier Dehnungsmessstreifen 76 bis 79 enthält; eine Brückenschaltung, welche die vier Dehnungsmessstreifen 80 bis 83 enthält; eine Brückenschaltung, welche die vier Dehnungsmessstreifen 84 bis 87 enthält; eine Brückenschaltung, welche die vier Dehnungsmessstreifen 88 bis 91 enthält; eine Brückenschaltung, welche die vier Dehnungsmessstreifen 92 bis 95 enthält; und eine Brückenschaltung, welche die vier Dehnungsmessstreifen 96 bis 99 enthält.
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Eine Vielzahl von Dehnungsmessstreifen 100 bis 107 ist an beiden Seiten in der Breitenrichtung des Statorkerns 32 außerhalb des Zylinders 71 in der Radialrichtung angeordnet, wie es in 1 und 4 dargestellt ist. Die vier Dehnungsmessstreifen 100 bis 103 sind auf der einen von beiden Seiten des Statorkerns 32 in der Breitenrichtung angeordnet, und die anderen vier Dehnungsmessstreifen 104 bis 107 sind auf der anderen Seite davon angeordnet.
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Die Dehnungsmessstreifen 100 bis 103 sowie 104 bis 107 sind in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung des Statorkerns 32 voneinander beabstandet. Die beiden Dehnungsmessstreifen 100 und 101 der vier Dehnungsmesstreifen 100 bis 103 sowie die zwei Dehnungsmessstreifen 104 und 105 der vier Dehnungsmesssteifen 104 bis 107 sind auf oberen und unteren Bereichen an beiden Enden des Statorkerns 32 angeordnet und an den Seitenflächen des Statorkerns 32 befestigt, so dass sie im Wesentlichen parallel zu der y-Achsenrichtung angeordnet sind.
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Die übrigen zwei Dehnungsmessstreifen 102 und 103 sowie die übrigen zwei Dehnungsmessstreifen 106 und 107 sind an beiden Enden in der x-Achsenrichtung des Statorkerns 32 angeordnet und an den Seitenflächen des Statorkerns 32 befestigt, so dass sie im Wesentlichen parallel zu der x-Achsenrichtung verlaufen. Die vier Dehnungsmesssteifen 100 bis 103 bilden eine Brückenschaltung, und die vier Dehnungsmessstreifen 104 bis 107 bilden eine weitere Brückenschaltung.
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Eine Brückenschaltung 110, welche die Dehnungsmessstreifen 76 bis 99 in der Messeinheit 75 enthält, ist außerhalb des Stators 31 angeordnet; eine Brückenschaltung 111, welche die Dehnungsmessstreifen 76 bis 99 in der Messeinheit 75 enthält, ist innerhalb des Stators 31 angeordnet; und eine Brückenschaltung 112, welche die Dehnungsmessstreifen 100 bis 107 enthält, ist an dem Statorkern 32 angeordnet; diese Brückenschaltungen 110 bis 112 sind elektrisch parallel zu einer Eingangsspannung e geschaltet, wie es in 5 dargestellt ist, und die Ausgangsspannung von jeder der Brückenschaltungen 110, 111 und 112 wird detektiert.
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Die Ausgangsspannung der Brückenschaltung 111, einschließlich der Dehnungsmessstreifen 76 bis 99, die innerhalb des Stators 31 angeordnet sind, wird herausgeführt, so dass die Richtung der Zunahme und der Abnahme der Ausgangsspannung, die auftritt, wenn ein Magnetfeld von dem Statorkern erzeugt wird, umgekehrt ist zu der Ausgangsspannung der Brückenschaltung 110, einschließlich der Dehnungsmessstreifen 76 bis 99, die außerhalb des Stators 31 angeordnet sind.
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Als nächstes wird die Wirkung der Detektiervorrichtung 70 für Radkraftkomponenten unter Bezugnahme auf 1, 5, und 6 näher erläutert. Wie in 1 dargestellt, gilt folgendes: wenn ein elektrischer Strom dem Elektromotor 30 zugeführt wird, dreht sich das Rad 1, und ein Fahrzeug fährt, wobei das Rad einer Kraft von der Straßenoberfläche ausgesetzt ist. Diese Kraft wird auf den Achsenflansch-Außenbereich 11, den Achsenflansch-Innenbereich 21 und den Stator 31 übertragen, und zwar über den Reifen 60 und die Radeinheit 50.
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Wenn der Achsenflansch-Außenbereich 11, der Achsenflansch-Innenbereich 21 und der Stator 31 durch diese Kraft deformiert werden, so wird die Messeinheit 75 ebenfalls deformiert. Der Wert der Deformation der Messeinheit 75 wird in einen Spannungswert umgewandelt und von der Vielzahl von Dehnungsmessstreifen 76 bis 99 in der Messeinheit 75 detektiert.
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Wenn beispielsweise die Kraft auf das Rad 1 eine Komponente in der radialen Richtung (x-Achsenrichtung) bezüglich des Zylinders 71 in der Messeinheit enthält, so wird der Wert der Kraftkomponente in dem Element in der x-Achsenrichtung umgewandelt in einen Spannungswert und von den Dehnungsmessstreifen 76 bis 79 in dem Fx-Detektiersystem detektiert.
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Wenn die Kraft auf das Rad 1 ein Moment um die x-Achse bezüglich des Zylinders 71 erzeugt, so wird der Wert des Momentes um die x-Achse umgewandelt in einen Spannungswert und von den Dehnungsmessstreifen 88 bis 91 in dem Mx-Detektiersystem detektiert.
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Um die Drehzahl des Rads 1 zu ändern, wird der Wert des elektrischen Stroms geändert, der durch die Statorspule 35 fließt. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich das Magnetfeld, das von der Statorspule 35 erzeugt wird, und die Ausgangsspannung der Dehnungsmessstreifen 76 bis 99 wird somit geändert. Dies macht es schwierig, den Wert der auf das Rad 1 wirkenden Kraftkomponente genau zu detektieren.
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Das Rad 1 ist hierbei mit einem Paar von Detektiervorrichtungen 70 für Radkraftkomponenten ausgerüstet, die bezüglich der Breitenrichtung des Stators 31 angeordnet sind. Wenn das Magnetfeld sich ändert, das von der Statorspule 35 erzeugt wird, so nimmt die Ausgangsspannung von der einen der Detektiervorrichtungen 70 für Radkraftkomponenten zu, während die Ausgangsspannung von der anderen von den Detektiervorrichtungen 70 für Radkraftkomponenten abnimmt.
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Wenn diese Ausgangsspannungen aufaddiert werden, so kann die Zunahme und die Abnahme beseitigt werden, welche durch die Änderung des Magnetfelds erzeugt wird. Der Additionswert der Ausgangsspannungen von dem Paar von Detektiervorrichtungen 70 für Radkraftkomponenten ist daher ein exakter Ausgangsspannungswert, unabhängig davon, ob sich das Magnetfeld ändert, und die auf das Rad 1 wirkende Kraft kann exakt detektiert werden.
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Das Rad 1 ist somit mit den zwei Detektiervorrichtungen 70 für Radkraftkomponenten ausgerüstet. 6 zeigt, dass der Wert der Ausgangsspannung für den Fall, dass das Rad 1 mit den zwei Detektiervorrichtungen 70 für Radkraftkomponenten ausgerüstet ist, dargestellt mit einer strichpunktierten Linie, ungefähr doppelt so groß sein kann wie in einem Fall, in welchem das Rad 1 mit einer einzigen Detektiervorrichtung 70 für Radkraftkomponenten ausgerüstet ist, wie es mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist.
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Somit kann das Verhältnis des Ausgangsspannungswertes zu der auf das Rad 1 einwirkenden Kraftkomponente erhöht werden, und die auf das Rad 1 einwirkende Kraftkomponente kann genauer detektiert werden.
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Wie in 5 dargestellt, ist das Rad 1 mit einer Brückenschaltung 112 ausgerüstet, einschließlich der Dehnungsmessstreifen 100 bis 107 auf dem Statorkern 32, zusätzlich zu den zwei Detektiervorrichtungen 70 für Radkraftkomponenten. Wenn ein Wert, erhalten durch die Addition des Wertes einer Ausgangsspannung von der Brückenschaltung 112 zu dem Wert der Ausgangsspannungen von den beiden Detektiervorrichtungen 70 für Radkraftkomponenten ein Ausgangsspannungswert ist, der einer auf das Rad 1 wirkenden Kraft entspricht, so kann der Wert der Ausgangsspannung in diesem Falle, wie es mit einer Punkt-Punkt-Strich-Linie in 6 dargestellt ist, ungefähr dreimal so groß sein wie in dem Falle, in welchem das Rad 1 nur mit einer einzigen Detektiervorrichtung 70 für Radkraftkomponenten ausgerüstet ist, was mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist. Daher kann die auf das Rad 1 wirkende Kraftkomponente noch genauer detektiert werden.
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Die beiden Detektiervorrichtungen 70 für Radkraftkomponenten sind im Innenraum des Rads 1 angeordnet. Dies ermöglicht die Miniaturisierung eines Fahrzeugs. Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Dehnungsmessstreifen 76 bis 99 dargestellt als Einheiten zum Detektieren einer Kraftkomponente. Diese Einheiten zum Detektieren einer Kraftkomponente können Halbleiter-Dehnungssensoren sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rad
- 3
- Achse
- 5
- Aufhängungseinrichtung
- 10
- Achsenflansch
- 11
- Achsenflansch-Außenbereich
- 12
- Flansch-Hauptkörper
- 13
- Flansch-Außenbereich
- 14
- Flansch-Innenbereich
- 15
- Löcher
- 21
- Achsenflansch-Innenbereich
- 23
- Flansch-Außenbereich
- 24
- Flansch-Innenbereich
- 30
- Elektromotor
- 31
- Stator
- 32
- Statorkern
- 32a
- Kern-Hauptkörper
- 32b
- Kernaußenrand
- 32c
- Löcher
- 32d
- Vorsprünge
- 35
- Statorspule
- 40
- Anker
- 50
- Radeinheit
- 51
- Felge
- 53
- Scheibe
- 54
- Außenring
- 55
- Innenring
- 56
- Wälzkörper
- 60
- Reifen
- 70
- Detektiervorrichtung für Radkraftkomponenten
- 71a
- äußerer Ringflansch
- 71a'
- innerer Ringflansch
- 71b
- Flansch
- 75
- Messeinheit
- 76 bis 79
- Dehnungsmessstreifen (Fx System)
- 80 bis 83
- Dehnungsmessstreifen (Fy System)
- 84 bis 87
- Dehnungsmessstreifen (Fz System)
- 88 bis 91
- Dehnungsmessstreifen (Mx System)
- 92 bis 95
- Dehnungsmessstreifen (My System)
- 96 bis 99
- Dehnungsmessstreifen (Mz System)
- 100 bis 107
- Dehnungsmesstreifen
- 110 bis 112
- Brückenschaltungen
