ES2236179T3 - Rueda provista de medios impulsores. - Google Patents

Abstract

Rueda (1), que comprende: - medios impulsores eléctricos (9) dentro de la rueda; - medios de control (32, 32/I, 32/II) dentro de la rueda para controlar la potencia en los medios impulsores eléctricos; - medios medidores dentro de la rueda; - medios operativos (33) dentro de la rueda, conectados a los medios de control y a los medios medidores, para operar la rueda, y - medios de comunicación de datos (34) dentro de la rueda, conectados a los medios operativos, para comunicar datos fuera de le rueda, caracterizada porque los medios de comunicación de datos están adaptados para intercambiar datos con los medios de control, medidores y de operación de otras ruedas similares, estando los medios de operación de la rueda provistos de un reglaje "maestro" y un reglaje "subordinado", donde, por medio de los medios de comunicación, una unidad procesadora central es capaz de hacer que los medios de operación cambien del reglaje "maestro" al reglaje "subordinado", y viceversa.

Description

Rueda provista de medios impulsores.

La invención se refiere a una rueda provista de medios impulsores eléctricos en la rueda, así como a un método para coordinar el número de revoluciones de por lo menos dos de dichas ruedas, conectadas a un vehículo.

Son conocidas las ruedas provistas de medios impulsores eléctricos en la rueda. En particular, son conocidas las ruedas que están provistas de motores eléctricos en la rueda. Los ejemplos de tales ruedas pueden ser encontrados, por ejemplo, en los documentos DE-A-2719736, DE-A-4404889, FR-A-2561593, US-A4585085, W0-A-95/116300, EP-A-0337032 y US-A-5438228, que constituyen el estado más próximo de la técnica anterior según el preámbulo de la reivindicación 1.

Uno de los problemas que ocurren con las ruedas conocidas, es la coordinación entre ruedas, cuando se usa más de una rueda impulsada en un vehículo.

Otro problema que ocurre en las ruedas conocidas, provistas de medios impulsores, es que son necesarios medios de control. Dichos medios de control están dispuestos fuera de la rueda, en un vehículo. Esto hace que la construcción de un vehículo impulsado electrónicamente sea una tarea megatrónica compleja. El documento WO-A-95/16300 trata de solucionar esto disponiendo una parte de los elementos electrónicos de control dentro de la rueda. Sin embargo, no es posible usar varias ruedas así impulsadas, en un vehículo.

Es un objetivo de la invención proporcionar una rueda impulsada eléctricamente de gran eficiencia.

Otro objetivo adicional de la invención es proporcionar una rueda que sea fácil de montar.

Adicionalmente, es un objetivo desarrollar una rueda que ofrezca libertad de diseño de un vehículo.

Otro objetivo es una rueda que sea simple de reemplazar y de desmontar.

Aún otro objetivo es ofrecer una rueda provista de medios impulsores, que en cooperación con otras ruedas similares, puedan ser distribuidas en un vehículo.

Dichos problemas son solucionados al menos parcialmente, y se obtiene al menos parte de las ventajas, por medio de la rueda según la invención.

Para tal fin, la invención se refiere a una rueda según la reivindicación 1.

Adicionalmente, la invención se refiere a un método según la reivindicación 21.

Gracias a la rueda según la invención, se ha obtenido un concepto impulsor que es eficiente, simple de montar y que se puede integrar en un vehículo.

Gracias al método según la invención, es posible usar varias ruedas provistas de un impulsor eléctrico en un vehículo.

Preferiblemente, la rueda comprende una llanta que, coaxialmente, en el lado interno, está provista de un rotor provisto de imanes permanentes, y dichos rotor y llanta están conectados con un eje central, y un estátor coaxial provisto de devanados, estando dicho estátor situado entre el eje central y el rotor, y es conectable a un vehículo. De esa manera, la rueda está provista de un electromotor. Como resultado, es posible un impulsor simple de la rueda. Además, no es necesaria transmisión alguna, en particular, transmisión reductora, en la que parece haber grandes pérdidas de potencia.

Más específicamente, el estátor está dividido en al menos dos grupos de devanados eléctrica y físicamente separados, y cada grupo comprende por lo menos dos devanados, cada uno de los cuales tiene su propio sistema de control y de medición, estando situados dichos sistemas de control y de medición en la rueda, y estando operados por un sistema de operación que también está situado en la rueda. Como resultado, se crea un sistema impulsor que está integrado en una rueda, donde el sistema impulsor es muy robusto y no muy sensible al mal funcionamiento.

La rueda de acuerdo con la invención comprende preferiblemente medios para intercambiar datos con el sistema de control, medición y operación de otras ruedas similares. Como resultado, es posible acoplar varias ruedas de acuerdo con la invención en un vehículo, gracias a lo cual se puede obtener una propulsión potente del vehículo. A fin de hacer menos sensible al mal funcionamiento la comunicación de datos, los medios para intercambiar datos con el exterior son preferiblemente medios de comunicación ópticos.

A fin de permitir que varias ruedas o una rueda según la invención se comuniquen con otros equipos fuera de la rueda, los sistemas de medición, control y operación de una rueda se comunican a través de una unidad procesadora central, situada fuera de la rueda. De esa manera, por ejemplo, es posible que varias ruedas de un vehículo se comuniquen entre sí.

A fin de reducir adicionalmente la sensibilidad al mal funcionamiento de una rueda, el sistema de control comprende medios para controlar la fuerza de la corriente eléctrica a través de cada devanado, separadamente. En este caso un devanado también significa una bobina. Cuando una corriente pasa a través de la bobina o devanado, da como resultado un campo magnético.

Los sistemas de control de los devanados están conectados al sistema de operación. Ese sistema de operación está jerárquicamente por encima de los sistemas de control, y ordena a cada sistema de control que establezca y mantenga una determinada fuerza de corriente eléctrica.

La rueda de acuerdo con la invención también está provista de sistemas medidores, en los que los sistemas medidores comprenden un codificador para medir el número de revoluciones y la posición angular del rotor con respecto al estátor, y un dispositivo medidor de corriente, para medir la corriente a través de cada uno de los devanados. Como resultado, se puede fijar y calibrar la corriente a través de cada devanado, de manera precisa. Adicionalmente, el sistema de operación es capaz de operar bien el devanado, y fijar la fase en cada devanado, para un funcionamiento óptimo del impulsor eléctrico. Adicionalmente, el sistema medidor está provisto de medios para medir el par de torsión mecánico, preferiblemente por medio de calibradores de esfuerzo que son capaces de medir el esfuerzo en el material con una precisión de nanometros. Dichos medios para medir el esfuerzo o par de torsión, la deformación en el metal en general, son conocidos por los expertos. Una comparación del par de torsión mecánico resultante y la potencia de motor acomodada, da una idea de la condición de la
rueda.

Para un buen funcionamiento, el codificador está preferiblemente conectado al sistema operativo y los sistemas de control están conectados a los dispositivos medidores de corriente. Como resultado se crea un sistema modular que no es muy susceptible al mal funcionamiento.

El sistema operativo está conectado a una unidad procesadora central, fuera de la rueda, por medio de medios de comunicación de datos. Como resultado, es posible la coordinación con otros sistemas en un vehículo.

A fin de enfriar los medios impulsores, en caso de que todos ellos desarrollen mucho calor, la rueda está provista de medios enfriadores, y si así se desea, también de medios enfriadores activos, tales como ventiladores. Adicionalmente, la rueda puede estar provista de medios de enfriamiento por agua.

A fin de posibilitar la cooperación de varias ruedas de acuerdo con la invención en un vehículo, los sistemas operativos de la rueda están provistos preferiblemente de un reglaje "maestro" y de un reglaje "subordinado"; donde, por medio de los medios de comunicación, la unidad procesadora central es capaz de hacer que el sistema operativo cambie del reglaje "maestro" al reglaje "subordinado", y viceversa. Por ejemplo, al tomar una curva, la demanda de potencia o la velocidad de varias ruedas variará. A fin de hacer posible la coordinación de una con otra, la conmutación del reglaje "maestro" al reglaje "subordinado" y viceversa, está influenciado por la demanda de potencia o por la velocidad de la rueda. Se prefiere aquí que la rueda que demanda menor potencia, es decir, la rueda que tiene la máxima velocidad de revolución, se fije como "maestra".

En el método de acuerdo con la presente invención se prefiere que la unidad procesadora central haga que el sistema operativo de la rueda que demanda la más baja potencia funcione como "maestra" y haga que los sistemas operativos de la otra rueda o de las otras ruedas, respectivamente, funcionen como lo que se llama "subordinados" donde, cada vez, el sistema operativo de la rueda que demanda la potencia más baja actúa como "maestro", y los sistemas operativos de las demás ruedas actúan como "subordinados". Como resultado, el sistema impulsor es fácil de implementar y controlar.

A fin de anticipar futuras situaciones durante el manejo, se prefiere que la unidad procesadora central incluya datos de los apoyos de rueda, con referencia a la posición angular, cuando se manejan los sistemas operativos de las ruedas.

La invención se refiere adicionalmente a un ensamblaje de por lo menos dos ruedas de acuerdo con la invención, que están conectadas a una unidad central común de procesamiento de datos, por medio de medios de comunicación de datos.

La invención se refiere también a una rueda para vehículo que tiene un electromotor, donde el electromotor es un motor sincrónico, de corriente directa, de 8 polos y de tres o más fases.

Adicionalmente, la invención se refiere a una rueda provista de un alojamiento montado en un eje giratorio, provista en el exterior de una llanta de rueda, y en el interior, provista de imanes permanentes, y un alojamiento que se puede montar en un vehículo, conectado giratoriamente al eje, provisto de medios de control, medición y operación, y medios eléctricos para generar un campo magnético. Debido a esa estructura, la rueda es simple de reemplazar y puede ser montada de manera modular. Adicionalmente, es fácil montar un sistema de frenos mecánicos en el eje, como provisión adicional de seguridad.

Adicionalmente, la invención se refiere a una rueda provista de medios impulsores eléctricos en la rueda, medios para medir el par de torsión suministrado mecánicamente; medios para medir el par de torsión midiendo la potencia eléctricamente acomodada, y medios para comparar el par de torsión suministrado mecánicamente y la medición de la energía eléctrica. Como resultado, parece ser posible determinar el desgaste prematuro y las descomposturas de la rueda, aún antes de que ocurra el defecto real. Por medio de los medios de comunicación se puede establecer un defecto (futuro), incluso a una distancia, y es posible remediarlo.

Adicionalmente, la invención se refiere a una rueda provista de medios impulsores eléctricos en la rueda, provistos de al menos dos devanados de motor galvánicamente separados, por lo menos dos módulos de potencia galvánicamente separados, y por lo menos dos unidades de operación galvánicamente separadas, para los módulos de potencia.

Además la invención se refiere a un apoyo para rueda, provista de medios de conexión a un vehículo, para conectar el apoyo de rueda a un vehículo, y medios de conexión de rueda, para conectar una rueda al eje de rueda, donde los medios de conexión de rueda pueden girar alrededor del eje longitudinal con respecto a los medios de conexión al vehículo, y donde el eje de rueda está provisto de medios impulsores para hacer girar los medios de conexión de rueda con respecto a los medios de conexión al vehículo.

Como resultado, dicho eje de rueda es fácil de montar en un vehículo, y se pueden acoplar fácilmente los demás medios, tales como un medio de dirección para el vehículo y un impulsor para las ruedas.

Preferiblemente, los medios de conexión al vehículo y los medios de conexión de rueda están montados entre sí con un muelle, a lo largo del eje longitudinal, por medio de los medios de conexión.

Preferiblemente, los medios de conexión comprenden un eje con chavetero que, en un lado, está provisto de un chavetero, y en el otro lado está provisto de medios impulsores para hacer girar el eje con chavetero, y de un alojamiento de chavetero, donde está situado el eje con chavetero, estando dicho alojamiento de chavetero, en el lado inferior, provisto de medios de acomodo para un eje de rueda, y medios de conexión para una rueda, y donde los medios de conexión al vehículo están formados por un manguito provisto de medios para conectar el manguito a un vehículo, donde el alojamiento de chavetero, con el eje enchavetado, está acomodado al menos parcialmente en el manguito donde el alojamiento de chavetero y el manguito están montados entre sí con un medio de resorte, estando conectados los medios impulsores al manguito.

Se puede ver que la estructura, de esta manera, es simple, robusta, y puede estar bien integrada en y con los vehículos existentes y con los métodos de producción existentes.

A fin de conectar una rueda, el alojamiento de chavetero está provisto de un manguito receptor para un eje, que está colocado sustancialmente perpendicular al alojamiento de chavetero. Como resultado, es posible fijar de manera estable y segura una rueda.

Adicionalmente, el apoyo de rueda comprende medios de resorte para amortiguar el movimiento vertical de los medios de conexión de rueda con respecto a los medios de conexión al vehículo.

Preferiblemente, el apoyo de rueda está provisto de medios para comunicar con los medios impulsores.

Preferiblemente, el apoyo de rueda está provisto de medios para comunicar con los medios operativos de una rueda, de acuerdo con el primer aspecto de la invención, mencionado anteriormente. Es preferible que los medios impulsores del apoyo de rueda se comuniquen con los medios operativos de una rueda de acuerdo con la invención, por medio de la unidad procesadora central.

Cuando así se desee, se puede combinar los aspectos citados de la invención. Por ejemplo, se puede equipar un vehículo con dos o cuatro apoyos de rueda, de acuerdo con un aspecto de la invención, y cuatro o más ruedas, de acuerdo con la invención. También es posible, por ejemplo, que una carretilla elevadora esté equipada únicamente con una o dos ruedas de acuerdo con la invención, pero también con dos apoyos de rueda de acuerdo con la invención.

Como resultado de un alto grado de automatización, el apoyo de rueda y la rueda de acuerdo con la invención son particularmente adecuados para uso en vehículos guiados totalmente de manera automática. También puede efectuarse la operación por medio de una palanca de dirección y lo que se denomina sustentación electrónica, donde las señales, por ejemplo, de una palanca de dirección o de un volante, son convertidas a señales de dirección (eléctricas u ópticas).

Adicionalmente, la invención se refiere a una computadora provista de software para la operación de una o varias ruedas como las descritas, y/o para la operación del apoyo de rueda. Adicionalmente, la invención se refiere a un portadatos provisto de dicho software.

Se describirán varias realizaciones específicas de la invención en base a las figuras. Las figuras sirven para ilustrar la invención. Sin embargo, la invención no está limitada a las realizaciones específicas mostradas.

La figura 1 muestra una rueda de acuerdo con la presente invención.

La figura 2 muestra en sección transversal la rueda de la figura 1.

La figura 3 muestra una sección transversal de un ajuste de rueda de acuerdo con otro aspecto de la presente invención.

La figura 4 muestra un diagrama de un sistema de control y operación de una rueda de acuerdo con la invención.

La figura 5A muestra una vista superior de un vehículo que tiene ruedas y apoyos de rueda de acuerdo con la invención.

La figura 5B muestra una vista superior del vehículo de la figura 5A.

La figura 6 muestra una realización alternativa de la rueda de acuerdo con la invención.

La figura 1 muestra la rueda 1 de acuerdo con la invención. En la figura, la rueda está provista de un neumático 2, que puede ser usado en varias realizaciones. Por ejemplo, el neumático puede ser un neumático totalmente de caucho para uso en vehículos de baja velocidad como tractores, carretillas elevadoras u otros tipos de vehículos para transportar carga. El diámetro de la rueda será preferiblemente de aproximadamente 800 mm. También puede estar diseñado el neumático como del tipo de presión de aire, para uso en vehículos de media velocidad tales como, por ejemplo, taxis para ciudad y transporte mediano de carga pesada en áreas urbanas.

El neumático 2 está montado sobre la llanta 3, que está adaptada a los diversos tipos de neumáticos. Se ha montado en la llanta 3 una tapa 4 que conecta la llanta con el eje central 5.

El rotor 6 está fijado en el interior de la llanta 3, donde se ha pegado imanes permanentes 7 en su interior. Dichos imanes permanentes 7 giran junto con la llanta 2. La llanta 3 con el neumático 2, el rotor 6 con los imanes permanentes en él y las demás partes fijadas a la llanta, la tapa 4 y el eje central 5, son las partes de la rueda que giran.

Dentro de los imanes permanentes 7 se ha acomodado un paquete de hierro 8 con devanados 9 con entrehierro entre el paquete de hierro 8 con los devanados y los imanes permanentes 7.

El paquete de hierro 8 con los devanados 9 está montado sobre el miembro portador central 11, y está montado sobre la placa 17 de cubierta, por medio de los miembros aseguradores 10 y 13. Se ha provisto la placa de cubierta 17 con una pestaña de montaje (no mostrada, de preferencia una pestaña B5 del tipo de 250 mm), con la que está montada la rueda 1 a un vehículo. En el miembro asegurador 13, que está provisto de un espacio de acomodo, se han acomodado los elementos electrónicos de control 20, que consisten, entre otros, en los IGBT para el control de corriente y los módulos lógicos programables para el sistema de operación. El paquete de hierro 8, los devanados 9, los miembros aseguradores y los elementos electrónicos están conectados fijamente a un vehículo por medio de la pestaña y, por lo tanto, no son partes giratorias.

El eje central 5 está provisto de un buje 14 de montaje, de metal duro, en el que corren los cojinetes 23 de la rueda. Alrededor del eje central 5 también están montados los codificadores 21, para medir en qué posición está situado el rotor 6 con respecto a los devanados 9. Como resultado, los elementos electrónicos 20 de funcionamiento y control son capaces de controlar la fase exacta del voltaje en cada devanado 9 en cualquier momento, de modo que dichas fases se ajusten óptimamente a la posición de los imanes permanentes 7, con respecto a cada uno de los devanados 9.

En la figura, la tapa 4 está provista de aspas 15 y 15'. Se ha montado un anillo de las aspas 15 directamente alrededor del eje central y un segundo anillo de aspas 15', concéntricamente alrededor del primer anillo de aspas 15. Las aspas 15' están abiertas hacia la dirección de rotación más general (dextrógira, cuando se ve desde el costado del vehículo) de la rueda 1. Dichas aspas sirven para guiar aire hacia el motor para enfriarlo. Las aspas 15 alrededor del eje central, con las aberturas de entrada para aire, están montadas opuestas a las aspas 15'. Cuando se impulsa el vehículo, en el que se encuentra montada la rueda 1, las aspas 15 guiarán aire hacia la rueda 1, y las aspas 15' succionarán el aire fuera de la rueda. Como resultado, se creará un flujo de aire al interior, pasando dicho flujo por un cuerpo de enfriamiento en el miembro asegurador exterior 10.

Las aspas funcionan de acuerdo con el principio de la bomba centrifuga. El número de aspas 15 alrededor del eje central es menor que el número de aspas 15' a fin de dar más espacio al aire expandido por medio del calentamiento, para que pueda ser descargado más fácilmente.

Además del enfriamiento pasivo por medio de las aspas, pueden estar presentes en la rueda 1 ventiladores para un enfriamiento activo. Dichos ventiladores por ejemplo, pueden ser activados cuando la temperatura interna sobrepasa un determinado valor.

Las diversas partes internas de la rueda, debido a la naturaleza de la estructura de acuerdo con la invención, pueden ser selladas a prueba de liquido de una manera simple. Como resultado, es posible que, además del enfriamiento pasivo por medio de aspas y del enfriamiento activo por medio de los ventiladores, se enfríe el interior de la rueda por medio de un enfriamiento con líquido. La placa 17 de cubierta, en todo caso, sella los elementos electrónicos 20 de operación y de control, con respecto al exterior.

El rotor 6 puede estar hecho de aluminio y de acero, dependiendo de la velocidad y de la potencia de apoyo necesarias.

El rotor 6 es portador de los imanes permanentes 7, que garantizan la transmisión del par de torsión. También garantizan la guía del flujo, que es necesaria para que los imanes actúen lo más efectivamente posible y, de esa manera, se cree una conexión magnética con el campo magnético que es generado en el estátor. El estátor está formado por el paquete de hierro 8 con los devanados 9.

Además del enfriamiento por aire en el motor, también se puede descargar el calor por medio de costillas de enfriamiento 24. En la etapa de producción, se integran por vaciado con la placa de cubierta 17.

Para el enfriamiento interno de los elementos electrónicos 20, se proporciona un cuerpo de enfriamiento. Dicho cuerpo de enfriamiento, por supuesto, sirve para enfriar los elementos electrónicos, pero también tiene dos funciones adicionales, a saber, la fijación del estátor y el sellamiento del enfriamiento por agua, que puede ser usado en una mayor potencia y en voltajes más elevados. En la figura, el cuerpo de enfriamiento todavía está separado del miembro asegurador, pero en la producción en serie pueden convertirse en partes de una única estructura.

El miembro asegurador 10, junto con el miembro asegurador 13 de los elementos electrónicos 20, asegura que el paquete de hierro 8 del estátor quede asegurado y, de tal manera, no pueda deslizarse en dirección axial con respecto al rotor 6. Como resultado, los imanes 7 permanecen exactamente en su lugar con respecto al rotor 6 para dar una óptima eficiencia.

El estátor con devanados 9 de la figura 1 consiste en tres partes, estando preferiblemente el paquete de hierro del estátor hecho de una sola parte. Los devanados 9 se han dispuesto alrededor de las cabezas de devanado, estando arrollados dichos devanados de acuerdo con un patrón fijo, de modo que se obtenga un comportamiento impulsor óptimo de la rueda 1, de acuerdo con la invención. Las corrientes eléctricas recorren los devanados 9, y dichas corrientes generan las fuerzas magnéticas que son necesarias para hacer que gire el rotor 6. El paquete de hierro 8 garantiza el guiado óptimo del flujo. Un paquete de hierro 8 bien seleccionado garantiza alta eficiencia de la rueda de acuerdo con la presente invención.

Un anillo sellador garantiza la separación entre la parte interna del enfriamiento por aire, y la parte donde están alojados el rodamiento de la rueda de acuerdo con la invención y los elementos electrónicos.

Adicionalmente se ha dispuesto un buje de montaje 14 como soporte para el cojinete (dos cojinetes de contacto angular, de doble hilera). Dicho buje de montaje 14 ha sido diseñado de un tipo de acero de alta calidad. El buje de montaje 14 de acero transfiere las fuerzas de los cojinetes sobre el miembro portador central 11, y previene el corrimiento del miembro portador central 11, por los cojinetes o rodamientos. Los cojinetes garantizan la absorción tanto de las fuerzas axiales como radiales, de manera igual, de modo que durante las curvas y las irregularidades en la superficie de rodamiento, se obtiene le rotación estable del rotor 6. Dicha rotación estable es muy importante debido a que, para un trabajo eficiente de la rueda de acuerdo con la invención, existe preferiblemente un entrehierro de aproximadamente 2 mm como máximo, entre el rotor 6 y el estátor. Los cojinetes en general están sobredimensionados a fin de garantizar ese entrehierro durante un gran número de horas de funcionamiento (10.000 horas como mínimo).

Se han dispuesto enchavetados entre el estátor y el miembro portador central 11, de manera que no sea posible que dichos dos miembros giren uno con respecto al otro.

Un anillo retenedor está presionado por la placa de cubierta 17 y, de está manera, fija los cojinetes que, a su vez, fijan el estátor con respecto al eje. De esta manera se garantiza que el rotor 6 y el estátor permanezcan en la misma posición uno con respecto al otro.

Un manguito retenedor mantiene el codificador de eje hueco en su posición, y también garantiza que el anillo interno de los cojinetes está confinado. A su vez, el manguito retenedor está fijado sobre el eje central 5 mediante una tuerca y roscas de tornillo.

El miembro portador central 11 soporta el estátor y está bloqueado a rotación por medio de tres conexiones de chaveta, que están divididas sobre la circunferencia, en un patrón regular. En el miembro portador 11 se han dispuesto rebajes en la superficie, como resultado de lo cual, durante el montaje, se crean aberturas a través de las cuales se puede transportar el líquido de enfriamiento. Dicho enfriamiento puede ser necesario para voltajes mayores de 96 V y capacidades mayores de 12 kW.

El miembro asegurador 13 tiene varias funciones:

A:

Junto con el miembro asegurador 10, sujeta el miembro portador central 11 y el paquete de hierro 8, como resultado de lo cual el estátor está totalmente confinado.

B:

Cierra los rebajes que están dispuestos para permitir el paso a través de ellos del líquido de enfriamiento.

C:

Forma un espacio de acomodo o concavidad, donde están alojados los elementos electrónicos.

Dicho espacio de acomodo, a su vez, está cerrado por la placa de cubierta 17. Como resultado, los elementos electrónicos 20 están completamente sellados con respecto al aire exterior, lo que garantiza un funcionamiento libre de fallos de la rueda según la invención.

El cojinete anular garantiza el soporte adicional del rotor 6, de modo que el entrehierro esté garantizado en todo momento.

Durante el montaje, la placa de cubierta 17 asegura la conexión, el sellamiento, y la confinación correctos de toda la estructura. Ésta es también la placa de conexión para el montaje de la rueda de acuerdo con la invención en un vehículo o en un chasis, y de preferencia está provista de una pestaña normativa tipo B5 del tipo de 250 mm, como resultado de lo cual la rueda puede ser ajustada simplemente en los conceptos existentes. Por medio de las costillas de enfriamiento 24, se descarga el calor extra durante la impulsión.

Los imanes permanentes 7 están fabricados en una forma tal que ajusten con precisión dentro del rotor 6. Después de adherirlos al interior de la llanta de la rueda, los imanes forman una unidad junto con el rotor. Preferiblemente, los imanes son imanes de tierras raras. Es preferible que los imanes permanentes tengan una fuerza de campo magnético mayor de aproximadamente 1 Tesla.

El codificador para eje hueco 21 garantiza que el camino cubierto pueda ser medido, y también controla los elementos electrónicos 20, de modo que una computadora o unidad procesadora central sepa en qué posición el rotor 6 está situado con respecto al estátor. Esto es de suma importancia para una rotación del rotor libre de golpes.

Los elementos electrónicos y la lógica para el funcionamiento de la rueda, así como los elementos electrónicos de potencia, han sido dispuestos dentro de la rueda, de acuerdo con la presente invención. Como resultado, se han conseguido varias ventajas.

Uno de los mayores problemas encontrados en la actualidad por los fabricantes de vehículos impulsados electrónicamente, es que toda clase de componentes están esparcidos por el vehículo, que posteriormente deben ser conectados nuevamente entre sí en un momento posterior. Como resultado, la fabricación de vehículos electrónicos es una actividad que lleva mucho tiempo y, por lo tanto, también costosa. Adicionalmente, la producción frecuentemente es efectuada en tres etapas consecutivas, como resultado de lo cual el tiempo de producción es relativamente prolongado.

La figura 2 muestra la rueda de acuerdo con la figura 1 en sección transversal, como resultado de lo cual se describen aspectos adicionales especiales de la realización de una rueda de acuerdo con la invención mostrada en la figura 1. Los números de referencia tienen aquí el mismo significado que en la figura 1. En sección transversal se puede ver claramente cómo están conectados la llanta 2, el rotor 6, los imanes permanentes 7 y el eje central 5, unos con otros, por medio de la tapa 4. Adicionalmente, se puede ver claramente cómo están conectados los devanados 9 y el paquete de hierro 8 (el estátor) y los miembros aseguradores 10, 13, con los elementos electrónicos 20, a la placa de cubierta 17. En sección transversal se puede ver claramente como resultado cómo están situados los medios excitadores eléctricos, en este caso el electromotor, en la rueda 1. Al colocar un electromotor de dicha manera, se ha obtenido una eficiencia muy elevada, hasta 50% mayor que en los vehículos usuales, impulsados por electricidad. En particular, un electromotor como el descrito en las figuras 1 y 2 da como resultado una gran ventaja. Por ejemplo, el motor que tiene imanes permanentes es capaz de generar por sí mismo electricidad, cuando está en neutro, debido a que el motor actúa corno una dinamo. Gracias al montaje del motor en la rueda, no es necesario nada más ni el uso de una transmisión ni el uso de un diferencial. El número de revoluciones del motor no necesita tampoco ser muy alto.

La figura 3 muestra el apoyo de rueda, que es otro aspecto de la invención. El material 100 de rueda comprende una flecha enchavetada 101, provista en uno de sus extremos de un chavetero 102 y en el otro extremo están provistos medios impulsores 103, para hacer girar el eje enchavetado 101. Los medios impulsores consisten preferiblemente en un electromotor 103. El eje enchavetado 101 está situado giratoriamente en un alojamiento 104 de chavetero. En el lado inferior del alojamiento 104 de chavetero están provistos medios de acomodo 105 para un eje 106 de rueda. El alojamiento 104 de chavetero está acomodado al menos parcialmente en un manguito 107, provisto de medios de conexión 108 para montar el apoyo de rueda 101 a un vehículo. El alojamiento 104 de chavetero y el manguito 107 están montados a resorte entre sí por medio de un resorte 109. El alojamiento del electromotor 103 está conectado al manguito 107. El alojamiento de chavetero está provisto de un manguito 105 receptor de eje, para un eje que está colocado sustancialmente perpendicular al alojamiento de chavetero. El manguito 105 receptor de eje está conectado fijamente al alojamiento 104 de chavetero.

Se pretende que el resorte 109 regule el movimiento del manguito del eje enchavetado, con respecto al manguito receptor de eje que aloja el chavetero.

El manguito 107 está provisto de medios de conexión 108 para fijar el apoyo 100 de rueda a un vehículo. Los medios de conexión 108 están formados por un soporte 108, que es una parte permanente de la estructura, y que está fijada al chasis de la estructura con dos pasadores cónicos, y de esa manera, forma una unidad con el chasis o la estructura del vehículo.

Con el fin de proteger el resorte 109 contra las influencias externas, está envuelto por un manguito 112 de distancia, que en su lado superior está conectado al manguito 107. Dicho manguito 112 de distancia consiste de dos partes y está provisto de pequeñas aberturas de salida de aire que regulan la acción elástica de la suspensión, como un absorbedor de golpes. También sirven como límite extremo, en caso de que el vehículo se levante con sus ruedas del suelo. La parte inferior del manguito de distancia 115 se desliza dentro de la parte superior 113. Los miembros de distancia de manguito 115 y 113 están cerrados uno al otro con ayuda de un marco 114.

Con el fin de hacer girar una rueda se activa el electromotor 103. Se transmite la rotación del electromotor 103 al eje enchavetado 101. La rotación del eje enchavetado es transmitida al alojamiento de chavetero 104, como resultado de lo cual el manguito receptor de rueda fijado a ella gira, y se puede hacer un movimiento de dirección. El electromotor puede estar provisto de una transmisión. El apoyo de rueda también está provisto de medios de control y operación para el electromotor. Adicionalmente, el apoyo de rueda está provisto de lo que se denomina un codificador, que registra la posición angular de los medios de conexión de la rueda con respecto a los medios de conexión al vehículo. El apoyo de rueda también está provisto internamente de medios de comunicación de datos, de preferencia medios ópticos de comunicación de datos. El codificador suministra información de operación a los medios operadores del apoyo de rueda. El eje enchavetado 101 también puede moverse hacia arriba y hacia abajo en el alojamiento de chavetero, como resultado de lo cual se hace posible el movimiento tipo resorte. Los medios de conexión al vehículo pueden moverse, como resultado de esto, a lo largo del eje longitudinal, con respecto a los medios de conexión de la rueda.

El alojamiento 104 de chavetero es la parte de la suspensión de la rueda que gira y se mueve hacia arriba y hacia abajo. Una rueda puede ser conectada al alojamiento de chavetero 104 por medio de una pestaña B5 estándar. Un dispositivo de freno puede estar montado también en el lado trasero, por medio del eje central 12/106. El eje central 12/106 también puede estar equipado con una pestaña en la que se puede conectar una rueda en neutro, mientras que en el otro lado pueden estar montados frenos de disco. Puede dejarse esta parte cuando se monta la rueda de acuerdo con la invención.

El soporte triangular es un punto de adhesión para un triángulo. Dicho triángulo está disponible en el mercado y posibilita incrementar la carga de la pata de resorte de 1500 kg, que es la capacidad soportadora de carga permitida, a 4000 kg. que es otra capacidad soportadora de carga permitida. Al utilizar el triángulo ya no se ejercen fuerzas de flexión triangulares sobre la suspensión.

Es necesario un eje central de rueda extendido para montar una rueda de acuerdo con la invención, que también puede servir para montar los discos de un sistema de frenos.

El resorte asegura una suspensión cómoda para el vehículo sobre el que se han montado la rueda y la suspensión. En la versión de 4 toneladas con triángulo, el resorte en realidad queda completamente prensado, pero garantiza una presión mínima de resorte de 1500 kg cuando el vehículo está colocado inclinado y una de las ruedas amenaza quedar fuera del piso.

El anillo toroidal de caucho garantiza la amortiguación del alojamiento 104 de chavetero, en el caso improbable de que la carga fuera tan elevada que el alojamiento 104 de chavetero topara contra el soporte.

Descripción del control electrónico para operar el motor síncrono en la rueda según la invención

El control electrónico para la rueda de acuerdo con la invención está constituido por módulos de varios elementos. Los diversos elementos están ajustados jerárquicamente unos con otros. Se pueden distinguir los siguientes elementos.

1.- Módulos de potencia

En la etapa más baja se han utilizado módulos de corriente principal IGBT. La estructura presente en dichos módulos de corriente principal IGBT los hace sumamente confiables, y garantiza una emisión de calor baja y una eficiencia óptima. Los módulos de corriente principal controlan la corriente a través de los devanados. Los devanados están divididos en tres grupos, cada uno de los cuales tiene una fase diferente. Hay dos módulos de corriente principal por devanado. Los módulos de corriente principal son excitados por un paso superior, es decir:

2.- Reguladores de corriente

En el segundo paso están conectados dos módulos de corriente principal IGBT a un regulador de corriente, y son excitados por el regulador de corriente. Junto con un sensor de corriente separado, que funciona de acuerdo con el principio de Hall (sensor de Hall), forman un paso final independiente, que controla la corriente en el devanado de motor acompañante. En este paso, el módulo y el regulador de corriente ya están separados galvánicamente de los elementos electrónicos de operación. Un regulador de corriente que tiene dos módulos de corriente principal y el sensor de Hall son denominados también módulos 4Q. Los módulos de corriente, principal con el regulador de corriente forman un sistema de control. Hay un sistema de control por devanado.

3.- Generador de vector

El generador de vector suministra un valor de operación a los llamados módulos 4Q (pasos 1 y 2) que generan así un vector de campo magnético por medio de los devanados del motor sincrónico y, de esa manera, determinan el momento de par de torsión.

Un llamado codificador o solucionador, que es un aparato medidor que mide muy precisamente el ángulo o el número de revoluciones, permite dar a conocer la posición actual del rotor con respecto al estátor, al generador de vector. El cálculo rápido de la posición del rotor, que se deriva de las señales de seno/coseno del solucionador y el valor de realimentación conectado a él, aseguran un reglaje óptimo de los vectores de campo del motor, junto con módulos lógicos programables, los llamados FPGA.

Toda la función del generador de vector debida a la combinación de un microprocesador y de los
FPGA, se puede programar totalmente por un cable de fibra óptica. Esto significa que se pueden implementar inmediatamente los nuevos datos o los cambios necesarios para un uso especial (por medio de teléfono o de Internet) en la rueda de acuerdo con la invención, que ya se encuentre en operación. Dichos cambios no solamente son con respecto al software do los FPGA, sino también para los elementos físicos de los módulos Por ejemplo, es posible cambiar la relación en el propio motor, cuando falla un devanado o un módulo, de manera que la rueda pueda seguir funcionando. El generador de vector forma el sistema de operación. El codificador y los sensores de Hall, con los elementos electrónicos acompañantes en la realización descrita, forman el sistema medidor.

4.- CPU o Unidad Procesadora Central

Las primeras tres etapas están alojadas juntas en la rueda. La CPU está situada fuera de la rueda y comunica las diversas ruedas de acuerdo con la invención, que puedan estar presentes en un coche, por medio de una línea colectora de datos de anillo óptico (ORDABUL). También es capaz de efectuar los cálculos necesarios para los AGV (vehículos guiados automáticamente) con respecto a la ruta cubierta, cálculos odométricos, cuando toma las curvas, y el diagnóstico del guiado completo. Cada etapa guarda e informa de los datos importantes para la situación operativa a la CPU. Un informe de error es reportado inmediatamente a la etapa superior, y ésta reacciona inmediatamente para tomar las medidas necesarias, antes de que pueda surgir un daño. La etapa anterior es capaz de activar un programa de emergencia, que reacciona frente al error de la manera correcta. Como resultado, un error en un módulo influye mucho en todo el vehículo.

El sistema modular permite efectuar un diagnóstico de error simple y localizar rápidamente los componentes relevantes, sin tener que efectuar subsecuentemente actividades complejas de ajuste o adecuación.

Una diferencia importante con el control usual de los motores asincrónicos/sin-crónicos es el hecho de que, en una realización preferida, todos los devanados de motor están divididos en tres grupos, cada Uno de los cuales consiste, de preferencia, en 30 devanados independientes, separados eléctricamente unos de otros, siendo excitado cada devanado por su propio módulo 4Q. Aquí, los módulos 4Q están conectados entre sí simplemente por medio del voltaje de la fuente de alimentación, como resultado de lo cual pueden surgir las siguientes ventajas:

1:

Únicamente dos fases de la alimentación trifásica normal son guardadas y controladas. Las corrientes de la tercera fase son calculadas a partir del comportamiento de las otras dos fases. Esto significa una libertad mucho mayor en !a operación de los elementos electrónicos y, por ejemplo, en regular la falla de uno o más módulos.

2:

Se puede ajustar la distribución de corriente de manera exacta, de modo que cada devanado de motor genere la misma fuerza de campo. Como resultado, los momentos reales de par de torsión en cada devanado, generados por el campo, pueden ser ajustados y ser independientes de las irregularidades en las variables eléctricas de los devanados separados.

3:

Las tolerancias magnéticas de cada devanado pueden ser calibradas separadamente por medio del generador de vector.

4:

Cuando falla un módulo 4Q o hay un cortocircuito en uno de los devanados, todavía puede seguir funcional el motor. Un fusible o relevador es' capaz de separar el módulo defectuoso o la fase defectuosa de los otros dos módulos 4Q o fases, sin influir en ellos. De esta manera, el motor todavía es capaz de frenar o, cuando se usan varias ruedas, es capaz de soportarlas. Las ventajas de una estructura en etapas se pone de manifiesto aquí de modo particular.

La funcionalidad de la electrónica descrita y su conexión se describe adicionalmente en la figura 4. Por medio de un diagrama de bloques está mostrada esquemáticamente la conexión y la jerarquía de las ruedas, los apoyos de rueda y otros medios de control y de operación en un vehículo impulsado eléctricamente, tal como, por ejemplo, un vehículo de control remoto o controlado automáticamente. Una unidad procesadora central o computadora 200 controla todo el intercambio de datos entre las diversas partes, y asegura el control automático posible del vehículo. La computadora 200 está conectada al sistema 300 de manejo de energía, es decir, las baterías, posibles generadores, las celdas de combustible o los paneles solares, por medio de líneas de comunicación de datos, por ejemplo, líneas ópticas de comunicación de datos. Adicionalmente, la computadora 200 está conectada a una pantalla 400 de exhibición, en la que son presentados los datos con respecto al estado de los diversos sistemas. La computadora central 200 también está conectada a varios sensores que suministran información referente a la posición del vehículo, los posibles obstáculos, el clima interior y similares. Además, la computadora central está conectada, por ejemplo, a dos o más apoyos de rueda 100, de acuerdo con la invención. Los números en esta figura corresponden a las partes que ya han sido descritas.

La computadora central 200 está conectada además a por lo menos una o más ruedas 1 de acuerdo con la invención. Se puede ver que la rueda comprende tres grupos de devanados 9, 9/1 y 9/11, sistemas de control 32, 32/1 y 32/11, para cada grupo, y sistemas de medición 30, 30/1 y 30/11, para cada grupo. Adicionalmente, las ruedas comprenden el codificador 31 ya descrito, que suministra datos referidos a la posición relativa del rotor con respecto al estátor, al sistema operativo 33, superior a él. En la figura se muestran los tres grupos de los al menos 30 devanados (que es el total preferido) 9, 9/1 y 9/11, de una rueda 1 de acuerdo con la invención. Los devanados 9 de preferencia están divididos en tres grupos, cada uno de los cuales tiene otra fase \phi^{1}, \phi^{2} y \phi^{3}. La corriente a través de cada grupo de devanados 9, 9/1 y 9/11 es medida por medio de un sensor de Hall 30. El valor medido es pasado al sistema de control 32. El sistema de control 32 controla la corriente a través de un grupo de devanados, por medio de dos IGBT. Los sistemas de control 32 son operados por un sistema operativo 33. Dicho sistema operativo recibe también datos de un codificador 31, que suministra la información angular acerca del rotor, con respecto al estátor. Como resultado, el sistema operativo 33 es capaz de escoger un buen reglaje de fase para un trabajo optimizado. El sistema operativo 33 está acoplado a una unidad procesadora central 200 en un vehículo, por medio de medios de comunicación de datos 34, preferiblemente adecuados para comunicación óptica de datos.

La figura 5A muestra una vista superior de un vehículo provisto de cuatro ruedas 1 de acuerdo con la invención. Cada una de dichas ruedas 1 está conectada a un apoyo 100 de rueda de acuerdo con otro aspecto de la invención, que también ya ha sido descrito. Cada uno de los apoyos de rueda está provisto de medios en el apoyo de rueda, como resultado de los cuales es posible que cada rueda gire y, de esa manera, es posible que impulse el vehículo. Adicionalmente, el vehículo está equipado con una unidad procesadora central 200 y baterías y sistemas de control 300 para ellas. En la figura 5B se muestra una vista lateral del vehículo de la figura 5A.

La figura 6 muestra una realización alternativa de la rueda de acuerdo con la invención. Los números de referencia corresponden, tanto como es posible, con los de las figuras 1 y 2. El costado del vehículo está mostrado con la flecha A. Está provista la rueda de acuerdo con la figura 6, por ejemplo, de un enfriamiento por agua. La entrada y la salida, respectivamente, del líquido de enfriamiento, están indicadas con el número 30. La entrada y la salida 30 desembocan en un espacio 31, alrededor del eje, a través del cual circula el líquido de enfriamiento. En esta realización se han dispuesto los medios de medición, control y operación, en el espacio 32. Los elementos electrónicos están dispuestos con las placas impresas orientadas hacia un vehículo. El líquido de enfriamiento, de preferencia agua, sirve principalmente para enfriar los devanados.

Claims (23)

1. Rueda (1), que comprende:

-

medios impulsores eléctricos (9) dentro de la rueda;

-

medios de control (32, 32/I, 32/II) dentro de la rueda para controlar la potencia en los medios impulsores eléctricos;

-

medios medidores dentro de la rueda;

-

medios operativos (33) dentro de la rueda, conectados a los medios de control y a los medios medidores, para operar la rueda, y

-

medios de comunicación de datos (34) dentro de la rueda, conectados a los medios operativos, para comunicar datos fuera de la rueda,

caracterizada porque los medios de comunicación de datos están adaptados para intercambiar datos con los medios de control, medidores y de operación de otras ruedas similares, estando los medios de operación de la rueda provistos de un reglaje "maestro" y un reglaje "subordinado", donde, por medio de los medios de comunicación, una unidad procesadora central es capaz de hacer que los medios de operación cambien del reglaje "maestro" al reglaje "subordinado", y viceversa.

2. Rueda según la reivindicación 1, en que la rueda (1) comprende una llanta (3) que está provista, coaxialmente en el lado interno, de un rotor (6) provisto de imanes permanentes (7), estando dicho rotor y dicha llanta conectados a un eje central (5), y un estátor coaxial (8), provisto de devanados (9), estando situado dicho estátor entre el eje central y el rotor, y siendo conectable a un vehículo.

3. Rueda según la reivindicación 1 ó 2, en que el estátor está dividido por lo menos en dos grupos de devanados separados eléctrica y físicamente, comprendiendo cada grupo por lo menos dos devanados, cada uno de los cuales tiene sus propios medios de control y sus propios medios medidores, estando los medios de control y los medios medidores operados por medios operativos.

4. Rueda según una o más de las reivindicaciones anteriores, en que los medios de comunicación de datos comprenden medios ópticos de comunicación.

5. Rueda según una o más de las reivindicaciones anteriores, en que los medios de medición, control y operación de una rueda se comunican a través de una unidad procesadora central, situada fuera de la
rueda.

6. Rueda según una o más de las reivindicaciones anteriores, en que los medios de control comprenden medios para controlar el amperaje a través de cada devanado por separado.

7. Rueda según una o más de las reivindicaciones anteriores, en que los medios de control de los devanados están conectados a los medios de operación.

8. Rueda según la reivindicación 7, en que los medios medidores comprenden un codificador (31) para medir el número de revoluciones y la posición angular del rotor con respecto al estátor, y un dispositivo medidor de corriente (30, 30/I, 30/II) para medir la corriente a través de cada uno de los devanados.

9. Rueda según la reivindicación 8, en que el codificador está conectado a los medios de operación, y los medios de control están conectados a los
dispositivos medidores de corriente.

10. Rueda según una o más de las reivindicaciones precedentes, en que los medios de operación están conectados a una unidad procesadora central (200), fuera de la rueda, por medio de los medios de comunicación de datos (34).

11. Rueda según una o más de las reivindicaciones precedentes, provista de medios de enfriamiento.

12. Rueda según la reivindicación 11, provista de medios de enfriamiento activo (16).

13. Rueda según la reivindicación 12, provista de ventiladores (16) en la rueda para enfriar la rueda.

14. Rueda según una o más de las reivindicaciones precedentes, en que la rueda está provista de medios (30) para enfriamiento por agua.

15. Rueda según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 14, que comprende además un cuerpo de enfriamiento, provisto de medios para mantener componentes electrónicos productores de calor, de los medios de control y los medios de operación, en contacto de intercambio de calor con el cuerpo de enfriamiento, estando montado el cuerpo de enfriamiento en contacto de intercambio de calor con el estátor.

16. Rueda según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además medios para medir el par de torsión entregado mecánicamente, y medios para medir el par de torsión, midiendo la potencia eléctricamente acomodada, y medios para comparar el par de torsión entregado mecánicamente y la potencia eléctricamente acomodada.

17. Rueda según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en que el cambio del reglaje "maestro" al reglaje "subordinado" y viceversa está influenciado por la demanda de potencia o por la velocidad de la rueda.

18. Rueda según la reivindicación 17, en que la rueda que demanda la menor potencia ha sido fijada como "maestra".

19. Conjunto de al menos dos ruedas según una o más de las reivindicaciones precedentes, en que las ruedas están conectadas a una unidad procesadora de datos central, común, por medio de los citados medios de comunicación de datos.

20. Vehículo que comprende una plataforma para alojar una fuente de alimentación (300) y una unidad procesadora central (200), estando conectada a dicha plataforma por lo menos una rueda (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, estando dispuesta la citada unidad procesadora central para controlar la citada fuente de alimentación y proveer de instrucciones a los medios de operación dentro de la citada al menos una rueda.

21. Método para coordinar el número de revoluciones de al menos dos ruedas provistas de electromotores en las ruedas, según una o más de las reivindicaciones precedentes 1 a 20, en que sistemas de control físicamente separados controlan el amperaje en cada devanado de los electromotores, los sistemas de control en una rueda son operados por un sistema de operación, un sistema medidor suministra información relacionada con la fuerza del campo magnético al sistema de control, y suministra la posición mutua del rotor y el estátor al sistema de operación, y los sistemas de operación de las diversas ruedas se comunican entre sí por medio de medios de comunicación de datos a través de una unidad procesadora
central.

22. Método según la reivindicación 21, en que la unidad procesadora central tiene el sistema de operación de la rueda que demanda la función más baja de potencia como "maestro", y tiene los sistemas de operación de la otra rueda o las otras ruedas, respectivamente, operando como "subordinados", donde cada vez el sistema de operación de la rueda que demanda la menor potencia actúa como "maestro" y los sistemas de operación de las demás ruedas actúan como "subordinados".

23. Rueda según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 18, caracterizada porque los medios impulsores eléctricos comprenden un electromotor, donde el electromotor es un motor sincrónico de corriente directa, de más de ocho polos, de tres o más fases.