車輪軸承單元和具有車輪軸承單元的機動車輛的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有附加集成電機的第三代車輪軸承單元以及具有所述車輪軸承單元的機動車輛。車輪軸承單元(11)包含內(nèi)環(huán)(24)和可旋轉地安裝并相對于內(nèi)環(huán)(24)中心地安置的外環(huán)(25)。內(nèi)環(huán)(24)用于接受車輪(12)，外環(huán)(25)用于緊固到機動車輛(10)的車輪支承件(19)。車輪軸承單元(11)在內(nèi)環(huán)(24)和外環(huán)(25)之間具有第一排滾珠(26)和與第一排滾珠(26)平行安置的第二排滾珠(27)。根據(jù)本發(fā)明，車輪軸承單元(11)的內(nèi)環(huán)(24)具有內(nèi)環(huán)外側(29)。從動件相對于內(nèi)環(huán)(24)以旋轉固定方式安置在所述內(nèi)環(huán)外側(29)上第一排滾珠(26)和第二排滾珠(27)之間，該從動件以扭矩傳遞方式直接或間接地連接在電機(20)的轉子(21)上。
【專利說明】車輪軸承單元和具有車輪軸承單元的機動車輛
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有附加集成電機的第三代車輪軸承單元以及具有該類型車輪軸承單元的機動車輛。
【背景技術】
[0002]第三代車輪軸承是公知的現(xiàn)有技術。約1980年以來，其已安裝在系列乘用車產(chǎn)品中。其具有外環(huán)和內(nèi)環(huán)，并且各自在外環(huán)和內(nèi)環(huán)上形成一體凸緣。在內(nèi)環(huán)上，所述凸緣可用于接受制動盤和車輪；在外環(huán)上，所述凸緣可用于連接車輪支承件。在此，車輪軸承的外環(huán)和內(nèi)環(huán)通過兩排相互平行的滾珠相對于彼此可旋轉地安裝。
[0003]同樣公知的是給機動車輛裝備電機，其首先輔助主傳動裝置，其次是充當發(fā)電機，用于在制動操作過程中進行能量回收，即用于能量再生。在此，主傳動機構也可以是電動機或內(nèi)燃機。
[0004]一個可能的公知電機裝置是如輪轂電動機的裝置。由此，例如，W02011098594A1號專利文件公開了一種用于機動車輛的輪轂驅動裝置，該輪轂驅動裝置具有與齒輪機構的輸入元件驅動連接的電動機，該齒輪機構具有與軸部(shaft scction)連接的輸出元件,通過該軸部可驅動機動車輛的車輪。此外，提供了傳感器用于監(jiān)控驅動裝置的轉速，該傳感器包含以旋轉固定方式安置的傳感器元件和可旋轉的傳感器元件。該可旋轉的傳感器元件與輸出元件固定地連接，以使其隨輸出元件旋轉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此本發(fā)明基于提供一種解決方案的目的，該解決方案能在車輛安全和能量損耗方面產(chǎn)生積極的影響，而且僅需要封裝過程中的較小修改，即，占用少量的安裝空間并產(chǎn)生較小的額外重量。
[0006]此目的通過具有以下技術特征的車輪軸承單元和機動車輛實現(xiàn)。以下還公開了有關于本發(fā)明進一步優(yōu)選的改進。
[0007]一種車輪軸承單元，具有用于接受車輪的內(nèi)環(huán)并具有外環(huán)，外環(huán)可旋轉地安裝并相對于內(nèi)環(huán)中心地安置，以緊固到機動車輛的車輪支承件，車輪軸承單元在內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間具有第一排滾珠和與第一排滾珠平行安置的第二排滾珠，其中，內(nèi)環(huán)具有內(nèi)環(huán)外側，從動件相對于內(nèi)環(huán)以旋轉固定方式安置在內(nèi)環(huán)外側上第一排滾珠和第二排滾珠之間，從動件以扭矩傳遞方式直接或間接地連接在電機的轉子上。
[0008]進一步地，車輪軸承單元，外環(huán)具有外環(huán)內(nèi)側并且從動件是轉子本身，并且電機的定子相對于外環(huán)以旋轉固定方式圍繞轉子安置在外環(huán)內(nèi)側上。
[0009]進一步地，車輪軸承單元，從動件是與輸出元件嚙合的驅動元件，輸出元件可旋轉地安裝在外環(huán)上并以扭矩傳遞方式與轉子連接。
[0010]進一步地，車輪軸承單元，驅動元件是正齒輪并且輸出元件是正齒輪。
[0011]進一步地，車輪軸承單元，驅動元件和輸出元件構成減速齒輪機構。[0012]進一步地，車輪軸承單元，電機是無刷直流電機。
[0013]機動車輛，其具有蓄電池、與蓄電池連接的能量管理系統(tǒng)、以及至少一個根據(jù)上述的車輪軸承單元，至少一個車輪通過該車輪軸承單元與機動車輛結構件相連，至少一個車輪軸承單元通過電力線與能量管理系統(tǒng)相連。
[0014]進一步地，機動車輛，機動車輛的每個車輪通過車輪軸承單元緊固到機動車輛，并且車輪軸承單元通過通信線與機動車輛的至少一個輔助系統(tǒng)相連。
[0015]本發(fā)明規(guī)定了，車輪軸承單元包含內(nèi)環(huán)和外環(huán)，外環(huán)可旋轉地安裝并且相對于內(nèi)環(huán)中心地安置。該內(nèi)環(huán)用于接受車輪，該外環(huán)用于緊固到機動車輛的車輪支承件。在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間，車輪軸承單元有第一排滾珠和與之平行安置的第二排滾珠。根據(jù)本發(fā)明，車輪軸承單元的內(nèi)環(huán)有內(nèi)環(huán)外側。從動件相對于內(nèi)環(huán)以旋轉固定方式安置在所述內(nèi)環(huán)外側上第一排滾珠和第二排滾珠之間，該從動件以扭矩傳遞方式與電機的轉子直接或間接地連接。
[0016]本發(fā)明上下文中，“直接”的意思是在內(nèi)環(huán)和轉子之間未安裝更多元件的情況下發(fā)生扭矩傳輸。本發(fā)明上下文中，“間接”的意思是通過另外地安裝在內(nèi)環(huán)和轉子之間的扭矩傳輸兀件發(fā)生扭矩傳輸。
[0017]因此，提供標準組件，如總成，其能夠像傳統(tǒng)車輪軸承一樣以簡單的方式精確地整合到機動車輛的生產(chǎn)中是有利的。與傳統(tǒng)的車輪軸承比，根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元實質(zhì)上不需要更多的安裝空間，與先前的解決方案相比，車輛重量以相對較小程度增加。
[0018]在根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元的第一個變體中，其規(guī)定了外環(huán)具有外環(huán)內(nèi)側。從動件是轉子自身，并且電機的定子相對于外環(huán)以旋轉固定方式圍繞轉子安置在外環(huán)內(nèi)側上。
[0019]因此，根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元有很少的單個零件，這導致了較低的重量和較容易的生產(chǎn)性能。轉子位于兩排滾珠間的設置確保了轉子與定子間永久尺寸準確的間距以及較高的運轉強度。
[0020]作為第一個變體的替代，其規(guī)定了根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元的第二個變體，SP從動件是驅動元件，其與可旋轉地安裝在外環(huán)上的輸出元件嚙合，該輸出元件以扭矩傳遞方式與轉子連接。
[0021]該變體有利地提供了實現(xiàn)內(nèi)環(huán)與轉子間傳動比的可能性。在一個有利的改進中，驅動元件與輸出元件在此構成減速齒輪機構。
[0022]因此，與內(nèi)環(huán)的轉速相比，電機的轉子轉速增加。因此，電機能夠更加順利地作為發(fā)電機運行，因為具有較小安裝空間的發(fā)電機在高轉速下更加功率強大。反之，在電動機運轉時，該電機能夠以更高扭矩作用于內(nèi)環(huán)。
[0023]在此，根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元的第二個變體以這樣一種方式有利地配置，SP驅動元件和輸出元件都是正齒輪。正齒輪產(chǎn)生了設計齒輪級的便宜且持久的可能性。
[0024]在根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元的兩個變體中，其提供了有利的改進，即電機是無刷直流電機。
[0025]該電機變體既可用作電動機也可用作發(fā)電機。因此，根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元可以在機動車輛中用于驅動、或者至少用于驅動輔助，以及用于能量再生。此外，無刷直流電動機需要很少的維護保養(yǎng)且有很長的使用壽命，這將使維護成本最小化。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元在所有其變體和改進中優(yōu)選地安置在所述機動車輛中。后者具有蓄電池和與蓄電池連接的能量管理系統(tǒng)，以及至少一個根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元，至少一個車輪通過該車輪軸承單元與機動車輛結構相連，至少一個車輪軸承單元通過電力線與能量管理系統(tǒng)相連。
[0027]通過此種方式，根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元作為組件的優(yōu)點有益于機動車輛的裝配。在電動機運行過程中，可以借助于車輪軸承單元輔助機動車輛的主傳動裝置。由此，機動車輛將在低能量支出下保持高速行駛。此外，在加速階段，可傳遞額外轉矩給車輪。如果機動車輛降低速度，該車輪軸承單元可作為發(fā)電機回收能量，由此保證了節(jié)能的驅動。
[0028]在根據(jù)本發(fā)明的機動車輛的一個有利改進中，其規(guī)定了機動車輛的每個車輪借助于根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元緊固到機動車輛，并且該車輪軸承單元通過通信線連接到機動車輛的至少一個輔助系統(tǒng)。
[0029]因此，通過輔助系統(tǒng)促動車輪軸承單元并且使車輪軸承單元用于干預機動車輛的驅動狀態(tài)成為可能。于此，一個有利的改進中，該車輪軸承單元與電子穩(wěn)定程序和/或防抱死制動系統(tǒng)連接。同時，該車輪軸承單元由此也能作為輔助系統(tǒng)的傳感器。因此，將可省去附加的傳感器。該車輪軸承單元尤其能夠用作車輪轉速傳感器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]在下文中，將通過相關附圖在示范性實施例中解釋本發(fā)明。在此所描述的示范性實施例僅用作說明且不打算以任何方式限制本發(fā)明的范圍。附圖中:
[0031]圖1不出了根據(jù)本發(fā)明的機動車輛的圖，
[0032]圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的第三代車輪軸承，
[0033]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選改進中的車輪軸承單元，和
[0034]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明進一步優(yōu)選改進中的車輪軸承單元。
[0035]附圖標記列表
[0036]10機動車輛
[0037]11車輪軸承單元
[0038]12 車輪
[0039]13蓄電池
[0040]14能量管理系統(tǒng)
[0041]15用電設備
[0042]16輔助系統(tǒng)
[0043]17 電力線
[0044]18通信線
[0045]19車輪支承件
[0046]20 電機
[0047]21 轉子
[0048]22 定子
[0049]23連接器單元
[0050]24 內(nèi)環(huán)
[0051]25 外環(huán)[0052]26第一排滾珠
[0053]27第二排滾珠
[0054]28外環(huán)內(nèi)側
[0055]29內(nèi)環(huán)外側
[0056]30滾動體
[0057]31驅動元件
[0058]32輸出元件
[0059]33緊固元件
[0060]34中心軸線
[0061]35內(nèi)環(huán)凸緣
[0062]36外環(huán)凸緣
【具體實施方式】
[0063]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的機動車輛10的圖。機動車輛10優(yōu)選地配備有附加的主發(fā)動機(未示出)、特別是內(nèi)燃機作為主傳動裝置。示范性機動車輛10具有四個車輪12，該四個車輪分別通過根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元11緊固到機動車輛10的車輛結構件。根據(jù)本發(fā)明，也可能僅一個輪軸(axle)的車輪12通過根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元11連接，例如，通過主發(fā)動機驅動的輪軸或非驅動輪軸。根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元11既適用于驅動輪也適用于非驅動輪。車輪軸承11具有電機20，其將在下文中在圖3和圖4中示出。
[0064]通過電力線17，電能可以饋送至車輪軸承單元11或從車輪軸承單元11移除。如果車輪軸承單元11用作發(fā)電機，其將輸出電能，但反之，如果車輪軸承單元11用作電動機，其需要來自機動車輛的蓄電池13的電能。為此，車輪軸承單元11與簡稱EMS的能量管理系統(tǒng)14通過電力線17電連接。當車輪軸承單元11用作電動機時，能量管理系統(tǒng)14向車輪軸承單元11提供電能，并且，EMS14引導車輪軸承單元11在發(fā)電機運行中獲得的電能存儲于蓄電池13中，或輸送電能以供給車輛的用電設備15，以直接操作所述用電設備15。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元11通過通信線18連接機動車輛10的輔助系統(tǒng)，特別是簡稱ABS的防抱死制動系統(tǒng)和/或簡稱ESP的車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)。輔助系統(tǒng)16與車輪軸承單元11之間的數(shù)據(jù)交換可通過通信線18進行。既可發(fā)送數(shù)據(jù)到個別的車輪軸承單元11也可從個別的車輪軸承單元11接收數(shù)據(jù)。例如，車輪軸承單元11能夠作為車輪傳感器并且能夠測定數(shù)據(jù)、特別是關于車輪轉速和扭矩的數(shù)據(jù)。例如ABS車輪轉速傳感器或輸出軸扭矩傳感器這樣的先前已使用的傳感器因此可以被省去。這有利地用于降低成本。
[0066]根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元11能夠在電動機運行中作為輔助驅動裝置，用于輔助機動車輛10的主發(fā)動機。由此規(guī)定了，例如，當機動車輛10自由行駛時，將車輪軸承單元11用作發(fā)動機。因此，可抵消輪胎的滾動阻力，機動車輛可通過最少能量使用保持高速。
[0067]在發(fā)電機運行中，車輪軸承單元11用于轉換機動車輛10的動能為電能，否則，動能將會在剎車過程中轉換為熱能并且無法被利用。由此，通過根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元11，可操作能量再生。
[0068]根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元11具有多項功能。其可用作車輪12和機動車輛10之間的連接構件，可用作發(fā)動機以輔助機動車輛10的主傳動裝置，可用作發(fā)電機以轉換機動車輛10的動能為電能，以及用作傳感器。所有這些功能使得用較少能量運行根據(jù)本發(fā)明所述的機動車輛10成為可能。如果機動車輛10具有內(nèi)燃機作為主驅動單元，能夠有益地減少燃料消耗及其相關的排放。
[0069]圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的第三代車輪軸承。車輪軸承具有內(nèi)環(huán)24和外環(huán)25。外環(huán)25以與內(nèi)環(huán)24相同的中心軸線34中心地安置。外環(huán)25在相對于中心軸線34垂直的平面上圍繞內(nèi)環(huán)24，其結果是外環(huán)內(nèi)側28朝向內(nèi)環(huán)外側29。
[0070]在中心軸線34的縱向上，內(nèi)環(huán)24在軸承一側伸出外環(huán)25。其在圖2中軸承左側示出。在這一點上，內(nèi)環(huán)24配備有內(nèi)環(huán)凸緣35，其用作接受剎車盤(未示出)和車輪(未示出)。為此，該內(nèi)環(huán)凸緣35具有用于接受緊固元件35的元件。在此示出螺釘作為緊固元件33。
[0071]在車輪軸承的關于中心軸線34的相對側，在圖2中顯示為處于圖像右側，外環(huán)25具有外環(huán)凸緣36。后者用于將車輪軸承緊固于車輛結構件。通常，將車輪軸承緊固于車輪支承件19。該車輪支承件19在此粗略示出。
[0072]車輪軸承是減摩軸承，其具有第一排滾珠26和第二排滾珠27。在此，兩排滾珠26和27相互平行地安置，并且相對于中心軸線34中心地安置。在兩個座圈中，滾珠作為滾動體30。
[0073]圖3和圖4分別示出根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元11，圖3是第一變體，圖4是第二變體。所述變體包含前面在圖2中所示的所有組件。此外,兩種變體都具有電機20,電機20具有相關連接器單元23。在優(yōu)選的實施例中，電機20在此能夠且旨在既用作電動機也用作發(fā)電機。由此，電機20例如是帶有轉子21和定子22的無刷直流電機。在此，轉子21包含永磁環(huán)，定子22具有多個電磁鐵。連續(xù)地測量轉子21的位置，且定子22中的電磁鐵相應地換向。從現(xiàn)有技術中已公知該無刷直流電機本身的構造，在此不再贅述。
[0074]根據(jù)本發(fā)明，以這樣一種方式設計電機20，即，其考慮機動車輛10的行駛狀態(tài)而起到發(fā)電機和電動機的功能。在此，由于相當小的可用安裝空間以及依賴其的電機20的尺寸，電機20的功率輸出例如對于O到1600rpm之間的轉速被限制為40W。因此，在四個車輪的情況下，這大約產(chǎn)生160W的系統(tǒng)輸出。
[0075]根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元11的第一變體(圖3所示)包含轉子21，其作為從動件直接座接在內(nèi)環(huán)24上。轉子21安置在兩排滾珠26和27之間的內(nèi)環(huán)外側29上。轉子21與內(nèi)環(huán)24固定地連接，以使其隨內(nèi)環(huán)24旋轉。轉子21相對于中心軸線34中心地安置。
[0076]此外，根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元11的第一變體包含定子22，將其安置為圍繞轉子21。定子22安置在兩排滾珠26和27之間的外環(huán)內(nèi)側28上。定子22與外環(huán)25固定地連接，以使其隨外環(huán)25旋轉。該定子22相對于中心軸線34中心地安置。
[0077]電機20的連接器單元23配備在定子22上，定子22以旋轉固定方式相對于外環(huán)24安置。通過連接器單元23，在電動機運轉過程中供給電機20電能，并且在發(fā)電機運轉中移走再生的能量。通過連接器單元23，車輪軸承單元11能夠連接能量管理系統(tǒng)14并且選擇地連接機動車輛的輔助系統(tǒng)16。
[0078]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明進一步示范性改進中的車輪軸承單元。根據(jù)本發(fā)明的車輪軸承單元11的第二變體包含驅動元件21，其作為從動件直接地座接在內(nèi)環(huán)24上。驅動元件31安排在兩排滾珠26和27之間的內(nèi)環(huán)外側29上。驅動元件31與內(nèi)環(huán)24固定地連接，以使其隨內(nèi)環(huán)24旋轉。驅動元件31相對于中心軸線34中心地安置。
[0079]驅動元件31通過輸出元件32以扭矩傳遞方式間接與轉子(電機20的轉子和定子在此未單獨示出)相連。輸出元件32安裝在外環(huán)24的外環(huán)凸緣36上，使其能夠圍繞平行于中心軸線安置且與中心軸線間隔開的軸線旋轉。優(yōu)選地，驅動和輸出元件31和32是兩個嚙合的正齒輪。根據(jù)本發(fā)明，驅動和輸出元件31和32也可以是不同的齒輪元件。此夕卜，可以有更多的齒輪元件和/或齒輪級設置在驅動元件31和輸出32之間。
[0080]在一個有利的改進中，驅動元件31和輸出元件32被設計為減速齒輪級；其結果是，在發(fā)電機運轉中轉子處的轉速(在此未示出)增加，并且在電動機運轉中內(nèi)環(huán)24處的扭矩增加。
[0081]在第二設計變體中，連接器單元23也與定子(在此未示出)相連。通過連接器單元23，在電動機運轉過程中供給電能給電機20，并在發(fā)電機運轉中轉換成電能的能量被移走。
【權利要求】
1.一種車輪軸承單元(11)，其特征在于，具有用于接受車輪(12)的內(nèi)環(huán)(24)并具有外環(huán)(25)，外環(huán)(25)可旋轉地安裝并相對于內(nèi)環(huán)(24)中心地安置，以緊固到機動車輛(10)的車輪支承件(19)，車輪軸承單元(11)在內(nèi)環(huán)(24)與外環(huán)(25)之間具有第一排滾珠(26)和與第一排滾珠(26)平行安置的第二排滾珠(27)，其中，內(nèi)環(huán)(24)具有內(nèi)環(huán)外側(29)，從動件相對于內(nèi)環(huán)(24)以旋轉固定方式安置在內(nèi)環(huán)外側(29)上第一排滾珠(26)和第二排滾珠(27)之間，從動件以扭矩傳遞方式直接或間接地連接在電機(20)的轉子(21)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的車輪軸承單元(11)，其特征在于，外環(huán)(25)具有外環(huán)內(nèi)側(28)并且從件是轉子(21)本身，并且電機(20)的定子(22)相對于外環(huán)(25)以旋轉固定方式圍繞轉子(21)安置在外環(huán)內(nèi)側(28)上。
3.根據(jù)權利要求1所述的車輪軸承單元(11)，其特征在于，從動件是與輸出元件(32)嚙合的驅動元件(31)，輸出元件(32)可旋轉地安裝在外環(huán)(25)上并以扭矩傳遞方式與轉子(21)連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的車輪軸承單元(11)，其特征在于，驅動元件(31)是正齒輪并且輸出元件(32)是正齒輪。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的車輪軸承單元(11)，其特征在于，驅動元件(31)和輸出元件(32)構成減速齒輪機構。
6.根據(jù)權利要求1至5其中一項所述的車輪軸承單元(11)，其特征在于，電機(20)是無刷直流電機。
7.種機動車輛(10)，其特征在于，其具有蓄電池(13)、與蓄電池(13)連接的能量管理系統(tǒng)(14)、以及至少一個根據(jù)權利要求1至6其中一項所述的車輪軸承單元(11)，至少一個車輪(12)通過該車輪軸承單元(11)與機動車輛結構件相連，至少一個車輪軸承單元(11)通過電力線(17)與能量管理系統(tǒng)(14)相連。
8.根據(jù)權利要求7所述的機動車輛(10)，其特征在于，機動車輛(10)的每個車輪(12)通過車輪軸承單元(11)緊固到機動車輛(10)，并且車輪軸承單元(11)通過通信線(18)與機動車輛(10)的至少一個輔助系統(tǒng)(16)相連。
【文檔編號】B60R16/033GK103660786SQ201310429995
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權日:2012年9月21日
【發(fā)明者】莫森·拉克哈爾·阿亞特, 邁克爾·西曼 申請人:福特全球技術公司