PL208063B1 - Koło zawierające elektryczne elementy napędowe, zespół co najmniej dwóch kół zawierających elektryczne elementy napędowe, pojazd kołowy, oraz sposób koordynowania liczby obrotów co najmniej dwóch kół zaopatrzonych w silniki elektryczne - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest koło zawierające elektryczne elementy napędowe, zespół co najmniej dwóch kół zawierających elektryczne elementy napędowe, pojazd kołowy, oraz sposób koordynowania liczby obrotów co najmniej dwóch kół zaopatrzonych w silniki elektryczne.

Wynalazek dotyczy zwłaszcza dziedziny motoryzacji i kół montowanych zwłaszcza w pojazdach samochodowych.

Z literatury znane są koła zaopatrzone w elektryczne elementy napędowe umieszczone w kole. W szczególnoś ci znane są koł a, które zawierają w kole silniki elektryczne. Przykł ady takich kół można znaleźć, na przykład, w opisach patentowych DE-A-2719736, DE-A-4404889, FR-A-2561593 i US-A-4585085 oraz w publikacji WO-A-95/16300.

Rozwiązanie według niemieckiego opisu patentowego DE-A-4404889 dotyczy napędu silnikowego na prąd stały, bezszczotkowego, kół pojazdu samochodowego z elektroniczną regulacją prędkości.

Opis patentowy FR-A-2561593 omawia rozwiązanie koła z napędem elektrycznym, przewidzianego do pojazdów samochodowych. Koło w tym rozwiązaniu wyróżnia się tym, że silnik stanowi część samego koła, i umieszczony jest on w zewnętrznej obudowie takiej jaka występuje w przypadku tradycyjnego koła.

Z kolei amerykański opis patentowy US-A-4585085 rozwiązuje koło z napędem elektrycznym, zwłaszcza do pojazdów samochodowych z silnikiem spalinowym wewnętrznego spalania, które może zostać zamontowane w miejscu hamulców z silnikiem elektrycznym o elektronicznie regulowanej prędkości. Napęd elektryczny koła pozwala na szybką, nieskomplikowaną i niedrogą hybrydyzację samochodu bez konieczności wprowadzania modyfikacji w konstrukcji koła, osi, lub innych części pojazdu, przez co staje się możliwe zapewnienie takiemu pojazdowi drugiego, niezależnego układu napędowego.

Natomiast publikacja WO-A-95/16300 opisuje rozwiązanie, w którym ma miejsce usytuowanie części elektronicznych elementów sterowania w samym kole, jednak zastosowanie kilku tak napędzanych kół w jednym pojeździe kołowym nie jest możliwe. W takim przypadku potrzebne są systemy sterowania, które z reguły usytuowane są na zewnątrz koła, a co sprawia, że budowa elektronicznie sterowanego pojazdu jest złożonym przedsięwzięciem.

Jednym z zagadnień wymagających rozwiązania, a występujących w znanych kołach, jest zachowanie koordynacji pomiędzy kołami wówczas, gdy w pojeździe wykorzystywane jest więcej niż jedno napędzane koło.

Celem wynalazku jest zapewnienie elektrycznie napędzanego koła o wysokiej sprawności, które byłoby łatwe do zamontowania i które dawałoby swobodę przy projektowaniu pojazdów, a przy tym byłoby łatwe do wymiany i demontażu.

Zamierzeniem jest zaproponowanie koła zaopatrzonego w elementy napędowe, które przy współpracy z innymi podobnymi kołami mogłyby być zamontowane w jednym pojeździe.

Zgodnie z wynalazkiem, koło zawierające elektryczne elementy napędowe w środku koła, systemy sterowania w środku koła do sterowania mocą w elektrycznych elementach napędowych, elementy pomiarowe w środku koła, system operacyjny w środku koła połączony z systemami sterowania i elementami pomiarowymi, do sterowania kołem, oraz elementy transmisji danych w środku koła, połączone z systemem operacyjnym do przesyłania danych na zewnątrz koła, charakteryzuje się tym, że elementy transmisji danych przystosowane są do wymiany danych z systemami sterowania, elementami pomiarowymi i systemem operacyjnym, innych, podobnych kół, w których system operacyjny w kole posiada ustawienie w konfiguracji „nadrzę dny i ustawienie w konfiguracji „podległy, w których za pomocą elementów transmisji danych, jednostka centralna komputera ma możliwość przełączenia systemu operacyjnego z ustawienia w konfiguracji „nadrzędny na ustawienie w konfiguracji „podległy, i na odwrót.

Koło zawiera obręcz, która współosiowo od strony wewnętrznej posiada wirnik zaopatrzony w magnesy trwał e, który to wirnik i obrę cz połączone są z centralnym wał em, oraz współ osiowy twornik zaopatrzony w uzwojenia, który to twornik usytuowany jest pomiędzy centralnym wałem a wirnikiem i połączony jest z pojazdem.

Z kolei twornik podzielony jest na co najmniej dwie grupy elektrycznie i fizycznie oddzielonych uzwojeń i każda grupa zawiera co najmniej dwa uzwojenia, z których każde posiada swoje własne

PL 208 063 B1 systemy sterowania i elementy pomiarowe, przy czym systemy sterowania i elementy pomiarowe sterowane są przez system operacyjny.

Korzystnie, wymienione elementy transmisji danych zawierają optyczne elementy transmisji danych.

W korzystnym przykładzie wykonania, elementy pomiarowe, systemy sterowania i system operacyjny koła przesyłają dane poprzez jednostkę centralną komputera na zewnątrz tego koła.

W przykł adzie wykonania, systemy sterowania zawierają elementy do sterowania natężeniem prądu oddzielnie przez każde uzwojenie.

W korzystnym rozwią zaniu, systemy sterowania tych uzwojeń połączone są z systemem operacyjnym.

W innym korzystnym rozwiązaniu, elementy pomiarowe zawierają koder do pomiaru liczby obrotów i położenia kątowego wirnika względem twornika, oraz urządzenie pomiarowe do pomiaru prądu przechodzącego przez każde z wymienionych uzwojeń.

Zgodnie z jednym przykładów wykonania, koder połączony jest z systemem operacyjnym, a systemy sterowania połączone są z urządzeniami pomiarowymi prądu.

W korzystnym rozwią zaniu, system operacyjny połączony jest z jednostką centralną komputera na zewnątrz koła za pomocą elementów transmisji danych.

W przykładzie wykonania, koło posiada urządzenie do chłodzenia, które mo że być aktywnym urządzeniem do chłodzenia.

Aktywnymi urządzeniami do chłodzenia są wentylatory umieszczone w kole, do chłodzenia tego koła.

Korzystnie, koło posiada elementy do chłodzenia wodnego, jak wlot/wylot.

W przykł adzie wykonania, koł o ponadto zawiera korpus chł odzą cy zawierają cy urzą dzenie do utrzymywania wytwarzających ciepło elektronicznych elementów składowych systemów sterowania i systemu operacyjnego w styku wymiany ciep ł a z korpusem chł odzącym, przy czym korpus chł odzą cy zamontowany jest w styku wymiany ciepła z twornikiem.

Zgodnie z korzystnym rozwiązaniem, koło ponadto zawiera elementy do pomiaru mechanicznie przyłożonego momentu obrotowego i elementy do pomiaru momentu obrotowego przez pomiar elektrycznie doprowadzonej mocy, oraz urządzenie do porównywania mechanicznie przyłożonego momentu obrotowego z elektrycznie doprowadzoną mocą.

Położenie przełącznika systemu operacyjnego koła od ustawienia w konfiguracji „nadrzędny do ustawienia w konfiguracji „podległy, i odwrotnie, jest funkcją zapotrzebowania mocy albo prędkości tego koła.

W korzystnym przykł adzie wykonania, koł o wymagają ce najmniejszej mocy ustawione jest w konfiguracji „nadrzę dny.

Korzystnie, elektryczne elementy napędowe koła zawierają silnik elektryczny, który to silnik elektryczny jest więcej niż 8 biegunowy, 3 lub więcej fazowy i jest silnikiem synchronicznym na prąd stały.

Natomiast, zespół co najmniej dwóch kół zawierających elektryczne elementy napędowe, takich jak opisane powyżej, charakteryzuje się tym, że koła połączone są ze wspólną jednostką centralną komputera za pomocą elementów transmisji danych.

Z kolei, pojazd kołowy, charakteryzuje się tym, że zawiera platformę do osłony źródła energii i jednostkę centralną komputera, oraz co najmniej jedno koło, takie jak opisane powyż ej, przy czym koło przymocowane jest do tej platformy, a jednostka centralna komputera połączona jest ze źródłem energii, sterując tym źródłem, oraz z odbierającym instrukcje systemem operacyjnym wewnątrz tego co najmniej jednego koła.

Zgodnie z wynalazkiem, sposób koordynowania liczby obrotów co najmniej dwóch kół zaopatrzonych w silniki elektryczne w kołach takich jak opisane powyżej, charakteryzuje się tym, że steruje się natężeniem prądu w każdym uzwojeniu silników elektrycznych za pomocą fizycznie oddzielonych systemów sterowania, przy czym systemy sterowania w jednym kole steruje się systemem operacyjnym, a za pomocą systemu pomiarowego dostarcza się informacje dotyczące natężenia pola magnetycznego do systemu sterowania i podaje się dane o wzajemnym położeniu wirnika i twornika do systemu operacyjnego, przy czym systemy operacyjne kilku kół łączy się ze sobą tak, że komunikują się nawzajem za pomocą elementów transmisji danych poprzez jednostkę centralną komputera.

Korzystnie, w sposobie tym stosuje się jednostkę centralną komputera, która posiada system operacyjny koła wymagającego najmniejszej funkcji potęgowej w konfiguracji „nadrzędny, oraz ma

PL 208 063 B1 systemy operacyjne odpowiednio innego koła lub innych kół, działające w konfiguracji „podległy, przy czym za każdym razem system operacyjny koła wymagającego najmniejszej mocy działa w konfiguracji „nadrzędny, a systemy operacyjne innych kół działają w konfiguracji „podległy.

Z uwagi na koł o wedł ug wynalazku, zrealizowana został a koncepcja napę du, która jest sprawna, prosta do zamontowania i może być zintegrowana z pojazdem.

Z uwagi na sposób według wynalazku możliwe jest wykorzystanie kilku kół zaopatrzonych w napęd elektryczny w jednym kole.

Zaletą rozwiązania jest to, że koło zaopatrzone jest w silnik elektryczny, i w rezultacie, że możliwy jest prosty napęd takiego koła. Ponadto, nie jest potrzebna żadna przekładnia, szczególnie żadna przekładnia redukcyjna, która mogłaby powodować znaczne starty mocy.

System napędowy utworzony jest tak, że jest zintegrowany w kole, w którym taki system napędowy jest bardzo mocny i niezbyt wrażliwy na wadliwe działanie.

W rezultacie zastosowania proponowanego rozwiązania, możliwe jest sprzężenie kilku kół według wynalazku z jednym kołem, przez co może być realizowany napęd o dużej mocy pojazdu. W celu sprawienia, aby transmisja danych była mniej wrażliwa na wadliwe działanie, elementy do wymiany danych przesyłają dane na zewnątrz za pomocą optycznych elementów transmisji danych.

W celu umożliwienia kilku kołom lub jednemu kołu według wynalazku połączenia z innym zewnętrznym wyposażeniem koła, systemy pomiarowe, sterujące i operacyjne koła przesyłają dane poprzez jednostkę centralną komputera na zewnątrz koła. W ten sposób, na przykład, szereg kół jednego pojazdu jest w stanie komunikować się ze sobą.

W celu dalszego zredukowania wraż liwości na wadliwe działanie koła, system sterowania zawiera elementy do sterowania mocą prądu elektrycznego przechodzącego oddzielnie przez każde uzwojenie. W tym przypadku uzwojenie oznacza także cewkę. Przy przejściu prądu przez cewkę lub uzwojenie powstaje pole magnetyczne.

Systemy sterowania uzwojeniami połączone są z systemem operacyjnym. Ten system operacyjny jest w hierarchii wyżej od systemów sterowania i rozkazuje każdemu systemowi sterowania ustawienie i utrzymanie pewnej mocy prądu elektrycznego.

Zaletą rozwiązania jest i to, że koło według wynalazku zaopatrzone jest także w systemy pomiarowe, i te systemy pomiarowe zawierają koder do pomiaru liczby obrotów i położenia kątowego wirnika względem stojana, oraz urządzenie pomiarowe do pomiaru prądu przechodzącego przez każde z uzwojeń. W rezultacie, przepływ prądu przez każde uzwojenie może być dokładnie ustalony i skalibrowany. Dodatkowo, system operacyjny jest w stanie odpowiednio sterować uzwojeniem, i ustawić fazę na każdym uzwojeniu dla optymalnych warunków pracy napędu elektrycznego.

Ponadto, system pomiarowy zaopatrzony jest w elementy do pomiaru mechanicznego momentu obrotowego, korzystnie za pomocą czujnika tensometrycznego, który jest w stanie zmierzyć odkształcenie w materiale, dokładnie na nanometrze. Takie elementy do pomiaru odkształcenia lub momentu obrotowego, deformacji w materiale, jako takie, są znane specjalistom z tej dziedziny.

Dla zachowania odpowiedniej pracy, koder połączony jest z systemem operacyjnym, a systemy sterowania połączone są z urządzeniami pomiarowymi prądu. W rezultacie utworzony jest system modułowy, który nie jest bardzo skłonny do wadliwego działania.

System operacyjny połączony jest z centralną jednostką procesową na zewnątrz koła za pomocą elementów transmisji danych. W rezultacie, możliwa jest koordynacja z innymi systemami w pojeź dzie.

W celu chłodzenia elementów napę dowych w przypadku znacznego wzrostu temperatury, koło posiada urządzenia do chłodzenia, i jeśli potrzeba są to aktywne urządzenia do chłodzenia, takie jak wentylatory. Dodatkowo, koło może być zaopatrzone w elementy do chłodzenia wodnego.

W celu umożliwienia współpracy pomiędzy kilkoma kołami według wynalazku w jednym pojeździe, systemy operacyjne w kole posiadają ustawienie w konfiguracji „nadrzędny oraz ustawienie w konfiguracji „podległy, w których za pomocą elementów transmisji danych centralna jednostka komputera jest w stanie posiadać przełącznik systemu operacyjnego do przełączenia od ustawienia w konfiguracji „nadrzędny do ustawienia w konfiguracji „podległy, i na odwrót. Na przykład, przy pokonywaniu zakrętu zmianie ulegać będzie albo zapotrzebowanie mocy albo prędkość kół. W celu zapewnienia koordynacji pomiędzy kołami, przełączanie od ustawienia w konfiguracji „nadrzędny do ustawienia w konfiguracji „podległy, i odwrotnie, jest zależne albo od zapotrzebowania mocy albo od prędkości koła. Korzystne jest w takim przypadku, aby koło wymagające najmniejszej mocy, to jest koło mające największą prędkość obrotową, ustalone było w konfiguracji „nadrzędny.

PL 208 063 B1

Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że centralna jednostka komputera procesowa posiada system operacyjny koła wymagającego najmniejszej funkcji potęgowej w konfiguracji „nadrzędny, oraz ma systemy operacyjne odpowiednio innego koła lub innych kół, działające w konfiguracji „podległy, i że za każdym razem system operacyjny koła wymagającego najmniejszej mocy działa w konfiguracji „nadrzędny, a systemy operacyjne innych kół działają w konfiguracji „podległy. W rezultacie, system napędowy jest łatwy do wdrożenia i sterowania.

Zaletą wynalazku jest ponadto to, że koło zaopatrzone jest w obudowę zamontowaną na wale obrotowym, na zewnątrz mającego obręcz z oponą, a we wnętrzu zaopatrzonego w magnesy trwałe, przy czym obudowa montowana jest w pojeździe, i jest obrotowo połączona z wałem, oraz że posiada systemy sterowania, elementy pomiarowe i system operacyjny oraz elementy elektryczne do wytwarzania pola magnetycznego. Z uwagi na taką budowę, koło jest łatwe do wymiany i może być zamontowane w sposób modułowy. Ponadto, łatwy do zamontowania jest mechaniczny układ hamulcowy na wale jako dodatkowe wyposażenie dla zachowania bezpieczeństwa.

Dodatkową zaletą jest wyposażenie koła w elektryczne elementy napędowe, elementy pomiarowe do pomiaru mechanicznie przyłożonego momentu obrotowego, elementy do pomiaru momentu obrotowego przez pomiar elektrycznie dostosowanej mocy, oraz urządzenie do porównywania mechanicznie przyłożonego momentu obrotowego z mocą elektryczną. W rezultacie, okazało się, że możliwe jest ustalenie przedwczesnego zużycia i wadliwego działania koła, i to nawet zanim wystąpi jego faktyczny defekt. Za pomocą elementów łączności może być ustalony ewentualnie przyszły defekt, nawet na odległość, co umożliwia podjęcie jakichkolwiek środków zaradczych.

Zaletą koła jest ponadto to, że koło posiadające elektryczne elementy napędowe zaopatrzone jest w co najmniej dwa galwanicznie oddzielone uzwojenia silnika, co najmniej dwa galwanicznie oddzielone moduły mocy i co najmniej dwie galwanicznie oddzielone jednostki operacyjne dla tych modułów mocy.

Z kolei, elementy mocują ce pojazdu oraz elementy mocowania koł a są sprężynowo zamontowane względem siebie wzdłuż osi podłużnej za pomocą elementów połączeniowych.

Korzystnie, elementy połączeniowe zawierają wał wielowypustowy, który z jednej strony zaopatrzony jest w wypust, a z drugiej strony zaopatrzony jest w elementy napędowe do obracania wału wielowypustowego, oraz w obudowę wielowypustową, w której umieszczony jest wał wielowypustowy, a która to obudowa wielowypustowa od dołu zaopatrzona jest w elementy wnękowe dla wału koła i elementów mocujących koła, i w których elementy mocujące pojazd utworzone s ą przez tuleję zaopatrzoną w elementy łączące tuleję z pojazdem, przy czym obudowa wielowypustowa z wałem wielowypustowym jest co najmniej częściowo umieszczona w tulei, w której obudowa wielowypustowa i tuleja są sprężynowo zmontowane ze sobą za pomocą elementów sprężynowych, a elementy napędowe połączone są z tuleją.

Budowa, która realizowana jest w ten sposób jest prosta, mocna i może być odpowiednio zintegrowana z istniejącymi pojazdami i sposobami produkcji.

W celu przymocowania koł a, obudowa wielowypustowa zaopatrzona jest w tuleję dla wał u, który usytuowany jest zasadniczo prostopadle do obudowy wielowypustowej. W rezultacie, możliwe jest przymocowanie koła w sposób pewny i bezpieczny.

W rezultacie wysokiego stopnia automatyzacji goleń resorująca oraz koło są szczególnie odpowiednie do zastosowania w pełni zautomatyzowanym pojeździe. Operacje mogą mieć także miejsce za pomocą joysticka i tak zwanego napędu przewodowego, w którym sygnały, na przykład, joysticka lub kierownicy przekształcane sana sygnały sterujące, elektryczne lub optyczne.

Wynalazek dodatkowo odnosi się do komputera zaopatrzonego w oprogramowanie do sterowania jednego lub kilku kół, oraz nośnika danych przewidzianego wraz z takim oprogramowaniem.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia koło według wynalazku, fig. 2 - koło z fig. 1 w przekroju poprzecznym, fig. 3 - przekrój poprzeczny goleni resorującej koła według innego aspektu według wynalazku, fig. 4 - schemat blokowy układu sterowania i systemu operacyjnego koła według wynalazku, fig. 5A - widok z góry pojazdu mającego koła i golenie resorujące, fig. 5B - widok z góry pojazdu z fig. 5A, a fig. 6 - alternatywny przykład wykonania koła według wynalazku.

Fig. 1 przedstawia koło 1 według wynalazku, zaopatrzone w oponę 2, która może być wykorzystana w szeregu przykładach wykonania. Opona może być, na przykład, oponą wykonaną z pełnej gumy mającą zastosowanie w pojazdach poruszających się z małą prędkością takich jak traktory, wózki jezdniowe widłowe lub innego rodzaju pojazdy do przewozu ładunków. Średnica koła korzystnie

PL 208 063 B1 wynosi około 800 mm. Opona może być również oponą wypełnioną powietrzem pod ciśnieniem stosowaną do pojazdów poruszających się ze średnią prędkością, takich jak, na przykład, taksówki miejskie i pojazdy do przewożenia ładunków o ciężarze średnim na obszarze miejskim.

Opona 2 zamontowana jest na obręczy 3, która przystosowana jest do różnego rodzaju opon. Na obręczy 3 osadzona jest pokrywa 4, która łączy tę obręcz z centralnym wałem 5.

We wnętrzu obręczy 3 osadzony jest wirnik 6, w którym od środka przyklejone są magnesy trwałe 7. Magnesy trwałe 7_obracają się wraz z obręczą 3. Obręcz 3 z oponą 2, wirnik 6 z magnesami trwałymi do niego przytwierdzonymi i innymi częściami przymocowanymi do obręczy, pokrywa 4 i centralny wał 5 stanowią części wirujące tego koła.

Na środkowym członie nośnym 11 osadzony jest twornik 8 z uzwojeniem 9, przy czym zespół ten osadzony jest na nakładce 17 za pomocą członów zaciskowych 10 i 13. Nakładka 17 posiada kołnierz montażowy (nie pokazany na rysunku, korzystnie kołnierz typu B5 o średnicy 250 mm), z którym koło 1 montowane jest do pojazdu. W członie zaciskowym 13, który posiada odpowiednią przestrzeń, osadzone są, między innymi składającymi się z elementów typu IGBT do sterowania prądu i programowalnych modułów logicznych dla systemu operacyjnego, elektroniczne elementy sterowania 20. Twornik 8, uzwojenia 9, człony zaciskowe oraz elementy elektroniczne przytwierdzone są na stałe do pojazdu za pomocą wymienionego kołnierza i stąd nie są obracającymi się częściami koła.

Centralny wał 5 posiada tuleję montażową 14, po której toczy się łożysko 23. Dokoła centralnego wału 5 zamontowane są także kodery 21 dla dokonania pomiaru położenia w jakim znajduje się wirnik 6 względem uzwojeń 9. W rezultacie, operacyjne i elektroniczne elementy sterowania 20 są w stanie kontrolować dokładną fazę napięcia na każdym uzwojeniu 9 i w każdej chwili tak, że fazy takie są optymalnie dostosowane do położenia magnesów trwałych 7 w stosunku do każdego z uzwojeń 9.

Jak widać na rysunku, pokrywa 4 zaopatrzona jest w łopatki 15 i 15'. Jeden pierścień łopatek 15 zamontowany jest bezpośrednio dokoła centralnego wału, a drugi pierścień łopatek 15' osadzony jest współosiowo z pierwszym pierścieniem zawierającym łopatki 15. Łopatki 15' otwarte są w kierunku najbardziej ogólnego kierunku obrotu koła 1 (zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegara, jak widać od strony pojazdu). Wymienione łopatki służą do kierowania powietrza w stronę silnika celem jego chłodzenia. Łopatki 15 dokoła centralnego wału 5 zamontowane są wraz z otworami wlotu powietrza po przeciwnej stronie w stosunku do łopatek 15'. Przy prowadzeniu pojazdu, do którego przykręcone jest koło 1, łopatki 15 kierują powietrze do koła 1, a łopatki 15' wysysają powietrze z tego koła. W rezultacie, powstaje przepływ powietrza do wnętrza, który przepływa przez korpus chłodzący na zewnątrz członu zaciskowego 10.

Łopatki działają zgodnie z zasadą pompy odśrodkowej. Liczba łopatek 15 dokoła centralnego wału 5 jest mniejsza niż liczba łopatek 15', aby zapewnić powietrzu rozszerzonemu w wyniku ogrzewania więcej przestrzeni, i aby łatwiej mógł nastąpić jego wylot.

W uzupełnieniu chłodzenia biernego za pomocą łopatek, w kole 1 mogą być również umieszczone wentylatory 16 do aktywnego chłodzenia. Wentylatory 16 te mogą być uruchamiane, na przykład, wówczas gdy temperatura wewnętrzna przekracza pewną określoną wartość.

Różne części wewnętrzne koła mogą być, z uwagi na charakter budowy według wynalazku, oddzielone w zakresie szczelności w prosty sposób. W rezultacie, możliwe jest, aby w uzupełnieniu chłodzenia biernego za pomocą łopatek i chłodzenia czynnego za pomocą wentylatorów, wnętrze koła było chłodzone za pomocą chłodzenia cieczą. Nakładka 17 oddziela w każdym przypadku operacyjne i elektroniczne elementy sterowania 20 od otoczenia.

Wirnik 6 może być wykonany z aluminium i ze stali, w zależności od potrzebnej prędkości i nośności łożyska.

Wirnik 6 jest nośnikiem magnesów trwałych 7, które zapewniają przeniesienie momentu obrotowego. Magnesy te zapewniają także kierowanie strumienia, który jest konieczny do tego, aby magnesy trwałe działały na tyle efektywnie na ile jest to możliwe, tym samym tworząc połączenie magnetyczne z polem magnetycznym, które wytworzone jest w tworniku. Twornik 8 utworzony jest z elementów żelaznych wraz z uzwojeniami 9.

Niezależnie od chłodzenia powietrza w silniku, ciepło może być odprowadzane także za pomocą żeber chłodzących 24. Na etapie produkcji, żebra te są zintegrowane w odlewie wraz z nakładką 17.

Dla chłodzenia wewnętrznego elektronicznych elementów sterowania 20 przewidziany jest korpus chłodzący. Ten korpus chłodzący służy oczywiście do chłodzenia elementów elektronicznych, ale

PL 208 063 B1 także pełni dwie dodatkowe funkcje, którymi są: zamocowanie stojana oraz oddzielenie chłodzenia wodnego, które może być wykorzystane przy większej mocy i wyższych napięciach. Na rysunku, korpus chłodzący wykonany jest jako oddzielony od członu zaciskowego, ale w produkcji seryjnej może występować w postaci jednej części.

Człon zaciskowy 10 wraz z członem zaciskowym 13 elektronicznych elementów sterowania 20 zapewnia, że element żelazny twornika 8 zostaje zaciśnięty i dlatego nie może się on ewentualnie przesuwać w kierunku osiowym w stosunku do wirnika 6, w rezultacie czego, magnesy trwałe 7 pozostają dokładnie na swoich miejscach względem wirnika 6 dla zapewnienia optymalnej sprawności.

Stojan z uzwojeniami 9 składa się z 3 części, jak pokazano na fig 1, ale korzystnie element żelazny twornika 8 będzie wykonany z jednej części. Uzwojenia 9 rozmieszczone są dokoła głowic nawojowych, i uzwojenia te nawinięte są według stałego wzoru tak, aby osiągnąć optymalny napęd koła 1 według wynalazku. Prądy elektryczne przechodzą przez uzwojenia 9, i prądy te wytwarzają siły magnetyczne, które są niezbędne dla umożliwienia ruchu obrotowego wirnikowi 6. Element żelazny twornika 8 zapewnia optymalne kierowanie strumienia, i odpowiednio dobrany element żelazny twornika 8 gwarantuje wysoką sprawność koła według wynalazku.

Pierścień uszczelniający zapewnia rozdzielenie pomiędzy częścią wewnętrzną chłodzenia powietrznego i tą częścią gdzie umieszczone są łożysko koła według wynalazku i elementy elektroniczne.

Ponadto, tuleja montażowa 14 pełni rolę podpory dla łożyska (2 łożyska dwurzędowe o styku kątowym). Tuleja montażowa 14 wykonana jest ze stali o wysokiej jakości. Stalowa tuleja montażowa 14 przenosi siły od łożyska na centralny człon nośny 11 i zabezpiecza człon nośny 11 przed wytoczeniem na zewnątrz przez łożyska. Łożyska zapewniają pochłanianie w równym stopniu zarówno sił osiowych jak i sił promieniowych tak, że podczas skrętów i nierówności występujących na powierzchni drogi uzyskiwany jest stabilny obrót wirnika 6. Ten stabilny obrót wirnika jest bardzo ważny ponieważ dla sprawnego działania koła według wynalazku pomiędzy wirnikiem 6 i stojanem korzystnie przewidziana jest szczelina powietrzna o maksymalnej wielkości około 2 mm. Łożyska są pomimo wszystko przewymiarowane w celu zapewnienia tej szczeliny podczas dużej liczby godzin pracy (minimum 10000 godzin).

Pomiędzy stojanem i centralnym członem nośnym 11 rozmieszczone są wypusty tak, że te dwa człony nie mogą obracać się względem siebie. Przez nakładkę 17 dociskany jest pierścień ustalający i w ten sposób pierścień ten blokuje łożyska, które przy swoim obrocie ustalają stojan względem wału. W ten sposób zagwarantowane jest to, że wirnik 6 i stojan pozostaną w tym samym położeniu w stosunku do siebie.

Tuleja ustalająca utrzymuje koder wału drążonego na swoim miejscu i zapewnia również, że zamknięty jest pierścień wewnętrzny łożyska. Tuleja ustalająca w czasie swojego obrotu przymocowana jest do centralnego wału 5 śrubą z nakrętką.

Centralny człon nośny 11 podpiera stojan i zablokowany jest przed obrotem za pomocą trzech połączeń wielowypustowych, które podzielone są na obwodzie w sposób regularny. W członach nośnych 11 na powierzchni usytuowane są wnęki, w rezultacie czego podczas montażu utworzone są otwory, przez które może być transportowana ciecz chłodząca. Chłodzenie takie może być niezbędne w przypadku napięć wyższych niż 96 V i pojemnościach większych niż 12 kW.

Człon zaciskowy 13 pełni szereg funkcji:

A: Wraz z członem zaciskowym 10 zaciska centralny człon nośny 11 i element żelazny twornika 8, w rezultacie czego stojan jest całkowicie zamknięty,

B: Odcina wnęki, które umożliwiają przejście cieczy chłodzącej,

C: Tworzy przestrzeń lub czaszę, w której umieszczane są elementy elektroniczne.

Wymieniona przestrzeń przy swoim obrocie odcięta jest przez nakładkę 17. W rezultacie, elektroniczne elementy sterowania 20 są całkowicie oddzielone od otoczenia, co gwarantuje działanie wolne od wad koła według wynalazku.

Łożysko pierścieniowe zapewnia dodatkowe oparcie dla wirnika 6 tak, że zapewnione jest występowanie szczeliny powietrznej przez cały czas.

Podczas montażu, nakładka 17 zapewnia odpowiednie połączenie, uszczelnienie i odgraniczenie całej konstrukcji. Stanowi ona również płytkę mocującą do zamontowania koła według wynalazku do pojazdu lub nadwozia i korzystnie zaopatrzona jest w znormalizowany kołnierz B5 mający średnicę 250 mm, w rezultacie czego koło może być łatwo dostosowane do istniejących koncepcji. Nadmiar ciepła odprowadzany jest podczas prowadzenia pojazdu za pomocą żeber chłodzących 24.

PL 208 063 B1

Magnesy trwałe 7 wytwarzane są w takim kształcie, aby dokładnie pasować do wirnika 6. Po przyklejeniu magnesów trwałych od wewnętrznej strony obręczy koła, tworzą one jedną całość wraz z wirnikiem. Magnesy te korzystnie są magnesami ziem rzadkich. Korzystnie, magnesy trwałe mają natężenie pola magnetycznego większe niż około 1 tesli.

Koder 21 dla wału drążonego zapewnia, że może być zmierzona przebyta droga, oraz steruje elektronicznymi elementami sterowania 20 tak, że komputer lub centralna jednostka procesowa identyfikuje w którym położeniu znajduje się wirnik 6 w stosunku do stojana.

Wewnątrz koła według wynalazku przewidziano także rozmieszczenie elementów elektronicznych i logicznych do sterowania koła jak również elektroniki energetycznej, w rezultacie czego możliwe stało się osiągnięcie szeregu korzyści.

Jednym z poważniejszych problemów, na które napotykają w chwili obecnej producenci elektronicznie napędzanych pojazdów jest ten, że wszystkie rodzaje elementów składowych rozrzucone są w całym pojeździe, a które w późniejszym czasie muszą być ponownie łączone ze sobą. W rezultacie, wytwarzanie pojazdów elektronicznych jest czynnością pracochłonną i w związku z tym także kosztowną. Dodatkowo, produkcja często ma miejsce w trzech kolejnych etapach, w rezultacie czego czas produkcyjny jest stosunkowo długi.

Fig. 2 przedstawia koło według fig. 1, w przekroju poprzecznym, przez co wyjaśnione zostaną dalej specjalne aspekty przykładu wykonania koła według wynalazku z fig. 1. Odnośniki liczbowe na fig. 2 pokazują te same elementy jak na fig. 1. W przekroju poprzecznym koła można łatwo dostrzec jak obręcz 3, wirnik 6 magnesy trwałe 7 i centralny wał 5 połączone są ze sobą za pomocą pokrywy 4. Ponadto, można zauważyć, jak uzwojenia 9 i twornik 8, oraz człony zaciskowe 10, 13 z elektronicznymi elementami sterowania 20 połączone są z nakładką 17. W przekroju poprzecznym koła, można dostrzec w rezultacie, jak elektryczne elementy napędowe, w tym przypadku, silnik elektryczny, położone są w kole 1. Poprzez usytuowanie silnika elektrycznego w taki sposób okazało się możliwe osiągnięcie bardzo wysokiej sprawności, aż do 50% wyższej niż w zwykłych elektrycznie napędzanych pojazdach. W szczególności, silnik elektryczny taki jaki pokazano na fig. 1 i fig. 2 daje w efekcie znaczną korzyść. Na przykład, silnik mający magnesy trwałe jest w stanie sam wytworzyć energię elektryczną, gdy znajduje się w punkcie zerowym, ponieważ silnik pracuje wtedy jak dynamo. Z uwagi na fakt, że silnik zamontowany jest w kole, nie jest już dłużej konieczne stosowanie przekładni lub mechanizmu różnicowego. Liczba obrotów silnika nie musi być też wysoka.

Fig. 3 przedstawia goleń resorującą 100. Goleń resorująca 100 koła zawiera wał wielowypustowy 101, który z jednej strony zaopatrzony jest w wypust 102, i z drugiej strony w elementy napędowe 103 do obracania wału wielowypustowego 101. Elementy napędowe korzystnie stanowią silnik elektryczny 103. Wał wielowypustowy 101 jest obrotowo osadzony w wielowypustowej obudowie 104. Od spodu wielowypustowa obudowa 104 zaopatrzona jest w tuleję 105 dla osadzenia wału 106 koła. Wielowypustowa obudowa 104 jest co najmniej częściowo osadzona w tulei 107 zaopatrzonej w elementy mocujące 108 do zamontowania goleni resorującej do pojazdu. Wielowypustowa obudowa 104 oraz tuleja 107 zmontowane są ze sobą za pomocą sprężyny 109, a obudowa silnika elektrycznego 103 połączona jest z tuleją 107. Wielowypustowa obudowa 104 zaopatrzona jest w tuleję 105 do umieszczenia w niej wału, który zajmuje położenie zasadniczo prostopadłe do obudowy wielowypustowej. Tuleja 105 do osadzenia wału jest na stałe przymocowana do wielowypustowej obudowy 104.

Sprężyna 109 ma za zadanie ograniczyć ruch części połączenia wielowypustowego tuleja-wał względem tulei mieszczącej część połączenia wielowypustowego wał-obudowa.

Tuleja 107 zaopatrzona jest w elementy mocujące 108 do przymocowania goleni resorującej 100 do pojazdu. Elementy mocujące 108 utworzone są przez podporę, która jest częścią stałą konstrukcji i która przymocowana jest do nadwozia lub konstrukcji pojazdu za pomocą dwóch kołków stożkowych, tworząc w ten sposób jedność z nadwoziem lub konstrukcją pojazdu.

Aby ochronić sprężynę 109 przed wpływami zewnętrznymi, jest ona osłonięta tulejką dystansową 112, która od swojej górnej strony przymocowana jest do tulei 107. Tulejka dystansowa 112 składa się z dwóch części i posiada małe otwory wylotowe powietrza, które ograniczają działanie sprężynowe zawieszenia takiego jak amortyzator. Służą one także jako zderzak końcowy w przypadku, gdy pojazd podnoszony jest wraz z kołami. Dolna część 115 tulejki dystansowej 112 wsunięta jest w górną część 113. Części 115 i 113 oddzielone są od siebie przy pomocy uszczelki 114.

W celu wprawienia koła w ruch obrotowy uruchamiany jest silnik elektryczny 103. Ruch obrotowy silnika elektrycznego 103 przenoszony jest na wał wielowypustowy 101. Ruch obrotowy wału wielowypustowego przenoszony jest do wielowypustowej obudowy 104, w rezultacie czego tuleja do osaPL 208 063 B1 dzenia wału koła przymocowana do niego obraca się i może być realizowany ruch sterujący. Silnik elektryczny może być zapewniony wraz z przekładnią. Goleń resorująca 100 zaopatrzona jest także w elementy sterowania i operacyjne dla tego silnika. Dodatkowo, goleń resorująca zaopatrzona jest w tak zwany koder, który rejestruje położenie kątowe elementów mocujących koła w stosunku do elementów mocujących pojazdu. Goleń resorująca jest także wewnętrznie zaopatrzona w elementy transmisji danych, korzystnie optyczne elementy transmisji danych. Koder dostarcza informacje operacyjne do elementów operacyjnych goleni resorującej. Wał wielowypustowy 101 może także poruszać się do góry i do dołu w obudowie wielowypustowej, w rezultacie czego możliwe staje się sprężynowanie. Elementy mocujące pojazdu mogą w rezultacie poruszać się wzdłuż osi wzdłużnej w stosunku do elementów mocujących koła.

Wielowypustowa obudowa 104 stanowi część zawieszenia koła, które obraca się oraz porusza się do góry i do dołu. Koło może być przymocowane do wielowypustowej obudowy 104 za pomocą znormalizowanego kołnierza B5. W części tylnej może być także zamontowane urządzenie hamujące za pomocą centralnego wału 12/106. Centralny wał 12/106 może być także wyposażony w kołnierz, na który może być założone koło w punkcie zerowym, podczas gdy po drugiej stronie mogą być zamontowane hamulce tarczowe. Gdy koło według wynalazku zostaje zamontowane, ta część może być pominięta.

Trójkątna podpora stanowi punkt przylegania dla trójkąta. Trójkąt ten dostępny jest na rynku i sprawia, że możliwy jest wzrost obciążenia sprężyny od 1500 kg dopuszczalnej nośności do 4000 kg dopuszczalnej nośności. Poprzez stosowanie trójkąta, siły zginające nie wywierają dalszego wpływu na zawieszenie.

Wydłużony wał centralny koła według wynalazku jest konieczny do zamontowania koła i może także służyć do zamontowania tarcz układu hamulcowego.

Sprężyna zapewnia wygodne trzymanie się drogi przez pojazd, do którego zamontowane zostały koło i zawieszenie. W wersji 4-tonowej z trójkątem, sprężyna jest faktycznie całkowicie dociśnięta, ale zapewnia minimalny nacisk sprężyny 1500 kg, gdy pojazd znajduje się w położeniu nachylonym i jedno z kół zagrożone jest oderwaniem się od ziemi.

Gumowy pierścień samouszczelniający o przekroju okrągłym zapewnia zabezpieczenie wielowypustowej obudowy 104 gdyby przypadkiem miało dojść do zbyt wysokiego obciążenia, które spowoduje, że wielowypustowa obudowa 104 uderzy o podporę.

Opis sterowania elektronicznego dla sterowania silnikiem synchronicznym w kole według wynalazku.

Sterowanie elektroniczne dla koła według wynalazku zbudowane jest w sposób modułowy z szeregu elementów. Ten szereg elementów jest według hierarchii przystosowany jeden do drugiego, przy czym wyróżnione mogą zostać następujące elementy:

1. Moduły mocy

W najniższym kroku wykorzystane są główne moduły prądowe typu IGBT. Budowa występująca w tych głównych modułach prądowych sprawia, że są one wysoko niezawodne i gwarantują niskie wypromieniowanie ciepła oraz optymalną sprawność. Główne moduły prądowe sterują prądem poprzez uzwojenia. Uzwojenia podzielone są na trzy grupy, z których każda posiada inną fazę. Przez nawijanie powstają dwa główne moduły prądowe. Główne moduły prądowe sterowane są na wyższym stopniu, a mianowicie:

2. Regulatory prądu

Przy drugim kroku dwa główne moduły prądowe typu IGBT połączone są z regulatorem prądu i sterowane przez regulator prądu. Wraz z oddzielnym czujnikiem prądowym pracującym zgodnie ze zjawiskiem Halla (czujnik Halla) tworzą one niezależny krok końcowy, który steruje prądem w uzwojeniu silnika. W kroku tym, moduł i regulator prądu są już galwanicznie oddzielone od operacyjnych elementów elektronicznych. Regulatory prądu posiadające dwa główne moduły prądowe i czujnik Halla są dalej zwane modułami 4Q. Główne moduły prądowe wraz z regulatorem prądu tworzą system sterowania, który jest system sterowania przypadającym na uzwojenie.

3. Generator wektorów

Generator wektorów dostarcza wartość operacyjną do tak zwanych modułów 4Q (krok 1 i 2), które w ten sposób wytwarzają wektor pola magnetycznego za pomocą uzwojeń silnika synchronicznego i określają moment obrotowy. Tak zwany koder lub przelicznik, przyrząd pomiarowy, który bardzo dokładnie mierzy kąt lub liczbę obrotów sprawia, że znane jest generatorowi wektorów dane położenie wirnika w stosunku do stojana. Szybkie obliczenie położenia wirnika, które pochodzi od sygnału

PL 208 063 B1 pomiarowego sin/cos przelicznika oraz wartość sprzężenia z nim połączona, zapewnia optymalne ustalenie wektorów pola silnika wraz z programowalnymi modułami logicznymi, zwanymi FPGA (matrycowy układ bramek programowalny polem elektrycznym).

Całkowita funkcja generatora wektorów może być zaprogramowana, z uwagi na połączenie mikroprocesora i FPGA, całkowicie przez kabel światłowodowy. Oznacza to, że nowe dane lub zmiany potrzebne do specjalnego wykorzystania mogą być natychmiast doprowadzone (przez telefon lub Internet) do koła według wynalazku, które jest w trakcie pracy. Wymienione zmiany nie tylko uwzględniają oprogramowanie FPGA, ale także sprzęt komputerowy tych modułów. Możliwe jest dlatego dokonanie zmiany w samym silniku, gdy ulegnie awarii uzwojenie lub moduł tak, aby koło mogło funkcjonować normalnie. Generator wektorów tworzy system operacyjny. Koder i czujniki Halla wraz z powiązanymi elementami elektronicznymi tworzą w opisanym przykładzie wykonania system pomiarowy.

4. CPU (central processing unit) - jednostka centralna komputera

Trzy pierwsze etapy mające miejsce w kole są powiązane ze sobą. CPU usytuowany jest na zewnątrz koła i komunikuje się z szeregiem kół według wynalazku, które zamontowane są w pojeździe, za pomocą linii magistrali danych pierścienia optycznego (ORDABUL). Jest ona w stanie dokonać także obliczeń potrzebnych do pojazdów kierowanych automatycznie (AGV) jeśli chodzi o drogę, po której porusza się pojazd, hodometry przy pokonywaniu zakrętów i diagnozowanie w zakresie koncepcji prowadzenia pojazdu. Każdy etap chroni i podaje dane ważne dla sytuacji roboczej do CPU. Raport błędów jest natychmiast podawany do powyższego etapu, a ten natychmiast reaguje poprzez podjęcie niezbędnych kroków, zanim nastąpi jakieś uszkodzenie. Powyższy etap jest w stanie uruchomić program awaryjny, który reaguje na błąd w odpowiedni sposób. W rezultacie, błąd w jednym module ma niewielki wpływ na cały pojazd.

System modułowy sprawia, że możliwe jest postawić diagnozę prostego błędu i szybko zlokalizować odpowiednie elementy składowe bez konieczności dokonywania kompleksowych czynności regulacyjnych lub ustawczych.

Ważną różnicę względem typowej regulacji silników asynchronicznych / synchronicznych stanowi fakt, że w korzystnym przykładzie wykonania wszystkie uzwojenia silnika podzielone są na trzy grupy, każda korzystnie składająca się z 30 niezależnych uzwojeń, oddzielonych elektrycznie od siebie i każde uzwojenie sterowane jest przez swój własny moduł 4Q. W tym przypadku, moduły 4Q są wyłącznie połączone ze sobą za pomocą napięcia zasilania, w rezultacie czego powstają następujące korzyści:

1. Jedynie dwie fazy z nominalnego 3-fazowego napędu podlegają zabezpieczeniu i sterowaniu. Prądy w trzeciej fazie wyliczane są na podstawie zachowania się dwóch pozostałych faz. Oznacza to, że istnieje większa swoboda w pracy elementów elektronicznych i, na przykład, przy zabezpieczaniu przed uszkodzeniem jednego lub kilku modułów.

2. Rozdział prądu może być dokładnie ustawiony tak, aby każde uzwojenie silnika wytwarzało to samo natężenie pola. W rezultacie, aktualne momenty obrotowe w każdym uzwojeniu, wytworzone przez to pole, mogą być nastawione, i są niezależne od nieregularności parametrów elektrycznych oddzielnych uzwojeń.

3. Tolerancje magnetyczne każdego uzwojenia mogą być kalibrowane oddzielnie za pomocą generatora wektorów.

4. Przy awarii modułu 4Q lub gdy jedno z uzwojeń ma zwarcie, silnik może wciąż pozostać w cyklu pracy. Bezpiecznik lub przekaź nik jest w stanie oddzielić uszkodzony moduł lub fazę innych dwóch modułów 4Q lub faz bez żadnego wpływu na ich pracę. W ten sposób, silnik jest wciąż w stanie hamować lub, gdy kilka kół jest używanych, wesprzeć je. Korzyści budowy zgodnej z tymi etapami wysuwają się w takim przypadku szczególnie na pierwszy plan.

Funkcjonalność opisanych elementów elektronicznych i ich połączenia są dalej wyjaśnione w odniesieniu do fig. 4. Za pomocą schematu blokowego, pokazane są schematycznie połączenia w odniesieniu do hierarchii kół , goleni resorują cych tych kół i innych elementów sterowania i operacyjnych w elektrycznie napędzanym pojeździe takim jak, na przykład, pojazd ze sterowaniem zdalnym lub automatycznym. Jednostka centralna komputera 200, lub komputer, steruje całkowitą wymianą danych pomiędzy kilkoma częściami, i zapewnia ewentualne sterowanie automatyczne pojazdu. Jednostka centralna komputera 200, lub komputer, połączona jest z systemem zarządzania energią 300, to jest z bateriami, ewentualnie z generatorami, z ogniwami paliwowymi lub z płytkami ogniwa słonecznego, za pomocą linii transmisji danych, na przykład, optycznych linii transmisji danych. Dodatkowo, jednostka centralna komputera 200 lub komputer połączony jest z ekranem monitora 400, na

PL 208 063 B1 którym obrazowane są dane dotyczące stanu różnych systemów. Jednostka centralna komputera 200, lub komputer, połączona jest także z różnymi czujnikami, aby dostarczyć dane o położeniu pojazdu, ewentualnych przeszkodach lub temperaturze wewnątrz pojazdu. Jednostka centralna komputera 200, lub komputer, połączona jest ponadto, na przykład z dwiema lub kilkoma goleniami resorującymi koła 100 według wynalazku. Odnośniki liczbowe na rysunku odpowiadają w tym przypadku częściom opisywanym poprzednio.

Jednostka centralna komputera 200, lub komputer, połączona jest ponadto z co najmniej jednym lub wieloma kołami 1 według wynalazku. Można zauważyć zatem, że koło zawiera trzy grupy uzwojeń 9, 9/1 i 9/11, system sterowania 32, 32/1 i 32/11 dla każdej grupy, oraz systemy pomiarowe 30, 30/1 i 30/11 dla każdej grupy. Dodatkowo, koło zawiera opisywany wcześniej koder 31, który dostarcza dane dotyczące położenia względnego wirnika względem stojana do systemu operacyjnego 33. Na rysunku pokazane są trzy grupy mające korzystnie po 30 uzwojeń 9, 9/1 i 9/11 w kole 1 według wynalazku. Uzwojenia 9 podzielone są korzystnie na trzy grupy, z których każda jest w innej fazie (φ¹), (φ²), (φ³). Prąd przechodzący przez każdą grupę uzwojeń 9, 9/1 i 9/11 mierzony jest przy pomocy czujnika Halla 30. Zmierzona wartość wprowadzana jest do systemu sterowania 32. System sterowania 32 steruje przepływem prądu przez grupę uzwojeń za pomocą dwóch modułów typu IGBT. Systemy sterowania 32 sterowane są przez system operacyjny 33. Ten system operacyjny również otrzymuje dane z kodera 31, który dostarcza informacje dotyczące kąta położenia wirnika względem stojana. W rezultacie, system operacyjny 33 jest w stanie dokonać wyboru ustawienia odpowiedniej fazy dla optymalnych warunków pracy. System operacyjny 33 sprzężony jest z jednostką centralną komputera 200, lub komputerem, w pojeździe za pomocą elementów transmisji danych 34, korzystnie odpowiednich dla optycznej transmisji danych.

Fig. 5A przedstawia widok z góry pojazdu mającego cztery koła 1 według wynalazku. Każde z kół 1 przymocowane jest do goleni resorującej 100, która została opisana poprzednio. Każda goleń resorująca zaopatrzona jest w środki, dzięki którym każde koło jest w stanie obracać się, i w który to sposób możliwe jest prowadzenie pojazdu. Pojazd zaopatrzony jest ponadto w jednostkę centralną komputera 200 oraz baterie i systemy sterowania 300 dla nich przewidziane.

Na fig. 5B pokazany jest widok z boku pojazdu z fig. 5A.

Fig. 6 przedstawia alternatywny przykład wykonania koła według wynalazku. Odnośniki liczbowe odpowiadają, na ile jest to możliwe, tym z fig. 1 i 2. Bok pojazdu pokazany jest przy pomocy strzałki. Koło według fig. 6 zaopatrzone jest, na przykład, w chłodzenie wodne. Wlot i wylot cieczy chłodzącej pokazany jest przy pomocy oznacznika 30. Wlot i wylot 30 wchodzi do przestrzeni 31 dokoła wału, przez którą cyrkuluje ciecz chłodząca. W tym przykładzie wykonania elementy pomiarowe, sterowania i operacyjne umieszczone zostały w przestrzeni 32. Elementy elektroniczne rozmieszone są na płytkach drukowanych ustawionych w kierunku pojazdu. Ciecz chłodząca, korzystnie woda, głównie służy do chłodzenia uzwojeń.

Claims (23)

1. Koło zawierające elektryczne elementy napędowe w środku koła, systemy sterowania w środku koła do sterowania mocą w elektrycznych elementach napędowych, elementy pomiarowe w środku koła, system operacyjny w środku koła połączony z systemami sterowania i elementami pomiarowymi, do sterowania kołem, oraz elementy transmisji danych w środku koła, połączone z systemem operacyjnym do przesyłania danych na zewnątrz koła, znamienne tym, że elementy transmisji danych (34) przystosowane są do wymiany danych z systemami sterowania (32, 32/I, 32/II), elementami pomiarowymi i systemem operacyjnym (33), innych, podobnych kół, w których system operacyjny (33) w kole (1) posiada ustawienie w konfiguracji „nadrzędny i ustawienie w konfiguracji „podległy, w których za pomocą elementów transmisji danych (34), jednostka centralna komputera (200) ma możliwość przełączenia systemu operacyjnego (33) z ustawienia w konfiguracji „nadrzędny na ustawienie w konfiguracji „podległy, i na odwrót.

2. Koło według zastrz. 1, znamienne tym, że koło (1) zawiera obręcz (3), która współosiowo od strony wewnętrznej posiada wirnik (6) zaopatrzony w magnesy trwałe (7), który to wirnik (6) i obręcz (3) połączone są z centralnym wałem (5), oraz współosiowy twornik (8) zaopatrzony w uzwojenia (9), który to twornik (8) usytuowany jest pomiędzy centralnym wałem (5) a wirnikiem (6) i połączony jest z pojazdem.

PL 208 063 B1

3. Koło według zastrz. 2, znamienne tym, że twornik (8) podzielony jest na co najmniej dwie grupy elektrycznie i fizycznie oddzielonych uzwojeń (9) i każda grupa zawiera co najmniej dwa uzwojenia (9), z których każde posiada swoje własne systemy sterowania (32, 32/I, 32/II) i elementy pomiarowe, przy czym systemy sterowania (32, 32/I, 32/II) i elementy pomiarowe sterowane są przez system operacyjny (33).

4. Koło według zastrz. 1, znamienne tym, że elementy transmisji danych (34) zawierają optyczne elementy transmisji danych.

5. Koło według zastrz. 3, znamienne tym, że elementy pomiarowe, systemy sterowania (32, 32/I, 32/II) i system operacyjny (33) koła (1) przesyłają dane poprzez jednostkę centralną komputera (200) na zewnątrz tego koła.

6. Koło według zastrz. 5, znamienne tym, że systemy sterowania (32, 32/I, 32/II) zawierają elementy do sterowania natężeniem prądu oddzielnie przez każde uzwojenie (9).

7. Koło według zastrz. 6, znamienne tym, że systemy sterowania (32, 32/I, 32/II) uzwojeń (9) połączone są z systemem operacyjnym (33).

8. Koło według zastrz. 5, znamienne tym, że elementy pomiarowe zawierają koder (31) do pomiaru liczby obrotów i położenia kątowego wirnika (6) względem twornika (8), oraz urządzenie pomiarowe (30, 30/I, 30/II) do pomiaru prądu przechodzącego przez każde z uzwojeń (9).

9. Koło według zastrz. 8, znamienne tym, że koder (31) połączony jest z systemem operacyjnym (33), a systemy sterowania (32, 32/I, 32/II) połączone są z urządzeniami pomiarowymi (30, 30/I, 30/H) do pomiaru prądu.

10. Koło według zastrz. 9, znamienne tym, że system operacyjny (33) połączony jest z jednostką centralną komputera (200) na zewnątrz koła (1) za pomocą elementów transmisji danych (34).

11. Koło według zastrz. 10, znamienne tym, że koło (1) ponadto posiada urządzenie do chłodzenia.

12. Koło według zastrz. 11, znamienne tym, że urządzeniem do chłodzenia jest aktywne urządzenie do chłodzenia.

13. Koło według zastrz. 12, znamienne tym, że jako aktywne urządzenia do chłodzenia posiada wentylatory (16) umieszczone w kole (1), do chłodzenia tego koła.

14. Koło według zastrz. 13, znamienne tym, że koło (1) posiada elementy do chłodzenia wodnego, jak wlot/wylot (30).

15. Koło według zastrz. 14, znamienne tym, że koło (1) ponadto posiada korpus chłodzący zawierający urządzenie do utrzymywania wytwarzających ciepło elektronicznych elementów składowych systemów sterowania (32) i systemu operacyjnego (33) w styku wymiany ciepła z korpusem chłodzącym, przy czym korpus chłodzący zamontowany jest w styku wymiany ciepła z twornikiem (8).

16. Koło według zastrz. 15, znamienne tym, że koło (1) ponadto zawiera elementy do pomiaru mechanicznie przyłożonego momentu obrotowego i elementy do pomiaru momentu obrotowego przez pomiar elektrycznie doprowadzonej mocy, oraz urządzenie do porównywania mechanicznie przyłożonego momentu obrotowego z elektrycznie doprowadzoną mocą.

17. Koło według zastrz. 16, znamienne tym, że położenie przełącznika systemu operacyjnego (33) koła (1) od ustawienia w konfiguracji „nadrzędny do ustawienia w konfiguracji „podległy, i odwrotnie, jest funkcją zapotrzebowania mocy albo prędkości tego koła.

18. Koło według zastrz. 17, znamienne tym, że koło wymagające najmniejszej mocy ustawione jest w konfiguracji „nadrzędny.

19. Koło według zastrz. 1, znamienne tym, że elektryczne elementy napędowe koła zawierają silnik elektryczny, który to silnik elektryczny jest więcej niż 8 biegunowy, 3 lub więcej fazowy i jest silnikiem synchronicznym na prąd stały.

20. Zespół co najmniej dwóch kół zawierających elektryczne elementy napędowe, z których każde zawiera elektryczne elementy napędowe w środku koła, systemy sterowania w środku koła do sterowania mocą w elektrycznych elementach napędowych, elementy pomiarowe w środku koła, system operacyjny w środku koła połączony z systemami sterowania i elementami pomiarowymi, dla sterowania kołem, oraz elementy transmisji danych w środku koła, połączone z systemem operacyjnym do przesyłania danych na zewnątrz koła, a które to elementy transmisji danych przystosowane są do wymiany danych z systemami sterowania, elementami pomiarowymi i systemem operacyjnym, innych, podobnych kół, w których system operacyjny w kole posiada ustawienie w konfiguracji „nadrzędny i ustawienie w konfiguracji „podległy, w których za pomocą elementów transmisji danych, jednostka centralna komputera ma możliwość przełączenia systemu operacyjnego

PL 208 063 B1 z ustawienia w konfiguracji „nadrzędny na ustawienie w konfiguracji „podległy, i na odwrót, znamienny tym, że koła (1) połączone są ze wspólną jednostką centralną komputera (200) za pomocą elementów transmisji danych (34).

21. Pojazd kołowy, znamienny tym, że zawiera platformę do osłony źródła energii (300) i jednostkę centralną komputera (200) oraz co najmniej jedno koło (1), które zawiera elektryczne elementy napędowe w środku koła, systemy sterowania (32, 32/I, 32/II w środku koła do sterowania mocą w elektrycznych elementach napędowych, elementy pomiarowe w środku koła, system operacyjny (33) w środku koła połączony z systemami sterowania i elementami pomiarowymi, dla sterowania kołem, oraz elementy transmisji danych (34) w środku koła, połączone z systemem operacyjnym (33) do przesyłania danych na zewnątrz koła, a które to elementy transmisji danych (34) przystosowane są do wymiany danych z systemami sterowania, elementami pomiarowymi i systemem operacyjnym, innych, podobnych kół, w których system operacyjny (33) w kole (1) posiada ustawienie w konfiguracji „nadrzędny i ustawienie w konfiguracji „podległy, w których za pomocą elementów transmisji danych (34) , jednostka centralna komputera (200) ma możliwość przełączenia systemu operacyjnego (33) z ustawienia w konfiguracji „nadrzędny na ustawienie w konfiguracji „podległy, i na odwrót, przy czym koło (1) przymocowane jest do tej platformy, a jednostka centralna komputera (200) połączona jest ze źródłem energii (300), sterując tym źródłem, oraz z odbierającym instrukcje systemem operacyjnym (33) wewnątrz tego co najmniej jednego koła (1).

22. Sposób koordynowania liczby obrotów co najmniej dwóch kół zaopatrzonych w silniki elektryczne w kołach, z których każde zawiera elektryczne elementy napędowe w środku koła, systemy sterowania w środku koła do sterowania mocą w elektrycznych elementach napędowych, elementy pomiarowe w środku koła, system operacyjny w środku koła połączony z systemami sterowania i elementami pomiarowymi, do sterowania kołem, oraz elementy transmisji danych w środku koła, połączone z systemem operacyjnym do przesyłania danych na zewnątrz koła, a które to elementy transmisji danych stosuje się do wymiany danych z systemami sterowania, elementami pomiarowymi i systemem operacyjnym, innych, podobnych kół, w których system operacyjny w kole ustawia się w konfiguracji „nadrzędny lub w konfiguracji „podległy, i w których za pomocą elementów transmisji danych, jednostką centralną komputera przełącza się system operacyjny z ustawienia w konfiguracji „nadrzędny na ustawienie w konfiguracji „podległy, i na odwrót, znamienny tym, że steruje się natężeniem prądu w każdym uzwojeniu silników elektrycznych za pomocą fizycznie oddzielonych systemów sterowania, przy czym systemy sterowania w jednym kole (1) steruje się systemem operacyjnym (33), a za pomocą systemu pomiarowego dostarcza się informacje dotyczące natężenia pola magnetycznego do systemu sterowania i podaje się dane o wzajemnym położeniu wirnika (6) i twornika (8) do systemu operacyjnego (33), przy czym systemy operacyjne kilku kół łączy się ze sobą tak, że komunikują się nawzajem za pomocą elementów transmisji danych (34) poprzez jednostkę centralną komputera (200).

23. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że stosuje się jednostkę centralną komputera (200), która posiada system operacyjny (33) koła (1) wymagającego najmniejszej funkcji potęgowej w konfiguracji „nadrzędny, oraz ma systemy operacyjne odpowiednio innego koła (1) lub innych kół, działające w konfiguracji „podległy, przy czym za każdym razem system operacyjny (33) koła (1) wymagającego najmniejszej mocy działa w konfiguracji „nadrzędny, a systemy operacyjne innych kół działają w konfiguracji „podległy.