一种设置有无线电力传输装置的车轮轮毂轴承
阅读说明：本技术 一种设置有无线电力传输装置的车轮轮毂轴承 (Wheel hub bearing provided with wireless power transmission device ) 是由 马蒂厄·休伯特 于 2020-10-12 设计创作，主要内容包括：一种用于机动车辆的车轮轮毂轴承(10),其包括轮毂(20)和轴承单元(30),轴承单元又包括：径向外圈(31)；至少一个径向内圈(20、34)；至少一冠滚动体(32、33),位于径向外圈与径向内圈之间,车轮轮毂轴承设置有无线电力传输装置,该无线电力传输装置包括：发射电子件,具有发射线圈(70)和第一遮蔽件(80),并且组装在径向外圈上；接收电子件,具有接收线圈(71)和第二遮蔽件(81),并且组装在所述轮毂上,发射线圈和接收线圈在轴向上通过第一空隙(G1)间隔开,第一空隙具有小于1.5mm的长度,位于两个遮蔽件(80、81)之间的第二空隙(G2)和第三空隙(G3)具有小于1.5mm的长度。(A wheel hub bearing (10) for a motor vehicle, comprising a hub (20) and a bearing unit (30), which in turn comprises: a radially outer ring (31); at least one radially inner ring (20, 34); at least one crown rolling element (32, 33) located between the radial outer ring and the radial inner ring, the wheel hub bearing being provided with a wireless power transmission device comprising: a transmitting electronic part having a transmitting coil (70) and a first shield (80) and assembled on the radial outer ring; receiving electronics having a receiving coil (71) and a second shield (81) and assembled on the hub, the transmitting coil and the receiving coil being axially spaced apart by a first gap (G1) having a length of less than 1.5mm, the second gap (G2) and a third gap (G3) between the two shields (80, 81) having a length of less than 1.5 mm.)
技术领域
本发明涉及一种设置有无线电力传输装置的车轮轮毂轴承(wheel hubbearing)。特别地，本发明涉及一种组装在车轮轮毂轴承上的改进的无线电力传输装置，所述车轮轮毂轴承设置有用于将车辆车轮可旋转地支撑在悬架(suspension)上的一对滚动轴承。
这种应用包括如下两种情况：轴承的外圈可旋转而轴承的内圈固定的情况；以及内圈旋转而外圈固定的相反情况。本发明还适用于任何类型的滚动体(球、滚子、圆锥滚子等)。
背景技术
设置有用于将车辆车轮可旋转地支撑在悬架上的轴承单元的车轮轮毂轴承是已知的并且是常用的。轴承单元通常包括一对滚动轴承。
现有技术还包括设置有传感器(例如，轮胎压力(/胎压)监测系统(TPMS))的所谓的“智能”车轮或轮胎。这样的传感器需要被供应可靠的能量源并且需要在车辆的寿命期间被供应可靠的能量源。
举例来说，组装在车轮的旋转元件上的、将需要可靠的电连接的电位式(potential)传感器如下：
轮胎压力监测系统，
轮胎磨损监测系统，
轮胎载荷传感器，
振动监测，
自动充气系统，
轮辋(/轮圈)(rim)上的载荷感测系统。
容纳到车轮中的智能系统的主要限制是这些装置的电池。因为在旋转车轮与底盘上的电力网络(power network)之间无法电连接，所以汽车制造商和供应商针对例如TPMS使用电池供电系统。换言之，针对传感器(诸如，TPMS)的解决方案是使用电池以及低功耗的电子电路和处理器。电池寿命限制了收集的传感器数据和/或发送的数据的量。为了维持至多三年的电池寿命，传感器实时能力被大幅降低。
一些轮胎制造商和状态监测提供商正在宣传越来越多的处于轮胎级(/轮胎水平)(tire level)的传感器，而没有可靠的电源解决方案。
通过从车辆网络提供可靠无线电力传输，将消除这种限制，同时允许用于轮胎监测的新传感器技术。
车轮轮毂轴承是将静止的(/固定的)底盘(其中可以容纳电池)连接(link)到旋转的车轮(其中具有轮胎及其传感器)的元件。因此，车轮轮毂轴承是将嵌入无线能量传输装置的完美位置，无线能量传输装置可以为智能车轮和/或轮胎提供可靠的电源。事实上，电子件(electronic)的第一部件可以附接到车轮轮毂轴承的不旋转部件(外圈、密封件或转向节(knuckle))，并且电子件的第二部件可以附接到轴承的旋转部件(小内圈、带凸缘的内圈、密封护圈(/密封挡圈)(seal flinger)或磁编码器)。
在文献KR102015109714A中公开了无线能量传输装置的示例，用于针对具有轴向扁平线圈的非驱动车轮端的应用。然而，该文献中提出的解决方案面临(exposed to)若干无法解决的缺点。首先，如在所公开的布局中那样，车轮轮毂轴承由于大的运转直径而面临密封件的高摩擦和高偏转(/变向)(deflection)的风险。另外，添加无线能量传输装置需要改变密封件的位置和它们的设计规则。此外，没有布线(/敷设线缆)(cabling)解决方案可用，其中，这种解决方案不会侵入轴承的密封体积。
因此，需要设计一种不具有上述缺陷的设置有无线能量传输装置的车轮轮毂轴承。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于机动车辆的车轮轮毂轴承，所述车轮轮毂轴承设置有无线电力传输装置，产生强磁场并且不影响已知的车轮轮毂轴承的标准布局。所述车轮轮毂轴承配备有轴承单元，所述轴承单元包括：外圈；一对内圈，其中，轴向外侧的内圈由相同的轮毂构成，而轴向内侧的内圈是安装在轮毂上的单独的元件；以及多个滚动体，例如为球。带凸缘的可旋转的轮毂连接到机动车辆的非动力车轮(non-motive wheel)。
本发明的基础是对用于非接触电力传输的技术的使用。这种技术已经为人所知并且例如应用于电动牙刷或无线智能电话充电站(/充电器)。该技术可以是电感式的(inductive)、具有或不具有谐振电路的电感式的或者电容式的(capacitive)。电子件的一个部件附接到车轮轮毂轴承的非旋转部件(外圈、密封件或转向节)，并且电子件的第二部件附接到轴承的旋转部件(小内圈、凸缘内圈、密封护圈或磁编码器)。本发明将通过示例的方式利用电感式的解决方案来公开。
成本高效且高效的无线电力传输装置在发射电力系统与接收电力系统之间具有非常小的距离。针对车轮应用，由于产品的刚性及其精确的机械元件，车轮轮毂轴承是用于确保小空隙(/气隙)(airgap)的理想位置。
根据本发明的实施方式，发射电子件和接收电子件二者均包括附接到铁磁遮蔽件(/防护罩/屏蔽件)(shield)的铜线圈。护圈必须优选具有高磁导率和低电导率，以使磁损耗最小化。铁磁遮蔽件之间的空隙应最小化，并且必须小于1.5mm。
此外，所述布线解决方案允许不在钢遮蔽件或轴承钢中创建任何额外的孔，因此避免任何污染的风险。
此外，所述轴承单元的密封件的布局必须与标准轴承单元的密封件的布局相同，从而可以保持密封件的设计规则。
因此，根据本发明，车轮轮毂轴承设置有无线电力传输装置，所述无线电力传输装置具有附于本说明书的独立权利要求中所阐述的特征。
本发明的优选和/或特别有利的其他实施方式根据所附从属权利要求中所阐述的特征来描述。
附图说明
现在将参照示出了本发明的一些非限制性实施方式的附图描述本发明，在附图中：
图1是根据本发明的实施方式的车轮轮毂轴承的截面，
图2是根据本发明的图1的带凸缘的轮毂和轴承单元的放大细节，示意性地示出了无线电力传输装置，以及
图3是示意性地示出图2的无线电力传输装置的进一步放大的细节。
具体实施方式
通过非限制性示例的方式，现在将参照设置有轴承单元的用于机动车辆的车轮轮毂轴承(wheel hub bearing)来描述本发明。
参照图1，根据本发明的优选实施方式的车轮轮毂轴承整体用10表示。该图示出了示例性构造的细节。
车轮轮毂轴承10具有中心旋转轴线X，并且包括轮毂20和轴承单元30，轮毂20优选但不必须可旋转，轴承单元30相应地包括：
径向外圈31，优选但不必须是静止的(/固定的)；
径向内圈或带凸缘的内圈20，由轮毂20限定；
另一径向内圈34，可旋转地安装在轮毂20上，并与轮毂20成为一体；
两列滚动体32、33，介于径向外圈31与径向内圈20和34之间，在该示例中滚动体为球；以及
两个保持架39和40，用于将滚动体列32、33的滚动体保持就位。
在整个本说明书和权利要求书中，诸如“径向”和“轴向”的指示位置和方位的术语和表述参照轴承单元30的中心旋转轴线X。而诸如“轴向外侧(/轴向外)”和“轴向内侧(/轴向内)”的表述参照车轮轮毂轴承的安装状态，并且在这种情况下，优选地，它们分别指车轮侧和与车轮侧相对的一侧。
径向外圈31设置有两个相应的径向外滚道31'，而径向内圈20、34设置有相应的径向内滚道20'、34'，以允许轴向外侧的介于径向外圈31与轮毂20之间的滚动体列32以及轴向内侧的介于径向外圈31与径向内圈34之间的滚动体列33旋转。为了简化图形表示，附图标记32、33将都归属于单个球和球列。再次为了简化，在本说明书中和在附图中，可以以示例性方式使用术语“球”来代替更通用的术语“滚动体”(并且，还将使用相同的附图标记)。
轮毂20在其轴向内端中限定了卷边(/滚压边缘)(rolled edge)22，卷边22被构造为用于在轴向上预载(/预承载/预紧)(preload)内圈34。轮毂20还具有轴向外侧的凸缘部23。凸缘部具有多个轴向固定孔24。这些孔是用于相同数量的固定部件(例如，双头螺栓，图中未示出)的座(/座部)(seat)，所述固定部件将机动车辆车轮的元件(例如，非驱动车轮或制动盘(也是已知类型，并且图中未示出))以已知的方式连接到轮毂20。
车轮轮毂轴承10还设置有密封部件50，密封部件50用于将轴承单元与外部环境密封。此外，车轮轮毂轴承还可以设置有用于检测机动车辆的参数(例如，轴承单元30的旋转圈34的旋转速度)的装置，例如，如图1所示的编码器60。根据本发明的无线电力传输装置在图1中未示出，而将在下面的图中描述。
参照图2，现在将描述无线电力传输装置。发射电子件(emitting electronic)组装在径向外圈31上，而接收电子件(receiving electronic)组装在带凸缘的内圈或轮毂20上。按照使发射线圈70与接收线圈71在轴向上通过第一空隙G1(/气隙)(airgap)间隔开(/或者说在轴向上间隔开第一空隙G1)的方式完成所述组装，所述第一空隙小于1.5mm。
针对电感式的(inductive)解决方案，发射电子件包括发射线圈70，发射线圈70由铜线制成并且附接到铁磁遮蔽件(/防护件/防护罩/屏蔽件)(shield)80。遮蔽件80必须优选具有高磁导率和低电导率，以使磁损耗最小化。为了传导强磁场，遮蔽件必须由金属材料并且特别是铁磁材料制成。必须避免使用铝或塑料材料。然而，可以考虑复合材料(塑料/铁氧体)。
发射线圈可以通过浸渍保护性且电绝缘的树脂或者通过利用塑料或橡胶包覆成型(overmold)而免受环境影响。
可以使用若干解决方案来将发射线圈70连接到电力线缆(/电缆)(power cable)90。例如，可以将线圈直接焊接到线缆线。作为替代解决方案，可以使用可变形的金属管将线圈压接(/压合连接/压弯)(crimp)到线缆线。根据图2所示的另一优选解决方案，发射线圈70可以被焊接或压接到导电引线框架100。引线框架100压接或焊接到电力线缆90的线缆线。
发射线圈70到电力线缆90之间的连接部(/连接)(connection)可以通过包覆成型聚合物110(例如，热塑性聚合物或弹性体聚合物(/弹性聚合物)(elastomeric polymer))与遮蔽件80包覆成型，以创建独特(unique)且坚固(robust)的单元。作为一种选择，线圈也可以包覆成型，然而，线圈表面处的塑料的厚度必须是最小的，以优化两个线圈之间的空隙。
该发射电子件优选压配(/压配合)(press-fit)到径向外圈31，以将其联锁(/互锁)(interlock)到轴承单元30的非旋转元件。该组装将在压配在密封件50的外圈上之后发生。发射电子件也可以以任何其他方式组装到径向外圈31。
发射线圈优选连接到振荡电路(/振荡电子电路/振荡器电路)(oscillatorelectric circuit)(已知，并且因此未在图中示出)，振荡电路将来自电池的DC电压(对于乘用车辆而言通常在8V至15V之间)转换为用于感应(inductive)效应的AC电压。这种转换也可以以不同的方式完成。该振荡电路，或更一般地，该电子电路(electronic)可以在包覆成型的体积中嵌在发射线圈70与电力线缆90之间。在替代的解决方案中，该电子电路可以容纳在轴承和车轮体积外部的电路(/电子电路)(electric circuit)的任何其他部分中。
接收电子件具有相同的设计，并且因此包括接收线圈71和保持线圈的遮蔽件81。用于附接线圈的遮蔽件81还用作密封接触表面护圈(/挡圈)(flinger)。对于发射电子件，也对于接收电子件，接收线圈71可以被粘合(/胶粘)(glue)或包覆成型，并且以与发射线圈70相同的方式完成与扁平线缆91的线缆连接。例如，接收线圈71可以被焊接或压接到导电引线框架(图2中未示出)。引线框101被压接或焊接到扁平线缆91的线缆线。
接收线圈71到扁平线缆91之间的连接部可以通过包覆成型聚合物111(例如，热塑性聚合物或弹性聚合物)与遮蔽件81包覆成型，以创建独特且坚固的(/鲁棒的)(robust)单元。
该接收电子件在轴承组装之前压配在轮毂20上。在此概念中，为了避免轴承中的任何额外的孔或密封溶液以保持轴承抵抗污染的最佳鲁棒性，使线圈位于密封区域外部。线圈必须被树脂/聚合物(非导电性)保护，以维持(sustain)环境。遮蔽件被设计为保持与针对密封件的现有技术的密封界面相同的密封界面(seal interface)。
接收线圈71获得可以使用整流电路(rectifier circuit)转换成DC电压的AC信号。该转换可以通过例如嵌在车轮/轮胎传感器中的电子装置来实现。
利用本解决方案，由于发射线圈和接收线圈两者前后(/一个接一个)(one infront of the other)相对于轮毂20的凸缘部23定位于在径向上的在内部的位置中，因此可以尽可能地限制线圈直径。因此，转弯期间的等效偏转(/变向)(deflection)将低于在具有较高直径的线圈的情况下的等效偏转。
在设计遮蔽件80、81时，必须给予特别注意。为了获得强磁路，遮蔽件的形状非常重要。
事实上，遮蔽件的组装和形状是出于以下三个目的而完成的：
使线圈70、71保持最接近(/最小)(closest)的空隙。因此，最小空隙由转弯和/或冲击事件期间的轴承的最大偏转限定，
在两个线圈周围创建良好的磁回路(magnetic loop)。支撑线圈的两个遮蔽件的形状被设计为使铁磁元件之间具有最小空隙并且创建(/生成)磁路(magnetic circuit)。如图3所示，遮蔽件80、81之间的第二空隙G2和第三空隙G3必须小于1mm，以创建强磁路，
创建迷宫(labyrinth)，以减少线圈区域的污染。
两个空隙G2和G3的小长度的主要目的是将磁场集中到围绕两个线圈的回路中。另一方面，这种小长度还具有避免或至少尽可能地减少轴承单元内部的污染的优点。
空隙G2、G3的(长度的)最小值由组件的公差和转弯期间的元件的偏转来确定。为了改善这种最小值，可以加工遮蔽件在轮毂20和径向外圈31两者上的接触表面，以减小公差。可以通过将遮蔽件成形为使得它们具有足够刚性以减小工作条件期间的振荡来获得进一步的改进。
此外，作为一种选择，电路中的一个电路可以具有谐振电路，以针对旋转元件之间的较大间隙来优化能量传输。
此外，发射和接收电路可以具有数字控制(/数位控制)(digital control)和命令(order)，以如智能电话充电站所做的那样，除电力之外，还发送数字信息。
该解决方案提供了可靠的能量源并且具有高功率能力(与标准电池系统相比)。汽车制造商或供应商可以在旋转部件上设计具有先进的处理电子件的复杂感测系统，而不会折衷(/影响)(compromise)装置使用寿命。
该系统可以在轴承内部，为客户提供无缝集成(seamless integration)。此外，轴承已经针对ABS传感器使用了线缆系统，相同的布线路线(cabling rout)可以用于车轮传感器。
应理解，除了如上所述的本发明的实施方式之外，存在许多另外的变型。还必须理解，这样的实施方式仅是示例性的，并且既不限制本发明的范围，也不限制其应用，也不限制其可行的构造。相反，尽管上面的描述使得本领域技术人员可以至少根据本发明的示例性实施方式来实现本发明，但是必须理解，可想到所描述的组件的许多变型，而不会因此脱离如所附权利要求中限定的按照字面(/文字)上和/或根据其合法等同物解释的本发明的范围。
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