车轮(1)包括：适用于固定在车轮(1)的承载结构上的轴(2)，车轮(1)可以绕轴(2)旋转；可反向转动的电机(13)，与轴(2)同轴连接，适用于可选择地作为发电机或驱动车轮(1)的电动马达；可以被连接到电机(13)上的能量存储装置(19)；电子控制装置(20)，用于根据预先设定的方法控制电机(13)和能量存储装置(19)；太阳能转换器(18)，连接到车轮(1)的至少一个侧部，将入射的太阳能转换为电能，能量转换器可以被连接到能量存储装置(19)上。能量存储装置包括至少一个可充电的大致平面或薄膜电池(19)，电池置于车轮(1)的至少一侧部上并随车轮(1)刚性转动。
轴(20)适用于固定在车辆的承载结构上，车轮(1)可以绕轴旋转，可反向旋转的电机(13)，围绕轴(2)同轴安装并适用于有选择地用作发电机和驱动车轮(1)的电动马达，能量存储装置(19)，被连接到电机(13)上，并包括至少一个可充电的大体为平面或薄膜电池(19)，电池置于车轮(1)的至少一侧上，并随车轮(1)刚性转动；
光电转换装置(18)，连接到车轮(1)的至少一侧，将入射的太阳能转换为电能，并适用于与能量存储装置(19)连接；
该车轮(1)的特征在于，其还包括电子控制装置(20)，该装置适用于根据预先设定的方式控制电机(13)和能量存储装置(19)，光电转换装置(18)和至少一个平面或薄膜电池(19)置于随车轮(1)刚性转动的支承件(9，10；22)的相对表面上。
2.如权利要求1所述的车轮，其特征在于，该车轮包括一对侧向相对的半壳(9，10)，其中的光电转换装置包括置于至少一个半壳(9，10)的表面上的至少一个太阳能面板(18)。
3.如权利要求2所述的车轮，其特征在于，至少一个半壳至少部分是透明的，光电转换装置置于至少一个半壳的内表面上。
4.如权利要求2所述的车轮，其特征在于，至少一个太阳能面板(19)是大体为环形的，与轴(2)大致同中心地置于半壳(9，10)上。
5.如权利要求2所述的车轮，其特征在于，包括与轴(2)同中心地置于半壳(9，10)上的多个光电太阳能面板(19)。
6.如权利要求2所述的车轮，其特征在于，至少一个平面或薄膜电池(19)置于至少一个半壳(9，10)的外表面或内表面上。
7.如权利要求1所述的车轮，其特征在于，包括多根辐条(31)，太阳能转换装置(18)和至少一个平面电池或薄膜电池(19)与这些辐条(31)连接。
8.如权利要求1所述的车轮，其特征在于，电机(13)包括：
固定的感应器(17)，该感应器刚性连接到轴(2)上，
转动的电枢(15)，安装成围绕轴(2)的轴线相对于感应器(17)转动，并与能量存储装置(19)刚性连接。
9.如权利要求8所述的车轮，其特征在于，感应器(17)适用于绕轴(2)的轴线产生径向磁通，通过大致为圆柱形的气隙径向面向电枢(15)。
10.如权利要求8所述的车轮，其特征在于，感应器(17a、17b)适用于产生平行于轴(2)的轴线的轴向磁通，在前部通过大致圆冠状的气隙面向电枢(15)。
11.如权利要求10所述的车轮，其特征在于，感应器包括第一和第二环形定子(2a、
17a；2b、17b)，与轴(2)同轴并刚性连接，平行于轴(2)的轴线彼此隔开，并且其中电枢(15)包括位于第一和第二定子(2a、17a；2b、17b)之间的环形盘(22)，并且设置分别与第一和第二定子(2a、17a；2b、17b)协作的第一和第二电枢绕组(16a、16b)。
12.如权利要求2所述的车轮，其特征在于，电机(13)安装在包括在两个半壳(9、10)之间的区域内。
13.如权利要求7所述的车轮，其特征在于，电机(13)安装在包括在辐条(31)的第一和第二侧部组之间的区域内。
14.如权利要求1所述的车轮，其特征在于，电机(13)包括可刚性地随车轮(1)转动的电枢或初级转子(15)和次级转子(115)，这些初级和次级转子(15；115)相对于轴(2)转动，电机(13)还包括与轴(2)刚性连接的定子或感应器(17)，其中电机(13)可被驱动以便在车轮(1)和连接到车轮(1)的扭矩源之间提供连续可变的传输比。
15.如权利要求1所述的车轮，其特征在于，太阳能转换装置(18)从单晶硅、多晶硅、条带、薄膜、无定形硅、碲化镉或铜铟转换器，或具有对颜料敏感的电化学结合部的转换器中选择。
16.如权利要求1所述的车轮，其特征在于，电能存储装置(19)从为Ni-Cd、Ni-MH、Li-ion和Li-Pol电池中选择。
17.如权利要求1所述的车轮，其特征在于，电能存储装置包括至少一个超级电容。
18.如权利要求2-6之一所述的车轮，其特征在于，车轮为两面凸形的。
19.如权利要求1所述的车轮，其特征在于，太阳能转换装置(18)从聚合物光电转换器和光合成光电转换器中选择。
车轮
技术领域
[0001] 本发明涉及一种如权利要求1前序部分所限定类型的车轮。
背景技术
[0002] 从US-B1-6 270 103公知的是一种用于车辆的车轮，特别是用于自行车的车轮。特别是，这篇文献披露了一种具有前后盘形轮的自行车，其轮毂包括电机，该电机适用于可选择地用作发电机或电动马达操作，车轮的外表面承载光电电池和多个可充电电池。
[0003] 德国实用新型DE 201 18 397U披露并说明了一种车轮，其中安装有太阳能电池面板以将太阳能转换成电能，在与车辆轮毂一体形成的电子单元的控制下，电能可以提供给电动轮毂马达。
[0004] 美国专利5316101说明书披露了一种自行车，其太阳能面板置于自行车前轮侧表面，以便将电池充电部固定在框架上，和/或提供一个电动马达，该电动马达也固定在框架上，与车后轮的轮胎摩擦连接。
[0005] 进一步披露的电动自行车，例如，WO 2005/039917A1和US-A 4 871 042。
发明内容
[0006] 本发明的一个目的在于提供一种如上所述类型的车轮，该车轮能更好地整合元件，这些元件可以实施电牵引力和恢复动能，车轮结构也极大地简化，车辆装置的操作也得以简化。
[0007] 根据本发明权利要求1所限定特征的车轮可以实现这些目的和其它的目的。
[0008] 在根据本发明的车轮中，至少一个可充电电池可以是Ni-Cd电池，或Ni-MH，或Li-ion或Li-Pol电池。
[0009] 例如在文件US-B1 6 982 132中公开了一种薄膜电池形式的可充电电池。
[0010] 作为选择，至少一个电池可包括平面超级电容器。
附图说明
[0011] 本发明的其它特征和优点在下边的详细描述中借助于非限定的实施例并参照相应的附图加以阐述，其中：
[0012] 图1是本发明车轮的截面图；
[0013] 图2是沿图1的II-II线的截面图；
[0014] 图3是用于本发明车轮的多层结构横截面视图，该多层结构包括太阳能面板和平面电池或薄膜电池；
[0015] 图4是图1和图2车轮的侧视图；
[0016] 图5是表示本发明车轮的电子/电力元件的互连结构的框图；
[0017] 图6是类似于图1的视图，显示了本发明车轮的变型；
[0018] 图7是本发明车轮的变型的侧视图；
[0019] 图8是本发明车轮的另一变型的侧视图；以及
[0020] 图9-11是本发明车轮的另一变型的截面图。
具体实施方式
[0021] 在附图中，特别是图1、2和4中，根据本发明的车轮，特别是用于自行车的车轮，总体标示为1。图1、2和4的车轮1，特别适用于自行车前轮。
[0022] 以公知的方式，车轮1包括轴2，轴2在操作中保持固定，适用于固定在车辆的承载结构上，例如固定在自行车(图1)前叉的臂3上，前叉上可以设置减震装置4。轴2借助于公知的快速紧固装置5连接到臂或分支3上。
[0023] 车轮1包括例如为轻金属合金的轮圈6，内部可以设置气室8的轮胎7以公知方式与轮圈6相关。
[0024] 在图1-4所示的实施例中，车轮1为所谓的两面凸起型，包括一对相对侧的半壳9和10，半壳的周边部分连接到轮圈6上，其中心部分围绕分别插入例如滚珠轴承或类似物的转动支承件11和12中的轴2上。
[0025] 在包括在两个半壳9和10之间的区域内，车轮1包括总体标示为13的可反向转动的电机。电机围绕轴2同轴安装，并且适用于有选择地作为发电机或驱动轮1围绕轴2转动的电动马达。
[0026] 在通过实例示意表示的实施例中，电机13包括基本为圆柱形的壳体或外壳14，安装成围绕轴2转动，并且例如连接到转动支承件11和12上。
[0027] 设置绕组16的旋转电枢15固定在壳体14内侧。电枢基本为环形并且围绕固定的感应器17延伸，感应器也是环形，围绕轴2固定。固定的感应器例如采用永磁体制成。
[0028] 车轮1与适用于将入射到车轮1外表面的太阳能转换为电能的装置连接。这些转换装置可以从公知的各种类型中选择，例如单晶硅、多晶硅、条带、薄膜、无定形硅、碲化镉或铜铟联硒化物转换器，或具有对颜料敏感的电化学结个部的转换器(Graetzel cell)或聚合物或光合成转换器。在图1-4所示的实施例中，这些光电转换装置包括置于半壳9和10的外侧表面上的薄光电面板。在图3和图4中，这样的环形光电面板18置于半壳体10的外表面或表面上，并绕后者的中央部分环绕着的固定轴2。类似的环形面板有利地置于半壳9的表面或外表面上。
[0029] 电机13也连接到有利地作为一个或多个平面或薄膜电池19的形式的电能存储装置，电池19置于车轮1的至少一侧上并随之刚性旋转。在图1-4所示的实施例中，各个基本为环形的平面电池或薄膜电池19置于半壳9和10的内表面上。
[0030] 在未示出的实施例中，平面电池或薄膜电池或电池组可以置于半壳和相关的光电面板18之间。
[0031] 在未示出的另一实施例中，平面或薄膜电池和薄的光电面板可以置于轮的同样的表面或外表面的各个部位上。
[0032] 除太阳能面板18和平面电池或薄膜电池或电池组19外，电机13还可以与置于车轮内侧上的电子驱动和控制单元20连接。在图1和2示出的实施例中，电子驱动和控制单元20的元件容纳在壳体21中，该壳体21与车轮的内隔板或挡板22连接。
[0033] 在未示出的实施例中，驱动和控制单元20可以置于除在图1和图2所示以外的位置上。例如，该单元可以安装在内侧，并与电机13的壳体14刚性连接。在未示出的另一变型中，该单元20可与固定轴2刚性连接。
[0034] 在图5示意所示的优选实施例中，驱动和控制单元20包括DC/DC转换器23，该转换器23置于光电转换器18的输出端与能量管理单元EMU的输入端之间。
[0035] 平面电池或薄膜电池或电池组19、例如包括电阻的耗能装置24以及与电机13相关的驱动电路25也与EMU单元连接。
[0036] EMU单元和驱动器25依次被电子控制单元26控制。在使用中，由控制装置27传递的控制信号传输给控制单元，控制装置例如被安装在车把上，可以由骑车人驱动，通过电机13来要求并控制实施牵引或制动。
[0037] 有利地，控制装置27可以无线方式与控制单元26连接，例如通过无线电或磁感应。这种方法使得在本发明的车轮和控制装置之间无需电缆。车轮因此可以简单地与传统的车轮互换，在使用中，控制装置27仅仅需要被连接到车把上或自行车支承框架的其他部分。控制装置27仅仅通过使用者磨损。
[0038] 控制装置27特别适用于以电机13通过制动动作作为发电机的模式控制车轮的电磁制动。同样的，控制装置27也能够用于调节能量存储系统的供应密度。
[0039] 无需额外的操作就可制造本发明可用的车轮。
[0040] 当电机13用作马达时，能量管理单元EMU有利地适用于允许电能从DC/DC转换器传递给电池或电池组19和/或传送给驱动器25。在后面的情形中，能量管理单元EMU也可适用于使得电能从电池或电池组19流向驱动器25，使得用作马达的电机13被适当地供给。
[0041] 当电机13用作发电机时，EMU单元可以使电能从驱动器25流向电池或电池组19，当电池或电池组19充满电时，可能流向耗能装置24。
[0042] 驱动和控制单元20也可以设置电连接装置，例如插孔28(图5)，可以使电能从电池或电池组19输出给车轮1的外部装置，例如灯等。
[0043] 连接装置或另一分离的装置(未示出)可用于来自于车轮外部来源的电能为电池或电池组19充电。
[0044] 图6和图7示出本发明的另一车轮。在这些图中，已经描述的部件和元件采用前面使用的附图标记。
[0045] 图6和图7的车轮为自行车后轮。在示出的实施例中，半壳9被连接到链轮组30或牙轮上，链轮或牙轮具有不同的直径，以公知的方式与链条(未示出)和相关的脱链装置(也未示出)配合，可提供多个不同的离散的传动比。链轮组30安装成在固定轴2内转动，其中具有适当的旋转支承件11。
[0046] 在图6和图7的实施例中，置于半壳9的外表面上的太阳能面板18具有环形形状以及略大于链轮组30中最大链轮的直径的内径。
[0047] 在其它方面，图6和图7的车轮基本上与参照图1-4所述的车轮相对应。
[0048] 其他公知的变速装置，也可以连接到本发明的车轮上。
[0049] 图8示出本发明车轮的变型，其中市场上很容易得到的多个单独标准类型和形式的光电太阳能面板18置于车轮侧表面或侧面上。这些面板彼此互相连接并且以图中未示出的方式与驱动和控制单元20连接。
[0050] 图9示出本发明车轮的另一变型。在此附图中，前述部件和元件也具有前面使用的附图标记。
[0051] 图9的车轮不是两边凸起型，而是具有其中多个辐条31在轮毂和轮圈之间延伸的形式。
[0052] 按照传统配置，这些辐条分成相对两侧的组，电机13和相关的驱动控制单元20居于两侧的辐条组之间的区域。
[0053] 在图9的实施例中，光电太阳能面板18以及相关的平面电池或薄膜电池19有利地固定在中间结构32上，例如盘或多个辐条或类似物，该结构在电机13和轮圈6之间延伸。
[0054] 在未示出的可选择的实施例中，太阳能面板18以及相关平面电池或薄膜电池19可以直接固定在辐条31上。
[0055] 图10示出了另一变型。在此附图中，前述部件和元件具有前面使用的附图标记。
[0056] 图10示出的特殊变型涉及自行车后轮，但是本领域的普通技术人员也可以想到这种车轮也可以是前轮。
[0057] 图10的变型不同于与前述的变型之处主要在于可反向转动的电机13的不同结构。在该实施例中，电机13包括转子15，该转子由与轮圈6钢性连接的环形盘32支承，同时借助于支承件33以可旋转的方式围绕固定轴2支承。在所示实施例中，转子15包括两个环15a和15b，该环置于盘22的两个主表面上，并各自设置转子绕组16a、16b。
[0058] 转子环15a、15b在前部朝着相应的永磁体定子环17a、17b，永磁体定子环17a、17b固定在相应的固定轴2的径向凸缘2a、2b上。
[0059] 虽然在上述实施例中，感应器或者定子产生围绕轴2的轴线的主要径向磁通量，并且经由大致圆柱形的气隙径向面向电枢或转子，在图10的实施例中，感应器17a、17b在操作中产生平行于轴2的轴线的主要轴向的流动，并且经由大致薄圆冠状的气隙在前部处面向相关的电枢15a、16a和15b、16b。
[0060] 在另一未示出的变型中，电机13的感应器和电枢由特殊材料制成(合成磁性材料)，该材料适用于产生其中磁通量不具有主要方向而是在磁路的各个部分中在不同方向上指向的磁性回路。
[0061] 图11所表示的是作为自行车后轮的本发明车轮的另一变型。在此变型中，已经描述的元件和部件也具有前面使用的附图标记。
[0062] 图11的变型内部包括特殊类型的可反向电机，适用于形成在预定的数值范围内可连续改变的传输比系统。这种电机是公知的，例如在相同申请人的国际专利申请WO03/051660。
[0063] 图11所示的车轮1包括轮圈6，在轮圈6上，固定有两个半壳9、10，并且如上所述设置外部光电太阳能面板18和内部平面电池或薄膜电池19。
[0064] 在所示的实施例中，电机13包括结构类似于图10转子的初级转子15，因此就不作进一步描述了。
[0065] 初级转子15面向永磁体定子17的一侧(从图11观看为右侧)，永磁体定子被固定轴2的环形凸缘2b支承。
[0066] 在相对侧，初级转子15面向总体标号为115的次级转子。该次级转子包括承载环36的环形盘35，永磁体面向初级转子15的环15a。
[0067] 环35安装成围绕固定轴2旋转，支承件37处于其间。
[0068] 在定子17的相对侧，管状突起35a从次级转子115的盘35延伸，在车轮1的外部，与外壳9以及车轮1的轮圈6刚性连接的带齿的轮40安装成围绕突起旋转。同样作为外壳9和管状突起之间的支承的承载支承件11位于带齿的轮40和次级转子115的管状突起35a之间。
[0069] 图11的车轮1的特殊电机11与电子控制单元(未示出)相关，电子控制单元适用于控制电机，以便提供持续可变的传输比，该传输比随着通过例如图5的装置27的远程控制装置供应到此控制单元的控制信号而变化。
[0070] 在其它方面，图11的车轮1以类似于参考前面附图描述的本发明车轮的方式操作。
[0071] 将理解到在不偏离本发明权利要求所述保护范围的情况下，不改变本发明的原理，本发明的实施例和细节可以相对于所描述和阐述的非限制性实施例更广泛地变化。
