DE102007001327A1

DE102007001327A1 - Fahrzeug mit Linearmotorantrieb

Info

Publication number: DE102007001327A1
Application number: DE102007001327A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Höbel
Original assignee: Clean Mobile AG
Current assignee: Clean Mobile AG
Priority date: 2007-01-02
Filing date: 2007-01-02
Publication date: 2008-07-03

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit zwei oder mehr Laufrädern (2) weist ein Gestell für einen Sitz für einen Fahrer (4) des Fahrzeugs auf, wobei die Laufräder (2) an einem Gestell angeordnet sind. Mindestens ein Laufrad (2) weist eine ringförmig ausgebildete Nabe (6) auf, in der das Laufrad (2) zur Führung gelagert ist. Zudem weist das Fahrzeug einen oder mehrere zum Antrieb der Laufräder (2) vorgesehene Linearmotoren auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit Elektromotorantrieb, insbesondere einen Rollstuhl oder ein Zweirad, mit einem Gestell mit mindestens zwei Laufrädern.
Fahrzeuge mit Elektromotorantrieb, insbesondere Rollstühle und Zweiräder, werden herkömmlicher Weise mit Hilfe eines Elektromotors über eine Achse, Naben und Speichen angetrieben.
Aus der DE 41 17 279 A1 ist ein Kleinfahrzeug mit einen Linearantrieb bekannt, bei dem ein massiver innerer Bereich des Laufrads als Nabe dient.
Nachteilig an bekannten Kleinfahrzeugen ist ihr hohes Gewicht bzw. die Verletzungsgefahr, die für den Fahrer von den Speichen ausgeht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein besonders leichtes und kompaktes Fahrzeug mit Elektromotorantrieb anzugeben, von dem keine Verletzungsgefahr ausgeht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit zwei oder mehr Laufrädern weist ein Gestell für einen Sitz für einen Fahrer des Fahrzeugs auf, wobei die Laufräder an dem Gestell angeordnet sind. Mindestens eins der Laufräder weist eine ringförmig ausgebildete Nabe, in der das Laufrad zur Führung gelagert ist, auf. Es kann dabei auch nur ein einziges Laufrad oder der gesamte Laufradsatz mit einer solchen Nabe versehen sein. Zudem weist das Fahrzeug einen oder mehrere zum Antrieb der mit der ringförmigen Nabe versehenen Laufräder vorgesehene Linearmotoren auf.
Unter "Laufrad" werden dabei hier und im Folgenden die Gesamtheit von Vorderrad- und Hinterrad bei Zweirädern bzw. die Räder eines Rollstuhls, die nicht als Stützräder dienen, verstanden, wobei die Felgen mit Reifen gemeint sind, nicht jedoch die Naben. Ein Laufradsatz ist im Sinne dieser Definition beispielsweise Vorder- und Hinterrad eines Zweirads zusammen bzw. die beiden Laufräder eines Rollstuhls.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug hat insbesondere den Vorteil, dass es aufgrund der ringförmig ausgebildeten Naben gegenüber Fahrzeugen aus dem Stand der Technik ein deutlich verringertes Gewicht aufweist. Dies ist insbesondere bei Fahrzeugen wie beispielsweise Rollstühlen vorteilhaft, die besonders wendig und leicht sein sollen und unter Umständen auch transportiert werden müssen.
Mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug lassen sich zudem die Vorteile eines Linearmotors nutzen. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die ringförmigen Naben als Stator des Linearmotors ausgebildet. Dabei können die Felgen einen magnetischen Kern und die Naben Erregerwicklungen einer Induktivität aufweisen. Alternativ können auch die Naben einen magnetischen Kern und die Felgen Erregerwicklungen einer Induktivität aufweisen. Auf diese Weise wird ein reibungsarmer und somit Energie sparender Antrieb für das Fahrzeug bereitgestellt.
Ein weiterer Vorteil ist, dass bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug auf eine Lagerung mittels Speichen verzichtet wird. Dadurch besteht für den Fahrer auch keine von den Speichen ausgehende Verletzungsgefahr.
In einer Ausführungsform sind die Felgen mit einer Magnetlagerung in den Naben gelagert. Auf diese Weise kann eine besonders reibungsarme Lagerung erreicht werden, die berührungslos erfolgt und sowohl einen geringen Energieverbrauch beim Fahren als auch einen geringen Verschleiß bewirkt.
Für die Magnetlagerung der Felgen ist vorteilhafterweise in den Naben eine Vorrichtung zum elektromagnetischen Erzeugen eines Magnetfeldes vorgesehen.
Für die vertikale Magnetlagerung der Felgen in den Naben sind in einer Ausgestaltung Permanentmagnete zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass auch bei ausgeschalteten Linearmotor im stromlosen Zustand ein Lustspalt zwischen Felge und Nabe aufrecht erhalten wird. Die Permanentmagnete können beispielsweise an der der Felge zugewandten Seite der Nabe angeordnet sein. Alternativ können sie jedoch auch an der der Nabe zugewandten Seite der Felge angeordnet sein.
Für die seitliche Lagerung der Felgen in den Naben können ebenfalls Permanentmagnete zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen sein.
In einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Lagerung der Felgen in den Naben eine Lagerung mittels Laufrollen. Bei dieser Ausführungsform sind die auftretenden Reibungskräfte und somit der Verschleiß unter Umständen größer als bei der Magnetlagerung, jedoch ist die Lagerung mittels Laufrollen konstruktiv verhältnismäßig einfach auszulegen.
Zur Stabilisierung weist das Fahrzeug vorteilhafterweise neben den Laufrädern auch Stütz- oder Führungsräder auf. Für eine komfortablere Benutzung kann das Fahrzeug zudem ein gefedertes Fahrwerk aufweisen.
In einer Ausführungsform ist das Fahrzeug als Rollstuhl ausgebildet ist. Es weist ein Gestell mit einer linken Seitenwand, einer rechten Seitenwand sowie einer Verbindungseinrichtung mit einem Sitz zur Aufnahme eines Fahrers auf.
Vorteilhafterweise ist der Rollstuhl faltbar, wobei die Verbindungseinrichtung so ausgebildet ist, dass die linke und die rechte Seitenwand im zusammengefalteten Zustand einen geringeren Abstand voneinander aufweisen als im entfalteten Zustand. Im zusammengefalteten Zustand lässt sich der Rollstuhl besonders einfach transportieren.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Fahrzeug als Zweirad, beispielsweise als Fahrrad mit Elektroantrieb, ausgebildet und weist einen Rahmen sowie einen Sitz zur Aufnahme eines Fahrers und einen Lenker auf. Bei dieser Ausführungsform können entweder nur das Vorder- oder nur das Hinterrad oder auch beide Laufräder angetrieben sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt schematisch ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Laufrads des Fahrzeugs;
3 zeigt einen Querschnitt durch das Laufrad;
4 zeigt schematisch in Seitenansicht einen Ausschnitt aus einem Laufrad gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 zeigt einen Querschnitt durch das Laufrad gemäß 4;
6 zeigt schematisch ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel des Laufrads und
7 zeigt schematisch ein Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Teile mit ähnlicher Funktion sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Das Fahrzeug gemäß 1 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung ein Rollstuhl 1, insbesondere ein Faltrollstuhl. Der Rollstuhl 1 weist ein hier nicht dargestelltes Gestell mit einem Sitz für einen Fahrer 4 sowie zwei im wesentlichen parallele Laufräder 2, die in Fahrtrichtung nebeneinander angeordnet sind, auf. Zur Stabilisierung des Rollstuhls 1 ist mindestens ein Stützrad 3 vorgesehen. In einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere Stützräder vorgesehen und diese sind beispielsweise direkt vor oder hinter den Laufrädern 2 angeordnet.
Die Laufräder 2 des Rollstuhls weisen keine Speichen auf. Stattdessen sind die Felgen 7 mit den Reifen 5 zur Führung auf einer kreisringförmigen Nabe 6 gelagert, wobei die Nabe 6 mit dem Gestell des Rollstuhls 1 verbunden ist. Auf diese Weise bleibt der innere Teil 8 der Laufräder frei. Somit entspricht der Durchmesser der Nabe 6 im Wesentlichen dem Durchmesser des Laufrads 2, das heißt, die Nabe 6 ist nicht wie herkömmliche Naben deutlich kleiner als das Laufrad. Der Rollstuhl 1 wird mit einem Linearmotor, insbesondere mit einem Gleichstrommotor, angetrieben.
2 zeigt den Aufbau der Laufräder 2 genauer. Der Reifen 5 ist mit der Felge 7 versehen, die einen magnetischen Kern 11, beispielsweise einen Eisenkern, aufweist. Der magnetische Kern 11 ist in 2 der Übersichtlichkeit halber nur in einem kleinen Ausschnitt der Felge 7 gezeigt. Dabei hat die Felge 7 die Funktion des Sekundärteils des Linearmotors, während die Nabe 6 als Stator des Linearmotors fungiert.
Anstelle eines magnetischen Kerns 11 ist in einem hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel eine magnetische Hülle für die Felge 7 oder eine ähnliche Anordnung vorgesehen, die die Felge als Sekundärteil eines Linearmotors fungieren lässt. Als Stator oder Primärteil des Linearmotors fungiert die Nabe 6. Sie ist dazu mit einer Erregerwicklung 12 für eine Induktivität versehen.
In einem hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Funktionen von Primär- und Sekundärteil vertauscht, wobei die Erregerwicklung 12 in der Felge 7 und der magnetische Kern 11 in der Nabe 6 angeordnet ist.
Der hier nicht gezeigte Linearantrieb ist am Laufrad 2 oder am nicht dargestellten Gestell des Rollstuhls befestigt und stellt mit Hilfe von Batterien die Stromversorgung bereit.
Beim Betrieb des Linearmotors wird ein Magnetfeld zwischen der feststehenden Nabe 6 und der drehbaren Felge 7 mit dem magnetischen Kern 11 aufgebaut. Das Magnetfeld wird so variiert, dass es sich in einer Dimension, nämlich in der Richtung entlang der Nabe 6 bzw. der Felge 7, ändert und ein sogenanntes "Wanderfeld" erzeugt, das den Antrieb der Felge 7 zu einer Vorwärtsbewegung bewirkt. Die unbewegliche Nabe 6 und das mit ihr verbundene Gestell verhindern mit Hilfe der Schwerkraft ein Durchdrehen des Laufrads 2, so dass der Antrieb der Laufräder 2 in einen Antrieb des Rollstuhls 1 umgesetzt wird.
3 zeigt einen Querschnitt durch die Nabe 6, die Felge 7 und den Reifen 5. Zwischen Felge 7 und Nabe 6 ist ein Zwischenraum 13 vorgesehen, in dem Permanentmagnete 10 derart angeordnet sind, dass ihr Feld Reifen 5 und Felge 7 "trägt" und für die Aufrechterhaltung des Spaltes 14 sorgt und auf diese Weise eine berührungslose Lagerung des Reifens 5 und der Felge 7 ermöglicht. Die Permanentmagnete 10 sind in diesem Ausführungsbeispiel sowohl im inneren Bereich 15 des Zwischenraums 14 als auch in seinem seitlichen Bereich 16, wo sie eine seitliche Lagerung der Felge 7 in der Nabe 6 bewirken, angeordnet. Dabei können Stärke, Anzahl und Anordnung der Permanentmagnete 10 in Abhängigkeit vom Gewicht des Fahrers gewählt werden.
In einem hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Felge 7 und die Reifen 5 auf in dem Zwischenraum 13 angeordneten Laufrollen gelagert. Auf diese Weise wird zwar keine berührungslose, aber eine sehr stabile Lagerung erreicht.
Die 4 und 5 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Nabe 6 zur Lagerung der Felge 7 und des Reifens 5 nicht durchgehend, sondern zur weiteren Gewichtseinsparung ringsegmentförmig ausgebildet ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Ringsegmente 29 vorgesehen, die jeweils einen inneren Abschnitt 21 und einen äußeren Abschnitt 22 aufweisen. Zwischen der Nabe 6 und einer seitlichen Verlängerung 25 der Felge 7 bleibt ein Zwischenraum 24.
5 zeigt einen Querschnitt durch die Nabe 6, die Felge 7 und den Reifen 5 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Die Nabe 6 weist bezogen auf das Laufrad einen inneren Abschnitt 21 und einen äußeren Abschnitt 22 auf, wobei der innere Abschnitt 21 und der äußere Abschnitt 22 voneinander durch einen Spalt 26 getrennt sind.
In diesen Spalt 26 greift die seitliche Verlängerung 25 der Felge 7, wobei für eine sichere Führung eine Ausformung 20 der Verlängerung 25 in eine Ausnehmung 23 im äußeren Abschnitt 22 der Nabe 6 eingreift. Dabei bleibt der Zwischenraum 24 zwischen der Verlängerung 25 der Felge 7 und der Nabe 6. Durch den Zwischenraum 24 ist die Felge 7 berührungslos an der Nabe 6 gelagert.
Die Aufrechterhaltung des Zwischenraums 24 erfolgt mittels eines Magnetfelds, das eine Abstoßung zwischen Nabe 6 und Verlängerung 25 der Felge 7 bewirkt. Das Magnetfeld kann mit einer hier nicht gezeigten Vorrichtung zur elektromagnetischen Erzeugung eines Magnetfelds oder in einem alternativen Ausführungsbeispiel durch Permanentmagneten erzeugt sein. Al ternativ kann die Lagerung auch hier mittels Laufrollen erfolgen.
6 zeigt eine alternative Anordnung von Ringsegmenten 29 bei dem Ausführungsbeispiel des Laufrads 2 gemäß 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Laufrad 2 eine Nabe 6 auf, die drei Ringsegmente 29 umfasst. Eines der Ringsegmente 29 ist dabei so angeordnet, dass es das Laufrad 2 bzw. dessen Felge 7 und Reifen 5 am Abrollpunkt P umschließt, an dem das Laufrad 2 auf einem Untergrund 38 abrollt. Diese Ausführungsform weist den Vorteil einer besonders hohen Stabilität auf, weil am Abrollpunkt P die größten Kräfte wirksam werden und daher eine Stabilisierung durch die Nabe 6 in diesem Punkt besonders vorteilhaft ist. Dazu muss die Nabe 6 nicht notwendigerweise genau drei Ringsegmente 29 umfassen, sondern es können auch mehr oder weniger Segmente vorgesehen sein, wobei jedoch ein Ringsegment 29 das Laufrad 2 im Abrollpunkt P führt.
Der Antrieb des Laufrads 2 kann im Bereich der Ringsegmente 29 angeordnet sein, wobei "im Bereich der Ringsegmente" bedeutet, dass er in Drehrichtung des Laufrads 2 kurz vor oder kurz nach einem der Ringsegmente 29 angeordnet oder in eines der Ringsegmente 29 integriert ist. Damit ist eine besonders hohe Stabilität des Laufrads 2 und damit auch des Fahrzeugs sichergestellt.
Eine Anordnung der Ringsegmente 29 wie in 5 gezeigt kann sowohl bei dem Rollstuhl 1 gemäß 1 als auch bei dem Zweirad 17 gemäß 7 und bei weiteren Fahrzeugen vorteilhaft eingesetzt werden.
7 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs. In dieser Ausführungsform ist das Fahrzeug ein Zweirad 17, beispielsweise ein Fahrrad mit Elektroantrieb. Es weist zwei Laufräder 2, nämlich ein Hinterrad 30 und ein Vorderrad 31, auf, die in dieser Ausführungsform beide angetrieben sind. In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist nur entweder das Vorderrad 29 oder das Hinterrad 30 angetrieben. Das Zweirad 17 weist ferner einen Rahmen 18, einen Sitz 32 für einen Fahrer und einen Lenker 33 auf.

1: Rollstuhl
2: Laufrad
3: Stützrad
4: Fahrer
5: Reifen
6: Nabe
7: Felge
8: innerer Teil
9: Linearantrieb
10: Permanentmagnete
11: Magnetkern
12: Wicklung
13: Zwischenraum
14: Spalt
15: innerer Bereich
16: seitlicher Bereich
17: Zweirad
18: Rahmen
21: innerer Abschnitt
22: äußerer Abschnitt
23: Ausnehmung
24: Zwischenraum
25: Verlängerung
26: Spalt
29: Ringsegment
30: Hinterrad
31: Vorderrad
32: Sitz
33: Lenker
38: Untergrund
P: Abrollpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4117279 A1 [0003]

Claims

Fahrzeug mit zwei oder mehr Laufrädern, wobei das Fahrzeug die folgenden Merkmale aufweist: – ein Gestell für einen Sitz für einen Fahrer (4) des Fahrzeugs, wobei die Laufräder (2) an dem Gestell angeordnet sind, – mindestens eins der Laufräder (2) weist eine ringförmig ausgebildete Nabe (6) auf, in der das Laufrad (2) zur Führung gelagert ist, – ein oder mehrere zum Antrieb der Laufräder (2) vorgesehene Linearmotoren.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe bzw. die Naben (6) als Stator des Linearmotors ausgebildet ist bzw. sind.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Felgen (7) einen Magnetkern (11) und die Naben (6) Erregerwicklungen (12) einer Induktivität aufweisen.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Naben (6) einen Magnetkern (11) und die Felgen (7) Erregerwicklungen (12) einer Induktivität aufweisen.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Felgen (7) mit einer Magnetlagerung in den Naben (6) gelagert sind.
Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Magnetlagerung der Felgen (7) in den Naben (6) eine Vorrichtung zum elektromagnetischen Erzeugen eines Magnetfeldes vorgesehen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die vertikale Magnetlagerung der Felgen (7) in den Naben (6) Permanentmagnete (10) zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen sind.
Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (10) an der der Felge (7) zugewandten Seite der Nabe (6) angeordnet sind.
Fahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (10) an der der Nabe (6) zugewandten Seite der Felge (7) angeordnet sind.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die seitliche Lagerung der Felgen (7) in den Naben (6) Permanentmagnete (10) zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen sind.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Lagerung der Felgen (7) in den Naben (6) eine Lagerung mittels Laufrollen vorgesehen ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug Stütz- oder Führungsräder (3) aufweist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein gefedertes Fahrwerk aufweist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug als Rollstuhl (1) ausgebildet ist und ein Gestell mit einer linken Seitenwand, einer rechten Seitenwand sowie einer Verbindungseinrichtung mit einem Sitz zur Aufnahme eines Fahrers (4) aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollstuhl (1) faltbar ist, wobei die Verbindungseinrichtung so ausgebildet ist, dass die linke und die rechte Seitenwand im zusammengefalteten Zustand einen geringeren Abstand voneinander aufweisen als im entfalteten Zustand.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug als Zweirad (17) mit einem Vorderrad (31) und einem Hinterrad (30) ausgebildet ist und einen Rahmen (18) sowie einen Sitz (32) zur Aufnahme eines Fahrers und einen Lenker (33) aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Vorderrad (31) als auch das Hinterrad (30) eine ringförmig ausgebildete Nabe (6), in der das jeweilige Laufrad (2) zur Führung gelagert ist, und einen Linearmotor aufweisen.
Fahrzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass nur das Vorderrad (31) eine ringförmig ausgebildete Nabe (6) und einen Linearmotor aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass nur das Hinterrad (30) eine ringförmig ausgebildete Nabe (6) und einen Linearmotor aufweist.