DE102011111632A1 - Electrical wheel drive arrangement for e.g. parallel-hybrid vehicle, has stator component whose peripheral surface is supported and rotatably mounted at axial shoulder of rim, where stator component is rotationally held by holder unit - Google Patents

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Abstract

The arrangement (10) has an electric drive machine (40) arranged in an axial region of a wheel (12) of an outer runner motor. A rotor (42) of the drive machine is formed by a rim (18) or at an inner peripheral surface of the rim. A stator (50) of the drive machine is formed as an annular stator component (52) that is attached with a stator magnet assembly (54). An inner peripheral surface of the stator component is radially supported and rotatably mounted at an axial shoulder (56) of a wheel rim (16), where the stator component is rotationally held by a holder unit (60). An independent claim is also included for a supplementary part for a wheel assembly of a vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Radantriebsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Nachrüstsatz für eine Radanordnung eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines derartigen Nachrüstsatzes.The present invention relates to an electric Radantriebsanordnung according to the preamble of claim 1 and a retrofit kit for a wheel assembly of a vehicle according to the preamble of claim 8. Furthermore, the invention relates to the use of such a retrofit kit.

Eine derartige elektrische Radantriebsanordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2010 049 608 A1 bekannt. Die bekannte Anordnung umfasst ein Rad und eine dem Rad zugeordnete elektrische Antriebsmaschine, die zum Antreiben des Rades, jedoch vorzugsweise auch generatorisch betreibbar ausgeführt sein kann. Das Rad umfasst eine zentrale Radnabe, einen sich in Radialrichtung an die Radnabe anschließenden Radkranz, und eine ringförmig geschlossen an einem Außenumfang des Radkranzes verlaufende Felge (wobei anzumerken ist, dass in dieser Veröffentlichung lediglich die Radnabe explizit genannt ist und sich die Existenz des Radkranzes und der Felge implizit aus dem technischen Kontext ergibt). Die elektrische Antriebsmaschine ist schwenkbar an einem Fahrwerk gelagert, wobei eine Antriebswelle der Antriebsmaschine über eine Gelenkwelle und ein Winkelgetriebe mit dem Rad gekoppelt ist.Such an electric wheel drive arrangement is for example from the DE 10 2010 049 608 A1 known. The known arrangement comprises a wheel and a wheel associated with the electric drive machine, which can be designed to drive the wheel, but preferably also operated as a generator. The wheel comprises a central hub, a radially adjacent to the wheel hub rim, and a ring-shaped closed on an outer circumference of the rim extending rim (it should be noted that in this publication, only the hub is explicitly mentioned and the existence of the rim and the rim implicitly results from the technical context). The electric drive machine is pivotally mounted on a chassis, wherein a drive shaft of the drive machine is coupled via a propeller shaft and an angle gear with the wheel.

Die bekannte elektrische Radantriebsanordnung erfordert eine spezielle Ausgestaltung des Rades und/oder der am Fahrzeug zur Drehlagerung des Rades vorgesehenen Komponenten.The known electric wheel drive arrangement requires a special design of the wheel and / or provided on the vehicle for pivotal mounting of the wheel components.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine konstruktiv einfache elektrische Radantriebsanordnung anzugeben, die insbesondere auch besonders gut für eine Nachrüstung an bestehenden Radanordnungen geeignet ist.It is an object of the present invention to provide a structurally simple electric wheel drive arrangement which is particularly well suited for retrofitting existing wheel assemblies.

Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer elektrischen Radantriebsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die elektrische Antriebsmaschine als ein innerhalb des axialen Erstreckungsbereiches des Rades angeordneter Außenläufermotor ausgebildet ist, dass ein Rotor der Antriebsmaschine durch die Felge oder eine an einer Innenumfangsfläche der Felge befestigte Rotormagnetanordnung ausgebildet ist, und dass ein Stator der Antriebsmaschine als eine ringförmige Statorbaueinheit enthaltend eine Statormagnetanordnung ausgebildet ist, wobei eine Innenumfangsfläche der Statorbaueinheit an einer axialen Schulter des Radkranzes radial abgestützt und drehgelagert ist, wobei die Statorbaueinheit jedoch mittels einer Halteeinrichtung drehstationär gehalten wird.According to a first aspect of the invention, this object is achieved in an electric wheel drive arrangement of the type mentioned above in that the electric drive machine is designed as an external rotor motor arranged within the axial extent of the wheel, that a rotor of the drive machine through the rim or one on an inner peripheral surface the stator fixed to the rotor magnet assembly is formed, and that a stator of the prime mover is formed as an annular Statorbaueinheit containing a stator magnet assembly, wherein an inner peripheral surface of the Statorbaueinheit is radially supported and rotatably mounted on an axial shoulder of the Radkranzes, wherein the Statorbaueinheit is held by a holding device rotationally stationary ,

Bei der erfindungsgemäßen Radantriebsanordnung ist die elektrische Antriebsmaschine platzsparend innerhalb des axialen Erstreckungsbereiches des Rades angeordnet und konstruktiv einfach aufgebaut. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass die Integration der Antriebsmaschine keine besondere Ausgestaltung der Radnabe oder der benachbart liegenden fahrzeugeigenen Komponenten erfordert. Dieser Vorteil beruht auf der Ringförmigkeit der den Stator ausbildenden Statorbaueinheit. Vorteilhaft wird eine bei vielen herkömmlichen Radkonstruktionen ohnehin vorhandene axiale Schulter des Radkranzes für eine Lagerung der Statorbaueinheit genutzt. Zu diesem Zweck ist die Innenumfangsfläche der Statorbaueinheit an der axialen Schulter des Radkranzes radial abgestützt und drehgelagert. Die Drehlagerung der Statorbaueinheit sorgt in Verbindung mit der Halteeinrichtung dafür, dass die Statorbaueinheit auch bei sich drehendem Radkranz drehstationär gehalten wird.In the wheel drive arrangement according to the invention, the electric drive machine is arranged to save space within the axial extent of the wheel and structurally simple. A particular advantage is that the integration of the prime mover does not require any special configuration of the wheel hub or of the neighboring vehicle-specific components. This advantage is based on the annularity of the stator stator assembly forming the stator. Advantageously used in many conventional wheel designs existing axial shoulder of the Radkranzes for storage of Statorbaueinheit. For this purpose, the inner peripheral surface of the Statorbaueinheit is radially supported on the axial shoulder of the Radkranzes and rotatably mounted. The pivot bearing of the Statorbaueinheit in conjunction with the holding device ensures that the Statorbaueinheit is held stationary in rotation even with rotating wheel rim.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Rotor eine Permanentmagnetanordnung umfasst, beispielsweise eine Vielzahl von über den Umfang der Felge äquidistant angeordneten Permanentmagneten. Jeder Permanentmagnet kann insbesondere ein in Radialrichtung gerichtetes Magnetfeld erzeugen, wobei z. B. eine Anordnung der einzelnen Permanentmagneten mit alternierender Magnetfeldorientierung vorgesehen sein kann (In diesem Fall muss eine gerade Anzahl von Permanentmagneten vorgesehen sein).In one embodiment, it is provided that the rotor comprises a permanent magnet arrangement, for example a multiplicity of permanent magnets arranged equidistantly over the circumference of the rim. In particular, each permanent magnet can generate a magnetic field directed in the radial direction, wherein z. B. an arrangement of the individual permanent magnets with alternating magnetic field orientation can be provided (in this case, an even number of permanent magnets must be provided).

Als eine Alternative zu Permanentmagneten kommt für den Rotor insbesondere auch eine Anordnung von kurzgeschlossenen Magnetwindungen bzw. Magnetspulen in Betracht, insbesondere wenn die elektrische Antriebsmaschine als Asynchronmaschine ausgebildet ist (bei welcher der Stator ein magnetisches Drehfeld erzeugt). Der hier verwendete Begriff der ”Magnetanordnung” soll außer Permanentmagneten auch derartige Magnetwindungen bzw. Magnetspulen bezeichnen, unabhängig davon, ob zur Erzeugung des Magnetfeldes eine Bestromung vorgesehen ist (”Elektromagnet”) oder das Magnetfeld durch Induktion erzeugt wird, wie dies z. B. bei den genannten kurzgeschlossenen Windungen bzw. Spulen der Fall ist. Unter diese Definition fällt z. B. auch eine Ausgestaltung des Rotors als so genannter Käfigläufer, d. h. einer in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Vielzahl von in Axialrichtung verlaufenden elektrisch leitfähigen Stäben, die an ihren Enden ringförmig kurzgeschlossen sind, so dass sich letztlich eine Vielzahl von über den Umfang verteilt angeordneten kurzgeschlossenen Windungen ergibt.As an alternative to permanent magnets, an arrangement of short-circuited magnetic coils or magnetic coils is also possible, in particular if the electric drive machine is designed as an asynchronous machine (in which the stator generates a magnetic rotating field). The term "magnet arrangement" as used herein is intended to designate, in addition to permanent magnets, such magnetic coils or solenoids, irrespective of whether an energization is provided for generating the magnetic field ("electromagnet") or the magnetic field is generated by induction, as described, for example, in US Pat. B. in the mentioned shorted turns or coils is the case. Under this definition falls z. B. also an embodiment of the rotor as a so-called squirrel cage, d. H. a plurality of circumferentially distributed plurality of axially extending electrically conductive rods which are annularly shorted at their ends, so that ultimately results in a plurality of distributed over the circumference arranged shorted turns.

Wenngleich nicht ausgeschlossen sein soll, dass zur Ausbildung des Rotors eine entsprechend modifizierte Felge (z. B. mit im Inneren der Felge angeordneten Magnetwindungen oder Magnetspulen) verwendet wird, so ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der Rotor eine an der Innenseite der Felge angeschraubte und/oder angeklebte Magnetanordnung umfasst. Bei dieser Magnetanordnung kann es sich insbesondere um die bereits genannte Permanentmagnetanordnung handeln, wobei z. B. eine gerade Anzahl von Permanentmagneten mit alternierender Magnetfeldorientierung über den Felgenumfang verteilt befestigt werden.Although it should not be ruled out that a correspondingly modified rim is used to form the rotor (eg with magnet windings or magnet coils arranged inside the rim), according to a preferred embodiment it is provided that the rotor engages one comprises the inside of the rim screwed and / or glued magnet assembly includes. In this magnet arrangement may in particular be the already mentioned permanent magnet arrangement, wherein z. B. an even number of permanent magnets with alternating magnetic field orientation distributed over the rim circumference.

Insbesondere im Hinblick auf eine einfache Nachrüstbarkeit, aber auch ganz allgemein im Hinblick auf eine einfache Montage, ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Rotor als eine ringförmige Baueinheit ausgebildet ist, welche z. B. ein im Wesentlichen geschlossenes Gehäuse mitsamt der darin untergebrachten Magnetanordnung umfasst. Diese Baueinheit kann z. B. für deren Verschraubung mit der Felge geeignete Befestigungsmittel, z. B. in Radialrichtung verlaufende Schraubenlöcher aufweisen.In particular, with regard to a simple retrofitting, but also quite generally with regard to a simple installation, it is provided according to an embodiment that the rotor is designed as an annular structural unit, which z. B. comprises a substantially closed housing together with the accommodated therein magnet assembly. This unit can, for. B. for the screw connection with the rim suitable fasteners, z. B. extending in the radial direction screw holes.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stator eine Elektromagnetanordnung umfasst, die z. B. aus einer Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilt angeordneten Magnetspulen bestehen kann.In one embodiment, it is provided that the stator comprises an electromagnet arrangement, the z. B. may consist of a plurality of equidistantly distributed over the circumference arranged magnetic coils.

Falls die elektrische Antriebsmaschine als Asynchronmaschine ausgebildet ist, so können hierfür z. B. drei um jeweils 120° versetzt angeordnete Elektromagnete vorgesehen sein.If the electric drive machine is designed as an asynchronous machine, so this z. B. three offset by 120 ° arranged electromagnets may be provided.

Insbesondere bei einer Ausbildung der elektrischen Antriebsmaschine als Synchronmaschine umfasst die Elektromagnetanordnung des Stators bevorzugt mehr als drei Elektromagnete, beispielsweise wenigstens sechs oder wenigstens zwölf Elektromagnete.In particular, in an embodiment of the electric drive machine as a synchronous machine, the electromagnet arrangement of the stator preferably comprises more than three electromagnets, for example at least six or at least twelve electromagnets.

Die den Stator ausbildende ringförmige Statorbaueinheit enthaltend die Statormagnetanordnung kann ein im Wesentlichen geschlossenes Gehäuse mitsamt der darin untergebrachten Magnetanordnung umfassen. Bei der hier bevorzugten Verwendung von Elektromagneten ist eine geeignete Durchführung durch das Gehäuse hindurch für den elektrischen Anschluss (Verkabelung) der Elektromagnetanordnung vorzusehen. Bevorzugt verläuft eine derartige Durchführung (z. B. Gehäuseöffnung zum Durchtritt eines elektrischen Kabels) in Axialrichtung aus dem Gehäuse heraus.The stator-forming annular stator assembly including the stator magnet assembly may include a substantially closed housing together with the magnet assembly housed therein. In the preferred use of electromagnets here, a suitable passage through the housing for the electrical connection (wiring) of the solenoid assembly is provided. Preferably, such a passage (eg housing opening for the passage of an electric cable) extends out of the housing in the axial direction.

Im Hinblick auf die radiale Abstützung und die Drehlagerung der Statorbaueinheit an der axialen Schulter des Radkranzes ist es denkbar, eine Gleitlagerung einer vom Gehäuse der Statorbaueinheit gebildeten Innenumfangsfläche auf der axialen Schulter des Radkranzes vorzusehen. Die betreffende Gehäuseoberfläche und/oder der damit zur Anlage kommende Flächenbereich der axialen Schulter können hierfür z. B. reibungsmindernd beschichtet bzw. vorbehandelt sein, wobei insbesondere auch der Einsatz eines Schmiermittels (z. B. Fett) an der Kontaktfläche zwischen Statorbaueinheit und Radkranz in Betracht kommt.With regard to the radial support and the rotary mounting of the Statorbaueinheit on the axial shoulder of the Radkranzes, it is conceivable to provide a sliding bearing formed by the housing of Statorbaueinheit inner peripheral surface on the axial shoulder of the Radkranzes. The housing surface concerned and / or thus coming to rest area of the axial shoulder can this z. B. be coated or pretreated friction reducing, in particular, the use of a lubricant (eg., Fat) at the contact surface between Statorbaueinheit and Radkranz comes into consideration.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante ist jedoch vorgesehen, dass die Radantriebsanordnung ferner ein Wälzlager zur Bewerkstelligung der Drehlagerung der Statorbaueinheit an der axialen Schulter des Radkranzes umfasst. Das Wälzlager kann z. B. als Kugellager oder Zylinderrollenlager, Tonnenrollenlager etc. ausgebildet sein und hierbei in erster Linie als ”Radiallager” fungieren. Eine Ausgestaltung des Wälzlagers auch zur Aufnahme von Axialkräften ist insofern bevorzugt, als sich in diesem Fall ein eigens zu diesem Zweck anzuordnendes Axiallager erübrigt (um die Statorbaueinheit zuverlässig in ihrer axialen Position zu halten).According to a preferred embodiment variant, however, it is provided that the wheel drive arrangement further comprises a roller bearing for effecting the rotary mounting of the stator assembly on the axial shoulder of the wheel rim. The rolling bearing z. B. as a ball bearing or cylindrical roller bearings, barrel roller bearings, etc., and in this case act primarily as a "radial bearing". An embodiment of the rolling bearing also for receiving axial forces is preferred insofar as in this case a thrust bearing to be arranged for this purpose is unnecessary (in order to reliably hold the stator assembly in its axial position).

Falls ein Wälzlager zur Bewerkstelligung der Drehlagerung der Statorbaueinheit vorgesehen ist, so kann dieses Wälzlager unmittelbar mit den übrigen Komponenten der Statorbaueinheit baulich zusammengefasst sein, also gewissermaßen einen Teil dieser Statorbaueinheit darstellen.If a roller bearing is provided for effecting the rotary mounting of the stator assembly, then this roller bearing can be structurally combined directly with the other components of the Statorbaueinheit, so to speak represent a part of this Statorbaueinheit.

Es versteht sich, dass das Wälzlager auch mehrteilig aus in Axialrichtung nebeneinander liegenden Einzellagern zusammengesetzt sein kann. Auch soll nicht ausgeschlossen sein, dass die Drehlagerung durch die Kombination eines Wälzlagers mit einer Gleitlagerung realisiert wird (bei welcher z. B. ein Innenring des Wälzlagers an der axialen Schulter des Radkranzes gleitet und/oder ein Außenring des Wälzlagers an der Innenumfangsfläche der Statorbaueinheit gleitet).It is understood that the rolling bearing can also be composed of several parts of adjacent individual bearings in the axial direction. It should also not be excluded that the pivot bearing is realized by the combination of a roller bearing with a sliding bearing (in which, for example, an inner ring of the roller bearing slides on the axial shoulder of the wheel rim and / or an outer ring of the roller bearing slides on the inner peripheral surface of the stator assembly ).

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Verhältnis zwischen dem Durchmesser der axialen Schulter des Radkranzes und dem Durchmesser der Innenumfangsfläche der Felge im Bereich von 0,3 bis 0,6 liegt.In one embodiment, it is provided that a ratio between the diameter of the axial shoulder of the rim and the diameter of the inner peripheral surface of the rim is in the range of 0.3 to 0.6.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Halteeinrichtung einen einerseits mit der Statorbaueinheit verbundenen und andererseits mit einer fahrzeugseitigen Komponente verbundenen Halter umfasst.In one embodiment, it is provided that the holding device comprises a holder connected on the one hand to the stator assembly and, on the other hand, to a vehicle-side component.

Der Halter kann z. B. als eine Strebe oder ein Bügel ausgebildet sein, dessen Enden mit Befestigungsmitteln (z. B. Verschraubungslöchern) ausgestattet sind, so dass der Halter einerseits an der Statorbaueinheit und andererseits an der fahrzeugseitigen Komponente befestigt werden kann.The holder can z. Example, be designed as a strut or a bracket whose ends are equipped with fastening means (eg., Bolt holes), so that the holder can be attached on the one hand to the Statorbaueinheit and on the other hand to the vehicle-mounted component.

In Radialrichtung betrachtet erstreckt sich die Statorbaueinheit in einem Bereich zwischen der Radnabe (bzw. einem mittleren Bereich des Radkranzes) und der Felge. In diesem Bereich ist insbesondere bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen ein Bremssattel einer dem betreffenden Rad zugeordneten Scheibenbremse angeordnet. In einer diesbezüglich vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Halter für eine fahrzeugseitige Befestigung im Bereich eines solchen Bremssattels ausgebildet ist. In einer speziellen Weiterbildung wird hierbei eine Verschraubung des Bremssattels mit einer fahrzeugseitigen Komponente gleichzeitig zum Befestigen des Halters genutzt.As viewed radially, the stator assembly extends in an area between the wheel hub (or a central region of the rim) and the rim. In this area is particular arranged in conventional motor vehicles, a caliper of the respective wheel associated disc brake. In an embodiment which is advantageous in this respect, it is provided that the holder is designed for fastening on the vehicle side in the region of such a brake caliper. In a special development, a screw connection of the caliper with a vehicle-side component is used at the same time for fastening the holder.

Die erfindungsgemäße elektrische Radantriebsanordnung ist insbesondere für vierrädrige Straßenkraftfahrzeuge geeignet, beispielsweise zur Ausgestaltung dieser Fahrzeuge als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug, worunter hier Fahrzeuge verstanden werden, die ihre Antriebsenergie aus einer Kombination wenigstens einer Brennkraftmaschine (z. B. Ottomotor oder Dieselmotor) und wenigstens einer elektrischen Antriebsmaschine beziehen. Zur Speicherung bzw. Zwischenspeicherung von elektrischer Energie weisen derartige Fahrzeuge eine ”Traktionsbatterie” auf.The electric wheel drive arrangement according to the invention is particularly suitable for four-wheeled road vehicles, for example for designing these vehicles as electric vehicles or as hybrid vehicles, which are understood here to be vehicles that supply their drive energy from a combination of at least one internal combustion engine (eg gasoline engine or diesel engine) and at least one electric motor Refer to prime mover. For storage or intermediate storage of electrical energy, such vehicles have a "traction battery" on.

Die in der Traktionsbatterie gespeicherte elektrische Energie kann zum Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine(n) verwendet werden. Ein Laden der Traktionsbatterie kann durch externe Ladestationen (gewissermaßen ”aus der Steckdose”) erfolgen und/oder durch Rekuperation von elektrischer Energie beim Bremsen des Fahrzeuges, d. h. durch einen generativen Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine(n) und Rückspeisung der so gewonnenen elektrischen Energie in die Traktionsbatterie.The electrical energy stored in the traction battery can be used to operate the electric drive machine (s). Charging the traction battery can be done by external charging stations (as it were "out of the socket") and / or by recuperation of electrical energy when braking the vehicle, d. H. by a generative operation of the electric drive machine (s) and recovery of the electrical energy thus obtained in the traction battery.

Für die Ansteuerung der erfindungsgemäß verwendeten elektrischen Antriebsmaschine kann vorteilhaft auf an sich bekannte Konzepte aus dem Stand der Technik zurückgegriffen werden. Solche Konzepte, insbesondere enthaltend Details der elektrischen Ansteuerung unter Verwendung von Wechselrichtern (Invertern), einschließlich Rekuperationsbetrieb, sind in vielfältigen Ausführungen insbesondere aus dem Bereich von Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen (einschließlich so genannter ”Plug-in-Hybride”) bekannt und bedürfen daher hier keiner detaillierten Erläuterung.For the control of the electric drive machine used in the invention can be used advantageously on known concepts of the prior art. Such concepts, in particular containing details of the electrical control using inverters (inverters), including recuperation operation, are known in various designs, in particular from the field of electric vehicles and hybrid vehicles (including so-called "plug-in hybrids") and therefore require none here detailed explanation.

Eine besonders vorteilhafte Verwendung der Erfindung ergibt sich jedoch für Fahrzeuge, die originär lediglich mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb gefertigt wurden, bei denen jedoch die erfindungsgemäße elektrische Radantriebsanordnung durch eine spätere Nachrüstung realisiert wurde.However, a particularly advantageous use of the invention results for vehicles that were originally manufactured only with an internal combustion engine drive, but in which the inventive electric Radantriebsanordnung was realized by a subsequent retrofitting.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist daher ein Nachrüstsatz für eine Radanordnung eines Fahrzeuges vorgesehen, wobei die Radanordnung ein Rad mit einer zentralen Radnabe, einen sich in Radialrichtung an die Radnabe anschließenden Radkranz, und eine ringförmig geschlossen an einem Außenumfang des Radkranzes verlaufende Felge umfasst, und wobei der Radkranz eine axiale Schulter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachrüstsatz umfasst:

  • – einen Rotor, ausgebildet als eine an einer Innenumfangsfläche der Felge befestigbare Rotormagnetanordnung, und
  • – einen Stator, ausgebildet als eine ringförmige Statorbaueinheit enthaltend eine Statormagnetanordnung, mit einer Innenumfangsfläche zur radialen Abstützung und Drehlagerung der Statorbaueinheit an der axialen Schulter des Radkranzes,
wobei der Rotor und der Stator im montierten Zustand eine als innerhalb des axialen Erstreckungsbereiches des Rades angeordneter Außenläufermotor ausgebildete, dem Rad zugeordnete elektrische Antriebsmaschine bilden.According to a further aspect of the present invention, therefore, a retrofit kit is provided for a wheel assembly of a vehicle, the wheel assembly comprising a wheel with a central hub, a radially adjacent to the wheel hub rim, and a ring-shaped closed running on an outer periphery of the rim rim , and wherein the wheel rim has an axial shoulder, characterized in that the retrofit kit comprises:
  • A rotor formed as a rotor magnet assembly attachable to an inner peripheral surface of the rim, and
  • A stator formed as an annular stator assembly comprising a stator magnet assembly having an inner circumferential surface for radially supporting and pivotally mounting the stator assembly to the axial shoulder of the rim,
wherein the rotor and the stator in the assembled state form an electric drive machine designed as an external rotor motor arranged within the axial extent of the wheel and associated with the wheel.

Die weiter oben für die elektrische Radantriebsanordnung bereits beschriebenen besonderen Ausgestaltungen und Weiterbildungen können in analoger Weise auch für den erfindungsgemäßen Nachrüstsatz vorgesehen sein. In dieser Hinsicht wird auf die obige Beschreibung verwiesen. Beispielsweise kann der Nachrüstsatz insbesondere auch eine einerseits mit der Statorbaueinheit und andererseits mit einer fahrzeugseitigen drehstationären Komponente verbindbare Halteeinrichtung für das drehstationäre Halten der montierten Statorbaueinheit umfassen. Außerdem kann der Nachrüstsatz auch elektrische bzw. elektronische Komponenten umfassen, insbesondere wenigstens eine Steuereinrichtung und eine elektrische Kabelanordnung.The special configurations and further developments already described above for the electric wheel drive arrangement can also be provided in an analogous manner for the retrofit kit according to the invention. In this regard, reference is made to the above description. For example, the retrofit kit may in particular also comprise a holding device which can be connected on the one hand to the stator assembly and, on the other hand, to a vehicle-mounted, stationary component for the stationary stationary holding of the mounted stationary component. In addition, the retrofit kit may also include electrical or electronic components, in particular at least one control device and an electrical cable assembly.

Gemäß eines noch weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Nachrüstsatzes zum Nachrüsten eines mit einer Brennkraftmaschine (z. B. Ottomotor oder Dieselmotor) angetriebenen Fahrzeuges vorgesehen.According to yet another aspect of the present invention, there is provided the use of a retrofit kit according to the invention for retrofitting a vehicle driven by an internal combustion engine (eg gasoline engine or diesel engine).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:The invention will be further described by means of an embodiment with reference to the accompanying drawings. They show:

1 eine schematische Radialschnittansicht einer elektrischen Radantriebsanordnung gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, 1 FIG. 2 is a schematic radial sectional view of an electric wheel drive arrangement according to an embodiment of the invention; FIG.

2 eine schematische Seitenansicht der Radantriebsanordnung von 1, und 2 a schematic side view of the wheel drive assembly of 1 , and

3 ein Blockdiagramm eines elektrischen Antriebssystems eines Fahrzeuges, welches mit vier elektrischen Radantriebsanordnungen ausgestattet ist. 3 a block diagram of an electric drive system of a vehicle, which is equipped with four electric Radantriebsanordnungen.

1 zeigt eine elektrische Radantriebsanordnung 10 eines Fahrzeuges, beispielsweise eines PKWs. 1 shows an electric wheel drive assembly 10 a vehicle, such as a car.

Die Radantriebsanordnung 10 umfasst ein Rad 12 mit einer zentralen Radnabe 14, einem sich in Radialrichtung (nach außen) an die Radnabe 14 anschließenden Radkranz 16 und einer ringförmig geschlossen an einem Außenumfang des Radkranzes 16 verlaufenden Felge 18. Radial außerhalb der in Axialrichtung sich erstreckenden Felge 18 ist ein luftgefüllter Reifen 20 angeordnet, von welchem axial beabstandete Seitenwände an axial beabstandeten Dichtungsstreifen (radiale Vorsprünge) der Felge 18 abgedichtet sind.The wheel drive assembly 10 includes a wheel 12 with a central wheel hub 14 , one in the radial direction (outwards) to the wheel hub 14 adjoining wheel rim 16 and an annular closed on an outer circumference of the Radkranzes 16 extending rim 18 , Radially out of the axially extending rim 18 is an air filled tire 20 arranged, from which axially spaced sidewalls on axially spaced sealing strips (radial projections) of the rim 18 are sealed.

Das Rad 12 ist mittels Radschrauben 22 im Bereich der Radnabe 14 an eine um eine Drehachse A drehbar gelagerte Spindel 24 angeschraubt. Die Drehlagerung der Spindel 24 und somit des Rades 12 ist durch ein Drehlager 26 realisiert, welches die Spindel 24 drehbar an einem Radaufhängungsteil 28 einer Radaufhängung des Fahrzeuges lagert.The wheel 12 is by means of wheel bolts 22 in the area of the wheel hub 14 to a spindle rotatably mounted about a rotation axis A. 24 screwed. The pivot bearing of the spindle 24 and thus the wheel 12 is through a pivot bearing 26 realized which the spindle 24 rotatable on a suspension part 28 a suspension of the vehicle stores.

Ein mit dem Radaufhängungsteil 28 verbundener Ansatz 30 dient zur Lagerung eines Bremssattels 32, der zu diesem Zweck mittels einer Verschraubung 34 an diesem Ansatz 30 befestigt ist. In dem Bremssattel 32 gelagerte Bremsklötze wirken in an sich bekannter Weise auf eine Bremsscheibe 36, welche mittels einer Verschraubung 38 drehfest mit der Spindel 24 verbunden ist.One with the suspension part 28 connected approach 30 serves for the storage of a caliper 32 , for this purpose by means of a screw connection 34 at this approach 30 is attached. In the caliper 32 mounted brake pads act in a conventional manner on a brake disc 36 , which by means of a screw 38 rotationally fixed with the spindle 24 connected is.

Die bis hierher beschriebenen Komponenten der elektrischen Radantriebsanordnung 10 sind von herkömmlicher Art. Zur Ausbildung der dargestellten elektrischen Radantriebsanordnung 10 wurde die herkömmliche Anordnung nachträglich mit einer nachfolgend beschriebenen elektrischen Antriebsmaschine 40 ergänzt.The components of the electric wheel drive arrangement described so far 10 are of a conventional type. To form the illustrated electric wheel drive assembly 10 The conventional arrangement has been retrofitted with an electric drive machine described below 40 added.

Die elektrische Antriebsmaschine 40 ist als ein innerhalb des axialen Erstreckungsbereiches des Rades 12 angeordneter Außenläufermotor ausgebildet und umfasst einen Rotor 42, der durch eine an einer Innenumfangsfläche 44 der Felge 18 aufgeklebte (alternativ: z. B. angeschraubte) Anordnung von Rotormagneten, hier Permanentmagneten 46, ausgebildet ist.The electric drive machine 40 is as one within the axial extent of the wheel 12 arranged external rotor motor formed and comprises a rotor 42 by one on an inner peripheral surface 44 the rim 18 glued on (alternatively: eg screwed on) arrangement of rotor magnets, here permanent magnets 46 , is trained.

Ein Stator 50 der Antriebsmaschine 40 ist als eine ringförmige Statorbaueinheit ausgebildet. Die Statorbaueinheit umfasst im dargestellten Beispiel ein Statorgehäuse 52 und eine darin untergebrachte Anordnung von Statormagneten, die hier als bestrombare Elektromagnete 54 ausgebildet sind.A stator 50 the prime mover 40 is formed as an annular Statorbaueinheit. In the example shown, the stator assembly comprises a stator housing 52 and an array of stator magnets housed therein, referred to herein as energizable solenoids 54 are formed.

Eine von dem Statorgehäuse 52 ausgebildete Innenumfangsfläche der Statorbaueinheit 52, 54 ist an einer axialen Schulter 56 des Radkranzes 16 radial abgestützt und mittels eines Drehlagers, hier Wälzlagers 58 drehgelagert.One of the stator housing 52 formed inner peripheral surface of the stator assembly 52 . 54 is on an axial shoulder 56 of the wheel rim 16 radially supported and by means of a pivot bearing, here rolling bearing 58 rotatably mounted.

Die axiale Schulter 56 des Radkranzes 16 befindet sich im dargestellten Beispiel in Radialrichtung betrachtet in einem mittleren Bereich des Rades 12. Ein Verhältnis zwischen dem Durchmesser der axialen Schulter 56 und dem Durchmesser der Innenumfangsfläche 44 der Felge 18 beträgt etwa 0,5.The axial shoulder 56 of the wheel rim 16 is located in the illustrated example in the radial direction in a central region of the wheel 12 , A ratio between the diameter of the axial shoulder 56 and the diameter of the inner peripheral surface 44 the rim 18 is about 0.5.

Die dargestellte räumliche Anordnung des Rotors 42 und des Stators 50 in Axialrichtung betrachtet innerhalb des Erstreckungsbereiches des Rades 12 und in Radialrichtung betrachtet außerhalb des Bereiches der Radnabe 14 und der Spindel 24 ergibt einen besonders platzsparenden und kompakten Aufbau, welcher vorteilhaft keine besonderen Anforderungen an die Konstruktion der im radial inneren bzw. zentralen Bereich des Rades 12 bzw. der Radaufhängung befindlichen Komponenten stellt. Die bei vielen Radkonstruktionen ohnehin vorhandene Profilierung des Radquerschnittes, mit wenigstens einer axialen Schulter im Bereich des Radkranzes, ermöglicht vorteilhaft die Nachrüstung einer herkömmlichen Radanordnung, um die dargestellte elektrische Radantriebsanordnung 10 zu erhalten.The illustrated spatial arrangement of the rotor 42 and the stator 50 viewed in the axial direction within the extension of the wheel 12 and radially out of the range of the wheel hub 14 and the spindle 24 results in a particularly space-saving and compact design, which advantageously no special requirements for the construction of the radially inner or central region of the wheel 12 or the suspension components. The existing in many wheel designs already profiling the wheel cross-section, with at least one axial shoulder in the region of the rim, advantageously allows the retrofitting of a conventional wheel assembly to the illustrated electric Radantriebsanordnung 10 to obtain.

Ein drehstationäres Halten des am Radkranz 16 aufsitzenden Stators 50 erfordert neben der hier durch das Wälzlager 58 realisierten Drehbeweglichkeit des Stators 50 bezüglich des Radkranzes 16 eine Drehfixierung des Stators 50 bezüglich des Fahrzeugs. Diese Drehfixierung ist im dargestellten Beispiel durch einen bügelförmigen Halter 60 bewerkstelligt, der einerseits mit der Statorbaueinheit 52, 54 und andererseits mit einer fahrzeugseitigen nicht-drehenden Komponente verbunden wurde. Im dargestellten Beispiel ist der Halter 60 einerseits mittels einer Verschraubung 62 an einer axialen Seitenwand des Statorgehäuses 52 befestigt und andererseits an dem Ansatz 30 der Scheibenbremsanlage befestigt. Für die letztere Befestigung wird im dargestellten Beispiel vorteilhaft dieselbe Verschraubung 34 genutzt, mittels welcher auch der Bremssattel 32 am Ansatz 30 angeschraubt ist. Abweichend vom dargestellten Beispiel könnte die Drehfixierung des Stators 50 jedoch alternativ oder zusätzlich auch durch andere drehfeste Kopplungen zwischen dem Stator 50 und der Radaufhängung des Fahrzeuges vorgesehen sein.A stationary station holding the wheel rim 16 seated stator 50 requires next to here through the rolling bearing 58 realized rotational mobility of the stator 50 concerning the rim 16 a rotational fixation of the stator 50 with respect to the vehicle. This rotational fixation is in the example shown by a bow-shaped holder 60 accomplished, on the one hand with the Statorbaueinheit 52 . 54 and on the other hand connected to a vehicle-side non-rotating component. In the example shown, the holder 60 on the one hand by means of a screw connection 62 on an axial side wall of the stator housing 52 attached and on the other hand to the approach 30 attached to the disc brake system. For the latter attachment is advantageous in the example shown the same screw 34 used, by means of which also the caliper 32 at the beginning 30 screwed on. Deviating from the example shown, the rotational fixation of the stator 50 however, alternatively or additionally, by other non-rotatable couplings between the stator 50 and the suspension of the vehicle may be provided.

2 veranschaulicht nochmals in einer schematischen Seitenansicht einige der bereits beschriebenen Komponenten der elektrischen Radantriebsanordnung 10. 2 illustrates again in a schematic side view some of the components of the electric wheel drive arrangement already described 10 ,

Aus dieser Ansicht ist ersichtlich, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Rotor 42 insgesamt 24 Permanentmagnete 46 umfasst, die in Umfangsrichtung äquidistant, d. h. um jeweils 15° zueinander versetzt angeordnet sind. Diese Permanentmagnete 46 erzeugen im dargestellten Beispiel in Radialrichtung verlaufende Magnetfelder mit alternierender Magnetfeldorientierung.From this view, it can be seen that in the present embodiment, the rotor 42 a total of 24 permanent magnets 46 comprises, in the circumferential direction equidistant, ie by 15 ° arranged offset from each other. These permanent magnets 46 generate in the example shown in the radial direction magnetic fields with alternating magnetic field orientation.

Der Stator 50 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt 12 Elektromagnete 54, die in Umfangsrichtung betrachtet äquidistant, d. h. um jeweils 30° zueinander versetzt im Statorgehäuse 52 angeordnet sind.The stator 50 includes in the illustrated embodiment a total of 12 electromagnets 54 viewed in the circumferential direction equidistant, ie offset by 30 ° to each other in the stator housing 52 are arranged.

Der Einfachheit der Darstellung von 2 halber sind insbesondere die Komponenten der Radaufhängung mitsamt Scheibenbremsanlage und der Halter 60 zur Drehfixierung des Stators 50 in 2 weggelassen.The simplicity of the representation of 2 In particular, the components of the suspension, including the disc brake system, and the holder are all parts 60 for rotational fixation of the stator 50 in 2 omitted.

Die aus dem Rotor 42 und dem Stator 50 gebildete elektrische Antriebsmaschine 40 arbeitet im dargestellten Beispiel als Synchronmaschine, bei welcher das Rad 12 durch geeignete Bestromung der Statormagnete 54 mittels elektrischer Energie aus einer Traktionsbatterie angetrieben werden kann. Darüber hinaus ist auch generatorischer Betrieb ermöglicht, um die elektrische Antriebsmaschine 40 auch zum Bremsen des Fahrzeuges unter Rekuperation von elektrischer Energie zu betreiben.The from the rotor 42 and the stator 50 formed electric drive machine 40 works in the example shown as a synchronous machine in which the wheel 12 by suitable energization of the stator magnets 54 can be driven by means of electrical energy from a traction battery. In addition, generator operation is also possible to the electric drive machine 40 also to brake the vehicle to operate under recuperation of electrical energy.

Es versteht sich, dass sowohl das hier beispielhaft dargestellte Konzept der Antriebsmaschine 40 als auch deren Ansteuerung in der Praxis in vielfältiger Weise modifiziert werden können, insbesondere auch hinsichtlich der Art und Anzahl von Magneten des Rotors 42 und des Stators 50.It is understood that both the concept of the prime mover exemplified here 40 as well as their control in practice can be modified in many ways, especially with regard to the type and number of magnets of the rotor 42 and the stator 50 ,

In den 1 und 2 ist der Einfachheit der Darstellung halber auch die zur Bestromung der Statormagnete 54 erforderliche elektrische Verkabelung weggelassen. Eine solche Verkabelung kann in an sich bekannter Weise erfolgen, wobei z. B. ein mehradriges Kabel zweckmäßigerweise an einer axial inneren Seitenwand des Statorgehäuses 52 herausgeführt und mit einer entsprechenden Ansteuerelektronik verbunden wird (vgl. auch 3). Insbesondere kann das genannte Kabel im Bereich des ohnehin vorgesehenen Halters 60 aus dem Statorgehäuse 52 herausgeführt (und an diesem Halter 60 befestigt) werden.In the 1 and 2 For the sake of simplicity of illustration, it is also for energizing the stator magnet 54 required electrical wiring omitted. Such wiring can be done in a conventional manner, wherein z. B. a multi-core cable conveniently on an axially inner side wall of the stator housing 52 led out and connected to a corresponding control electronics (see also 3 ). In particular, the said cable in the area of the anyway provided holder 60 from the stator housing 52 led out (and on this holder 60 attached).

Der zur Ausbildung der elektrischen Radantriebsanordnung 10 verwendete ”Nachrüstsatz” umfasst den Rotor 42, der hier aus den einzelnen Permanentmagneten 46 besteht, alternativ jedoch auch als ringförmige Baueinheit mit einem Gehäuse vorgesehen sein könnte, in welchem die Permanentmagneten 46 bereits in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Des Weiteren umfasst der Nachrüstsatz die Statorbaueinheit 52, 54, gegebenenfalls mitsamt daran bereits integriertem Wälzlager 58, sowie den Halter 60 mitsamt Befestigungsschrauben 62.The training for the electric Radantriebsanordnung 10 used "retrofit kit" includes the rotor 42 from the individual permanent magnets 46 exists, but alternatively could also be provided as an annular unit with a housing, in which the permanent magnets 46 already arranged distributed in the circumferential direction. Furthermore, the retrofit kit includes the stator assembly 52 . 54 , possibly together with an already integrated rolling bearing 58 , as well as the holder 60 together with fixing screws 62 ,

Im Hinblick auf die elektrische Ansteuerung der Antriebsmaschine 40 umfasst der Nachrüstsatz im dargestellten Beispiel auch noch elektrische bzw. elektronische Einrichtungen, auf die nachfolgend noch mit Bezug auf die 3 eingegangen wird.With regard to the electrical control of the prime mover 40 In the example shown, the retrofit kit also includes electrical or electronic devices, to which reference will now be made with reference to FIGS 3 will be received.

3 zeigt ein Blockdiagramm des elektrischen Antriebssystems des nachgerüsteten (vierrädrigen) Fahrzeuges. Das ursprünglich bei dem Fahrzeug vorhandene Antriebssystem auf Basis einer Brennkraftmaschine (z. B. Benzinmotor) ist in 3 nicht dargestellt (jedoch vorhanden). Dieses konventionelle Antriebssystem kann in an sich bekannter Weise z. B. als Vorderradantrieb oder Hinterradantrieb oder Allradantrieb ausgestaltet sein. 3 shows a block diagram of the electric drive system of the retrofitted (four-wheeled) vehicle. The original drive system based on an internal combustion engine (eg gasoline engine) that is present in the vehicle is known from 3 not shown (but available). This conventional drive system can in a conventional manner z. B. be configured as a front-wheel drive or rear-wheel drive or four-wheel drive.

In 3 sind an zwei Vorderrädern elektrische Radantriebsanordnungen 10-1, 10-2 und an zwei Hinterrädern elektrische Radantriebsanordnungen 10-3, 10-4 vorgesehen, die jeweils im Wesentlichen so ausgebildet sind, wie dies mit Bezug auf die 1 und 2 bereits beschrieben wurde. Unterschiede zwischen einerseits den Anordnungen 10-1, 10-2 und andererseits den Anordnungen 10-3, 10-4 ergeben sich insbesondere dann, wenn das herkömmliche Antriebssystem auf Basis der Brennkraftmaschine z. B. lediglich auf die Vorderräder oder lediglich auf die Hinterräder wirkt. Die in 1 dargestellte Spindel 24 kann dementsprechend ”freilaufend” oder aber drehangetrieben (als Teil des konventionellen Antriebsstranges) vorgesehen sein.In 3 On two front wheels are electric wheel drive assemblies 10-1 . 10-2 and on two rear wheels, electric wheel drive assemblies 10-3 . 10-4 are provided, which are each formed substantially as described with respect to the 1 and 2 already described. Differences between the arrangements 10-1 . 10-2 and on the other hand the arrangements 10-3 . 10-4 arise in particular when the conventional drive system based on the internal combustion engine z. B. acts only on the front wheels or only on the rear wheels. In the 1 shown spindle 24 can accordingly be provided "free-running" or rotationally driven (as part of the conventional drive train).

Im in 3 dargestellten Beispiel wurden alle vier konventionellen Radanordnungen zu den elektrifizierten Radantriebsanordnungen 10-1 bis 10-4 aufgerüstet. Abweichend davon könnte jedoch auch z. B. eine Nachrüstung nur an den Vorderrädern oder nur an den Hinterrädern vorgesehen sein.Im in 3 All four conventional wheel assemblies have become electrified wheel drive assemblies 10-1 to 10-4 upgraded. Deviating from this, however, could also z. B. retrofitting may be provided only on the front wheels or only on the rear wheels.

Die Bestromung der in den Anordnungen 10-1 bis 10-4 enthaltenen elektrischen Antriebsmaschinen erfolgt über mehradrige elektrische Kabel 70-1 bis 70-4. Die Anzahl an Adern in diesen Kabeln hängt von der konkreten Konstruktion und Betriebsweise der elektrischen Antriebsmaschinen ab. Über dieselben Kabel 70-1 bis 70-4 wird auch der im regenerativen Betrieb der Antriebsmaschinen erzeugte Strom geführt. Die Anbindung der Kabel 70-1 bis 70-4 erfolgt über Steckverbinder 72-1 bis 72-4, die in der Nähe der jeweiligen Radantriebsanordnung angeordnet sind (z. B. im Bereich des in 1 dargestellten Halters 60). Gegebenenfalls können die Kabel 70-1 bis 70-4 auch zusätzlich Leitungen zur Übertragung von Sensorsignalen enthalten, welche von einer Drehwinkelsensorik im Bereich der jeweiligen Antriebsmaschine 40 Informationen über die aktuellen Drehwinkelstellungen der Räder zu erhalten, die für die Synchronisierungen der Antriebsmaschinen genutzt werden.The energization of the in the arrangements 10-1 to 10-4 included electric drive machines via multi-core electrical cable 70-1 to 70-4 , The number of cores in these cables depends on the specific design and operation of the electric drive machines. About the same cables 70-1 to 70-4 also the current generated in the regenerative operation of the drive machines is performed. The connection of the cables 70-1 to 70-4 via connector 72-1 to 72-4 , which are arranged in the vicinity of the respective wheel drive arrangement (eg in the region of in 1 shown holders 60 ). If necessary, the cables 70-1 to 70-4 Also contain additional lines for transmitting sensor signals, which of a rotation angle sensor in the region of the respective drive machine 40 To obtain information about the current rotational position of the wheels used for the synchronizers of the prime movers.

Die Steuerung der Bestromung bzw. der Energierückgewinnung beim Bremsen des Fahrzeuges erfolgt mittels Steuereinrichtungen 74-1 bis 74-4, an denen die Kabel 70-1 bis 70-4 angeschlossen sind. Diese Steuereinrichtungen beinhalten jeweils im Wesentlichen einen steuerbaren Wechselrichter, um einen jeweils zweiphasig zugeführten Strom aus einer Traktionsbatterie 76 in den je nach Betriebssituation erforderlichen Wechselstrom zu wandeln bzw. einen regenerativ als Wechselstrom über die Kabel 70-1 bis 70-4 zugeführten Strom in einen Gleichstrom zum Nachladen der Traktionsbatterie 76 zu wandeln. The control of the energization or the energy recovery during braking of the vehicle by means of control devices 74-1 to 74-4 to which the cables 70-1 to 70-4 are connected. Each of these controllers generally includes a controllable inverter to provide a bi-phase current from a traction battery 76 to convert into the required alternating current depending on the operating situation or a regenerative as alternating current via the cable 70-1 to 70-4 supplied power into a DC to recharge the traction battery 76 to change.

Der elektrische Energiefluss von der Traktionsbatterie 76 zu den Steuereinrichtungen 74-1 bis 74-4 bzw. in umgekehrter Richtung (bei regenerativem Betrieb der Antriebsmaschine) erfolgt über zweiadrige Kabel 78-1 bis 78-4.The electrical energy flow from the traction battery 76 to the control devices 74-1 to 74-4 or in the opposite direction (in regenerative operation of the prime mover) via two-core cable 78-1 to 78-4 ,

Zur Steuerung des Gesamtsystems ist im dargestellten Beispiel eine zentrale elektronische Steuereinheit 80 vorgesehen, die z. B. einen programmierbaren Mikrocontroller enthält und über ein Bussystem mit Busleitungen 82-1 bis 82-4 mit den dezentralen (jeweils einer der elektrischen Radantriebsanordnungen 10-1 bis 10-4 zugeordneten) Steuereinrichtungen 74-1 bis 74-4 verbunden ist. Über diese Busleitungen 82-1 bis 82-4 steuert die zentrale Steuereinheit 80 die zum Betrieb der elektrischen Antriebseinrichtungen erforderlichen Schaltvorgänge in den Steuereinrichtungen 74-1 bis 74-4, sowohl im Antriebsbetrieb als auch im regenerativen Betrieb.To control the overall system is a central electronic control unit in the example shown 80 provided, the z. B. contains a programmable microcontroller and a bus system with bus lines 82-1 to 82-4 with the decentralized (each one of the electric Radantriebsanordnungen 10-1 to 10-4 associated) control devices 74-1 to 74-4 connected is. About these bus lines 82-1 to 82-4 controls the central control unit 80 the switching operations required in the control devices for operating the electric drive devices 74-1 to 74-4 , both in drive mode and in regenerative mode.

Die zentrale Steuereinheit 80 ist ferner über eine Busleitung 84 (und einen Steckverbinder 86) mit einem im betreffenden Fahrzeug ohnehin vorhandenen elektronischen Bus 88 (z. B. CAN-Bus) verbunden, so dass auch eine Kommunikation der Steuereinheit 80 mit weiteren am Bus 88 angeschlossenen Buskomponenten erfolgen kann. Viele herkömmliche Kraftfahrzeuge verfügen über eine OBD (”On-Board-Diagnose”)-Schnittstelle. Der Steckverbinder 86 kann gegebenenfalls z. B. an einer solchen Schnittstelle (Buchse) angeschlossen werden. Über diese Kommunikationsverbindung können der Steuereinheit 80 insbesondere Informationen betreffend aktuelle Bedienerwünsche wie ”Beschleunigen” und ”Bremsen” übermittelt werden, so dass die Steuereinheit 80 unter Berücksichtigung dieser Bedienervorgaben auf Basis eines in der Steuereinheit 80 ablaufenden Software-Algorithmus die erforderlichen Ansteuersignale an die dezentralen Steuereinrichtungen 74-1 bis 74-4 kommuniziert, welche wiederum den Energiefluss zwischen der Traktionsbatterie 76 und den einzelnen elektrischen Radantriebsanordnungen 10-1 bis 10-4 steuern.The central control unit 80 is also via a bus line 84 (and a connector 86 ) with an existing in the vehicle anyway electronic bus 88 (eg CAN bus), so that also a communication of the control unit 80 with others on the bus 88 connected bus components can be done. Many conventional motor vehicles have an on-board diagnostics (OBD) interface. The connector 86 can optionally z. B. be connected to such an interface (socket). About this communication connection, the control unit 80 In particular, information regarding current operator requests such as "accelerate" and "brakes" are transmitted so that the control unit 80 taking into account these operator specifications based on a in the control unit 80 running software algorithm, the required control signals to the decentralized control devices 74-1 to 74-4 communicates, which in turn controls the flow of energy between the traction battery 76 and the individual electric wheel drive assemblies 10-1 to 10-4 Taxes.

Der in diesem Beispiel verwendete Nachrüstsatz umfasst neben den oben bereits beschriebenen Radantriebskomponenten insbesondere die in 3 veranschaulichten elektrischen bzw. elektronischen Komponenten samt Verkabelung (Kabelbaum mit Steckverbindern).The retrofit kit used in this example, in addition to the above-described wheel drive components in particular those in 3 illustrated electrical or electronic components including wiring (harness with connectors).

Die Anbindung der elektrischen bzw. elektronischen Komponenten des Nachrüstsatzes an das Fahrzeug erfolgt bevorzugt wie beschrieben über eine geeignete Kommunikationsschnittstelle bzw. ein in oder an der Steuereinrichtung vorgesehenes Kommunikationsmodul, welches sich mit einem ohnehin im Fahrzeug befindlichen Steuerungssystem (digital oder analog) verständigt. Falls die Nachrüstung an einem Fahrzeug erfolgen soll, welches werksseitig nicht mit einem für diese Nachrüstung unmittelbar geeigneten Steuerungssystem ausgestattet wurde, so kann eine erfindungsgemäße Nachrüstung dennoch erfolgen, indem gleichzeitig auch die zum Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine(n) notwendigen Steuer-, Mess- und/oder Regeleinrichtungen ebenfalls nachgerüstet werden.The connection of the electrical or electronic components of the retrofit kit to the vehicle is preferably carried out as described via a suitable communication interface or provided in or on the control device communication module, which communicates with an already in-vehicle control system (digital or analog). If retrofitting is to take place on a vehicle which has not been factory-equipped with a control system which is directly suitable for this retrofitting, retrofitting according to the invention can nevertheless take place by simultaneously also requiring the control, measuring and control devices necessary for operating the electric drive machine (s) / or control devices are also retrofitted.

In diesem Zusammenhang ist nochmals anzumerken, dass die für das beschriebene Ausführungsbeispiel in 3 veranschaulichte Steuerschematik lediglich beispielhaft zu verstehen ist und in der Praxis in vielfältiger Weise abgewandelt werden kann. Insbesondere können die Anzahl und Anordnung von Steuereinrichtungen auch anders als in diesem Beispiel beschrieben gewählt werden, insbesondere in Anpassung an den nachzurüstenden Fahrzeugtyp und/oder in Anpassung an den zu realisierenden ”Hybridantriebstyp”.In this context, it should again be noted that for the embodiment described in 3 illustrated control scheme is to be understood only as an example and can be modified in practice in many ways. In particular, the number and arrangement of control devices can also be selected differently than described in this example, in particular in adaptation to the retrofitted vehicle type and / or in adaptation to the "hybrid drive type" to be realized.

Zusammenfassend wird damit ein Nachrüstsatz bereitgestellt, mittels welchem im Prinzip beliebige Fahrzeuge, insbesondere herkömmlicherweise lediglich mit einer Brennkraftmaschine angetriebene Straßenkraftfahrzeuge, in ein Elektro- oder Hybridfahrzeug gewandelt werden können. Abhängig von der Ansteuerung der betreffenden Radantriebsanordnungen können auch Fahrzeuge bzw. Betriebsmodi mit einem rein elektrischen Betrieb realisiert werden. Generell sind im Rahmen der Erfindung alle spezielleren Hybridkonzepte realisierbar, wie z. B. ”Parallelhybrid”, ”Seriellhybrid”, ”Range Extender”, ”Plug-In-Hybrid” etc. Vorteilhaft kann eine Nachrüstung bestehender Fahrzeuge erfolgen, bei der nur wenige Modifikationen an bestehenden Teilen bzw. bestehenden Fahrzeugstrukturen vorgenommen werden müssen. Die Nachrüstung kann in der Regel innerhalb weniger Stunden und somit mit vergleichsweise kleinem Aufwand durchgeführt werden.In summary, this provides a retrofit kit by means of which, in principle, arbitrary vehicles, in particular conventionally only road motor vehicles driven by an internal combustion engine, can be converted into an electric or hybrid vehicle. Depending on the activation of the relevant wheel drive arrangements, vehicles or operating modes can also be realized with purely electrical operation. In general, all special hybrid concepts can be realized within the scope of the invention, such. B. "parallel hybrid", "serial hybrid", "range extender", "plug-in hybrid" etc. Advantageously, retrofitting existing vehicles can be done in which only a few modifications to existing parts or existing vehicle structures must be made. The retrofitting can usually be done within a few hours and thus with relatively little effort.

Denkbar ist auch der Einsatz als ”Tuning-Konzept” zur Erhöhung der Antriebsleistung durch Hinzufügung des elektrischen Antriebes. Auch kann durch Nachrüstung an den ansonsten nicht angetriebenen Rädern z. B. aus einem lediglich vorne oder hinten angetriebenen Fahrzeug ein Allradfahrzeug gemacht werden.It is also conceivable use as a "tuning concept" to increase the drive power by adding the electric drive. Also, by retrofitting to the otherwise non-driven wheels z. B. from a front only or rear-wheel drive vehicle to be made a four-wheel drive vehicle.

Hinsichtlich verschiedener Leistungsanforderungen und/oder geometrischer Abmessungen können entsprechend angepasste Nachrüstsätze (für verschiedene Fahrzeugtypen bzw. verschiedene Radanordnungsgeometrien) bereitgestellt werden.With regard to various performance requirements and / or geometric dimensions, suitably adapted retrofit sets (for different vehicle types or different wheel arrangement geometries) can be provided.

Der Nachrüstsatz kann in verschiedenen Ausstattungsvarianten angeboten werden, die sich z. B. insbesondere in der Software (für die zentrale Steuereinheit) und der Kapazität der Traktionsbatterie unterscheiden können.The retrofit kit can be offered in different equipment variants, the z. B. in particular in the software (for the central control unit) and the capacity of the traction battery can distinguish.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010049608 A1 [0002] DE 102010049608 A1 [0002]

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Elektrische Radantriebsanordnung für ein Fahrzeug, umfassend – ein Rad (12) mit einer zentralen Radnabe (14), einem sich in Radialrichtung an die Radnabe (14) anschließenden Radkranz (16), und einer ringförmig geschlossen an einem Außenumfang des Radkranzes (16) verlaufenden Felge (18), und – eine dem Rad (12) zugeordnete elektrische Antriebsmaschine (40), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsmaschine (40) als ein innerhalb des axialen Erstreckungsbereiches des Rades (12) angeordneter Außenläufermotor ausgebildet ist, dass ein Rotor (42) der Antriebsmaschine (40) durch die Felge (18) oder eine an einer Innenumfangsfläche der Felge (18) befestigte Rotormagnetanordnung (46) ausgebildet ist, und dass ein Stator (50) der Antriebsmaschine (40) als eine ringförmige Statorbaueinheit (52, 54) enthaltend eine Statormagnetanordnung (54) ausgebildet ist, wobei eine Innenumfangsfläche der Statorbaueinheit (52, 54) an einer axialen Schulter (56) des Radkranzes (16) radial abgestützt und drehgelagert ist, wobei die Statorbaueinheit (52, 54) jedoch mittels einer Halteeinrichtung (60, 62, 34) drehstationär gehalten wird.Electric wheel drive arrangement for a vehicle, comprising - a wheel ( 12 ) with a central hub ( 14 ), in a radial direction to the wheel hub ( 14 ) subsequent wheel rim ( 16 ), and an annular closed on an outer circumference of the Radkranzes ( 16 ) running rim ( 18 ), and - a wheel ( 12 ) associated electric drive machine ( 40 ), characterized in that the electric drive machine ( 40 ) as one within the axial extent of the wheel ( 12 ) arranged external rotor motor is formed such that a rotor ( 42 ) of the prime mover ( 40 ) through the rim ( 18 ) or one on an inner peripheral surface of the rim ( 18 ) fixed rotor magnet arrangement ( 46 ) is formed, and that a stator ( 50 ) of the prime mover ( 40 ) as an annular stator assembly ( 52 . 54 ) comprising a stator magnet arrangement ( 54 ), wherein an inner circumferential surface of the stator assembly ( 52 . 54 ) on an axial shoulder ( 56 ) of the wheel rim ( 16 ) is radially supported and rotatably mounted, wherein the Statorbaueinheit ( 52 . 54 ) but by means of a holding device ( 60 . 62 . 34 ) is kept stationary. Elektrische Radantriebsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Rotor (42) eine Permanentmagnetanordnung (46) umfasst.Electric wheel drive arrangement according to claim 1, wherein the rotor ( 42 ) a permanent magnet arrangement ( 46 ). Elektrische Radantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Rotor (42) eine an der Innenseite der Felge (18) angeschraubte und/oder angeklebte Magnetanordnung (46) umfasst.Electric wheel drive arrangement according to one of the preceding claims, wherein the rotor ( 42 ) one on the inside of the rim ( 18 ) screwed and / or glued magnet assembly ( 46 ). Elektrische Radantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stator (50) eine Elektromagnetanordnung (54) umfasst.Electric wheel drive arrangement according to one of the preceding claims, wherein the stator ( 50 ) an electromagnet arrangement ( 54 ). Elektrische Radantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Halteeinrichtung (60, 62, 34) einen einerseits mit der Statorbaueinheit (52, 54) verbundenen und andererseits mit einer fahrzeugseitigen drehstationären Komponente verbindbaren Halter (60) umfasst.Electric wheel drive arrangement according to one of the preceding claims, wherein the holding device ( 60 . 62 . 34 ) one on the one hand with the Statorbaueinheit ( 52 . 54 ) and on the other hand connectable with a vehicle-mounted rotating stationary component holder ( 60 ). Elektrische Radantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen dem Durchmesser der axialen Schulter (56) des Radkranzes (16) und dem Durchmesser der Innenumfangsfläche der Felge (44) im Bereich von 0,3 bis 0,6 liegt.Electric wheel drive arrangement according to one of the preceding claims, wherein a ratio between the diameter of the axial shoulder ( 56 ) of the wheel rim ( 16 ) and the diameter of the inner peripheral surface of the rim ( 44 ) is in the range of 0.3 to 0.6. Elektrische Radantriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Halteeinrichtung (60, 62, 34) einen einerseits mit der Statorbaueinheit (52) verbundenen und andererseits mit einer fahrzeugseitigen Komponente verbundenen Halter (60) umfasst.Electric wheel drive arrangement according to one of the preceding claims, wherein the holding device ( 60 . 62 . 34 ) one on the one hand with the Statorbaueinheit ( 52 ) and on the other hand connected to a vehicle-side component holder ( 60 ). Nachrüstsatz für eine Radanordnung eines Fahrzeuges, wobei die Radanordnung ein Rad (12) mit einer zentralen Radnabe (14), einen sich in Radialrichtung an die Radnabe (14) anschließenden Radkranz (16), und eine ringförmig geschlossen an einem Außenumfang des Radkranzes (16) verlaufende Felge (18) umfasst, und wobei der Radkranz eine axiale Schulter (56) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachrüstsatz umfasst: – einen Rotor (42), ausgebildet als eine an einer Innenumfangsfläche der Felge (18) befestigbare Rotormagnetanordnung (46), und – einen Stator (50), ausgebildet als eine ringförmige Statorbaueinheit (52, 54) enthaltend eine Statormagnetanordnung (54) mit einer Innenumfangsfläche zur radialen Abstützung und Drehlagerung der Statorbaueinheit (52, 54) an der axialen Schulter (56) des Radkranzes (16), wobei der Rotor (42) und der Stator (50) im montierten Zustand eine als innerhalb des axialen Erstreckungsbereiches des Rades (12) angeordneter Außenläufermotor ausgebildete, dem Rad (12) zugeordnete elektrische Antriebsmaschine (40) bilden.Retrofit kit for a wheel assembly of a vehicle, wherein the wheel assembly is a wheel ( 12 ) with a central hub ( 14 ), in the radial direction to the wheel hub ( 14 ) subsequent wheel rim ( 16 ), and an annular closed on an outer circumference of the Radkranzes ( 16 ) running rim ( 18 ), and wherein the wheel rim has an axial shoulder ( 56 ), characterized in that the retrofit kit comprises: - a rotor ( 42 ) formed as one on an inner peripheral surface of the rim ( 18 ) mountable rotor magnet assembly ( 46 ), and - a stator ( 50 ) formed as an annular stator assembly ( 52 . 54 ) comprising a stator magnet arrangement ( 54 ) with an inner circumferential surface for the radial support and rotational mounting of the stator assembly ( 52 . 54 ) at the axial shoulder ( 56 ) of the wheel rim ( 16 ), wherein the rotor ( 42 ) and the stator ( 50 ) in the assembled state, as within the axial extent of the wheel ( 12 ) arranged external rotor motor formed the wheel ( 12 ) associated electric drive machine ( 40 ) form. Nachrüstsatz nach Anspruch 8, ferner umfassend eine einerseits mit der Statorbaueinheit (52, 54) und andererseits mit einer fahrzeugseitigen drehstationären Komponente (30) verbindbare Halteeinrichtung (60) für ein drehstationäres Halten der montierten Statorbaueinheit (52, 54).Retrofit kit according to claim 8, further comprising on the one hand with the Statorbaueinheit ( 52 . 54 ) and on the other hand with a vehicle-mounted rotating stationary component ( 30 ) connectable holding device ( 60 ) for a rotational stationary holding the mounted stator assembly ( 52 . 54 ). Verwendung eines Nachrüstsatzes nach Anspruch 8 oder 9 zum Nachrüsten eines mit einer Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges.Use of a retrofit kit according to claim 8 or 9 for retrofitting a vehicle driven by an internal combustion engine.
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