DE102014217974A1

DE102014217974A1 - Antriebsrad mit Elektro-Radnabenmotor für Kraftfahrzeuge und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014217974A1
Application number: DE102014217974.2A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wolf-Monheim
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: US20160068055A1; CN105398325A; US9783040B2; CN105398325B; DE102014217974B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebsrad (1) mit einem Elektro-Radnabenmotor (2) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen um eine Radnabe (3) angeordneten und drehfest mit dieser verbundenen Stator (4) und einen um den Stator (4) angeordneten und relativ zu diesem drehbar gelagerten Rotor (5) zum Antrieb einer drehfest mit dem Rotor (5) verbundenen Radfelge (6). Zwischen der Radnabe (3) und dem Stator (4) sind wenigstens zwei Energiespeicher (7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h) zur Abgabe elektrischer Energie für den Betrieb des Elektro-Radnabenmotors (2) angeordnet, die jeweils derart ringsegmentförmig ausgebildet sind, dass die Energiespeicher (7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h) aneinander liegend einen geschlossenen Ring um die Radnabe (3) bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebsrad mit einem Elektro-Radnabenmotor für Kraftfahrzeuge, insbesondere für hybridelektrische Fahrzeuge und/oder Elektrofahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Antriebsräder mit Elektro-Radnabenmotoren für Kraftfahrzeuge sind allgemein bekannt. Der Elektro-Radnabenmotor erlaubt es, eine Antriebskraft ohne Zwischenschaltung eines Getriebes auf das Antriebsrad zu übertragen. Gegenüber einem klassischen Antriebsstrang, der je nach Ausprägung notwendige Komponenten wie Schalt- oder Automatikgetriebe, Kardanwelle, Differentialgetriebe und/oder Antriebswellen umfasst, zeichnet sich der Antrieb mittels Radnabenmotor durch eine wesentlich kompaktere Bauweise aus. Ferner ergeben sich mit Hilfe des Radnabenmotors ganz neue und verschiedenartige Möglichkeiten, den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs auszulegen, zum Beispiel als Hybridantrieb oder Allrad-Elektroantrieb.
Beispielsweise ist aus der EP 2 149 470 A1 ein Elektro-Radnabenmotor für ein Kraftfahrzeug bekannt, der einen an einer Fahrzeugachse befestigten Stator und einen an einer Fahrzeugfelge angeordneten Rotor umfasst.
Außerdem offenbart die EP 2 423 094 A2 ein Antriebsrad mit einem Elektro-Radnabenmotor für ein Elektrofahrzeug, bei dem die zum Betrieb des Elektro-Radnabenmotors notwendigen Batterien an Speichen einer Radfelge angeordnet sind. Der Radnabenmotor sitzt im Zentrum des Antriebsrads und treibt die Radfelge einschließlich der Speichen rotatorisch an.
In der DE 102 14 878 A1 ist weiterhin ein Golfwagen beschrieben, bei dem dessen Laufräder elektromotorisch angetrieben werden. Der Elektromotor, der ein Nabenmotor oder ein außermittig angeordneter Motor sein kann, der über ein Ritzel auf einen Innenzahnkranz des Laufrads wirkt, sowie wenigstens eine Batterie sind im Inneren des Laufrads angeordnet.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Antriebsrad mit einem Elektro-Radnabenmotor für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die sich durch eine besonders kompakte und hochintegrierte Bauweise auszeichnen, mit der insbesondere eine Reduzierung der Herstellungskosten sowie des Gewichts des Kraftfahrzeugs erreichbar ist. Darüber hinaus sollen das Antriebsrad sowie das Kraftfahrzeug einen energieeffizienten Fahrbetrieb ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Antriebsrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Erfindungsgemäß umfasst ein Antriebsrad mit einem Elektro-Radnabenmotor für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein hybridelektrisches Kraftfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug, einen um eine Radnabe des Antriebsrads angeordneten und drehfest mit dieser verbundenen Stator des Elektro-Nabenmotors. Des Weiteren ist um den Stator ein Rotor des Elektro-Radnabenmotors angeordnet, der relativ zum Stator drehbar gelagert ist. Mit anderen Worten sind der Stator sowie der Rotor jeweils im Wesentlichen ringförmig ausgebildet, wobei der Rotor den Stator vollumfänglich umgibt. Der Rotor dient dem Antrieb einer drehfest mit dem Rotor verbundenen Radfelge des Antriebsrads. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind zwischen der Radnabe und dem Stator wenigstens zwei Energiespeicher zur Abgabe elektrischer Energie für den Betrieb des Elektro-Radnabenmotors angeordnet, die jeweils derart ringsegmentförmig ausgebildet sind, dass die Energiespeicher aneinander liegend einen geschlossenen Ring um die Radnabe bilden.
Besonders bevorzugt kann der Energiespeicher ein wiederaufladbarer Akkumulator sein. Er kann jedoch auch eine Batterie oder ein sonstiger bereits bekannter Energiespeicher sein, der wenigstens zur Abgabe elektrischer Energie an den Elektro-Radnabenmotor geeignet ist. Bevorzugt ist der Energiespeicher jedoch auch in der Lage, zugeführte elektrische Energie in einer beliebigen Form zu speichern, zum Beispiel wenn das hybridelektrische Kraftfahrzeug oder das Elektrofahrzeug mit einer fahrzeugexternen elektrischen Ladestation verbunden ist oder während eines Rekuperationsbetriebs des Antriebsrads, bei dem beispielsweise Bremsenergie bei einem Bremsvorgang des Antriebsrads in elektrische Energie zurückgewonnen wird.
Das erfindungsgemäße Antriebsrad zeichnet sich durch eine besonders kompakte und hochintegrierte Bauweise aus, da alle zum Antrieb des Antriebsrads erforderlichen Komponenten, insbesondere der Elektro-Radnabenmotor sowie die Energiespeicher, als Komponenten des Antriebsrads ausgebildet sind. So kann das Antriebsrad einschließlich des Elektro-Radnabenmotors sowie der Energiespeicher komplett vormontiert werden und ist zur anschließenden Montage am Kraftfahrzeug lediglich über die Radnabe mit einer Fahrzeugradachse zu verbinden. Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Antriebsrad einen energieeffizienten Betrieb, da lediglich der Rotor des Elektro-Radnabenmotors und die mit diesem verbundene Radfelge rotatorisch angetrieben, das heißt rotatorisch beschleunigt, werden. Die zwischen dem rotatorisch feststehenden Stator und der rotatorisch feststehenden Radnabe angeordneten Energiespeicher sind hingegen bei einer Fortbewegung des Kraftfahrzeugs lediglich linear zu beschleunigen und nicht zusätzlich noch rotatorisch.
Eine besonders kompakte und hochintegrierte Bauweise des erfindungsgemäßen Antriebsrads ergibt sich, da die wenigstens zwei zwischen der Radnabe und dem Stator angeordneten Energiespeicher jeweils derart ringsegmentförmig ausgebildet sind, dass sie aneinander liegend einen geschlossenen Ring um die Radnabe bilden. Hierzu können die Energiespeicher im Wesentlichen als im Querschnitt betrachtet V-förmige Ringsegmente ausgebildet sein, die aneinander gelegt einen Ring bilden, der die Radnabe vollumfänglich umgibt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bildet eine Innenumfangsfläche des Stators eine Außenwandung jedes Energiespeichers. Wie bereits weiter oben erwähnt wurde, weist der Stator, da er im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist, eine Innenumfangsfläche und eine Außenumfangsfläche auf, wobei die Innenumfangsfläche bevorzugt die Außenwandung jedes Energiespeichers bildet. Diese Ausgestaltung erlaubt neben einer kompakteren Bauweise des Antriebsrads ebenso eine Verringerung seines Gewichts, da die Innenumfangsfläche des Stator gleichzeitig sowohl eine Wandung für den Stator als auch eine Wandung für den Energiespeicher bildet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Außenumfangsfläche der Radnabe eine Innenwandung jedes Energiespeichers bildet. Auch die Radnabe ist, wie bereits vorstehend erwähnt wurde, im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und weist eine Außenumfangsfläche sowie eine Innenumfangsfläche auf. Diese Ausgestaltung erlaubt neben einer kompakteren Bauweise des Antriebsrads ebenso eine Verringerung seines Gewichts, da die Außenumfangsfläche der Nabe gleichzeitig sowohl eine Wandung für die Radnabe als auch eine Wandung für den Energiespeicher bildet. Die Innenumfangsfläche der Radnabe kann zur Befestigung des Antriebsrads an dem Kraftfahrzeug auf eine Fahrzeugradachse aufgesteckt und mit dieser drehfest verbunden werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens eine Leistungssteuereinrichtung zur Steuerung der elektrischen Speisung des Elektro-Radnabenmotors aus jedem Energiespeicher an einem oder mehreren Energiespeichern angebracht. Eine Kabelführung zwischen der Leistungssteuereinrichtung, dem Elektro-Radnabenmotor und dem bzw. den Energiespeichern kann somit vollständig am Antriebsrad erfolgen.
Eine besonders bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Rotor mittels wenigstens einer zwischen dem Rotor und dem Stator angeordneten Lagereinheit, beispielsweise einem Wälzlager, drehbar auf einer Außenumfangsfläche des (im Wesentlichen ringförmigen) Stators gelagert ist. Auf diese Weise lässt sich das erfindungsgemäße Antriebsrad noch kompakter und leichter bauen, da auf eine zusätzliche drehbare Lagerung des Rotors an der Radnabe verzichtet werden kann.
In einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bildet der Rotor die Radfelge des Antriebsrads. Hierdurch lässt sich das Gewicht des Antriebsrads weiter verringern, da keine zusätzliche Radfelge für das Antriebsrad bereitgestellt werden muss. Dementsprechend ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass auf einer Außenumfangsfläche des Rotors ein Gummireifen drehfest angebracht ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein hybridelektrisches Kraftfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug, wenigstens ein Antriebsrad nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen auf. Bezüglich der Vorteile des derart ausgebildeten Kraftfahrzeugs sei an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Antriebsrad verwiesen, die sinngemäß auch für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gelten.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigen schematisch:
1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Antriebsrads gemäß der Erfindung und
2 eine Querschnittsansicht des Antriebsrads aus 1 von vorne gesehen entlang der in 1 dargestellten Linie A-A.
In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 stellt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Antriebsrads 1 mit einem Elektro-Radnabenmotor 2 für ein Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) gemäß der Erfindung dar. Wie in 1 zu sehen ist, umfasst das Antriebsrad 1 eine ringförmige Radnabe 3, um die herum ein ringförmiger Stator 4 angeordnet ist. Der Stator 4 ist drehfest mit der Radnabe verbunden. Des Weiteren ist um den Stator 4 ein ringförmiger Rotor 5 angeordnet. Der Rotor 5 ist relativ zum Stator 4 drehbar gelagert. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Antriebsrads 1 ist der Rotor 5 gleichzeitig als Radfelge 6 ausgebildet. Mit anderen Worten bilden der Rotor 5 und die Radfelge 6 bei dem in 1 dargestellten Antriebsrad 1 eine einstückige Einheit. Die Radfelge 6 könnte jedoch auch als separate Komponente ausgebildet sein, die in diesem Falle drehfest mit dem Rotor 5 verbunden wäre.
Des Weiteren ist in 1 zu erkennen, dass zwischen der Radnabe 3 und dem Stator 4 insgesamt acht Energiespeicher 7, im Einzelnen 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g und 7h, zur Abgabe elektrischer Energie für den Betrieb des Elektro-Radnabenmotors 2 angeordnet sind. Bei dem in 1 gezeigten Antriebsrad 1 handelt es sich bei den Energiespeichern 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g und 7h jeweils um wiederaufladbare Akkumulatoren. Jeder einzelne Energiespeicher 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g und 7h ist in seinem in der Seitenansicht der 1 zu sehenden Querschnitt jeweils ringsegmentförmig bzw. V-förmig ausgebildet. Aneinander liegend, wie in 1 dargestellt ist, bilden die einzelnen Energiespeicher 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g und 7h einen um die Radnabe 3 herum angeordneten, geschlossenen Ring, der die Radnabe 3 vollumfänglich umgibt.
Besonders vorteilhaft bildet bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Antriebsrads 1 eine Innenumfangsfläche des ringförmigen Stators 4 gleichzeitig eine Außenwandung 8 jedes Energiespeichers 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g und 7h. Ferner bildet bei dem dargestellten Antriebsrad 1 eine Außenumfangsfläche der ringförmigen Radnabe 3 eine Innenwandung 9 jedes Energiespeichers 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g und 7h.
2 stellt eine Querschnittsansicht des Antriebsrads 1 aus 1 von vorne gesehen entlang der in 1 dargestellten Linie A-A dar. In 2 ist eine Leistungssteuereinrichtung 10 zur Steuerung der elektrischen Speisung des Elektro-Radnabenmotors 2 aus jedem Energiespeicher 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g und 7h zu erkennen. Die Leistungssteuereinrichtung 10 kann an einem oder mehreren Energiespeichern 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g und 7h angebracht sein.
Ferner ist in 2 zu erkennen, dass der Rotor 5 mittels zweier zwischen dem Rotor 5 und dem Stator 4 angeordneter ringförmiger Lagereinheiten 11, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Kugellager ausgebildet sind, drehbar auf einer Außenumfangsfläche des ringförmigen Stators 4 gelagert ist. Die Lagereinheiten 11 sind bevorzugt Wälzlagereinheiten, wobei diese jedoch nicht auf das in 2 gezeigte Kugellager beschränkt sind.
Da bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des Antriebsrads 1 der Rotor 5 gleichzeitig die Radfelge 6 bildet, ist bevorzugter Weise ein Gummireifen 12 drehfest unmittelbar auf einer Außenumfangsfläche des Rotors 5 angebracht.
Das Antriebsrad 1 kann mit seiner ringförmigen Radnabe 3 auf eine Fahrzeugradachse (nicht dargestellt) aufgesteckt und mit dieser drehfest verbunden werden.
Das erfindungsgemäße Antriebsrad und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug wurden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Antriebsrad sowie das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sind jedoch nicht auf die hierin offenbarte Ausführungsform beschränkt, sondern umfassen auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen.
In bevorzugter Ausführung wird das erfindungsgemäße Antriebsrad mit einem Elektro-Radnabenmotor zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines hybridelektrischen Kraftfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs, verwendet.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsrad
2: Elektro-Radnabenmotor
3: Radnabe
4: Stator
5: Rotor
6: Radfelge
7: Energiespeicher
8: Außenwandung von 7
9: Innenwandung von 7
10: Leistungssteuereinrichtung
11: Lagereinheit
12: Gummireifen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2149470 A1 [0003]
EP 2423094 A2 [0004]
DE 10214878 A1 [0005]

Claims

Antriebsrad mit einem Elektro-Radnabenmotor (2) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen um eine Radnabe (3) angeordneten und drehfest mit dieser verbundenen Stator (4) und einen um den Stator (4) angeordneten und relativ zu diesem drehbar gelagerten Rotor (5) zum Antrieb einer drehfest mit dem Rotor (5) verbundenen Radfelge (6), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Radnabe (3) und dem Stator (4) wenigstens zwei Energiespeicher (7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h) zur Abgabe elektrischer Energie für den Betrieb des Elektro-Radnabenmotors (2) angeordnet sind, die jeweils derart ringsegmentförmig ausgebildet sind, dass die Energiespeicher (7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h) aneinander liegend einen geschlossenen Ring um die Radnabe (3) bilden.
Antriebsrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenumfangsfläche des Stators (4) eine Außenwandung (8) jedes Energiespeichers (7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h) bildet.
Antriebsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenumfangsfläche der Radnabe (3) eine Innenwandung (9) jedes Energiespeichers (7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h) bildet.
Antriebsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h) ein wiederaufladbarer Akkumulator oder eine Batterie ist.
Antriebsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Leistungssteuereinrichtung (10) zur Steuerung der elektrischen Speisung des Elektro-Radnabenmotors (2) aus jedem Energiespeicher (7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h) an einem oder mehreren Energiespeichern (7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h) angebracht ist.
Antriebsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) mittels wenigstens einer zwischen dem Rotor (5) und dem Stator (4) angeordneten Lagereinheit (11) drehbar auf einer Außenumfangsfläche des Stators (4) gelagert ist.
Antriebsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) die Radfelge (6) bildet.
Antriebsrad nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Außenumfangsfläche des Rotors (5) ein Gummireifen (12) drehfest angebracht ist.
Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Antriebsrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.