DE102019117847A1

DE102019117847A1 - Wheel hub motor with hollow axle

Info

Publication number: DE102019117847A1
Application number: DE102019117847.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Blümel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Bio Hybrid De GmbH
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2020-06-18
Also published as: WO2020125857A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Rad (11) eines Fahrzeugs mit einem Rad (11) und mit einem Radnabenmotor (12) zum Antrieb des Rads (11), der aus einer Batterie (3) gespeist werden kann, und mit einer Antriebswelle (15), welche den Radnabenmotor (12) im Wesentlichen konzentrisch durchdringt und zur Übertragung eines zusätzlichen Drehmoments auf das Rad (11) mit dem Rad (11) gekoppelt ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang (1) für ein teils elektrisch und teils mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine (2), insbesondere einem Motor/Generator, die in einem Generatorbetrieb von einem Fahrer antreibbar ist, einer Batterie (3), die durch einen von der elektrischen Maschine (2) in dem Generatorbetrieb erzeugten Strom ladbar ist, und mindestens einer vorstehend genannten Antriebseinheit (10).The invention relates to a drive unit for a wheel (11) of a vehicle with a wheel (11) and with a wheel hub motor (12) for driving the wheel (11), which can be fed from a battery (3), and with a drive shaft ( 15) which penetrates the wheel hub motor (12) essentially concentrically and is coupled to the wheel (11) in order to transmit an additional torque to the wheel (11). The invention also relates to a drive train (1) for a vehicle, which is driven partly electrically and partly with muscle power, with an electrical machine (2), in particular a motor / generator, which can be driven by a driver in generator operation, a battery (3) can be charged by a current generated by the electrical machine (2) in generator operation, and at least one drive unit (10) mentioned above.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Rad eines Fahrzeugs mit einem Rad und mit einem Radnabenmotor zum Antrieb des Rads, der aus einer Batterie gespeist werden kann. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug, das sowohl elektrisch als auch mit Muskelkraft antreibbar ist. Ein solches Fahrzeug wird im Folgenden auch als Biohybrid oder Biohybridfahrzeug bezeichnet.The invention relates to a drive unit for a wheel of a vehicle with a wheel and with a wheel hub motor for driving the wheel, which can be fed from a battery. The invention further relates to a drive train for a vehicle which can be driven both electrically and with muscle power. Such a vehicle is also referred to below as a biohybrid or biohybrid vehicle.

Derartige Fahrzeuge sind oftmals entweder als serielle Biohybridfahrzeuge oder als parallele Biohybridfahrzeuge ausgestaltet. Bei einem seriellen Biohybridfahrzeug wird das Rad ausschließlich von einem Elektromotor, beispielsweise einem Radnabenmotor, angetrieben. Die zum Betrieb dieses Elektromotors erforderliche Energie wird sowohl eine Batterie als auch durch einen mit einem elektrischen Generator verbunden Pedalantrieb zu Verfügung gestellt. Bei einem parallelen Biohybridfahrzeug sind der Elektromotor und der Pedalantrieb hingegen beide mechanisch mit dem Antriebsrad gekoppelt.Such vehicles are often designed either as serial biohybrid vehicles or as parallel biohybrid vehicles. In a serial biohybrid vehicle, the wheel is driven exclusively by an electric motor, for example a wheel hub motor. The energy required to operate this electric motor is provided both by a battery and by a pedal drive connected to an electric generator. In a parallel biohybrid vehicle, on the other hand, the electric motor and the pedal drive are both mechanically coupled to the drive wheel.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, den wahlweisen Betrieb eines Fahrzeugs als serielles oder paralleles Hybridfahrzeug zu ermöglichen.Against this background, the task arises of enabling the optional operation of a vehicle as a serial or parallel hybrid vehicle.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebseinheit für ein Rad eines Fahrzeugs mit einem Rad und mit einem Radnabenmotor zum Antrieb des Rads, der aus einer Batterie gespeist werden kann, sowie mit einer Antriebswelle, welche den Radnabenmotor im Wesentlichen konzentrisch durchdringt und zur Übertragung eines zusätzlichen Drehmoments auf das Rad mit dem Rad gekoppelt ist.The object is achieved by a drive unit for a wheel of a vehicle with a wheel and with a wheel hub motor for driving the wheel, which can be fed from a battery, and with a drive shaft which penetrates the wheel hub motor essentially concentrically and for transmitting an additional torque is coupled to the wheel with the wheel.

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit ermöglicht einen seriellen Betrieb, bei dem der Radnabenmotor mit Energie aus einer Batterie und ggf. von einer elektrischen Maschine im Generatorbetrieb gespeist wird. Zudem ist es möglich, die Antriebseinheit als parallelen Hybridantrieb zu verwenden, bei dem der Radnabenmotor aus der Batterie gespeist wird und ein zusätzliches Drehmoment über die Antriebswelle auf das Rad aufgebracht wird. Die Antriebswelle durchdringt den Radnabenmotor im Wesentlichen konzentrisch und ermöglich somit eine kompakte Ausgestaltung der Antriebseinheit.The drive unit according to the invention enables serial operation in which the wheel hub motor is fed with energy from a battery and possibly from an electrical machine in generator operation. It is also possible to use the drive unit as a parallel hybrid drive, in which the wheel hub motor is fed from the battery and additional torque is applied to the wheel via the drive shaft. The drive shaft penetrates the wheel hub motor essentially concentrically and thus enables a compact design of the drive unit.

In der nachfolgenden Beschreibung werden die Begriffe Antriebswelle und Antriebsachse synonym verwendet.In the following description, the terms drive shaft and drive axis are used synonymously.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das zusätzliche Drehmoment durch eine zusätzliche elektrische Maschine und/oder durch einen Fahrer mittels Muskelkraft erzeugbar. Hierzu kann die Antriebswelle der Antriebseinheit mit der zusätzlichen elektrischen Maschine und/oder mit einem Pedalantrieb gekoppelt werden, so dass die zusätzliche elektrische Maschine und/oder der Pedalantrieb die Antriebswelle in Bewegung versetzen können.According to an advantageous embodiment, the additional torque can be generated by an additional electrical machine and / or by a driver using muscle power. For this purpose, the drive shaft of the drive unit can be coupled to the additional electrical machine and / or to a pedal drive, so that the additional electrical machine and / or the pedal drive can set the drive shaft in motion.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebseinheit eine Hohlachse aufweist, durch welche die Antriebswelle geführt ist. Zum einen kann die Hohlwelle die Antriebswelle gegenüber der Umgebung abschirmen, zum anderen kann die Hohlwelle fest mit dem Radnabenmotor verbunden sein, insbesondere den Radnabenmotor tragen.An advantageous embodiment of the invention provides that the drive unit has a hollow axis through which the drive shaft is guided. On the one hand, the hollow shaft can shield the drive shaft from the environment, on the other hand the hollow shaft can be firmly connected to the wheel hub motor, in particular support the wheel hub motor.

Bevorzugt ist es, wenn die Antriebseinheit ein Lager aufweist, insbesondere ein Gleitlager oder ein Wälzlager, über welches die Antriebswelle drehbar gegenüber der Hohlachse und/oder gegenüber einem Stator des Radnabenmotors gelagert ist, wobei das Lager insbesondere innerhalb der Hohlachse und/oder innerhalb des Stators angeordnet ist.It is preferred if the drive unit has a bearing, in particular a slide bearing or a roller bearing, via which the drive shaft is rotatably mounted with respect to the hollow axle and / or with respect to a stator of the wheel hub motor, the bearing in particular within the hollow axle and / or within the stator is arranged.

Bevorzugt weist der der Radnabenmotor einen Stator auf, welcher feststehend mit der Hohlachse verbunden ist. Der Stator kann mit der Hohlachse verschraubt oder verschweißt sein. Alternativ ist es möglich, dass der Stator einstückig mit der Hohlachse ausgebildet ist.The wheel hub motor preferably has a stator which is fixedly connected to the hollow axle. The stator can be screwed or welded to the hollow axis. Alternatively, it is possible for the stator to be formed in one piece with the hollow axis.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Antriebswelle einen an einer Stirnseite der Antriebswelle angeordneten Flansch aufweist, der drehfest mit dem Rad verbunden ist. Über den Flansch kann die Antriebswelle direkt mit dem Rad gekoppelt werden, so dass eine Drehbewegung der Antriebswelle auf das Rad übertragbar ist.According to an advantageous embodiment, it is provided that the drive shaft has a flange which is arranged on an end face of the drive shaft and is connected in a rotationally fixed manner to the wheel. The drive shaft can be coupled directly to the wheel via the flange, so that a rotary movement of the drive shaft can be transmitted to the wheel.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Radnabenmotor einen Rotor aufweist, der drehfest mit dem Flansch verbunden ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist der Rotor des Radnabenantriebs drehfest mit der Antriebswelle gekoppelt, so dass Rotor und Antriebswelle synchron rotieren.It is preferably provided that the wheel hub motor has a rotor which is connected to the flange in a rotationally fixed manner. In such an embodiment, the rotor of the wheel hub drive is coupled to the drive shaft in a rotationally fixed manner, so that the rotor and drive shaft rotate synchronously.

Gemäß einer alternativen, bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit einen Freilauf aufweist, über welchen die Antriebswelle mit dem Rad gekoppelt ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann eine synchrone Bewegung des Radnabenantriebs und der Antriebswelle unterbunden werden. Radnabenantrieb und Antriebswelle können somit unabhängig voneinander auf das Rad wirken.According to an alternative, preferred embodiment, it is provided that the drive unit has a freewheel, via which the drive shaft is coupled to the wheel. With such a configuration, a synchronous movement of the wheel hub drive and the drive shaft can be prevented. The wheel hub drive and drive shaft can thus act on the wheel independently of one another.

In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn der Radnabenmotor einen Rotor aufweist, der über den Freilauf mit der Antriebswelle gekoppelt ist. Hierdurch werden Rotor und Antriebswelle voneinander entkoppelt, so dass diese unabhängig voneinander auf das Rad wirken können.In this context, it is preferred if the wheel hub motor has a rotor which is coupled to the drive shaft via the freewheel. As a result, the rotor and drive shaft are decoupled from one another so that they can act on the wheel independently of one another.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Antriebsstrang für ein teils elektrisch und teils mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug mit

- einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Motor/Generator, die in einem Generatorbetrieb von einem Fahrer antreibbar ist,
- einer Batterie, die durch einen von der elektrischen Maschine in dem Generatorbetrieb erzeugten Strom ladbar ist, und
- mindestens einer vorstehend beschriebenen Antriebseinheit.

Another object of the invention is a drive train for a vehicle that is partially electric and partially powered by muscle power

an electrical machine, in particular a motor / generator, which can be driven by a driver in generator operation,
a battery which can be charged by a current generated by the electrical machine in the generator mode, and
- At least one drive unit described above.

Bei dem Antriebsstrang können dieselben Vorteile erreicht werden, wie sie bereits im Zusammenhang mit der Antriebseinheit beschrieben worden sind. Die elektrische Maschine wird nachfolgend auch als Motor/Generator bezeichnet und kann ein zusätzliches Drehmoment bereitstellen, welches über die Antriebswelle der Antriebseinheit auf das Rad übertragen wird. Die Batterie des Antriebsstrangs kann den Radnabenantrieb der Antriebseinheit mit Energie versorgen. Zudem ist die Batterie mit der elektrischen Maschine gekoppelt, so dass die Batterie in einem Generatorbetrieb durch die elektrische Maschine geladen werden kann. Ferner kann Energie von der Batterie abgegeben werden, um die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb zu speisen.The same advantages can be achieved with the drive train as have already been described in connection with the drive unit. The electrical machine is also referred to below as a motor / generator and can provide additional torque which is transmitted to the wheel via the drive shaft of the drive unit. The battery of the drive train can supply the wheel hub drive of the drive unit with energy. In addition, the battery is coupled to the electrical machine, so that the battery can be charged by the electrical machine in generator operation. Furthermore, energy can be emitted from the battery in order to feed the electrical machine in an engine operation.

Der Antriebsstrang kann genau eine vorstehend beschriebene Antriebseinheit umfassen. Ein derartiger Antriebsstrang kann beispielsweise in einem zweirädrigen oder einem dreirädrigen Biohybridfahrzeug Verwendung finden. Alternativ weist der Antriebsstrang mehrere, insbesondere genau zwei, vorstehend beschriebene Antriebseinheiten auf. Ein solcher Antriebsstrang kann beispielsweise in einem dreirädrigen oder vierrädrigen Biohybridfahrzeug eingesetzt werden.The drive train can comprise exactly one drive unit described above. Such a drive train can be used, for example, in a two-wheel or a three-wheel biohybrid vehicle. Alternatively, the drive train has several, in particular exactly two, drive units described above. Such a drive train can be used, for example, in a three-wheel or four-wheel biohybrid vehicle.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Antriebsstrang ein Zugmittel, über das die elektrische Maschine und/oder ein Fahrer mittels Muskelkraft ein Drehmoment über die Antriebswelle auf das Rad übertragen kann. Das Zugmittel ist bevorzugt zwischen der elektrischen Maschine und der Antriebsachse der mindeste einen Antriebseinheit angeordnet. Bevorzugt ist das Zugmittel eine Kette. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Zugmittel ein Riemen, insbesondere ein Zahnriemen, ist.According to an advantageous embodiment, the drive train comprises a traction device, via which the electrical machine and / or a driver can transmit torque to the wheel via the drive shaft by means of muscle power. The traction means is preferably arranged between the electrical machine and the drive axis of the at least one drive unit. The traction means is preferably a chain. Alternatively, it can be provided that the traction means is a belt, in particular a toothed belt.

Bevorzugt weist der Antriebsstrang ein Freilaufdifferenzial auf, über welches die Antriebswelle der mindestens einen Antriebseinheit mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist. Bevorzugt umfasst der Antriebsstrang zwei Antriebseinheiten, wobei die Antriebswellen der beiden Antriebseinheiten über das Freilaufdifferenzial mit der elektrischen Maschine gekoppelt sind. Zur Kopplung des Freilaufdifferenzials mit der elektrischen Maschine kann ein vorstehend beschriebenes Zugmittel, insbesondere eine Kette, vorgesehen sein.The drive train preferably has a freewheel differential, via which the drive shaft of the at least one drive unit is coupled to the electrical machine. The drive train preferably comprises two drive units, the drive shafts of the two drive units being coupled to the electrical machine via the freewheel differential. A coupling means described above, in particular a chain, can be provided for coupling the freewheel differential to the electrical machine.

Vorteilhaft ist es, wenn der Antriebsstrang einen Pedalantrieb umfasst, der mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist und über den der Fahrer die elektrische Maschine mittels Muskelkraft antreiben kann. Der Pedalantrieb ist bevorzugt derart mit der elektrischen Maschine gekoppelt, dass von dem Fahrer am Pedalantrieb aufgebrachte mechanische Energie in einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine in elektrische Energie gewandelt wird. Die elektrische Energie kann in der Batterie des Antriebsstrangs gespeichert werden.It is advantageous if the drive train comprises a pedal drive which is coupled to the electrical machine and via which the driver can drive the electrical machine by means of muscle power. The pedal drive is preferably coupled to the electrical machine in such a way that mechanical energy applied by the driver to the pedal drive is converted into electrical energy in generator operation of the electrical machine. The electrical energy can be stored in the drive train battery.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert werden. Hierin zeigt:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs für ein Fahrzeug in einer schematischen Darstellung;
2 der Bereich einer Antriebseinheit für ein Rad des Antriebsstrangs nach 1 in einer Schnittdarstellung;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Antriebseinheit für ein Fahrzeug in einer perspektivischen Darstellung;
4 die Antriebseinheit nach 3 in einer Schnittdarstellung; und
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Antriebseinheit für ein Fahrzeug in einer Schnittdarstellung.

Further details and advantages of the invention will be explained below with reference to the embodiments shown in the drawings. Herein shows:

1 an embodiment of a drive train according to the invention for a vehicle in a schematic representation;
2nd the area of a drive unit for a wheel of the drive train 1 in a sectional view;
3rd a further embodiment of a drive unit for a vehicle in a perspective view;
4th the drive unit after 3rd in a sectional view; and
5 a further embodiment of a drive unit for a vehicle in a sectional view.

In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Antriebsstrangs 1 gemäß der Erfindung dargestellt, welcher für ein teils elektrisch und teils mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug, also ein Biohybridfahrzeug, geeignet ist. Der Antriebsstrang umfasst zwei angetriebene Räder 11.In the 1 is an embodiment of a powertrain 1 shown according to the invention, which is suitable for a partly electrically and partly with muscle power vehicle, ie a biohybrid vehicle. The drive train includes two driven wheels 11 .

Der Antriebsstrang 1 umfasst einen Pedalantrieb 4 über welchen der Fahrer mechanische Energie zum Antrieb des Fahrzeugs bereitstellen kann. Der Pedalantrieb 4 weist zwei an einer gemeinsamen Pedalantriebswelle angeordnete Hebel, an deren freien Enden Pedale drehbar angelenkt sind. Die Pedale sind in 1 nicht dargestellt. Der Pedalantrieb 4 ist mechanisch von den angetriebenen Rädern 11 des Antriebsstrangs entkoppelt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Pedalantrieb über ein erstes Zugmittel 5 mit einer elektrischen Maschine 2 gekoppelt ist. Die elektrische Maschine 2 kann über den Pedalantrieb 4 mittels Muskelkraft des Fahrers angetrieben werden. In einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 2 kann anhand die durch den Fahrer bereitgestellte mechanische Energie in elektrische Energie gewandelt werden. Die elektrische Maschine 2 ist mit einer Batterie 3 des Antriebsstrangs 1 verbunden, so dass diese in dem Generatorbetrieb durch die elektrische Maschine 2 geladen werden kann.The drivetrain 1 includes a pedal drive 4th via which the driver can provide mechanical energy for driving the vehicle. The pedal drive 4th has two levers arranged on a common pedal drive shaft, at the free ends of which pedals are pivoted. The pedals are in 1 not shown. The pedal drive 4th is mechanical from the driven wheels 11 the drive train is decoupled. According to the exemplary embodiment, it is provided that the pedal drive has a first traction means 5 with an electric machine 2nd is coupled. The electrical machine 2nd can via the pedal drive 4th are driven by the driver's muscular strength. In an electrical machine generator operation 2nd can be based on the mechanical provided by the driver Energy can be converted into electrical energy. The electrical machine 2nd is with a battery 3rd of the drive train 1 connected so that this in the generator mode by the electrical machine 2nd can be loaded.

Die elektrische Maschine 2 ist mechanisch mit zwei Antriebseinheiten 10 des Antriebsstrangs 1 verbunden. Hierzu weist der Antriebsstrang ein zweites Zugmittel 6, beispielsweise als Kette ausgebildetes, auf, über das die elektrische Maschine 2 mit einer Antriebswelle der jeweiligen Antriebseinheit 10 verbunden ist. Die Antriebswellen dieser Antriebseinheiten 10 können ein durch die elektrische Maschine 2 bereitgestelltes Drehmoment auf das jeweilige Rad 11 der Antriebseinheit 10 übertragen.The electrical machine 2nd is mechanical with two drive units 10th of the drive train 1 connected. For this purpose, the drive train has a second traction device 6 , for example a chain, on which the electrical machine 2nd with a drive shaft of the respective drive unit 10th connected is. The drive shafts of these drive units 10th can one by the electric machine 2nd provided torque on the respective wheel 11 the drive unit 10th transfer.

Bei dem Antriebsstrang 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das Zugmittel 6 mit den Antriebseinheiten 10 über ein Freilaufdifferenzial 7 gekoppelt. Das Freilaufdifferenzial 7 ermöglicht einerseits die Übertragung eines Drehmoments von dem Zugmittel 6 auf die Antriebswelle der jeweiligen Antriebseinheit 10, ermöglicht andererseits aber auch ein freies Drehen der Antriebswelle der jeweiligen Antriebseinheit 10, gegenüber dem Zugmittel 7, bzw. der über das Zugmittel 7 angebundenen elektrischen Maschine 2. Ein solches freien Drehen ist in solchen Betriebszuständen erforderlich, in welchen das Antreiben des jeweiligen Rads 11 ausschließlich durch diejenige Antriebseinheit 10 des Rads 11 erfolgen soll und die elektrische Maschine 2 keinen Beitrag zum Antreiben des Rads 11 leistet. Wie nachfolgend noch im Einzelnen erläutert werden soll, umfassen die Antriebseinheiten 10 jeweils einen Radnabenmotor 12, der aus der Batterie 3 des Antriebsstrangs 1 gespeist werden kann.The powertrain 1 according to the embodiment is the traction device 6 with the drive units 10th via a freewheel differential 7 coupled. The freewheel differential 7 enables transmission of a torque from the traction device 6 on the drive shaft of the respective drive unit 10th , on the other hand also enables the drive shaft of the respective drive unit to rotate freely 10th , opposite the traction mechanism 7 , or that of the traction device 7 connected electrical machine 2nd . Such free turning is necessary in those operating conditions in which the driving of the respective wheel 11 exclusively by that drive unit 10th of the wheel 11 should take place and the electrical machine 2nd no contribution to driving the wheel 11 accomplishes. As will be explained in more detail below, the drive units comprise 10th one wheel hub motor each 12 from the battery 3rd of the drive train 1 can be fed.

Einzelheiten des Freilaufdifferenzials 7 und einer Antriebseinheit 10 können der Darstellung in 2 entnommen werden. Das Freilaufdifferenzial weist zwei Freiläufe 8 auf, über welche jeweils eine Antriebswelle 15 einer Antriebseinheit 10 angekoppelt ist. Die Antriebswellen 15 sind in einer Fahrzeugquerrichtung verlaufend angeordnet.Details of the freewheel differential 7 and a drive unit 10th can of representation in 2nd be removed. The freewheel differential has two freewheels 8th on which each have a drive shaft 15 a drive unit 10th is coupled. The drive shafts 15 are arranged in a vehicle transverse direction.

Die Antriebseinheit 10 umfasst einen Radnabenmotor 12 mit einem feststehenden Stator 13 und einem gegenüber dem Stator drehbaren Rotor 14. Der Rotor 14 ist zur Übertragung eines durch den Radnabenmotor 12 bereitgestellten Radnabenmotor-Drehmoments mit dem Rad 11 gekoppelt. Die Antriebswelle 15 der Antriebseinheit 10 durchdringt den Radnabenmotor 12, insbesondere den Stator 13 und den Rotor 14, konzentrisch und ist zur Übertragung eines zusätzlichen Drehmoments auf das Rad 11 ebenfalls mit dem Rad 11 gekoppelt. Der Radnabenmotor 12 ist konzentrisch um die Antriebswelle 15 angeordnet. Der innenliegende Stator 13 des Radnabenmotors 12 weist im Bereich der Drehachse des Rotors 14 eine Durchgangsöffnung auf, in welcher die Antriebswelle 15 angeordnet ist. Die Antriebseinheit 10 umfasst ferner eine Hohlachse 18 durch welche die Antriebswelle 15 geführt ist. Die Hohlachse 18 ist fest mit dem Stator 13 des Radnabenmotors 12 und fest mit einem Anbindungselement 22 zur Anbindung eines Fahrzeugchassis verbunden.The drive unit 10th includes a wheel hub motor 12 with a fixed stator 13 and a rotor that is rotatable relative to the stator 14 . The rotor 14 is for transferring one through the wheel hub motor 12 provided wheel hub motor torque with the wheel 11 coupled. The drive shaft 15 the drive unit 10th penetrates the wheel hub motor 12 , especially the stator 13 and the rotor 14 , concentric and is for transferring an additional torque to the wheel 11 also by bike 11 coupled. The wheel hub motor 12 is concentric around the drive shaft 15 arranged. The internal stator 13 of the wheel hub motor 12 points in the area of the axis of rotation of the rotor 14 a through opening in which the drive shaft 15 is arranged. The drive unit 10th further comprises a hollow axis 18th through which the drive shaft 15 is led. The hollow axis 18th is fixed to the stator 13 of the wheel hub motor 12 and fixed with a connecting element 22 connected to connect a vehicle chassis.

Die Antriebswelle 15 ist durch ein erstes Lager 19 und ein zweites Lager 19 drehbar gegenüber dem Stator 13 des Radnabenmotors 12 gelagert. Das erste und das zweite Lager 19, 20 sind als Wälzlager, beispielsweise als Kugellager, ausgebildet. Die Antriebswelle 15 weist an einer dem Freilaufdifferenzial 7 abgewandten Stirnseite einen Flansch 16 auf. Dieser Flansch 16 ist drehfest mit dem Rotor 14 des Radnabenantriebs 12 und drehfest mit dem Rad 11 verbunden. Zur Verbindung von Flansch 16 der Antriebswelle 15, Rotor 14 und Rad 11 sind mehrere Befestigungselemente 17, beispielsweise Schrauben, vorgesehen.The drive shaft 15 is through a first camp 19th and a second camp 19th rotatable with respect to the stator 13 of the wheel hub motor 12 stored. The first and the second camp 19th , 20th are designed as roller bearings, for example as ball bearings. The drive shaft 15 points to the freewheel differential 7 facing away from a flange 16 on. This flange 16 is rotatable with the rotor 14 of the wheel hub drive 12 and rotatable with the bike 11 connected. For connecting flange 16 the drive shaft 15 , Rotor 14 and wheel 11 are several fasteners 17th , for example screws.

Der Rotor 14 des Radnabenmotors 12 ist ferner drehfest mit einer Bremsscheibe 21 verbunden, welche über eine in 2 nicht sichtbare Bremseinrichtung gebremst werden kann.The rotor 14 of the wheel hub motor 12 is also non-rotatable with a brake disc 21st connected, which via a 2nd invisible braking device can be braked.

Anhand der Darstellungen in 3, 4 und 5 wird ferner ein Antriebsstrang für ein teils elektrisch und teils mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug beschrieben mit

• einem Motor/Generator, der im Generatorbetrieb von einem Fahrer antreibbar ist,
• einer Batterie, die durch einen vom Generator erzeugten Strom ladbar ist,
• mindestens einem Radnabenmotor 12 zum Antrieb eines Rads 11 des Fahrzeugs, der aus der Batterie 3 gespeist werden kann und
• einem Zugmittel, über dass der Motor/Generator und/oder der Fahrer mittels Muskelkraft ein Drehmoment über eine Antriebachse auf das Rad 11 übertragen kann,

wobei die Antriebsachse

15

den Radnabenmotor

12 im Wesentlichen konzentrisch durchdringt und zur Übertragung des vom Motor/Generator und/oder des Fahrers mittels Muskelkraft erzeugten Drehmomentes auf das Rad 11

mit dem Rad

11 gekoppelt ist.Based on the representations in 3rd , 4th and 5 describes a drive train for a vehicle that is partially electric and partially powered by muscle power

A motor / generator which can be driven by a driver in generator operation,
A battery that can be charged by a current generated by the generator,
• at least one wheel hub motor 12 to drive a wheel 11 of the vehicle coming from the battery 3rd can be fed and
• a traction device, by means of which the motor / generator and / or the driver uses muscle power to apply a torque to the wheel via a drive axle 11 can transmit

being the drive axle 15 the wheel hub motor 12 essentially penetrates concentrically and for transmitting the torque generated by the motor / generator and / or the driver by means of muscle power to the wheel 11 with the wheel 11 is coupled.

Der Antriebstrang besteht aus einer Kombination eines seriellen mit einem parallelen Antriebstrang. Dieser kombinierte serielle/parallele Antriebstrang weist abhängig von gewählten Parametern rein serielle und rein parallele Antriebsphasen auf. Der rein parallele Anteil ermöglicht den Betrieb des Fahrzeugs auch bei leerem, bzw. ohne Akku. Aufgrund der rein mechanischen Übertragung der humanen Antriebsleistung zwischen Pedal und angetriebenen Rad 11 wird das Fahrzeug in diesem Betriebszustand rein mechanisch bewegt. Je nach Fahrsituation bietet der serielle, aber auch der parallele Antrieb Vorteile. Der Vorteil des parallelen Antriebs kommt immer bei Beschleunigungsvorgängen, aber auch bei Bergauffahrten zum Tragen, da hier das Human-Moment direkt auf mechanischem Weg zum angetriebenen Rad 11 geleitet wird. Der Vorteil des seriellen Antriebs liegt in einer stufenlos variablen Übersetzung zwischen Pedalkadenz und Drehzahl des Antriebsrads und damit der gefahrenen Geschwindigkeit.The drive train consists of a combination of a serial and a parallel drive train. Depending on the selected parameters, this combined serial / parallel drive train has purely serial and purely parallel drive phases. The purely parallel portion enables the vehicle to be operated even when the battery is empty or without. Due to the purely mechanical transmission of the human drive power between the pedal and driven wheel 11 the vehicle is moved purely mechanically in this operating state. Depending on the driving situation, the serial, but also the parallel drive offers advantages. The advantage of the parallel drive always comes into play when accelerating, but also when driving uphill, because here the human moment is mechanically connected to the driven wheel 11 is directed. The advantage of the serial drive is a continuously variable ratio between pedal cadence and speed of the drive wheel and thus the speed driven.

Voraussetzung für die Realisierung dieses Antriebskonzepts ist ein spezieller Radnabenmotor 12, der einen Durchtrieb des zusätzlichen Drehmoments auf das angetriebene Rad 11 ermöglicht. Erfindungsgemäß wird hierfür ein Radnabenmotor 11 derart ausgebildet, dass eine Hohlachse 18 der Antriebseinheit 10 hohl ausgeführt wird und somit die Möglichkeit bietet eine Antriebswelle 15 durch den Radnabenmotor 12 hindurch mit der Felge, bzw. dem Rad 11, zu verbinden.A special wheel hub motor is a prerequisite for the implementation of this drive concept 12 , which drives the additional torque through the driven wheel 11 enables. According to the invention, a wheel hub motor is used for this 11 formed such that a hollow axis 18th the drive unit 10th is hollow and thus offers the possibility of a drive shaft 15 through the wheel hub motor 12 through with the rim or the wheel 11 , connect to.

Die Achse eines einseitig angebundenen Radnabenmotors 12 eines Elektrofahrzeuges wird hohl ausgeführt. Eine Antriebswelle 15, welche durch die hohle Achse läuft, bring die Antriebsleistung eines weiteren Motors 2 und / oder des Fahrers, welche dieser mittels eines Kurbelantriebs 4 erzeugt, ans Rad 11 und treibt damit das Fahrzeug ausschließlich (bei entnommener Traktionsbatterie) oder zusätzlich (zu dem Antriebsmoment der Radnabenmotoren) an. In letzterem Fall wird das Antriebsmoment, welches vom Fahrer und ggf. von einem zentralen Zusatzantrieb kommt, dem Drehmoment des/der Radnabenantriebe 12 überlagert. Zur Vermeidung von Rückwirkungen und zur Realisierung eines Differentialeffekts wird ein Freilauf je angetriebener Seite zur Entkopplung vorgesehen. Der/die Freiläufe können entweder zwischen antreibendem Element und der zum Motor weisenden Zwischenwelle oder alternativ im Motor selbst integriert werden.The axis of a wheel hub motor connected on one side 12 of an electric vehicle is made hollow. A drive shaft 15 , which runs through the hollow axis, brings the drive power of another motor 2nd and / or the driver, which of these by means of a crank drive 4th generated to the wheel 11 and thus drives the vehicle exclusively (with the traction battery removed) or in addition (to the drive torque of the wheel hub motors). In the latter case, the drive torque, which comes from the driver and possibly from a central additional drive, becomes the torque of the wheel hub drive (s) 12 overlaid. To avoid repercussions and to realize a differential effect, one freewheel is provided on each driven side for decoupling. The freewheel (s) can either be integrated between the driving element and the intermediate shaft facing the motor or alternatively in the motor itself.

Die Antriebswelle wird in der hohl ausgeführten Achse Gleit- oder Wälzgelagert werden, alternativ kann auch mit genügend Spiel zwischen Hohlwelle und Achse eine Art „fliegende“ Lagerung dargestellt werden. Die Ankopplung der Antriebswelle kann, wie in 4 dargestellt, mittels eines Flansches 16, der zwischen Felge 11 und Radnabenantrieb 12 angeordnet wird, erfolgen. Alternativ kann das Moment an anderer Stelle auch direkt in das Motorgehäuse 14 eingeleitet und über das Motorgehäuse 14 in die Felge 11 eingeleitet werden.The drive shaft will be mounted on the hollow axis of the slide or roller bearings, alternatively a kind of "flying" bearing can be shown with enough clearance between the hollow shaft and the axis. The coupling of the drive shaft can, as in 4th shown, by means of a flange 16 that between rim 11 and wheel hub drive 12 is arranged. Alternatively, the torque can also be stored directly in the motor housing 14 initiated and via the motor housing 14 in the rim 11 be initiated.

4 zeigt eine Antriebseinheit 10 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Elemente, die eine ähnliche Funktion wie die Elemente des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels aufweisen, mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es wird daher auf die Beschreibung zur 2 verwiesen. 4th shows a drive unit 10th according to an alternative embodiment of the invention, wherein elements having a similar function as the elements of the in 2nd have shown embodiment, are identified by identical reference numerals. It is therefore based on the description 2nd referred.

In der 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 10 gezeigt. Anders als bei den Antriebseinheiten gemäß 2 und 4 weist diese Antriebseinheit 10 einen Freilauf 23 auf, über welchen die Antriebswelle 15 mit dem Rad 11 gekoppelt ist. Die Antriebswelle 15 ist ohne Flansch ausgebildet. Insofern Die äußere Mantelfläche des Antriebswelle 15 steht in Kontakt mit einer inneren Mantelfläche des Freilaufs. Die äußere Mantelfläche des Freilaufs ist mit Rotor 14 des Radnabenmotors 12 verbunden. Insofern ist der Rotor 14 über den Freilauf 23 mit der Antriebswelle 15 gekoppelt.In the 5 is a further embodiment of a drive unit according to the invention 10th shown. Unlike the drive units according to 2nd and 4th assigns this drive unit 10th a freewheel 23 on which the drive shaft 15 with the wheel 11 is coupled. The drive shaft 15 is designed without a flange. In this respect, the outer surface of the drive shaft 15 is in contact with an inner surface of the freewheel. The outer surface of the freewheel is with a rotor 14 of the wheel hub motor 12 connected. In this respect, the rotor 14 over the freewheel 23 with the drive shaft 15 coupled.

Die Antriebseinheit 10 nach 5 kann in einem Antriebsstrang Anwendung finden, bei dem ein Freilaufdifferenzial nicht erforderlich ist - also freilaufdifferenzialfrei ausgebildet ist.The drive unit 10th to 5 can be used in a drivetrain in which a freewheel differential is not required - that is, it is designed without a freewheel differential.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11: AntriebsstrangPowertrain
22nd: elektrische Maschine (Motor/Generator)electrical machine (motor / generator)
33rd: Batteriebattery
44th: PedalantriebPedal drive
55: ZugmittelTraction means
66: ZugmittelTraction means
77: FreilaufdifferenzialFreewheel differential
88th: FreilaufFreewheel
1010th: AntriebseinheitDrive unit
1111: Radwheel
1212: RadnabenmotorWheel hub motor
1313: Statorstator
1414: Rotorrotor
1515: Antriebswelledrive shaft
1616: Flanschflange
1717th: BefestigungselementFastener
1818th: HohlachseHollow axle
1919th: Wälzlagerroller bearing
2020th: Wälzlagerroller bearing
2121st: BremsscheibeBrake disc
2222: AnbindungselementConnecting element
2323: FreilaufFreewheel

Claims

Drive unit for a wheel (11) of a vehicle with a wheel (11) and with a wheel hub motor (12) for driving the wheel (11), which can be fed from a battery (3), characterized by a drive shaft (15), which penetrates the wheel hub motor (12) essentially concentrically and is coupled to the wheel (11) in order to transmit an additional torque to the wheel (11).

Drive unit after Claim 1 , characterized by a hollow shaft (18) through which the drive shaft (15) is guided.

Drive unit according to one of the preceding claims, characterized by a bearing (19, 20), in particular a slide bearing or a roller bearing, by means of which the drive shaft (15) rotates with respect to the hollow axis (18) and / or with respect to a stator (13) of the wheel hub motor ( 12) is mounted, the bearing being arranged in particular within the hollow axis (18) and / or within the stator (13).

Drive unit according to one of the Claims 3 or 4th , characterized in that the wheel hub motor (12) has a stator (13) which is fixedly connected to the hollow axle (18).

Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that the drive shaft (15) has a flange (16) which is arranged on an end face of the drive shaft (15) and is non-rotatably connected to the wheel (11).

Drive unit after Claim 6 , characterized in that the wheel hub motor (12) has a rotor (14) which is non-rotatably connected to the flange (16).

Drive unit according to one of the Claims 1 to 5 , characterized by a freewheel (23), via which the drive shaft (15) is coupled to the wheel (11).

Drive train (1) for a vehicle that is partly electric and partly powered by muscle power an electrical machine (2), in particular a motor / generator, which can be driven by a driver in generator operation, - A battery (3) which can be charged by a current generated by the electrical machine (2) in the generator mode, and - At least one drive unit (10) according to one of the preceding claims.

Powertrain after Claim 8 , characterized by a traction means (6) by means of which the electrical machine (2) and / or a driver can transmit torque via the drive shaft (15) to the wheel (11) by means of muscle power, the traction means (6) preferably being a chain is.

Powertrain according to one of the Claims 8 or 9 , characterized by a freewheel differential (7), via which the drive shaft (15) of the at least one drive unit (10) is coupled to the electrical machine (2).

Powertrain according to one of the Claims 8 to 10th , characterized by a pedal drive (4) which is coupled to the electrical machine (2) and by means of which the driver can drive the electrical machine (2) by means of muscle power.