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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radantrieb, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftrad.
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Radantriebe der in Rede stehenden Art, umfassend Elektromotoren, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt beispielsweise die
WO 2020/002774 ein Kraftrad, mit einem als Orbitalrad ausgebildeten Hinterrad, in welches ein Elektromotor integriert ist. Eine derartige Konstruktion erscheint allerdings konstruktiv aufwendig und nicht gewichtsoptimiert. Zudem sind der Fertigungs- und Montageaufwand hoch.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Radantrieb sowie ein Kraftfahrzeug anzugeben, welche bei hoher erzielbarer Leistung ein geringes Gewicht aufweisen und dabei kostengünstig zu fertigen sind.
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Diese Aufgabe wird durch einen Radantrieb gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Radantrieb, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Rotor mit einem Reifen in Wirkverbindung steht, und wobei der Stator mit einer Haltestruktur verbunden ist, in welcher zumindest eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Stators verläuft oder ausgebildet bzw. angeordnet ist. Mit Vorteil sind Kühlelemente, wie Kühlkanäle, in die Haltestruktur, welche den Stator hält oder trägt, integriert. Damit ist es mit Vorteil möglich, den Stator, beispielsweise mit einer Flüssigkeitskühlung, zu kühlen, wodurch es wiederum möglich ist, Elektromotoren mit sehr hoher Leistung zu installieren. Mit Vorteil kann die Wärme direkt am Entstehungsort aufgenommen und über die Kühleinrichtung abtransportiert werden. Gemäß einer Ausführungsform stellt die Haltestruktur eine Verbindung zu einem Fahrwerk des Kraftfahrzeugs dar. Die Haltestruktur kann mit dem Fahrwerk fest verbunden sein. Bevorzugt ist die Haltestruktur mit dem Fahrwerk beweglich, beispielsweise um zumindest eine Achse dreh- oder schwenkbar, verbunden. Die Haltestruktur kann ein- oder zweiseitig ausgebildet sein. Bei Verwendung in einem Kraftrad kann die Haltestruktur als Einarmschwinge, also einseitig, ausgebildet sein, alternativ aber auch als Zweiarmschwinge. Bei Verwendung in einem Personenkraftwagen oder Lastwagen ist die Haltestruktur üblicherweise einseitig ausgebildet.
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Der Radantrieb kann lenkbar oder feststehend ausgebildet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Haltestruktur bei Verwendung für Personenkraftwagen oder allgemeiner Automobile derart ausgebildet, dass der Stator an beispielsweise drei Bereichen oder Stellen angebunden ist, wenn es sich um einen nicht lenkbaren Radantrieb handelt. Die Haltestruktur ist bei einem lenkbaren Radantrieb gemäß einer Ausführungsform derart ausgebildet, dass eine Anbindung des Stators an beispielsweise zwei Bereichen oder Stellen erfolgt. Die Haltestruktur ist entsprechend drehbar mit einer Lenkachse verbunden, wobei die Lenkachse und die vorgenannten beiden Stellen oder Bereiche zweckmäßigerweise zusammen mit der (Lenk-)Achse in einer Ebene liegen, welche eine Drehachse des Reifens bzw. des Radantriebs durchdringt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Radantrieb als Radnabenmotor ausgebildet bzw. umfasst einen solchen. Hierbei ist der Motor direkt in das Rad des Fahrzeugs eingebaut oder integriert, wobei er gleichzeitig die Radnabe trägt. Möglich sind sowohl Konfigurationen als Innen- als auch als Außenläufer.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Radantrieb als Orbitalrad ausgebildet, umfassend einen ringförmigen Stator, an welchem umfänglich der Rotor angeordnet ist. Mit Vorteil zeichnet sich diese Ausgestaltung durch ihre Einfachheit aus, welche mit besonders wenigen Bauteilen auskommt.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Stator ein Gehäuse, wobei das Gehäuse und die Haltestruktur aus einem Verbundmaterial gebildet sind. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Verbundmaterial insbesondere um einen Verbundwerkstoff oder Kompositwerkstoff, mit anderen Worten um einen Werkstoff, welcher aus zwei oder mehr verbundenen Materialien, welche unterschiedliche Werkstoffeigenschaften aufweisen, gebildet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verbundmaterial ein Faserverbundwerkstoff, umfassend eine Matrix sowie die Matrix verstärkende Fasern. Bevorzugte Fasern sind beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikfasern, Aramidfasern, Borfasern, Basaltfasern, Stahlfasern, Naturfasern oder Nylonfasern. Als bevorzugte Matrixwerkstoffe kommen Polymere, Duroplaste, Kunstharze, Elastomere oder Thermoplaste zum Einsatz.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das Gehäuse des Stators und die Haltestruktur einteilig oder integral, insbesondere als ein Teil, ausgebildet und insbesondere hergestellt. Mit anderen Worten sind das Statorgehäuse und die Haltestruktur nicht aneinander befestigt, sondern direkt bzw. unmittelbar als ein Teil hergestellt. Mit Vorteil können dadurch Montage- sowie Fertigungskosten reduziert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind in den Stator bzw. in das Gehäuse des Stators Mittel zum Erzeugen eines Magnetfelds eingebettet. Derartige Mittel können Magnete oder Spulen, wie beispielsweise Kupferwicklungen, sein, welche geeignet sind, ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen. Mit Vorteil sind die Mittel zum Erzeugen des Magnetfelds in das Gehäuse eingebettet. Mit anderen Worten sind die Mittel direkt eingegossen und werden beispielsweise bei der Herstellung des Gehäuses in das entsprechende Werkzeug eingelegt und umgossen. Durch das Einbetten der Mittel, wie beispielsweise Elektronikkomponenten, in das Verbundmaterial bzw. die Kunststoffmatrix, werden die Komponenten mit Vorteil gegen Feuchtigkeit geschützt.
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In gleicher Weise ist bevorzugt auch die Kühleinrichtung in die Halteeinrichtung und/oder in das Statorgehäuse integriert. Mit Vorteil ist die Kühleinrichtung in die Haltestruktur und/oder das Statorgehäuse eingegossen bzw. umgossen. Alternativ können die Haltestruktur und/oder das Statorgehäuse einen oder mehrere Hohlräume aufweisen, in welche die Kühleinrichtung bzw. damit entsprechende Komponenten nachträglich eingebracht werden können, insbesondere also nach dem Formen der Haltestruktur und/oder des Statorgehäuses.
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Gemäß einer Ausführungsform werden zur weiteren Gewichtsreduktion keine Kupferwicklungen sondern Leichtbauelemente, wie Kohlenstoffmaterialien, insbesondere Kohlenstoffnanoröhren, verwendet.
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Zweckmäßigerweise kann die Kühlung nahe an die wärmeerzeugenden Elemente, wie beispielsweise die Spulen, geführt werden. Gemäß einer Ausführungsform ist der Stator derart ausgelegt, dass die Spulen, zumindest bereichsweise, direkt bzw. unmittelbar durchströmt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist in das Gehäuse des Stators zumindest eine Kühleinrichtung eingebettet. Zweckmäßigerweise sind ein oder mehrere Kühlkanäle in das Statorgehäuse eingegossen. Diese stehen zweckmäßigerweise mit der Haltestruktur in Wirkverbindung bzw. bilden einen Fluidkreislauf zum Kühlen der elektrischen Maschine. Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Rotor ein Gehäuse, welches aus einem Verbundmaterial gebildet ist. Bezüglich des Verbundmaterials des Rotors gilt das in Bezug auf das Verbundmaterial des Stators Gesagte.
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Die elektrische Maschine, insbesondere der Stator, umfasst Mittel zur Stromversorgung, wie Leiterelemente, insbesondere Kabel. Gemäß einer Ausführungsform sind diese, zumindest bereichsweise, in der Haltestruktur geführt. Die Leiterelemente können bereits bei der Herstellung der Haltestruktur integriert werden. Alternativ können sie nachträglich in hierzu vorgehaltene Hohlräume der Haltestruktur eingebracht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind im oder am Gehäuse des Rotors eine Vielzahl von Magnetelementen eingebettet. Zweckmäßigerweise sind diese direkt bei der Herstellung des Gehäuses des Rotors eingebettet, insbesondere eingegossen bzw. angegossen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Rotor ein Felgenelement zur Anordnung des Reifens, wobei der Rotor und das Felgenelement einteilig ausgebildet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform formt das Gehäuse des Rotors die Felgengeometrie unmittelbar aus. Auf ein separat hergestelltes Felgenelement, welches nachträglich am Rotor befestigt werden muss, kann so mit Vorteil verzichtet werden. Dadurch kann das Gewicht des Radantriebs weiter reduziert und die Komplexität weiter verringert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Rotor zweiteilig ausgebildet. Die Teilungsebene liegt bevorzugt senkrecht zu einer Drehachse des Rotors.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Rotor eine, insbesondere außenseitig angeordnete Bremsscheibe, welche mit einem bevorzugt schwimmend gelagerten Bremssattel zusammenwirkt. Dieser ist, entsprechend bevorzugt außenseitig, am Stator angeordnet/befestigt.
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Die Erfindung richtet sich auch auf ein Kraftfahrzeug, insbesondere auf ein Kraftrad, wie ein Motorrad oder einen Motorroller, oder auch auf einen Personenkraftwagen bzw. ein Automobil, umfassend zumindest einen erfindungsgemäßen Radantrieb. Auch Nutzfahrzeuge und Fahrzeuge, wie sie im Bereich der Fördertechnik verwendet werden, fallen darunter.
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Der Radantrieb kann mit Vorteil sowohl als gelenkter Radantrieb als auch als feststehender Radantrieb ausgebildet sein. Wie bereits erwähnt, ist der Radantrieb mit Vorteil auch gefedert/gedämpft ausgebildet, bzw. angebunden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Hinterrad eines Kraftrads als erfindungsgemäßer Radantrieb ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform wird zumindest ein Radantrieb, bevorzugt zwei oder vier, in einem Personenkraftwagen verwendet, wobei er sowohl an einer gelenkten als auch an einer ungelenkten Achse zum Einsatz kommen kann.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines Radantriebs mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: eine schematische Ansicht eines Radantriebs in einer Seitenansicht;
- 2: eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Radantriebs.
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1 zeigt in einer Seitenansicht eine Ausführungsform eines Radantriebs, beispielsweise eines Kraftrads, wobei zum besseren Verständnis eine Fahrtrichtung F mit einem entsprechenden Pfeil skizziert ist. Der Radantrieb ist als Orbitalrad ausgebildet, umfassend einen Stator 10. Konzentrisch zu einer (Dreh-)Achse A sind ein Rotor 20 sowie ein Felgenelement 30 angeordnet (vorliegend als ein Teil oder eine Baugruppe, insbesondere als eine einteilige Baugruppe). Damit in Wirkverbindung steht ein Reifen 60. Der Stator 10 ist über eine Haltestruktur 40, welche entsprechende Träger 42 umfasst, verbunden. Zur Stromversorgung sind Leiterelemente 50 in Richtung des Stators 10 geführt. Zweckmäßigerweise sind die Haltestruktur sowie der Stator 10 und der Rotor 20 bzw. das Felgenelement 30 einteilig aus einem Verbundmaterial gebildet. Bevorzugt verläuft innerhalb der Haltestruktur 40 bzw. innerhalb der Träger 42 eine Kühleinrichtung, wie beispielsweise Kühlkanäle, zur Kühlung des Stators 10. Der Stator 10 umfasst, beispielsweise eingebettet im Inneren, eine Vielzahl von Spulen oder Magneten zum Erzeugen eines Magnetfelds. Mit Vorteil sind die in den Trägern 42 verlaufenden Kühlkanäle durch den Stator 10 geführt, wodurch unmittelbar eine Kühlung an den Stellen realisiert werden kann, wo die Wärme entsteht.
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2 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung einen Schnitt durch einen Radantrieb, wobei zum besseren Verständnis die Lage bzw. Position des Schnitts anhand der 1 gezeigt ist. Zu erkennen ist auch hier ein Stator 10, zu welchem umfänglich ein Rotor 20 sowie ein Felgenelement 30 angeordnet sind, wobei am Felgenelement 30 ein Reifen 60 angeordnet ist. Eine Haltestruktur 40 umfasst vier Träger 42, welche am Stator 10 befestigt sind. Die Träger 42 greifen in der hier skizzierten Ausführungsform zweiseitig am Stator 10 an. In die Zeichenebene hinein verläuft eine Fahrtrichtung F. Der Rotor 20 sowie die Felge 30 nebst dem Reifen 60 drehen um eine Achse A.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stator
- 20
- Rotor
- 30
- Felgenelement
- 40
- Haltestruktur
- 42
- Träger
- 50
- Leiterelemente
- 60
- Reifen
- F
- Fahrtrichtung
- A
- Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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