DE112007002106T5

DE112007002106T5 - Fahrzeugradanordnung

Info

Publication number: DE112007002106T5
Application number: DE112007002106T
Authority: DE
Inventors: Terence G. Rodondo Beach Ward; James M. Cerritos Nagashima; Michael San Pedro Milani; M. Rahman Troy Khwaja
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2009-07-02
Also published as: US20080210479A1; WO2008031080A2; DE112007002093T5; US20080061525A1; WO2008031081A3; WO2008031081A2; WO2008031080A3; CN101528492A; CN101535078A

Abstract

Radanordnung (24), die zur Kopplung mit einem Rahmen eines Fahrzeugs (10) ausgestaltet ist, wobei die Radanordnung (24) umfasst:
eine erste Lagerkomponente (42), die zur Kopplung mit dem Rahmen ausgestaltet ist;
eine zweite Lagerkomponente (44), die mit der ersten Lagerkomponente (42) drehbar gekoppelt ist;
einen Motor (36), der einen Stator (62) und einen Rotor (64) umfasst, wobei der Stator (62) mit der ersten Lagerkomponente (42) gekoppelt ist und der Rotor (64) mit der zweiten Lagerkomponente (44) derart gekoppelt ist, dass eine Drehung des Rotors (64) relativ zu dem Stator (62) bewirkt, dass sich die zweite Lagerkomponente (44) relativ zu der ersten Lagerkomponente (42) dreht; und
einen Bremsmechanismus (40), der mit der zweiten Lagerkomponente (44) gekoppelt ist und zwischen dem Motor (36) und dem Rahmen angeordnet ist, um die Drehung der zweiten Lagerkomponente (44) und des Rotors (64) zu verlangsamen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Anmeldung mit der Seriennummer 60/843,138, die am 8. September 2006 eingereicht wurde und die durch Bezugnahme hiermit vollständig mitaufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeuge, wie etwa Kraftfahrzeuge, und sie betrifft insbesondere eine Fahrzeugradanordnung, die einen Motor umfasst.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In den letzten Jahren haben technologische Fortschritte sowie sich immer weiter entwickelnde Vorlieben bezüglich des Stils zu wesentlichen Veränderungen bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen geführt. Eine der Veränderungen betrifft die Komplexität der elektrischen und der Antriebssysteme in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Fahrzeugen mit alternativem Kraftstoff, wie etwa Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen. Derartige Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff verwenden typischerweise einen Elektromotor, möglicherweise in Kombination mit einem anderen Vortriebsmittel, um die Räder anzutreiben.
Da die Leistungsanforderungen an die elektrischen Systeme in Fahrzeugen mit alternativem Kraftstoff weiterhin ansteigen, besteht ein dauernd wachsender Bedarf zur Maximierung des elektrischen sowie des mechanischen Wirkungsgrads derartiger Systeme. Zudem besteht ein konstanter Wunsch zur Verringerung der Komponentenanzahl, die zum Betreiben von Fahrzeugen mit alternativem Kraftstoff benötigt werden, und zur Minimierung der Gesamtkosten und des Gewichts der Fahrzeuge.
Vor kurzem wurden Versuche unternommen, um funktionierende "Radmotor"-Systeme zu entwickeln, bei welchen die Elektromotoren in der Nähe oder im Wesentlichen innerhalb der Räder angeordnet sind, die sie antreiben sollen. Bei der Verwendung derartiger Systeme kann es möglich sein, den Bedarf für irgendeine Art von Getriebe oder Endantrieb, das bzw. der den Elektromotor mit dem Rad koppelt, zu verringern und vielleicht sogar zu beseitigen. Somit weisen Radmotoren das Potenzial auf, sowohl den mechanischen Wirkungsgrad zu erhöhen als auch die Komponentenanzahl zu verringern. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die gegenwärtig vorliegenden Entwürfe für Radmotoren aufgrund der beträchtlichen Masse, die zum Einbauen des Motors zu der Radanordnung hinzugefügt werden muss, der erhöhten axialen Dimensionen, der größeren Systemkomplexität, der Notwendigkeit teurer kundenspezifischer Komponenten und der Verringerung bei der Freiheit beim Anbringen der Federung unerwünscht sind.
Entsprechend ist es wünschenswert, eine Radanordnung bereitzustellen, die einen Motor enthält und eine verringerte Komponentenanzahl und eine verringerte Systemkomplexität sowie die Verwendung von Standard-Kraftfahrzeugkomponenten ermöglicht. Darüber hinaus werden weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden genauen Beschreibung und den beigefügten An sprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem voranstehenden technischen Gebiet und Hintergrund offenbar werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer Ausführungsform wird eine Radanordnung bereitgestellt, die zur Kopplung mit einem Rahmen eines Fahrzeugs ausgestaltet ist. Die Radanordnung umfasst eine erste Lagerkomponente, die zur Kopplung mit dem Rahmen ausgestaltet ist, eine zweite Lagerkomponente, die mit der ersten Lagerkomponente drehbar gekoppelt ist, und einen Bremsmechanismus, der mit der zweiten Lagerkomponente gekoppelt ist. Der Motor umfasst einen Stator und einen Rotor. Der Stator ist mit der ersten Lagerkomponente gekoppelt und der Rotor ist mit der zweiten Lagerkomponente derart gekoppelt, dass eine Drehung des Rotors relativ zu dem Stator bewirkt, dass sich die zweite Lagerkomponente relativ zu der ersten Lagerkomponente dreht. Der Bremsmechanismus befindet sich zwischen dem Motor und dem Rahmen und ist so ausgestaltet, dass er die Drehung der zweiten Lagerkomponente und des Rotors verlangsamt.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine Radanordnung bereitgestellt, die zur Kopplung mit einem Rahmen eines Fahrzeugs ausgestaltet ist. Die Radanordnung umfasst eine stationäre Lagerkomponente, eine Welle, die mit der stationären Lagerkomponente drehbar gekoppelt ist und ein erstes und ein zweites Ende aufweist, einen Motor, der einen Stator und einen Rotor umfasst, und einen Bremsmechanismus. Der Stator ist mit der stationären Lagerkomponente gekoppelt und der Rotor ist mit dem ersten Ende der Welle derart gekoppelt, dass eine Drehung des Rotors relativ zu dem Stator bewirkt, dass sich die Welle dreht. Der Bremsmechanismus ist mit dem zweiten Ende der Welle gekoppelt, um die Drehung der Welle und des Rotors zu verlangsamen.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine Radanordnung bereitgestellt, die zur Kopplung mit einem Rahmen eines Fahrzeugs ausgestaltet ist. Die Radanordnung umfasst eine stationäre Lagerkomponente, die zur Kopplung mit dem Rahmen ausgestaltet ist, eine Welle, die mit der stationären Lagerkomponente so gekoppelt ist, dass sie sich um eine Achse dreht, und die ein erstes und ein zweites Ende aufweist, einen Motor, der einen Stator und einen Rotor umfasst, wobei der Stator mit der stationären Lagerkomponente gekoppelt ist und der Rotor mit dem ersten Ende der Welle derart gekoppelt ist, dass eine Drehung des Rotors relativ zu dem Stator bewirkt, dass sich die Welle dreht, wobei der Motor erste und zweite Abschnitte auf entgegengesetzten Seiten der Achse aufweist, ein Rad, das mit der Welle derart gekoppelt ist, dass eine Drehung der Welle bewirkt, dass sich das Rad dreht, und einen Bremsmechanismus, der mit dem zweiten Ende der Welle gekoppelt ist und sich zwischen dem Motor und dem Rahmen befindet, um die Drehung der Welle, des Rotors und des Rades zu verlangsamen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird hier nachstehend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und
1 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Querschnittsansicht einer Radanordnung an dem Kraftfahrzeug von 1 ist; und
3 eine Querschnittsansicht der Radanordnung von 2 ist, bei der einige Komponenten derselben entfernt sind.
BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die folgende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der Erfindung zu beschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch irgendeine explizite oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem voranstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden genauen Beschreibung dargestellt ist. Obwohl die hier gezeigten schematischen Zeichnungen beispielhafte Anordnungen von Elementen darstellen, können bei einer tatsächlichen Ausführungsform zudem zusätzliche dazwischenkommende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten vorhanden sein. Es sollte auch verstanden sein, dass 1–3 nur zur Veranschaulichung dienen und möglicherweise nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind.
1 bis 3 veranschaulichen eine Radanordnung oder einen Radmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Radanordnung umfasst eine erste Lagerkomponente, die zur Kopplung mit einem Rahmen eines Fahrzeugs ausgestaltet ist, eine zweite Lagerkomponente, die mit der ersten Lagerkomponente drehbar gekoppelt ist, und einen Bremsmechanismus, der mit der zweiten Lagerkomponente gekoppelt ist. Der Motor umfasst einen Stator und einen Rotor. Der Stator ist mit der ersten Lagerkomponente gekoppelt und der Rotor ist mit der zweiten Lagerkomponente derart gekoppelt, dass eine Drehung des Rotors relativ zu dem Stator bewirkt, dass sich die zweite Lagerkomponente relativ zu der ersten Lagerkomponente dreht. Bei einer Ausführungsform befindet sich der Bremsmechanismus zwischen dem Motor und dem Rahmen und ist so ausgestaltet, dass er die Drehung der zweiten Lagerkomponente und des Rotors verlangsamt. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Lagerkomponente eine Welle und der Rotor und der Bremsmechanismus sind mit entgegengesetzten Enden der Welle verbunden.
1 veranschaulicht ein Fahrzeug 10 oder "Kraftfahrzeug" gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst ein Chassis 12, eine Karosserie 14, zwei Vorderräder 16, zwei Hinterräder 18 und ein elektronisches Steuerungssystem (oder eine elektronische Steuerungseinheit (ECU)) 20. Die Karosserie 14 ist auf dem Chassis 12 angeordnet und umhüllt im Wesentlichen die anderen Komponenten des Kraftfahrzeugs 10. Die Karosserie 14 und das Chassis 12 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 16 und 18 sind jeweils mit dem Chassis 12 in der Nähe einer jeweiligen Ecke der Karosserie 14 drehbar gekoppelt.
Das Kraftfahrzeug 10 kann ein beliebiger einer Anzahl verschiedener Typen von Kraftfahrzeugen sein, wie zum Beispiel eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen oder ein Sportnutzfahrzeug (SUV), und kann ein Zweiradantrieb (2WD) (d. h. Heckantrieb oder Frontantrieb), ein Vierradantrieb (4WD) oder ein Allradantrieb (AWD) sein. Das Fahrzeug 10 kann auch einen beliebigen oder eine Kombination einer Anzahl verschiedener Typen von Maschinen (oder Aktoren) umfassen, wie zum Beispiel eine Benzin- oder dieselgespeiste Brennkraftmaschine, die Maschine eines "Fahrzeugs mit flexiblem Kraftstoff" (FFV, FFV von flex fuel vehicle) (d. h., die eine Mischung aus Benzin und Alkohol verwendet), eine mit einem gasförmigen Gemisch (z. B. Wasserstoff und/oder Erdgas) gespeiste Maschine oder eine Brennstoffzelle, eine hybride Brennkraft/Elektromotormaschine und einen Elektromotor.
Bei der in 1 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist das Kraftfahrzeug 10 ein Hybridfahrzeug und umfasst ferner eine Brennkraftmaschine 22, Radmotoren (oder Radanordnungen) 24, eine Batterie 26, einen Wechselrichter (oder Inverter) 28 und einen Radiator 30. Die Brennkraftmaschine 22 ist mit den Vorderrädern 16 durch Antriebswellen 32 durch ein (nicht gezeigtes) Getriebe mechanisch gekoppelt. Wie nachstehend genauer beschrieben wird, ist jeder der Radmotoren 24 in einer der Hinterradanordnungen 18 untergebracht. Die Batterie 26 ist mit dem elektronischen Steuerungssystem 20 und dem Wechselrichter 28 gekoppelt. Der Radiator 30 ist mit dem Rahmen an einem äußeren Abschnitt desselben verbunden und umfasst, obwohl es nicht im Detail veranschaulicht ist, mehrere dort hindurch verlaufende Kühlkanäle, die ein Kühlfluid (d. h. ein Kühlmittel), wie etwa Wasser und/oder Ethylenglykol (d. h. "Frostschutz") enthalten, und ist mit der Maschine 22 und dem Wechselrichter 28 gekoppelt. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, kann der Wechselrichter 28 mehrere Schalter oder Transistoren umfassen, wie allgemein verstanden wird.
Das elektronische Steuerungssystem 20 steht in funktionaler Kommunikation mit der Maschine 22, den Radmotoren 24, der Batterie 26 und dem Wechselrichter 28. Obwohl es nicht im Detail gezeigt ist, umfasst das elektronische Steuerungssystem 20 verschiedene Sensoren und Kraftfahrzeugsteuerungsmodule oder elektronische Steuerungseinheiten (ECUs), wie etwa ein Wechselrichtersteuerungsmodul und einen Fahrzeugcontroller, und mindestens einen Prozessor und/oder einen Speicher, welcher darin (oder in einem anderen computerlesbaren Medium) gespeicherte Anweisungen umfasst, um die Prozesse und Verfahren wie nachstehend beschrieben auszuführen.
2 und 3 sind Querschnittsansichten, die eine der Hinterradanordnungen 18 (oder einen der Radmotoren 24) genauer veranschaulichen. Die Hinterradanordnung 18 umfasst ein Lager 34, einen Motor 36, ein Rad 38 und einen Bremsmechanismus (oder eine Unteranordnung) 40.
Das Lager 34 umfasst eine äußere (oder erste) Komponente (oder eine stationäre Lagerkomponente) 42 und eine innere (oder zweite) Komponente (oder Welle) 44. Die äußere Komponente 42 ist bei der dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen ringförmig um eine Achse 45 herum mit einer Öffnung 46, die sich dort hindurch erstreckt, und weist eine dem Chassis 12 (oder dem Rahmen) des Fahrzeugs 10 entgegengesetzte äußere (oder erste) Seite 48 und eine innere (oder zweite) Seite 50 benachbart zu dem (oder in der Nähe des) Chassis 12 auf. Wie gezeigt ist, umfasst die äußere Komponente 42 mehrere (z. B. zwei) Kugelgelenke 52 (oder Rahmenverbinder), die sich davon weg in eine Richtung erstrecken, die im Wesentlichen rechtwinklig zu der Achse 45 verläuft. Jedes der Kugelgelenke 52 kann mit einem Arm (z. B. einem "A-Arm") 54 verbunden sein, welcher wiederum mit dem Chassis 12 verbunden ist.
Die innere Komponente (oder Bremswelle) 44 erstreckt sich durch die Öffnung 46 in der äußeren Komponente 42 hindurch und ist mit der äußeren Komponente 42 derart verbunden oder gekoppelt, dass sie sich relativ zu der äußeren Komponente 42 frei drehen kann. Obwohl es nicht gezeigt ist, kann die Drehung der inneren Komponente 44 relativ zu der äußeren Komponente 42 durch rollende Elemente unterstützt sein, die direkt zwischen der äußeren und der inneren Komponente 42 und 44 angeordnet sind. Die innere Komponente 44 weist einen äußeren (oder ersten) Ab schnitt (oder ein Ende) 56 entgegengesetzt zu dem Chassis 12 und einen inneren (oder zweiten) Abschnitt 58 benachbart zu dem Chassis 12 auf.
Immer noch mit Bezug auf 2 und 3 umfasst der Motor (und/oder Generator) 36 ein Gehäuse (oder eine Hülle) 60, einen Stator (oder eine Statoranordnung) 62 und einen Rotor (oder eine Rotoranordnung) 64. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse 60 im Wesentlichen scheibenförmig und umhüllt einen ähnlich gestalteten Hohlraum 66. Das Gehäuse 60 weist eine äußere (oder erste) Seite (und/oder Wand) 68 und eine innere (oder zweite) Seite (und/oder Wand) 70 auf. Wie gezeigt ist, umgibt das Gehäuse 60 den äußeren Abschnitt 56 der inneren Komponente 44 des Lagers 34 und weist daher wie gezeigt erste und zweite Abschnitte auf entgegengesetzten Seiten des äußeren Abschnitts 56 der inneren Komponente 44 auf. Bei der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die äußere und die innere Wand 68 und 70 des Gehäuses im Wesentlichen rechtwinklig von der Achse 45 weg. Das Gehäuse 60 ist mit der äußeren Komponente 42 des Lagers 34 verbunden und die inneren Wände 70 des Gehäuses 60 stehen in Kontakt mit den äußeren Seiten der Kugelgelenke 52 und/oder sind mit diesen verbunden. Folglich ist das Gehäuse 60 des Motors 36 mit der äußeren Komponente 42 des Lagers 34 drehfest verbunden.
Der Stator 62 ist mit dem Gehäuse 60 verbunden und befindet sich innerhalb des Hohlraums 66 desselben. Der Stator 62 weist eine im Wesentlichen ringförmige Gestalt mit einer Öffnung an einem zentralen Abschnitt desselben auf und umgibt den äußeren Abschnitt 56 der inneren Komponente 44 des Lagers sowie der Achse 45. Obwohl es nicht im Detail veranschaulicht ist, umfasst der Stator 62 bei einer Ausführungsform einen oder mehrere ferromagnetische Kerne und eine oder mehrere leitfähige Wicklungen oder Spulen, die um die Kerne herumgewickelt sind. Weil der Stator 62 mit dem Gehäuse 60 verbunden ist, welches mit der äußeren Komponente 42 des Lagers 34 verbunden ist, ist der Stator mit der äußeren Komponente 42 des Lagers 34 drehfest verbunden.
Der Rotor 64 befindet sich bei einer Ausführungsform zumindest teilweise innerhalb des Hohlraums 66 des Gehäuses 60 und der Öffnung durch den Stator 62. Der Rotor ist mit dem äußeren Abschnitt 56 der inneren Komponente 44 des Lagers 34 drehbar gekoppelt oder verbunden. Bei einer Ausführungsform umfasst der Rotor 64 einen oder mehrere Magnete (z. B. sechzehn Magnete), die beispielsweise auf zwei Scheiben in einer Axialflusskonfiguration angeordnet sind, wie in der Technik allgemein verstanden wird.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Rad 38 im Wesentlichen kreisförmig und umfasst einen ringförmigen äußeren Abschnitt oder eine Felge 69 und einen im Wesentlichen scheibenförmigen zentralen Abschnitt 71, der mit einer äußeren Kante der Felge 69 verbunden ist. Der zentrale Abschnitt 71 des Rads 38 erstreckt sich von der Felge 69 nach innen und ist an dem Rotor 64 des Motors 36 und/oder der inneren Komponente 44 befestigt oder mit diesem bzw. dieser drehbar gekoppelt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Rad 38 in einer Direktantriebskonfiguration verbunden, bei welcher eine Drehung der inneren Komponente 44 eine Drehung des Rads 38 bewirkt.
Die Felge 69 umgibt die Achse 45 derart, dass wie gezeigt erste und zweite Abschnitte an entgegengesetzten Seiten der Achse 45 liegen. Ein Radhohlraum 72 ist an einer Innenseite (d. h. benachbart zu dem oder in der Nähe des Chassis 12) des zentralen Abschnitts 71 und zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt der Felge ausgebildet. Bei der gezeigten Ausführungsform befinden sich die gesamte äußere Komponente 42 des Lagers 34, welche die Kugelgelenke 52 einschließt, und der Motor 36 in dem Radhohlraum 72.
Immer noch mit Bezug sowohl auf 2 als auch 3 umfasst der Bremsmechanismus 40 einen Bremssattel (oder ein erstes Element) 74 und einen Bremsrotor oder eine Bremsscheibe (oder ein zweites Element) 76. Obwohl es nicht speziell gezeigt ist, ist der Bremssattel 74 mit der äußeren Komponente 42 des Lagers 34 gekoppelt oder daran befestigt (und/oder damit verbunden), und ist zwischen dem Motor 36 und dem Rahmen angeordnet. Wie durch Pfeile 78 angezeigt ist, ist der Bremssattel 74 auch zwischen einer ersten und zweiten Position in einer Richtung beweglich, die im Wesentlichen parallel zu der Achse 45 verläuft. Wie speziell in 3 gezeigt ist, ist der Bremsrotor 76 mit dem inneren Abschnitt 58 der inneren Komponente 44 des Lagers 34 drehbar gekoppelt (oder damit verbunden). Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Bremsrotor 76 im Wesentlichen scheibenförmig und auf die Achse 45 zentriert. Wieder mit Bezug auf 2 und 3 sind der Bremssattel 74 und der Bremsrotor 76 derart positioniert, dass der Bremssattel 74 den Bremsrotor 76 kontaktiert und eine Kraft darauf aufbringt, wenn der Bremssattel 74 von der ersten in die zweite Position bewegt wird.
Von besonderem Interesse bei der in 2 und 3 veranschaulichten Ausführungsform sind die Relativpositionen des Chassis 12, des Bremsmechanismus 40, des Motors 36 und des Rads 38 und die dazwischen bestehenden Verbindungen. Insbesondere ist das Chassis 12 mit dem Motor 36 nur an der inneren Seite 70 des Motors 36 verbunden und das Rad 38 ist mit dem Motor 36 nur an der äußeren Seite 68 des Motors 36 verbunden.
Im Betrieb wird, immer noch mit Bezug auf 1, das Fahrzeug 10 betrieben, indem Leistung an die Vorderräder 16 durch die Brennkraftmaschine 22 und an die Hinterräder 18 durch die Radmotoren 24 abwechselnd und/oder gleichzeitig geliefert wird. Um die Radmotoren 24 (oder die Motoren 36) mit Leistung zu versorgen, wird Gleichstromleistung (DC-Leistung) von der Batterie 26 an den Wechselrichter 28 geliefert, welcher die DC-Leistung in Wechselstromleistung (AC-Leistung) umwandelt, bevor die Leistung an die Radmotoren 24 gesandt wird. Wie der Fachmann feststellt, wird die Umwandlung von DC-Leistung in AC-Leistung im Wesentlichen ausgeführt, indem die Schalter 4 in dem Wechselrichter 28 betätigt werden (d. h. wiederholt geschaltet werden).
Auf 2 Bezug nehmend, wird, wie allgemein verstanden wird, eine Lorentz-Kraft zwischen dem Stator 62 und dem Rotor 64 erzeugt, wenn Strom durch die Wicklungen in dem Stator 62 des Motors 36 fließt, die bewirkt, dass sich der Rotor 64 relativ zu dem Stator 62 um die Achse 45 dreht. Wegen der voranstehend beschriebenen Verbindungen bewirkt diese Drehung auch, dass sich die innere Komponente 44 des Lagers 34 sowie das Rad 38 und der Bremsrotor 76 (3) relativ zu der äußeren Komponente 42 des Lagers 34, zu dem Chassis 12 und zu dem Bremssattel 74 des Bremsmechanismus 40 drehen. Auf diese Weise wird das Fahrzeug 10 vorangetrieben. Um die Drehung des Rads 38 sowie die Bewegung des Fahrzeugs 10 zu verlangsamen oder zu stoppen, kann der Bremssattel 74 (über eine Eingabe von einem Bediener des Fahrzeugs 10) in die zweite Position bewegt werden, um eine Kraft auf den Bremsrotor 76 aufzubringen, wodurch das Erzeugen zusätzlicher Reibung an der inneren Komponente 44 des Lagers 34 erhöht wird. Der Motor 36 kann auch als Generator verwendet werden, wie allgemein verstanden wird, was zum Verlangsamen der Drehung des Rads 38 zusätzlich beitragen kann.
Ein Vorteil der voranstehend beschriebenen Radanordnung besteht darin, dass eine kompakte Radmotorlösung mit einem integrierten Reibungsbremsensystem bereitgestellt wird. Da sich der Bremsrotor und der Bremssattel auf der Innenseite (oder der inneren Seite) des Motors und der sich nicht drehenden Seite des Nabenlagers befinden und der Bremsrotor mit dem Motor durch eine Bremswelle gekoppelt ist, die sich an der zentralen Achse befindet, können alle Strukturelemente für die Motormontage, die Handhabung eines Reaktionsdrehmoments und die Bremssattelmontage auf einer gemeinsamen Seite des Motors verteilt werden.
Bei einer herkömmlichen Kraftfahrzeugradanordnung befindet sich die Bremsrotorhalterung an der Außenseite des Nabenlagers direkt innerhalb des Rads, wo die sich drehenden Elemente (z. B. das Rad, der Bremsrotor und die sich drehende Komponente des Lagers) miteinander gruppiert sind. Die voranstehend beschriebene Radanordnung beseitigt die zusätzliche Masse und beträchtliche Strukturelemente, die bei herkömmlichen außenseitigen (d. h. an der äußeren Seite) montierten Reibungsbremsensystemen umfasst sind, bei welchen die sich drehenden Elemente an der Außenseite des Nabenlagers miteinander gruppiert sind. Das heißt, dass bei herkömmlichen Radmotorsystemen, da der Bremssattel der Reibungsbremse und der Rotor an der Außenseite des Nabenlagers montiert sind, die Bremslasten oft durch den Motor auf das Chassis übertragen werden oder ein größeres Rad benötigt wird, wodurch dem System Masse zugefügt wird. Das voranstehend beschriebene System stellt daher eine beträchtlich vereinfachte Architektur zur Montage eines Radmotors und eines Reibungsbremsensystems in einem Rad bereit.
Andere Ausführungsformen können das voranstehend beschriebene Verfahren und System bei anderen Implementierungen als in Kraftfahrzeugen, etwa in Flugzeugen, verwenden. Die voranstehend beschriebene Rad anordnung kann bei einem beliebigen oder allen Rädern des Fahrzeugs verwendet werden (d. h. Vorder- und/oder Hinterräder). Die Komponenten in dem Motor können derart anders angeordnet sein, dass die Komponenten in dem Stator und Rotor umgedreht sind (d. h. die Wicklungen können sich auf dem Rotor befinden etc.). Es können andere Formen von Leistungsquellen verwendet werden, wie etwa Stromquellen und Lasten, die Diodengleichrichter, Thyristorwandler, Brennstoffzellen, Induktivitäten, Kondensatoren und/oder eine beliebige Kombination daraus umfassen.
Obwohl mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der voranstehenden genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist festzustellen, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken. Stattdessen wird die voranstehende genaue Beschreibung Fachleuten eine brauchbare Anleitung zur Implementierung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es sollte verstanden sein, dass in der Funktion und Anordnung von Elementen verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren juristischen Äquivalenten offengelegt ist.
Zusammenfassung
Eine Fahrzeugradanordnung (24) umfasst eine erste Lagerkomponente (42), die zur Kopplung mit einem Rahmen eines Fahrzeugs (10) ausgestaltet ist, eine zweite Lagerkomponente (44), die mit der ersten Lagerkomponente (42) drehbar gekoppelt ist und einen Bremsmechanismus (40), der mit der zweiten Lagerkomponente (44) gekoppelt ist. Der Motor (36) umfasst einen Stator (62) und einen Rotor (64). Der Stator (62) ist mit der ersten Lagerkomponente (42) gekoppelt und der Rotor (64) ist mit der zweiten Lagerkomponente (44) derart gekoppelt, dass eine Drehung des Rotors (64) relativ zu dem Stator (62) bewirkt, dass sich die zweite Lagerkomponente (44) relativ zu der ersten Lagerkomponente (42) dreht. Der Bremsmechanismus (40) befindet sich zwischen dem Motor (36) und dem Rahmen und ist so ausgestaltet, dass er die Drehung der zweiten Lagerkomponente (44) und des Rotors (64) verlangsamt.

Claims

Radanordnung (24), die zur Kopplung mit einem Rahmen eines Fahrzeugs (10) ausgestaltet ist, wobei die Radanordnung (24) umfasst: eine erste Lagerkomponente (42), die zur Kopplung mit dem Rahmen ausgestaltet ist; eine zweite Lagerkomponente (44), die mit der ersten Lagerkomponente (42) drehbar gekoppelt ist; einen Motor (36), der einen Stator (62) und einen Rotor (64) umfasst, wobei der Stator (62) mit der ersten Lagerkomponente (42) gekoppelt ist und der Rotor (64) mit der zweiten Lagerkomponente (44) derart gekoppelt ist, dass eine Drehung des Rotors (64) relativ zu dem Stator (62) bewirkt, dass sich die zweite Lagerkomponente (44) relativ zu der ersten Lagerkomponente (42) dreht; und einen Bremsmechanismus (40), der mit der zweiten Lagerkomponente (44) gekoppelt ist und zwischen dem Motor (36) und dem Rahmen angeordnet ist, um die Drehung der zweiten Lagerkomponente (44) und des Rotors (64) zu verlangsamen.
Radanordnung (24) nach Anspruch 1, wobei die zweite Lagerkomponente (44) einen äußeren Abschnitt (56) entgegengesetzt zu dem Rahmen und einen inneren Abschnitt (58) benachbart zu dem Rahmen aufweist, und wobei der Rotor (64) des Motors (36) mit dem äußeren Abschnitt (56) der zweiten Lagerkomponente (44) gekoppelt ist.
Radanordnung (24) nach Anspruch 2, wobei der Bremsmechanismus (40) erste und zweite Elemente (74, 76) umfasst, wobei das erste Element (74) mit der ersten Lagerkomponente (42) gekoppelt ist und das zweite Element (76) mit dem inneren Abschnitt (58) der zweiten Lagerkomponente (44) gekoppelt ist.
Radanordnung (24) nach Anspruch 3, wobei der Motor (36) erste und zweite Abschnitte an entgegengesetzten Seiten des äußeren Abschnitts (58) der zweiten Lagerkomponente (44) aufweist.
Radanordnung (24) nach Anspruch 4, wobei der Motor (36) äußere und innere Seiten (68, 70) aufweist, wobei sich der Bremsmechanismus (40) auf der inneren Seite (70) des Motors (36) befindet und der Stator (62) mit der ersten Lagerkomponente (42) nicht durch die äußere Seite (68) des Motors (36) gekoppelt ist.
Radanordnung (24) nach Anspruch 5, die ferner ein Rad (38) umfasst, das mit dem Rotor (64) des Motors (36) derart gekoppelt ist, dass eine Drehung des Rotors (64) relativ zu dem Stator (62) bewirkt, dass sich das Rad (38) relativ zu dem Rahmen dreht.
Radanordnung (24) nach Anspruch 6, wobei das Rad (38) mit dem Rotor (64) nicht durch die innere Seite (70) des Motors (36) gekoppelt ist.
Radanordnung (24) nach Anspruch 7, wobei der Rotor (64) mit der zweiten Lagerkomponente (44) derart gekoppelt ist, dass eine Drehung des Rotors (64) relativ zu dem Stator (62) eine Drehung der zweiten Lagerkomponente (44) relativ zu der ersten Lagerkomponente (42) bewirkt.
Radanordnung (24) nach Anspruch 8, wobei der Stator (62) mit dem Rahmen nur durch die innere Seite (70) des Motors (36) gekoppelt ist und der Rotor (64) mit dem Rad (38) nur durch die äußere Seite (68) des Motors (36) gekoppelt ist.
Radanordnung (24) nach Anspruch 9, wobei das Rad (38) einen Radhohlraum (72) umfasst und der Motor (36) vollständig in dem Radhohlraum (72) angeordnet ist.
Radanordnung (24), die zur Kopplung mit einem Rahmen eines Fahrzeugs (10) ausgestaltet ist, wobei die Radanordnung (24) umfasst: eine stationäre Lagerkomponente (42); eine Welle (44), die mit der stationären Lagerkomponente (42) drehbar gekoppelt ist und ein erstes Ende (56) und ein zweites Ende (58) aufweist; einen Motor (36), der einen Stator (62) und einen Rotor (64) umfasst, wobei der Stator (62) mit der stationären Lagerkomponente (42) gekoppelt ist und der Rotor (64) mit dem ersten Ende (56) der Welle (44) derart gekoppelt ist, dass eine Drehung des Rotors (64) relativ zu dem Stator (62) bewirkt, dass sich die Welle (44) dreht; und einen Bremsmechanismus (40), der mit dem zweiten Ende (58) der Welle (44) gekoppelt ist, um die Drehung der Welle (44) und des Rotors (64) zu verlangsamen.
Radanordnung (24) nach Anspruch 11, wobei die stationäre Lagerkomponente (42) zur Kopplung mit dem Rahmen des Fahrzeugs (10) ausgestaltet ist und der Bremsmechanismus (40) zwischen dem Motor (36) und dem Rahmen angeordnet ist.
Radanordnung (24) nach Anspruch 12, wobei der Bremsmechanismus (40) erste und zweite Elemente (74, 76) umfasst, wobei das erste Element (74) mit der stationären Lagerkomponente (42) gekoppelt ist und das zweite Element (76) mit dem zweiten Ende (58) der Welle (44) gekoppelt ist.
Radanordnung (24) nach Anspruch 13, wobei der Motor (36) erste und zweite Abschnitte an entgegengesetzten Seiten des ersten Endes (56) der Welle (44) aufweist.
Radanordnung (24) nach Anspruch 14, wobei der Motor (36) äußere und innere Seiten (68, 70) aufweist, wobei sich der Bremsmechanismus (40) auf der inneren Seite (70) des Motors (36) befindet und der Stator (62) mit der stationären Lagerkomponente (42) nicht durch die äußere Seite (68) des Motors (36) gekoppelt ist.
Radanordnung (24) nach Anspruch 15, die ferner ein Rad (38) umfasst, das mit dem Rotor (64) des Motors (36) derart gekoppelt ist, dass eine Drehung des Rotors (64) relativ zu dem Stator (62) bewirkt, dass sich das Rad (38) relativ zu dem Rahmen dreht.
Radanordnung (24) nach Anspruch 16, wobei der Stator (62) mit dem Rahmen nur durch die innere Seite (70) des Motors (36) gekoppelt ist und der Rotor (64) mit dem Rad (38) nur durch die äußere Seite (68) des Motors (36) gekoppelt ist.
Radanordnung (24), die zur Kopplung mit einem Rahmen eines Fahrzeugs (10) ausgestaltet ist, wobei die Radanordnung (24) umfasst: eine stationäre Lagerkomponente (42), die zur Kopplung mit dem Rahmen ausgestaltet ist; eine Welle (44), die mit der stationären Lagerkomponente (42) zur Drehung um eine Achse (45) gekoppelt ist und ein erstes Ende (56) und ein zweites Ende (58) aufweist; einen Motor (36), der einen Stator (62) und einen Rotor (64) umfasst, wobei der Stator (62) mit der stationären Lagerkomponente (44) gekoppelt ist und der Rotor (64) mit dem ersten Ende (56) der Welle (44) derart gekoppelt ist, dass eine Drehung des Rotors (64) relativ zu dem Stator (62) bewirkt, dass sich die Welle (44) dreht, wobei der Motor (36) erste und zweite Abschnitte an entgegengesetzten Seiten der Achse (45) aufweist; ein Rad (38), das mit der Welle (44) derart gekoppelt ist, dass eine Drehung der Welle (44) bewirkt, dass sich das Rad (38) dreht; und einen Bremsmechanismus (40), der mit dem zweiten Ende (58) der Welle (44) gekoppelt ist und zwischen dem Motor (36) und dem Rahmen angeordnet ist, um die Drehung der Welle (44), des Rotors (64) und des Rads (38) zu verlangsamen.
Radanordnung (24) nach Anspruch 18, wobei der Motor (36) äußere und innere Seiten (68, 70) aufweist, wobei sich der Bremsmechanismus (40) auf der inneren Seite (70) des Motors (36) befindet und der Stator (62) mit der stationären Lagerkomponente (42) nicht durch die äußere Seite (68) des Motors (36) gekoppelt ist.
Radanordnung (24) nach Anspruch 19, wobei der Stator (62) mit dem Rahmen nur durch die innere Seite (68) des Motors (36) gekoppelt ist und der Rotor (64) mit dem Rad (38) nur durch die äußere Seite (68) des Motors (36) gekoppelt ist.