DE202010003487U1

DE202010003487U1 - Electrically powered vehicle with hub motor

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Publication number: DE202010003487U1
Application number: DE202010003487U
Authority: DE
Original assignee: RC-DIRECT UNTERNEHMERGESELLSCHAFT (HAFTUNGSBESCHRAENKT); RC DIRECT UNTERNEHMERGESELLSCHAFT HAFTUNGSBESCHRAENKT; Rc-Direct Unternehmergesellschaft (haftungsbeschrankt)
Current assignee: Wehrle Andreas De
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2020-03-13

Abstract

Elektromotorischer Antrieb für ein mehrrädriges Fahrzeug mit bespeichten Rädern, wobei innerhalb zumindest eines der bespeichten Räder ein in eine Radnabe (100) integrierter Elektromotor vorhanden ist, dessen Bauvolumen sich weit in das von den Radspeichen (20) umschlossene kegelförmige Volumen erstreckt und dieses zu mindestens 20% ausfüllt.Electromotive drive for a multi-wheeled vehicle with bespeichten wheels, wherein within at least one of bespeichten wheels in a hub (100) integrated electric motor is present, the volume of construction extends far into the of the wheel spokes (20) enclosed conical volume and this at least 20 % fills.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch angetriebenes mehrrädriges Fahrzeug, bei dem ein oder mehrere Räder Speichen aufweisen. Die Erfindung ist daher besonders nützlich an Fahrrädern (Bicycles) zu verwenden, kann aber auch mit Vorteil für leicht gebaute drei- oder vierrädrige Fahrzeuge zum Einsatz kommen.The invention relates to an electrically driven multi-wheeled vehicle in which one or more wheels have spokes. The invention is therefore particularly useful for use on bicycles, but can also be used to advantage for lightly built three- or four-wheeled vehicles.

Bei den genannten Fahrzeugen sind bereits diverse konstruktive Bauarten bekannt, welche den vorgesehenen Elektromotor als Nabenmotor auslegen. Der entsprechende Elektromotor ist daher zentrisch im Rad angeordnet und befindet sich bei bespeichten Rädern somit typischerweise mittig zwischen einem in Fahrtrichtung linksseitigem und einem rechtsseitigem Speichensatz.In the aforementioned vehicles various constructive designs are already known, which interpret the intended electric motor as a hub motor. The corresponding electric motor is therefore arranged centrally in the wheel and is thus bespeichten wheels typically centered between a left-side and a right-side spoke set in the direction of travel.

Rad- bzw. Nabenkonstruktionen mit eingebautem Elektromotor sind beispielsweise bekannt aus der Patent- bzw. Anmeldeschrift DE 156597A1 oder der DE 19952580 . Als wichtiger Stand der Technik ist die DE 10243751A1 anzusehen. Bei diesen bekannten Konstruktionen sind spezifische, eher verkürzte Speichen vorgesehen, welche nach der jeweiligen Baugröße der Motor-Nabe und der vorgesehenen Radgröße bemessen sind. Es handelt sich also zumeist um Speichen-Sonderformen, die als Ersatzteile nur schwierig im Handel beschaffbar sind. Aufgrund der verkürzten Baulänge solcher Speichen ergibt sich zusätzlich eine verringerte Resilienz d. h. Elastizität der Speichen in radialer Richtung des Rades, was aus verschiedenen Gründen nachteilig ist. Beispielsweise werden Radlager und Rahmen eines Rades mit kurzen Speichen durch fahrbahnbedingte Stöße stärker belastet als wenn lange Speichen verwendet werden.Wheel or hub constructions with built-in electric motor are known, for example from the patent or registration DE 156597A1 or the DE 19952580 , As an important state of the art is the DE 10243751A1 to watch. In these known constructions specific, rather shortened spokes are provided, which are sized according to the respective size of the motor hub and the intended wheel size. So it is mostly spokes special forms that are difficult to obtain in the trade as spare parts. Due to the shortened length of such spokes additionally results in a reduced resilience ie elasticity of the spokes in the radial direction of the wheel, which is disadvantageous for various reasons. For example, wheel bearings and frames of a wheel with short spokes are more heavily loaded by road-related shocks than when long spokes are used.

Es kommt hinzu, dass aus Gründen sowohl eines möglichst guten Wirkungsgrades als auch aus Gründen eines verfügbaren Drehmomentes des entsprechend verwendeten Elektromotors dieser eine möglichst grosse Dimensionierung in radialer Richtung aufweisen sollte. Aus diesem Grunde werden teilweise in Fahrrädern sog. Scheibenläufermotoren verwendet.It should be added that, for reasons of both the best possible efficiency and for reasons of an available torque of the corresponding electric motor used this should have the largest possible dimensioning in the radial direction. For this reason, so-called pancake motors are sometimes used in bicycles.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein elektrisch angetriebenes Speichenrad für Fahrzeuge bereitzustellen, wobei das Speichenrad mit einem Nabenmotor ausgestattet sein soll, dessen radiale Abmessung vergleichsweise gross ist, d. h. dessen Durchmesser mehr als 20% des Raddurchmessers beträgt; trotzdem soll sich das gewünschte Speichenrad durch hohe Zuverlässigkeit und durch bestmögliche Fahr- und Gebrauchseigenschaften auszeichnen.The object of the invention is therefore to provide an electrically driven spoke wheel for vehicles, wherein the spoke wheel should be equipped with a hub motor whose radial dimension is relatively large, d. H. whose diameter is more than 20% of the wheel diameter; Nevertheless, the desired spoked wheel should be characterized by high reliability and the best possible driving and use characteristics.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in den nachfolgenden Schutzansprüchen spezifiziert und sieht vor, dass ein radial gross bis sehr gross dimensionerter Nabenmotor kombiniert wird mit möglichst langen Radspeichen, wobei diese allerdings in radial kurz dimensionierten Speichenflanschringen gehaltert sind. Zumindest ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Nabenmotor des Rades sich in radialer Richtung weit in den bespeichten Bereich des jeweiligen angetriebenen Rades erstreckt. Gemäß der Erfindung wird auf diese Weise das von den Radspeichen umschlossene Volumen zu bevorzugt mehr als 20%, mit Vorteil sogar mehr als 30%, von der als Elektromotor ausgelegten Radnabe ausgefüllt. – In einer eindimensionalen Betrachtungsweise kann man für eine seitliche Aufsicht auf ein solches Rad vergleichbar folgendes sagen: Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Radius einer als Elektromotor ausgelegten Radnabe weit größer gehalten wird als der Radius eines zugehörigen Speichenflanschringes. Sind beispielsweise die Speichen auf einem Innenradius von 50 mm befestigt, so wird gemäß der Erfindung ein Radnabenradius von mindestens 150% dieses Wertes vorgesehen; bevorzugt wird ein Wert von mindestens 190%.The solution to this problem is specified in the following claims and provides that a radially large to very large-dimensioned hub motor is combined with the longest possible wheel spokes, but these are supported in radially short-dimensioned spoke flange rings. At least according to the invention it is provided that the hub motor of the wheel extends in the radial direction far into the bespeichten area of the respective driven wheel. According to the invention, in this way the volume enclosed by the wheel spokes is filled to more than 20%, advantageously even more than 30%, by the wheel hub designed as an electric motor. In a one-dimensional view, the following can be said for a lateral view of such a wheel: The invention achieves the stated object in that the radius of a wheel hub designed as an electric motor is kept far greater than the radius of an associated spoke flange ring. For example, if the spokes are mounted on an inner radius of 50 mm, then according to the invention a wheel hub radius of at least 150% of this value is provided; a value of at least 190% is preferred.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Querschnittszeichnung 1 erläutert, welche eine elektromotorisch antreibbare Radnabe 100 sowie das zugehörige Speichenrad darstellt. Es wird jedoch nur eine (obere) Hälfte der rotationssymmetrischen Anordnung gezeigt, ähnlich der Darstellungsweise der 6 aus der DE 10243751A1 . Eine bevorzugt vorgesehene Bespeichung des Rades wird nur schematisch und einseitig, hier auf der rechten Seite, gezeigt. Die gezeigte erfindungsgemäße Anordnung enthält einen als sog. Aussenläufer ausgelegten Elektromotor. (Diverse Ausführungsformen von Aussenläufermotoren sind an sich bekannt). In Bezug auf ein zugehöriges Fahrrad ist der Stator dieses Motors feststehend angeordnet, also auch mit der Achse des Rades mechanisch fest verkoppelt. Wiewohl die gezeigte Motorkonstruktion beispielhaft zu verstehen ist und auf die Darstellung von weniger wichtigen Motordetails verzichtet wird, ist aus der Zeichnung 1 folgendes ersichtlich:
Wie bereits erwähnt sind Rad, Nabe, Elektromotor, Speichen etc. im wesentlichen radialsymmetrisch aufgebaut bezüglich einer Rotationsachse 1. Parallel zu dieser liegt zunächst Radachse 3, welche passend geformt ist und mit diversen Gewinden versehen sein kann. An der Radachse 3 ist ein Statorträger 220 befestigt. Statorträger 220 trägt eine Mehrzahl an Statorelementen, die sich in radiale Richtung erstrecken und zu denen insbesondere eine Mehrzahl an Polschuhen sowie Erregerspulen gehört. Eine einzelne dieser Erregerspulen wird beispielsweise durch Bezugsziffer 210 identifiziert.The invention will be described below with reference to the schematic cross-sectional drawing 1 explains which an electric motor driven hub 100 as well as the associated spoked wheel represents. However, only one (upper) half of the rotationally symmetrical arrangement is shown, similar to the representation of the 6 from the DE 10243751A1 , A preferred Bespeichung the wheel is shown only schematically and on one side, here on the right side. The arrangement according to the invention shown contains a designed as a so-called. External rotor electric motor. (Various embodiments of external rotor motors are known per se). With respect to an associated bicycle, the stator of this motor is stationary, so mechanically coupled with the axis of the wheel. Although the illustrated engine design is to be understood as an example and is dispensed with the representation of less important engine details, is from the drawing 1 the following can be seen:
As already mentioned, the wheel, hub, electric motor, spokes, etc., are substantially radially symmetrical with respect to a rotation axis 1 , Parallel to this is initially the wheel axle 3 , which is suitably shaped and can be provided with various threads. At the wheel axle 3 is a stator carrier 220 attached. stator 220 carries a plurality of stator elements, which extend in the radial direction and to which, in particular, a plurality of pole shoes and exciting coils. A single one of these excitation coils, for example, by reference numeral 210 identified.

Wie gezeigt, können unterschiedlich große Lagerelemente vorgesehen sein, beispielsweise linkes Kugellager 130 und rechtes Lager 140. Mit diesen werden die rotierenden Nabenteile gegenüber den feststehenden abgestützt. As shown, different sized bearing elements may be provided, for example, left ball bearings 130 and right camp 140 , With these, the rotating hub parts are supported against the fixed ones.

Die gezeigte Nabe enthält und umschliesst auch den Rotor des integrierten Elektromotors, für den kein weiteres Getriebe vorgesehen ist. Wesentlicher Bestandteil des Rotors ist eine im wesentlichen ringförmig ausgelegte Permanentmagnet-Anordnung bestehend aus einer Mehrzahl an Permanentmagneten, von denen einer (Bezugsziffer 200) im Querschnitt näher ausgewiesen ist. Die alternierend ausgerichteten Pole der genannten Permanentmagnet-Anordnung interagieren in geeigneter und an sich bekannter Form mit den feststehenden Polschuhen des Stators des Elektromotors. Die Permanentmagnet-Anordnung kann somit über das Nabengehäuse und die Speichen ein Drehmoment geeigneter Stärke auf die Felge 10 aufbringen. Es versteht sich, dass zu diesem Zweck die Erregerspulen alternierend in geeigneter und an sich bekannter Weise bestromt werden müssen.The hub shown includes and also encloses the rotor of the integrated electric motor, for which no further transmission is provided. An essential component of the rotor is a substantially annular designed permanent magnet arrangement consisting of a plurality of permanent magnets, one of which (reference numeral 200 ) is shown in more detail in cross-section. The alternatingly oriented poles of said permanent magnet arrangement interact in a suitable and known manner with the stationary pole pieces of the stator of the electric motor. The permanent magnet assembly can thus on the hub shell and the spokes a torque of suitable strength to the rim 10 muster. It is understood that for this purpose the excitation coils must be alternately energized in a suitable manner known per se.

Die gezeigte Nabe wird vervollständigt durch linke bzw. rechte Nabenschale 110, 120. An die Nabenschalen 110, 120 sind links- bzw. rechtsseitig die radial kurz bauenden Speichenflanschringe 135 bzw. 145 fest angebracht. Die genannten Speichenflanschringe werden gemäß der Erfindung mit preiswerten d. h. handelsüblichen Standard-Radspeichen bespeicht, wie dies anhand der exemplarisch gezeigten Radspeiche 20 gezeigt ist und welche mit ihrem radial aussen liegenden Ende in einer zugehörigen Felge 10 gehaltert ist. Es ist ersichtlich, dass der Lochradius des zugehörigen Speichenflanschringes 145 wesentlich kleiner ist als der Aussenradius der Nabe 100; im gezeigten Beispiel beträgt das Verhältnis lediglich ca. 1/3.The hub shown is completed by left and right hub shell 110 . 120 , To the hub shells 110 . 120 are left and right sides the radially short-building spoke flange rings 135 respectively. 145 firmly attached. The spokes flange rings mentioned are bespeicht according to the invention with inexpensive ie standard commercial wheel spokes, as shown by the wheel spoke shown by way of example 20 is shown and which with its radially outer end in an associated rim 10 is held. It can be seen that the hole radius of the associated Speichenflanschringes 145 much smaller than the outer radius of the hub 100 ; in the example shown, the ratio is only about 1/3.

Sofern erforderlich, kann die hier vorgestellte Nabe in an sich bekannter Form mit einem Zahnkranz versehen werden. Mittels einer Kette kann über diesen somit ein zusätzliches antreibendes oder bremsendes Drehmoment auf die Nabe bzw. auf das angetriebene Rad aufgebracht werden.If necessary, the hub presented here can be provided in a conventional manner with a sprocket. By means of a chain, an additional driving or braking torque can thus be applied to the hub or to the driven wheel.

Aufgrund der besonderen Dimensionierung der vorgestellten erfindungsgemäßen Nabe kann es gemäß der Erfindung weiterhin vorteilhaft sein, die Schnittebene der Nabe 100, die durch die Stoßfuge der Nabenschalen 110, 120 definiert wird, parallel zur diesbezüglichen (also durch die radial aussenliegenden Speichenenden definierte) Schnittebene des angetriebenen Rades zu versetzen.Due to the particular dimensioning of the proposed hub according to the invention, it may also be advantageous according to the invention, the cutting plane of the hub 100 passing through the butt joint of the hub shells 110 . 120 is defined to offset parallel to the relevant (ie defined by the radially outer spoke ends) cutting plane of the driven wheel.

In 2 wird in einer perspektivischen Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wie ersichtlich, erstreckt sich das Volumen der Nabe und des in diese eingebauten Elektromotors weit und in erheblichem Maße in ein Volumen, dessen kegelmantelförmige Oberflächen durch die Speichen des gezeigten Rades aufgespannt werden.In 2 is shown in a perspective side view of a preferred embodiment of the invention. As can be seen, the volume of the hub and the electric motor built into it extends far and to a considerable extent into a volume whose cone-shaped surfaces are spanned by the spokes of the wheel shown.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 156597 A1 [0003]
DE 19952580 [0003]
DE 10243751 A1 [0003, 0007]

Claims

Electromotive drive for a multi-wheeled vehicle with bespeichten wheels, wherein within at least one of the spoked wheels in a wheel hub ( 100 ) integrated electric motor whose construction volume is far into that of the wheel spokes ( 20 ) encloses enclosed conical volumes and this fills to at least 20%.

Electromotive drive for a multi-wheeled vehicle with bespeichten wheels, wherein within at least one of the spoked wheels in a wheel hub ( 100 ) integrated electric motor is present, whose outer radius is at least 50%, preferably more than 200% greater than the hole radius of an associated mounted on the wheel hub Spangenflanschringes ( 135 . 145 ).