DE212020000651U1

DE212020000651U1 - Elektromotorische Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug

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Publication number: DE212020000651U1
Application number: DE212020000651.2U
Authority: DE
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2019-06-14
Filing date: 2020-06-13
Publication date: 2022-05-10
Anticipated expiration: 2030-06-14
Also published as: DE102019116264A1; WO2020249809A1

Abstract

Elektromotorische Antriebsradanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
eine zumindest dreiphasige Transversalflussmaschine (2, 2', 2'', 2''') mit einem Stator (3, 3'), der mit einem Radträger (16, 16') des Kraftfahrzeuges drehfest verbindbar ist und je Phase der Transversalflussmaschine (2, 2', 2", 2''') eine bestrombare Ringspule (5, 6, 7) aufweist, die jeweils in einem Statorring (8, 9, 10) aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff angeordnet ist, und
einem relativ zum Stator (3, 3') drehbar gelagerten Rotor (17, 17', 17'', 17'''), der mit einer Felge (26) verbunden ist, wobei der Rotor (17, 17', 17'', 17''') zumindest teilweise radial außenliegend um den Stator (3, 3') angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Statorringe (8, 9, 10) jeweils zwei axial benachbarte Statorringelemente (11, 11') umfassen, die jeweils mehrere Statorringsegmente (50, 50') über dem Umfang aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Antriebsradanordnung für ein Kraftfahrzeug.
Die klassische Antriebsstrangarchitektur für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor und Getriebe wird aufgrund gesetzlicher Vorgaben zur Reduktion des Emissionsausstoßes zugunsten elektrifiziert Antriebsstrangarchitekturen zurückgedrängt. Eine Ausgestaltung des elektrifizierten Antriebsstrangs ist die des Radnabenmotors beziehungsweise des elektromotorischen Antriebsrads, bei der die Räder des Kraftfahrzeuges unmittelbar von einem Elektromotor angetrieben werden.
Eine Ausgestaltung der Radnabenmotoren für Kraftfahrzeuge ist der Typ des Außenläufers. Hierbei ist der Rotor drehfest mit der Felge verbunden und der Stator, der mit dem Rotor in magnetischer Wechselwirkung steht, ist gegenüber dem Radträger drehfest abgestützt. Zwischen der radial innenliegenden Fläche des Rotors und der radial außenliegenden Fläche des Stators befindet sich ein Luftspalt, um eine relative Rotationsbewegung zwischen Rotor und Stator zu ermöglichen. Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades des Radnabenmotors, wird der Luftspalt möglichst klein und über den Umfang konstant gehalten, da der magnetische Widerstand der Magnetfelder mit größer werdendem Luftspalt ebenfalls zunimmt.
Als elektrische Maschinen werden vor allem Drehfeldmaschinen mit magnetischem Radialfluss, beispielsweise in Form permanenterregter Synchronmaschinen, verwendet. Bei elektrischen Maschine mit Radialfluss wird der magnetische Fluss eines Erregerfeldes parallel zu der Rotationsebene des Rotors geführt. Alternativ können auch elektrische Maschinen verwendet werden, die nach dem Transversalflussprinzip aufgebaut sind, wobei hierbei der magnetische Fluss durch die Anordnung des Magnetkreises orthogonal zur Rotationsebene des Rotors geführt wird. Diese alternative Magnetkreisanordnung ermöglicht die Reduktion der Polteilung beziehungsweise die Erhöhung der Polzahl der elektrischen Maschine bei gleichbleibender flussführender Fläche, sodass hohe Drehmomente, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, bei gleichzeitigem kompaktem Aufbau der elektrischen Maschine erzielt werden können.
Aus der US 2011/0169381 A1 ist eine Transversalflussmaschine bekannt, die so gestaltet ist, dass sie an ein Elektrofahrrad oder ein anderes Elektroleichtfahrzeug gekoppelt werden kann. Die Transversalflussmaschine umfasst einen Rotorkörper mit einer Rotoranordnung mit umfangsverteilten Magneten und eine Statoranordnung mit drei axial benachbarten Statorphasen. Der Rotorkörper ist als Fahrradnabe gestaltet und hat an seinem Außenumfang zwei Flanschabschnitte mit umfangsverteilten Speichenlöchern. In die Speichenlöcher der Fahrradnabe können innere Enden von Radspeichen befestigt werden, deren äußere Enden mit einer Radfelge verbunden werden können. Die Statorphasen umfassen jeweils zwei spiegelbildliche Statorabschnitte, die mit umfangsverteilten Zähnen axial ineinander greifen.
Aus der DE 10 2006 022 836 A1 ist eine Statoranordnung sowie eine Rotoranordnung für eine Transversalflussmaschine bekannt. Die Statoranordnung umfasst einen ringförmigen Statorrückschluss mit einer Mehrzahl von Statorpolen, die nach Art von Klauenpolen ausgebildet sind. Die Rotoranordnung ist ähnlich aufgebaut, mit einer Mehrzahl von Klauenpolen, die so miteinander verbunden sind, dass sie einen ringförmigen Rotorkörper bilden, der einen Ringmagneten umschließt.
Aus der DE 199 48 224 C1 ist ein Radnabenmotor für ein Kraftfahrzeug bekannt, der als Antrieb eine elektrische Maschine mit einem um eine gemeinsame Maschinenachse angeordneten Rotor und einem Stator umfasst. Der Rotor ist als Hohlkörper ausgeführt, der zumindest mittelbar mit der Radnabe und/oder der Felge des Rades verbunden ist. Der Stator ist mit einer Drehmomentaufnahme vorzugsweise an einem drehfesten Teil des Kraftfahrzeugs abgestützt, beispielsweise einem Karosserieteil und/oder einem Bremsträger. In einer Ausführung wird als elektrische Maschine eine Transversalflussmaschine verwendet.
Aus der DE 10 2009 021 703 B4 ist eine als permanenterregte Synchronmaschine gestaltete elektrische Maschine in Form einer zweiphasigen Transversalflussmaschine bekannt. Die elektrische Maschine ist als Außenläufer mit einem Ständer und einem Läufer ausgeführt. Der Läufer trägt an einem becherförmigen Trägerabschnitt Permanentmagnetelemente. Der Ständer weist zwei Spulenanordnungen mit jeweils einer kreiszylindrischen Wicklung auf, die jeweils von zwei im Wesentlichen kreisringförmigen Magnetflussjochen umgriffen werden. Die Magnetflussjoche weisen Magnetflussklauen auf, die in Form einer Klauenpolanordnung in Richtung der Drehachse der elektrischen Maschine ineinandergreifen und die als Press- oder Sinterteile aus Reineisenpulver ausgebildet sind. Der durch die Spulenanordnung erzeugte magnetische Fluss wird über die Magnetflussjoche transversal zu Rotationsrichtung geführt. Die radialen Außenseiten der Magnetflussklauen sind zu den Permanentmagnetelementen des Läufers hin orientiert, sodass die Permanentmagnetelemente mit dem durch die zwei Spulenanordnungen erzeugten Erregermagnetfeld in magnetische Wechselwirkung treten können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hocheffiziente elektromotorische Antriebsradanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die einen kompakten Aufbau aufweist.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine elektromotorische Antriebsradanordnung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, umfassend: eine zumindest dreiphasige Transversalflussmaschine mit einem Stator, der mit einem Radträger des Kraftfahrzeuges drehfest verbindbar ist und je Phase der Transversalflussmaschine eine bestrombare Ringspule aufweist, und einen relativ zum Stator drehbar gelagerten Rotor, der mit einer Felge verbindbar beziehungsweise verbunden ist, wobei der Rotor zumindest teilweise radial außenliegend um den Stator angeordnet ist, und wobei die Ringspulen des Stators jeweils in einem Statorring aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff angeordnet sind. Die Statorringe können insbesondere zwei axial benachbarte Statorringelemente aufweisen, wobei jedes Statorringelement insbesondere mehrere Statorringsegmente über dem Umfang aufweisen kann.
Als Transversalflussmaschine (TFM) soll im Sinne dieser Offenbarung eine elektrische Maschine verstanden werden, bei der der magnetische Fluss transversal zu Drehebene, das heißt senkrecht zur Drehebene, beziehungsweise parallel zur Drehachse der elektrischen Maschine verläuft. Transversalflussmaschinen benötigen radial einen geringen Bauraum, sodass die elektromotorische Antriebsradanordnung kompakt gestaltet werden kann beziehungsweise Bauraum für die Aufnahme weiterer Komponenten innerhalb der elektromotorischen Antriebsradanordnung zur Verfügung steht. Transversalflussmaschinen weisen insbesondere Ringspulen mit einer Umfangswicklungen auf, die konzentrisch zur Drehachse der elektrischen Maschine angeordnet sind. Die Windungszahl der Ringspulen kann dabei der Spannung und dem Strom der angeschlossenen Energiequelle angepasst werden. In Sonderfällen können die Ringspulen nur eine Windung aufweisen. Eine Ringspule kann zudem aus mehreren Teilringspulen zusammengesetzt sein, die phasengleich bestromt werden.
Als weichmagnetische Verbundwerkstoffe sollen im Rahmen der vorliegenden Offenbarung insbesondere Materialien mitumfasst sein, die durch einen Verarbeitungsprozess von weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffen hergestellt werden. Weichmagnetische Pulververbundwerkstoffe weisen Pulverkörnchen eines weichmagnetischen Materials auf, die durch ein chemisches Verfahren beschichtet sind, beispielsweise mit einer Oxidschicht oder einer Kunststoffschicht. Insbesondere kann als weichmagnetisches Material Eisen verwendet werden. Als Verarbeitungsprozess von weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffen kommen insbesondere Pressen und Sintern sowie 3D-Drucken in Betracht. Beim Verarbeiten des weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffes zu einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff bleibt die Beschichtung um die Eisenpulverkörnchen erhalten. Die Isolation durch die Beschichtung der Eisenpulverkörnchen untereinander unterbindet großflächige Wirbelströme innerhalb des Stators, die sonst im magnetischen Wechselfeld entstehen und zu erheblichen magnetischen Verlusten führen. Der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine kann somit erhöht werden beziehungsweise höhere Drehmomente der elektrischen Maschine können in einem kleineren Bauraum realisiert werden.
Durch die drei Phasen der Transversalflussmaschine kann mittels der Regelung der Transversalflussmaschine der Anlauf der elektromotorischen Antriebskraftanordnung in eine definiert Drehrichtung ermöglicht werden, was bei einer Phasenzahl kleiner drei nicht möglich ist. Mit steigender Anzahl der Phasen kann das maximal wirkende Drehmoment gesteigert werden und gleichzeitig die Drehmomentschwankungen reduziert werden. Die Anzahl der Phasen kann bei der Transversalflussmaschine unabhängig von der Polpaarzahl gewählt werden, sodass die Transversalflussmaschine modular erweiterbar ist. Demgegenüber erhöht eine größere Phasenzahl den steuerungstechnischen Aufwand zur Regelung der elektrischen Maschine. Es ist daher insbesondere denkbar, dass die Transversalflussmaschine mehr als vier Phasen, insbesondere mehr als sechs Phasen, und weniger als zwölf Phasen, insbesondere weniger als acht Phasen, aufweist.
Der Radträger, mit dem der Stator drehfest verbindbar ist, ist gegenüber dem Kraftfahrzeug - abgesehen von Einfederbewegungen - ortsfest angeordnet. Der Stator ist mit dem Radträger zumindest mittelbar drehfest verbindbar. Der Stator kann somit unmittelbar mit dem Radträger verbindbar beziehungsweise verbunden sein. Alternativ ist es denkbar, dass der Stator über eine Trägeranordnung mit dem Radträger verbindbar beziehungsweise verbunden ist.
In einer möglichen Ausführungsform können die Statorringe jeweils zwei Statorringelemente aufweisen. Ein Statorring kann somit auch als Statorringanordnung bezeichnet werden. Die zwei Statorringelemente eines Statorringes können jeweils mehrere Magnetflussklauen aufweisen, die axial, das heißt in Richtung der Drehachse der Transversalflussmaschine, ineinander greifen und eine Klauenpolanordnung bilden. Die zwei Statorringelemente eines Statorringes können insbesondere jeweils zumindest 30, insbesondere zumindest 60, und/oder maximal 100, insbesondere maximal 80, Magnetflussklauen aufweisen. Dabei gilt insbesondere, dass eine hohe Anzahl an Polen eine geringe radiale Bauhöhe der Statorringe bzw. der Rotorringe ermöglicht, welche beispielsweise kleiner als 4 cm sein kann. Ein Statorring kann insbesondere mehrere Statorringsegmente umfassen, die in Umfangsrichtung um eine Drehachse der elektrischen Maschine berührend zueinander angeordnet sind. Die Statorringsegmente können Formschlussmittel für die Verbindung in Umfangsrichtung untereinander aufweisen und/oder anderweitig miteinander gefügt sein. Die Statorringsegmente können insbesondere durch ein Sinter-Verfahren hergestellt werden. Sintern ist ein hocheffizientes Fertigungsverfahren, das insbesondere in der Massenfertigung eingesetzt werden kann, allerdings sind die maximalen Bauteildimensionen, die gefertigt werden können, limitiert. Für gesinterte Statorringe ist es daher ab einer kritischen Größe vorteilhaft, die Statorringe aus Statorringsegmenten zusammenzusetzen. Beispielsweise kann ein Statorring aus mehr als drei, insbesondere mehr als 10 oder auch mehr als 15 umfangsverteilten Segmenten zusammengesetzt sein. Die Anzahl der Segmente kann auch der Anzahl der Klauen entsprechend gestaltet sein.
In der elektromotorischen Antriebsradanordnung, die auch als Elektro-Radnabenmotor bezeichnet wird, kann ein Kühlsystem zur Regulierung der Betriebstemperatur vorgesehen sein. Es ist denkbar, dass das Kühlsystem als Luftkühlung ausgestaltet ist, beispielsweise durch die Konvektionsfläche der elektromotorischen Antriebsradanordnung vergrößernde Kühlrippen. Eine Luftkühlung der elektromotorischen Antriebsradanordnung kommt insbesondere bei kleinen Leistungsdichten in Betracht. Darüber hinaus ist es denkbar, dass der Träger des Stators, beispielsweise der Radträger, im Bereich der Aufnahme des Stators Kühlkanäle aufweist, die jeweils mit einem Kühlmedium durchströmbar sind. Ein derartiges Kühlsystem kommt insbesondere bei elektromotorischen Antriebsradanordnung mittlerer Leistungsdichte in Betracht. Zudem ist es denkbar, dass die Ringspulen des Stators als Hohlleiter mit einer ringförmigen Hohlkammer ausgestaltet sein können, wobei die ringförmigen Hohlkammern jeweils mit einem Kühlmedium durchströmbar sind. Durch das Durchströmen des Hohlleiters mit einem Kühlmedium kann Abwärme aus der Transversalflussmaschine abgeführt werden. Die Transversalflussmaschine kann somit in einem optimierten Temperaturbereich betrieben werden beziehungsweise vor Überhitzung geschützt werden. Es ist insbesondere denkbar, dass nur eine Teilzahl der Ringspulen als Hohlleiter mit einer ringförmigen Hohlkammer ausgestaltet ist. So können beispielsweise die Ringspulen der axial außen liegenden Phasen als Hohlleiter ausgeführt sein, da für diese ein einfacher Anschluss an das Kühlmedium realisiert werden kann, und die Ringspulen der axial innen liegenden Phasen können als Vollspule ausgeführt sein.
Der Rotor und die Felge können insbesondere als eine Rotor-Felgen-Einheit gestaltet sein. Die Felge kann ein Felgenstern, ein Felgenbett sowie ein äußeres und inneres Felgenhorn umfassen. Der Rotor kann insbesondere mit einer inneren Umfangsfläche des Felgenbetts fest verbunden sein. Zur Befestigung des Rotors an der Felge kommen beispielsweise kraftschlüssige Verbindungmittel, wie eine Pressverbindung, stoffschlüssige Verbindungsmittel, wie Kleben, formschlüssige Verbindungsmittel, wie Schrauben, und/oder Kombinationen hiervon in Frage. Durch die Verbindung von Rotor und Felgenbett wird eine integrale Baueinheit gebildet, das heißt die Felge bildet den Rotor. Es ist jedoch auch möglich, dass die Felge lösbar mit dem Rotor verbunden wird, beispielsweise mittels Schrauben.
In einer Ausführungsform kann der Rotor je Phase der Transversalflussmaschine einen Rotorring aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff aufweisen. Durch die Verwendung des weichmagnetischen Verbundwerkstoffes in den Rotorringen des Rotors ergibt sich eine Reduktion der durch das magnetische Wechselfeld induzierten Wirbelströme analog zu den obigen Ausführungen zum Stator, sodass eine weitere Wirkungsgraderhöhung elektrischen Maschine erzielt werden kann. Der weichmagnetische Verbundwerkstoff, der für die Herstellung des Stators verwendet wird, und der weichmagnetische Verbundwerkstoff, der für die Herstellung des Rotors verwendet wird, können gleich sein. Es ist allerdings auch denkbar, dass für den Stator und den Rotor unterschiedliche, für den jeweiligen Einsatzzweck angepasste, weichmagnetische Verbundwerkstoffe verwendet werden. Alternativ kann der Rotor je Phase der Transversalflussmaschine einen Permanentmagnetring aufweisen. Der Permanentmagnetring kann beispielsweise in das Felgenbett eingeklebt beziehungsweise auf das Felgenbett aufgeklebt sein, was gleichermaßen auch für die Rotorringe aus weichmagnetischem Verbundwerkstoff der Fall sein kann.
In einer Ausführungsform können die Rotorringe jeweils zwei Rotorringelemente aufweisen. Der Rotorring kann daher auch als Rotorringanordnung bezeichnet werden. Die zwei Rotorringelemente eines Rotorringes können zumindest Magnetflussklauen aufweisen. Die Anzahl der Magnetflussklauen eines Rotorringelementes kann der Anzahl der Magnetflussklauen der Statorringelemente entsprechen oder zu dieser ähnlich sein. Insbesondere kann die Anzahl der Magnetflussklauen der Rotorringelemente von der Anzahl der Magnetflussklauen der Statorringelemente um beispielsweise fünf oder zehn Magnetflussklauen abweichen. Die Rotorringelemente können aus mehreren Rotorringsegmenten zusammengesetzt sein, die wie weiter oben für die Statorringsegmente erläutert mittels eines Sinter-Verfahrens hergestellt sein können.
Die Magnetflussklauen der Statorringelemente bilden auf einem Außenumfang des Stators eine erste Magnetpolanordnung und die Magnetflussklauen der Rotorringelemente bilden auf dem in den Umfang des Rotors eine zweite Magnetpolanordnung, wobei sich die erste Magnetpolanordnung und die zweite Magnetpolanordnung radial gegenüberliegen. Die Zahl der Magnetflussklauen der Statorringelemente und die Zahl der Magnetflussklauen der Rotorringelemente können je nach Einsatzzweck der elektrischen Maschine entweder gleich oder abweichend voneinander gewählt werden.
Jeweils zwischen den zwei Rotorringelementen eines Rotorringes kann ein Kurzschlussring angeordnet sein, sodass die Transversalflussmaschine als Asynchronmotor beziehungsweise Induktionsmotor ausgeführt ist. Der Kurzschlussring ist aus leitfähigen beziehungsweise magnetisierbaren Material hergestellt.
Alternativ kann zwischen den zwei Rotorringelementen eines Rotorringes jeweils ein Permanentmagnetring angeordnet sein, sodass die Transversalflussmaschine als permanenterregter Synchronmotor ausgeführt ist. Dabei kann der Permanentmagnetring mehrere Permanentmagnetringsegmente umfassen. Die Permanentmagnetringsegmente sind in Umfangsrichtung angeordnet.
Die Rotorringe mit den zugehörigen zwei Rotorringelementen können einteilig hergestellt sein. Alternativ oder in Kombination können auch die Statorringe mit den zugehörigen zwei Statorringelementen einteilig hergestellt sein. Die einteilige Herstellung der Statorringe beziehungsweise der Rotorringe kann insbesondere mittels eines 3D-Druckverfahrens erfolgen. Hierbei ist es insbesondere denkbar, dass der Druck der Statorringe um vorgefertigte Ringspulen als Kern erfolgt. Darüber hinaus ist es insbesondere denkbar, dass der Stator zusammen mit einem Trägerelement mittels 3-D Druckverfahren einteilig hergestellt ist. Hierbei ist es insbesondere denkbar, dass die Statorringe des Stators aus einem weichmagnetischen Verbundmaterial und das Trägerelement aus einem davon abweichenden Material hergestellt sind. Für die einteilige Herstellung der Rotorringe mittels 3D-Druckverfahren ist es insbesondere denkbar, dass der Druck um einen vorgefertigten Kurzschlussring beziehungsweise einen ringförmigen Permanentmagneten als Kern erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Stator zumindest eine Innendichtscheibe aufweisen und der Rotor kann zumindest eine Außendichtscheibe aufweisen, wobei die zumindest eine Innendichtscheibe und die zumindest eine Außendichtscheibe als Labyrinthdichtung zusammenwirken, die in axialer Überdeckung mit einem Luftspalt zwischen den Statorringen und den Rotorringen angeordnet ist. Durch das Zusammenwirken der Innendichtscheibe und der Außendichtscheibe als Labyrinthdichtung auf einer Seite des Luftspalt kann beispielsweise ein abgedichteter Raum zwischen der Labyrinthdichtung und der Felge realisiert werden, in dem der Rotor und der Stator vor Umwelteinflüssen geschützt aufgenommen werden. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass auf beiden Seiten des Luftspalts zwischen den Statorringen und den Rotorringen jeweils eine Innendichtscheibe und eine Außendichtscheibe angeordnet sind.
In einer Ausführungsform kann eine Bremsanlage, insbesondere eine Scheibenbremsanlage, radial innenliegend zu dem Stator angeordnet sein. Hierdurch kann ein kompakter axialer Aufbau der elektromotorischen Antriebsradanordnung realisiert werden.
Die elektromotorische Antriebsradanordnung kann in einer Ausführung einen Winkelsensor aufweisen, der ein Signal zur gleichzeitigen Steuerung der Transversalflussmaschine und eines Antiblockiersystems (ABS) des Kraftfahrzeuges generiert. Für einen effektiven und schwingungsarmen Betrieb eines Elektromotors ist eine hochauflösende akkurate Winkelmessung notwendig. Der Winkelsensor weist daher insbesondere eine Auflösung von weniger als ein Winkelgrad auf. Übliche ABS- Winkelsensoren weisen eine grobe Auflösung auf, die insbesondere oberhalb von 5 Winkelgrad liegt. Messungenauigkeiten des ABS-Winkelsensors werden im ABS-Regler durch Schätzung, Extra- und Interpolation herausgerechnet. Durch die gleichzeitige Steuerung der Transversalflussmaschine und des Anti-Blockier-Systems über ein gemeinsames Signal des hochauflösenden Winkelsensors kann die Regelgüte und somit das Fahrverhalten während des Eingriffs des Anti-Blockier-Systems verbessert werden.
Die Elektronik zur Ansteuerung der Transversalflussmaschine kann zentral im Fahrzeug angeordnet sein. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Elektronik zur Ansteuerung der Transversalflussmaschine zumindest teilweise im Radträger integriert ist.
In einer Ausführungsform kann der Stator unmittelbar mit dem Radträger fest verbunden sein. In einer möglichen alternativen Ausführungsform kann der Stator mit einem Träger fest verbunden ist, wobei der Träger drehend auf der Felge gelagert und mit dem Radträger drehfest verbunden sein. Die alternative Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass Spiele zwischen dem Radträger und der Felge, insbesondere die Spiele das Radlagers, keinen Einfluss auf die Ausrichtung des Rotors und des Stators zueinander haben und der Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator somit weitgehend konstant gehalten werden kann.
Ausführungsbeispiele der elektromotorischen Antriebsradanordnung für ein Kraftfahrzeug werden nachstehend anhand der Figurendarstellungen erläutert. Hierin zeigt

1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße elektromotorische Antriebsradanordnung in einer ersten Ausführungsform;
2A eine perspektivische Ansicht des Stators der elektromotorischen Antriebsradanordnung aus 1;
2B eine perspektivische Ansicht eines ersten Statorringelements des Stators aus 2A;
2C eine perspektivische Ansicht eines zweiten Statorringelements des Stators aus 2A;
3 eine perspektivische Ansicht des Stators der elektromotorischen Antriebsradanordnung aus 1 in einer weiteren Ausführungsform;
4A eine perspektivische Ansicht des Stators der elektromotorischen Antriebsradanordnung aus 1 in einer weiteren Ausführungsform;
4B ein Umfangsabschnitt eines Statorringelements aus 4A im Detail;
4C zwei Segmente zweier axial benachbarter Statorringelemente des Stators aus 4A als Einzelheit;
5 eine Detailansicht des Stators und des Rotors der elektromotorischen Antriebsradanordnung aus 1 in einem Längsschnitt;
6 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße elektromotorische Antriebsradanordnung in einer zweiten Ausführungsform;
7 eine Detailansicht des Stators und des Rotors der elektromotorischen Antriebsradanordnung aus 6 in einem Längsschnitt in einer ersten Ausgestaltung;
8 eine Detailansicht des Stators und des Rotors der elektromotorischen Antriebsradanordnung aus 6 in einem Längsschnitt in einer zweiten Ausgestaltung;
9 eine Detailansicht des Stators und des Rotors der elektromotorischen Antriebsradanordnung aus 6 in einem Längsschnitt in einer dritten Ausgestaltung; und
10 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße elektromotorische Antriebsradanordnung in einer weiteren Ausführungsform.

Die 1 bis 5, die im Folgenden gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße elektromotorische Antriebsradanordnung 1 in einer ersten Ausführungsform. Die elektromotorische Antriebsradanordnung 1 weist eine Felge 26 auf, die um eine Längsachse L1 drehbar angeordnet ist und über Befestigungsmittel 38 mit einer Radnabe 30 drehfest verbunden ist. Die Felge 26 kann aus Stahl, Aluminium oder einem Kunststoffverbundmaterial gefertigt sein. Die Felge 26 umfasst ein Felgenbett 27 mit innerem und äußerem Felgenhorn 48, 49, auf dem ein nicht dargestellter Reifen aufgezogen werden kann, und einen geschlossenen, scheibenförmigen Felgenstern 28, der Aufnahmebohrungen für die Befestigungsmittel 38 aufweist. Die Radnabe 30 ist über ein Radlager 31 gegenüber einem Radträger 16 drehend gelagert. Der Radträger 16 ist über ein Federbein 32 federnd an der nicht dargestellten Karosserie eines Kraftfahrzeuges abgestützt. Ein unterer Abschnitt des Radträgers 16 ist an einem Querlenker 47 gelenkig gelagert, der mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist.
Die elektromotorische Antriebsradanordnung 1 umfasst zudem eine elektrische Maschine in Form einer Transversalflussmaschine 2 mit einem Stator 3 und einem Rotor 17, die in magnetische Wechselwirkung zueinander gebracht werden können. Die elektromotorische Antriebsradanordnung 1 kann auch kurz als Elektro-Felgenmotor bezeichnet werden.
Der Stator 3 umfasst drei Ringspulen 5, 6, 7, die jeweils als eine Phase der Transversalflussmaschine 2 separat bestrombar sind. Die Transversalflussmaschine 2 weist somit im vorliegenden Fall drei Phasen auf, die insbesondere einen gleichmäßigen Phasenversatz zueinander aufweisen. Es ist allerdings grundsätzlich denkbar, dass die Transversalflussmaschine 2 mehr als drei Phasen aufweist. Die Ringspulen 5, 6, 7 sind als Umfangswicklung um die Längsachse L1 angeordnet. Im vorliegenden Fall weisen die Ringspulen 5, 6, 7 jeweils eine Vielzahl von Wicklungen auf. Es ist allerdings auch denkbar, dass die Ringspulen 5, 6, 7 jeweils nur eine Wicklung aufweisen oder sich jeweils aus mehreren phasengleich bestromten Teilringspulen zusammensetzen. Die Ringspulen 5, 6, 7 sind jeweils in einem Statorring 8, 9, 10 aus einem weichmagnetischen Verbundmaterial angeordnet. Axial zwischen den Statorringen 8, 9, 10 kann eine in den Figuren nicht dargestellte magnetische Isolierung vorgesehen sein, beispielsweise durch Ringelemente mit einem hohen magnetischen Widerstand.
Die Statorringe 8, 9, 10 sind mit einem Außenumfang eines Trägers 4 drehfest verbunden. Der Träger 4 ist über Lagermittel, insbesondere zwei gedichtete Wälzlager 29, 29' gegenüber der Felge 26, insbesondere auf einem Nabenabschnitt der Felge 26, drehend gelagert und über nicht dargestellte Befestigungsmittel mit dem Radträger 16 drehfest verbunden. Der Stator 3 beziehungsweise die Statorringe 8, 9, 10 sind somit bei dieser ersten Ausgestaltung der elektromotorischen Antriebsradanordnung mittelbar über den Statorträger 4 mit dem Radträger 16 drehfest verbunden, wobei der Stator 3 über den Statorträger 4 radial beziehungsweise drehbar an der Felge 26 gelagert ist. Durch die radiale Lagerung des Stators 3 in der Rotor-Felgen-Einheit ergibt sich eine hohe Positionsgenauigkeit des Stators 3 relativ zum Rotor 17, welche entsprechend geringe radiale Spaltmaße ermöglichen.
Die Statorringe 8, 9, 10 sind jeweils aus einem ersten Statorringelement 11 und einem zweiten Statorringelement 11' zusammengesetzt. Im vorliegenden Fall sind die ersten Statorringelemente 11 und die zweiten Statorringelemente 11' identisch gestaltet und um 180° bezüglich einer Senkrechten zu der Längsachse L1 verdreht zueinander angeordnet. Das erste Statorringelementen 11 und das zweite Statorringelement 11' liegen sich somit mit einer jeweiligen Frontseite gegenüber. Es ist allerdings auch denkbar, dass die ersten Statorringelement 11 und die zweiten Statorringelement 11' jeweils eines Statorrings 8, 9, 10 unterschiedlich ausgestaltet sind, beispielsweise zur Optimierung der Führung des durch die Ringspulen 5, 6, 7 induzierten magnetischen Flusses.
Die ersten Statorringelemente 11 und die zweiten Statorringelemente 11' weisen jeweils eine Vielzahl von Magnetflussklauen 12, 12' auf, die von einem Ringabschnitt 13, 13' axial in Richtung der Längsachse L1 vorstehen. Die Magnetflussklauen 12, 12' sind auf einem Außenumfang des Ringabschnitts 13, 13' in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet voneinander angeordnet. Die Magnetflussklauen 12, 12' sind keilförmig ausgestaltet, sodass sich über den Umfang der ersten und der zweiten Statorringelemente 11, 11' eine keilförmige Magnetflussklaue 12, 12' mit einer keilförmigen Lücke abwechselt. Im zusammengesetzten Zustand eines ersten Statorringelements 11 und eines zweiten Statorringelements 11' zu einem Statorring 8, 9, 10 greifen die Magnetflussklauen 12 des ersten Statorringelements 11 in die keilförmigen Lücken des zweiten Statorringelements 11' und die Magnetflussklauen 12' das zweiten Statorringelements 11' greifen in die keilförmig Lücken des ersten Statorringelements 11.
Das erste Statorringelement 11 und das zweite Statorringelement 11' eines Statorrings 8, 9, 10 bilden in einem Längsschnitt einen offenen Ring um die jeweils in dem Statorring 8, 9, 10 angeordnete Ringspule 5, 6, 7, wobei die Öffnung des Rings durch einen Luftspalt zwischen zwei gegenüberliegenden Magnetflussklauen 12, 12' gebildet wird. Bei Bestromung einer Ringspule 5, 6, 7 wird der so erzeugte magnetische Fluss in dem jeweils zugehörigen Statorring 8, 9, 10 so geführt, dass eine der zwei gegenüberliegenden Magnetflussklauen 12, 12' einen positiven magnetischen Pol und die andere der zwei gegenüberliegenden Magnetflussklauen 12', 12 einen negativen magnetischen Pol darstellt. Über den Umfang der Statorringe 8, 9, 10 wechseln sich somit positive magnetische Pole und negative magnetische Pole ab. Durch Umkehrung der Bestromung der jeweiligen Ringspule 5, 6, 7 kann die magnetische Polung der Magnetflussklauen 12, 12' umgekehrt werden.
Die ersten Statorringelemente 11 und die zweiten Statorringelemente 11' weisen zudem an einem radial innenliegenden Ende des Ringabschnitts 13, 13' einen Hülsenabschnitt 14, 14' auf, mit dem die ersten Statorringelemente 11 beziehungsweise die zweiten Statorringelemente 11' auf dem Außenumfang des Trägers 4 sitzen. Der Hülsenabschnitt 14, 14' weist eine axiale Stirnfläche 15, 15' auf. Im zusammengesetzten Zustand eines ersten Statorringelements 11 und eines zweiten Statorringelements 11' zu einem Statorring 8, 9, 10 sind die axiale Stirnfläche 15 des ersten Statorringelements 11 und die axiale Stirnfläche 15' des zweiten Statorringelements 11' miteinander in Anlage. Die Magnetflussklauen 12 des ersten Statorringelements 11 und die Magnetflussklauen 12' des zweiten Statorringelements 11' können somit axial zueinander positioniert werden. Das erste Statorringelement 11 und das zweite Statorringelement 11' können im Bereich der axialen Stirnflächen 15, 15' miteinander gefügt sein, beispielsweise verklebt oder verschweißt sein. Alternativ ist es denkbar, dass das erste Statorringelement 11 und das zweite Statorringelement 11' axial miteinander verspannt sind, sodass das erste Statorringelement 11 und das zweite Statorringelement 11' im Bereich der axialen Stirnflächen 15, 15' reibschlüssig miteinander verbunden sind.
Aufbau und Funktionsweise der Varianten der Statorringelemente 11, 11' gemäß den 2A-2C, 3 sowie den 4A-4C entsprechen einander weitestgehend. Nachstehend wird auf Besonderheiten eingegangen. Bei der in 2A gezeigten Variante sind die ineinander greifenden ersten und zweiten Statorringelemente 11, 11' jeweils einteilig gestaltet. Bei der in 3 gezeigten Variante sind die ineinander greifenden ersten und zweiten Statorringelemente 11, 11' jeweils aus mehreren über den Umfang verteilten Ringsegmenten 50, 50' zusammengesetzt. Die Ringsegmente 50, 50' werden miteinander beziehungsweise mit dem Träger 4 verbunden. Bei der vorliegenden Variante sind jeweils vier Segmente 50, 50' über dem Umfang vorgesehen, wobei es sich versteht, dass auch eine andere Anzahl möglich ist. Die Ringsegmente 50, 50' haben radiale Verbindungsfläche, mit denen zwei in Umfangsrichtung benachbarte Segmente miteinander in Kontakt sind. Bei der in den 4A bis 4C gezeigten Variante sind die axial ineinander greifenden ersten und zweiten Statorringelemente 11, 11' auch aus mehreren über den Umfang verteilten Ringsegmenten 50, 50' zusammengesetzt. Die Anzahl der Ringsegmente 50, 50' ist hier deutlich größer und entspricht insbesondere der Anzahl der umfangsverteilten Klauen 12, 12'. Die Ringsegmente 50, 50' werden bei der vorliegenden Variante formschlüssig miteinander verbunden. Hierfür hat jedes Ringsegment 50, 50' an einer Umfangsseite einen Vorsprung 52 und an der anderen Umfangsseite eine Ausnehmung 53. Ein Vorsprung 52 eines Ringsegments greift in gefügtem Zustand in die Ausnehmung des in Umfangsrichtung benachbarten Ringsegments nach Art eines Puzzles ein. Die Ringsegmente 50 des Statorrings 11 sind gegenüber den Ringsegmenten 50' des axial benachbarten Statorrings 11' in Umfangsrichtung um eine halbe Teilung versetzt angeordnet. Zwei axial benachbarte Ringsegmente 50, 50' können über axiale Formschlussmittel miteinander verbunden sein, die insbesondere in Form von einer axialen Ausnehmung 54 und einem axialen Vorsprung 55 je Segment gestaltet sein können.
Der Rotor 17 ist fest mit der Felge 26 verbunden, wobei die so gebildete Baueinheit auch als Rotor-Felgen-Einheit bezeichnet werden kann. Der Rotor 17 umfasst drei Permanentmagnetringe 40, die mit einem Innenumfang des Felgenbettes 27 der Felge 26 drehfest verbunden sind. Die Permanentmagnetringe 40 können dabei insbesondere mit dem Felgenbett 27 verklebt sein oder direkt in das Felgenbett 27 eingegossen sein. Der Rotor 17 bildet somit zusammen mit der Felge 26 eine integrale Baueinheit mit einer kompakten radialen Baugröße. Die Permanentmagnetringe 40 umfassen über den Umfang gleichmäßig verteilte Permanentmagnetsegmente, die in Umfangsrichtung jeweils abwechselnd eine umgekehrte magnetische Polung aufweisen. Das heißt in Umfangsrichtung folgt bei einem Permanentmagnetring 40 auf ein Permanentmagnetsegment mit positiver magnetischer Polung nach radial innen ein Permanentmagnetsegment mit negativer magnetischer Polung nach radial innen, und umgekehrt.
Jeweils ein Permanentmagnetring 40 liegt einem Statorring 8, 9, 10 radial gegenüber, wobei zwischen den Statorringen 8, 9, 10 beziehungsweise dem Stator 3 und den Permanentmagnetringen 40 beziehungsweise dem Rotor 17 ein Luftspalt 45 gebildet ist. Über den Luftspalt 45 können die vom Stator 3 und dem Rotor 17 erzeugten Magnetfelder in Wechselwirkung gebracht werden, sodass ein Drehmoment über den Rotor 17 auf die Felge 26 aufgeprägt wird. Das von den Permanentmagnetringen 40 beziehungsweise dem Rotor 17 erzeugte Magnetfeld ist dabei stationär zu der Felge 26 und das von den Ringspulen 5, 6, 7 des Stators 3 erzeugte Magnetfeld wird als Drehfeld angesteuert. Der Luftspalt 45 wird zu Erhöhung des Wirkungsgrads der Transversalflussmaschine 2 möglichst gering gehalten.
An dem Träger 4 ist eine Innendichtscheibe 43 befestigt, die mit einer Außendichtscheibe 44, die an dem Felgenbett 27 der Felge 26 befestigt ist, eine Labyrinthdichtung bildet. Die Innendichtscheibe 43 und die Außendichtscheibe 44 sind in axialer Überdeckung mit dem Luftspalt 45 angeordnet. Zusammen mit den gedichteten Lagern 29, 29' dichtet die Labyrinthdichtung den Raum zwischen der Felge 26 und dem Träger 4, in dem die Transversalflussmaschine 2 mit dem Stator 3 und dem Rotor 17 angeordnet ist, gegenüber Umwelteinflüssen ab.
Radial innenliegend zu dem Rotor 3 der Transversalflussmaschine 2 ist eine Bremsanlage 33 angeordnet. Die Bremsanlage 33 weist einen Bremssattel 34 auf, der mit dem Radträger 16 drehfest und axial verschiebbar verbunden ist. Über einen Bremszylinder 35 kann zur Verzögerung des Kraftfahrzeugs eine Bremsscheibe 37, die drehfest mit der Radnabe 30 verbunden ist, zwischen Bremsbelägen 36, 36' mit einem Reibmoment beaufschlagt werden. Durch den radial kompakten Aufbau der Transversalflussmaschine 2 kann die Bremsanlage 33 zumindest teilweise in radialer Überdeckung mit der Transversalflussmaschine 2 angeordnet werden, sodass sich ein axial kompakter Aufbau der elektromotorischen Antriebsradanordnung 1 realisieren lässt. Die elektromotorische Antriebsradanordnung 1 weist zudem einen Winkelsensor 42 auf, der beispielsweise an dem Träger 4 befestigt sein kann und die relative Drehzahl der Felge 26 zu dem Träger 4 aufnehmen kann. Das durch den Winkelsensor 42 generierte Signal wird zur gleichzeitigen Steuerung der Transversalflussmaschine und einem Antiblockiersystem des Kraftfahrzeugs verwendet.
In den 6 bis 9, die im Folgenden gemeinsam beschrieben werden, ist eine erfindungsgemäße elektromotorische Antriebsradanordnung 1' in einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Von der ersten Ausführungsform der elektromotorischen Antriebsradanordnung 1, die in den 1 bis 5 dargestellt ist, unterscheidet sich die zweite Ausführungsform der elektromotorischen Antriebsradanordnung 1' im Wesentlichen durch die unmittelbare drehfeste Verbindung des Stators 3 mit dem Radträger 16' sowie der Ausgestaltung des Rotors 17'. Bezüglich der Gemeinsamkeiten wird daher an dieser Stelle auf die Ausführungen zu der ersten Ausführungsform verwiesen, wobei gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Der Radträger 16' weist ein Aufnahmeabschnitt 46 auf, der radial außen liegend von der Bremsanlage 33 angeordnet ist. Auf einem Außenumfang des Aufnahmeabschnitts 46 sitzen die Statorringe 8, 9, 10 des Stators 3 der Transversalflussmaschine 2', sodass der Stator 3 unmittelbar drehfest mit dem Radträger 16' verbunden ist. Der Träger 4 der ersten Ausführungsform der elektromotorischen Antriebsradanordnung kann somit entfallen.
Der Rotor 17' der Transversalflussmaschine 2' umfasst drei Rotorringe 18, 19, 20, wobei jeweils einer der Rotorringe 18, 19, 20 einem der Statorringe 8, 9, 10 radial gegenüberliegt. In den Rotorringen 18, 19, 20 ist jeweils ein Kurzschlussring 39 aus einem leitfähigen Material angeordnet. Axial zwischen den Rotorringen 18, 19, 20 kann eine in den Figuren nicht dargestellte magnetische Isolierung vorgesehen sein, beispielsweise durch Ringelemente mit einem hohen magnetischen Widerstand.
Die Rotorringe 18, 19, 20 können analog zu den weiter oben im Detail beschriebenen Statorringen 8, 9, 10 gestaltet sein und sich jeweils aus einem ersten Rotorringelement 21 und einem zweiten Rotorringelement 21' zusammensetzen, wie beispielsweise aus 7 zu entnehmen. Im vorliegenden Fall sind die ersten Rotorringelemente 21 und die zweiten Rotorringelemente 21' identisch gestaltet und um 180° bezüglich einer Senkrechten zu der Längsachse L1 verdreht zueinander angeordnet. Es ist allerdings auch denkbar, dass die ersten Rotorringelemente 21 und die zweiten Rotorringelemente 21' unterschiedlich ausgestaltet sind, beispielsweise zur Optimierung der Führung des magnetischen Flusses.
Die ersten Rotorringelemente 21 und die zweiten Rotorringelemente 21' weisen jeweils eine Vielzahl von Magnetflussklauen 22, 22' auf, die von einem Ringabschnitt 23, 23' axial in Richtung der Längsachse L1 vorstehen. Die Magnetflussklauen 22, 22' der Rotorringelemente 21, 21' sind auf einem Innenumfang des Ringabschnitts 23, 23' in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet voneinander angeordnet. Die Magnetflussklauen 22, 22' der Rotorringelemente 21, 21' sind dabei keilförmig ausgestaltet, sodass sich über den Umfang der ersten und der zweiten Rotorringelemente 21, 21' eine keilförmige Magnetflussklaue 22, 22' mit einer keilförmigen Lücke abwechselt. Im zusammengesetzten Zustand eines ersten Rotorringelements 21 und eines zweiten Rotorringelements 21' zu einem Rotorring 18, 19, 20 greifen die Magnetflussklauen 22 des ersten Rotorringelements 21 in die keilförmigen Lücken des zweiten Rotorringelements 21' und die Magnetflussklauen 22' das zweiten Rotorringelements 21' in die keilförmig Lücken das ersten Rotorringelements 21.
Das erste Rotorringelement 21 und das zweite Rotorringelement 21' eines Rotorrings 8, 9, 10 bilden in einem Längsschnitt einen offenen Ring um den jeweiligen Kurzschlussring 39, wobei die Öffnung des Rings durch einen Luftspalt zwischen zwei sich axial gegenüberliegenden Magnetflussklauen 22, 22' gebildet wird. Der durch die Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Stators 3 erzeugte magnetische Fluss in dem Rotorring 18, 19, 20 wird so geführt, dass eine der zwei sich axial gegenüberliegenden Magnetflussklauen 22, 22' einen positiven magnetischen Pol und die andere der zwei sich axial gegenüberliegenden Magnetflussklauen 22', 22 einen negativen magnetischen Pol darstellt. Über den Umfang eines Rotorrings 18, 19, 20 wechseln sich somit positive magnetische Pole und negative magnetische Pole ab.
Die ersten Rotorringelemente 21 und die zweiten Rotorringelemente 21' weisen zudem an einem radial außenliegenden Ende des Ringabschnitts 23, 23' einen Hülsenabschnitt 24, 24' auf, mit dem die ersten Rotorringelemente 21 beziehungsweise die zweiten Rotorringelemente 21' auf dem Innenumfang des Felgenbettes 27 sitzen. Der Hülsenabschnitt 24, 24' weist eine axiale Stirnfläche 25, 25' auf. Im zusammengesetzten Zustand eines ersten Rotorringelements 21 und eines zweiten Rotorringelements 21' zu einem Rotorring 18, 19, 20 sind die axiale Stirnfläche 25 des ersten Rotorringelements 21 und die axiale Stirnfläche 25' des zweiten Rotorringelements 21' miteinander in Anlage. Die Magnetflussklauen 22 des ersten Rotorringelements 21 und die Magnetflussklauen 22' des zweiten Rotorringelements 21' können somit axial zueinander positioniert werden. Die Rotorringelemente 21, 21' eines Rotorringes 18, 19, 20 können im Bereich der axialen Stirnflächen 25, 25' gefügt sein, beispielsweise verklebt oder geschweißt sein. Alternativ ist auch denkbar, dass das erste Rotorringelement 21 und das zweite Rotorringelement 21' eines Rotorringes 18, 19, 20 axial miteinander verspannt sind, sodass das erste Rotorringelement 21 in das zweite Rotorringelement 21' im Bereich der axialen Stirnflächen 25, 25' reibschlüssig miteinander verbunden sind.
Die ersten Magnetflussklauen 12, 12' des Stators 3 und die zweiten Magnetflussklauen 22, 22' des Rotors 17' sind radial einander zugewandt angeordnet. Über den Luftspalt 45 können die vom Stator 3 und dem Rotor 17' erzeugten Magnetfelder nach Art eines Asynchron-Induktionsmotors in Wechselwirkung gebracht werden, sodass ein Drehmoment über den Rotor 17' auf die Felge 26 aufgeprägt wird. Der Luftspalt 45 wird zu Erhöhung des Wirkungsgrads der Transversalflussmaschine 2' möglichst gering gehalten.
An dem Felgenbett 27 der Felge 26 ist eine zweite Außendichtscheibe 44' befestigt, die zusammen mit dem Aufnahmeabschnitt 46 das Radträger 16' eine zweite Labyrinthdichtung bildet. Die erste Labyrinthdichtung bestehend aus Innendichtscheibe 43 und Außendichtscheibe 44 dichtet somit zusammen mit der zweiten Labyrinthdichtung einen Raum zwischen Felgenbett 27 und dem Aufnahmeabschnitt 46 des Radträger 16', in dem die Transversalflussmaschine 2' aufgenommen ist, gegenüber Umwelteinflüssen ab.
Die Bremsanlage 33 ist radial zwischen dem Radlager 31 und dem Aufnahmeabschnitt 46 des Radträgers 16' angeordnet. Der Stator 3 sowie auch der Rotor 17' der Transversalflussmaschine 2' sind vollständig in axialer Überdeckung mit der Bremsanlage 33 angeordnet. Hierdurch weist die elektromotorische Antriebsradanordnung 1' axial einen hochkompakten Aufbau auf.
8 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Transversalflussmaschine 2" als permanenterregter Synchronmotor. Die Transversalflussmaschine 2" weist einen Stator 3' auf, bei dem die Ringspulen 5, 6, 7 als Hohlleiter mit einer ringförmigen Hohlkammer 41 ausgeführt sind. Die Hohlkammer 41 ist jeweils mit dem Zufluss eines Kühlmediums verbindbar. Beim Durchströmen der Hohlkammern 41 durch das Kühlmedium kann Wärmeenergie, die während des Betriebs der Transversalflussmaschine 2" entsteht, abgeführt werden.
Die Transversalflussmaschine 2" weist zudem einen Rotor 17" auf, in dessen Rotorringen 18, 19, 20 anstatt eines Kurzschlussrings 39 ein Permanentmagnetring 40 eingesetzt ist, wobei die Rotorringe 18, 19, 20 darüber hinaus den Rotorringen gemäß 7 entsprechend ausgestaltet sind. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird an dieser Stelle auf die Ausführungen zu den Permanentmagnetringen 40 im Zuge der Beschreibung der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsradanordnung in einer ersten Ausgestaltung gemäß den 1 bis 5 beziehungsweise 7 verwiesen.
9 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Transversalflussmaschine 2''' als Synchron-Reluktanzmotor. Die Transversalflussmaschine 2''' umfasst den zuvor beschriebenen Stator 3' und einen Rotor 17"', dessen Rotorringe 18, 19, 20 als Hohlringelemente, insbesondere ohne Kurzschlussringe und Permanentmagnetringe, ausgestaltet sind. Die Rotorringe 18, 19, 20 sind darüber hinaus analog zu den Rotorringen der 7 ausgestaltet und weisen den zuvor in den 7 bis 8 beschriebenen grundsätzlichen Aufbau auf, wobei die konkrete geometrische Dimensionierung an die Anforderung eines Reluktanzmotors angepasst sind.
In 10 ist eine erfindungsgemäße elektromotorische Antriebsradanordnung 1" in einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Die vorliegende Ausführungsform entspricht in weiten Teilen der Ausführungsform gemäß den 1 bis 5, auf deren Beschreibung insofern abkürzend verwiesen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeigen versehen, wie in den obigen Figuren.
Eine Besonderheit der Ausführungsform gemäß 10 ist, dass der Rotor 17 separat von der Felge 26 gestaltet ist und mit dieser über Schrauben 38 lösbar verbindbar ist. Auf diese Weise können verschiedene Felgen beziehungsweise Räder mit Transversalflussmaschine 2 verbunden werden. Der Rotor 17 weist an einer dem Stator 3 radial außen umgebenden Innenfläche einen oder mehrere Rotorringe auf, die als Permanentmagnetringe 40 gestaltet sein können. Ferner umfasst der Rotor 17 eine Rotortrommel 56 mit einem radial innen liegenden Hülsenansatz, auf dem der Träger 4 des Stators 3 mittels Lagern 29 drehbar gelagert ist. Die axial innen liegende Seite zwischen Rotor 17 und Stator 3 ist mittels eines Deckels 43 geschlossen. Rotor 17 und Stator 3 bilden bei dieser Ausführungsform eine nach außen geschlossene Baueinheit, mit welcher die Felge 26 über die Schrauben 38 mit der Radnabe 30 verbunden werden kann. Der Felgenstern 28 kann bei dieser Bauform auch offen beziehungsweise mit Speichen gestaltet sein. Die Radnabe 30 ist mittels des Lagers 31 auf dem Radträger 16' drehbar gelagert.
Bezugszeichenliste

1, 1': Elektromotorische Antriebsradanordnung
2, 2', 2'', 2''': Transversalflussmaschine
3, 3': Stator
4: Träger
5: Ringspule
6: Ringspule
7: Ringspule
8: Statorring
9: Statorring
10: Statorring
11, 11': Statorringelement
12, 12': Magnetflussklaue
13, 13': Ringabschnitt
14, 14': Hülsenabschnitt
15, 15': Stirnfläche
16, 16': Radträger
17, 17', 17'', 17''': Rotor
18,: Rotorring
19: Rotorring
20: Rotorring
21, 21': Rotorringelement
22, 22': Magnetflussklaue
23, 23': Ringabschnitt
24, 24': Hülsenabschnitt
25, 25': Stirnfläche
26: Felge
27: Felgenbett
28: Felgenstern
29, 29': gedichtetes Lager
30: Radnabe
31: Lager
32: Federbein
33: Bremsanlage
34: Bremssattel
35: Bremszylinder
36, 36': Bremsbeläge
37: Bremsscheibe
38: Befestigungsmittel
39: Kurzschlussring
40: Permanentmagnetring
41: Hohlkammer
42: Winkelsensor
43: Innendichtscheibe
44, 44': Außendichtscheibe
45: Luftspalt
46: Aufnahmeabschnitt
47: Querlenker
48: inneres Felgenhorn
49: äußeres Felgenhorn
50, 50': Ringsegment
52, 53: Formschlusselemente
54, 55: Formschlusselemente
56: Trommel
L1: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011/0169381 A1 [0005]
DE 102006022836 A1 [0006]
DE 19948224 C1 [0007]
DE 102009021703 B4 [0008]

Claims

Elektromotorische Antriebsradanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend: eine zumindest dreiphasige Transversalflussmaschine (2, 2', 2'', 2''') mit einem Stator (3, 3'), der mit einem Radträger (16, 16') des Kraftfahrzeuges drehfest verbindbar ist und je Phase der Transversalflussmaschine (2, 2', 2", 2''') eine bestrombare Ringspule (5, 6, 7) aufweist, die jeweils in einem Statorring (8, 9, 10) aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff angeordnet ist, und einem relativ zum Stator (3, 3') drehbar gelagerten Rotor (17, 17', 17'', 17'''), der mit einer Felge (26) verbunden ist, wobei der Rotor (17, 17', 17'', 17''') zumindest teilweise radial außenliegend um den Stator (3, 3') angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorringe (8, 9, 10) jeweils zwei axial benachbarte Statorringelemente (11, 11') umfassen, die jeweils mehrere Statorringsegmente (50, 50') über dem Umfang aufweisen.
Elektromotorische Antriebsradanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (17, 17', 17'', 17''') und die Felge (26) eine Rotor-Felgen-Einheit bilden, wobei die Felge (26) ein Felgenbett (27) aufweist, wobei der Rotor (17, 17', 17", 17''') an einer inneren Umfangsfläche des Felgenbetts (27) angeordnet und mit dieser fest verbunden ist, insbesondere zumindest eines von kraftschlüssig, stoffschlüssig und formschlüssig.
Elektromotorische Antriebsradanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (17, 17', 17'', 17''') je Phase der Transversalflussmaschine (2, 2', 2'', 2''') einen Rotorring (18, 19, 20) aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff aufweist, oder dass der Rotor (17, 17', 17", 17''') je Phase der Transversalflussmaschine (2, 2', 2", 2''') einen Permanentmagnetring (40) aufweist, der in das Felgenbett (27) eingeklebt ist.
Elektromotorische Antriebsradanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorringe (18, 19, 20) jeweils zwei Rotorringelemente (21, 21') aufweisen, die insbesondere mehrere Rotorringsegmente umfassen.
Elektromotorische Antriebsradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorringelemente (11, 11') jeweils mindestens drei Statorringsegmente (50, 50') aufweisen, wobei jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarte Statorringsegmente (50, 50') formschlüssig miteinander verbunden sind.
Elektromotorische Antriebsradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Statorringelemente (11, 11') eines Statorringes (8, 9, 10) jeweils mehrere Magnetflussklauen (12, 12') aufweisen, die axial ineinander greifen und eine Klauenpolanordnung bilden, wobei die Anzahl der Magnetflussklauen (12, 12') je Statorring (8, 9, 10) insbesondere zumindest 30 und/oder maximal 100 beträgt.
Elektromotorische Antriebsradanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorringe (18, 19, 20) mit den zugehörigen zwei Rotorringelementen (21, 21') einteilig hergestellt sind, und/oder dass die Statorringe (8, 9, 10) mit den zugehörigen zwei Statorringelementen (11, 11') einteilig hergestellt sind.
Elektromotorische Antriebsradanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen den zwei Rotorringelementen (21, 21') eines Rotorringes (18, 19, 20) ein Kurzschlussring (39) angeordnet ist.
Elektromotorische Antriebsradanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zwei Rotorringelementen (21, 21') eines Rotorringes (18, 19, 20) jeweils ein Permanentmagnetring (40) angeordnet ist, wobei der Permanentmagnetring (40) mehrere Permanentmagnetringsegmente umfasst.
Elektromotorische Antriebsradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlsystem zur Regulierung der Betriebstemperatur der elektromotorischen Antriebsradanordnung vorgesehen ist.
Elektromotorische Antriebsradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen Winkelsensor (42), der ein Signal zur gleichzeitigen Steuerung der Transversalflussmaschine (2, 2', 2", 2''') und eines Anti-Blockier-Systems des Kraftfahrzeuges generiert.
Elektromotorische Antriebsradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3, 3') zumindest eine Innendichtscheibe (43) aufweist, und dass der Rotor (17, 17', 17", 17''') zumindest eine Außendichtscheibe (44) aufweist, wobei die zumindest eine Innendichtscheibe (43) und die zumindest eine Außendichtscheibe (44) als Labyrinthdichtung zusammenwirken, die in axialer Überdeckung mit einem Luftspalt (45) zwischen den Statorringen (8, 9, 10) und den Rotorringen (18, 19, 20) angeordnet ist.
Elektromotorische Antriebsradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremsanlage (33) radial innenliegend zu dem Stator (3, 3') angeordnet ist.
Elektromotorische Antriebsradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) mit einem Träger (4) fest verbunden ist, wobei der Träger (4) drehend auf der Felge (26) gelagert und mit dem Radträger (16, 16') drehfest verbunden ist.
Elektromotorische Antriebsradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) unmittelbar mit dem Radträger (16, 16') fest verbunden ist.
Elektromotorische Antriebsradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) mit einem Träger (4) fest verbunden ist und in einer mit dem Rotor (17) verbundenen Trommel (56) drehbar gelagert ist, wobei die Felge (26) mit dem Stator (3) lösbar verbindbar ist.