DE4214716A1 - Integrale motor/rad-anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine lenkbare integrale Anordnung aus Elektromotor und Rad für ein unabhängig gefedertes Hybrid- oder Elektro-Fahrzeug.

Hybrid- oder Elektro-Fahrzeuge enthalten typischerweise einen einzelnen Elektromotor, der zum Antrieb von zwei Fahr­ zeugrädern durch übliche Leistungsübertragungs-Bestandteile wie Antriebswellen, Universalgelenke und Differential-Getrie­ besätze angeschlossen ist. Alternativ ist vorgeschlagen worden, für jedes angetriebene Rad einen separaten Elektromo­ tor vorzusehen, wie beispielsweise in US-PS 32 97 926 be­ schrieben. Bei solchen Anwendungen werden separate Reduk­ tionsgetriebe für jedes Rad vorgesehen, so daß sich eine ziemlich große, schwer unterzubringende Anordnung ergibt. Weiter können große und schwere Radanordnungen das Fahrver­ halten, das Handling und das sonstige Fahrverhalten des Fahr­ zeugs schädlich beeinflussen. Ein anderes Beispiel des Stan­ des der Technik ist in US-PS 19 97 974 gezeigt.

Eine integrale aus Motor und Rad bestehende Anordnung nach der vorliegenden Erfindung kennzeichnet sich durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine verbesserte, aus Motor und Rad bestehende Anordnung mit einem integralen Un­ tersetzungs-Planetengetriebe gerichtet, wobei die Anordnung lenkbar und zur Verwendung in einer üblichen unabhängig gefe­ derten Kraftfahrzeug-Aufhängung ausgelegt ist. Der Motor, das Getriebe und die Radelemente sind an einem einzigen lenk­ baren Stützteil angebracht, welches um vertikale und horizon­ tale Achsen schwenkbar befestigt ist, bei dem das Auflaufen der Toleranzen kleingehalten wird und ein unabhängiges Warten der Motor- und Getriebeelemente ermöglicht ist. Das Ausgabeelement des Getriebes ist einzig über die Zahnrad-Ein­ griffe und eine verkeilte Verbindung mit der Radnabe abge­ stützt, wodurch es ermöglicht wird, daß das Ausgangselement sich mit dem Rad selbst ausrichtet und die Radkräfte von dem Motor und den Getriebeelementen fernhält. Zahlreiche andere, neuartige Eigenschaften wirken zusammen, um eine besonders wirksame und kompakte Anordnung zu schaffen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht der in einem Fahrzeug eingebauten aus Motor und Rad bestehenden Anordnung nach der Erfin­ dung;

Fig. 2 eine Endansicht der aus Motor und Rad beste­ henden Anordnung aus Fig. 1; und

Fig. 3 eine vergrößerte Teilschnittansicht von Motor und Getriebe der in Fig. 1 abgebilde­ ten Anordnung.

Insbesondere in Fig. 1 ist die aus Motor und Rad bestehende Anordnung erfindungsgemäßer Art in ein Kraftfahrzeug einge­ baut gezeigt. Ein Achsschenkel 12 und ein Kugel- oder Universalgelenk 14 bilden das obere und das untere Ende des Stützelements 16 für Motor und Rad und befestigen die aus Motor und Rad bestehende Anordnung an dem Stoßfänger-Aufbau 18 bzw. an dem Rahmenteil 20. Der Achsschenkel ist über Schrauben 22 an einer Montagelasche 24 angebracht, die an einem unteren Ende einer üblichen McPherson-Federbein-Anord­ nung 26 angebracht ist. Das obere Ende der Federbein-Anord­ nung 26 ist innerhalb des Stoßfänger-Aufbaus 18 des Fahr­ zeugs in üblicher Weise durch eine Endplatte 28 und Mutter 30 gesichert. Die Endplatte 28 sitzt auf einem (nicht gezeig­ ten) Kugellager auf, das eine Verdrehung der Federbein-Anord­ nung 26 um ihre (vertikale) Längsachse zuläßt, wenn die An­ ordnung 10 aus Motor und Rad gelenkt wird. Ein unterer Steu­ erarm 32 koppelt das Universalgelenk 14 mit dem Rahmenglied 20 und bestimmt eine Horizontalachse, um welche das Stütz­ glied 16 sich drehen kann. Ein auf ein (nicht dargestelltes) Rahmenglied des Fahrzeugs bezogener Drehstab-Stabilisator 34 ist mit der Federbein-Anordnung 26 über ein Kugel- oder Uni­ versalgelenk 36 und eine Stabilisator-Verbindung 38 gekop­ pelt.

Die verschiedenen Elemente der Anordnung 10 aus Motor aus Rad sind alle direkt oder indirekt mit dem Stützelement 16 verbunden. Ein äußeres Radlager-Element 40 ist über Schraub­ bolzen 42 an dem Stützelement 16 angebracht; ein Motorgehäu­ se 44 ist an dem Stützelement 16 über Schraubbolzen 46 ange­ bracht und ein Gehäuse 48 einer Planeten-Untersetzungsgetrie­ be-Anordnung (allgemein mit der Bezugszahl 49 bezeichnet) ist über Schraubbolzen 50 an dem Stützelement 16 angebracht. Eine Lenkzugstange 51 (falls das Rad lenkbar gemacht werden soll) oder eine Vorspur-Einstellverbindung (falls das Rad nicht lenkbar gemacht werden soll) hängt an einem Flansch des Stützelements 16, wie am besten in Fig. 2 zu sehen.

Insbesondere nach Fig. 3 ist ein inneres Radlager-Element 52 drehbar innerhalb des äußeren Radlager-Elements 40 an einem Kugellagerpaar 53 und 54 abgestützt. Eine Bremsscheibe 58 und eine Radfelge 60 sind an dem inneren Radlager-Element 52 über Radmuttern 62 befestigt, wobei die Radfelge 60 einen üblichen schlauchlosen Reifen 64 und ein Füllventil 66 trägt. Eine Bremszange 68 (am besten in Fig. 2 zu sehen) ist an dem Stützelement 16 über Schrauben 70 befestigt und be­ sitzt zwei Bremsklötze 72, die mit der Bremsscheibe 58 eine Reibbremse bilden.

Das Motorgehäuse 44 umfaßt einen gerippten zylindrischen Ab­ schnitt 76 und einen gerippten Enddeckel 78. Der zylindri­ sche Abschnitt 76 hält in seinem Inneren einen 12-poligen la­ minierten Statorkern 80 und eine dreiphasige Statorwicklung 82. Die Einführungsleiter 84 für die Wicklung durchlaufen einen in dem Enddeckel 78 eingesetzten Verbinder 86 und sind zu einer (nicht dargestellten) zentralen Steuereinheit über Kabel 88 geleitet.

Das Gehäuse 48 der Planetengetriebe-Anordnung 49 besitzt eine Reihe von inneren Spiralgetriebezähnen 90, die das Ring­ zahnrad des Getriebes bestimmen. Innerhalb des Rings sind eine Gruppe von vier spiralverzahnten Planeten-Zahnrädern 92 und ein Planeten-Träger 94 abgestützt. Eine über Schrauben 97 an dem Planeten-Träger 94 befestigte Ölabweisplatte 96 führt Schmieröl in einen hohlen Ritzelstift 96, um für Schmierung der (nicht dargestellten) Nadellager der vier spi­ ralverzahnten Planeten-Räder 92 zu sorgen. Das äußere Ende des Planeten-Trägers 94 ist lose mit einer Radnabe 100 ver­ keilt, die wiederum mit dem inneren Radlager-Element 52 ver­ keilt ist. Die Radnabe 100 liegt bezüglich des inneren Radla­ ger-Elements 52 am außenseitigen Ende über eine Unterleg­ scheibe 102 und eine Nabenmutter 104 und am innenseitigen Ende über einen Lauf 56 des Kugellagers 53 an.

Die Sonnenradzähne 106 der Planetengetriebe-Anordnung 49 sind an einer Zentralwelle 108 ausgebildet, die an ihrem au­ ßenseitigen Ende innerhalb des Planeten-Trägers 94 an einem Hülsenlager 110 und einem Schublager 112 abgestützt ist. Das innenseitige Ende der Welle 108 ist in eine Nabe 114 einer Rotorschüssel 116 verkeilt. Die Nabe 114 ist wiederum inner­ halb des innenseitigen Endes des Gehäuses 48 an einem doppel­ reihigen Präzisions-Kugellager 118 abgestützt. Das Kugella­ ger 118 wird an seinem außenseitigen Ende über einen Lager- Schnappring 120 und eine Sperrmutter 121 zurückgehalten und an seinem innenseitigen Ende über einen Rückhaltedeckel 122. Der Rückhaltedeckel 122 ist an dem Gehäuse 48 über Schraub­ bolzen 124 befestigt und trägt eine Öldichtung 126, wie nach­ stehend beschrieben. Ein Anschlag 128 innerhalb der Nabe 114 begrenzt einen Axialversatz der Zentralwelle 108 nach innen.

Die Rotorschüssel 116 enthält einen zylindrischen Abschnitt 130, der das Gehäuse 48 teilweise umgibt und eine Vielzahl von Permanentmagneten 132 abstützt, die magnetisch mit den Polen des Statorkerns 80 gekoppelt sind. Die Magneten 132 sind an den Außenumfang des zylindrischen Abschnitts 130 an­ geklebt und werden mechanisch durch Federklammern 134, 135 zurückgehalten, die wiederum an dem zylindrischen Abschnitt 130 über Schraubbolzen 136, 137 befestigt sind. Da sowohl der Statorkern 80 als auch die Rotorschüssel 116 auf das Stützelement 16 bezogen sind, wird die Toleranzaddierung gering gehalten, so daß ein sehr kleiner Arbeitsluftspalt da­ zwischen ermöglicht ist.

Eine innerhalb des Enddeckels 78 befestigte stationäre Füh­ leranordnung wirkt mit einem Dreh-Fühlerring 150 zusammen, der am außenseitigen Ende der Rotornabe 140 über Unterleg­ ring 152 und Schrauben 154 gesichert ist. Die stationäre Fühleranordnung enthält einen Halleffekt-Fühlerring 156, der über Schrauben 160 an einer Befestigungsnabe 158 gesichert ist. Die Befestigungsnabe 158 ist wiederum innerhalb einer Vertiefung 162 des Enddeckels 78 über Schrauben 164 befe­ stigt. Ein an dem Enddeckel 78 über Schrauben 168 befestigte Kappe 166 dichtet die Vertiefung 162 gegen Fremdmaterie ab. Ein Ausgabeleiterbündel 170 des Fühlerrings 156 tritt durch eine Tülle 172 hindurch, die in der Kappe 166 abgestützt ist und wird mit dem Statorwicklungskabel 88 durch die (nicht dargestellte) Zentralsteuereinheit geleitet.

Im Betrieb beaufschlagt ein Inverter in der (nicht darge­ stellten) Zentralsteuereinheit die Statorwicklungen 82 mit Strom von einem Generator oder einem Batteriepack, um ein Drehmagnetfeld in dem Luftspalt zwischen den Permanentmagne­ ten 132 und den Polen des Statorkerns 80 zu erzeugen. Das Elektromagnetfeld wirkt mit dem durch die Permanentmagneten 132 geschaffenen Magnetfeld zusammen zur Entwicklung von Drehmoment zum Drehen der Rotorschüssel 116. Die Nabe 114 der Rotorschüssel 116, die mit der Zentralwelle 108 verkeilt ist, dreht die Sonnenradzähne 106. Dadurch werden die Plane­ ten-Zahnräder 92 gedreht, welche Reaktion gegen die stationä­ ren Ringzahnradzähne 99 ergeben und dadurch den Planeten- Träger 94 mit herabgesetzter Geschwindigkeit antreiben. Bei der dargestellten Ausführung wird ein Untersetzungsverhält­ nis von ca. 5 : 1 benutzt. Der Planeten-Träger 94, der mit der Radnabe 100 verkeilt ist, welche wiederum mit dem inneren Radlagerelement 52 verkeilt ist, treibt dadurch die Radfelge 60 an. Wie bereits angedeutet, sind lenkbare Radauslegungen grundsätzlich gleich wie nichtlenkbare Radauslegungen.

Zum Schmieren der Planetengetriebe-Anordnung 49 ist das Ge­ häuse 48 mit Öl (wie z. B. Dextron ATF) im wesentlichen bis zu dem durch die gebrochene Linie 180 in Fig. 3 angezeigten Niveau angefüllt. Das Öl wird durch eine Anzahl von O-Ringen und den Lippendichtungen 126 und 182 zurückgehalten. Im Be­ trieb lenkt die Ölablenkplatte 96 das Öl in gebohrte Durch­ lässe 184 innerhalb der Ritzelräder 98, und Öl wird den Dop­ pelreihen-Kugellagern 118 über die Durchlaßbohrung 186 zuge­ führt.

Wie vorstehend bemerkt, wird das Ausgabeelement der Planeten­ getriebe-Anordnung 49 - der Planeten-Träger 94 - nur durch die miteinander in Eingriff befindlichen Zähne und die ver­ keilte Verbindung mit der Radnabe 100 gestützt. Diese "schwimmende" Auslegung hält die Empfindlichkeit gegen Her­ stelltoleranzen klein und erlaubt eine Selbstausrichtung des Planeten-Trägers 94 mit der Radnabe 100. Außerdem werden da­ durch die Radkräfte von den Motor- und Getriebeelementen ge­ trennt, so daß die Belastungsfähigkeit erhöht und die Lebens­ dauer verbessert wird.

Infolge der Tatsache, daß alle Hauptelemente der aus Motor und Rad bestehenden Anordnung 10 auf das Stützelement 16 be­ zogen sind, wird die Wartung sehr erleichtert. Beispielswei­ se sind die Motor- und Getriebeelemente unabhängig wartbar, die Motorelemente durch Entfernen der Motorgehäuse-Abschnit­ te 76, 78, und die Planetengetriebe-Anordnung 49 durch Ent­ fernen des äußeren Radlagerelements 40.

Claims (6)

1. Integrale, Motor und Rad umfassende Anordnung (10) für ein Kraftfahrzeug, welche umfaßt ein Haupt-Stützelement (16), das um zwei nicht parallele Achsen schwenkbar ange­ bracht ist, welche durch obere und untere Stützstrukturen (24, 32) des Fahrzeugs bestimmt sind; ein starr an dem Haupt-Stützelement befestigtes Gehäuse (48) und Getriebe­ mittel (49), das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und enthält ein Eingangselement (106), ein Reaktionsele­ ment (90) und ein Ausgabeelement (94); gekennzeichnet durch ein Rotor-Schüsselglied (116), das radial um das Gehäuse angeordnet und durch das Gehäuse zur Drehung um eine Längsachse desselben abgestützt ist; durch Motormittel einschließlich eines starr an dem Haupt-Stützelement um das Rotor-Schüsselglied abgestütz­ tes Statorelement (76-82) und eine Reihe von an dem Rotor-Schüsselelement in einem Bereich zwischen dem Rotor-Schüsselelement und dem Statorelement sicher befe­ stigten Permanentmagneten (132), und dadurch, daß das Ge­ triebemittel weiter enthält Mittel zum Antreiben der Ver­ bindung des Rotor-Schüsselelements mit dem Eingangsele­ ment des Getriebe-Mittels; durch starr an dem Haupt-Stütz­ element zum drehenden Abstützen eines Fahrzeug-Antriebsra­ des (60, 64) angebrachtes Antriebsmittel (40) und durch Kupplungsmittel (100) zur Antriebsverbindung des Ausgabe­ elements des Getriebemittels mit dem Fahrzeug-Antriebs­ rad.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel enthält ein äußeres, starr an dem Haupt-Stützelement (16) gesichertes Radlagerelement (40), ein inneres, drehbar innerhalb des äußeren Radlagerele­ ments abgestütztes Radlagerelement (52) und daß das Kupp­ lungsmittel enthält eine an einem Ende mit dem Ausgabeele­ ment (94) des Getriebemittels verkeilte Radnabe (100), die am anderen Ende mit dem inneren Radlagerelement ver­ keilt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionselement des Getriebemittels ein an einer Innenumfangsfläche des Gehäuses (48) ausgebildetes Innen­ zahnrad (90) ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Statorelement des Motormittels umfaßt einen Statorkern (80) und eine Statorwicklung (82), die in einem Motorgehäuse-Element (76, 78) ange­ bracht sind, welches starr an dem Haupt-Stützelement (16) befestigt ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es Drehstab-Stabilisatormittel (32-38) enthält zum Steuern des Schwenkens des Haupt-Stützele­ ments (16) um die Vertikalachse.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (48) an einer nach innen zu gelegenen Seite des Haupt-Stützelements (16) angebracht ist und daß das Antriebsmittel (40) an einer nach außen zu gelegenen Seite des Haupt-Stützelements gegenüber der nach innen zu gelegenen Seite angebracht ist, wodurch das Getriebemittel und das Motormittel unabhängig voneinander wartbar sind.