DE69119379T2 - Antriebsrad für Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radantriebsbaueinheit für ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb.
• Zum Antreiben von Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb ist es bekannt, daß es von Vorteil ist, statt eines einzigen Motors, der über eine mechanische übertragung an den Antriebsrädern angebracht ist, mehrere Motoren direkt an den Antriebsrädern anzubringen. Aus der Europäischen Patentanmeldung Nr. 0345123 ist beispielsweise eine technische Lösung bekannt, bei der alle vier Räder eines Fahrzeuges jeweils mit einer jeweils unabhängigen Antriebsbaueinheit versehen sind. Jede Baueinheit ist an zwei schwingenden Aufhängearmen in einer gelenkigen vierseitigen Anordnung aufgehängt und weist eine Ausgangswelle auf, wobei das jeweiligen Rad des Fahrzeuges direkt auf die Ausgangswelle gepaßt ist.
• Aus der EP-A-0 337 032, die den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5 entspricht, und aus der EP-A-0464929 sind Lösungen bekannt, die der obigen ähnlich sind, bei denen jedoch die Motorbauteile teilweise in den Aufbau des Radlagers integriert sind.
• Die in diesen Europäischen Patentanmeldungen beschriebenen Lösungen sind indessen noch nicht frei von Mängeln: Sie machen insbesondere die Verwendung von speziell hergestellten Rädern nötig und es gibt ernste Probleme bei der Aufnahme und Halterung der Bremseinrichtungen; schließlich führen sie zu einem relativ komplizierten schweren Aufbau.
• Es ist das Ziel der Erfindung einer Radantriebsbaueinheit zum Antreiben eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb zu schaffen, die einen einfachen und leichten Aufbau hat, an der Räder, die normalerweise für Fahrzeuge mit endothermen Maschinen, die gegenwärtig verbreitet sind, verkauft werden, angebracht werden können und die kompakt ist.
• Zu diesem Zweck ist ein Antriebsrad gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale gekennzeichnet, die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 5 angegeben sind.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im Folgenden eine nicht beschränkende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der zugehörigen Zeichnungen gegeben, in denen
• Fig. 1 eine Fahrzeugaufhängung mit einer Radantriebsbaueinheit, die nach Maßgabe der Erfindung gebildet ist, und
• Fig. 2 im vergrößerten Maßstab die in Fig. 1 dargestellte Radantriebsbaueinheit zeigen.
• In den Fig. 1 und 2 ist als ganzes 1 eine Radantriebsbaueinheit dargestellt, die für ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb geeignet ist, das im übrigen bekannt ist, der Einfachheit halber nicht dargestellt ist und das an Bord mit einer geeigneten elektrischem Energieversorgung versehen ist, die gleichfalls von bekannter Art ist, der Einfachheit halber nicht dargestellt ist und beispielsweise aus Batterien bestehen kann. Die Baueinheit 1 umfaßt einen Achsschenkel 2 und eine Nabe 3, beide vom bekannten Typ, auf denen gemäß der Erfindung jeweils ein Stator 4 und ein Rotor 5 eines Elektromotors 6 von einem allgemein bekannten Typ sitzen. Der Achsschenkel 2 ist bekannterweise mit einer Aufhängung 7 des Fahrzeuges verbunden, die als nicht beschränkendes Beispiel als Starraxentyp dargestellt ist und eine Achse 8, mit der der Achsschenkel 2 in einem Stück verbunden ist, und einen Stoßdämpfer 9 umfaßt, der mit der Karosserie 10 des Fahrzeuges und der Achse 8 verbunden ist. Es ist ersichtlich, daß bei einer nicht dargestellten möglichen Variante die Radbaueinheit 1 auch durch eine unabhängige Radaufhängung beispielsweise vom "Mcpherson" Typ gehalten sein kann, indem nur der Achsschenkel 2 bekannterweise direkt mit dem Ständer der Aufhängung verbunden wird, der seinerseits mit einem typischen Stoßdämpfer 9 verbunden ist.
• Der Achsschenkel 2 hält die Nabe 3 freilaufend in bekannter Weise beispielsweise über ein Rollenlager 11, das axial an einer Schulter 12 des Achsschenkels 2 mit einer Mutter 13 befestigt ist. Die Nabe 3 hält ihrerseits in bekannter Weise ein Rad 14 bekannter Art, das üblicherweise bei Straßenfahrzeugen benutzt wird. Das Rad 14 ist insbesondere mittels Bolzen 15 und eines Flansches 16 an der Nabe 13 befestigt, die als Teil an einer bekannten Bremstrommel 18 an deren Außenumfang vorgesehen ist. In einem Stück mit dem Achsschenkel 2 ist ein Bremshalteträger 20 angebracht, der so angeordnet ist, daß er dem Flansch 16 der Nabe 13 zugewandt ist, und der in bekannter Weise jeweils Bremsschuhe 21 (von denen nur einer in Fig. 2 dargestellt ist), die bei der Benutzung in einen Reibkontakt mit der Trommel 18 treten können, um die Drehung des Rades 14 bezüglich des Achsschenkels 2 zu bremsen, und eine bekannte hydraulische Steuereinrichtung 22 für die Bremsschuhe 21 trägt, die in bekannter, der Einfachheit halber nicht dargestellter Weise am Bremskreislauf des Fahrzeuges anbringbar ist. Bei dem Beispiel ist der Träger 20 mit der Achse 8 mittels Bolzen 23 verbunden. Wenn die Aufhängung 7 durch eine unabhängige Radaufhängung ersetzt ist, dann ist der Träger 20 mit dem Ständer der Aufhängung verbunden oder in einem Stück damit ausgebildet.
• Gemäß der Erfindung umfaßt die Baueinheit 1 weiterhin ein erstes Kapselelement 25 des elektrischen Motors 6, das im Winkel zur und in einem Stück mit der Nabe 3 so befestigt ist, daß es davon in radialer Richtung längs des Umfanges vorsteht, wenigstens einen Permanentmagneten 26 (bei dem Beispiel sind mehrere Permanentmagnete 26 in einem Ring angeordnet), der längs des Umfanges durch das Kapselelement 25 gehalten ist, das daher zusammen mit dem (den) Magneten 26 den Rotor 5 bildet, ein zweites Kapselelement 28, das koaxial zum Element 25 und diesem zugewandt angeordnet ist und in einem Stück mit dem Achsschenkel 2 verbunden ist, und wenigstens eine Spule 29 bekannter Art (bei dem Beispiel sind mehrere Spulen 29 in einem Ring angeordnet), die in bekannter, der Einfachheit halber nicht dargestellter Weise mit der elektrischen Energieversorgung verbunden werden kann und in einem Stück vom Element 28 gehalten ist, das zusammen mit der Spule (den Spulen) 29 somit den Stator 5 bildet.
• Die Elemente 25, 28 sind beide becherförmig, mit ihren Konkavformen einander zugewandt angeordnet und umfassen jeweils einen jeweils radial äußeren vorderen Umfangsrand, der mit 31 und 32 bezeichnet ist. Diese Ränder 31, 32 arbeiten zusammen ohne sich zu berühren derart, daß sie zwischen den Elementen 25, 28, die sich bei der Benutzung relativ zueinander drehen, eine Labyrinthdichtung bilden, um den Motor 6 zu schützen.
• Insbesondere das Element 25 umfaßt ein halbtorusförmiges Element 33 aus gepreßtem Metallblech, das in einem Stück mit der Radnabe 3 auf der Bremstrommel 18 verbunden ist, und ein Ringelement 34, das die Magneten 26 hält und an der Innenseite des halbtorusförmigen Elementes 33 teilweise nach außen in axialer Richtung vorstehend angeordnet ist, wobei ein Teil 25 mit kleinerem Durchmesser mit einer Seitenwand 36 radial außen vom halbtorusförmigen Element 33 verbunden ist. Ein Ende der seitlichen Wand 36 ist radial auswärts mit einem umgebogenen Rand 40 versehen, der zusammen mit dem vorstehenden Teil 35 des Elementes 34 vom Rest des Elementes 34 durch einen Ringkanal 41 getrennt den Rand 31 der Halbkapsel 25 bildet, die somit eine Gesamtform hat, die zu der des Randes 32 konjugiert ist, der im Radialschnitt im wesentlichen Z-förmig ist und dem umgebogenen Rand 40 radial außen davon und dem vorstehenden Teil 35 des Elementes 34 zugewandt ist, wodurch eine gewundene Labyrinthdichtung zwischen den Elementen 25 und 28 gebildet ist.
• Das Kapselelement 28 ist im Radialschnitt im wesentlichen J-förmig in einer Position parallel zur Radachse und ist bei dem Beispiel als Teil des Bremshalteträgers 20 an dessen Außenumfang ausgebildet. Der Stator 4 und der Rotor 5 sind mit maximalen Außendurchmessern bemessen, die es erlauben, daß diese vollständig im Inneren des Rades 14 aufgenommen sind. Bei der Benutzung kann folglich die Baueinheit 1 mit einem Standardrad zusammengesetzt werden und alle Funktionen einer normalen Radantriebsbaueinheit einschließlich der Bremsung des Rades 14 bei dem Beispiel mittels einer Bremseinrichtung mit einer bekannten Trommel, die bereits allgemein benutzt wird, erfüllen. Wenn die Spule (die Spulen) 29 mit Strom versorgt werden, wird ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, das auf die Magnete 26 einwirkt, die den Rotor 5 bezüglich des Stators 4 drehen. Die Bewegung wird in dieser Weise auch auf die Nabe 3 übertragen, die das Rad 14 antreibt, ohne daß eine mechanische übertragung notwendig ist.
• Aus dem, was beschrieben wurde, sind die Vorteile der Erfindung evident. Es wird eine integrierte Radantriebsbaueinheit mit kompakten Abmessungen und großer Einfachheit erhalten. Sie kann im weitem Umfang mit Standardbauteilen hergestellt werden und mit Bremseinrichtungen gleichfalls versehen werden. Die Kosten einer derartigen Baueinheit können insbesondere sehr niedrig sein, da der elektrische Motor 6 in die Radbaueinheit dadurch integriert ist, daß einfach am Außenumfang von ansonsten Standardbauteilen wie beispielsweise der Nabe 3 und dem Bremshalteträger 20 zwei Halbkapseln angebracht sind, von denen eine die Elemente des Stators und die andere die des Rotors hält.

Claims (5)

1. Radantriebsbaueinheit (1) geeignet für ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb eines Typs mit einem Achsschenkel (2), der mit einer Radaufhängung (7) des Fahrzeuges verbunden ist, einer Radnabe (3), die freilaufend auf dem Achsschenkel (2) angebracht ist, um ein Fahrzeugrad (14) aufzunehmen, welches Rad (14) unter einem Winkel fest an der Nabe (3) anbringbar ist, so daß es sich damit dreht, und einem elektrischen Motor (6), der einen Stator (4), der fest vom Achsschenkel (2) gehalten ist und wenigstens eine Spule (29) aufweist, die mit einer elektrischen Energiequelle verbindbar ist, und einen Rotor (5) umfaßt, der im Winkel mit der Nabe (3) verbunden ist, so daß er sich damit dreht, welche Radantriebsbaueinheit (1) weiterhin ein erstes Kapselelement (25) für den elektrischen Motor umfaßt, welches erste Element (25) unter einem Winkel starr an der Nabe (3) befestigt ist, so daß es sich damit dreht, und am Umfang von der Nabe (3) in radialer Richtung vorsteht, wobei wenigstens ein Permanentmagnet (26) am Umfang durch das erste Kapselelement (25) so gehalten ist, daß dadurch der Rotor (5) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Radantriebsbaueinheit (1) weiterhin ein zweites Kapselelement (28) für den elektrischen Motor umfaßt, das fest am Achsschenkel (2) koaxial dazu angebracht ist und dem ersten Kapselelement (25) zugewandt ist, welches zweite Kapselelement (28) am Umfang wenigstens eine Spule (29) hält, so daß dadurch der Stator (4) gebildet ist, wobei das erste Kapselelement von der Nabe (3) nach außen verläuft und das erste und das zweite Kapselelement (25, 28) beide becherförmig und mit ihren Konkavformen einander zugewandt angeordnet sind, und wobei wenigstens eine Spule (29) von dem zweiten Kapselelement (28) im Inneren seiner Konkavform gehalten ist.

2. Radantriebsbaueinheit (1) nach Anspruch 1, bei der jedes becherförmige Kapselelement (25, 28) einen jeweiligen radialen äußeren vorderen Umfangsrand (31, 32) aufweist, welche Ränder (31, 32) miteinander so zusammenarbeiten, daß zwischen dem ersten und dem zweiten Kapselelement (25, 28) eine Labyrinthdichtung gebildet ist.

3. Radantriebsbaueinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kapselelement (25) ein halbtorusförmiges Element (33) aus gepreßtem Metallblech, das in einem Stück mit der Radnabe (3) auf einer Bremstrommel (18) verbunden ist, und ein Ringelement (34) umfaßt, das den Permanentmagneten (26) hält und im Inneren des halbtorusförmigen Elementes (33) angeordnet ist, wobei ein Teil (35) mit kleinerem Durchmesser, der teilweise davon in Axialrichtung vorsteht, mit einer Seitenwand (36) radial außen vom halbtorusförmigen Element (33) verbunden ist, eine Ende der Seitenwand (36) des letzteren mit einem umgebogenen Rand (40) versehen ist und der vorstehende Teil mit kleinerem Durchmesser (35) des Ringelementes (34) vom Rest des Elementes durch einen Ringkanal (41) getrennt ist, der den vorderen Umfangsrand (31) des ersten Kapselelementes (25) bildet.

4. Radantriebsbaueinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kapselelement (28) im Radialschnitt im wesentlichen J-förmig in einer Position parallel zur Radachse ist und als Teil eines Bremshalteträgers (20) an dessen Außenumfang in einem Stück mit dem Achsschenkel (2) ausgebildet ist, wobei der vordere Umfangsrand (32) des zweiten Kapselelementes (28) im Radialschnitt im wesentlichen Z-förmig und radial dem Äußeren des umgebogenen Randes (40) des Randes der Seitenwand (36) des halbtorusförmigen Elementes (33) und dem vorstehenden Teil mit kleinerem Durchmesser (35) des Ringelementes (34) zugewandt angeordnet ist.

5. Radantriebsbaueinheit (1) geeignet für ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb eines Typs mit einer Radnabe (3), Einrichtungen zum Bremsen (18, 20, 21, 22) und einem elektrischen Motor (6), der seinerseits einen Stator (4), der die jeweiligen Spulen (29) des elektrischen Motors (6) hält, und einen Rotor (5) umfaßt, der jeweilige Permantmagnete (26) des elektrischen Motors (6) hält, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Bremsen eine Bremstrommel (18) und Einrichtung (20, 21, 22) einschließen, die mit der Bremstrommel (18) zusammenarbeiten können, und daß der Stator (4) direkt die Einrichtungen (20, 21, 22> zum Zusammenarbeiten mit der Bremstrommel (18) hält, welche Einrichtungen fest am Stator angebracht sind, wobei die Nabe (3) aus dem Rotor (5) des elektrischen Motors (6) gebildet ist und der Rotor (5) als einstückiger Teil der Bremstrommel (18) vorgesehen ist, die ihrerseits in einem Stück mit der Fahrzeugnabe (3) ausgebildet ist.