EP1497904A1 - Elektroantriebssystem f r ein fahrzeug - Google Patents

Elektroantriebssystem f r ein fahrzeug

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EP1497904A1
EP1497904A1 EP03747079A EP03747079A EP1497904A1 EP 1497904 A1 EP1497904 A1 EP 1497904A1 EP 03747079 A EP03747079 A EP 03747079A EP 03747079 A EP03747079 A EP 03747079A EP 1497904 A1 EP1497904 A1 EP 1497904A1
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EP
European Patent Office
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wheel
drive system
electric drive
electric
electric motor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03747079A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ernst Lieb
Theodor Helmle
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Alpha Getriebebau GmbH
MBN Maschinenbaubetriebe Neugersdorf GmbH
Original Assignee
Alpha Getriebebau GmbH
MBN Maschinenbaubetriebe Neugersdorf GmbH
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Definitions

  • the invention relates to an electric drive system for a vehicle on which a drive wheel is rotatably mounted directly or indirectly on a frame of the vehicle.
  • the electric drive system includes a power transmission unit, which consists of the wheel axle, wheel bearing and wheel hub, on which the drive wheel is fastened with its rim, an electric drive with an electric motor, which is drivingly connected to the drive wheel, and a control unit, which is connected to the electric motor.
  • a power transmission unit which consists of the wheel axle, wheel bearing and wheel hub, on which the drive wheel is fastened with its rim
  • an electric drive with an electric motor which is drivingly connected to the drive wheel
  • a control unit which is connected to the electric motor.
  • the invention is based on the object of equipping or converting vehicles with conventional internal combustion engines or similar drive systems to vehicles with energy-saving drive systems which are emission-free in terms of noise and exhaust gas and with low cost and technical outlay.
  • the solution to the problem according to the invention is that the electric motor is designed so that it completely contains the power transmission unit.
  • stator on which the electronically commutated windings are arranged and which represents the axle
  • rotor on which the permanent magnets are arranged and which represents the wheel hub, is also connected connected to the drive wheel.
  • the rotor is mounted in the first and / or second bearing of the electric motor, which each represents a bearing of the drive wheel.
  • This solution aims by avoiding an extra led the power transmission unit and a gearbox and by replacing a high-speed electric motor by means of the direct-driving, low-speed motor to ensure that, in addition to the obvious lower technical and cost expenditure, a much longer service life and operational reliability are achieved.
  • the indirect mounting is carried out by means of a wheel swing arm, which is connected to the frame of the vehicle on the one hand via a swing arm mounting and on the other hand via a spring mounting, for example a central spring mounting or a double spring mounting.
  • a component belonging to the electric drive system is designed by means of a wheel rocker so that the parts belonging to the component are mechanically connected to the electric motor and control unit part belonging to the assembly swing arm and that this assembly is arranged instead of a conventional swing arm with power transmission unit.
  • a special embodiment of the inexpensive variant of the solution according to the invention is achieved in that the wheel rocker of the electric drive system is designed in such a way that it has a cavity in which the control unit is arranged.
  • the wheel swing arm can be designed as a watertight frame support, in the cavity of which the control unit is accommodated.
  • a further embodiment of the inexpensive variant of the solution according to the invention is achieved in that the electric drive system for two-wheeled vehicles with a rear-wheel drive is designed in such a way that the wheel swing arm is constructed as a rear wheel swing arm.
  • a modified version of the favorable variants of the solution according to the invention consists in that the wheel rocker is designed with one arm and cranked.
  • the rocker bearing is arranged centrally to the radial center line of the drive wheel at a cranked first end of the wheel rocker.
  • the electric motor to which the drive wheel is attached, is arranged on a cranked second end of the wheel rocker.
  • a modified version of the cheap variant of the solution according to the invention also results from the fact that the wheel rocker is cranked in such a way that the drive wheel arranged at its second end is aligned with its radial center line with the center line of the cranked first end of the wheel rocker.
  • the associated drawing figure shows a compilation of the components of the electric drive system 10 in the indirectly designed mounting of the drive wheel 4 by means of a wheel rocker 1.
  • the wheel rocker 1 has the centrally arranged rocker bearing 7 at its first cranked end.
  • the attachment 6 for the central suspension 5 can be seen in the central part which runs obliquely due to the cranked state of the wheel rocker.
  • the central suspension 5 is accommodated in this.
  • the stator 2 is fastened to the second cranked end of the wheel rocker 1 as a component of the motor 9.
  • the drive wheel 4 is screwed directly onto the rotor 3.
  • the control electronics 8 is fastened in the middle part of the wheel swing arm 1 or is integrated directly into the swing arm. Furthermore, this control electronics 8 is on the one hand electrically connected to the stator 2 of the electric motor 9.
  • control electronics there is an electrical connection between the control electronics and the parts installed outside the electric drive system 10, such as the power supply and the speed actuator, which are not shown in detail.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektroantriebssystem für ein Fahr-zeug, an dem ein Antriebsrad unmittelbar oder mittelbar an dem Rahmen des Fahrzeuges drehbar gelagert ist. Dieses beinhaltet eine Kraftübertragungseinheit, die aus Radachse, Radlager und Radnabe besteht, einen Elektroantrieb mit einem Elektromotor, und eine Steuereinheit, die mit dem Elektromotor elektrisch leitend verbunden ist und eine Verbindung zu einer Stromversorgungseinheit und zu einem Stellglied aufweist. Die Erfindung löst die Aufgabenstellung, mit geringem technischen Aufwand und wenig Kosten herkömmliche Fahrzeuge mit energiesparenden und Lärm- und Abgas-emissionsfreien Antriebssystemen auszustatten, dadurch, dass das Elektroantriebssystem mit dem enthaltenen Elektroantrieb als Elektromotor so ausgeführt wird, dass der Elektromotor die Kraftübertragungseinheit vollständig enthält, wobei sein Stator, unmittelbar oder mittelbar an dem Rahmen des Fahrzeuges verbunden ist und sein Rotor, der die Radnabe repräsentiert, mit dem Antriebsrad verbunden ist, und dass die Lagerung des Rotors die Lagerung des Antriebsrades repräsentiert.

Description

Ele troantriebssystem für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Elektroantriebssystem für ein Fahrzeug, an dem ein Antriebsrad unmittelbar oder mittelbar an einem Rahmen des Fahrzeuges drehbar gelagert ist. Das Elektroantriebssystem beinhaltet eine Kraftübertragungseinheit, die aus Radachse, Radlager und Radnabe, auf der das Antriebsrad mit seiner Felge befestigt ist, besteht, einen Elektroantrieb mit einem Elektromotor, der mit dem Antriebsrad antreibend verbunden ist, und eine Steuereinheit, die mit dem Elektromotor e- lektrisch leitend verbunden ist und eine Verbindung zu einer Stromversorgungseinheit und zu einem Stellglied aufweist.
Herkömmliche AntriebsSysteme, die noch mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet sind, weisen den Nachteil auf, dass ihr Wirkungsgrad unzureichend und dass eine hohe Emissionen an schäd- liehen Abgasen und Lärm zu verzeichnen ist, was insbesondere in Ballungszentren problematisch ist.
Außerdem ist der verwendete fossile Treibstoff nicht zukunftsträchtig ist, d. h. dieser Treibstoff wird in Zukunft für die Antriebssysteme auf Verbrennungsbasis nicht mehr zur Verfügung stehen.
Einerseits besteht wegen der begrenzten Verfügbarkeit fossiler Treibstoffe das Erfordernis, Fahrzeuge mit alternativen An- triebssysteme aus- oder umzurüsten. Dem steht jedoch der hohe Kosten- und technische Aufwand, der bei einer Erstausstattung oder Umrüstung betrieben werden uss, entgegen. Anderseits besteht für alternative AntriebsSysteme, besonders für Elektroantriebssysteme, die Anforderung nach einem solch hohem Wirkungsgrad des Triebwerkes, der den herkömmlicher An- triebssysteme möglichst übersteigt oder zumindest erreicht.
Es ist beim Stand der Technik festzustellen, dass es für Elektroantriebssysteme noch nicht gelungen ist, die Kosten für eine Erstausrüstung oder einen Umbau der Fahrzeuge durch einen ein- fachen und preiswerten Austausch von Baugruppen günstig zu gestalten und einen hinreichenden Wirkungsgrad zu gewährleisten.
Somit wird ein großer weltweiter Markt, insbesondere in solchen Ländern in denen Zweiradfahrzeuge stark verbreitet sind, wie zum Beispiel in China, Taiwan aber auch in Europa, wie z.B. in Italien, Spanien, nach wie vor mit Fahrzeugen beliefert, die die oben dargestellten Nachteile zeigen.
Beim Stand der Technik wird aber deutlich, dass Lösungen zu einzelnen Bauteilen von neuen Antriebssystemen, insbesondere bei stromsparenden Elektromotoren, weit fortgeschritten sind.
Hier wird auf die europäische Patentschrift EP 0331 180 Bl verwiesen, in der ein Elektromotor mit hohem Wirkungsgrad be- schrieben wird, der solche Drehzahlen, verbunden mit entsprechenden Drehmomenten realisiert, bei denen ein Antriebsrad direkt angetrieben werden kann, ohne dass ein Getriebe zwischen Motor und Antriebsrad geschalten werden muss.
Der Vorteile solcher Realisierungen, zum Beispiel, die Möglichkeit der direkten Ankopplung und der damit verbundene hohe Wirkungsgrad des Motors, sowie durch die damit ebenfalls verbünde- ne verringerte Bauelementezahl, welche geringere Kosten und erhöhte Zuverlässigkeit bewirkt, können zum gegenwärtigen Zeitpunkt nur bei einer Erstausstattung von Neufahrzeugen eingesetzt werden, wobei dabei der Herstellungs- und Montageaufwand eine erhebliche Größe aufweist, der insbesondere bei der Zusammenschaltung der am Fahrzeug verteilten Bauelemente des Elekt- roantriebes entsteht. Ein Nachrüsten derartiger Elektroantriebe bei Neu- oder Altfahrzeugen ist entweder nicht möglich oder mit unvertretbar hohem Aufwand verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, Fahrzeuge mit herkömmlichen Verbrennungsmotor oder ähnlichen Antriebsystemen mit geringem Kosten- und technischen Aufwand zu Fahrzeugen mit energiesparenden und bezüglich Lärm und Abgas emmisi- onsfreien Antriebssystemen aus- oder umzurüsten.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabenstellung besteht darin, dass der Elektromotor so ausgeführt wird, dass dieser die Kraftübertragungseinheit vollständig enthält.
Hierbei ist einerseits der Stator, an dem die elektronisch kommmutierte Wicklungen angeordnet sind und der die Achse repräsentiert, unmittelbar oder mittelbar an dem Rahmen des Fahrzeuges verbunden und anderseits ist der Rotor, an dem die Per- manentmagneten angeordnet sind und der die Radnabe repräsentiert, mit dem Antriebsrad verbunden.
Weiterhin wird der Rotor jeweils in dem ersten und/oder zweiten Lager des Elektromotors gelagert, welches jeweils ein Lager des Antriebsrades repräsentiert.
Diese Lösung zielt durch die Vermeidung von einer extra ausge- führten Kraftübertragungseinheit und einem Getriebe und durch den Ersatz eines hochdrehenden Elektromotors mittels des direkt antreibenden, niedrig drehenden Motors darauf ab, dass neben des offensichtlichen geringeren technischen und kostenmäßigen Aufwandes eine vielfach höhere Standzeit und Betriebssicherheit erreicht werden.
Bei einigen Fahrzeugen erfolgt die mittelbare Lagerung mittels einer Radschwinge, welche einerseits über eine Schwingenlage- rung und andererseits über eine Federlagerung, beispielsweise einer Zentralfederlagerung oder eine Doppelfederlagerung mit dem Rahmen des Fahrzeuges verbunden ist.
Eine günstige Variante der erfindungsgemäßen Lösung der Aufga- benstellung wird nun dadurch erreicht, dass bei der mittelbar ausgeführten Lagerung des Antriebsrades mittels einer Radschwinge eine zum Elektroantriebssystem zugehörige Baugruppe so ausgeführt wird, dass die zur Baugruppe zugehörigen Teile E- lektromotor und Steuereinheit mechanisch mit dem ebenfalls zur Baugruppe zugehörigen Teil Radschwinge verbunden sind und dass diese Baugruppe anstelle einer herkömmlicher Radschwinge mit Kraftübertragungseinheit angeordnet wird.
Eine spezielle Ausführung der günstigen Variante der erfin- dungsgemäßen Lösung wird dadurch erreicht, dass die Radschwinge des Elektroantriebssystem so gestaltet wird, dass sie einen Hohlraum aufweist, in dem die Steuereinheit angeordnet ist.
Beispielsweise kann die Radschwinge als ein wasserdichter Rah- menträger ausgeführt werden, in dessen Hohlraum die Steuereinheit untergebracht ist. Eine weitere Ausführung der günstigen Variante der erfindungsgemäßen Lösung wird dadurch erreicht, dass das Elektroantriebssystem für Zweiradfahrzeuge mit einem Hinterradantrieb dadurch ausgeführt wird, dass die Radschwinge als Hinterradschwinge aufgebaut ist.
Eine angepasste Ausführung der günstigen Varianten der erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass die Radschwinge einarmig und gekröpft ausgeführt ist. Hierbei wird die Schwingenlagerung mittig zur radialen Mittellinie des Antriebsrades an einem gekröpften ersten Ende der Radschwinge angeordnet.
Weiterhin ist an einem gekröpften zweiten Ende der Radschwinge der Elektromotor angeordnet, an welchem das Antriebsrad befes- tigt wird.
Ebenfalls eine angepasste Ausführung der günstigen Variante der erfindungsgemäßen Lösung ergibt sich dadurch, dass die Radschwinge so gekröpft ist, dass das an ihrem zweiten Ende ange- ordnete Antriebsrad mit seiner radialen Mittellinie mit der Mittellinie des gekröpften ersten Endes der Radschwinge fluchtet.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispie- les näher erläutert werden.
Die zugehörige Zeichnungsfigur zeigt eine Zusammenstellung der Bestandteile des Elektroantriebssyste s 10 bei der mittelbar ausgeführten Lagerung des Antriebsrades 4 mittels einer Rad- schwinge 1. Die Radschwinge 1 weist an seinem ersten gekröpften Ende die mittig angeordnete Schwingenlagerung 7 auf. In dem durch den gekröpften Zustand der Radschwinge schräg verlaufenden mittleren Teil ist die Befestigung 6 für die Zentralfederung 5 ersichtlich. In diese wird die Zentralfederung 5 aufgenommen.
Sie realisiert einerseits eine Schwingungsdämpfung. Andererseits realisiert sie zusammen mit der Schwingenlagerung 7 die Befestigung an dem nicht näher dargestellten Rahmen eines eben- falls nicht näher dargestellten Fahrzeuges.
Am zweiten gekröpften Ende der Radschwinge 1 ist der Stator 2 als ein Bestandteil des Motors 9 befestigt. An dem Rotor 3 wird unmittelbar das Antriebrad 4 verschraubt.
Die Steuerelektronik 8 ist im Mittelteil der Radschwinge 1 befestigt bzw. ist direkt in die Schwinge integriert. Weiterhin ist diese Steuerelektronik 8 einerseits mit dem Stator 2 des Elektromotors 9 elektrisch verbunden.
Anderseits bestehen jeweils elektrische Verbindung der Steuerelektronik an die außerhalb des Elektroantriebssystem 10 installierten Teile wie Stromversorgung und Geschwindigkeitsstellglied, die nicht näher dargestellt sind.
Elektroantriebssystem für ein Fahrzeug
Bezugszeichenliste
Radschwinge Stator (des Elektromotors) Rotor (des Elektromotors) Antriebsrad Zentralfederung Befestigung Schwingenlagerung Steuerelektronik Elektromotor Elektroantriebssystem

Claims

Elektroantriebssystem für ein FahrzeugPatentansprüche
1. Elektroantriebssystem für ein Fahrzeug, an dem ein Antriebsrad unmittelbar oder mittelbar an einem Rahmen des Fahrzeuges drehbar gelagert ist, wobei das Elektroantriebssystem eine Kraftübertragungseinheit, die aus Radachse, Radlager und Radnabe, auf der das Antriebsrad mit seiner Felge befestigt ist, besteht, einen Elektroantrieb mit einem Elektromotor, der mit dem Antriebsrad antreibend verbunden ist, und eine Steuereinheit beinhaltet, die mit dem Elektromotor elektrisch leitend verbunden ist und eine Verbindung zu einer Stromversorgungseinheit und zu einem Stellglied aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungseinheit in dem Elektromotor (9) vollstän- dig integriert ist, derart, dass einerseits der Stator (2), an dem elektronisch kommmutierte Wicklungen angeordnet sind und der die Radachse repräsentiert, unmittelbar oder mittelbar mit dem Rahmen des Fahrzeuges verbunden ist und anderseits der Rotor (3 ) , an dem die Permanentmagneten angeordnet sind und der die Radnabe repräsentiert, mit dem Antriebsrad (4) verbunden ist, und dass der Rotor (3) jeweils in dem ersten und/oder zweiten Lager des Elektromotors (9) gelagert wird, welches jeweils zugleich ein Lager des Antriebsrades (4) bildet.
Elektroantriebssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass bei der mittelbar ausgeführten Lagerung des Antriebsrades mittels einer Radschwinge eine zum Elektroantriebssystem (10) zugehörige Baugruppe so ausgeführt wird, dass die zur Baugruppe zugehörigen Teile Elektromotor (9) und Steuereinheit (8) mechanisch mit dem ebenfalls zur Baugruppe zugehörigen Teil Radschwinge (1) verbunden sind und dass diese Baugruppe anstelle einer herkömmlichen Radschwinge mit Kraftübertragungseinheit angeordnet wird.
Elektroantriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radschwinge (1) des Elektroantriebssystem (10) so gestaltet wird, dass sie einen Hohlraum aufweist, in dem die Steuereinheit (8) angeordnet ist.
4. Elektroantriebssystem nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektroantriebssystem (10) für Zweiradfahrzeuge mit einem Hinterradantrieb dadurch ausgeführt wird, dass die Radschwinge (1) als Hinterradschwinge aufgebaut ist.
5. Elektroantriebssystem nach Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Radschwinge (1) einarmig und gekröpft ausgeführt ist, wobei die Schwingenlagerung (7) mittig zur radialen Mittellinie des Antriebsrades
(4) an einem gekröpften ersten Ende der Radschwinge (1) angeordnet ist, und dass an einem gekröpften zweiten Ende der Radschwinge (1) der Elektromotor (9) angeordnet ist, an welchem das Antriebsrad (4) befestigt wird.
Elektroantriebssystem nach Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Radschwinge (1) so gekröpft ist, dass das an ihrem zweiten Ende angeordnete An- triebsrad (4) mit seiner radialen Mittellinie mit der Mittellinie des gekröpften ersten Ende der Radschwinge (1) fluchtet.
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PCT/DE2003/001292 WO2003092142A1 (de) 2002-04-23 2003-04-16 Elektroantriebssystem für ein fahrzeug

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AU (1) AU2003232611A1 (de)
DE (1) DE10218140A1 (de)
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