WO2009010943A2 - Aussenlaeufer-elektromotor mit planetengetriebe, kraftfahrzeug mit aussenlaeufer- elektromotor und verfahren zum betreiben eines solchen fahrzeugs - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an external rotor electric motor with an optional planetary gear for a motor vehicle, in particular for a bicycle with electric drive. It further relates to a motor vehicle with such an external rotor electric motor and a method for operating such a vehicle.
  • Drive means such as a chain, which transmits the torque provided by the driver via pedals from a front sprocket to a rear sprocket and thus to the wheels, and a second drive means which transmits the torque provided by the electric motor to the wheels of the vehicle.
  • US 5,570,752 A discloses a bicycle with an electric motor having a relatively complicated and expensive gear construction for transmitting the torque of the electric motor.
  • the front sprocket is designed as a permanent magnet and forms the rotor of an electric motor.
  • a stator disk is clamped with windings, which acts on the permanent magnet.
  • a disadvantage of this arrangement is that support pins must be provided to support the torque against the vehicle frame for a robust operation of the vehicle. Furthermore, the sprocket is expensive and heavy by the design as a permanent magnet and the electrical efficiency is low.
  • the object of the invention is to provide a lightweight and compact vehicle with electric motor drive, which at the same time has a simple and robust construction and good efficiency.
  • An electric motor for a motor vehicle according to the invention has a stator with at least one or more predetermined areas for connection to a vehicle frame, wherein the connection of the stator to the vehicle frame can be made, for example by welding or screwing, and the areas provided for connection are designed appropriately suitable.
  • the electric motor according to the invention further comprises a rotor and predetermined areas for receiving a drive means.
  • the electric motor is designed as an external rotor motor and has a planetary gear.
  • the rotor may also be part of the planetary gear or be integral with a part of the planetary gear.
  • the external rotor motor has a radial construction of a central shaft, which is mounted in a bearing receptacle of the stator.
  • the electromagnets of the stator which have ferromagnetic yokes with windings, adjoin the bearing mount, wherein the windings are arranged such that their longitudinal axis is radially aligned and thus they also generate a magnetic field which is also radially aligned.
  • a plurality of permanent magnets of the rotor which are arranged on the inside of a ring surrounding the stator and which lie opposite the yoke terminations, adjoin the yoke terminations of the yokes in the radial direction.
  • the rotor is arranged on a drive shaft, which in the
  • Stator is rotatably mounted.
  • This embodiment is particularly suitable when the electric motor is provided for installation in a bicycle.
  • cranks with pedals can engage the drive shaft and the electric motor according to the invention has the advantage that it can be integrated into the frame to save space in the bottom bracket and can be formed as an integral part of the vehicle frame and thus robust and very stable.
  • the electric motor is provided for installation in a motorcycle or motorcycle, which has no arranged on a crank pedals for the driver, there is on the one hand the possibility to provide an optionally shortened drive shaft on which, for example, a pinion for receiving a chain, a cardan pinion for receiving a cardan shaft or a pulley for receiving a toothed belt is mounted.
  • an optionally shortened drive shaft on which, for example, a pinion for receiving a chain, a cardan pinion for receiving a cardan shaft or a pulley for receiving a toothed belt is mounted.
  • the electric motor according to the invention can be designed as an integral part of the frame and thus particularly stable.
  • stator with frame tubes of the vehicle in particular a Bike or motorcycle, bolted or welded.
  • a separate support of the torque is thus not required.
  • the electric motor according to the invention has the advantage that it can be made relatively compact and compact due to the favorable geometry of the electric motor, which provides a plurality of small permanent magnets instead of a massive disc.
  • External rotor motors have a relatively large moment of inertia, which has a very advantageous effect on the smooth running of the vehicle in the present application.
  • the planetary gearbox can be used for over or under gear reduction. It can also be provided a switchable planetary gear.
  • a web of the planetary gear is fixedly connected to the stator of the electric motor. It is either possible that the ring gear of the planetary gear is fixedly connected to the rotor or that the sun gear of the planetary gear is fixedly connected to the rotor.
  • the sun gear of the planetary gear is fixedly connected to the stator.
  • either the ring gear or the web of the planetary gear is fixedly connected to the rotor.
  • the drive shaft if it is present, advantageously stored in a hollow shaft.
  • the ring gear of the planetary gear is fixedly connected to the stator.
  • either the sun gear or the web of the planetary gear is firmly connected to the rotor.
  • the electric motor is designed as an electronically commutated DC external rotor motor.
  • Energy storage such as batteries for operating the electric motor can be provided in the region of the rear wheel or behind a driver's seat.
  • the electric motor is brushless and the rotor has a number of Permament- magnets on. Brushless electric motors have the advantage that they have a longer life and a higher efficiency than those with a brush system. By avoiding the so-called brush fire, a reduction of high-frequency electromagnetic interference is achieved.
  • the areas for receiving a drive means are designed, for example, as a sprocket rim or as a toothed belt pulley.
  • the areas for receiving the drive means are firmly screwed to the drive shaft or to areas of the planetary gear.
  • Cranks with pedals can be attached to the ends of the drive shaft in one embodiment.
  • the electric motor is thus integrated into the bottom bracket of the bicycle or parts of the electric motor form the bottom bracket, and the electric motor and moved by the force of the driver pedals attack on the same shaft.
  • the electric motor according to the invention is particularly simple and compact.
  • Transition region to the rotor on a freewheel device This has the advantage that a rolling of the vehicle is possible even without a simultaneous rotation of the drive shaft, so that the driver does not have to constantly kick.
  • the freewheel is therefore expediently provided when the electric motor is used for a bicycle.
  • the rotor has a diameter D of 250 mm ⁇
  • the height h of the rotor is for example 30 mm ⁇ h ⁇ 60 mm.
  • the electric motor is compact enough to be arranged in the region of the bottom bracket between the pedal cranks of the vehicle and thus also approximately in the center of gravity of the vehicle.
  • An inventive motor vehicle for example a bicycle with an electric motor or a motorcycle, has the electric motor according to the invention, wherein the stator of the electric motor is connected to frame tubes of the motor vehicle and a drive shaft is connected by a drive means with a wheel of the motor vehicle.
  • the stator may be welded or bolted to frame tubes of the vehicle. In any case, it is stably connected to the vehicle frame and thus does not require torque support against the bicycle frame.
  • the pinion gear is fixedly connected to the drive shaft and either to the web or the sun gear or the ring gear of the planetary gear.
  • the electric motor can be mounted in the region of the bottom bracket of a bicycle and replace it, the engine and the driver attack on the same drive shaft.
  • External rotor motor trained electric motor with a planetary gear has The following steps are provided: A stator of the electric motor is provided with windings for generating magnetic fields in the radial direction, the windings having connections for a supply voltage. In addition, a rotor of the electric motor is provided with permanent magnets, wherein the permanent magnets are arranged so that they are opposite to the windings with respect to a rotational axis of the rotor in the radial direction. The supply voltage is switched such that the magnetic field generated by the current-carrying windings exerts an attractive force on the permanent magnets of the rotor and thus a torque on the rotor.
  • Commutator used so that the electric motor can be performed brushless.
  • the supply voltage is triggered for example by a Hall sensor or by evaluating induction currents in the windings. In this way, a very accurate triggering of the supply voltage is ensured, so that even high speeds of the electric motor are possible.
  • Carrying areas of the stator, the z. B. may be formed as a plate or a grid plate, constitute an integral or self-supporting component of the vehicle frame.
  • the electric motor according to the invention can be integrated particularly well and simply in a vehicle.
  • the electric motor according to the invention fits into a frame concept, wherein advantageously in a particular embodiment, an output shaft of the electric motor can be designed as a bottom bracket, for example, for a vehicle driven by cranks.
  • the electric motor according to the invention is advantageously arranged such that its axis of rotation, which is called the axis of rotation of the rotor or the drive shaft, with the axis of rotation Swing arm coincides or at least closely in their range.
  • the arms of the rocker may also attack on both sides of the vehicle on the drive shaft.
  • permanent magnets arranged radially on the circumference of the rotor can be provided, which are subjected to an electromagnetic force by the likewise radially provided coils of the stator.
  • Radially provided on the circumference of permanent magnets and corresponding yokes of electromagnets are particularly proven, because in these the gap width only to a very small extent fluctuates, which provides high efficiency.
  • the gap width between stator and rotor is subject to significantly greater fluctuations.
  • FIG. 36 shows schematically a plan view of the stator of an inventive
  • Figure 2 shows schematically a plan view of the rotor of an inventive
  • Figure 3 shows schematically a cross section through the rotor of an electric motor according to the invention
  • FIG. 4 shows schematically a cross section through the electric motor according to the invention according to the first embodiment
  • FIG. 5 shows schematically a plan view of the stator of a device according to the invention
  • Figure 6 shows schematically a cross section through a second embodiment of the electric motor according to the invention.
  • FIG. 7 shows schematically a cross section through a third embodiment of the electric motor according to the invention.
  • Figure 8 shows schematically a cross section through an alternative embodiment of the electric motor according to the invention.
  • Figures 1 to 4 show schematically an electric motor according to a first
  • the stator 1 of the external rotor electric motor which is shown schematically in plan view in FIG. 1, comprises a plate 2, which in this embodiment is an integral part of the frame of a bicycle (not shown in detail) of which in FIG Sections of three frame tubes 3 are shown.
  • the plate 2 has at its outer edge areas 4, which are provided for attachment to the frame tubes 3.
  • Each region 4 is formed in this embodiment as a rectangular flange.
  • the plate 2 of the stator 1 has inside a bearing holder 8 with a ball bearing 12 on.
  • the ball bearing 12 comprises an outer ring 9, an inner ring 11 and arranged between the outer ring 9 and the inner ring 11 balls 10.
  • the inner ring 11 encloses an opening 24 having a diameter ⁇ X.
  • the opening 24 is provided for receiving a drive shaft, not shown in the figure 1.
  • ⁇ X can be 20 mm.
  • Yoke 6 of the stator 1 carries.
  • the yokes 6 are each provided with windings 7, which are supplied via here only schematically shown leads 23 with power.
  • the yokes 6 with the windings 7 extend radially from the base ring 5 to the outside and have radially adjoining the windings 7 Jochab say 34.
  • the yoke ends are also adjoined in the radial direction by a running region 35 for the rotor of the electric motor (not shown in FIG. 1).
  • Figure 2 shows schematically a plan view of the rotor 13 of the invention
  • the electric motor The rotor 13 has a pot shape with a bottom 14 and an edge 15.
  • the rotor 13 has a diameter D of 250 mm ⁇ D ⁇ 350 mm.
  • a plurality of permanent magnets 16 is arranged on the inside 26 of the rim 15.
  • the permanent magnets 16 are arranged such that their polarity changes in the direction of the circumference of the rotor 13, which is indicated by the arrow 36.
  • the rotor 13 is fixed in this embodiment on the drive shaft 17 of the
  • Bicycle arranged it can also be designed in one piece with the drive shaft 17.
  • the drive shaft 17 has a diameter d a , which may be 20 mm, for example.
  • the drive shaft 17 has at each of its ends square connections 18 for attachment of a crank 19 for a pedal 20.
  • the pedals are fastened to the cranks 19 by means of a fastening element 21 such as a screw.
  • FIG. 3 shows a cross section through the rotor 13.
  • the rotor 13 has a height h, which is typically 30 to 60 mm.
  • the 14 has a sprocket ring 22 for receiving a chain, not shown.
  • the sprocket ring 22 can be screwed to the bottom 14 of the rotor 13 in this embodiment.
  • threaded holes 27 are provided.
  • FIG. 4 schematically shows a cross section along the line AA from FIG. 1, wherein not only the stator 1 but also the rotor 13 are shown in this illustration is.
  • the rotor 13 is arranged such that the drive shaft 17 extends through the opening 24 in the inner ring 11 of the ball bearing 12 and is mounted by means of the ball bearing 12 shown only symbolically in this figure.
  • the diameter d of the central hole 24 substantially corresponds to the diameter d a of the drive shaft 17.
  • the permanent magnets 16 of the rotor 13 are the high ends 34 of the yokes 6 with the windings 7 opposite.
  • the plate 2 of the stator 1 is connected in the designated areas 4 with the frame of a bicycle, in which he, for example, as shown in this embodiment, welded to the frame tubes 3. Subsequently, the ball bearing 12 is mounted in the bearing receptacle 8 and the yokes 6 with the yoke terminations 34 and the windings 7 are connected to the base ring 5 with the bearing receptacle 8.
  • the rotor 13 is provided with the permanent magnets 16 attached to the inside 26 of its rim 15.
  • the rotor 13 is inserted into the pot-shaped in this embodiment stator 1 and connected thereto by inserting the drive shaft 17 in the opening 24 in the inner ring 11 with the ball bearing 12. In this case, the edge 15 comes to rest with the permanent magnets 16 in the running region 35 of the stator 1.
  • the cranks 19 are mounted with the pedals 20 on the drive shaft 17.
  • the windings 7 are traversed by an electric current and provide a magnetic field which generates a torque by the interaction with the permanent magnets 16 of the rotor 13.
  • the voltage supplying the current through the windings is switched at each moment so that the permanent magnets 16 are attracted to the yoke terminus 34 following in the direction of the circumference of the rotor 13, while they are repelled by the yoke terminus 34 that has just passed.
  • An electronic commutator can be used to switch the supply voltage for the windings (7).
  • the triggering of the voltage succeed, for example, contactless by a Hall sensor or by evaluating Induction currents in the windings.
  • the torque is transmitted via the fixedly mounted on the rotor 13 pinion ring 22 by means of a chain not shown on the wheels of the bicycle.
  • a toothed belt pulley is provided instead of the pinion ring and instead of a chain, a toothed belt.
  • the bicycle with the electric motor 25 according to the invention can additionally be driven by the driver via the pedals 20 mounted on the drive shaft 17. Both the electric motor 25 and the pedals 20 thus act on the same drive shaft 17 and therefore require only a single, common chain or a toothed belt to transmit the torque.
  • Figure 5 shows a schematic plan view of a second or third
  • Embodiment of the stator 1 of the electric motor according to the invention.
  • the plate 2 of the stator 1 is not welded directly to the frame tubes 3.
  • 3 holding plates 28 are welded to the frame tubes, which are indicated in Figure 5 only by dashed lines.
  • a common retaining ring 31 may be provided, which is also indicated by dashed lines in Figure 5, or another type of common mounting plate.
  • a common retaining ring 31 or a differently shaped common retaining plate has the advantage that the frame of the bicycle is also connected without the electric motor and is self-supporting.
  • the plate 2 of the stator 1 has areas 4 for attachment to the holding plates 28 or the holding ring 31 of the frame, the areas 4 being formed as plates in this embodiment and having holes 29 for receiving fasteners such as screws.
  • FIG. 6 shows the electric motor 25 according to FIG. 5 in cross section along the line
  • A-A Shown is the second embodiment, in which the plate 2 of the stator 1 is fixed in their areas 4 on separate holding plates 28 of the frame tubes 3.
  • the retaining ring 25 is fixed to the plate 2 of the stator 1 like the retaining plates 28 in the second embodiment.
  • For receiving fasteners such as screws in turn holes 29 are provided.
  • FIG. 8 shows an alternative embodiment of the electric motor 25 schematically in FIG.
  • the rotor 13 has a freewheel device 33 with locking blades or pinch rollers.
  • This embodiment has the advantage that a constant pedaling of a driver is not required. In this embodiment, it is because of the freewheel 33 for the driver is not necessary to constantly operate the pedals, but the rotation of the drive shaft 17 can also by the movement of the Rotor 13 are disconnected, so that a drive of the bicycle takes place solely on the electric motor 25 without the assistance of the driver.
  • An electric motor (25) for a motor vehicle comprising:
  • stator (1) having predetermined areas (4) for connection to a vehicle frame
  • a rotor (13) having predetermined areas for receiving a drive means, the rotor (13) being disposed on a drive shaft (17) rotatably supported in the stator (1);
  • the electric motor (25) is designed as an external rotor motor.
  • the electric motor (25) is designed as an electronically commutated DC external rotor motor.
  • cranks (19) with pedals (20) can be fastened to the ends of the drive shaft (17).
  • the drive shaft (17) in a transition region to the rotor (13) has a freewheel device (33).
  • the drive means is designed as a toothed belt.
  • a method for operating a motor vehicle with an electric motor (25) designed as an external rotor motor comprising the following steps:
  • FIG. 9 shows schematically a cross section through the electric motor according to the invention for a motor vehicle according to a first embodiment
  • FIG. 10 shows schematically a cross section through the electric motor according to the invention for a motor vehicle according to a second embodiment
  • FIG. 11 shows schematically a cross section through the electric motor according to the invention for a motor vehicle according to a third embodiment
  • FIG. 12 shows schematically a cross section through the electric motor according to the invention for a motor vehicle according to a fourth embodiment
  • FIG. 13 shows schematically a cross section through the electric motor according to the invention for a motor vehicle according to a fifth embodiment
  • FIG. 14 schematically shows a cross section through the electric motor according to the invention for a motor vehicle according to a sixth embodiment
  • FIG. 15 schematically shows a cross section through the electric motor according to the invention for a motor vehicle according to a seventh embodiment.
  • Figures 1 and 2 illustrate the principle of the stator and the rotor of the electric motor according to the invention. They show the sake of clarity, not the planetary gear, which is also part of the electric motor according to the invention.
  • the stator 1 of the external rotor electric motor according to the invention which is shown schematically in plan view in FIG. 1, has a plate 2, which in this embodiment is an integral part of the frame of a bicycle (not shown in detail) of which in FIG Sections of three frame tubes 3 are shown.
  • the plate 2 has at its outer edge areas 4, which are provided for attachment to the frame tubes 3.
  • Each region 4 is formed in this embodiment as a rectangular flange.
  • the plate 2 of the stator 1 has on the inside a bearing receptacle 8 with a ball bearing 12.
  • the ball bearing 12 comprises an outer ring 9, an inner ring 11 and arranged between the outer ring 9 and the inner ring 11 balls 10.
  • the inner ring 11 encloses an opening 24 which has a diameter ⁇ X.
  • the opening 24 is provided for receiving a drive shaft, not shown in the figure 1.
  • ⁇ X can be 20 mm.
  • the bearing seat 8 of the stator 1 is enclosed by the base ring 5, which carries the yokes 6 of the stator 1.
  • the yokes 6 are each provided with windings 7, which are supplied via here only schematically shown leads 23 with power.
  • the yokes 6 with the windings 7 extend radially from the base ring 5 to the outside and have radially adjoining the windings 7 Jochab why 34.
  • the yoke ends are also adjoined in the radial direction by a running region 35 for the rotor of the electric motor (not shown in FIG. 1).
  • FIG. 2 shows schematically a plan view of the rotor 13 of the electric motor according to the invention.
  • the rotor 13 has a pot shape with a bottom 14 and an edge 15.
  • the rotor 13 has a diameter D of 250 mm ⁇ D ⁇ 350 mm.
  • a plurality of permanent magnets 16 are arranged on the inner side 26 of the rim 15.
  • the permanent magnets 16 are arranged such that their polarity changes in the direction of the circumference of the rotor 13, which is indicated by the arrow 36.
  • the rotor 13 is supported on the drive shaft 17 of the bicycle in this embodiment.
  • the drive shaft 17 has a diameter d a , which may be 20 mm, for example.
  • the drive shaft 17 has at each of its ends square connections 18 for attachment of a crank 19 for a pedal 20.
  • a hexagonal connection or a multiplicity connection or the like can also be used.
  • the pedals are fastened to the cranks 19 by means of a fastening element 21 such as a screw.
  • FIG. 9 to 15 show schematically different embodiments of an electric motor according to the invention.
  • FIG. 9 schematically shows a cross section through a first embodiment of the electric motor 25 with the rotor 13 and stator 1 described in connection with FIGS. 1 and 2.
  • the electric motor 25 has a planetary gear 26, which is divided into a sun gear 27, connected via a web 31 planet gears 28 and a ring gear 29. In the view shown in Figure 3, only one planetary gear 28 can be seen, but there may be more than one.
  • the web 31 is fixedly connected to the stator 1 of the electric motor 25.
  • the center 32 of the planetary gear 28 with respect to the stator 1 at rest.
  • the ring gear 33 of the planetary gear 28 is mounted at the center 32, in the ring gear 33 engages the sun gear 27, which is fixedly mounted on the drive shaft 27.
  • the ring gear 29, in which the ring gear 33 of the planetary gear 28 also engages, is fixedly connected to the bottom 14 of the rotor 13.
  • the plate 2 of the stator 1 is connected in the designated areas 4 with the frame of a bicycle in which he, for example, as shown in this embodiment, is welded to the frame tubes 3 , Subsequently, the ball bearing 12 is mounted in the bearing receptacle 8 and the yokes 6 with the yoke terminations 34 and the windings 7 become connected to the base ring 5 with the bearing receptacle 8.
  • the rotor 13 is provided with the permanent magnets 16 attached to the inside of its rim 15 and the ring gear 29 connected to the bottom 14.
  • the rotor 13 is inserted into the cup-shaped in this embodiment, the stator 1 and connected thereto by inserting the drive shaft 17 with the sun gear 27 fixedly connected to the drive shaft 17 in the opening in the inner ring with the ball bearing 12 and the ball bearing 9 of the rotor 13.
  • the edge 15 comes to rest with the permanent magnets 16 in the running region 35 of the stator 1.
  • the web 31 is used with the planet gears 28 between the ring gear 29 and sun gear 27 and the web 31 is fixedly connected to the stator 1.
  • cranks are mounted with the pedals on the drive shaft 17.
  • the windings 7 are traversed by an electric current and provide a magnetic field which generates a torque by the interaction with the permanent magnets 16 of the rotor 13.
  • the voltage supplying the current through the windings is switched at each moment so that the permanent magnets 16 are attracted to the yoke terminus 34 following in the direction of the circumference of the rotor 13, while they are repelled by the yoke terminus 34 that has just passed.
  • an electronic commutator can be used.
  • the triggers of the voltage succeed, for example, contactlessly by a Hall sensor or by evaluating induction currents in the windings.
  • the rotor 13 provides a rotational movement, which it transmits through the co-rotating ring gear 29 via the planet gears 28 and the sun gear 27 to the drive shaft 17.
  • a driver of the bicycle can also transmit torque to the drive shaft 17 by means of the pedals.
  • a toothed belt pulley is provided instead of the pinion ring and instead of a chain, a toothed belt. It can be provided in this and the other embodiments, a freewheel device with pawls or clamping rollers. This has the advantage that it is due to the Freewheeling for the driver is not necessary to constantly operate the pedals, but the rotation of the drive shaft 17 can also be disconnected from the movement of the pedals, so that a drive of the bicycle takes place solely on the electric motor 25 without the assistance of the driver.
  • the planetary gear 26 is particularly simple in this embodiment and thus lightweight and robust and has a high efficiency.
  • FIG. 10 shows a second embodiment of the electric motor 25 according to the invention.
  • This embodiment differs from the first embodiment in the arrangement of the elements forming the planetary gear 26.
  • the sun gear 27 is fixedly connected by welds 11 with a hollow shaft 10, which in turn is welded to the bottom 2 of the stator 1.
  • Firmly connected to the hollow shaft 10 is also the base ring 5 for the yokes 6.
  • the rotor 13 is mounted by means of the ball bearing 9 on the hollow shaft and otherwise constructed as in the first embodiment.
  • the bottom 14 of the rotor 13 is fixedly connected to the ring gear 29.
  • the planet gear 28 engages, which is rotatably mounted with its center 32 on the web 31.
  • the web 31 is fixedly connected to the drive shaft 17.
  • the web 31 transmits its rotary motion directly to the drive shaft 17, on which in turn cranks 19 are mounted for pedals.
  • the ring gear 29 integral with the rotor 13 rotates at the same frequency as the rotor 13 rotates.
  • the planetary gear 28, which rolls between ring gear 29 and stationary sun gear 27, transmits the torque to the web 31, at which the torque is tapped via the fixed connection with the drive shaft 17.
  • a sprocket ring 22 is mounted, which transmits the torque further to the wheels of the bicycle by means of a drive means, not shown.
  • the rotational speed of the ring gear 29 and thus of the rotor 13 is greater than that of the web 31 and thus the drive shaft 17.
  • the Electric motor 25 it is thus possible in this embodiment, the Electric motor 25 to operate at a higher frequency than the cadence.
  • the desired ratio of the frequencies can be very flexibly adjusted by a suitable choice of the diameter of the sun gear 27, planetary gear 28 and ring gear 29.
  • FIG. 11 shows a third embodiment of the electric motor 25 according to the invention. This embodiment differs from the first and the second embodiment in the arrangement of the elements forming the planetary gear 26.
  • the ring gear 29 is fixedly connected to the stator 1 and thus in the system of the stator 1 at rest.
  • the sun gear 27 is fixedly connected to a hollow shaft 10 or integral with this.
  • the hollow shaft 10 in turn is fixedly connected to the bottom 14 of the rotor 13.
  • the sun gear 27 thus rotates at the frequency of the rotor thirteenth
  • the drive shaft 17 is rotatably mounted, which is connected via the sprocket ring 22 with the web 31.
  • the web 31 is mounted on the hollow shaft 10 by means of a ball bearing 24. In this embodiment, therefore, the torque is tapped off the web 31 as in the second embodiment.
  • Sun gear 27 and thus of the rotor 13 is greater than that of the web 31 and thus the drive shaft 17.
  • the electric motor 25 it is thus possible in this embodiment, the electric motor 25 to operate at a higher frequency than the cadence.
  • the desired ratio of the frequencies can be very flexibly adjusted by a suitable choice of the diameter of the sun gear 27, planetary gear 28 and ring gear 29.
  • FIG. 12 shows a fourth embodiment of the electric motor 25 according to the invention.
  • This embodiment differs from the embodiments already described by the arrangement of the elements forming the planetary gear 26.
  • a planetary gear 26 is arranged symmetrically on both sides of the electric motor 25.
  • the stator 1 has a lid 36 opposite the bottom 2.
  • each of the web 31 is fixedly connected to the bottom 2 and the cover 36 of the stator 1 and thus in the system of the stator 1 at rest.
  • the sun gear 27 is fixedly connected to the bottom 14 of the rotor 13 and thus rotates at the same frequency as the rotor 13.
  • the drive shaft 17 is not carried out continuously in this embodiment, but interrupted on each side for the planetary gear 26.
  • the sun gear 27 engages on each side in the ring gear 33 of the planetary gear 28 that rolls in the ring gear 29.
  • the ring gear 29 is fixedly connected to a sprocket ring 22, respectively.
  • Sun gear 27 and thus of the rotor 13 is greater than that of the web 31 and thus the drive shaft 17.
  • the electric motor 25 it is thus possible in this embodiment, the electric motor 25 to operate at a higher frequency than the cadence.
  • the desired ratio of the frequencies can be very flexibly adjusted by a suitable choice of the diameter of the sun gear 27, planetary gear 28 and ring gear 29.
  • FIG. 13 shows a fifth embodiment of the electric motor 25 according to the invention. This embodiment differs from the embodiments already described by the arrangement of the elements forming the planetary gear 26.
  • the ring gear 29 is fixedly connected to the stator 1 and thus in the system of the stator 1 at rest.
  • the sun gear 27 is fixedly connected to the drive shaft 17 or integrally formed therewith.
  • the drive shaft 17 is fixedly connected to the bottom 14 of the rotor 13 and thus rotates at the same frequency as the rotor 13th
  • a sprocket ring 22 is mounted, via which the torque is transmitted to the wheels of the bicycle by means of a drive means, not shown.
  • the planetary gear is particularly simple and therefore lightweight and robust.
  • the rotor 13 is fixedly connected to the drive shaft 17, on which also the cranks, not shown here are mounted with pedals for the driver.
  • the cadence of the driver in this embodiment corresponds to the frequency of the rotor 13.
  • FIG. 14 shows a sixth embodiment of the electric motor 25 according to the invention.
  • This embodiment differs from the embodiments already described by the arrangement of the planetary gear 26 forming Elements.
  • the sun gear 27 is fixedly connected to a hollow shaft 10 or designed in one piece with this.
  • the hollow shaft 10 itself is firmly connected to the bottom 2 of the stator 1.
  • the sun gear 27 is thus in the system of the stator 1 at rest.
  • the rotor 13 is mounted on the hollow shaft 10 by means of the ball bearing 9.
  • the bottom 14 of the rotor 13 is fixedly connected to the web 31.
  • the planet gear 28 engages, which is rotatably mounted with its center 32 on the web 31.
  • the ring gear 29 is fixedly connected to the drive shaft 17.
  • the rotor 13 transmits its rotational movement via the web 31 to the planetary gear 28, which in turn engages the fixed sun gear 27 and the ring gear 29 and thus acts on the drive shaft 17 via the ring gear 29.
  • the sprocket rim may for example be mounted externally on the ring gear 29 or mounted directly on the drive shaft 17.
  • either the frequency of the rotor 13 corresponds to that of the ring gear 29 and thus the cadence of the driver, or if the pinion gear is mounted on the planetary gear 28, the frequency of the rotor is less than the cadence of the driver. In the latter case, the electric motor is only suitable for more specialized applications.
  • Embodiment plenty of space for the rotor 13 is present and thus the yokes 6 can be made particularly large with the windings 7.
  • FIG. 15 schematically shows a cross section through the electric motor according to the invention for a motor vehicle according to a sixth embodiment, which essentially corresponds to the third embodiment according to FIG. The difference is that the drive shaft 17 is slightly shortened and is not intended to receive cranks with pedals.
  • the electric motor is particularly suitable for driving a motorcycle.
  • other embodiments such as those shown in Figures 12 to 14 are suitable for use on a motorcycle that has no cranks with pedals.
  • An electric motor (25) for a motor vehicle comprising:
  • stator (1) having predetermined areas (4) for connection to a vehicle frame
  • the electric motor (25) is designed as an external rotor motor.
  • cranks (19) with pedals (20) can be fastened.
  • Electric motor (25) according to one of the numbers 1 to 4, wherein the drive shaft (17) in a transition region to the rotor (13) a
  • the drive means is designed as a toothed belt.
  • Windings (7) is triggered.

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Abstract

Ein erfindungsgemaβer Elektromotor (25) fur ein Kraftfahrzeug weist einen Stator (1) mit vorbestimmten Bereichen (4) fur eine Verbindung mit einem Fahrzeugrahmen auf, wobei die Verbindung des Stators (1) mit dem Fahrzeugrahmen beispielsweise durch VerschweiBen oder durch Verschrauben erfolgen kann. Der erfindungsgemaβe Elektromotor (25) weist ferner einen Rotor (13) auf, wobei der Rotor (13) auf einer Antriebswelle (17) angeordnet sein kann, die im Stator (1) drehbar gelagert ist. Der Elektromotor (25) ist als Auβenlaufermotor ausgebildet und weist ein Planetengetriebe (26) auf.

Description

Description
Außenläufer-Elektromotor mit oder ohne Planetengetriebe, Kraftfahrzeug mit Außenläufer-Elektromotor und Verfahren zum Betreiben eines solchen Fahrzeugs
[1] Die Erfindung betrifft einen Außenläufer-Elektromotor mit einem optionalen Planetengetriebe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Fahrrad mit Elektroantrieb. Sie betrifft weiter ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Außenläufer-Elektromotor und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Fahrzeugs.
[2] Fahrräder mit einem Elektromotor als Hilfsantrieb weisen üblicherweise ein erstes
Antriebsmittel wie eine Kette auf, die das durch den Fahrer über Pedalen bereitgestellte Drehmoment von einem vorderen Kettenrad auf ein hinteres Kettenrad und damit auf die Räder überträgt, und ein zweites Antriebsmittel, das das durch den Elektromotor bereitgestellte Drehmoment auf die Räder des Fahrzeugs überträgt.
[3] Die US 5,570,752 A offenbart ein Fahrrad mit einem Elektromotor, das eine verhältnismäßig komplizierte und aufwendige Getriebekonstruktion für die Übertragung des Drehmoments des Elektromotors aufweist.
[4] Aus der DE 195 22 419 Al ist ein Fahrrad mit einem als bürstenloser
Scheibenläufermotor ausgebildeten Elektromotor bekannt, dessen vorderes Kettenrad als Permanentmagnet ausgebildet ist und den Rotor eines Elektromotors bildet. Im Bereich des Tretlagers ist eine Statorscheibe mit Wicklungen eingeklemmt, die auf den Permanentmagneten wirkt.
[5] Nachteilig ist bei dieser Anordnung, dass zur Abstützung des Drehmoments gegen den Fahrzeugrahmen für einen robusten Betrieb des Fahrzeugs Abstützstifte vorgesehen sein müssen. Ferner ist das Kettenrad durch die Ausführung als Permanentmagnet teuer und schwer und der elektrische Wirkungsgrad ist gering.
[6] Weitere Dokumente sind die DE 196 29 788 Al, die U 3 884 317 A, die GB 2 414
452 A, die DE 196 21 440 Al, die EP 0 258 041 A2, die EP 0 590 674 Al, die DE 195 22 419 Al, die DE 44 21 428 Cl, die US 5 570 752 A, di US 6 629 574 B2 und die DE 100 26 528 Al. Alle diese Dokumente sind für den Gegenstand der Patentansprüche nicht relevant.
[7] Aufgabe der Erfindung ist es, ein leichtes und kompaktes Fahrzeug mit Elektromotorantrieb anzugeben, das gleichzeitig einen einfachen und robusten Aufbau und einen guten Wirkungsgrad aufweist.
[8] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen
Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. [9] Ein erfindungsgemäßer Elektromotor für ein Kraftfahrzeug weist einen Stator mit wenigstens einem oder mit mehreren vorbestimmten Bereichen für eine Verbindung mit einem Fahrzeugrahmen auf, wobei die Verbindung des Stators mit dem Fahrzeugrahmen beispielsweise durch Verschweißen oder durch Verschrauben erfolgen kann und die zur Verbindung vorgesehenen Bereiche entsprechend geeignet ausgebildet sind. Der erfindungsgemäße Elektromotor weist ferner einen Rotor auf sowie vorbestimmte Bereiche zur Aufnahme eines Antriebsmittels . Der Elektromotor ist als Außenläufermotor ausgebildet und weist ein Planetengetriebe auf.
[10] Dabei kann der Rotor auch Teil des Planetengetriebes oder einstückig mit einem Teil des Planetengetriebes ausgeführt sein.
[11] Der Außenläufermotor weist einen radialen Aufbau aus einer zentralen Welle, die in einer Lageraufnahme des Stators gelagert ist. An die Lageraufnahme schließen sich in radialer Richtung die Elektromagneten des Stators an, die ferromagnetische Joche mit Wicklungen aufweisen, wobei die Wicklungen derart angeordnet sind, dass ihre Längsachse radial ausgerichtet ist und sie somit ein ebenfalls radial ausgerichtetes Magnetfeld erzeugen. An die Jochabschlüsse der Joche wiederum schließen sich in radialer Richtung eine Vielzahl von Permanentmagneten des Rotors an, die auf der Innenseite eines den Stator umgebenden Rings angeordnet sind und die den Jochabschlüssen gegenüberliegen.
[12] In einer Ausführungsform ist der Rotor auf einer Antriebswelle angeordnet, die im
Stator drehbar gelagert ist. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet, wenn der Elektromotor zum Einbau in ein Fahrrad vorgesehen ist. In diesem Fall können Kurbeln mit Pedalen an der Antriebswelle angreifen und der erfindungsgemäße Elektromotor weist den Vorteil auf, dass er platzsparend im Bereich des Tretlagers in den Rahmen fest integrierbar ist und als integraler Bestandteil des Fahrzeugrahmens ausgebildet sein kann und somit robust und besonders stabil ist.
[13] Falls der Elektromotor zum Einbau in ein Motorrad oder Kraftrad vorgesehen ist, das keine auf einer Kurbel angeordneten Pedalen für den Fahrer aufweist, gibt es einerseits die Möglichkeit, eine gegebenenfalls verkürzte Antriebswelle vorzusehen, auf der beispielsweise ein Ritzel zur Aufnahme einer Kette, ein Kardanritzel zur Aufnahme einer Kardanwelle oder eine Riemenscheibe zur Aufnahme eines Zahnriemens montiert wird. Andererseits gibt es auch die Möglichkeit, keine Antriebswelle vorzusehen, sondern einen vorbestimmten Bereich für die Aufnahme eines Antriebsmittels, also ein Ritzel oder eine Riemenscheibe, direkt mit Teilen des Planetengetriebes zu verbinden. Auch in dieser Ausführungsform kann der erfindungsgemäße Elektromotor als integraler Bestandteil des Rahmens und damit besonders stabil ausgebildet sein.
[14] Beispielsweise kann der Stator mit Rahmenrohren des Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrrads oder Motorrads, verschraubt oder verschweißt sein. Eine separate Abstützung des Drehmoments ist somit nicht erforderlich.
[15] Ferner weist der erfindungsgemäße Elektromotor den Vorteil auf, dass er verhältnismäßig platzsparend und kompakt ausgeführt sein kann aufgrund der günstigen Geometrie des Elektromotors, die eine Vielzahl kleiner Permanentmagnete anstelle einer massiven Scheibe vorsieht. Außenläufermotoren weisen ein verhältnismäßig großes Trägheitsmoment auf, das sich in der vorliegenden Anwendung sehr vorteilhaft auf die Laufruhe des Fahrzeugs auswirkt.
[16] Durch das Planetengetriebe kann eine Über- oder Untersetzung realisiert werden. Es kann auch ein schaltbares Planetengetriebe vorgesehen sein. Insbesondere kann es ermöglicht werden, sowohl das von einem Fahrer durch Treten verursachte Drehmoment als auch das durch den Elektromotor bereitgestellte Drehmoment gleichzeitig auf die Räder des Fahrzeugs übertragen zu lassen, obwohl die Trittfrequenz des Fahrers sich von der Frequenz des Elektromotors unterscheidet. Dadurch ist es möglich, trotz einer normalen Trittfrequenz des Fahrers den Elektromotor in einem Frequenzbereich zu betreiben, der einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweist oder sonst günstig ist. Im Allgemeinen wird dabei der Motor mit einer deutlich höheren Frequenz als der Trittfrequenz des Fahrers betrieben.
[17] Verschiedene Ausführungsformen des Planetengetriebes sind denkbar. In einer
Ausführungsform ist ein Steg des Planetengetriebes fest mit dem Stator des Elektromotors verbunden. Dabei ist es entweder möglich, dass das Hohlrad des Planetengetriebes fest mit dem Rotor verbunden ist oder dass das Sonnenrad des Planetengetriebes fest mit den Rotor verbunden ist.
[18] In einer anderen Ausführungsform ist das Sonnenrad des Planetengetriebes fest mit dem Stator verbunden ist. In dieser Ausführungsform ist entweder das Hohlrad oder der Steg des Planetengetriebes fest mit den Rotor verbunden. Bei dieser Ausgestaltung ist die Antriebswelle, sofern sie vorhanden ist, vorteilhafterweise in einer Hohlwelle gelagert.
[19] In einer weiteren Ausführungsform ist das Hohlrad des Planetengetriebes fest mit dem Stator verbunden. Dabei ist entweder das Sonnenrad oder der Steg des Planetengetriebes fest mit dem Rotor verbunden.
[20] In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor als elektronisch kom- mutierter Gleichstrom- Außenläufermotor ausgebildet. Energiespeicher wie Akkumulatoren zum Betreiben des Elektromotors können im Bereich des Hinterrades oder hinter einem Sitz des Fahrers vorgesehen sein. In dieser Ausführungsform ist der Elektromotor bürstenlos ausgebildet und der Rotor weist eine Anzahl von Permament- magneten auf. Bürstenlose Elektromotoren haben den Vorteil, dass sie eine höhere Lebensdauer und eine höhere Effizienz aufweisen als solche mit einem Bürstensystem. Durch die Vermeidung des sogenannten Bürstenfeuers wird eine Reduktion hochfrequenter elektromagnetischer Störungen erreicht.
[21] Die Bereiche zur Aufnahme eines Antriebsmittels sind beispielsweise als Ritzelkranz oder als Zahnriemenscheibe ausgebildet. Vorzugsweise sind die Bereiche zur Aufnahme des Antriebsmittels fest mit der Antriebswelle oder mit Bereichen des Planetengetriebes angeschraubt.
[22] An den Enden der Antriebswelle sind in einer Ausführungsform Kurbeln mit Pedalen befestigbar. Der Elektromotor wird somit in das Tretlager des Fahrrads integrierbar beziehungsweise Teile des Elektromotors bilden das Tretlager, und der Elektromotor und die durch die Kraft des Fahrers bewegten Pedalen greifen an derselben Welle an. Dadurch ist der erfindungsgemäße Elektromotor besonders einfach und kompakt aufgebaut.
[23] In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Antriebswelle in einem
Übergangsbereich zum Rotor eine Freilaufeinrichtung auf. Das hat den Vorteil, dass ein Rollen des Fahrzeugs auch ohne eine gleichzeitige Rotation der Antriebswelle möglich ist, so dass der Fahrer nicht ständig treten muss. Der Freilauf wird daher zweckmäßigerweise vorgesehen, wenn der Elektromotor für ein Fahrrad eingesetzt wird.
[24] Der Rotor weist in einer Ausführungsform einen Durchmesser D auf mit 250 mm <
D < 350 mm. Die Höhe h des Rotors beträgt beispielsweise 30 mm < h < 60 mm. Damit ist der Elektromotor kompakt genug, um im Bereich des Tretlagers zwischen den Pedalkurbeln des Fahrzeugs und damit auch etwa im Schwerpunkt des Fahrzeugs angeordnet zu werden.
[25] Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Fahrrad mit einem Elektromotor oder ein Motorrad, weist den erfindungsgemäßen Elektromotor auf, wobei der Stator des Elektromotors mit Rahmenrohren des Kraftfahrzeugs verbunden ist und eine Antriebswelle durch ein Antriebsmittel mit einem Rad des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Der Stator kann an Rahmenrohre des Fahrzeugs angeschweißt oder angeschraubt sein. In jedem Fall ist er stabil mit dem Fahrzeugrahmen verbunden und benötigt somit keine Drehmomentabstützung gegen des Fahrradrahmen.
[26] Vorteilhafterweise ist der Ritzelkranz fest mit der Antriebswelle und entweder mit dem Steg oder dem Sonnenrad oder dem Hohlrad des Planetengetriebes verbunden.
[27] Auf den Enden der Antriebswelle sind in einer Ausführungsform Kurbeln mit
Pedalen befestigt. Somit kann der Elektromotor im Bereich des Tretlagers eines Fahrrads befestigt sein und dieses ersetzen, wobei der Motor und der Fahrer an der gleichen Antriebswelle angreifen.
[28] Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem als
Außenläufermotor ausgebildeten Elektromotor mit einem Planetengetriebe weist folgende Schritte auf: Es wird ein Stator des Elektromotors bereitgestellt mit Wicklungen zur Erzeugung von Magnetfeldern in radialer Richtung, wobei die Wicklungen Anschlüsse für eine Versorgungsspannung aufweisen. Außerdem wird ein Rotor des Elektromotors mit Permanentmagneten bereitgestellt, wobei die Permanentmagnete derart angeordnet werden, dass sie den Wicklungen in Bezug auf eine Drehachse des Rotors in radialer Richtung gegenüberliegen. Die Versorgungsspannung wird derart geschaltet, dass das mittels der stromdurchflossenen Wicklungen erzeugte Magnetfeld eine Anziehungskraft auf die Permanentmagneten des Rotors und damit ein Drehmoment auf den Rotor ausübt.
[29] Zum Schalten der Versorgungsspannung wird vorteilhafterweise ein elektronischer
Kommutator verwendet, so dass der Elektromotor bürstenlos ausgeführt werden kann. Die Versorgungsspannung wird beispielsweise durch einen Hallsensor oder durch Auswerten von Induktionsströmen in den Wicklungen getriggert wird. Auf diese Weise ist eine sehr genaue Triggerung der Versorgungsspannung sichergestellt, so dass auch hohe Drehzahlen des Elektromotors möglich sind.
[30] Einer der mehreren der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken beinhaltet, dass die
Tragebereiche des Stators, die z. B. als Platte oder als Gitterplatte ausgebildet sein können, einen integralen bzw. selbsttragenden Bestandteil des Fahrzeugrahmens darstellen. Dadurch lässt sich der erfindungsgemäße Elektromotor besonders gut und einfach in ein Fahrzeug integrieren. Anders als im Stand der Technik, wo umständliche zusätzliche Bauteile vorgesehen werden müssen, fügt sich der erfindungsgemäße Elektromotor in ein Rahmenkonzept ein, wobei vorteilhafterweise in einer besonderen Ausgestaltung eine Ausgangswelle des Elektromotors als Tretlagerachse beispielsweise für ein mit Kurbeln angetriebenes Fahrzeug ausgeführt sein kann.
[31] Falls eine Hinterradfederung für das Fahrzeug mit Hilfe einer Schwinge vorgesehen ist, wie dies beispielsweise bei Motorrädern üblich ist, ist der erfindungsgemäße Elektromotor vorteilhafterweise derart angeordnet, dass seine Drehachse, das hießt die Drehachse des Rotors beziehungsweise die Antriebswelle, mit der Drehachse der Schwinge zusammenfällt oder zumindest eng in deren Bereich liegt. Dabei können die Arme der Schwinge gegebenenfalls auch auf beiden Seiten des Fahrzeugs an der Antriebwelle angreifen.
[32] Mit der bestehenden Ausgestaltung können auch Elektromotoren mit wesentlich höherem Wirkungsgrad als im Stand der Technik bereit gestellt werden.
[33] In einer Ausführungsform lassen sich dabei radial am Umfang des Rotors angeordnete Dauermagnete vorsehen, die von den ebenfalls radial vorgesehenen Spulen des Stators mit einer elektromagnetischen Kraft beaufschlagt werden. Radial am Umfang vorgesehene Dauermagnete und entsprechende Joche von Elektromagneten bewähren sich besonders, weil bei diesen die Spaltbreite nur im sehr geringen Ausmaß schwankt, was einen hohen Wirkungsgrad bereit stellt. Bei den im Stand der Technik bekannten Elektromotoren unterliegt die Spaltbreite zwischen Stator und Rotor wesentlich größeren Schwankungen.
[34] Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Wesentlichen mit Dauermagneten am Rotor und mit elektromagnetischen Spulen am Stator beschrieben. Ebenso ist es möglich, Dauermagnete am Stator vorzusehen und diese mit Elektromagneten am Rotor zu betätigen, was einen höheren Schaltungsaufwand bedeutet. Daneben können auch Elektromagnete sowohl am Stator als auch am Rotor vorgesehen werden, ohne einen weiteren der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken zu verlassen.
[35] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten
Figuren näher erläutert.
[36] Figur 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf den Stator eines erfindungsgemäßen
Elektromotors für ein Fahrrad gemäß einer ersten Ausführungsform;
[37] Figur 2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf den Rotor eines erfindungsgemäßen
Elektromotors;
[38] Figur 3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den Rotor eines erfindungsgemäßen Elektromotors;
[39] Figur 4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Elektromotor gemäß der ersten Ausführungsform;
[40] Figur 5 zeigt schematisch eine Draufsicht auf den Stator eines erfindungsgemäßen
Elektromotors gemäß einer zweiten und dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors;
[41] Figur 6 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors;
[42] Figur 7 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors und
[43] Figur 8 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors.
[44] Die Figuren 1 bis 4 zeigen schematisch einen Elektromotor gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[45] Der Stator 1 des erfindungsgemäßen Außenläufer- Elektromotors, der in Figur 1 schematisch in Draufsicht gezeigt ist, weist eine Platte 2 auf, die in dieser Ausführungsform integraler Bestandteil des Rahmens eines nicht näher dargestellten Fahrrads ist, von dem in der Figur 1 lediglich Abschnitte von drei Rahmenrohren 3 gezeigt sind. Die Platte 2 weist an ihrem äußeren Rand Bereiche 4 auf, die zur Befestigung an den Rahmenrohren 3 vorgesehen sind. Jeder Bereich 4 ist in dieser Ausführungsform als rechteckiger Flanschträger ausgebildet.
[46] Die Platte 2 des Stators 1 weist innen eine Lageraufnahme 8 mit einem Kugellager 12 auf. Das Kugellager 12 umfasst einen Außenring 9, einen Innenring 11 und zwischen dem Außenring 9 und dem Innenring 11 angeordnete Kugeln 10. Der Innenring 11 umschließt eine Öffnung 24, die einen Durchmesser <X aufweist. Die Öffnung 24 ist zur Aufnahme einer in der Figur 1 nicht gezeigten Antriebswelle vorgesehen. <X kann zum Beispiel 20 mm betragen.
[47] Die Lageraufnahme 8 des Stators 1 wird von dem Basisring 5 umschlossen, der die
Joche 6 des Stators 1 trägt. Die Joche 6 sind jeweils mit Wicklungen 7 versehen, die über hier nur schematisch dargestellte Zuleitungen 23 mit Strom versorgt werden. Die Joche 6 mit den Wicklungen 7 erstrecken sich radial von dem Basisring 5 nach außen und weisen sich radial an die Wicklungen 7 anschließende Jochabschlüsse 34 auf. An die Jochabschlüsse schließt sich ebenfalls in radialer Richtung ein Laufbereich 35 für den in Figur 1 nicht gezeigten Rotor des Elektromotors an.
[48] In der Figur sind lediglich wenige Joche 6 gezeigt. Für ein ruhiges Laufverhalten des
Fahrrads und zur Bereitstellung eines hohen Drehmoments ist jedoch eine weitaus größere Zahl von Jochen 6 mit Wicklungen 7 vorgesehen.
[49] Figur 2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf den Rotor 13 des erfindungsgemäßen
Elektromotors. Der Rotor 13 weist eine Topfform mit einem Boden 14 und einem Rand 15 auf. Der Rotor 13 weist einen Durchmesser D auf mit 250 mm < D < 350 mm.
[50] An der Innenseite 26 des Randes 15 ist eine Vielzahl von Permanentmagneten 16 angeordnet. Die Permanentmagnete 16 sind derart angeordnet, dass ihre Polung in der Richtung des Umfangs des Rotors 13, die durch den Pfeil 36 angedeutet ist, wechselt.
[51] Der Rotor 13 ist in dieser Ausführungsform fest auf der Antriebswelle 17 des
Fahrrads angeordnet, er kann auch einstückig mit der Antriebswelle 17 ausgeführt sein. Die Antriebswelle 17 weist einen Durchmesser da auf, der beispielsweise 20 mm betragen kann. Die Antriebswelle 17 weist an jedem ihrer Enden Vierkantverbindungen 18 zur Anbringung einer Kurbel 19 für eine Pedale 20 auf. Die Pedalen sind dabei mittels eines Befestigungselements 21 wie einer Schraube an den Kurbeln 19 befestigt.
[52] Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch den Rotor 13. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass der Rotor 13 eine Höhe h aufweist, die typischerweise 30 bis 60 mm beträgt.
[53] In dieser Darstellung ist auch erkennbar, dass der Rotor 13 im Bereich seines Bodens
14 einen Ritzelkranz 22 zur Aufnahme einer nicht gezeigten Kette aufweist. Der Ritzelkranz 22 ist in dieser Ausführungsform mit dem Boden 14 des Rotors 13 ver- schraubbar. Dazu sind Gewindelöcher 27 vorgesehen.
[54] Figur 4 zeigt schematisch einen Querschnitt entlang der Linie A-A aus Figur 1, wobei in dieser Darstellung nicht nur der Stator 1, sondern auch der Rotor 13 gezeigt ist. Der Rotor 13 ist derart angeordnet, dass sich die Antriebswelle 17 durch die Öffnung 24 im Innenring 11 des Kugellagers 12 erstreckt und mittels des in dieser Figur lediglich symbolisch dargestellten Kugellagers 12 gelagert ist. Dabei entspricht der Durchmesser d, des zentralen Lochs 24 im Wesentlichen dem Durchmesser da der Antriebswelle 17.
[55] Der mit den Permanentmagneten 16 bestückte Rand 15 des Rotors 13 ist in dem
Laufbereich 35 des Stators 1 angeordnet, der sich in radialer Richtung an die Jochabschlüsse 34 des Stators 1 anschließt. Die Permanentmagnete 16 des Rotors 13 liegen den Hochabschlüssen 34 der Joche 6 mit den Wicklungen 7 gegenüber.
[56] Zur Montage des erfindungsgemäßen Elektromotors wird folgendermaßen vorgegangen: Die Platte 2 des Stators 1 wird in den dazu vorgesehenen Bereichen 4 mit dem Rahmen eines Fahrrads verbunden, in dem er beispielsweise, wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, mit den Rahmenrohren 3 verschweißt wird. Anschließend wird das Kugellager 12 in der Lageraufnahme 8 montiert und die Joche 6 mit den Jochabschlüssen 34 und den Wicklungen 7 werden am Basisring 5 mit der Lageraufnahme 8 verbunden.
[57] Ferner wird der Rotor 13 mit den an der Innenseite 26 seines Randes 15 angebrachten Permanentmagneten 16 bereitgestellt. Der Rotor 13 wird in den in dieser Ausführungsform topfförmigen Stator 1 eingesetzt und mit diesem durch Einführen der Antriebswelle 17 in die Öffnung 24 im Innenring 11 mit dem Kugellager 12 verbunden. Dabei kommt der Rand 15 mit den Permanentmagneten 16 im Laufbereich 35 des Stators 1 zu liegen. Abschließend werden die Kurbeln 19 mit den Pedalen 20 auf der Antriebswelle 17 montiert.
[58] Es ist auch möglich, den Elektromotor 25 zunächst durch Einsetzen des Rotors 13 in den Stator 1 zusammenzufügen und erst danach mit den Rahmenrohren 3 zu verbinden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die Verbindung der Platte 2 des Stators 1 mit den Rahmenrohren 3 durch Verschrauben und nicht durch Verschweißen erfolgt.
[59] Im Betrieb sind die Wicklungen 7 von einem elektrischen Strom durchflössen und stellen ein Magnetfeld bereit, das durch die Wechselwirkung mit den Permanentmagneten 16 des Rotors 13 ein Drehmoment erzeugt. Dazu wird die den Strom durch die Wicklungen bereitstellende Spannung in jedem Moment so geschaltet, dass die Permanentmagnete 16 von dem in Richtung des Umfangs des Rotors 13 jeweils folgenden Jochabschluss 34 angezogen werden, während sie durch den gerade passierten Jochabschluss 34 abgestoßen werden.
[60] Zum Schalten der Versorgungsspannung für die Wicklungen (7) kann ein elektronischer Kommutator verwendet werden. Das Triggern der Spannung erfolg dabei beispielsweise kontaktlos durch einen Hallsensor oder durch Auswerten von Induktionsströmen in den Wicklungen.
[61] Das Drehmoment wird über den fest auf dem Rotor 13 montierten Ritzelkranz 22 mittels einer nicht gezeigten Kette auf die Räder des Fahrrads übertragen. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist anstelle des Ritzelkranzes eine Zahnriemenscheibe vorgesehen und anstelle einer Kette ein Zahnriemen.
[62] Das Fahrrad mit dem erfindungsgemäßen Elektromotor 25 kann jedoch zusätzlich auch durch den Fahrer über die an der Antriebswelle 17 montierten Pedalen 20 angetrieben werden. Sowohl der Elektromotor 25 als auch die Pedalen 20 greifen demnach an der gleichen Antriebswelle 17 an und benötigen daher zur Übertragung des Drehmoments lediglich eine einzige, gemeinsame Kette oder einen Zahnriemen.
[63] Figur 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine zweite bzw. dritte
Ausführungsform des Stators 1 des erfindungsgemäßen Elektromotors. In diesen Ausführungsformen ist die Platte 2 des Stators 1 nicht direkt an die Rahmenrohre 3 angeschweißt. Stattdessen sind an die Rahmenrohre 3 Halteplatten 28 angeschweißt, die in Figur 5 lediglich gestrichelt angedeutet sind. Anstelle separater Halteplatten 28 für jedes Rahmenrohr 3 kann auch ein gemeinsamer Haltering 31 vorgesehen sein, der in Figur 5 ebenfalls gestrichelt angedeutet ist, oder eine andere Art der gemeinsamen Halteplatte. Dabei hat ein gemeinsamer Haltering 31 oder eine anders geformte gemeinsame Halteplatte den Vorteil, dass der Rahmen des Fahrrads auch ohne den Elektromotor zusammenhängt und selbsttragend ist.
[64] Die Platte 2 des Stators 1 weist Bereiche 4 zur Befestigung an den Halteplatten 28 oder am Haltering 31 des Rahmens auf, wobei die Bereiche 4 in dieser Ausführungsform als Platten ausgebildet sind und Löcher 29 zur Aufnahme von Befestigungselementen wie Schrauben aufweisen.
[65] Figur 6 zeigt den Elektromotor 25 gemäß Figur 5 im Querschnitt entlang der Linie
A-A. Gezeigt ist die zweite Ausführungsform, bei der die Platte 2 des Stators 1 in ihren Bereichen 4 an separaten Halteplatten 28 der Rahmenrohre 3 befestigt wird.
[66] Die dritte Ausführungsform des Elektromotors 25 mit einem gemeinsamen Haltering
31 ist in Figur 7 schematisch im Querschnitt gezeigt. Der Haltering 25 ist wie die Halteplatten 28 in der zweiten Ausführungsform an der Platte 2 des Stators 1 befestigt. Zur Aufnahme von Befestigungselementen wie Schrauben sind wiederum Löcher 29 vorgesehen.
[67] Figur 8 zeigt eine alternative Ausführungsform des Elektromotors 25 schematisch im
Querschnitt. In dieser Ausführungsform weist der Rotor 13 eine Freilauf einrichtung 33 mit Sperrklingen oder Klemmrollen auf. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein ständiges Treten eines Fahrers nicht erforderlich ist. In dieser Ausführungsform ist es aufgrund des Freilaufs 33 für den Fahrer nicht notwendig, ständig die Pedalen zu betätigen, sondern die Rotation der Antriebswelle 17 kann auch von der Bewegung des Rotors 13 abgekoppelt werden, so dass ein Antrieb des Fahrrads allein über den Elektromotor 25 ohne eine Unterstützung durch den Fahrer stattfindet.
[68] In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden die nachstehend aufgeführten Bezugszeichen verwendet
[69] 1 Stator
[70] 2 Platte
[71] 3 Rahmenrohr
[72] 4 Bereiche
[73] 5 Basisring
[74] 6 Joch
[75] 7 Wicklungen
[76] 8 Lageraufnahme
[77] 9 Außenring
[78] 10 Kugeln
[79] 11 Innenring
[80] 12 Kugellager
[81] 13 Rotor
[82] 14 Boden
[83] 15 Rand
[84] 16 Permanentmagnet
[85] 17 Antriebswelle
[86] 18 Vierkantverbindung
[87] 19 Kurbel
[88] 20 Pedale
[89] 21 Befestigungselement
[90] 22 Ritzelkranz
[91] 23 Zuleitung
[92] 24 Öffnung im Innenring
[93] 25 Elektromotor
[94] 26 Innenseite
[95] 27 Gewindeloch
[96] 28 Halteplatte
[97] 29 Loch
[98] 31 Haltering
[99] 33 Freilaufeinrichtung
[100] 34 Jochabschluss
[101] 35 Laufbereich
[102] da Außendurchmesser der Kurbel [103] (I1 Innendurchmesser des zentralen Lochs
[104] D Durchmesser des Rotors
[105] h Höhe des Rotors
[106] Die Ausführungsbeispiele können auch mit den folgenden Aufzählungen von
Merkmalen gemäß Ziffern 1 bis 20 beschrieben werden, wobei ausdrücklich auch auf die sich durch Rückbezüge entsprechend ergebenden Kombinationen von Merkmalen Wert gelegt wird:
[107] 1. Elektromotor (25) für ein Kraftfahrzeug, der folgendes aufweist:
[108] - einen Stator (1) mit vorbestimmten Bereichen (4) für eine Verbindung mit einem Fahrzeugrahmen ;
[109] - einen Rotor (13) mit vorbestimmten Bereichen für die Aufnahme eines Antriebsmittels , wobei der Rotor (13) auf einer Antriebswelle (17) angeordnet ist, die im Stator (1) drehbar gelagert ist;
[110] - der Elektromotor (25) ist als Außenläufermotor ausgebildet.
[111] 2. Elektromotor (25) nach Ziffer 1 ,
[112] wobei der Elektromotor (25) als elektronisch kommutierter Gleichstrom- Außenläufermotor ausgebildet ist.
[113] 3. Elektromotor (25) nach Ziffer 1 oder 2,
[114] wobei der Elektromotor (25) bürstenlos ausgebildet ist und der Rotor (13) eine Anzahl von Permanentmagneten (16) aufweist.
[115] 4. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 3,
[116] wobei die Bereiche zur Aufnahme eines Antriebsmittels als Ritzelkranz (22) ausgebildet ist.
[117] 5. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 3,
[118] wobei die Bereiche zur Aufnahme eines Antriebsmittels als Zahnriemenscheibe ausgebildet ist.
[119] 6. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 5,
[120] wobei an den Enden der Antriebswelle (17) Kurbeln (19) mit Pedalen (20) befestigbar sind.
[121] 7. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 6,
[122] wobei die Bereiche zur Aufnahme des Antriebsmittels am Rotor (13) angeschraubt sind.
[123] 8. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 7,
[124] wobei die Antriebswelle (17) in einem Übergangsbereich zum Rotor (13) eine Freilaufeinrichtung (33) aufweist.
[125] 9. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 8,
[126] wobei der Rotor (13) einen Durchmesser D aufweist mit 250 mm < D < 350 mm.
[127] 10. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 9, [128] wobei der Rotor (13) eine Höhe h aufweist mit 30 mm < h < 60 mm.
[129] 11. Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 10, wobei der Stator (1) des Elektromotors (25) mit Rahmenrohren (3) des Kraftfahrzeugs verbunden ist und die Antriebswelle durch ein Antriebsmittel mit einem Rad des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
[130] 12. Kraftfahrzeug nach Ziffer 11 ,
[131] wobei das Kraftfahrzeug als Fahrrad ausgebildet ist.
[132] 13. Kraftfahrzeug nach Ziffer 11 oder 12,
[133] wobei das Antriebsmittel als Kette ausgebildet ist.
[134] 14. Kraftfahrzeug nach Ziffer 11 oder 12,
[135] wobei das Antriebsmittel als Zahnriemen ausgebildet ist.
[136] 15. Kraftfahrzeug nach einem der Ziffern 11 bis 14,
[137] wobei der Elektromotor (25) an Rahmenrohre (3) des Kraftfahrzeugs angeschweißt ist.
[138] 16. Kraftfahrzeug nach einem der Ziffern 11 bis 14,
[139] wobei der Elektromotor (25) an Rahmenrohre (3) des Kraftfahrzeugs angeschraubt ist.
[140] 17. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem als Außenläufermotor ausgebildeten Elektromotor (25), das folgende Schritte aufweist:
[141] - Bereitstellen eines Stators (1) des Elektromotors (25) mit Wicklungen zur
Erzeugung von Magnetfeldern, wobei die Wicklungen (7) Anschlüsse (23) für eine Versorgungsspannung aufweisen;
[142] - Bereitstellen eines Rotors (13) des Elektromotors (25) mit Permanentmagneten, wobei die Permanentmagneten (16) den Wicklungen (7) in Bezug auf eine Antriebswelle (17) in radialer Richtung gegenüberliegen;
[143] - Schalten der Versorgungsspannung derart, dass das mittels der stromdurchflossenen Wicklungen (7) erzeugte Magnetfeld eine Anziehungskraft auf die Permanentmagneten (16) des Rotors (13) und damit ein Drehmoment auf den Rotor (13) ausübt.
[144] 18. Verfahren nach Ziffer 17,
[145] wobei zum Schalten der Versorgungsspannung ein elektronischer Kommutator verwendet wird.
[146] 19. Verfahren nach Ziffer 18,
[147] wobei die Versorgungsspannung durch einen Hallsensor getriggert wird.
[148] 20. Verfahren nach Ziffer 18,
[149] wobei die Versorgungsspannung durch Auswerten von Induktionsströmen in den Wicklungen (7) getriggert wird.
[150] Figur 9 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Elektromotor für ein Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform; [151] Figur 10 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Elektromotor für ein Kraftfahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform;
[152] Figur 11 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Elektromotor für ein Kraftfahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform;
[153] Figur 12 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Elektromotor für ein Kraftfahrzeug gemäß einer vierten Ausführungsform;
[154] Figur 13 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Elektromotor für ein Kraftfahrzeug gemäß einer fünften Ausführungsform;
[155] Figur 14 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Elektromotor für ein Kraftfahrzeug gemäß einer sechsten Ausführungsform und
[156] Figur 15 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Elektromotor für ein Kraftfahrzeug gemäß einer siebten Ausführungsform.
[157] Soweit der Elektromotor aus den Figuren 1 und 2 für die Ausführungsbeispiele mit Getriebe verwendet wird, ist insbesondere die nachfolgende Beschreibung hilfreich. Die Figuren 1 und 2 illustrieren das Prinzip des Stators und des Rotors des erfindungsgemäßen Elektromotors. Sie zeigen der Übersichtlichkeit halber nicht das Planetengetriebe, das ebenfalls Teil des erfindungsgemäßen Elektromotors ist.
[158] Der Stator 1 des erfindungsgemäßen Außenläufer- Elektromotors, der in Figur 1 schematisch in Draufsicht gezeigt ist, weist eine Platte 2 auf, die in dieser Ausführungsform integraler Bestandteil des Rahmens eines nicht näher dargestellten Fahrrads ist, von dem in der Figur 1 lediglich Abschnitte von drei Rahmenrohren 3 gezeigt sind. Die Platte 2 weist an ihrem äußeren Rand Bereiche 4 auf, die zur Befestigung an den Rahmenrohren 3 vorgesehen sind. Jeder Bereich 4 ist in dieser Ausführungsform als rechteckiger Flanschträger ausgebildet.
[159] Die Platte 2 des Stators 1 weist innen eine Lageraufnahme 8 mit einem Kugellager 12 auf. Das Kugellager 12 umfasst einen Außenring 9, einen Innenring 11 und zwischen dem Außenring 9 und dem Innenring 11 angeordnete Kugeln 10. Der Innenring 11 umschließt eine Öffnung 24, die einen Durchmesser <X aufweist. Die Öffnung 24 ist zur Aufnahme einer in der Figur 1 nicht gezeigten Antriebswelle vorgesehen. <X kann zum Beispiel 20 mm betragen.
[160] Die Lageraufnahme 8 des Stators 1 wird von dem Basisring 5 umschlossen, der die Joche 6 des Stators 1 trägt. Die Joche 6 sind jeweils mit Wicklungen 7 versehen, die über hier nur schematisch dargestellte Zuleitungen 23 mit Strom versorgt werden. Die Joche 6 mit den Wicklungen 7 erstrecken sich radial von dem Basisring 5 nach außen und weisen sich radial an die Wicklungen 7 anschließende Jochabschlüsse 34 auf. An die Jochabschlüsse schließt sich ebenfalls in radialer Richtung ein Laufbereich 35 für den in Figur 1 nicht gezeigten Rotor des Elektromotors an.
[161] In der Figur 1 sind lediglich wenige Joche 6 gezeigt. Für ein ruhiges Laufverhalten des Fahrrads und zur Bereitstellung eines hohen Drehmoments ist jedoch eine weitaus größere Zahl von Jochen 6 mit Wicklungen 7 vorgesehen.
[162] Figur 2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf den Rotor 13 des erfindungsgemäßen Elektromotors. Der Rotor 13 weist eine Topfform mit einem Boden 14 und einem Rand 15 auf. Der Rotor 13 weist einen Durchmesser D auf mit 250 mm < D < 350 mm.
[163] An der Innenseite 26 des Randes 15 ist eine Vielzahl von Permanentmagneten 16 angeordnet. Die Permanentmagnete 16 sind derart angeordnet, dass ihre Polung in der Richtung des Umfangs des Rotors 13, die durch den Pfeil 36 angedeutet ist, wechselt.
[164] Der Rotor 13 ist in dieser Ausführungsform auf der Antriebswelle 17 des Fahrrads gelagert. Die Antriebswelle 17 weist einen Durchmesser da auf, der beispielsweise 20 mm betragen kann. Die Antriebswelle 17 weist an jedem ihrer Enden Vierkantverbindungen 18 zur Anbringung einer Kurbel 19 für eine Pedale 20 auf. Anstelle der Vierkantverbindung 18 kann selbstverständlich auch eine Sechskantverbindung oder eine Vielzahlverbindung oder Ähnliches eingesetzt werden. Die Pedalen sind dabei mittels eines Befestigungselements 21 wie einer Schraube an den Kurbeln 19 befestigt.
[165] Die Figuren 9 bis 15 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsformen eines Elektromotor gemäß der Erfindung.
[166] Figur 9 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform des Elektromotors 25 mit dem im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen Rotor 13 und Stator 1.
[167] Der Elektromotor 25 weist ein Planetengetriebe 26 auf, das sich in ein Sonnenrad 27, über einen Steg 31 verbundene Planetenräder 28 und ein Hohlrad 29 gliedert. In der in Figur 3 gezeigten Ansicht ist nur ein Planetenrad 28 zu sehen, es können aber mehrere vorhanden sein.
[168] In der in Figur 9 gezeigten Ausführungsform ist der Steg 31 fest mit dem Stator 1 des Elektromotors 25 verbunden. Damit ist das Zentrum 32 des Planetenrads 28 in Bezug auf den Stator 1 in Ruhe. Der Zahnkranz 33 des Planetenrads 28 ist am Zentrum 32 gelagert, in den Zahnkranz 33 greift das Sonnenrad 27 ein, das fest auf der Antriebswelle 27 montiert ist. Das Hohlrad 29, in das der Zahnkranz 33 des Planetenrads 28 ebenfalls eingreift, ist fest mit dem Boden 14 des Rotors 13 verbunden.
[169] Zur Montage des erfindungsgemäßen Elektromotors wird beispielsweise folgendermaßen vorgegangen: Die Platte 2 des Stators 1 wird in den dazu vorgesehenen Bereichen 4 mit dem Rahmen eines Fahrrads verbunden, in dem er beispielsweise, wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, mit den Rahmenrohren 3 verschweißt wird. Anschließend wird das Kugellager 12 in der Lageraufnahme 8 montiert und die Joche 6 mit den Jochabschlüssen 34 und den Wicklungen 7 werden am Basisring 5 mit der Lageraufnahme 8 verbunden.
[170] Ferner wird der Rotor 13 mit den an der Innenseite seines Randes 15 angebrachten Permanentmagneten 16 und dem mit dem Boden 14 verbundenen Hohlrad 29 bereitgestellt. Der Rotor 13 wird in den in dieser Ausführungsform topfförmigen Stator 1 eingesetzt und mit diesem durch Einführen der Antriebswelle 17 mit dem mit der Antriebswelle 17 fest verbundenen Sonnenrad 27 in die Öffnung im Innenring mit dem Kugellager 12 und mit dem Kugellager 9 des Rotors 13 verbunden. Dabei kommt der Rand 15 mit den Permanentmagneten 16 im Laufbereich 35 des Stators 1 zu liegen. Schließlich wird der Steg 31 mit den Planetenrädern 28 zwischen Hohlrad 29 und Sonnenrad 27 eingesetzt und der Steg 31 wird mit dem Stator 1 fest verbunden.
[171] Abschließend werden die Kurbeln mit den Pedalen auf der Antriebswelle 17 montiert.
[172] Es ist auch möglich, den Elektromotor 25 zunächst durch Einsetzen des Rotors 13 in den Stator 1 zusammenzufügen und erst danach mit den Rahmenrohren 3 zu verbinden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die Verbindung der Platte 2 des Stators 1 mit den Rahmenrohren 3 durch Verschrauben und nicht durch Verschweißen erfolgt.
[173] Im Betrieb sind die Wicklungen 7 von einem elektrischen Strom durchflössen und stellen ein Magnetfeld bereit, das durch die Wechselwirkung mit den Permanentmagneten 16 des Rotors 13 ein Drehmoment erzeugt. Dazu wird die den Strom durch die Wicklungen bereitstellende Spannung in jedem Moment so geschaltet, dass die Permanentmagnete 16 von dem in Richtung des Umfangs des Rotors 13 jeweils folgenden Jochabschluss 34 angezogen werden, während sie durch den gerade passierten Jochabschluss 34 abgestoßen werden.
[174] Zum Schalten der Versorgungsspannung für die Wicklungen 7 kann ein elektronischer Kommutator verwendet werden. Das Triggern der Spannung erfolg dabei beispielsweise kontaktlos durch einen Hallsensor oder durch Auswerten von Induktionsströmen in den Wicklungen.
[175] Auf diese Weise stellt der Rotor 13 eine Drehbewegung bereit, die er durch das mitdrehende Hohlrad 29 über die Planetenräder 28 und das Sonnenrad 27 auf die Antriebswelle 17 überträgt. Ein Fahrer des Fahrrads kann mittels der Pedalen ein Drehmoment ebenfalls auf die Antriebswelle 17 übertragen.
[176] Das Drehmoment wird dann über den fest auf der Antriebswelle 17 montierten Ritzelkranz 22 mittels einer nicht gezeigten Kette auf die Räder des Fahrrads übertragen. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist anstelle des Ritzelkranzes eine Zahnriemenscheibe vorgesehen und anstelle einer Kette ein Zahnriemen. Es kann bei dieser und den übrigen Ausführungsformen auch eine Freilaufeinrichtung mit Sperrklingen oder Klemmrollen vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass es aufgrund des Freilaufs für den Fahrer nicht notwendig ist, ständig die Pedalen zu betätigen, sondern die Rotation der Antriebswelle 17 kann auch von der Bewegung der Pedalen abgekoppelt werden, so dass ein Antrieb des Fahrrads allein über den Elektromotor 25 ohne eine Unterstützung durch den Fahrer stattfindet.
[177] An dieser Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, die Drehgeschwindigkeit des Hohlrads 29 und damit des Rotors 13 größer zu wählen als die der Antriebswelle 17. Bei einer normalen Trittfrequenz des Fahrers ist es somit möglich, den Elektromotor 25 mit einer höheren Frequenz zu betreiben als die Trittfrequenz. Bei manchen Anwendungen kann es jedoch bei dieser und den weiteren Ausführungsformen auch vorteilhaft sein, umgekehrt durch das Planetengetriebe eine Übersetzung zu erzielen, so dass der Elektromotor mit einer Frequenz betrieben werden kann, die niedriger ist als die Trittfrequenz. Dabei kann das gewünschte Verhältnis der Frequenzen sehr flexibel durch eine geeignete Wahl der Durchmesser von Sonnenrad 27, Planetenrad 28 und Hohlrad 29 eingestellt werden.
[178] Zudem ist vorteilhaft, dass das Planetengetriebe 26 in dieser Ausführungsform besonders einfach aufgebaut und somit leicht und robust ist und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
[179] Figur 10 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors 25. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform durch die Anordnung der das Planetengetriebe 26 bildenden Elemente. In dieser Ausführungsform ist das Sonnenrad 27 fest durch Schweißnähte 11 mit einer Hohlwelle 10 verbunden, die wiederum am Boden 2 des Stators 1 angeschweißt ist. Mit der Hohlwelle 10 fest verbunden ist auch der Basisring 5 für die Joche 6. Somit ist in dieser Ausführungsform das Sonnenrad 27 im System des Stators 1 in Ruhe.
[180] Der Rotor 13 ist mittels des Kugellagers 9 an der Hohlwelle gelagert und im Übrigen so aufgebaut wie im ersten Ausführungsbeispiel. Der Boden 14 des Rotors 13 ist fest mit dem Hohlrad 29 verbunden.
[181] In das Hohlrad 29 und das Sonnenrad 27 greift das Planetenrad 28 ein, das mit seinem Zentrum 32 drehbar auf dem Steg 31 gelagert ist. Der Steg 31 ist fest mit der Antriebswelle 17 verbunden. Somit überträgt der Steg 31 seine Drehbewegung direkt auf die Antriebswelle 17, auf der wiederum Kurbeln 19 für Pedalen befestigt sind. Beim Betrieb dieser Ausführungsform des Fahrrads dreht das mit dem Rotor 13 fest verbundene Hohlrad 29 mit der gleichen Frequenz, mit der sich der Rotor 13 dreht. Das Planetenrad 28, das zwischen Hohlrad 29 und feststehendem Sonnenrad 27 abrollt, überträgt das Drehmoment auf den Steg 31, an dem das Drehmoment über die feste Verbindung mit der Antriebswelle 17 abgegriffen wird. Auf der Antriebswelle 17 ist ein Ritzelkranz 22 montiert, der mittels eines nicht gezeigten Antriebsmittels das Drehmoment weiter auf die Räder des Fahrrads überträgt. [182] An dieser Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, dass die Drehgeschwindigkeit des Hohlrads 29 und damit des Rotors 13 größer ist als die des Stegs 31 und damit der Antriebswelle 17. Bei einer normalen Trittfrequenz des Fahrers ist es somit auch bei dieser Ausführungsform möglich, den Elektromotor 25 mit einer höheren Frequenz zu betreiben als die Trittfrequenz. Dabei kann das gewünschte Verhältnis der Frequenzen sehr flexibel durch eine geeignete Wahl der Durchmesser von Sonnenrad 27, Planetenrad 28 und Hohlrad 29 eingestellt werden. Zudem ist vorteilhaft, dass wegen des Wegfalls des Kugellagers 12 mehr Platz für den Stator vorhanden ist, so dass die Joche 6 länger ausgestaltet und mit mehr Wicklungen 27 versehen werden können.
[183] Figur 11 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors 25. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und der zweiten Ausführungsform durch die Anordnung der das Planetengetriebe 26 bildenden Elemente. In dieser Ausführungsform ist wie in der ersten Ausführungsform das Hohlrad 29 fest mit dem Stator 1 verbunden und somit im System des Stators 1 in Ruhe.
[184] Das Sonnenrad 27 ist mit einer Hohlwelle 10 fest verbunden oder einstückig mit dieser ausgeführt. Die Hohlwelle 10 wiederum ist fest mit dem Boden 14 des Rotors 13 verbunden. Das Sonnenrad 27 dreht sich somit mit der Frequenz des Rotors 13.
[185] In der Hohlwelle 10 ist die Antriebswelle 17 drehbar gelagert, die über den Ritzelkranz 22 mit dem Steg 31 verbunden ist. Der Steg 31 ist mittels eines Kugellagers 24 an der Hohlwelle 10 gelagert. Bei dieser Ausführungsform wird somit das Drehmoment wie in der zweiten Ausführungsform am Steg 31 abgegriffen.
[186] Bei dieser Ausführungsform ist vorteilhaft, dass die Drehgeschwindigkeit des
Sonnenrads 27 und damit des Rotors 13 größer ist als die des Stegs 31 und damit der Antriebswelle 17. Bei einer normalen Trittfrequenz des Fahrers ist es somit auch bei dieser Ausführungsform möglich, den Elektromotor 25 mit einer höheren Frequenz zu betreiben als die Trittfrequenz. Dabei kann das gewünschte Verhältnis der Frequenzen sehr flexibel durch eine geeignete Wahl der Durchmesser von Sonnenrad 27, Planetenrad 28 und Hohlrad 29 eingestellt werden.
[187] Figur 12 zeigt eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors 25. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den bereits beschriebenen Ausführungsformen durch die Anordnung der das Planetengetriebe 26 bildenden Elemente. In dieser Ausführungsform ist symmetrisch auf beiden Seiten des Elektromotors 25 ein Planetengetriebe 26 angeordnet. Dazu weist der Stator 1 einen dem Boden 2 gegenüber liegenden Deckel 36 auf.
[188] In dieser Ausführungsform ist jeweils der Steg 31 fest mit dem Boden 2 bzw. dem Deckel 36 des Stators 1 verbunden und somit im System des Stators 1 in Ruhe. Das Sonnenrad 27 ist fest mit dem Boden 14 des Rotors 13 verbunden und dreht sich somit mit derselben Frequenz wie der Rotor 13. Die Antriebswelle 17 ist in dieser Ausführungsform nicht durchgehend ausgeführt, sondern auf jeder Seite für das Planetengetriebe 26 unterbrochen. Das Sonnenrad 27 greift auf jeder Seite in den Zahnkranz 33 des Planetenrads 28 ein, dass in dem Hohlrad 29 abrollt. Das Hohlrad 29 ist jeweils fest mit einem Ritzelkranz 22 verbunden.
[189] Bei dieser Ausführungsform ist vorteilhaft, dass die Drehgeschwindigkeit des
Sonnenrads 27 und damit des Rotors 13 größer ist als die des Stegs 31 und damit der Antriebswelle 17. Bei einer normalen Trittfrequenz des Fahrers ist es somit auch bei dieser Ausführungsform möglich, den Elektromotor 25 mit einer höheren Frequenz zu betreiben als die Trittfrequenz. Dabei kann das gewünschte Verhältnis der Frequenzen sehr flexibel durch eine geeignete Wahl der Durchmesser von Sonnenrad 27, Planetenrad 28 und Hohlrad 29 eingestellt werden.
[190] Zudem sind der Elektromotor 25 und insbesondere das Planetengetriebe 26 in dieser Ausführungsform zwar relativ aufwendig, allerdings auch symmetrisch ausgeführt und somit gut ausbalanciert.
[191] Figur 13 zeigt eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors 25. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den bereits beschriebenen Ausführungsformen durch die Anordnung der das Planetengetriebe 26 bildenden Elemente. In dieser Ausführungsform ist das Hohlrad 29 fest mit dem Stator 1 verbunden und somit im System des Stators 1 in Ruhe.
[192] Das Sonnenrad 27 ist fest mit der Antriebswelle 17 verbunden bzw. einstückig mit dieser ausgeführt. Die Antriebswelle 17 ist fest mit dem Boden 14 des Rotors 13 verbunden und dreht sich somit mit der gleichen Frequenz wie der Rotor 13.
[193] Am Steg 31 beziehungsweise am Zentrum 32 des Planetenrads 28 ist ein Ritzelkranz 22 montiert, über den das Drehmoment mittels eines nicht dargestellten Antriebsmittels auf die Räder des Fahrrads übertragen wird.
[194] Bei dieser Ausführungsform ist vorteilhaft, dass das Planetengetriebe besonders einfach und damit leicht und robust aufgebaut ist. Der Rotor 13 ist fest mit der Antriebswelle 17 verbunden, auf der auch die hier nicht gezeigten Kurbeln mit Pedalen für den Fahrer montiert sind. Somit entspricht die Trittfrequenz des Fahrers in dieser Ausführungsform der Frequenz des Rotors 13.
[195] Durch die Verbindung des Ritzelkranzes 22 mit dem Zentrum 32 des Planetenrads 28 und damit mit dem Steg 31 findet zwischen Sonnenrad 27 und Ritzelkranz 22 eine Untersetzung statt, die durch eine geeignete Wahl der Durchmesser von Sonnenrad 27, Planetenrad 28 und Hohlrad 29 eingestellt werden kann.
[196] Figur 14 zeigt eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors 25. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den bereits beschriebenen Ausführungsformen durch die Anordnung der das Planetengetriebe 26 bildenden Elemente. In dieser Ausführungsform ist das Sonnenrad 27 fest mit einer Hohlwelle 10 verbunden oder einstückig mit dieser ausgeführt. Die Hohlwelle 10 selbst ist fest mit dem Boden 2 des Stators 1 verbunden. Das Sonnenrad 27 ist somit im System des Stators 1 in Ruhe.
[197] Der Rotor 13 ist mittels des Kugellagers 9 an der Hohlwelle 10 gelagert. Der Boden 14 des Rotors 13 ist fest mit dem Steg 31 verbunden.
[198] In das Hohlrad 29 und das Sonnenrad 27 greift das Planetenrad 28 ein, das mit seinem Zentrum 32 drehbar auf dem Steg 31 gelagert ist. Das Hohlrad 29 ist fest mit der Antriebswelle 17 verbunden. Somit überträgt der Rotor 13 seine Drehbewegung über den Steg 31 auf das Planetenrad 28, das wiederum in das fest stehende Sonnenrad 27 und in das Hohlrad 29 eingreift und somit über das Hohlrad 29 auf die Antriebswelle 17 wirkt.
[199] Der in dieser Figur nicht gezeigte Ritzelkranz kann beispielsweise außen am Hohlrad 29 befestigt oder direkt auf der Antriebswelle 17 montiert sein.
[200] Bei dieser Ausführungsform entspricht entweder die Frequenz des Rotors 13 derjenigen des Hohlrads 29 und damit der Trittfrequenz des Fahrers, oder, falls der Ritzelkranz auf dem Planetenrad 28 montiert wird, die Frequenz des Rotors ist geringer als die Trittfrequenz des Fahrers. Im letzteren Fall ist der Elektromotor nur für speziellere Anwendungen geeignet.
[201] Vorteilhaft ist an der sechsten Ausführungsform, dass wie in der zweiten
Ausführungsform viel Platz für den Rotor 13 vorhanden ist und somit die Joche 6 mit den Wicklungen 7 besonders groß ausgeführt werden können.
[202] Figur 15 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Elektromotor für ein Kraftfahrzeug gemäß einer sechsten Ausführungsform, die im wesentlichen der dritten Ausführungsform gemäß Figur 5 entspricht. Der Unterschied besteht darin, dass die Antriebswelle 17 leicht verkürzt und nicht zur Aufnahme von Kurbeln mit Pedalen vorgesehen ist. In dieser Ausführungsform ist der Elektromotor besonders zum Antrieb eines Kraftrads geeignet. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen wie beispielsweise die gemäß den Figuren 12 bis 14 für den Einsatz an einem Kraftrad geeignet, das keine Kurbeln mit Pedalen aufweist.
[203] In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Getrieben wurden die nachstehend aufgeführten Bezugszeichen verwendet:
[204] 1 Stator
[205] 2 Platte
[206] 3 Rahmenrohr
[207] 4 Bereiche
[208] 5 Basisring
[209] 6 Joch [210] 7 Wicklungen
[211] 8 Lageraufnahme
[212] 9 Kugellager
[213] 10 Hohlwelle
[214] 11 Schweißnaht
[215] 12 Kugellager
[216] 13 Rotor
[217] 14 Boden
[218] 15 Rand
[219] 16 Permanentmagnet
[220] 17 Antriebswelle
[221] 18 Vierkantverbindung
[222] 19 Kurbel
[223] 20 Pedale
[224] 21 Befestigungselement
[225] 22 Ritzelkranz
[226] 23 Zuleitung
[227] 24 Kugellager
[228] 25 Elektromotor
[229] 26 Planetengetriebe
[230] 27 Sonnenrad
[231] 28 Planetenrad
[232] 29 Hohlrad
[233] 31 Steg
[234] 32 Zentrum
[235] 33 Zahnkranz
[236] 34 Jochabschluss
[237] 35 Laufbereich
[238] 36 Deckel
[239] Die Ausführungsbeispiele mit Getriebe können auch mit den folgenden
Aufzählungen von Merkmalen gemäß Ziffern 1 bis 38 beschrieben werden, wobei ausdrücklich auch auf die sich durch Rückbezüge entsprechend ergebenden Kombinationen von Merkmalen Wert gelegt wird:
[240] 1. Elektromotor (25) für ein Kraftfahrzeug, der folgendes aufweist:
[241] - einen Stator (1) mit vorbestimmten Bereichen (4) für eine Verbindung mit einem Fahrzeugrahmen ;
[242] - einen Rotor (13);
[243] - vorbestimmte Bereiche zur Aufnahme eines Antriebsmittels; [244] - ein Planetengetriebe (26);
[245] - der Elektromotor (25) ist als Außenläufermotor ausgebildet.
[246] 2. Elektromotor nach Ziffer 1,
[247] wobei der Rotor (13) auf einer Antriebswelle (17) angeordnet ist, die im Stator (1) drehbar gelagert ist.
[248] 3. Elektromotor nach Ziffer 2,
[249] wobei die Antriebswelle (17) in einer Hohlwelle (10) gelagert ist. [250] 4. Elektromotor (25) nach Ziffer 2 oder 3,
[251] wobei an den Enden der Antriebswelle (17) Kurbeln (19) mit Pedalen (20) befestigbar sind.
[252] 5. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 4, [253] wobei die Antriebswelle (17) in einem Übergangsbereich zum Rotor (13) eine
Freilaufeinrichtung (33) aufweist.
[254] 6. Elektromotor nach einem der Ziffern 1 bis 5,
[255] wobei ein Steg (31) des Planetengetriebes (26) fest mit dem Stator (1) verbunden ist. [256] 7. Elektromotor nach Ziffer 6, [257] wobei ein Hohlrad (29) des Planetengetriebes (26) fest mit dem Rotor (13) verbunden ist.
[258] 8. Elektromotor nach Ziffer 6, [259] wobei ein Sonnenrad (27) des Planetengetriebes (26) fest mit den Rotor (13) verbunden ist.
[260] 9. Elektromotor nach einem der Ziffern 1 bis 5, [261] wobei ein Sonnenrad (27) des Planetengetriebes (26) fest mit dem Stator (1) verbunden ist.
[262] 10. Elektromotor nach Ziffer 9, [263] wobei ein Hohlrad (29) des Planetengetriebes (26) fest mit dem Rotor (13) verbunden ist.
[264] 11. Elektromotor nach Ziffer 9,
[265] wobei ein Steg (31) des Planetengetriebes (26) fest mit den Rotor (13) verbunden ist. [266] 12. Elektromotor nach einem der Ziffern 1 bis 5, [267] wobei ein Hohlrad (29) des Planetengetriebes (26) fest mit dem Stator (1) verbunden ist.
[268] 13. Elektromotor nach Ziffer 12, [269] wobei ein Sonnenrad (27) des Planetengetriebes (26) fest mit dem Rotor (13) verbunden ist.
[270] 14. Elektromotor nach Ziffer 12,
[271] wobei ein Steg (31) des Planetengetriebes (26) fest mit den Rotor (13) verbunden ist. [272] 15. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 14, [273] wobei der Elektromotor (25) als elektronisch kommutierter Gleichstrom- Außenläufermotor ausgebildet ist.
[274] 16. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 15,
[275] wobei der Elektromotor (25) bürstenlos ausgebildet ist und der Rotor (13) eine Anzahl von Permanentmagneten (16) aufweist.
[276] 17. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 16,
[277] wobei die Bereiche zur Aufnahme eines Antriebsmittels als Ritzelkranz (22) ausgebildet sind.
[278] 18. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 16,
[279] wobei die Bereiche zur Aufnahme eines Antriebsmittels als Zahnriemenscheibe ausgebildet sind.
[280] 19. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 16,
[281] wobei die Bereiche zur Aufnahme eines Antriebsmittels als Kardanritzel ausgebildet sind.
[282] 20. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 17 bis 19,
[283] wobei die Bereiche zur Aufnahme des Antriebsmittels fest mit der Antriebswelle (17) oder mit Bereichen des Planetengetriebes (26) verbunden sind.
[284] 21. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 20,
[285] wobei der Rotor (13) einen Durchmesser D aufweist mit 250 mm < D < 350 mm.
[286] 22. Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 21,
[287] wobei der Rotor (13) eine Höhe aufweist mit 30 mm < h < 60 mm.
[288] 23. Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor (25) nach einem der Ziffern 1 bis 22, wobei der Stator (1) des Elektromotors (25) mit Rahmenrohren (3) des Kraftfahrzeugs und ein Ritzelkranz (22) des Elektromotors (25) durch ein Antriebsmittel mit einem Rad des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
[289] 24. Kraftfahrzeug nach Ziffer 23,
[290] wobei das Kraftfahrzeug als Fahrrad ausgebildet ist.
[291] 25. Kraftfahrzeug nach Ziffer 23,
[292] wobei das Kraftfahrzeug als Motorrad ausgebildet ist.
[293] 26. Kraftfahrzeug nach einem der Ziffern 23 bis 25,
[294] wobei das Antriebsmittel als Kette ausgebildet ist.
[295] 27. Kraftfahrzeug nach einem der Ziffern 23 bis 25,
[296] wobei das Antriebsmittel als Zahnriemen ausgebildet ist.
[297] 28. Kraftfahrzeug nach einem der Ziffern 23 bis 27,
[298] wobei der Ritzelkranz (22) fest mit einer Antriebswelle (17) verbunden ist.
[299] 29. Kraftfahrzeug nach einem der Ziffern 23 bis 28,
[300] wobei der Ritzelkranz (22) fest mit einem Steg (31) des Planetengetriebes (26) verbunden ist. [301] 30. Kraftfahrzeug nach einem der Ziffern 23 bis 28,
[302] wobei der Ritzelkranz (22) fest mit einem Hohlrad (29) des Planetengetriebes (26) verbunden ist.
[303] 31. Kraftfahrzeug nach einem der Ziffern 23 bis 28, [304] wobei der Ritzelkranz (22) fest mit einem Sonnenrad (27) des Planetengetriebes (26) verbunden ist.
[305] 32. Kraftfahrzeug nach einem der Ziffern 23 bis 31, [306] wobei der Elektromotor (25) an Rahmenrohre (3) des Kraftfahrzeugs angeschweißt ist.
[307] 33. Kraftfahrzeug nach einem der Ziffern 23 bis 32, [308] wobei der Elektromotor (25) an Rahmenrohre (3) des Kraftfahrzeugs angeschraubt ist.
[309] 34. Kraftfahrzeug nach einem der Ziffern 23 bis 33, [310] wobei das Kraftfahrzeug eine Radaufhängung mit einer Schwinge aufweist, die um eine Rotationsachse drehbar am Kraftfahrzeug gelagert ist, wobei die Rotationsachse der Schwinge im Wesentlichen der Rotationsachse des Rotors (13) entspricht. [311] 35. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem als Außenläufermotor ausgebildeten Elektromotor (25) mit einem Planetengetriebe (26), das folgende
Schritte aufweist: [312] - Bereitstellen eines Stators (1) des Elektromotors (25) mit Wicklungen zur
Erzeugung von Magnetfeldern, wobei die Wicklungen (7) Anschlüsse (23) für eine
Versorgungsspannung aufweisen; [313] - Bereitstellen eines Rotors (13) des Elektromotors (25) mit Permanentmagneten, wobei die Permanentmagneten (16) den Wicklungen (7) in Bezug auf eine Drehachse des Rotors (13) in radialer Richtung gegenüberliegen; [314] - Schalten der Versorgungsspannung derart, dass das mittels der stromdurchflossenen
Wicklungen (7) erzeugte Magnetfeld eine Anziehungskraft auf die Permanentmagneten (16) des Rotors (13) und damit ein Drehmoment auf den Rotor (13) ausübt. [315] 36. Verfahren nach Ziffer 35, [316] wobei zum Schalten der Versorgungsspannung ein elektronischer Kommutator verwendet wird.
[317] 37. Verfahren nach Ziffer 36,
[318] wobei die Versorgungsspannung durch einen Hallsensor getriggert wird. [319] 38. Verfahren nach Ziffer 36, [320] wobei die Versorgungsspannung durch Auswerten von Induktionsströmen in den
Wicklungen (7) getriggert wird.

Claims

Claims
[1] 1. Elektromotor (25) für ein Kraftfahrzeug, der folgendes aufweist:
- einen Stator (1) mit vorbestimmten Bereichen (4) für eine Verbindung mit einem Fahrzeugrahmen;
- einen Rotor (13);
- vorbestimmte Bereiche zur Aufnahme eines Antriebsmittels;
- ein Planet" engetriebe (26);
- der Elektromotor (25) ist als Außenläufermotor ausgebildet, wobei wobei der Rotor (13) bezüglich des Stators (1) drehbar gelagert ist, wobei die Antriebswelle (17) in einer Hohlwelle (10) gelagert ist, wobei ein Hohlrad (29) des Planetengetriebes (26) mit dem Rotor (13) verbunden ist, wobei ein Sonnenrad (27) des Planetengetriebes (26) mit der Hohlwelle (10) verbunden ist, und wobei ein Steg (31) des Planetengetriebes (26) mit der Antirebswelle (17) verbunden ist.
[2] Elektromotor (25) nach Anspruch 1, wobei an den Enden der Antriebswelle (17) Kurbeln (19) mit Pedalen (20) befestigbar sind.
[3] Elektromotor (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Antriebswelle (17) in einem Übergangsbereich zum Rotor (13) eine Freilaufeinrichtung (33) aufweist.
[4] Elektromotor (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Elektromotor (25) als elektronisch kommutierter Gleichstrom- Außenläufermotor ausgebildet ist.
[5] Elektromotor (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Elektromotor (25) bürstenlos ausgebildet ist und der Rotor (13) eine Anzahl von Permanentmagneten (16) aufweist.
[6] Elektromotor (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bereiche zur Aufnahme eines Antriebsmittels als Ritzelkranz (22) ausgebildet sind.
[7] Elektromotor (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bereiche zur Aufnahme eines Antriebsmittels als Zahnriemenscheibe ausgebildet sind.
[8] Elektromotor (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Bereiche zur Aufnahme eines Antriebsmittels als Kardanritzel ausgebildet sind.
[9] Elektromotor (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Bereiche zur Aufnahme des Antriebsmittels fest mit der Antriebswelle (17) oder mit Bereichen des Planetengetriebes (26) verbunden sind.
[10] Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Stator (1) des Elektromotors (25) mit Rahmenrohren (3) des Kraftfahrzeugs und ein Ritzelkranz (22) des Elektromotors (25) durch ein Antriebsmittel mit einem Rad des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
[11] Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 , wobei der Rotor (13) einen Durchmesser D aufweist mit 250 mm < D < 350 mm und wobei der Rotor (13) eine Höhe aufweist mit 30 mm < h < 60 mm.
[12] Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei das Antriebsmittel als Kette ausgebildet ist.
[13] Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Antriebsmittel als Zahnriemen ausgebildet ist.
[14] Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Elektromotor (25) an Rahmenrohre (3) des Kraftfahrzeugs angeschraubt oder angeschweißt ist.
[15] Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Kraftfahrzeug eine Radaufhängung mit einer Schwinge aufweist, die um eine Rotationsachse drehbar am Kraftfahrzeug gelagert ist, wobei die Rotationsachse der Schwinge im Wesentlichen der Rotationsachse des Rotors (13) entspricht.
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