WO2009129806A2 - Elektromotorisch angetriebenes rad - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to electric motor driven wheels, the len, in particular for the drive of wheel rims, bicycles and mopeds but also other vehicles can be used, the drive is designed as a wheel hub drive, with the associated advantages.
  • wheel hub drives are often used because they are space-saving and economical for use.
  • gears preferably planetary gears, to be driven wheels.
  • the rim base of the rim is circumferentially annular made of a ferromagnetic material, for example an iron alloy, preferably a steel. With this material, at least a closed annular portion of the rim base must be formed.
  • the rim well may also be partially formed of ferromagnetic material. With a non-ferromagnetic material, such as aluminum or. an aluminum alloy, then at least parts of a wheel disc and possibly also the rim flanges and if present also rim shoulders are formed.
  • Permanent magnets of the electric motor are mounted on the rim bed area formed of ferromagnetic material and arranged in relation to the electric coils. As a result, a space-saving construction can be achieved, wherein at the same time the achievable distance between the electric motor and the axis of rotation is advantageous.
  • the Drum brake can be designed as a per se known cam brake which can be actuated via an outwardly guided lever.
  • a lever or cable pull mechanism can be selected, but also a hydraulic system.
  • the air can be supplied through a through hole, which is accessible from the outside and at least by the ferromagnetic material of the rim base, such that a compound is present for the tire to be filled.
  • the required valve can then be integrated in the passage bore.
  • an adapter element may be present or attached thereto. Access from the outside for filling should be possible on one side of the wheel. This also makes it possible to achieve a reduction in the required volume, in contrast to the known technical solutions.
  • at least the area of the through hole accessible for filling should be aligned parallel to the axis of rotation of the wheel.
  • the rim with the already explained elements and the drum brake can be dimensioned so that the existing for the drive electric motor can be arranged inside the wheel and enclosed by drum brake, hub and parts of the wheel. It can be used for receiving the permanent magnets and electric coils between a rim well and drum brake radially encircling annular space. As a result, the electric motor is completely umhausted and protected. With appropriate training of the rim with at least one Radschadorel, which is then arranged on an outwardly facing side of the wheel on the wheelchair and an additional disc-shaped cover on the opposite side, the drum brake can be accommodated protected. In such a
  • rim or the wheel may be an outwardly facing rim flange integral part of the wheel disc and the second rim flange be an element of the disc-shaped cover, which is then also formed of non-ferromagnetic material.
  • a disc-shaped cover can also be designed as a customized wheel, wherein the construction of disc-shaped cover or Radschisserireln the attachment and storage should be considered on the hub.
  • an electrically non-conductive sealing element may be arranged, which may be, for example, a suitably designed and dimensioned silicone ring.
  • rim cooling fins On a lateral outer side of the rim cooling fins can be formed, with which an improved heat dissipation, which may be required due to braking operations, can be achieved.
  • the electrical leads may be routed to the electrical coils through non-rotating parts of the wheel.
  • the invention will be explained in more detail by way of example in the following.
  • Figure 1 shows a cross section through an example of a wheel according to the invention
  • FIG. 1a shows a detailed representation for an air supply of a tire using the example according to FIG. 1 and FIG.
  • FIG. 2 is a perspective sectional view of another example of a wheel according to the invention.
  • FIG. 1 With reference to Figure 1 is to be discussed first essential features of the invention.
  • the basic structure of the rim of the wheel 1 can be seen.
  • the wheel 3 At the left side arranged here is connected via a bearing 9, the wheel 3 with a rim flange 3.1 rotatably connected to the wheel hub 5.
  • a disk-shaped cover 3.3 is also rotatably connected with a bearing 10 to the wheel hub 5.
  • the cover 3.3 has at its radially outer edge of the second rim flange 3.2.
  • the rim base 4 is formed here with a ring made of steel, which specifies the distance of the rim flanges 3.1 and 3.2 for the maintenance of the tire 6.
  • the part made of steel ie of ferromagnetic material
  • the wheel disc 3 and a cover 3.3 are designed to take this into consideration, so that in this case as well, separate regions made of ferromagnetic and magnetic elements are used non-ferromagnetic material are formed, are present.
  • Radschdorfl 3 and cover 3.3 are connected by means of screws with the rim 4 formed from the steel ring, wherein on both sides of the rim 4 each a silicone gasket (not shown) between the wheel disc 3 and cover 3.3 is arranged.
  • a peripheral annular space provided between the outer edge 7 of which is arranged in the interior of the wheel 1 drum brake 8, in which permanent magnets, also not shown here and 'electrical coils of electric motors tors are added.
  • a through hole 11 is guided from the outside through the wheel disc 3 to the rim base 4 as a blind hole.
  • the through hole 11 is formed so that an opening is radially outwardly facing in the rim base area is present, can be supplied from the outside under increased pressure air for filling the tire 6.
  • a valve 12 may be inserted into the through hole 11.
  • FIG. 2 shows the arrangement of electric coils and permanent magnets of the electric motor 2 in the annular space 7, which is arranged radially outside the drum brake 8 and underneath the rim base 4. recognizable.
  • Drum and brake shoes with the cams of the drum brake 8 are connected in known per se of other vehicles construction with the hub 5.
  • an outwardly guided lever 13 can be seen, via which the drum brake 8 can be actuated.
  • the drum brake 8 can be used as a parking brake but also as a service brake and be dimensioned and designed in the latter case, that the standstill of a wheelchair can be achieved even when braking with a maximum possible speed at a permissible braking distance.

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Abstract

Die Erfindung betrifft elektromotorisch angetriebene Räder, wobei der Antrieb als Radnabenantrieb, mit den damit verbundenen Vorteilen ausgebildet ist. Aufgabe der Erfindung ist es, elektromotorisch angetriebene Räder vorzuschlagen, bei denen für den Elektromotor ein ausreichender Raum vorhanden ist, in dem er angeordnet werden kann und das erfindungsgemäße Rad trotzdem klein dimensioniert werden kann. Bei einem erfindungsgemäßen Rad ist das Felgenbett der Felge umlaufend ringförmig aus einem ferromagnetischen Werkstoff, beispielsweise einer Eisenlegierung, bevorzugt einem Stahl gebildet. Mit diesem Werkstoff muss zumindest ein geschlossener ringförmiger Teilbereich des Felgenbettes gebildet sein. Mit einem nichtferromagnetischen Werkstoff sind dann zumindest Teile einer Radschüssel sowie ggf. auch die Felgenhörner gebildet. Am aus ferromagnetischen Werkstoff gebildeten Felgenbettbereich sind Permanentmagnete des Elektromotors angebracht und in Bezug zu den elektrischen Spulen angeordnet.

Description

IPDD GmbH & Co. KG 098PCT 0808
Elektromotorisch angetriebenes Rad
Die Erfindung betrifft elektromotorisch angetriebene Räder, die insbesondere für den Antrieb von Rollstüh- len, Fahrrädern und Kleinkrafträdern aber auch anderen Fahrzeugen eingesetzt werden können, wobei der Antrieb als Radnabenantrieb, mit den damit verbundenen Vorteilen ausgebildet ist. Solche Radnabenantriebe werden häufig eingesetzt, da sie platzsparend und für den Einsatz ökonomisch sind. Um die Flexibilität und ggf. auch das Drehmoment zu erhöhen werden sie in der Regel mit Getrieben, bevorzugt Planetengetrieben, an anzutreibenden Rädern eingesetzt.
Die Getriebe erhöhen aber wiederum den Raumbedarf, was sich nachteilig auswirkt, da es unter dem Sicherheitsaspekt für die Nutzer auch erforderlich ist eine unabhängig vom Antrieb wirkende Bremseinrichtung an den in Rede stehenden Fahrzeugen für behinderte Per- sonen vorzusehen. Es ist daher Aufgabe der Erfindung elektromotorisch angetriebene Räder vorzuschlagen, bei denen für den Elektromotor ein ausreichender Raum vorhanden ist, in dem er angeordnet werden kann und das erfindungsgemäße Rad trotzdem klein dimensioniert werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Rad, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vor- teilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Rad ist das Felgenbett der Felge umlaufend ringförmig aus einem ferromagne- tischen Werkstoff, beispielsweise einer Eisenlegierung, bevorzugt einem Stahl gebildet. Mit diesem Werkstoff muss zumindest ein geschlossener ringförmiger Teilbereich des Felgenbettes gebildet sein. Das Felgenbett kann auch teilweise aus ferromegnetischem Werkstoff gebildet sein. Mit einem nichtferromagneti- schen Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium oder . einer Aluminiumlegierung, sind dann zumindest Teile einer Radschüssel sowie ggf. auch die Felgenhörner und falls vorhanden auch Felgenschultern, gebildet.
Am aus ferromagnetischen Werkstoff gebildeten Felgen- bettbereich sind Permanentmagnete des Elektromotors angebracht und in Bezug zu den elektrischen Spulen angeordnet . Dadurch kann eine raumsparende Konstruk- tion erreicht werden, wobei gleichzeitig auch der erreichbare Abstand des Elektromotors zur Rotationsachse vorteilhaft ist.
Mit dieser Ausbildung des Rades erschließt sich die Möglichkeit im Inneren des Rades eine Trommelbremse anzuordnen, die vom Elektromotor umschlossen ist. Die Trommelbremse kann als an sich bekannte Nockenbremse ausgebildet sein, die über einen nach außen geführten Hebel betätigt werden kann. Für die Betätigung kann ein Hebel- oder Seilzugmechanismus aber auch ein hyd- raulisches System gewählt werden.
Im Gegensatz zur üblichen Ausbildung für eine Luftzufuhr für die Befüllung eines bevorzugt schlauchlosen Reifens, kann bei der Erfindung die Luftzufuhr durch eine Durchgangsbohrung erfolgen, die von außen zugänglich und zumindest durch den aus ferromagneti- schen Werkstoff des Felgenbetts, so geführt ist, dass eine Verbindung zum zu befüllenden Reifen vorhanden ist. Das erforderliche Ventil kann dann in der Durch- gangsbohrung integriert aufgenommen sein. Für die Befüllung kann ein Adapterelement vorhanden sein bzw. daran befestigt werden. Der Zugang von außen für die Befüllung sollte an einer Seite des Rades möglich sein. Auch dadurch kann eine Reduzierung des erfor- derlichen Volumens, im Gegensatz zu den bekannten technischen Lösungen, erreicht werden. Dabei sollte zumindest der zur Befüllung zugängliche Bereich der Durchgangsbohrung parallel zur Rotationsachse des Rades ausgerichtet sein.
Die Felge mit den bereits erläuterten Elementen und die Trommelbremse können so dimensioniert werden, dass der für den Antrieb vorhandene Elektromotor im Inneren des Rades angeordnet und von Trommelbremse, Radnabe und Teilen der Radschüssel eingeschlossen werden kann. Dabei kann ein zwischen Felgenbett und Trommelbremse radial umlaufender Ringraum für die Aufnahme der Permanentmagnete und elektrischen Spulen genutzt werden. Der Elektromotor ist dadurch voll- ständig umhaust und geschützt angeordnet. Bei entsprechender Ausbildung der Felge mit mindestens einer Radschüssel, die dann an einer nach außen weisenden Seite des Rades am Rollstuhl angeordnet ist und einer zusätzlichen scheibenförmigen Abdeckung auf der dazu gegenüberliegenden Seite, kann auch die Trommelbremse geschützt untergebracht werden. Bei einer solchen
Konstruktion der Felge bzw. des Rades kann ein nach außen weisendes Felgenhorn integraler Bestandteil der Radschüssel und das zweite Felgenhorn ein Element der scheibenförmigen Abdeckung sein, die dann ebenfalls aus nichtferromagnetischem Werkstoff gebildet ist. Eine scheibenförmige Abdeckung kann aber ebenfalls als eine angepasste Radschüssel ausgebildet sein, wobei der Konstruktion von scheibenförmiger Abdeckung bzw. Radschüsseln die Befestigung und Lagerung an der Radnabe berücksichtigt werden sollte.
Günstig ist es, die einzelnen Elemente der Felge des Rades lösbar miteinander zu verbinden. Dies hat den Vorteil, dass nach Lösen von Verbindungen Teile des Elektromotors und/oder der Trommelbremse frei zugänglich sind. Dabei können herkömmliche Schraubverbindungen eingesetzt werden. So sollten zumindest die ferromagnetischen mit den nichtferromagnetischen Elementen verbunden sein. Im Verbindungsbereich kann ein elektrisch nicht leitendes Dichtelement angeordnet sein, das beispielsweise ein geeignet gestalteter und dimensionierter Silikonring sein kann.
An einer seitlichen Außenseite der Felge können Kühl- rippen ausgebildet sein, mit denen eine verbesserte Wärmeabfuhr, die durch Bremsvorgänge bedingt erforderlich sein kann, erreichbar ist.
Die elektrischen Leitungen können zu den elektrischen Spulen durch nicht rotierende Teile des Rades hindurch geführt werden. Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Rades;
Figur Ia eine Detaildarstellung für eine Luftzufuhr eines Reifens am Beispiel nach Figur 1 und
Figur 2 eine perspektivische Schnittdarstellung eines weiteren Beispiels eines erfindungsgemäßen Ra- des.
Mit Bezug auf Figur 1 soll zuerst auf für die Erfindung wesentlichen Merkmale eingegangen werden. Dabei ist im gezeigten Querschnitt der prinzipielle Aufbau der Felge des Rades 1 erkennbar. An der hier links angeordneten Seite ist über ein Lager 9, die Radschüssel 3 mit einem Felgenhorn 3.1 mit der Radnabe 5 drehbar verbunden. Auf der rechten Seite ist eine scheibenförmige Abdeckung 3.3 ebenfalls mit einem La- ger 10 drehbar mit der Radnabe 5 verbunden. Die Abdeckung 3.3 weist an ihrem radial äußeren Rand das zweite Felgenhorn 3.2 auf. Das Felgenbett 4 wird hier mit einem Ring aus Stahl gebildet, der den Abstand der Felgenhörner 3.1 und 3.2 für den Halt des Reifens 6 vorgibt. Der aus Stahl, also aus ferromagnetischem Werkstoff, gebildete Teil kann aber neben dem Felgenbett 4 auch die Felgenhörner 3.1 und 3.2 umfassen. Dann sind in hier nicht dargestellter Form die Radschüssel 3 und eine Abdeckung 3.3 dies berücksichti- gend konstruiert, so dass auch in diesem Fall am Rad getrennte Bereiche, die aus ferromagnetischem und nichtferromagnetischem Werkstoff gebildet sind, vorhanden sind.
Radschüssel 3 und Abdeckung 3.3 sind mittels Schrau- ben mit dem aus dem Stahlring gebildeten Felgenbett 4 verbunden, wobei an beiden Seiten des Felgenbetts 4 jeweils eine Silikondichtung (nicht dargestellt) zwischen Radschüssel 3 und Abdeckung 3.3 angeordnet ist.
Unmittelbar unterhalb des Felgenbetts 4 ist ein umlaufender Ringraum 7 zwischen dem äußeren Rand der im Inneren des Rades 1 angeordneten Trommelbremse 8 vorhanden, in dem hier ebenfalls nicht dargestellte Permanentmagnete und' elektrische Spulen des Elektromo- tors aufgenommen sind.
Mit der in Figur Ia gezeigten Detaildarstellung soll eine vorteilhafte Möglichkeit für die Luftzuführung beim Befüllen des Reifens 6 verdeutlicht werden. Dabei ist eine Durchgangsbohrung 11 von außen durch die Radschüssel 3 bis in das Felgenbett 4 als Sacklochbohrung geführt. Die Durchgangsbohrung 11 ist dabei so ausgebildet, dass eine Öffnung radial nach außen weisend im Felgenbettbereich vorhanden ist, durch die von außen unter erhöhtem Druck stehende Luft zum Befüllen des Reifens 6 zugeführt werden kann. Es besteht aber auch die Möglichkeit radial außen am Felgenbett 4 eine umlaufende Nut oder lediglich eine Vertiefung im Bereich der Durchgangsbohrung 11 vorzusehen, so dass die Luft dort in den Reifen 6 gelangen kann. Ein Ventil 12 kann in die Durchgangsbohrung 11 eingesetzt sein.
Aus Figur 2 wird die Anordnung von elektrischen Spulen und Permanentmagneten des Elektromotors 2 im Ringraum 7, der radial außen um die Trommelbremse 8 und unterhalb des Felgenbetts 4 angeordnet ist, er- kennbar. Trommel und Bremsbacken mit den Nocken der Trommelbremse 8 sind in an sich von anderen Fahrzeugen bekannter Bauweise mit der Radnabe 5 verbunden. In Figur 2 ist auch ein nach außen geführter Hebel 13 erkennbar, über den die Trommelbremse 8 betätigt werden kann. Die Trommelbremse 8 kann als Feststellbremse aber auch als Betriebsbremse genutzt werden und im letztgenannten Fall so dimensioniert und ausgebildet sein, dass der Stillstand eines Rollstuhls auch beim Abbremsen mit möglicher Höchstgeschwindigkeit bei zulässigem Bremsweg erreicht werden kann.

Claims

IPDD GmbH & Co. KG 098PCT 0808Patentansprüche
1. Elektromotorisch angetriebenes Rad, bei dem der Antrieb als Radnabenantrieb ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Felgenbett (4) radial umlaufend ringförmig vollständig oder teilweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff gebildet ist und zumindest Teile einer Radschüssel (3, 3.3) aus einem nichtferromagnetischen Werkstoff gebildet sind; außerdem am aus ferromagnetischen Werkstoff ge- bildeten Felgenbettbereich Permanentmagnete eines Elektromotors (2) angebracht und im Inneren des Rades (1) in Bezug zu elektrischen Spulen angeordnet sind.
2. Rad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Rades (1) und vom Elektromotor (2) umschlossen eine Trommelbremse (8) angeordnet ist.
3. Rad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest durch den aus ferromagneti- schem Werkstoff gebildeten Bereich des Felgenbetts (4) eine von außen zugängliche Durchgangsbohrung (11) für die Befüllung eines Reifens (6) mit Luft ausgebildet und in der Durchgangsbohrung (11) ein Ventil (12) angeordnet ist.
4. Rad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der von außen zugängliche Bereich der Durchgangsbohrung (11) parallel zur Rotationsachse des Rades ausgerichtet ist.
5. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch Felgenhörner (3.1, 3.2) als Teile einer Radschüssel (3, 3.3) aus nichtferromagnetischem Werkstoff gebildet sind.
6. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommelbremse (8) als Nockenbremse ausgebildet und ein Hebel (13) für die Bewegung mindestens eines Bremsnockens an einer Seite des Rades (1) nach außen geführt ist.
7. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Elektromotor (2) und Trommelbremse (8) innerhalb des Rades (1) durch Radnabe (5) und Teile der Radschüssel (3, 3.3) eingeschlossen sind.
8. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Felgenbett (4) und Trommelbremse (8) ein radial umlaufender Ringraum (7) für die Aufnahme der Permanentmagnete und elektrischen Spulen des Elektromotors (2) vorhanden ist.
9. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile des Rades (1) aus nichtferromagnetischem und der ferromag- netische Bereich der Felge lösbar miteinander verbunden sind.
10. Rad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Teilen des Rades (1) aus nichtferromagnetischem und dem ferromagnetischen
Bereich der Felge ein elektrisch nicht leitendes Dichtungselement angeordnet ist.
11. Rad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als ferromagnetischer Werkstoff ein Stahl oder eine andere Eisenlegierung und als nichtferromagnetischer Werkstoff Aluminium oder eine Aluminiumlegierung eingesetzt sind.
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