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Title:
ELECTRIC DRIVE SYSTEM FOR A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/092142
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electric drive system for a vehicle, on which a drive wheel is rotationally mounted on the frame of the vehicle in a direct or indirect manner. The inventive system contains: a force transmitting unit consisting of a wheel axle, wheel bearing, and wheel hub; an electric drive equipped with an electric motor, and; a control unit connected in an electrically conductive manner to the electric motor and having a connection to a power supply unit and to an actuator. The aim of the invention is to equip conventional vehicles with energy-saving drive systems that are free of noise and exhaust gas emissions while involving a low degree of technical complexity and few costs. To this end, the electric drive system, together with the contained electric drive equipped with the electric motor, is designed in such a manner that; the electric motor contains the force transmitting unit in its entirety, whereby its stator is directly or indirectly joined to the frame of the vehicle, and its rotor representing the wheel hub is connected to the drive wheel, and; the mounting of the rotor represents that of the drive wheel.

Inventors:
LIEB ERNST (DE)
HELMLE THEODOR (DE)
Application Number:
PCT/DE2003/001292
Publication Date:
November 06, 2003
Filing Date:
April 16, 2003
Export Citation:
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Assignee:
MBN MASCHB BETR E NEUGERSDORF (DE)
ALPHA GETRIEBEBAU GMBH (DE)
LIEB ERNST (DE)
HELMLE THEODOR (DE)
International Classes:
B60K7/00; B62M6/40; H02K7/14; H02K11/04; H02K29/00; (IPC1-7): H02K7/14; B62M7/12; H02K11/04
Foreign References:
DE10121372A12002-11-07
US5438228A1995-08-01
US20030047363A12003-03-13
US6341660B12002-01-29
US5524726A1996-06-11
US6278216B12001-08-21
Attorney, Agent or Firm:
Adler, Peter (Stachow Schmidt & Partne, Krenkelstrasse 3 Dresden, DE)
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Claims:
Elektroantriebssystem für ein Fahrzeug Patentansprüche
1. Elektroantriebssystem für ein Fahrzeug, an dem ein An triebsrad unmittelbar oder mittelbar an einem Rahmen des Fahrzeuges drehbar gelagert ist, wobei das Elektroan triebssystem eine Kraftübertragungseinheit, die aus Rad achse, Radlager und Radnabe, auf der das Antriebsrad mit seiner Felge befestigt ist, besteht, einen Elektroantrieb mit einem Elektromotor, der mit dem Antriebsrad antreibend verbunden ist, und eine Steuereinheit beinhaltet, die mit dem Elektromotor elektrisch leitend verbunden ist und eine Verbindung zu einer Stromversorgungseinheit und zu einem Stellglied aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungseinheit in dem Elektromotor (9) vollstän dig integriert ist, derart, dass einerseits der Stator (2), an dem elektronisch kommmutierte Wicklungen angeord net sind und der die Radachse repräsentiert, unmittelbar oder mittelbar mit dem Rahmen des Fahrzeuges verbunden ist und anderseits der Rotor (3), an dem die Permanentmagneten angeordnet sind und der die Radnabe repräsentiert, mit dem Antriebsrad (4) verbunden ist, und dass der Rotor (3) je weils in dem ersten und/oder zweiten Lager des Elektromo tors (9) gelagert wird, welches jeweils zugleich ein Lager des Antriebsrades (4) bildet.
2. Elektroantriebssystem nach Anspruch 1 dadurch gekenn zeichnet, dass bei der mittelbar ausgeführten Lagerung des Antriebsrades mittels einer Radschwinge eine zum Elektroantriebssystem (10) zugehörige Baugruppe so aus geführt wird, dass die zur Baugruppe zugehörigen Teile Elektromotor (9) und Steuereinheit (8) mechanisch mit dem ebenfalls zur Baugruppe zugehörigen Teil Radschwin ge (1) verbunden sind und dass diese Baugruppe anstelle einer herkömmlichen Radschwinge mit Kraftübertragungs einheit angeordnet wird.
3. Elektroantriebssystem nach Anspruch 2,'dadurch gekenn zeichnet, dass die Radschwinge (1) des Elektroantriebssys tem (10) so gestaltet wird, dass sie einen Hohlraum auf weist, in dem die Steuereinheit (8) angeordnet ist.
4. Elektroantriebssystem nach den Ansprüchen 2 und 3, da durch gekennzeichnet, dass das Elektroantriebssystem (10) für Zweiradfahrzeuge mit einem Hinterradantrieb dadurch ausgeführt wird, dass die Radschwinge (1) als Hinterradschwinge aufgebaut ist.
5. Elektroantriebssystem nach Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Radschwinge (1) einarmig und gekröpft ausgeführt ist, wobei die Schwingenlagerung (7) mittig zur radialen Mittellinie des Antriebsrades (4) an einem gekröpften ersten Ende der Radschwinge (1) angeordnet ist, und dass an einem gekröpften zweiten Ende der Radschwinge (1) der Elektromotor (9) angeord net ist, an welchem das Antriebsrad (4) befestigt wird.
6. Elektroantriebssystem nach Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Radschwinge (1) so gekröpft ist, dass das an ihrem zweiten Ende angeordnete An triebsrad (4) mit seiner radialen Mittellinie mit der Mittellinie des gekröpften ersten Ende der Radschwinge (1) fluchtet.
Description:
Elektroantriebssystem für ein Fahrzeug Die Erfindung betrifft ein Elektroantriebssystem für ein Fahr- zeug, an dem ein Antriebsrad unmittelbar oder mittelbar an ei- nem Rahmen des Fahrzeuges drehbar gelagert ist. Das Elektroan- triebssystem beinhaltet eine Kraftübertragungseinheit, die aus Radachse, Radlager und Radnabe, auf der das Antriebsrad mit seiner Felge befestigt ist, besteht, einen Elektroantrieb mit einem Elektromotor, der mit dem Antriebsrad antreibend verbun- den ist, und eine Steuereinheit, die mit dem Elektromotor e- lektrisch leitend verbunden ist und eine Verbindung zu einer Stromversorgungseinheit und zu einem Stellglied aufweist.

Herkömmliche Antriebssysteme, die noch mit einem Verbrennungs- motor ausgestattet sind, weisen den Nachteil auf, dass ihr Wir- kungsgrad unzureichend und dass eine hohe Emissionen an schäd- lichen Abgasen und Lärm zu verzeichnen ist, was insbesondere in Ballungszentren problematisch ist.

Außerdem ist der verwendete fossile Treibstoff nicht zukunfts- trächtig ist, d. h. dieser Treibstoff wird in Zukunft für die Antriebssysteme auf Verbrennungsbasis nicht mehr zur Verfügung stehen.

Einerseits besteht wegen der begrenzten Verfügbarkeit fossiler Treibstoffe das Erfordernis, Fahrzeuge mit alternativen An- triebssysteme aus-oder umzurüsten. Dem steht jedoch der hohe Kosten-und technische Aufwand, der bei einer Erstausstattung oder Umrüstung betrieben werden muss, entgegen.

Anderseits besteht für alternative Antriebssysteme, besonders für Elektroantriebssysteme, die Anforderung nach einem solch hohem Wirkungsgrad des Triebwerkes, der den herkömmlicher An- triebssysteme möglichst übersteigt oder zumindest erreicht.

Es ist beim Stand der Technik festzustellen, dass es für Elekt- roantriebssysteme noch nicht gelungen ist, die Kosten für eine Erstausrüstung oder einen Umbau der Fahrzeuge durch einen ein- fachen und preiswerten Austausch von Baugruppen günstig zu ges- talten und einen hinreichenden Wirkungsgrad zu gewährleisten.

Somit wird ein großer weltweiter Markt, insbesondere in solchen Ländern in denen Zweiradfahrzeuge stark verbreitet sind, wie zum Beispiel in China, Taiwan aber auch in Europa, wie z. B. in Italien, Spanien, nach wie vor mit Fahrzeugen beliefert, die die oben dargestellten Nachteile zeigen.

Beim Stand der Technik wird aber deutlich, dass Lösungen zu einzelnen Bauteilen von neuen Antriebssystemen, insbesondere bei stromsparenden Elektromotoren, weit fortgeschritten sind.

Hier wird auf die europäische Patentschrift EP 0331 180 B1 ver- wiesen, in der ein Elektromotor mit hohem Wirkungsgrad be- schrieben wird, der solche Drehzahlen, verbunden mit entspre- chenden Drehmomenten realisiert, bei denen ein Antriebsrad di- rekt angetrieben werden kann, ohne dass ein Getriebe zwischen Motor und ANtriebsrad geschalten werden muss.

Der Vorteile solcher Realisierungen, zum Beispiel, die Möglich- keit der direkten Ankopplung und der damit verbundene hohe Wir- kungsgrad des Motors, sowie durch die damit ebenfalls verbunde-

ne verringerte Bauelementezahl, welche geringere Kosten und er- höhte Zuverlässigkeit bewirkt, können zum gegenwärtigen Zeit- punkt nur bei einer Erstausstattung von Neufahrzeugen einge- setzt werden, wobei dabei der Herstellungs-und Montageaufwand eine erhebliche Größe aufweist, der insbesondere bei der Zusam- menschaltung der am Fahrzeug verteilten Bauelemente des Elekt- roantriebes entsteht. Ein Nachrüsten derartiger Elektroantriebe bei Neu-oder Altfahrzeugen ist entweder nicht möglich oder mit unvertretbar hohem Aufwand verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, Fahrzeuge mit herkömmlichen Verbrennungsmotor oder ähnlichen Antriebsys- temen mit geringem Kosten-und technischen Aufwand zu Fahrzeu- gen mit energiesparenden und bezüglich Lärm und Abgas emmisi- onsfreien Antriebssystemen aus-oder umzurüsten.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabenstellung besteht darin, dass der Elektromotor so ausgeführt wird, dass dieser die Kraftübertragungseinheit vollständig enthält.

Hierbei ist einerseits der Stator, an dem die elektronisch kommmutierte Wicklungen angeordnet sind und der die Achse rep- räsentiert, unmittelbar oder mittelbar an dem Rahmen des Fahr- zeuges verbunden und anderseits ist der Rotor, an dem die Per- manentmagneten angeordnet sind und der die Radnabe repräsen- tiert, mit dem Antriebsrad verbunden.

Weiterhin wird der Rotor jeweils in dem ersten und/oder zweiten Lager des Elektromotors gelagert, welches jeweils ein Lager des Antriebsrades repräsentiert.

Diese Lösung zielt durch die Vermeidung von einer extra ausge-

führten Kraftübertragungseinheit und einem Getriebe und durch den Ersatz eines hochdrehenden Elektromotors mittels des direkt antreibenden, niedrig drehenden Motors darauf ab, dass neben des offensichtlichen geringeren technischen und kostenmäßigen Aufwandes eine vielfach höhere Standzeit und Betriebssicherheit erreicht werden.

Bei einigen Fahrzeugen erfolgt die mittelbare Lagerung mittels einer Radschwinge, welche einerseits über eine Schwingenlage- rung und andererseits über eine Federlagerung, beispielsweise einer Zentralfederlagerung oder eine Doppelfederlagerung mit dem Rahmen des Fahrzeuges verbunden ist.

Eine günstige Variante der erfindungsgemäßen Lösung der Aufga- benstellung wird nun dadurch erreicht, dass bei der mittelbar ausgeführten Lagerung des Antriebsrades mittels einer Rad- schwinge eine zum Elektroantriebssystem zugehörige Baugruppe so ausgeführt wird, dass die zur Baugruppe zugehörigen Teile E- lektromotor und Steuereinheit mechanisch mit dem ebenfalls zur Baugruppe zugehörigen Teil Radschwinge verbunden sind und dass diese Baugruppe anstelle einer herkömmlicher Radschwinge mit Kraftübertragungseinheit angeordnet wird.

Eine spezielle Ausführung der günstigen Variante der erfin- dungsgemäßen Lösung wird dadurch erreicht, dass die Radschwinge des Elektroantriebssystem so gestaltet wird, dass sie einen Hohlraum aufweist, in dem die Steuereinheit angeordnet ist.

Beispielsweise kann die Radschwinge als ein wasserdichter Rah- menträger ausgeführt werden, in dessen Hohlraum die Steuerein- heit untergebracht ist.

Eine weitere Ausführung der günstigen Variante der erfindungs- gemäßen Lösung wird dadurch erreicht, dass das Elektroantriebs- system für Zweiradfahrzeuge mit einem Hinterradantrieb dadurch ausgeführt wird, dass die Radschwinge als Hinterradschwinge aufgebaut ist.

Eine angepasste Ausführung der günstigen Varianten der erfin- dungsgemäße Lösung besteht darin, dass die Radschwinge einarmig und gekröpft ausgeführt ist. Hierbei wird die Schwingenlagerung mittig zur radialen Mittellinie des Antriebsrades an einem ge- kröpften ersten Ende der Radschwinge angeordnet.

Weiterhin ist an einem gekröpften zweiten Ende der Radschwinge der Elektromotor angeordnet, an welchem das Antriebsrad befes- tigt wird.

Ebenfalls eine angepasste Ausführung der günstigen Variante der erfindungsgemäßen Lösung ergibt sich dadurch, dass die Rad- schwinge so gekröpft ist, dass das an ihrem zweiten Ende ange- ordnete Antriebsrad mit seiner radialen Mittellinie mit der Mittellinie des gekröpften ersten Endes der Radschwinge fluch- tet.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispie- les näher erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnungsfigur zeigt eine Zusammenstellung der Bestandteile des Elektroantriebssystems 10 bei der mittelbar ausgeführten Lagerung des Antriebsrades 4 mittels einer Rad- schwinge 1.

Die Radschwinge 1 weist an seinem ersten gekröpften Ende die mittig angeordnete Schwingenlagerung 7 auf. In dem durch den gekröpften Zustand der Radschwinge schräg verlaufenden mittle- ren Teil ist die Befestigung 6 für die Zentralfederung 5 ersichtlich. In diese wird die Zentralfederung 5 aufgenommen.

Sie realisiert einerseits eine Schwingungsdämpfung. Anderer- seits realisiert sie zusammen mit der Schwingenlagerung 7 die Befestigung an dem nicht näher dargestellten Rahmen eines eben- falls nicht näher dargestellten Fahrzeuges.

Am zweiten gekröpften Ende der Radschwinge 1 ist der Stator 2 als ein Bestandteil des Motors 9 befestigt. An dem Rotor 3 wird unmittelbar das Antriebrad 4 verschraubt.

Die Steuerelektronik 8 ist im Mittelteil der Radschwinge 1 be- festigt bzw. ist direkt in die Schwinge integriert. Weiterhin ist diese Steuerelektronik 8 einerseits mit dem Stator 2 des Elektromotors 9 elektrisch verbunden.

Anderseits bestehen jeweils elektrische Verbindung der Steuer- elektronik an die außerhalb des Elektroantriebssystem 10 in- stallierten Teile wie Stromversorgung und Geschwindigkeits- stellglied, die nicht näher dargestellt sind.

Elektroantriebssystem für ein Fahrzeug Bezugszeichenliste 1 Radschwinge 2 Stator (des Elektromotors) 3 Rotor (des Elektromotors) 4 Antriebsrad 5 Zentralfederung 6 Befestigung 7 Schwingenlagerung 8 Steuerelektronik 9 Elektromotor 10 Elektroantriebssystem