Antriebsrad für ein Fahrzeug

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft allgemein Radnabenantriebe, insbesondere zum Antreiben von Antriebsrädern für Zweiräder.

Stand der Technik

Für elektrisch betriebene Zweiräder werden häufig sogenannte Radnabenantriebe verwendet, da diese getriebelos und kompakt im Antriebsrad des Zweirades integriert werden können. Ein solcher Radnabenantrieb ist beispielsweise aus EP 2 149 470 A1 bekannt. Ein Radnabenantrieb weist einen Innenstator und einen axial gelagerten, mit Permanentmagneten versehenen Außenrotor auf, die voneinander durch einen Luftspalt getrennt sind.

Die bereitstellbare Leistung solcher Radnabenantriebe hängt erheblich von dem Durchmesser des Luftspalts zwischen dem Innenstator und dem Außenrotor ab. Jedoch ist der Durchmesser des Luftspalts durch den Innendurchmesser der Felge, die der Radnabenantrieb antreibt, begrenzt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Antriebsrad für ein Fahrzeug, sowie ein elektrisch betreibbares Fahrzeug mit einem Antriebsrad bereit zu stellen. Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch ein Antriebsrad für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1 , sowie durch ein elektrisch betreibbares Fahrzeug mit einem Antriebsrad gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Antriebsrad für ein Fahrzeug vorgesehen, die umfasst:

eine an einer Achse des Antriebsrades festgelegte Statoranordnung; und

eine um die Statoranordnung drehbar gelagerte Rotoranordnung, eine an der Rotoranordnung angeordnete Felge; wobei eine elektromotorisch wirksame Rotor-Komponente der Rotoranordnung zumindest teilweise in einem Bereich an der Felge des Antriebsrades angeordnet ist, der außerhalb eines durch den Innendurchmesser der Felge bestimmten Bereichs liegt.

Das obige Antriebsrad stellt einen Radnabenantrieb mit einer daran angebrachten Felge dar. Eine Idee des obigen Antriebsrad ist, die elektromotorisch wirksame Rotor-Komponente, beispielsweise Permanentmagnete im Falle eines Gleichstrommotors oder Rotorwicklungen im Falle eines Drehstromasynchronmotors, mit einem möglichst großen Radius um die Achse des Antriebsrades anzuordnen. Dadurch wird die Umfangslinie des Luftspalts verlängert und das maximal bereitstellbare Drehmoment des Antriebs erhöht. Es wird vorgeschlagen, die elektromotorisch wirksame Rotor- Komponente an der Felge des Antriebsrades zumindest teilweise in einem Bereich anzuordnen, der außerhalb eines durch den Innendurchmesser der Felge bestimmten Bereichs liegt. Somit ist die elektromotorisch wirksame Rotor- Komponente bei einer kompakten Bauweise in einem maximalen Abstand von der Achse angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, zwischen einer elektromotorisch wirksamen Komponente der Stator-Anordnung und der elektromotorisch wirksamen Komponente der Rotor-Anordnung einen umfänglichen Luftspalt bereitzustellen, der sehr groß ist im Vergleich zu bekannten Anordnungen, in denen der Luftspalt einen geringeren Abstand zur Achse aufweist, insbesondere im Vergleich zu einem herkömmlichen Radnabenantrieb mit gleichem Felgendurchmesser. Auf diese Weise kann ein erhöhtes Drehmoment bereitgestellt werden, da die Leistungsfähigkeit, also das Antriebsmoment, das durch das obige Antriebsrad bewirkt werden kann, von dem Durchmesser des die Stator-Anordnung umgebenden Luftspalts bestimmt ist. Mit anderen Worten wird eine Leistungsfähigkeit des Antriebsrades durch eine Vergrößerung des Durchmessers verbessert. Gemäß einer Ausführungsform kann der Bereich sich von einer radial zur Achse weisenden Innenseite der Felge in der Felge erstrecken. Mit anderen Worten, kann der die elektromotorisch wirksame Komponente aufnehmende Bereich an einer radial nach innen weisenden Seite, entgegen der Seite angeordnet sein, an welcher ein Mantel angeordnet ist.

Es kann vorgesehen sein, dass eine elektromotorisch wirksame Stator- Komponente als ansteuerbare Wicklungsanordnung, insbesondere eine Statorwicklung mit Statorspulen, bereitgestellt ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Antriebsrad ohne Getriebe bereitgestellt ist. Mittels der ansteuerbaren Wicklungsanordnung kann über eine geeignete Ansteuerelektronik ein steuerbarer Antrieb über das Antriebsrad bereitgestellt sein.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die elektromotorisch wirksame Komponente der Rotor-Anordnung als Permanentmagnetanordnung oder als Wicklungsanordnung vorgesehen ist. Beispielsweise können am Innenumfang der Felge permanentmagnetisierte Rotorzähne vorgesehen sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die elektromotorisch wirksame Komponente der Rotor- Anordnung als Wicklungsanordnung, beispielsweise nach Art eines Käfigläuferrotors, bereitgestellt ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Felge zweiteilig mit zwei ringförmigen Felgenteilen bereitgestellt ist, so dass die elektromotorisch wirksame Komponente zwischen den Felgenteilen angeordnet ist. Somit kann es ermöglicht sein, dass die elektromotorisch wirksame Komponente der Rotor- Anordnung zwischen den Hälften der zweiteiligen Felge befestigt und bereitgestellt wird.

Die Felgenteile können jeweils einen U-förmigen Querschnitt in Umfangsrichtung aufweisen, die jeweils eine Schenkelseite aufweisen, zwischen denen die Rotor- Komponente angeordnet ist, wobei die jeweils anderen Schenkelseiten der Felgenteile zum Halten eines Mantels vorgesehen sind.

Insbesondere kann zwischen den Felgenteilen und der Rotor-Komponenten ein Dichtungsmaterial angeordnet sein.

Weiterhin kann der Bereich in radialer Richtung über die Außenumfangslinie hinausragen. Auf diese Weise kann das Volumen im Inneren des Mantels für die Rotor-Komponente genutzt werden, um so die Leistungsdichte des Antriebsrades weiter zu erhöhen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein elektrisch betreibbares Fahrzeug mit einem wie oben beschriebenen Antriebsrad bereitgestellt, wobei die Stator-Anordnung schaltbar ist, zwischen einem das Fahrzeug antreibenden Antriebsbetrieb und einem das Fahrzeug bremsenden Generatorbetrieb. Mit anderen Worten kann im Antriebsbetrieb das Antriebsrad in dem elektrisch betreibbaren Fahrzeug wie ein Antriebsrad arbeiten, indem die über die Stator- Anordnung und die Rotor-Anordnung bereitgestellten Kräfte über den an der Felge angebrachten Mantel einen Antrieb gegenüber einem Bodenbelag bereitstellen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass beim Bremsen des Fahrzeugs alternativ oder zusätzlich zu einer Reibebremse das Antriebsrad als Generator zum Laden eines mit dem Fahrzeug geführten Akkumulators dienen kann. Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsformen werden nachfolgend an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Antriebsrades in einem senkrecht zur Radachse liegenden Querschnitt;

Figur 2 einen Ausschnitt eines Rades mit einer einteiligen Felge mit einer eingelassenen elektromotorisch wirksamen Komponente des Rotors;

Figur 3 ein Rad mit einer zweiteilig ausgebildeten Felge mit einer mittig gehaltenen elektromotorisch wirksamen Rotor-Komponente des Rotors; und

Figur 4 eine einteilig gebildete Felge eines Rades mit einer eingelassenen elektromotorisch wirksamen Rotor-Komponente eines Rotors, sowie einen Ausschnitt eines Stators.

Beschreibung von Ausführungsformen

Figur 1 zeigt ein Antriebsrad in einem Querschnitt mit einer in der Zeichnungsebene liegenden Radachse 2. An der Achse 2 ist über einen Befestigungsflansch 3 eine Stator-Anordnung 4 starr befestigt. Die Stator- Anordnung 4 ist in Gestalt eines Bechers ausgeführt, mit einem, an einem Boden des Bechers angeordneten Stator-Befestigungsabschnitt 5, welcher am Flansch 3 befestigt ist, und einem einer in axialer Richtung verlaufenden Wandung des Bechers 6 entsprechenden Stator-Wirkabschnitt 6. Der Stator-Wirkabschnitt 6 dient dazu, eine elektromotorisch wirksame Stator-Komponente 7, wie z.B. eine Statorwicklung zu tragen.

Ein Lager 9 ist an der Achse 2 vorgesehen, um eine Rotor-Anordnung 12 drehbar zu lagern. Die Rotor-Anordnung 12 kann wiederum becherförmig ausgebildet sein, mit einem als Radkörper 14 ausgebildeten Boden des Bechers und einem als Rotor-Halteabschnitt 16. Der Rotor-Halteabschnitt 16 ist derart am Stator-Wirkabschnitt 6 über das Lager 9 gelagert, dass die Rotor-Anordnung 12 an der Achse 2 drehbar gelagert ist. An der Rotor-Anordnung 12 ist ferner ein Felgenbefestigungsabschnitt 18 vorgesehen, über den ein Rad 22 starr mit der Stator-Anordnung 12 befestigt ist. Das Rad 22 weist eine Felge 24 auf. Das Rad 22 weist darüber hinaus einen Mantel 26 auf, der in die Felge 24 eingelegt ist. Der Mantel 26 stellt eine Berührungsfläche für eine Kraftübertragung zwischen einem Boden und dem Antriebsrad 1 dar.

Die Felge 24 weist einen U-förmigen Querschnitt mit einer radial zur Achse weisenden Innenseite 29 auf, welche bei einem U-förmigen Querschnitt der Felge 24 dem Basisabschnitt des U-förmigen Querschnitts entspricht und der Achse 2 zugewandt ist. Mit anderen Worten ist der U-förmige Querschnitt der

Felge radial nach außen geöffnet. Ferner weist die Felge 24 den Mantel 26 haltende Seiten 30 auf. In die Innenseite 29 hineinreichend ist ein Bereich 28 vorgesehen, in dem eine elektromotorisch wirksame Rotor-Komponente 32 angeordnet ist.

Somit ist der elektromotorisch wirksamen Stator-Komponente 7 die elektromotorisch wirksame Rotor-Komponente 32 gegenüber angeordnet. Dazwischen ist ein umfänglicher Luftspalt d bereitgestellt. Die elektromotorisch wirksame Rotor-Komponente 32 der Rotor-Anordnung 12 dient der Ausbildung des Erregermagnetfeldes, welches elektromagnetisch oder permanentmagnetisch bereitgestellt werden kann.

Das gezeigte Antriebsrad 1 bildet eine elektrische Maschine, die als Außenläufermotor und / oder Außenläufergenerator ausgebildet sein kann, wobei die elektromotorisch wirksame Rotor-Komponente des Außenrotors im Wesentlichen zumindest teilweise außerhalb des durch die Innenseite 29 der Felge 24 bestimmten Innendurchmesser liegt. Durch diese Konstruktion, nämlich, dass die elektromotorisch wirksame Rotor-Komponente 32 der Rotor-Anordnung im Wesentlichen in der Felge 24 angeordnet ist, kann für das Antriebsrad 1 ein Luftspaltdurchmesser erhöht werden und das Antriebsrad 1 ein gegenüber Antriebsrädern mit geringeren Luftspaltdurchmessern erhöhtes Drehmoment abgeben.

Die Figur 2 zeigt einen Querschnitt eines Antriebsrads mit einer U-förmigen Felge 24, die an ihrer Innenseite 29 in einem Bereich 51 eine Aufnehmung für die elektromotorisch wirksame Rotor-Komponente 32 des Rotors vorsieht. Beispielsweise kann es sich bei der elektromotorisch wirksamen Komponente 32.1 des Rotors um eine Mehrzahl von Permanentmagneten handeln, die in die

Felge 24 mit radial ausgerichteten Polungsrichtungen entlang der Umfangsrichtung eingesetzt werden können. Die radial nach innen weisenden Polenden der Permanentmagnete stehen nach innen über die Innenseite 29 der Felge 24 hinaus.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform, worin die Felge 24 zweiteilig mit zwei Felgenteilen 24' ausgebildet ist. Die Felgenteile 24' sind ringförmig und jeweils mit einem etwa U-förmigen Querschnitt (quer zur Umfangsrichtung) versehen. Die axiale Breite der Felgenteile 24' kann gleich oder auch verschieden sein. Die elektromotorisch wirksame Rotor-Komponente 32 ist in dieser Ausführungsform zwischen den beiden Felgenteilen 24' gehalten, z.B. mittels Befestigungsmittel 34,36. Beispielsweise kann das Befestigungsmittel 34 als Schraube und das Befestigungsmittel 36 als Mutter ausgebildet sein. Die axiale Breiten der Felgenteile 24' und der Rotor-Komponenten 32 entsprechen im Wesentlichen der für den Mantel 26 vorgesehenen Felgenbreite.

In dieser Ausführungsform ist es denkbar, dass die elektromotorisch wirksame Rotor-Komponente 52 der Rotor-Anordnung in Gestalt eines einzelnen Werkstücks bereitgestellt wird, mit anderen Worten, bereits im Wesentlichen dem Umfang der Felge entspricht, und darauffolgend die beiden Felgenteile 24' beidseitig der elektromotorisch wirksamen Rotor-Komponente 32 angebracht werden. Zwischen der elektromotorisch wirksamen Rotor-Komponente 32 und den daran anliegenden Seiten der Felgenteile 24' kann ein Dichtungsmaterial eingebracht sein, um eine Dichtigkeit eines durch die zusammengesetzte Felge 24 und den Mantel 26 bereitzustellen, so dass auch schlauchlose Reifen vorgesehen werden können.

Figur 4 veranschaulicht einen Querschnitt durch eine Felge mit der elektromotorisch wirksamen Rotor-Komponente 32 und an einem Abschnitt 38 einer Stator-Anordnung. Die Felge 24 ist in diesem Falle wie bei der Ausführungsform der Figur 2 einstückig mit einer Aufnehmung im Bereich 53 ausgebildet, wobei die Aufnehmung derart tief in die Felge hineinragt, dass die elektromotorisch wirksame Rotor-Komponente 32 darin versinkt, so dass ein Zahn 42 eines Stators in die Aufnehmung hineinragen kann, so dass eine weitere Vergrößerung des Durchmessers des Luftspaltes dem bereitgestellt ist. Die radial nach innen weisenden Polenden der Permanentmagnete enden also vor der Innenseite 29 der Felge 24. Der Bereich 53 kann weiterhin in den Mantel 26 hineinragen, sogar über die Außenumfangslinie der außenliegenden Seiten der U-förmigen Felgenteile 24' radial nach außen.

Ein elektrisch betreibbares Fahrzeug kann mit einem der wie oben beschriebenen Fahrzeugräder angetrieben werden. Die Stator-Anordnung kann mittels einer geeigneten Treiberschaltung schaltbar sein. Beispielsweise können Statorspulen der Statorwicklung der Stator-Anordnung für einen Antriebsbetrieb geschaltet sein, ferner kann die Stator-Anordnung derart schaltbar sein, dass eine Drehbewegung des Antriebsrads durch eine Ansteuerelektronik vorgebbar ist. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Stator-Anordnung in einem Generatorbetrieb geschaltet werden kann, so dass ein Bremsvorgang bereitgestellt werden kann, der eine Rückführung der mechanischen Energie in eine elektrische Energie eines an dem elektrisch betreibbaren Fahrzeug vorgesehenen Akkumulators ermöglicht.