DE112009001232T5

DE112009001232T5 - Radgehäuse mit integriertem Rotor für Radnabenmotor

Info

Publication number: DE112009001232T5
Application number: DE112009001232T
Authority: DE
Inventors: Curt D. Mich. Gilmore; Herbert Mich. Adams
Original assignee: American Axle and Manufacturing Inc
Current assignee: American Axle and Manufacturing Inc
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2011-06-22
Also published as: US8172020B2; KR20110014208A; WO2009140054A2; WO2009140054A3; US20110061956A1

Abstract

Fahrzeugantriebszug, umfassend: ein Rad mit einer Nabe und einer ringförmigen Felge, die an einen radial äußeren Teil der Nabe gekoppelt ist, wobei die Felge ein Paar voneinander beabstandete Dichtungsstreifen umfasst, die zum abdichtenden Berühren einander abgewandter Seitenwände eines Reifens geeignet sind; und einen Rotor, der zumindest teilweise in der Felge eingeschlossen ist.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeugantriebszüge mit elektrischen Radmotoren im Allgemeinen und im Besonderen einen Fahrzeugantriebszug mit einem Außenläufer-Elektromotor, dessen Rotor in der Felge eines Rads angeordnet ist.
Antriebszüge für Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge verwenden üblicherweise Radmotoren zum Erzeugen von Vortriebskraft. Das US-Patent Nr. 7,059,437 beschreibt einen Radmotor, bei dem der Rotor des Radmotors in den Innendurchmesser des Rads aufgenommen und an die Felge geklebt ist. Wir haben beobachtet, dass die derartige Konstruktion einer Baugruppe aus Rad und Radmotor mit verschiedenen Nachteilen behaftet ist, darunter Kosten, Gewicht und Größe.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer Form stellen die vorliegenden Lehren einen Fahrzeugantriebszug bereit, der ein Rad und einen Rotor umfasst. Das Rad hat eine Nabe und eine ringförmige Felge, die an einen radial äußeren Teil der Nabe gekoppelt ist. Die Felge umfasst ein Paar beabstandete Dichtungsstreifen, die dazu geeignet sind, einander abgewandte Seitenwände eines Reifens abdichtend zu berühren. Der Rotor ist zumindest teilweise in der Felge eingeschlossen.
In einer anderen Form stellen die vorliegenden Lehren einen Fahrzeugantriebszug mit einem Rad und einem Außenläufermotor bereit. Das Rad hat eine Nabe und eine Felge, die um die Nabe herum verläuft. Die Nabe umfasst ein Befestigungsmittel zum Befestigen des Rads an einer Spindel. Die Felge umfasst ein ringförmiges Flanschelement, das an die Nabe gekoppelt ist, und ein Paar Wandelemente, die an das Flanschelement gekoppelt sind und von diesem von der Drehachse des Rads weg nach außen verlaufen. Der Außenläufermotor hat einen Rotor, der zumindest teilweise in der Felge angeordnet ist.
In einer weiteren Form stellen die vorliegenden Lehren ein Verfahren zum Konstruieren eines Fahrzeugantriebszugs bereit. Das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Rads mit einer Nabe und einer Felge, die um die Nabe herum angeordnet ist; Koppeln eines Außenläufermotors an das Rad, wobei der Außenläufermotor einen Rotor aufweist, der wiederum zumindest teilweise in der Felge angeordnet ist; und Koppeln eines aufblasbaren Reifens an das Rad, wobei der aufblasbare Reifen ein Paar einander abgewandte Seitenwände hat, die einander abgewandte Seiten der Felge abdichtend berühren.
Weitere Anwendungsgebiete ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Es sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung und die speziellen Beispiele lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich Zwecken der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang, der gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist;
2 ist eine Schnittansicht eines Teils des Fahrzeugs der 1, die das Rad und den Radmotor ausführlicher darstellt;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils des Fahrzeugs der 1, die den Stator und die Spindel ausführlicher darstellt; und
4 ist eine schematische Darstellung eines Teils des Fahrzeugs der 1, die den Stator und den Rotor darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Unter Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen ist ein gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung konstruiertes Fahrzeug allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Fahrzeug 10 kann einen Elektroantriebszug oder einen Hybridantriebszug 12 mit einer Quelle elektrischer Energie 14, eine Steuerung 16 und eine Reihe von Radmotoren 18 zum Erzeugen von Drehkraft zum Antreiben entsprechender Fahrzeugräder 20 umfassen. Die Quelle elektrischer Energie 14 kann jede Art von Quelle elektrischer Energie sein, umfasst jedoch bei dem gezeigten Beispiel einen Batteriesatz 24, der einen Gleichstrom ausgibt, der an einen oder mehrere der Radmotoren 18 wahlweise angelegt werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass der von dem Batteriesatz 24 ausgegebene Gleichstrom den Radmotoren 18 direkt zugeführt werden könnte oder vor dem Anlegen der elektrischen Energie an die Radmotoren 18 nach Bedarf manipuliert werden könnte (z. B. in der Spannung hoch- oder heruntertransformiert werden, zum Bereitstellen elektrischer Energie über ein pulsbreitenmoduliertes Verfahren verwendet werden, in Wechselstrom umgewandelt werden). Die Steuerung 16 kann die Zufuhr elektrischer Energie von der Quelle elektrischer Energie 14 regeln, um dadurch den Betrieb der Radmotoren 18 zu steuern.
Unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 kann jeder der Radmotoren 18 eine Außenläufer-Konfiguration aufweisen, bei der der Rotor 30 des Radmotors 18 radial auswärts seines Stators 32 angeordnet ist. Der Stator 32 kann fest an eine geeignete Fahrzeugstruktur, wie z. B. eine Radspindel 40 gekoppelt sein und mit der Steuerung 16 und der Quelle elektrischer Energie 14 elektrisch gekoppelt sein. Der Stator 32 kann eine Vielzahl von Feldwicklungen 42 umfassen, die ein radial auswärts gerichtetes Magnetfeld erzeugen (d. h. die Magnetfelder sind auf den Rotor 30 gerichtet). Bei dem Rotor 30 kann es sich um jede Art von Rotor handeln, z. B. um einen Käfigrotor mit einer Vielzahl von Stäben 46, die im Wesentlichen parallel zur Drehachse 48 des Rotors 30 verlaufen können, und einem Paar ringförmiger Endelemente 50, die an die einander abgewandten Enden der Stäbe 46 gekoppelt sein können. Die Stäbe 46 können aus einem leitenden Material, wie z. B. Kupfer oder Aluminium ausgebildet sein.
Jedes Rad 20 kann eine Nabe 60 und eine Felge 62 umfassen, die an die Nabe 60 gekoppelt sein und in Umfangsrichtung um diese herum verlaufen kann. Die Nabe 60 und die Felge 62 können als separate Komponenten ausgebildet sein, die mit einander verbunden sind, oder könnten aus einem geeigneten Material, z. B. Aluminium einstückig ausgebildet sein.
Die Nabe 60 kann ein Befestigungsmittel 70 umfassen, das das feste, jedoch lösbare Koppeln des Rads 20 an eine Spindel 72 ermöglicht. Das Befestigungsmittel 70 kann ein Loch oder mehrere Löcher 74 umfassen, die durch die Nabe 60 verlaufen, um eine entsprechende Anzahl von Befestigungselementen zum Sichern der Nabe 60 an der Spindel 72 aufzunehmen. Beispielsweise kann die Spindel 72 einen Befestigungsflansch 76 umfassen, der eine Vielzahl von Gewindebolzen 78 aufweist, die von ihm abstehen; die Gewindebolzen 78 können in den Löchern 74 in der Nabe 60 aufgenommen sein, und Radmuttern 80 können verwendet werden, um die Nabe 60 fest, aber lösbar an den Befestigungsflansch 76 zu koppeln.
Die Felge 62 kann ein ringförmiges Flanschelement 90 und ein Paar Wandelemente 92 umfassen. Das Flanschelement 90 kann direkt an die Nabe 60 gekoppelt sein und in Umfangsrichtung um diese verlaufen. Die Wandelemente 92 können an das Flanschelement 90 gekoppelt sein und können von der Drehachse 48 des Rads 20 radial auswärts von diesem weg verlaufen. Die Wandelemente 92 können ein Paar beabstandete Dichtungsstreifen 94 definieren, die so konfiguriert sein können, dass sie die einander abgewandten Seitenwände 96 eines Reifens 98 abdichtend berühren. Jeder Dichtstreifen 94 kann einen ersten Teil 100, einen zweiten Teil 102 und einen dritten Teil 104 umfassen. Der erste Teil 100 kann direkt an das Flanschelement 90 gekoppelt sein und kann konzentrisch um die Drehachse 48 des Rads 20 herum angeordnet sein. Der zweite Teil 102 kann direkt an ein distales Ende des ersten Teils 100 gekoppelt sein und kann von diesem radial auswärts verlaufen. Der dritte Teil 104 kann direkt an ein distales Ende des zweiten Teils 102 gekoppelt sein und kann im Allgemeinen quer zu dem zweiten Teil 102 verlaufen. Beispielsweise kann der dritte Teil 104 im Allgemeinen konzentrisch mit dem ersten Teil 100 sein.
Der Rotor 30 kann so an dem Rad 20 befestigt sein, dass zumindest ein Teil des Rotors 30 in der Felge 62 angeordnet ist. Bei dem speziellen dargestellten Beispiel ist der Rotor 30 in der Felge 62 eingegossen oder eingeschlossen. Ein Isoliermaterial kann zwischen dem Material, das die Felge 62 bildet, und dem Rotor 30 angeordnet sein. Alternativ kann eine Einbettmasse zwischen dem Rotor 30 und der Felge 62 angeordnet sein. Die Konstruktion des Radmotors 18 auf diese Weise ermöglicht das Einbetten des Rotors 30 in eine vorhandene Fahrzeugkomponente (d. h. das Rad 20), um dadurch sowohl Gewicht als auch Zahl der Komponenten der Baugruppe zu reduzieren und auch die Größe des Rotors 30 (gegenüber einem Rotor nach dem Stand der Technik, wie er beispielsweise in US-Patent Nr. 7,059,437 offenbart ist) zu vergrößern, so dass größere Mengen Drehmoment erzeugt werden können.
Zwar wurden in der Beschreibung und in den Zeichnungen spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben und dargestellt, doch wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und äquivalente Elemente für ihre Elemente eingesetzt werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Ferner wird das Mischen und Anpassen von Merkmalen, Elementen und/oder Funktionen zwischen verschiedenen Beispielen hier ausdrücklich in Erwägung gezogen, so dass der Fachmann aus dieser Offenbarung entnimmt, dass Merkmale, Elemente und/oder Funktionen eines Beispiels nach Bedarf in ein anderes Beispiel inkorporiert werden können, soweit oben nicht anders beschrieben. Außerdem können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der vorliegenden Offenbarung anzupassen, ohne von ihrem Wesentlichen Umfang abzuweichen. Daher soll die vorliegende Offenbarung nicht als auf das speziellen Ausführungsbeispiel beschränkt gelten, das gemäß der Spezifikation und den Zeichnungen derzeit als beste Art zum Ausführen der Lehren der vorliegenden Offenbarung erachtet wird, sondern die Erfindung soll jegliche Ausführungsbeispiele einschließen, die innerhalb der vorangegangenen Beschreibung und der anhängenden Ansprüche liegen.
Zusammenfassung
Ein Fahrzeugantriebszug mit einem Rad und einem Außenläufermotor. Das Rad umfasst eine Nabe und eine Felge, die um die Nabe herum angeordnet ist. Die Felge umfasst einen Dichtungsstreifen, der so konfiguriert ist, dass er die einander abgewandten Seitenwände eines aufblasbaren Reifens abdichtend berührt. Der Außenläufermotor umfasst einen Rotor, der zumindest teilweise in der Felge angeordnet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7059437 [0002, 0017]

Claims

Fahrzeugantriebszug, umfassend: ein Rad mit einer Nabe und einer ringförmigen Felge, die an einen radial äußeren Teil der Nabe gekoppelt ist, wobei die Felge ein Paar voneinander beabstandete Dichtungsstreifen umfasst, die zum abdichtenden Berühren einander abgewandter Seitenwände eines Reifens geeignet sind; und einen Rotor, der zumindest teilweise in der Felge eingeschlossen ist.
Fahrzeugantriebszug nach Anspruch 1, bei dem der Rotor ein Käfigrotor ist.
Fahrzeugantriebszug nach Anspruch 1, bei dem jeder Dichtungsstreifen einen ersten Teil, der konzentrisch um eine Drehachse des Rads herum angeordnet ist, und einen zweiten Teil umfasst, der an ein äußeres Endes des ersten Teils gekoppelt ist, wobei der zweite Teil von der Drehachse radial auswärts verläuft.
Fahrzeugantriebszug nach Anspruch 1, bei dem jeder Dichtungsstreifen einen dritten Teil umfasst, der an ein dem ersten Teil abgewandtes Ende des zweiten Teils gekoppelt ist, wobei der dritte Teil quer zu dem zweiten Teil verläuft.
Fahrzeugantriebszug nach Anspruch 4, bei dem der dritte Teil mit dem ersten Teil konzentrisch ist.
Fahrzeugantriebszug nach Anspruch 1, bei dem die Felge einstückig aus Aluminium ausgebildet ist.
Fahrzeugantriebszug nach Anspruch 6, bei dem die Felge und die Nabe einstückig ausgebildet sind.
Fahrzeugantriebszug nach Anspruch 1, bei dem der Rotor eine Vielzahl von leitfähigen Stäben umfasst, die konzentrisch um eine Drehachse des Rads angeordnet sind, und wobei ein Isoliermaterial zwischen jedem der Stäbe und der Felge angeordnet ist.
Fahrzeugantriebszug, umfassend: ein Rad mit einer Nabe und einer Felge, die um die Nabe herum verläuft, wobei die Nabe Befestigungsmittel zum Befestigen des Rads an einer Spindel umfasst, die Felge ein ringförmiges Flanschelement, das an die Nabe gekoppelt ist, und ein Paar Wandelemente umfasst, die an das Flanschelement gekoppelt sind und von der Drehachse des Rads weg auswärts verlaufen; und einen Außenläufermotor mit einem Rotor, wobei der Rotor zumindest teilweise in der Felge angeordnet ist.
Fahrzeugantriebszug nach Anspruch 9, bei dem der Rotor zumindest teilweise in der Felge eingeschlossen ist.
Fahrzeugantriebszug nach Anspruch 9, bei dem der Rotor ein Käfigrotor ist.
Fahrzeugantriebszug nach Anspruch 9, bei dem die Felge einstückig aus Aluminium ausgebildet ist.
Fahrzeugantriebszug nach Anspruch 12, bei dem die Felge und die Nabe einstückig ausgebildet sind.
Fahrzeugantriebszug nach Anspruch 9, bei dem der Rotor eine Vielzahl von leitfähigen Stäben umfasst, die konzentrisch um eine Drehachse des Rads angeordnet sind, und wobei ein Isoliermaterial zwischen jedem der Stäbe und der Felge angeordnet ist.
Verfahren zum Konstruieren eines Fahrzeugantriebszugs, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Rads mit einer Nabe und einer Felge, die um die Nabe herum angeordnet ist; Koppeln eines Außenläufermotors an das Rad, wobei der Außenläufermotor einen Rotor umfasst, wobei der Rotor zumindest teilweise in der Felge angeordnet ist; und Koppeln eines aufblasbaren Reifens an das Rad, wobei der aufblasbare Reifen ein Paar einander abgewandte Seitenwände hat, die einander abgewandte Seiten der Felge abdichtend berühren.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem Rotor in die Felge eingebettet ist.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Rotor in die Felge eingegossen ist.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Rotor ein Käfigrotor ist.
Fahrzeugantriebszug, umfassend: ein Rad mit einer Nabe und einer ringförmigen Felge, die an einen radial äußeren Teil der Nabe gekoppelt ist, wobei die Nabe und die Felge einstückig aus Aluminium ausgebildet sind, wobei die Felge ein Paar beabstandete Dichtungsstreifen umfasst, die zum abdichtenden Berühren einander abgewandter Seitenwände eines Reifens geeignet sind, wobei jeder der Dichtungsstreifen einen ersten Teil, der konzentrisch um eine Drehachse des Rads herum angeordnet ist, einen zweiten Teil, der an ein äußeres Ende des ersten Teils gekoppelt ist und von der Drehachse radial auswärts verläuft, und einen dritten Teil umfasst, der an ein dem ersten Teil abgewandtes Ende des zweiten Teils gekoppelt ist, wobei der dritte Teil quer zu dem zweiten Teil verläuft, wobei der dritte Teil konzentrisch mit dem ersten Teil ist; und einen Käfigrotor, der zumindest teilweise in der Felge eingeschlossen ist, wobei der Käfigrotor eine Vielzahl von leitfähigen Stäben umfasst, die konzentrisch um eine Drehachse des Rads angeordnet sind, und wobei ein Isoliermaterial zwischen jedem der Stäbe und der Felge angeordnet ist.