DE102023001274A1

DE102023001274A1 - wheel hub drive device

Info

Publication number: DE102023001274A1
Application number: DE102023001274.2A
Authority: DE
Inventors: Fabian Schwed; Michael Schmidt; Johannes Dehn; Arthur Adam; Jessica Roosz
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2023-03-31
Filing date: 2023-03-31
Publication date: 2024-10-02
Also published as: WO2024199816A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radnabenantriebsvorrichtung (1) mit einem Radträger (5), mit einem Radlager (6), welches eine mit dem Radträger (5) drehfest verbundene erste Lagerschale (61) und eine drehbar zur ersten Lagerschale (61) angeordnete zweite Lagerschale (62) aufweist, mit einer elektrischen Maschine (3), die einen Rotor (31) und einen mit dem Radträger (5) drehfest verbundenen Stator (32) aufweist, mit einer Bremsvorrichtung (4), welche einen drehfest mit dem Radträger (5) verbundenen Bremssattel (42) und eine drehfest mit der zweiten Lagerschale (62) verbundene Bremsscheibe (41) aufweist, wobei der Bremssattel (42) radial überlappend zu dem Stator (42) und axial auf einer dem Radträger (5) abgewandten Seite des Stators(42) angeordnet ist. Dabei ist die elektrische Maschine (3) als eine Axialflussmaschine ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Radnabenantriebsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (31) eine H-Form aufweist, und dass eine Statorverbindung (11) radial außerhalb der Bremsscheibe (41) angeordnet ist.

The invention relates to a wheel hub drive device (1) with a wheel carrier (5), with a wheel bearing (6) which has a first bearing shell (61) connected to the wheel carrier (5) in a rotationally fixed manner and a second bearing shell (62) arranged rotatably relative to the first bearing shell (61), with an electric machine (3) which has a rotor (31) and a stator (32) connected to the wheel carrier (5) in a rotationally fixed manner, with a braking device (4) which has a brake caliper (42) connected to the wheel carrier (5) in a rotationally fixed manner and a brake disk (41) connected to the second bearing shell (62) in a rotationally fixed manner, wherein the brake caliper (42) is arranged radially overlapping the stator (42) and axially on a side of the stator (42) facing away from the wheel carrier (5). The electric machine (3) is designed as an axial flux machine.
The wheel hub drive device according to the invention is characterized in that the rotor (31) has an H-shape and that a stator connection (11) is arranged radially outside the brake disc (41).

Description

Die Erfindung betrifft eine Radnabenantriebsvorrichtung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Radnabenantriebsvorrichtung.The invention relates to a wheel hub drive device according to the type defined in the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with such a wheel hub drive device.

Eine im Wesentlichen gattungsgemäße Radnabenantriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug ist aus der DE 10 2009 035 176 A1 bekannt. Um eine Bremsvorrichtung, hier ein Scheibenbremssystem, und eine elektrische Maschine radial innerhalb einer Felge anordnen zu können wird es in der genannten Schrift vorgeschlagen, dass ein Stator der elektrischen Maschine in seinem Umfang eine Aussparung aufweist, in welcher ein Bremssattel des Scheibenbremssystems angeordnet ist. Der Nachteil des Aufbaus ist hier die sehr komplexe Verschachtelung der Bauelemente. Außerdem kann der Stator nicht vollständig umlaufend ausgebildet werden kann, was jedoch an sich wünschenswert wäre.A wheel hub drive device of essentially the same type for a motor vehicle is known from DE 10 2009 035 176 A1 known. In order to be able to arrange a braking device, in this case a disc brake system, and an electric machine radially inside a rim, it is proposed in the document mentioned that a stator of the electric machine has a recess in its circumference in which a brake caliper of the disc brake system is arranged. The disadvantage of the design here is the very complex nesting of the components. In addition, the stator cannot be designed to be completely circumferential, which would in itself be desirable.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, dass prinzipielle Konzept aus der DE 10 2009 035 176 A1 dahingehend weiterzubilden, dass ein einfacherer Aufbau mit einer vollständigen elektrischen Maschine möglich wird.The object of the present invention is to develop the basic concept from the DE 10 2009 035 176 A1 to further develop it so that a simpler structure with a completely electrical machine becomes possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Radnabenantriebsvorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Radnabenantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Ferner ist ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Radnabenantriebsvorrichtung angegeben, welches die Aufgabe ebenfalls löst.According to the invention, this object is achieved by a wheel hub drive device with the features in claim 1, and here in particular in the characterizing part of claim 1. Further advantageous embodiments of the wheel hub drive device according to the invention emerge from the dependent claims. Furthermore, a motor vehicle with such a wheel hub drive device is specified, which also achieves the object.

Bei der erfindungsgemäßen Radnabenantriebsvorrichtung ist es so, dass diese vergleichbar wie die Radnabenantriebsvorrichtung im gattungsgemäßen Stand der Technik einen Radträger, ein Radlager, eine elektrische Maschine sowie eine Bremsvorrichtung umfasst. Dabei ist hier der Radträger drehfest mit einer ersten Lagerschale eines Radlagers verbunden und eine drehbar zur ersten Lagerschale angeordnete zweite Lagerschale ist mit einer Bremsscheibe drehfest verbunden. Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor und einen mit dem Radträger drehfest verbundenen Stator, sie ist als Axialflussmaschine ausgebildet.In the wheel hub drive device according to the invention, it is the case that, comparable to the wheel hub drive device in the generic prior art, it comprises a wheel carrier, a wheel bearing, an electric machine and a braking device. Here, the wheel carrier is connected in a rotationally fixed manner to a first bearing shell of a wheel bearing and a second bearing shell arranged to rotate relative to the first bearing shell is connected in a rotationally fixed manner to a brake disk. The electric machine comprises a rotor and a stator connected in a rotationally fixed manner to the wheel carrier; it is designed as an axial flux machine.

Im Sinne der Erfindung sind zwei Elemente dann drehfest miteinander verbunden, wenn sie koaxial zueinander angeordnet sind, beispielsweise bezogen auf ihre Drehachse oder bezogen auf eine Rotationssymmetrieachse, und wenn sie derart miteinander verbunden sind, dass sie immer mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit drehen. Ein Element ist dann drehfest mit einem feststehenden Teil verbunden, wenn es nicht gegenüber diesem feststehenden Teil verdreht werden kann.In the sense of the invention, two elements are connected to one another in a rotationally fixed manner if they are arranged coaxially to one another, for example in relation to their axis of rotation or in relation to a rotational symmetry axis, and if they are connected to one another in such a way that they always rotate at the same angular speed. An element is connected to a fixed part in a rotationally fixed manner if it cannot be rotated relative to this fixed part.

Ferner ist der Bremssattel radial überlappend zu dem Stator der elektrischen Maschine und gleichzeitig axial auf einer dem Radträger abgewandten Seite des Stators angeordnet. Bei einem Blick von axial außen auf die Radnabenantriebsvorrichtung, bevor eine Felge montiert wird, liegt die elektrische Maschine also hinter der Bremsvorrichtung.Furthermore, the brake caliper is arranged radially overlapping the stator of the electric machine and at the same time axially on a side of the stator facing away from the wheel carrier. When looking at the wheel hub drive device from the outside axially before a rim is mounted, the electric machine is located behind the brake device.

Die Begriffe „axial“ und „radial“ beziehen sich dabei immer auf die Hauptdrehachse der Radnabenantriebsvorrichtung, also auf die Drehachse des Rotors. Diese Hauptdrehachse gibt eine axiale Richtung vor. Unter radial überlappend wird dabei verstanden, dass zwei, insbesondere im Wesentlichen rotationssymmetrische, Elemente in Bezug auf eine gemeinsame Achse radial überlappend angeordnet sind, welche zumindest jeweils teilweise in einen Bereich gleicher radialer Koordinaten, und insbesondere gleicher Winkelkoordinaten, hineinragen. Dem gleichen Verständnis folgend kann unter axial überlappend verstanden werden, dass zwei Elemente hinsichtlich einer gemeinsamen Achse immer dann axial überlappend angeordnet sind, wenn sie zumindest jeweils teilweise in einen Bereich gleicher axialer Koordinaten hineinragen.The terms "axial" and "radial" always refer to the main axis of rotation of the wheel hub drive device, i.e. the axis of rotation of the rotor. This main axis of rotation specifies an axial direction. Radially overlapping is understood to mean that two, in particular essentially rotationally symmetrical, elements are arranged radially overlapping with respect to a common axis, which at least partially each extend into an area of the same radial coordinates, and in particular the same angular coordinates. Following the same understanding, axially overlapping can be understood to mean that two elements are always arranged axially overlapping with respect to a common axis when they at least partially each extend into an area of the same axial coordinates.

Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass der Rotor der elektrischen Maschine eine H-Form aufweist. Der Rotor bzw. sein Rotorträger, also dasjenige Bauteil, das die beiden elektromagnetisch wirksamen Teile des Rotors trägt, umgreift den Stator axial von beiden Seiten. Der Rotor weist zwei, vorteilhaft tellerförmige, Teile auf, die drehfest miteinander verbunden sind und zwischen denen, hinsichtlich der axialen Richtung, der Stator angeordnet ist.According to the invention, it is now provided that the rotor of the electrical machine has an H shape. The rotor or its rotor carrier, i.e. the component that carries the two electromagnetically active parts of the rotor, surrounds the stator axially from both sides. The rotor has two, advantageously plate-shaped, parts that are connected to one another in a rotationally fixed manner and between which, with respect to the axial direction, the stator is arranged.

Ferner ist erfindungsgemäß eine Statorverbindung radial außerhalb der Bremsscheibe angeordnet. Mit der „Statorverbindung“ ist ein Abschnitt eines Statorträgers gemeint. Mittels des Statorträgers beziehungsweise mittels der Statorverbindung ist der Stator drehfest mit dem Radträger verbunden. Die Statorverbindung ist vorteilhaft derjenige Teil des Statorträgers, der axial überlappend und zugleich radial außerhalb des Stators angeordnet ist. Die Statorverbindung weist vorteilhaft eine Zylinderform auf, die koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnet ist. Die Statorverbindung hat einen größeren Durchmesser als ein maximaler Durchmesser der Bremsscheibe der Bremsvorrichtung.Furthermore, according to the invention, a stator connection is arranged radially outside the brake disk. The "stator connection" refers to a section of a stator carrier. The stator is connected to the wheel carrier in a rotationally fixed manner by means of the stator carrier or by means of the stator connection. The stator connection is advantageously that part of the stator carrier which is arranged axially overlapping and at the same time radially outside the stator. The stator connection advantageously has a cylindrical shape which is arranged coaxially to the main axis of rotation. The stator connection has a larger diameter than a maximum diameter of the brake disk of the braking device.

Ein Zylinderabschnitt eines Rotorträgers ist axial überlappend zu dem Stator und radial innerhalb des Stators angeordnet. Der Zylinderabschnitt des Rotorträgers ist koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnet und hat einen geringeren Durchmesser als ein minimaler Durchmesser des Stators. Der Zylinderabschnitt des Rotorträgers hat besonders vorteilhaft einen geringeren Durchmesser als ein minimaler Durchmesser der Bremsscheibe.A cylinder section of a rotor carrier is arranged axially overlapping the stator and radially inside the stator. The cylinder section of the The rotor carrier is arranged coaxially to the main axis of rotation and has a smaller diameter than a minimum diameter of the stator. The cylinder section of the rotor carrier particularly advantageously has a smaller diameter than a minimum diameter of the brake disc.

Der erfindungsgemäße Aufbau der Radnabenantriebsvorrichtung hat den Vorteil, dass er sich außerordentlich kompakt realisieren lässt. Gleichzeitig wird mit der axial vor der elektrischen Maschine liegenden Bremsvorrichtung ein Aufbau erreicht, bei welchem keine Verschachtelung von Bremsvorrichtung und elektrischer Maschine ineinander notwendig ist. Die Bremsvorrichtung ist bei einem demontierten Rad gut zugänglich.The design of the wheel hub drive device according to the invention has the advantage that it can be implemented in an extremely compact manner. At the same time, with the braking device located axially in front of the electric machine, a design is achieved in which no nesting of the braking device and the electric machine is necessary. The braking device is easily accessible when the wheel is dismantled.

Eine weitere sehr vorteilhafte Variante der Radnabenantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung kann es nun ferner vorsehen, dass neben den bereits beschriebenen Bauteilen eine Felge, eine Radscheibe und eine Bremsscheibenverbindung vorgesehen sind. Radscheibe und Felge sind üblicherweise einteilig ausgeführt und bilden das Rad. Über wenigstens eine Radschraube zur Befestigung der Radscheibe an der zweiten Lagerschale beziehungsweise an der an ihr ausgebildeten Radnabe kann dann sowohl die Radscheibe als auch die Bremsscheibenverbindung, als auch ein Tellerabschnitt des Rotorträgers durchdrungen werden.Another very advantageous variant of the wheel hub drive device according to the invention can now also provide that, in addition to the components already described, a rim, a wheel disc and a brake disc connection are provided. The wheel disc and rim are usually made in one piece and form the wheel. At least one wheel bolt for fastening the wheel disc to the second bearing shell or to the wheel hub formed on it can then penetrate both the wheel disc and the brake disc connection, as well as a plate section of the rotor carrier.

Besonders effizient wird die Radnabenantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung dann, wenn eine drehbar zu der ersten Lagerschale und drehbar zu der zweiten Lagerschale angeordnete dritte Lagerschale vorgesehen ist, welche axial überlappend zu und radial außerhalb der ersten Lagerschale angeordnet ist, und welche drehfest mit dem Rotor verbunden ist. Bei dieser besonders günstigen Ausgestaltung der Radnabenantriebsvorrichtung ist also zusätzlich zu dem Radlager ein Rotorlager mit vorgesehen, sodass der Rotor drehbeweglich gegenüber dem Radlager positioniert ist.The wheel hub drive device according to the invention is particularly efficient when a third bearing shell is provided which is rotatable relative to the first bearing shell and rotatable relative to the second bearing shell, which is arranged axially overlapping and radially outside the first bearing shell, and which is connected to the rotor in a rotationally fixed manner. In this particularly advantageous embodiment of the wheel hub drive device, a rotor bearing is also provided in addition to the wheel bearing, so that the rotor is positioned so that it can rotate relative to the wheel bearing.

Dieser Aufbau ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der Radnabenantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung ferner vorgesehen ist, dass eine Kupplung dazu ausgebildet ist, die dritte Lagerschale drehfest mit der zweiten Lagerschale zu verbinden. Eine solche Kupplung oder Trennkupplung kann also genutzt werden, um bei Bedarf die zweite und die dritte Lagerschale zu verbinden oder zu trennen, wobei dann auch der Rotor entsprechend mit der zweiten Lagerschale und damit der Radscheibe verbunden oder von dieser getrennt wird. Über diesen Aufbau lässt sich die elektrische Maschine also innerhalb der Radnabenantriebsvorrichtung von dem Rad abkoppeln.This structure is particularly advantageous if, according to another very favorable embodiment of the wheel hub drive device according to the invention, it is further provided that a clutch is designed to connect the third bearing shell to the second bearing shell in a rotationally fixed manner. Such a clutch or separating clutch can therefore be used to connect or separate the second and third bearing shells as required, with the rotor then also being connected to or separated from the second bearing shell and thus the wheel disk. This structure therefore allows the electric machine to be decoupled from the wheel within the wheel hub drive device.

Gemäß der angesprochenen vorteilhaften Weiterbildung unter Verwendung der Kupplung ist dabei vorgesehen, dass eine erste Kupplungshälfte und eine zweite Kupplungshälfte Teil dieser Kupplung sind, wobei eine Kupplungshälfte im Sinne der hier vorliegenden Erfindung immer als Verzahnung oder Lamellenpaket ausgebildet sein kann. Es liegt also eine formschlüssig oder reibschlüssig funktionierende Kupplung vor. Ferner ist es bei dieser Ausgestaltung der Radnabenantriebsvorrichtung nun vorgesehen, dass die Kupplungshälften axial überlappend zu dem Rotor und radial innerhalb des Stators angeordnet sind. Die Kupplung liegt also weitgehend innerhalb der elektrischen Maschine, so dass der Bereich der Bremsvorrichtung unverändert bleiben kann.According to the advantageous further development using the clutch, it is provided that a first clutch half and a second clutch half are part of this clutch, whereby a clutch half in the sense of the present invention can always be designed as a toothing or a disk pack. This means that there is a clutch that functions in a form-fitting or friction-fitting manner. Furthermore, in this design of the wheel hub drive device, it is now provided that the clutch halves are arranged axially overlapping the rotor and radially within the stator. The clutch is therefore largely located within the electric machine, so that the area of the braking device can remain unchanged.

Gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung kann es ferner vorgesehen sein, dass die Kupplungshälften radial innerhalb des Bremssattels und radial innerhalb der Bremsscheibe angeordnet sind. Bei, unabhängig davon, ob die Kupplung vorhanden ist oder nicht, unverändertem Aufbau der Bremsvorrichtung bleibt die Kupplung so durch die Bremsvorrichtung hindurch bei abmontierter Felge für eventuelle Wartungsarbeiten zugänglich.According to a very advantageous embodiment, it can also be provided that the coupling halves are arranged radially inside the brake calliper and radially inside the brake disc. If the structure of the braking device remains unchanged, regardless of whether the coupling is present or not, the coupling remains accessible through the braking device for any maintenance work when the rim is removed.

Ferner kann es vorgesehen sein, dass eine Kupplungsverbindung radial zwischen der dritten Lagerschale und der elektrischen Maschine angeordnet ist. Vorteilhaft ist die Kupplungsverbindung auch radial zwischen der dritten Lagerschalte und der Bremsvorrichtung angeordnet. Die Kupplungsverbindung verbindet die eine der Kupplungshälften drehfest mit der zweiten Lagerschale bzw. der Radnabe. Sie liegt also in dem zuvor genannten Freiraum, um die Kupplung für Wartungen erreichbar zu halten.Furthermore, it can be provided that a clutch connection is arranged radially between the third bearing shell and the electric machine. The clutch connection is also advantageously arranged radially between the third bearing shell and the braking device. The clutch connection connects one of the clutch halves in a rotationally fixed manner to the second bearing shell or the wheel hub. It is therefore located in the previously mentioned free space in order to keep the clutch accessible for maintenance.

Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der Radnabenantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung kann es nun ferner vorgesehen sein, dass eine Bremssattelverbindung, welche dazu ausgebildet ist, den Bremssattel drehfest mit dem Radträger zu verbinden, radial außerhalb des Stators und axial überlappend zu dem Stator angeordnet ist. Die Bremssattelverbindung ist also außerhalb des Stators angeordnet und verbindet den Bremssattel der Bremsvorrichtung drehfest mit dem Radträger, sodass die beim Bremsen auftretenden Bremsmomente an den Radträger weitergeleitet werden. Dieser kompakte Aufbau lässt sich gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nochmals weiter optimieren, wenn es zusätzlich vorgesehen wird, dass die Bremssattelverbindung und die Statorverbindung als ein Bauteil ausgeführt sind. Vorteilhaft weist die Bremssattelverbindung eine Zylinderform auf.According to an extremely advantageous development of the wheel hub drive device according to the invention, it can now also be provided that a brake caliper connection, which is designed to connect the brake caliper to the wheel carrier in a rotationally fixed manner, is arranged radially outside the stator and axially overlapping the stator. The brake caliper connection is therefore arranged outside the stator and connects the brake caliper of the braking device to the wheel carrier in a rotationally fixed manner, so that the braking torques occurring during braking are passed on to the wheel carrier. According to an advantageous embodiment, this compact structure can be further optimized if it is additionally provided that the brake caliper connection and the stator connection are designed as one component. The brake caliper connection advantageously has a cylindrical shape.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann es bei der Radnabenantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung außerdem vorgesehen sein, dass wenigstens eine Schraube zur Befestigung der ersten Lagerschale an dem Radträger vorgesehen ist, wobei diese sowohl einen ersten Ringabschnitt des Radträgers als auch einen zweiten Ringabschnitt der ersten Lagerhälfte durchdringt. Die erste Lagerschale des Radlagers weist also einen zweiten Ringabschnitt auf, welcher mit einem ersten Ringabschnitt des Radträgers über die wenigstens eine Schraube entsprechend verbunden ist.According to an advantageous development, the wheel hub drive device According to the invention, it can also be provided that at least one screw is provided for fastening the first bearing shell to the wheel carrier, wherein this screw penetrates both a first ring section of the wheel carrier and a second ring section of the first bearing half. The first bearing shell of the wheel bearing therefore has a second ring section, which is connected to a first ring section of the wheel carrier via the at least one screw.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Radnabenantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.Further advantageous embodiments of the wheel hub drive device according to the invention also emerge from the embodiments which are described in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Radnabenantriebsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung; und
2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Radnabenantriebsvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

The following show:

1 a schematic sectional view through a wheel hub drive device in a first embodiment according to the invention; and
2 a schematic sectional view through a wheel hub drive device in a second embodiment according to the invention.

In der Darstellung der 1 ist eine Radnabenantriebsvorrichtung 1 schematisch angedeutet. Dabei ist lediglich ein Teil ihres Aufbaus oberhalb einer Hauptdrehachse HA dargestellt. Die Radnabenantriebsvorrichtung 1 umfasst dabei eine elektrische Maschine 3, welche als Axialflussmaschine ausgebildet ist, und eine Bremsvorrichtung 4. Sie umfasst ferner einen Radträger 5 und ein Radlager 6. Das Radlager 6 weist dabei eine erste Lagerschale 61 sowie eine drehbar zu dieser ersten Lagerschale 61 angeordnete zweite Lagerschale 62, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über Wälzkörper gegeneinander abgestützt sind. Die zweite Lagerschale 62 befindet sich dabei in radialer Richtung r, bezogen auf die Hauptdrehachse HA, innerhalb der ersten Lagerschale 61. Die zweite Lagerschale 62 ist drehfest über eine Bremsscheibenverbindung 7 mit einer Bremsscheibe 41 der Bremsvorrichtung 4 verbunden. Ein die Bremsscheibe 41 von radial außen umgreifender Bremssattel 42 ist drehfest über eine Bremssattelverbindung 17 mit dem Radträger 5 verbunden. Die Bremssattelverbindung 17 überspannt also in axialer Richtung a die elektrische Maschine 3 und liegt in radialer Richtung r außerhalb derselben. Die Bremssattelverbindung 17 bildet dabei in ein und demselben Bauteil gleichzeitig eine Statorverbindung 11 aus. Diese verbindet einen Stator 32 der elektrischen Maschine 3 drehfest mit dem Radträger 5.In the presentation of the 1 a wheel hub drive device 1 is indicated schematically. Only a part of its structure above a main axis of rotation HA is shown. The wheel hub drive device 1 comprises an electric machine 3, which is designed as an axial flux machine, and a braking device 4. It also comprises a wheel carrier 5 and a wheel bearing 6. The wheel bearing 6 has a first bearing shell 61 and a second bearing shell 62 which is arranged so as to be rotatable relative to this first bearing shell 61 and which, in the exemplary embodiment shown here, are supported against one another via rolling elements. The second bearing shell 62 is located in the radial direction r, relative to the main axis of rotation HA, within the first bearing shell 61. The second bearing shell 62 is connected in a rotationally fixed manner to a brake disk 41 of the braking device 4 via a brake disk connection 7. A brake caliper 42 which encompasses the brake disk 41 from the radial outside is connected in a rotationally fixed manner to the wheel carrier 5 via a brake caliper connection 17. The brake calliper connection 17 thus spans the electric machine 3 in the axial direction a and lies outside it in the radial direction r. The brake calliper connection 17 simultaneously forms a stator connection 11 in one and the same component. This connects a stator 32 of the electric machine 3 to the wheel carrier 5 in a rotationally fixed manner.

Die zweite Lagerschale 62 bildet an ihrem in axialer Richtung a gesehenen linken Ende in der Darstellung der 1 eine Radnabe 15 aus und ist in deren Bereich mit einer Radscheibe 21 über eine angedeutete Radschraube 9 drehfest verbunden. Die Radscheibe 21 und eine Felge 2 bilden zusammen ein Rad aus. Dabei bezeichnet ein Radsitz 8 eine Fläche, an welcher die Radscheibe 21 über die Radschrauben 9 mit der Radnabe 15 verbunden ist. In diesem Fall befindet sich dabei zwischen der Radnabe 15 und der Radscheibe 21 außerdem ein Tellerabschnitt 22 eines Rotorträgers 10. Der Tellerabschnitt 22 ist drehfest mit der Radnabe 15 und damit mit der zweiten Lagerschale 62 verbunden. Die Bremscheibenverbindung 7 ist ebenfalls drehfest mit der Radnabe 15 sowie mit dem Rotorträger 10 verbunden.The second bearing shell 62 forms at its left end seen in axial direction a in the illustration of the 1 a wheel hub 15 and is connected in its area to a wheel disk 21 via an indicated wheel bolt 9. The wheel disk 21 and a rim 2 together form a wheel. A wheel seat 8 designates a surface to which the wheel disk 21 is connected to the wheel hub 15 via the wheel bolts 9. In this case, there is also a plate section 22 of a rotor carrier 10 between the wheel hub 15 and the wheel disk 21. The plate section 22 is connected in a rotationally fixed manner to the wheel hub 15 and thus to the second bearing shell 62. The brake disk connection 7 is also connected in a rotationally fixed manner to the wheel hub 15 and to the rotor carrier 10.

Der Rotorträger 10 trägt einen Rotor 31 der elektrischen Maschine 3. Dieser Rotorträger 10 ist dabei so angeordnet, dass er den Stator 32 der elektrischen Maschine 3 von radial innen umgreift. Der Rotor 31 bzw. seine beiden von dem Rotorträger 10 getragen Teile haben dabei zusammen mit dem Rotorträger 10 eine H-Form. In der Darstellung der 1, ebenso wie in der nachfolgenden Darstellung der 2, ist von dieser H-Form dabei darstellungsbedingt immer nur die oberhalb der Hauptdrehachse HA liegende Hälfte zu erkennen, sodass diese also U-förmig erscheint.The rotor carrier 10 carries a rotor 31 of the electric machine 3. This rotor carrier 10 is arranged in such a way that it surrounds the stator 32 of the electric machine 3 from the inside radially. The rotor 31 or its two parts carried by the rotor carrier 10 have an H-shape together with the rotor carrier 10. In the illustration of the 1 , as well as in the following presentation of the 2 , due to the representation, only the half of this H-shape above the main axis of rotation HA can be seen, so that it appears U-shaped.

Der Rotorträger 10 weist einen Zylinderabschnitt 16 auf, welcher axial überlappend zu dem Stator 32 angeordnet ist. Der Zylinderabschnitt 16 und der Tellerabschnitt 22 sind drehfest miteinander verbunden. Tellerabschnitt 22 und Zylinderabschnitt 16 können dabei einstückig ausgebildet sein, es wäre jedoch auch eine mehrteilige Ausführung denkbar. Der Tellerabschnitt 22 kann auch als ein unterbrochener Teller ausgebildet sein, zum Beispiel in Form von einzelnen Speichen.The rotor carrier 10 has a cylinder section 16, which is arranged axially overlapping the stator 32. The cylinder section 16 and the plate section 22 are connected to one another in a rotationally fixed manner. The plate section 22 and the cylinder section 16 can be designed as one piece, but a multi-part design would also be conceivable. The plate section 22 can also be designed as an interrupted plate, for example in the form of individual spokes.

Die Befestigung der ersten Lagerschale 61 an dem Radträger 5 kann nun vorzugsweise über eine angedeutete Schraube 12 erfolgen, sodass das Radlager 6 über diese Schraube 12 mit dem Radträger 5 verschraubt ist. Ein mit 18 bezeichneter erster Ringabschnitt des Radträgers 5 wird dazu mit einem zweiten Ringabschnitt 19, welcher Teil der ersten Lagerschale 61 ist entsprechend verschraubt.The first bearing shell 61 can now preferably be attached to the wheel carrier 5 using an indicated screw 12, so that the wheel bearing 6 is screwed to the wheel carrier 5 using this screw 12. A first ring section of the wheel carrier 5, designated 18, is screwed to a second ring section 19, which is part of the first bearing shell 61.

Dieser sehr kompakte und mit einfach zugänglichen Bauteilen, die einen geringen Grad der Verschachtelung untereinander aufweisen, ausgestaltete Aufbau der Radnabenantriebsvorrichtung 1, wie er in der Darstellung der 1 zu erkennen ist, lässt sich nun noch um eine weitere Funktionalität erweitern. Ein solcher Aufbau ist in der Darstellung der 2 zu erkennen. Der Aufbau in der 2 ist dabei, soweit er dem der 1 entspricht, mit denselben Bezugszeichen versehen und weist dieselben Funktionalitäten auf. Nachfolgend wird daher lediglich auf die Unterschiede der beiden Ausführungsvarianten der Radnabenantriebsvorrichtung 1 im Detail eingegangen.This very compact structure of the wheel hub drive device 1, which is designed with easily accessible components that have a low degree of nesting among each other, as shown in the illustration of the 1 can now be extended with further functionality. Such a structure is shown in the illustration of the 2 The structure in the 2 is there, as far as he is 1 corresponds, is provided with the same reference symbols and has the same functionalities. In the following, therefore, only The differences between the two design variants of the wheel hub drive device 1 are discussed in detail.

Ein erstes Detail, welches hier anders gestaltet ist, ist ein zusätzlich vorgesehenes Rotorlager 13, über welches der Rotor 31 mittelbar gegenüber dem Radträger 5 und damit dem Stator 32 gelagert ist. Die Lagerung des Rotors 31 wird also nicht wie bisher vom Radlager 6 mit übernommen. Dieses Rotorlager 13 steht nun über einen modifizierten Rotorträger 10 mit dem Rotor 31 in Verbindung, welcher bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Radnabenantriebsvorrichtung 1 nun nicht mehr drehfest mit der zweiten Lagerschale 62 des Radlagers 6 bzw. der Radnabe 15 verbunden ist. Vielmehr ist der Rotor 31 über den modifizierten Rotorträger 10 drehfest mit einer dritten Lagerschale 131 verbunden. Diese dritte Lagerschale 131 des Rotorlagers 13 stützt sich dabei vorzugsweise von radial außen auf der ersten Lagerschale 61 des Rotorlagers 6 über Wälzkörper ab. Die ersten Lagerschale 61 wird bei diesem Aufbau also zur mittleren Lagerschale, welche radial außen zusammen mit der dritten Lagerschale 131 das Rotorlager 13 ausbildet und welches radial innen zusammen mit der zweiten Lagerschale 62 das Radlager 6 ausbildet. Durch diese Doppelnutzung der ersten Lagerschale 61 werden Bauraum und Bauteile eingespart.A first detail, which is designed differently here, is an additionally provided rotor bearing 13, via which the rotor 31 is mounted indirectly relative to the wheel carrier 5 and thus the stator 32. The bearing of the rotor 31 is therefore not taken over by the wheel bearing 6 as before. This rotor bearing 13 is now connected to the rotor 31 via a modified rotor carrier 10, which in the embodiment of the wheel hub drive device 1 shown here is no longer connected in a rotationally fixed manner to the second bearing shell 62 of the wheel bearing 6 or the wheel hub 15. Rather, the rotor 31 is connected in a rotationally fixed manner to a third bearing shell 131 via the modified rotor carrier 10. This third bearing shell 131 of the rotor bearing 13 is preferably supported radially from the outside on the first bearing shell 61 of the rotor bearing 6 via rolling elements. In this design, the first bearing shell 61 becomes the middle bearing shell, which radially outside forms the rotor bearing 13 together with the third bearing shell 131 and which radially inside forms the wheel bearing 6 together with the second bearing shell 62. This dual use of the first bearing shell 61 saves installation space and components.

Der Rotor 31 der elektrischen Maschine 3 kann sich über das Rotorlager 13 nun frei sowohl um seinen mit dem Radträger 5 verbundenen Stator 32 als auch um die zweite Lagerschale 62 und damit um die Radnabe 15 und die Felge 2 drehen. Diese Entkopplung kann in bestimmten Fahrsituationen sinnvoll sein, um ein Mitschleppen des Rotors 31 der elektrischen Maschine 3 zu vermeiden. Um über die elektrische Maschine 3 nun jedoch Antriebs- oder Bremsleistung auf die Radscheibe 21 übertragen zu können, ist eine Kupplung bzw. Trennkupplung 14 vorgesehen. Diese Kupplung 14 umfasst zwei Kupplungshälften 141, 142. Die erste Kupplungshälfte 141 ist dabei mit der dritten Lagerschale 131 und dem Rotorträger 10 drehfest verbunden, die zweite Kupplungshälfte 142 ist mit der zweiten Lagerschale 62 bzw. der Radnabe 15 drehfest verbunden. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist außerdem eine Schaltmuffe 143 schematisch angedeutet, über welche sich die beiden Kupplungshälften 141, 142 bei Bedarf koppeln oder voneinander trennen lassen. Die beiden Kupplungshälften 141, 142 können beispielsweise eine Verzahnung oder, in einer Ausführungsform ohne Schaltmuffe 143, Lamellen aufweisen. Die Kupplung 14 kann also als formschlüssig oder reibschlüssig wirkende Kupplung 14 ausgebildet sein. Im Prinzip wäre auch eine Kombination hiervon denkbar, beispielsweise eine über Reibelemente synchronisierte Klauenkupplung.The rotor 31 of the electric machine 3 can now rotate freely via the rotor bearing 13 both around its stator 32 connected to the wheel carrier 5 and around the second bearing shell 62 and thus around the wheel hub 15 and the rim 2. This decoupling can be useful in certain driving situations in order to avoid dragging the rotor 31 of the electric machine 3. In order to be able to transmit drive or braking power to the wheel disk 21 via the electric machine 3, however, a clutch or separating clutch 14 is provided. This clutch 14 comprises two clutch halves 141, 142. The first clutch half 141 is connected in a rotationally fixed manner to the third bearing shell 131 and the rotor carrier 10, the second clutch half 142 is connected in a rotationally fixed manner to the second bearing shell 62 or the wheel hub 15. In the embodiment shown here, a shift sleeve 143 is also schematically indicated, via which the two clutch halves 141, 142 can be coupled or separated from one another as required. The two clutch halves 141, 142 can, for example, have a toothing or, in an embodiment without shift sleeve 143, plates. The clutch 14 can therefore be designed as a positive or frictional clutch 14. In principle, a combination of these would also be conceivable, for example a claw clutch synchronized via friction elements.

Um den kompakten Aufbau zu gewährleisten, liegt die Kupplung 14 mit ihren Kupplungshälften 141, 142 dabei radial innerhalb der elektrischen Maschine 3, wobei zumindest deren Rotor 31 die Kupplung 14 bezüglich der axialen Richtung a zumindest teilweise überlappt.In order to ensure the compact design, the clutch 14 with its clutch halves 141, 142 is located radially inside the electric machine 3, wherein at least its rotor 31 at least partially overlaps the clutch 14 with respect to the axial direction a.

Das Rotorlager 13 und das Radlager 6 sind dabei vorzugsweise so angeordnet, dass sie sich in axialer Richtung a teilweise, aber vorzugsweise nicht ganz, überlappen. Dabei ist das Rotorlager 13 typischerweise in axialer Richtung a kleiner ausgestaltet und im Bereich der gemeinsam genutzten ersten Lagerschale 61 verbleibt genügend Bauraum für die drehfeste Befestigung über dem zweiten Ringabschnitt 19 an dem Radträger 5. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die dritte Lagerschale 131 außerdem in axialer Richtung a so angeordnet, dass sie das Radlager 6 auf der dem Radträger 5 abgewandten Seite überragt. Genau in diesem Bereich zwischen der modifizierten Rotorverbindung 10 und dem in axialer Richtung a linken Ende des Rotorlagers 13 befindet sich nun die Kupplung 14 in dem Freiraum zwischen einem Abschnitt des modifizierten Rotorträgers 10 und der äußeren dritten Lagerschale 31. Die zweite Kupplungshälfte 142 ist dabei über eine in axialer Richtung a verlaufende Kupplungsverbindung 20 mit der Radnabe 15 und damit mit der zweiten Lagerschale 62 verbunden, wobei diese Kupplungsverbindung 20 wiederum zylindrisch als Einbauteil oder durch entsprechende Speichen oder einen zumindest partiell durchbrochenen Zylinder realisiert werden kann. Die Kupplungsverbindung 20 liegt dabei radial innerhalb der elektrischen Maschine 3 sowie der Bremsvorrichtung 4. Sie befindet sich radial außerhalb des Rotorlagers 13 bzw. der dritten Lagerschale 131.The rotor bearing 13 and the wheel bearing 6 are preferably arranged such that they partially, but preferably not completely, overlap in the axial direction a. The rotor bearing 13 is typically designed to be smaller in the axial direction a and in the area of the jointly used first bearing shell 61 there is sufficient installation space for the rotationally fixed attachment above the second ring section 19 to the wheel carrier 5. In the embodiment shown here, the third bearing shell 131 is also arranged in the axial direction a such that it projects beyond the wheel bearing 6 on the side facing away from the wheel carrier 5. The clutch 14 is now located precisely in this area between the modified rotor connection 10 and the left end of the rotor bearing 13 in the axial direction a, in the free space between a section of the modified rotor carrier 10 and the outer third bearing shell 31. The second clutch half 142 is connected to the wheel hub 15 and thus to the second bearing shell 62 via a clutch connection 20 running in the axial direction a, whereby this clutch connection 20 can in turn be realized cylindrically as a built-in part or by corresponding spokes or an at least partially perforated cylinder. The clutch connection 20 is located radially inside the electric machine 3 and the braking device 4. It is located radially outside the rotor bearing 13 or the third bearing shell 131.

Alles in allem entsteht so, mit oder ohne Kupplung 14 zum Verbinden und Trennen des Rotors 31 mit der Radscheibe 21 bzw. der Radnabe 15 ein sehr kompakter Aufbau mit einer hohen Funktionalität und einfachen Bauteilen, welche nicht über komplexe Aussparungen in zumindest einem der Bauteile miteinander verschachtelt sind.All in all, with or without a coupling 14 for connecting and separating the rotor 31 with the wheel disk 21 or the wheel hub 15, this results in a very compact structure with a high level of functionality and simple components which are not nested together via complex recesses in at least one of the components.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Radnabenantriebsvorrichtungwheel hub drive device
22: Felgerim
33: elektrische Maschineelectric machine
3131: Rotorrotor
3232: Statorstator
44: Bremsvorrichtungbraking device
4141: Bremsscheibebrake disc
4242: BremssattelBrake caliper
55: Radträgerwheel carrier
66: Radlagerwheel bearings
6161: erste Lagerschalefirst bearing shell
6262: zweite Lagerschalesecond bearing shell
77: Bremsscheibenverbindungbrake disc connection
88: Radsitzbike seat
99: Felgenschrauberim screw
1010: Rotorträgerrotor carrier
1111: Statorverbindungstator connection
1212: Schraubescrew
1313: Rotorlagerrotor bearings
131131: dritte Lagerschalethird bearing shell
1414: Kupplungcoupling
141141: erste Kupplungshälftefirst clutch half
142142: zweite Kupplungshälftesecond clutch half
143143: Schaltmuffeshift sleeve
1515: Radnabewheel hub
1616: Zylinderabschnittcylinder section
1717: Bremssattelverbindungbrake caliper connection
1818: erster Ringabschnitt (von 5)first ring section (of 5)
1919: zweiter Ringabschnitt (von 61)second ring section (of 61)
2020: Kupplungsverbindungcoupling connection
2121: Radscheibewheel disc
2222: Tellerabschnittplate section
HAHA: Hauptdrehachsemain axis of rotation
rr: radiale Richtungradial direction
aa: axiale Richtungaxial direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009035176 A1 [0002, 0003]

Claims

Wheel hub drive device (1) with a wheel carrier (5), with a wheel bearing (6) which has a first bearing shell (61) connected to the wheel carrier (5) in a rotationally fixed manner and a second bearing shell (62) arranged rotatably relative to the first bearing shell (61), with an electric machine (3) which has a rotor (31) and a stator (32) connected to the wheel carrier (5) in a rotationally fixed manner, with a braking device (4) which has a brake caliper (42) connected to the wheel carrier (5) in a rotationally fixed manner and a brake disk (41) connected to the second bearing shell (62), wherein the brake caliper (42) is arranged radially overlapping the stator (32) and axially on a side of the stator (32) facing away from the wheel carrier (5), wherein the electric machine (3) is designed as an axial flux machine, characterized in that the rotor (31) has an H-shape and that a stator connection (11) is arranged radially outside the brake disk (41) is arranged.

Wheel hub drive device (1) according to Claim 1 further characterized by a wheel disc (21), a rotor carrier (10) and a brake disc connection (7), wherein at least one wheel bolt (9) is provided for fastening the wheel disc (21) to the second bearing shell (62), which penetrates both the wheel disc (21), the brake disc connection (7), and a plate section (22) of the rotor carrier (10).

Wheel hub drive device (1) according to Claim 1 , characterized by a third bearing shell (131) which is arranged rotatably relative to the first bearing shell (61) and rotatably relative to the second bearing shell (62), which third bearing shell (131) is arranged axially overlapping the first bearing shell (61) and radially outside the first bearing shell (61), and which is connected in a rotationally fixed manner to the rotor (31).

Wheel hub drive device (1) according to claim 3 , characterized by a coupling (14) which is designed to connect the third bearing shell (131) in a rotationally fixed manner to the second bearing shell (62), and which has a first coupling half (141) and a second coupling half (142), wherein the coupling halves (141, 142) are arranged axially overlapping the rotor (31) and radially within the stator (32).

Wheel hub drive device (1) according to claim 4 , characterized in that the coupling halves (141, 142) are arranged radially inside the brake calliper (42) and radially inside the brake disc (41).

Wheel hub drive device (1) according to claim 4 or 5 , characterized in that a coupling connection (20) is arranged radially between the third bearing shell (131) and the rotor (31) of the electrical machine (3).

Wheel hub drive device (1) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that a brake caliper connection (17), which is designed to connect the brake caliper (42) in a rotationally fixed manner to the wheel carrier (5), is arranged radially outside the stator (32) and axially overlapping the stator (32).

Wheel hub drive device (1) according to claim 6 , characterized in that the brake calliper connection (17) and the stator connection (11) are designed as one component.

Wheel hub drive device (1) according to one of the Claims 1 until 8 , characterized in that at least one screw (12), for fastening the first bearing shell (61) to the wheel carrier (5), penetrates both a first ring portion (18) of the wheel carrier (5) and a second ring portion (19) of the first bearing half (61).

Motor vehicle with a wheel hub drive device (1) according to one of the Claims 1 until 9 .