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DE10218140A1 - Elektroantriebssystem für ein Fahrzeug - Google Patents

Elektroantriebssystem für ein Fahrzeug

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DE10218140A1
DE10218140A1 DE10218140A DE10218140A DE10218140A1 DE 10218140 A1 DE10218140 A1 DE 10218140A1 DE 10218140 A DE10218140 A DE 10218140A DE 10218140 A DE10218140 A DE 10218140A DE 10218140 A1 DE10218140 A1 DE 10218140A1
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DE
Germany
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electric
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rocker
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DE10218140A
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Ernst Lieb
Theodor Helmle
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Alpha Getriebebau GmbH
MBN Maschinenbaubetriebe Neugersdorf GmbH
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Alpha Getriebebau GmbH
MBN Maschinenbaubetriebe Neugersdorf GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektroantriebssystem für ein Fahrzeug, an dem ein Antriebsrad unmittelbar oder mittelbar an dem Rahmen des Fahrzeuges drehbar gelagert ist. Dieses beinhaltet eine Kraftübertragungseinheit, die aus Radachse, Radlager und Radnabe besteht, einen Elektroantrieb mit einem Elektromotor und eine Steuereinheit, die mit dem Elektromotor elektrisch leitend verbunden ist und eine Verbindung zu einer Stromversorgungseinheit und zu einem Stellglied aufweist. Die Erfindung löst die Aufgabenstellung, mit geringem technischen Aufwand und wenig Kosten herkömmliche Fahrzeuge mit energiesparenden und Lärm- und Abgas-emissionfreien Antriebssystemen auszustatten, dadurch, dass das Elektroantriebssystem mit dem enthaltenen Elektroantrieb als Elektromotor so ausgeführt wird, dass der Elektromotor die Kraftübertragungseinheit vollständig enthält, wobei sein Stator unmittelbar oder mittelbar an dem Rahmen des Fahrzeuges verbunden ist und sein Rotor, der die Radnabe repräsentiert, mit dem Antriebsrad verbunden ist, und dass die Lagerung des Rotors die Lagerung des Antriebsrades repräsentiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Elektroantriebssystem für ein Fahrzeug, an dem ein Antriebsrad unmittelbar oder mittelbar an einem Rahmen des Fahrzeuges drehbar gelagert ist. Das Elektroantriebssystem 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 verbunden ist, und eine Steuereinheit, die mit dem Elektromotor elektrisch leitend verbunden ist und eine Verbindung zu einer Stromversorgungseinheit und zu einem Stellglied aufweist.
  • Herkömmliche Antriebssysteme, die noch mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet sind, weisen den Nachteil auf, dass ihr Wirkungsgrad unzureichend und dass eine hohe Emissionen an schädlichen Abgasen und Lärm zu verzeichnen ist, was insbesondere in Ballungszentren problematisch ist.
  • Außerdem ist der verwendete fossile Treibstoff nicht zukunftsträchtig 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 Antriebssysteme 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 Antriebssysteme möglichst übersteigt oder zumindest erreicht.
  • Es ist beim Stand der Technik festzustellen, dass es für Elektroantriebssysteme noch nicht gelungen ist, die Kosten für eine Erstausrüstung oder einen Umbau der Fahrzeuge durch einen einfachen und preiswerten Austausch von Baugruppen günstig zu gestalten 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 verwiesen, in der ein Elektromotor mit hohem Wirkungsgrad beschrieben wird, der solche Drehzahlen, verbunden mit entsprechenden Drehmomenten realisiert, bei denen ein Antriebsrad direkt angetrieben werden kann, ohne dass ein Getriebe zwischen Motor und Antriebsrad geschalten werden muss.
  • Der Vorteile solcher Realisierungen, zum Beispiel, die Möglichkeit der direkten Ankopplung und der damit verbundene hohe Wirkungsgrad des Motors, sowie durch die damit ebenfalls verbundene verringerte Bauelementezahl, welche geringere Kosten und erhöhte Zuverlässigkeit bewirkt, können zum gegenwärtigen Zeitpunkt nur bei einer Erstausstattung von Neufahrzeugen eingesetzt werden, wobei dabei der Herstellungs- und Montageaufwand eine erhebliche Größe aufweist, der insbesondere bei der Zusammenschaltung der am Fahrzeug verteilten Bauelemente des Elektroantriebes 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 Antriebsystemen mit geringem Kosten- und technischen Aufwand zu Fahrzeugen mit energiesparenden und bezüglich Lärm und Abgas emmisionsfreien 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 repräsentiert, unmittelbar oder mittelbar an dem Rahmen des Fahrzeuges verbunden und anderseits ist der Rotor, an dem die Permanentmagneten angeordnet sind und der die Radnabe repräsentiert, 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 ausgeführten 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 Schwingenlagerung 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 Aufgabenstellung wird nun dadurch erreicht, dass bei der mittelbar ausgeführten Lagerung des Antriebsrades mittels einer Radschwinge eine zum Elektroantriebssystem zugehörige Baugruppe so ausgeführt wird, dass die zur Baugruppe zugehörigen Teile Elektromotor 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 erfindungsgemäßen 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 Rahmenträger ausgeführt werden, in dessen Hohlraum die Steuereinheit untergebracht ist.
  • Eine weitere Ausführung der günstigen Variante der erfindungsgemäßen Lösung wird dadurch erreicht, dass das Elektroantriebssystem für Zweiradfahrzeuge mit einem Hinterradantrieb dadurch ausgeführt wird, dass die Radschwinge als Hinterradschwinge aufgebaut ist.
  • Eine angepasste Ausführung der günstigen Varianten der erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass die Radschwinge einarmig und gekröpft ausgeführt ist. Hierbei wird die Schwingenlagerung mittig zur radialen Mittellinie des Antriebsrades an einem gekröpften ersten Ende der Radschwinge angeordnet.
  • Weiterhin ist an einem gekröpften zweiten Ende der Radschwinge der Elektromotor angeordnet, an welchem das Antriebsrad befestigt wird.
  • Ebenfalls eine angepasste Ausführung der günstigen Variante der erfindungsgemäßen Lösung ergibt sich dadurch, dass die Radschwinge so gekröpft ist, dass das an ihrem zweiten Ende angeordnete Antriebsrad mit seiner radialen Mittellinie mit der Mittellinie des gekröpften ersten Endes der Radschwinge fluchtet.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
  • Die zugehörige Zeichnungsfigur zeigt eine Zusammenstellung der Bestandteile des Elektroantriebssystems 10 bei der mittelbar ausgeführten Lagerung des Antriebsrades 4 mittels einer Radschwinge 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 mittleren Teil ist die Befestigung 6 für die Zentralfederung 5 ersichtlich. In diese wird die Zentralfederung 5 aufgenommen.
  • Sie realisiert einerseits eine Schwingungsdämpfung. Andererseits realisiert sie zusammen mit der Schwingenlagerung 7 die Befestigung an dem nicht näher dargestellten Rahmen eines ebenfalls 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 befestigt 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 Steuerelektronik an die außerhalb des Elektroantriebssystem 10 installierten Teile wie Stromversorgung und Geschwindigkeitsstellglied, die nicht näher dargestellt sind. 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

Claims (6)

1. Elektroantriebssystem für ein Fahrzeug, an dem ein Antriebsrad unmittelbar oder mittelbar an einem Rahmen des Fahrzeuges drehbar gelagert ist, wobei das Elektroantriebssystem 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 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) vollständig integriert ist, derart, dass einerseits der Stator (2), an dem elektronisch kommmutierte Wicklungen angeordnet 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) jeweils in dem ersten und/oder zweiten Lager des Elektromotors (9) gelagert wird, welches jeweils zugleich ein Lager des Antriebsrades (4) bildet.
2. Elektroantriebssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass bei der mittelbar ausgeführten Lagerung des Antriebsrades mittels einer Radschwinge eine zum Elektroantriebssystem (10) zugehörige Baugruppe so ausgeführt wird, dass die zur Baugruppe zugehörigen Teile Elektromotor (9) und Steuereinheit (8) mechanisch mit dem ebenfalls zur Baugruppe zugehörigen Teil Radschwinge (1) verbunden sind und dass diese Baugruppe anstelle einer herkömmlichen Radschwinge mit Kraftübertragungseinheit angeordnet wird.
3. Elektroantriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radschwinge (1) des Elektroantriebssystem (10) so gestaltet wird, dass sie einen Hohlraum aufweist, in dem die Steuereinheit (8) angeordnet ist.
4. Elektroantriebssystem nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch 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) angeordnet 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 Antriebsrad (4) mit seiner radialen Mittellinie mit der Mittellinie des gekröpften ersten Ende der Radschwinge (1) fluchtet.
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