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EP2844508A2 - Radantriebseinheit für ein rad eines elektrisch angetriebenen fahrzeugs, fahrzeug und verfahren zum betreiben einer radantriebseinheit eines fahrzeugs - Google Patents

Radantriebseinheit für ein rad eines elektrisch angetriebenen fahrzeugs, fahrzeug und verfahren zum betreiben einer radantriebseinheit eines fahrzeugs

Info

Publication number
EP2844508A2
EP2844508A2 EP13729658.8A EP13729658A EP2844508A2 EP 2844508 A2 EP2844508 A2 EP 2844508A2 EP 13729658 A EP13729658 A EP 13729658A EP 2844508 A2 EP2844508 A2 EP 2844508A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive unit
wheel
wheel drive
vehicle
eddy current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13729658.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Bachmaier
Christian Bachmann
Dominik Bergmann
Matthias Gerlich
Andreas GÖDECKE
Guillaume Pais
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP2844508A2 publication Critical patent/EP2844508A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/28—Eddy-current braking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/2009—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed for braking
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • Wheel drive unit for a wheel of an electrically driven vehicle, vehicle and method for operating a wheel drive unit of a vehicle
  • the invention relates to a wheel drive unit for a wheel of an electrically driven vehicle, with an electric see machine for driving the wheel, which has a stator and a stator rotatably mounted on the rotor, which is connected to the wheel of the vehicle, and with an electronic control device for driving the electric machine.
  • the invention also relates to an electrically driven vehicle, namely in particular a motor vehicle, as well as a method for operating a said wheel drive unit.
  • an electrically driven vehicle namely preferably an electrically driven motor vehicle, d. H. an electric vehicle.
  • wheel drive units separately for the wheels of the motor vehicle in such an electric vehicle, which can be embodied as wheel-near drive units or else as wheel hub motors. Both variants of the wheel drive unit serve to drive a single wheel.
  • wheel drive unit can be provided for each wheel of the motor vehicle; alternatively, however, only two wheels of the motor vehicle can be equipped with one wheel drive unit, namely either the rear wheels or the front wheels.
  • a solution according to the wheel drive unit for a wheel of an electrically driven vehicle includes an electric Machine for driving the wheel, which has a stator and a rotor rotatably mounted on the stator, which is connectable to the wheel of the vehicle.
  • the wheel drive unit also includes an electronic control device for controlling the electric machine.
  • the wheel drive unit additionally has an eddy current brake, by means of which the rotor and thus also the wheel can be braked.
  • the effect according to the invention is thus achieved by integrating an eddy current brake into the wheel drive unit, by means of which the rotor of the electric machine and thereby also the wheel of the vehicle can be magnetically braked.
  • an eddy current brake With such an eddy current brake, it is possible to generate particularly high deceleration torques, without having to use an additional, mechanical disk brake or the like.
  • An eddy current brake is also a wear-free brake in which the eddy current losses are used for braking the rotor. For this purpose, only one - in particular inhomogeneous - magnetic field must be generated, due to which eddy currents are induced in the rotor or an additional disk connected to the rotor.
  • Another advantage of the wheel drive unit according to the invention is that the control of the entire braking operation of the vehicle can also be done via the electronic control device of the electric machine, so that the external or from a vehicle side Control unit transmitted braking torque default internally in the wheel drive unit either via the electromotive braking or via the eddy current brake can be implemented.
  • the eddy current brake can only be activated when the braking torques during electromotive braking are no longer sufficient to implement the external braking torque specification. It can even be provided that the electromotive braking can take place parallel to time and thus simultaneously with the braking by means of the eddy current brake.
  • the existing power electronics need only be slightly modified.
  • the eddy current brake has a disc formed of a metallic material, which is rotatably connected to the rotor and in which eddy currents are generated for braking the rotor.
  • a disk With such a disk, it is possible to generate the eddy currents on a relatively large area and thus also to provide relatively large braking torques.
  • Such a disk may extend in the radial direction perpendicular to a rotational axis of the rotor. It can be arranged and fixed on a shaft of the rotor and, in particular, can be of circular design. The arrangement of the disc perpendicular to the axis of rotation of the rotor ensures that this disc is axially accessible both from one side and from the other axial side for magnetic fields, which in turn is very favorable for the arrangement of electromagnets.
  • the eddy current brake preferably has at least one electromagnet, which is designed to generate a magnetic braking force.
  • electromagnet two different embodiments can now be provided:
  • the at least one electric magnet is a magnet of the stator of the electric machine, which is also designed to drive the rotor.
  • a magnet which is present anyway in the case of the electric machine is also used for the function of the eddy current brake, so that the use of an additional electromagnet is unnecessary.
  • the at least one electromagnet of the eddy current brake is a magnet which is separate from the electromagnet of the stator.
  • This embodiment has the advantage that the electromagnet can advantageously be placed at a small distance from said disk and the arrangement of the electromagnet is thus not limited to the drive-specific arrangement of the stator. Thus, even greater braking torques or braking forces can be generated with the eddy current brake.
  • the electromagnet may in this embodiment be arranged so that the magnetic flux generated by means of this electromagnet is perpendicular to the said disc.
  • the electromagnet can thus have two core legs, which can be arranged on the opposite sides of the disk and can both point in the axial direction of the disk, so that the electromagnet engages around the disk virtually on both sides.
  • the control device of the electrical machine is also designed to control the eddy current brake.
  • the same electronic control device - such as a microcontroller - both the electric machine and the eddy current brake can be controlled.
  • the internal control device of the wheel drive unit thus assumes two different functions, namely on the one hand the function of driving the electric machine and on the other hand, the function of driving the eddy current brake.
  • the microcontroller which can be used as a control device, thus several components can be controlled.
  • the eddy current brake is supplied or controlled via one and the same power electronics, via which the electrical Machine is supplied with electrical energy.
  • an electrical DC link can be provided, in which an electrical DC link voltage is provided to a DC link capacitor. This voltage can then serve both to supply the eddy current brake and to supply the electric machine.
  • the common power electronics include an inverter, which can provide an alternating voltage for the electrical machine from the intermediate circuit voltage. This inverter can also be used to generate an electrical AC voltage for the eddy current brake. The number of components used is thus reduced to a minimum.
  • the control device may have an interface for communication with an on-board vehicle control device.
  • the control device may then be designed to receive both drive control commands relating to the driving of the wheel and brake control commands with respect to the control of the eddy-current brake via this interface. Consequently, an already existing interface can be used in order to be able to transmit control commands relating to the control of the eddy-current brake to the control device.
  • the control device thus does not need to be reconfigured in a complex manner, but it can be used already existing control devices.
  • the electric machine is preferably a permanent magnet-excited synchronous machine.
  • the rotor can carry permanent magnets, while the stator can have a stator winding with, in particular, three phase phases.
  • the wheel drive unit is preferably a hub drive unit or a hub motor. Alternatively, it can also be used as a wheel-like drive unit.
  • the invention also relates to an electrically driven vehicle, in particular motor vehicle, with a wheel and with a wheel drive unit according to the invention, which is designed to drive the wheel.
  • the wheel is braked exclusively by means of the wheel drive unit, and in particular exclusively by means of the eddy current brake and / or electric motor. It is therefore unnecessary to use a mechanical brake with the associated disadvantages in terms of wear, space and cost.
  • An inventive method is used to operate a
  • Wheel drive unit of an electrically driven vehicle wherein by means of an electric machine of the wheel drive unit, a wheel of the vehicle is driven and the electric machine has a stator and a stator rotatably mounted on the rotor, which is connected to the wheel, and wherein by means of an electronic control device Wheel drive unit, the electric machine is controlled.
  • an eddy current brake of the wheel drive unit of the rotor By means of an eddy current brake of the wheel drive unit of the rotor and thus the wheel of the vehicle is braked.
  • vehicle 1 is in the embodiment, an electrically powered vehicle, namely in particular a passenger car.
  • vehicle 1 is known to have four wheels on, namely two front wheels 2 and two rear wheels 3.
  • a separate wheel drive unit 4 is provided for each wheel 2,3, which so well for driving and for braking the respective wheel. 2 , 3 is formed.
  • the wheel drive units 4 can, for. B. wheel hub motors Alternatively, the wheel drive units 4 so-called rad be near motors, which are not directly in the hub, but at a small distance to the respective wheel 2, 3 angeord net.
  • the wheel drive units 4 each have an electric machine 5, which is formed in the embodiment as a permanent magnet synchronous machine or as a so-called brushless DC motor.
  • the electric machine 5 is known to have a rotor which is rotatably connected to the respective wheel 2, 3, and a stator, on which the rotor is rotatably mounted. While the rotor carries permanent magnets, the stator has an electrical stator winding which may comprise, for example, three phase strings. The number of phase strands is only mentioned here by way of example, and the stator winding can also be a Have number of phase strands, namely, for example, two or four.
  • the stator winding is electrically coupled to a power electronics 6, which may have, for example, an inverter or inverter. This inverter sets an intermediate DC voltage to provide an electrical AC voltage for each phase strand of the stator winding.
  • the power electronics 6 is controlled by means of an electronic control device 7, which may be provided for example as a microcontroller or the like.
  • control device 7 controls the electric machine 5. This control takes place via the power electronics 6.
  • the power electronics 6 may be connected to a vehicle battery not shown in detail in the figure, which can serve to supply all wheel drive units 4 in total.
  • the wheel drive units 4 also each have an eddy current brake 8, which serves to decelerate the respective wheel 2, 3.
  • These eddy current brakes 8 can each have a metallic disc, which is connected to the rotor of the electric machine 5 and extends in the radial direction perpendicular to the axis of rotation of the respective rotor.
  • the eddy current brake 8 additionally includes one or more electromagnets, which are designed to generate a magnetic field and thus to induce eddy currents in the respective disc.
  • Each eddy current brake 8 thus has a metallic disc on the one hand and at least one electromagnet on the other hand, which is in magnetic operative connection with the disc, so that eddy currents induced in the disc and thus the rotor is braked.
  • each wheel drive unit 4 may have such an eddy current brake 8, but may alternatively be provided that, for example, only the have front or only the rear wheel drive units each having such an eddy current brake 8.
  • the respective control device 7 serves both to control the respective electric machine 5 and to control the eddy current brake 8.
  • the respective eddy current brake 8 is also supplied with electrical energy via the associated power electronics 6. Thus, no additional control units or additional power components need to be used.
  • the respective electromagnet of the eddy current brake can namely be supplied via the power electronics 6.
  • the control devices 7 also each have one
  • the control devices 7 via which the control devices 7 are electrically connected to a vehicle control unit 10. From the vehicle control unit 10, the control devices 7 control commands regarding the control of the electric machine 5 and the control of the eddy current brake 8 received.
  • the vehicle control unit 10 can thus transmit to the control devices 7 on the one hand drive control commands, which are based on the control of the electric machine 5 and thus on the driving of the respective wheel 2, 3.
  • the vehicle control unit 10 can also transmit to the control devices 7 brake control commands relating to the braking of the respective wheel 2, 3.
  • These brake control commands may include a braking torque command, which must be implemented at the respective wheel 2, 3.
  • This braking torque specification can implement the respective control device 7 by means of the eddy current brake 8 and / or electromotively. In this case, the eddy current brake 8 can be switched on only when the electromotive braking alone is no longer sufficient to implement the required braking torque specification of the vehicle control unit 10.
  • an eddy current brake 8 for this purpose, a corresponding metal disc is integrated on the rotor of the electric machine 5, which is braked by a magnetic field according to the eddy current principle.
  • the corresponding magnetic field can be generated by means of electromagnets integrated in the stator of the electric machine 5.
  • These electromagnets can be operated by means of the already existing power electronics 6.
  • the electromagnets can be provided that these are those electromagnets, which are always present in the electric machine 5 and which are formed by said stator winding. Alternatively, however, in each case at least one separate electromagnet can be used, which is used exclusively for the respective eddy current brake 8.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radantriebseinheit (4) für ein Rad (2, 3) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (1), mit einer elektrischen Maschine (5) zum Antreiben des Rades (2, 3), welche einen Stator und einen am Stator drehbar gelagerten Rotor aufweist, der mit dem Rad (2, 3) des Fahrzeugs (1) verbindbar ist, und mit einer elektronischen Steuereinrichtung (7) zum Ansteuern der elektrischen Maschine (5), wobei die Radantriebseinheit (4) eine Wirbelstrombremse (8) aufweist, mittels welcher der Rotor bremsbar ist.

Description

Beschreibung
Radantriebseinheit für ein Rad eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Radantriebseinheit eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Radantriebseinheit für ein Rad eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, mit einer elektri- sehen Maschine zum Antreiben des Rades, welche einen Stator und einen am Stator drehbar gelagerten Rotor aufweist, der mit dem Rad des Fahrzeugs verbunden wird, und mit einer elektronischen Steuereinrichtung zum Ansteuern der elektrischen Maschine. Die Erfindung betrifft außerdem ein elekt- risch angetriebenes Fahrzeug, nämlich insbesondere ein Kraftfahrzeug, wie auch ein Verfahren zum Betreiben einer genannten Radantriebseinheit.
Das Interesse gilt vorliegend einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, nämlich vorzugsweise einem elektrisch angetriebenem Kraftfahrzeug, d. h. einem Elektrofahrzeug . Es ist bereits Stand der Technik, bei einem solchen Elektrofahrzeug Radantriebseinheiten separat für die Räder des Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welche als radnahe Antriebseinheiten oder aber als Radnabenmotoren ausgeführt sein können. Beide Varianten der Radantriebseinheit dienen zum Antreiben eines einzelnen Rades. So kann für jedes Rad des Kraftfahrzeugs jeweils eine solche Radantriebseinheit vorgesehen sein; alternativ können jedoch nur zwei Räder des Kraftfahrzeugs mit jeweils einer Radantriebseinheit ausgestattet werden, nämlich entweder die hinteren Räder oder aber die vorderen Räder.
Werden für die Räder des Kraftfahrzeugs separate Radantriebseinheiten eingesetzt, so ergeben sich insbesondere Vorteile bezüglich der Fahrsicherheit, der Fahrleistung, wie auch der Effizienz. Außerdem ist es möglich, einen Großteil der Energie beim Abbremsen des Fahrzeugs zurück zu gewinnen, was durch elektromotorisches Bremsen der elektrischen Maschinen möglich ist. Das Zurückgewinnen der Energie wird auch als „Rekuperation" bezeichnet. Hierbei wird die kinetische Energie des jeweiligen Rades bzw. die Bremsenergie in elektrische Energie umgewandelt, welche wiederum in einen elektrischen Energiespeicher gespeist und zum Aufladen des Speichers genutzt werden kann. Im Stand der Technik ist das elektromotorische Bremsen der Räder jedoch nicht ausreichend, um die gesetzlich geforderten Verzögerungswerte erreichen zu können. Hierzu müssten die elektrischen Maschinen und somit die gesamten Radantriebseinheiten um ein Vielfaches (ca. um Faktor 5) überdimensioniert werden, was jedoch hinsichtlich des zur Verfügung stehenden Bauraums, des Gewichts und auch der Kosten nicht oder aber nur mit einem sehr großen Aufwand möglich wäre. Um die gesetzlich geforderten Verzögerungswerte erreichen zu können, wird deshalb im Stand der Technik zusätzlich noch eine herkömmliche, mechanische Bremse eingesetzt, nämlich in der Regel bei den Rädern der vorderen Achse. Eine solche Bremse ist üblicherweise als Scheibenbremse mit einem hydraulischen Bremskreis ausgebildet. Eine besondere Herausforderung besteht somit darin, die geforderten Verzögerungswerte ausschließlich mithilfe der eingesetzten Radantriebseinheiten erreichen zu können, ohne dass eine zusätzliche mechanische Bremse eingesetzt werden muss.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einer Radantriebseinheit der eingangs genannten Gattung die Verzögerungskraft im Vergleich zum Stand der Technik verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Radantriebseinheit, durch ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wie auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figur.
Eine lösungsgemäße Radantriebseinheit für ein Rad eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs umfasst eine elektrische Maschine zum Antreiben des Rades, welche einen Stator und einen am Stator drehbar gelagerten Rotor aufweist, der mit dem Rad des Fahrzeugs verbindbar ist. Die Radantriebseinheit um- fasst auch eine elektronische Steuereinrichtung zum Ansteuern der elektrischen Maschine. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Radantriebseinheit zusätzlich noch eine Wirbelstrombremse aufweist, mittels welcher der Rotor und somit auch das Rad gebremst werden können.
Der erfindungsgemäße Effekt wird somit dadurch erzielt, dass in die Radantriebseinheit eine Wirbelstrombremse integriert wird, mittels welcher der Rotor der elektrischen Maschine und hierdurch auch das Rad des Fahrzeugs magnetisch gebremst werden können. Mit einer solchen Wirbelstrombremse gelingt es, besonders hohe Verzögerungsmomente zu erzeugen, und zwar ohne dass eine zusätzliche, mechanische Scheibenbremse oder dergleichen eingesetzt werden muss. Eine Wirbelstrombremse ist außerdem eine verschleißfreie Bremse, bei welcher zur Bremsung des Rotors die Wirbelstromverluste genutzt werden. Dazu muss lediglich ein - insbesondere inhomogenes - Magnetfeld erzeugt werden, aufgrund dessen Wirbelströme in dem Rotor oder aber einer zusätzlichen, mit dem Rotor verbundenen Scheibe induziert werden. Bei dem Rad des Fahrzeugs - und insbesondere bei allen Rädern des Fahrzeugs - braucht somit keine zusätzliche, mechanische Bremse eingesetzt zu werden, sodass insgesamt sich der Einsatz einer solchen Bremse mit dem zugehörigen hydraulischen Bremssystem und den damit verbundenen Nachteilen erübrigt. So sind folglich auch keine zusätzlichen elektrischen Nebenverbraucher (wie beispielsweise eine Pumpe) erforderlich, weil die Wirbelstrombremse über die bereits vorhandene Leistungselektronik der elektrischen Maschine mit Energie versorgt werden kann. Im Vergleich zu mechanischen Bremssystemen ist die Wirbelstrombremse außerdem komplett verschleißfrei. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Radantriebseinheit besteht darin, dass die Steuerung des gesamten Bremsvorgangs des Fahrzeugs auch über die elektronische Steuereinrichtung des elektrischen Maschine erfolgen kann, sodass die externe bzw. von einem fahrzeugseitigen Steuergerät übermittelte Bremsmomentenvorgabe intern in der Radantriebseinheit entweder über das elektromotorische Bremsen oder aber über die Wirbelstrombremse umgesetzt werden kann. So kann beispielsweise die Wirbelstrombremse erst dann angesteuert werden, wenn die Bremsmomente beim elektromotorischen Bremsen nicht mehr ausreichend sind, um die externe Bremsmomentenvorgabe umsetzen zu können. Es kann sogar vorgesehen sein, dass das elektromotorische Bremsen zeitparallel und somit gleichzeitig mit dem Bremsen mittels der Wirbelstrombremse erfolgen kann. Zu diesem Zwecke braucht die bereits bestehende Leistungselektronik nur geringfügig modifiziert zu werden.
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Wirbelstrombremse eine aus einem metallischen Material gebildete Scheibe aufweist, welche mit dem Rotor drehfest verbunden ist und in welcher Wirbelströme zum Bremsen des Rotors erzeugt werden. Mit einer solchen Scheibe ist es möglich, die Wirbelströme an einer relativ großen Fläche zu erzeugen und somit auch relativ große Bremsmomente bereitzustellen. Eine solche Scheibe kann sich in radialer Richtung senkrecht zu einer Drehachse des Rotors erstrecken. Sie kann an einer Welle des Rotors angeordnet und fixiert sein und insbesondere kreisförmig ausgebildet sein. Die Anordnung der Scheibe senkrecht zur Drehachse des Rotors sorgt dafür, dass diese Scheibe axial sowohl von der einen Seite als auch von der anderen axialen Seite für Magnetfelder zugänglich ist, was wiederum sehr günstig für die Anordnung von Elektromagneten ist.
Die Wirbelstrombremse weist vorzugsweise zumindest einen Elektromagneten auf, der zum Erzeugen einer magnetischen Bremskraft ausgebildet ist. Hinsichtlich des Elektromagneten können nun zwei verschiedene Ausführungsformen vorgesehen sein :
Zum einen kann vorgesehen sein, dass der zumindest ein Elekt- romagnet ein Magnet des Stators der elektrischen Maschine ist, welcher auch zum Antreiben des Rotors ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform wird also ein bei der elektrischen Maschine ohnehin vorhandener Magnet auch für die Funktion der Wirbelstrombremse verwendet, sodass sich der Einsatz eines zusätzlichen Elektromagneten erübrigt.
Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der zumindest eine Elektromagnet der Wirbelstrombremse ein vom Elektromagneten des Stators separater Magnet ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Elektromagnet vorteilhaft in einem geringen Abstand zu der genannten Scheibe platziert werden kann und die Anordnung des Elektromagneten somit nicht auf die antriebsspezifische Anordnung des Stators beschränkt ist. Somit können noch größere Bremsmomente bzw. Bremskräfte mit der Wirbelstrombremse erzeugt werden. Der Elektromagnet kann bei dieser Ausführungsform so angeordnet sein, dass der mittels dieses Elektromagneten erzeugte magnetische Fluss senkrecht zu der genannten Scheibe verläuft. Der Elektromagnet kann folglich zwei Kernschenkel aufweisen, welche auf den gegenüberliegenden Seiten der Scheibe angeordnet sein und beide in axialer Richtung zur Scheibe weisen können, so dass der Elektromagnet die Scheibe quasi beidseitig umgreift.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung der elektrischen Maschine auch dazu ausgebildet, die Wirbelstrombremse anzusteuern. Dies bedeutet, dass mithilfe ein und derselben elektronischen Steuereinrichtung - etwa eines MikroControllers - sowohl die elektrische Maschine als auch die Wirbelstrombremse angesteuert werden können. Die interne Steuereinrichtung der Radantriebseinheit übernimmt somit zwei verschiedene Funktionen, nämlich einerseits die Funktion der Ansteuerung der elektrischen Maschine und andererseits auch die Funktion der Ansteuerung der Wirbelstrombremse. Mit ein und demselben Mik- rocontroller, welcher als Steuereinrichtung eingesetzt werden kann, können somit mehrere Komponenten angesteuert werden.
Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Wirbelstrombremse über ein und dieselbe Leistungselektronik versorgt bzw. angesteuert wird, über welche auch die elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgt wird. Bei der Leistungselektronik kann ein elektrischer Zwischenkreis bereitgestellt sein, in welchem eine elektrische Zwischenkreis- spannung an einem Zwischenkreiskondensator bereitgestellt wird. Diese Spannung kann dann sowohl zur Versorgung der Wirbelstrombremse als auch zur Versorgung der elektrischen Maschine dienen. Beispielsweise beinhaltet die gemeinsame Leistungselektronik einen Wechselrichter, welcher aus der Zwi- schenkreisspannung eine Wechselspannung für die elektrische Maschine bereitstellen kann. Dieser Wechselrichter kann auch dazu genutzt werden, eine elektrische Wechselspannung auch für die Wirbelstrombremse zu erzeugen. Die Anzahl der verwendeten Komponenten ist somit auf ein Minimum reduziert.
Die Steuereinrichtung kann eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einem fahrzeugeigenen Fahrzeugsteuergerät aufweisen Die Steuereinrichtung kann dann dazu ausgelegt sein, über diese Schnittstelle sowohl Antriebssteuerbefehle bezüglich des Antreibens des Rades als auch Bremssteuerbefehle bezüglich der Ansteuerung der Wirbelstrombremse zu empfangen. Es kann folglich eine ohnehin bereits vorhandene Schnittstelle genutzt werden, um Steuerbefehle bezüglich der Ansteuerung der Wirbelstrombremse an die Steuereinrichtung übertragen zu können. Die Steuereinrichtung braucht somit nicht in aufwendiger Weise umgestaltet zu werden, sondern es können bereits vorhandene Steuereinrichtungen eingesetzt werden.
Bevorzugt ist die elektrische Maschine eine permanentmagnet- erregte Synchronmaschine. Bei einer solchen Maschine kann der Rotor Permanentmagnete tragen, während der Stator eine Sta- torwicklung mit insbesondere drei Phasensträngen aufweisen kann .
Die Radantriebseinheit ist bevorzugt eine Nabenantriebsein- heit bzw. ein Nabenmotor. Alternativ kann sie auch als radna- he Antriebseinheit eingesetzt werden. Die Erfindung betrifft auch ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Rad und mit einer erfindungsgemäßen Radantriebseinheit, welche zum Antreiben des Rades ausgebildet ist.
Bei dem Fahrzeug kann vorgesehen sein, dass unter Verzicht auf eine von der Radantriebseinheit separate mechanische Bremse das Rad ausschließlich mittels der Radantriebseinheit bremsbar ist, und insbesondere ausschließlich mittels der Wirbelstrombremse und/oder elektromotorisch. Es erübrigt sich daher der Einsatz einer mechanischen Bremse mit den damit verbundenen Nachteilen hinsichtlich des Verschleißes, des Bauraums und der Kosten. Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer
Radantriebseinheit eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, wobei mittels einer elektrischen Maschine der Radantriebseinheit ein Rad des Fahrzeugs angetrieben wird und die elektrische Maschine einen Stator und einen am Stator drehbar gela- gerten Rotor aufweist, der mit dem Rad verbunden ist, und wobei mittels einer elektronischen Steuereinrichtung der Radantriebseinheit die elektrische Maschine angesteuert wird. Mittels einer Wirbelstrombremse der Radantriebseinheit wird der Rotor und somit das Rad des Fahrzeugs gebremst.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Radantriebseinheit vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Fahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genann- ten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und
Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar. Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Dabei veranschaulicht die einzige Figur in schematischer Darstellung ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ein in der Figur in schematischer und höchst abstrakter Darstellung gezeigtes Fahrzeug 1 ist im Ausführungsbeispiel ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, nämlich insbesondere ein Personenkraftwagen. Das Fahrzeug 1 weist bekanntlich vier Rä der auf, nämlich zwei vordere Räder 2 sowie zwei hintere Räder 3. Im Ausführungsbeispiel ist zu jedem Rad 2,3 jeweils eine separate Radantriebseinheit 4 bereitgestellt, welche so wohl zum Antreiben als auch zum Abbremsen des jeweiligen Rades 2, 3 ausgebildet ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass lediglich den vorderen Rädern 2 oder aber den hin teren Rädern 3 jeweils eine solche Radantriebseinheit 4 zuge ordnet ist, sodass insgesamt ausschließlich zwei solche Einheiten vorgesehen sind.
Die Radantriebseinheiten 4 können z. B. Radnabenmotoren sein Alternativ können die Radantriebseinheiten 4 so genannte rad nahe Motoren sein, welche nicht direkt in der Nabe, sondern in einem geringen Abstand zu dem jeweiligen Rad 2, 3 angeord net sind.
Die Radantriebseinheiten 4 weisen jeweils eine elektrische Maschine 5 auf, welche im Ausführungsbeispiel als permanentmagneterregte Synchronmaschine bzw. als so genannter bürsten loser Gleichstrommotor ausgebildet ist. Die elektrische Maschine 5 hat bekanntlich einen Rotor, der mit dem jeweiligen Rad 2, 3 drehfest verbunden ist, sowie einen Stator, an welchem der Rotor drehbar gelagert ist. Während der Rotor Perma nentmagnete trägt, weist der Stator eine elektrische Statorwicklung auf, die beispielsweise drei Phasenstränge umfassen kann. Die Anzahl der Phasenstränge ist hier lediglich beispielhaft genannt, und die Statorwicklung kann auch eine an- dere Anzahl von Phasensträngen aufweisen, nämlich beispielsweise zwei oder vier. Die Statorwicklung ist mit einer Leistungselektronik 6 elektrisch gekoppelt, welche beispielsweise einen Wechselrichter bzw. Inverter aufweisen kann. Diese In- verter stellt aus einer Zwischenkreisgleichspannung eine elektrische Wechselspannung für jeden Phasenstrang der Statorwicklung bereit. Die Leistungselektronik 6 wird mithilfe einer elektronischen Steuereinrichtung 7 angesteuert, die beispielsweise als Mikrocontroller oder dergleichen bereitgestellt sein kann.
Also steuert die Steuereinrichtung 7 die elektrische Maschine 5 an. Diese Steuerung erfolgt über die Leistungselektronik 6. Die Leistungselektronik 6 kann mit einer in der Figur nicht näher dargestellten Fahrzeugbatterie verbunden sein, welche insgesamt zur Versorgung aller Radantriebseinheiten 4 dienen kann .
Die Radantriebseinheiten 4 weisen außerdem jeweils eine Wirbelstrombremse 8 auf, welche zum Abbremsen des jeweiligen Rades 2, 3 dient. Diese Wirbelstrombremsen 8 können jeweils eine metallische Scheibe aufweisen, welche mit dem Rotor der elektrischen Maschine 5 verbunden ist und sich in radialer Richtung senkrecht zur Drehachse des jeweiligen Rotors erstreckt. Die Wirbelstrombremse 8 beinhaltet zusätzlich auch einen oder mehrere Elektromagnete, welche zum Erzeugen eines magnetischen Feldes und somit zum Induzieren von Wirbelströmen in der jeweiligen Scheibe ausgebildet sind. Jede Wirbelstrombremse 8 hat also eine metallische Scheibe einerseits und mindestens einen Elektromagneten andererseits, der mit der Scheibe in magnetischer Wirkverbindung steht, sodass Wirbelströme in der Scheibe induziert und somit der Rotor abgebremst wird.
Zwar ist in der Figur gezeigt, dass jede Radantriebseinheit 4 eine solche Wirbelstrombremse 8 aufweisen kann, jedoch kann alternativ auch vorgesehen sein, dass beispielsweise nur die vorderen oder aber nur die hinteren Radantriebseinheiten jeweils eine solche Wirbelstrombremse 8 aufweisen.
Die jeweilige Steuereinrichtung 7 dient sowohl zur Ansteue- rung der jeweiligen elektrischen Maschine 5 als auch zur An- steuerung der Wirbelstrombremse 8. Die jeweilige Wirbelstrombremse 8 wird außerdem über die zugehörige Leistungselektronik 6 mit elektrischer Energie versorgt. Es brauchen somit keine zusätzlichen Steuereinheiten sowie keine zusätzlichen Leistungskomponenten eingesetzt zu werden. Der jeweilige Elektromagnet der Wirbelstrombremse kann nämlich über die Leistungselektronik 6 versorgt werden.
Die Steuereinrichtungen 7 weisen außerdem jeweils eine
Schnittstelle 9 auf, über welche die Steuereinrichtungen 7 mit einem Fahrzeugsteuergerät 10 elektrisch verbunden sind. Von dem Fahrzeugsteuergerät 10 können die Steuereinrichtungen 7 Steuerbefehle bezüglich der Ansteuerung der elektrischen Maschine 5 sowie der Ansteuerung der Wirbelstrombremse 8 empfangen. Das Fahrzeugsteuergerät 10 kann somit an die Steuereinrichtungen 7 einerseits Antriebssteuerbefehle übermitteln, welche auf die Ansteuerung der elektrischen Maschine 5 und somit auf das Antreiben des jeweiligen Rades 2, 3 bezogen sind. Andererseits kann das Fahrzeugsteuergerät 10 an die Steuereinrichtungen 7 auch Bremssteuerbefehle bezüglich des Bremsens des jeweiligen Rades 2, 3 übermitteln. Diese Bremssteuerbefehle können eine Bremsmomentenvorgabe beinhalten, welche bei dem jeweiligen Rad 2, 3 umgesetzt werden muss. Diese Bremsmomentenvorgabe kann die jeweilige Steuereinrichtung 7 mithilfe der Wirbelstrombremse 8 und/oder elektromotorisch umsetzen. Dabei kann die Wirbelstrombremse 8 erst dann zugeschaltet werden, wenn das elektromotorische Abbremsen alleine nicht mehr ausreicht, um die geforderte Bremsmomentenvorgabe des Fahrzeugsteuergeräts 10 umzusetzen.
Um die gesetzlich geforderten Verzögerungswerte zu erreichen, ohne die Radantriebseinheiten 4 überdimensionieren zu müssen und ohne eine mechanische Bremse einsetzen zu müssen, wird also in die jeweilige Radantriebseinheit 4 eine Wirbelstrombremse 8 integriert. Dazu wird eine entsprechende Metallscheibe auf dem Rotor der elektrischen Maschine 5 integriert, welche über ein Magnetfeld nach dem Wirbelstromprinzip abgebremst wird. Das entsprechende Magnetfeld kann hierbei mit- hilfe von im Stator der elektrischen Maschine 5 integrierten Elektromagneten erzeugt werden. Diese Elektromagnete können dabei mittels der bereits vorhandenen Leistungselektronik 6 betrieben werden. Hinsichtlich der Elektromagnete kann vorgesehen ein, dass diese diejenigen Elektromagnete sind, die ohnehin bei der elektrischen Maschine 5 immer vorhanden sind und welche durch die genannte Statorwicklung gebildet werden. Alternativ kann jedoch auch jeweils zumindest ein separater Elektromagnet eingesetzt werden, welcher ausschließlich für die jeweilige Wirbelstrombremse 8 verwendet wird.

Claims

Patentansprüche
1. Radantriebseinheit (4) für ein Rad (2, 3) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (1), mit einer elektrischen Maschine (5) zum Antreiben des Rades (2, 3), welche einen Stator und einen am Stator drehbar gelagerten Rotor aufweist, der mit dem Rad (2, 3) des Fahrzeugs (1) verbindbar ist, und mit einer elektronischen Steuereinrichtung (7) zum Ansteuern der elektrischen Maschine (5),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Radantriebseinheit (4) eine Wirbelstrombremse (8) aufweist, mittels welcher der Rotor bremsbar ist.
2. Radantriebseinheit (4) nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Wirbelstrombremse (8) eine aus einem metallischen Material gebildete Scheibe aufweist, welche mit dem Rotor drehfest verbunden ist und in welcher Wirbelströme zum Bremsen des Rotors erzeugbar sind.
3. Radantriebseinheit (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Scheibe in radialer Richtung senkrecht zu einer Drehachse des Rotors erstreckt.
4. Radantriebseinheit (4) nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstrombremse
(8) zumindest einen Elektromagneten zum Erzeugen einer magnetischen Bremskraft aufweist.
5. Radantriebseinheit (4) nach Anspruch 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass der zumindest eine Elektromagnet ein Magnet des Stators ist, welcher zum Antreiben des Rotors ausgebildet ist .
6. Radantriebseinheit (4) nach Anspruch 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass der zumindest eine Elektromagnet ein von
Elektromagneten des Stators separater Magnet ist.
7. Radantriebseinheit (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) auch zum Ansteuern der Wirbelstrombremse (8) ausgebildet ist .
8. Radantriebseinheit (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrischen Maschine (5) eine Leistungselektronik (6) zugeordnet ist, über welche sowohl die elektrische Maschine (5) als auch die Wir- belstrombremse (8) mit elektrischer Energie versorgbar sind.
9. Radantriebseinheit (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) eine Schnittstelle (9) zur Kommunikation mit einem Fahr- zeugsteuergerät (10) aufweist und dazu ausgelegt ist, über die Schnittstelle (9) sowohl Antriebssteuerbefehle bezüglich des Antreibens des Rades (2, 3) als auch Bremssteuerbefehle bezüglich der Ansteuerung der Wirbelstrombremse (8) zu empfangen .
10. Radantriebseinheit (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (5) eine permanentmagneterregte Synchronmaschine ist.
11. Radantriebseinheit (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radantriebseinheit (4) eine Nabenantriebseinheit ist.
12. Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1), insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Rad (2, 3) und mit einer Radantriebseinheit (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche zum Antreiben des Rades (2, 3) ausgebildet ist.
13. Fahrzeug (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verzicht auf eine von der Radantriebseinheit (4) separate mechanische Bremse das Rad (2, 3) ausschließlich mittels der Radantriebseinheit (4), insbesondere ausschließ- lieh mittels der Wirbelstrombremse (8) und/oder elektromotorisch, bremsbar ist.
14. Verfahren zum Betreiben einer Radantriebseinheit (4) ei- nes elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (1), wobei mittels einer elektrischen Maschine (5) der Radantriebseinheit (4) ein Rad (2, 3) des Fahrzeugs (1) angetrieben wird und die elektrische Maschine (5) einen Stator und einen am Stator drehbar gelagerten Rotor aufweist, der mit dem Rad (2, 3) verbunden ist, und wobei mittels einer elektronischen Steuereinrichtung (7) die elektrische Maschine (5) angesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels einer Wirbelstrombremse (8) der Radantriebseinheit (4) der Rotor und somit das Rad (2, 3) gebremst werden.
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