WO2025114249A1

WO2025114249A1 - Radnabenmotor und antriebs-lenkungs-modul

Info

Publication number: WO2025114249A1
Application number: PCT/EP2024/083545
Authority: WO
Inventors: Hans-Jörg Feigel; Paul Linhoff; Alexandru Maftei; Andrei STANICEL
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Aumovio Germany GmbH
Priority date: 2023-11-29
Filing date: 2024-11-26
Publication date: 2025-06-05
Anticipated expiration: 2026-05-29

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radnabenmotor (1) für ein Rad eines Fahrzeugs, umfassend einen Elektromotor und eine Scheibenbremse (2). Der Elektromotor umfasst einen Rotor (3) und einen Stator (4). Die Scheibenbremse (2) umfasst einen Bremssattel (5) und eine Bremsscheibe (6), wobei der Bremssattel (5) einen in Axialrichtung des Elektromotors vom Bremssattel (5) vorstehenden Bremsaktuator (7) zum Betätigen des Bremssattels (5) umfasst. Es soll eine Reduktion der Bauhöhe erreicht werden ohne das Bremsmoment der Scheibenbremse deutlich zu reduzieren. Erfindungsgemäß ist die Bremsscheibe (6) in Axialrichtung außerhalb des Stators (4) angeordnet und der Bremsaktuator (7) ist in Axialrichtung vollständig oder teilweise innerhalb des Stators (4) angeordnet. Weiterhin wird ein Antriebs-Lenkungs-Modul, umfassend einen derartigen Radnabenmotor (1) bereitgestellt mit einer verbundenen Lenkungsanordnung, die dazu eingerichtet ist, Lenkbarkeit des Rads in einem großen Winkelbereich bereitzustellen.

Description

Beschreibung

Radnabenmotor und Antriebs-Lenkungs-Modul

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radnabenmotor (auch In-Wheel-Motor genannt) für ein Rad eines Fahrzeugs, umfassend einen Elektromotor und eine Scheibenbremse, wobei der Elektromotor einen Rotor und einen Stator umfasst, wobei die Scheibenbremse einen Bremssattel und eine Bremsscheibe umfasst, und wobei der Bremssattel einen in Axialrichtung des Elektromotors vom Bremssattel vorstehenden Bremsaktuator zum Betätigen des Bremssattels umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Antriebs-Lenkungs-Modul für ein Fahrzeug, umfassend einen derartigen Radnabenmotor.

Ein derartiger Radnabenmotor ist beispielweise aus der WO 2019/139545 bekannt. Die Bremsscheibe ist dabei konzentrisch innerhalb des Rotors und des Stators angeordnet. Ein Lagersystem ist innerhalb der Bremsscheibe angeordnet und verbindet ein axiales Ende des Rotors mit einer Statorplatte und einem Achsschenkel am anderen axialen Ende des Radnabenmotors. Die Statorplatte umgreift die Bremsscheibe an ihren nicht vom axial vorspringenden Bremssattel und Bremsaktuator bedeckten Abschnitten der Bremsscheibe.

Aus der GB 2479898 A ist ein weiterer Radnabenmotor mit Scheibenbremse bekannt, bei dem jedoch die Scheibenbremse nicht mit dem Rotor oder Stator in Axialrichtung überlappend, sondern an einem axialen Ende des Radnabenmotors angeordnet ist. Es werden zwei Bremsaktuatoren verwendet, die um 180° polar versetzt die Bremsscheibe von radial innen umgreifen.

Aus der DE 10 2012 020 816 A1 sind zwei weitere Radnabenmotoren mit Scheibenbremse bekannt. Die Scheibenbremse ist dabei jeweils axial gegenüber dem Rotor und dem Stator des Elektromotors versetzt angeordnet. In einer Variante ist die Scheibenbremse axial innerhalb und der Elektromotor axial außerhalb der Radfelge angeordnet und in einer anderen Variante ist die umgekehrte Ausgestaltung realisiert. Weitere Radnabenmotoren mit integriertem Bremssystem sind beispielsweise aus der US 9,387,758 B2 und der US 2015/0137669 A1 bekannt, wobei dort aber insbesondere hydraulische Trommelbremsen zu Einsatz kommen.

Weitere Radnabenmotoren mit integrierter Radbremse sind aus DE 10 2019 116 264 A1 und DE 10 2013 202 809 A1 bekannt.

Radnabenmotoren in Fahrzeugen werden beispielsweise verbreitet in Elektrorollern oder Flugzeugrädern eingesetzt, da sie eine besonders hohe Effizienz aufweisen und eine ausgesprochen platzsparende Bauweise erlauben. Auch für Pkw oder andere Fahrzeuge erlauben derartige Radnabenmotoren mit integrierter Reibungsbremse aber grundsätzlich eine deutliche Umgestaltung der Fahrzeugkarosserie und sowie neue Steuerungs- und Lenkungskonzepte mit großen Lenkwinkeln, die mit einem zentralen Motor zum Zweirad- oder Vierradantrieb kaum raumeffizient möglich wären. Um derartige Konzepte voll ausnutzen zu können, ist es aber noch notwendig die axiale Bauhöhe des Radnabenmotors weiter zu reduzieren.

Die Lösungen des Standes der Technik weisen aber entweder eine große Bauhöhe auf oder führen zu einer deutlichen Reduktion des von der Scheibenbremse bereitgestellten Bremsmoments aufgrund einer Verkleinerung der Bremsscheibe.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Radnabenmotor eingangs genannter Art bereitzustellen, der eine kompakte axiale Bauhöhe ermöglicht, ohne dass das von der Scheibenbremse bereitgestellte Bremsmoment deutlich reduziert werden muss.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Radnabenmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Antriebs-Lenkungs-Modul nach Anspruch 17 gelöst. Ein erfindungsgemäßer Radnabenmotor für ein Rad eines Fahrzeugs wird demnach bereitgestellt, umfassend einen Elektromotor und eine Scheibenbremse, wobei der Elektromotor einen Rotor und einen Stator umfasst, wobei die Scheibenbremse einen Bremssattel und eine Bremsscheibe umfasst, und wobei der Bremssattel einen in Axialrichtung des Elektromotors vom Bremssattel vorstehenden Bremsaktuator zum Betätigen des Bremssattels umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe in Axialrichtung außerhalb des Stators angeordnet ist und der Bremsaktuator in Axialrichtung vollständig oder teilweise innerhalb des Stators angeordnet ist. Der Rotor umfasst zwei konzentrisch angeordnete Permanentmagnetgruppen, wobei eine erste Permanentmagnetgruppe radial innerhalb des Stators angeordnet ist und eine zweite Permanentmagnetgruppe radial außerhalb des Stators angeordnet ist. Der Bremsaktuator ist mit den Permanentmagneten des Elektromotors in Axialrichtung überlappend angeordnet.

Diese Ausgestaltung erlaubt es, den Bauraum effizienter zu nutzen als im Stand der Technik und dennoch eine verhältnismäßig große Bremswirkung der Scheibenbremse bereitstellen zu können. Dies ist möglich, da die Bremsscheibe in Axialrichtung außerhalb des Stators angeordnet ist und daher auf eine Reduktion des Bremsscheibenradius verzichtet werden kann oder diese zumindest geringer ausfällt. Da der Bremsaktuator im Radnabenmotor innen, also vollständig oder teilweise innerhalb des Stators, angeordnet ist, steht er nicht axial nach außen vor. Hiermit wird die maximale axiale Ausdehnung (Bauhöhe) des Radnabenmotors reduziert und es wird deutlich einfacher den Radnabenmotor für verschiedenste Karosserie- und Lenkungsanordnungen zu verwenden, insbesondere in Verbindung mit Lenkungsanordnungen mit großen maximalen Lenkwinkeln.

Wenn im Rahmen dieser Anmeldung von „Axialrichtung“ oder „axial“ gesprochen wir, so bezeichnet dies die Richtung parallel zur Antriebsrotationsachse des Radnabenmotors. Entsprechend bezeichnet „Radialrichtung“ oder „radial“ die Richtung bzw. den Abstand senkrecht zur Antriebsrotationsachse des Radnabenmotors. „Polarrichtung“ oder „polar“ bezeichnet schließlich eine tangentiale Umlaufrichtung um die Antriebsrotationsachse. Diese drei Bezeichnungsgruppen entsprechen also Zylinderkoordinaten.

Bevorzugt überlappt die Bremsscheibe in Axialrichtung weder den Rotor noch den Stator, sondern schließt in Axialrichtung an den Rotor an bzw. ist an einer axialen Stirnseite des Rotors befestigt. Dies stellt eine möglichst große radiale Ausdehnung der Bremsscheibe sicher und erlaubt es, trotz der Innenanordnung des Bremssattels eine relativ große Reibfläche und damit ein relativ großes maximales Bremsmoment bereitzustellen gegenüber der Lösung gemäß WO 2019/139545A1. Dort wurde der Bremssattel radial außen an der Bremsscheibe belassen, aber dafür die Scheibenbremse insgesamt verkleinert, um diese axial innerhalb des Rotors und des Stators anordnen zu können.

Vorzugsweise ist der Bremsaktuator mit Statorwicklungen des Elektromotors in Axialrichtung überlappend angeordnet. Dies stellt wie zuvor beschrieben eine geringere Bauhöhe sicher, da der axiale Raum, der vom Antriebsabschnitt des Elektromotors verwendet wird, auch teilweise von der Scheibenbremse genutzt wird.

Die Begriffe Rotor und Stator sind im Rahmen dieser Anmeldung eng auszulegen, und betreffen nur die Elemente, die an der Generierung des Antriebsmoments des Elektromotors direkt beteiligt sind, an denen beispielsweise die Permanentmagneten und Statorwicklungen angebracht sind oder die diese tragen. Eine Achsnabe würde demnach, auch wenn sie einstückig mit dem Stator ausgebildet ist, nicht komplett zum Stator gezählt werden, sondern lediglich der Abschnitt, der vom Rotor direkt umgeben oder benachbart ist (z. B. in einem Antriebsraumgehäuse). Entsprechend würde eine Radfelge nicht zum Rotor gerechnet werden, sondern lediglich diejenigen rotierenden Elemente an denen Permanentmagneten befestigt sind bzw., die diese tragen.

Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. In einer bevorzugten Ausführungsform umgreift der Bremssattel die Bremsscheibe von radial innen. Das der Bremssattel die Bremsscheibe von radial innen umgreift führt bei derselben Bremsscheibengröße zu einem etwas schlechteren maximalen Bremsmoment gegenüber einem Umgreifen von radial außen, da die Reibfläche aus geometrischen Gründen reduziert werden muss. Überraschenderweise erlaubt die erfindungsgemäße Merkmalskombination aber diesen Nachteil gering zu halten und im Gegenzug eine deutliche Verringerung der maximalen axialen Ausdehnung des Radnabenmotors zu erreichen. Da der Bremssattel die Bremsscheibe von radial innen umgreift, ist es einfacher möglich, den in eine axiale Richtung vom Bremssattel vorstehenden Bremsaktuator in axialer Richtung vollständig oder teilweise innerhalb des Rotors und / oder vollständig oder teilweise innerhalb des Stators anzuordnen. Es ist aber alternativ auch möglich, dass der Bremssattel die Bremsscheibe von radial außen umgreift.

Bevorzugt erzeugt der Bremsaktuator elektromechanisch Klemmkraft. Es handelt sich dann bei der Scheibenbremse um eine elektromechanische Scheibenbremse, also insbesondere nicht um eine hydraulische Scheibenbremse. Die Stromversorgungsleitungen einer elektromechanischen Scheibenbremse sind mechanisch flexibler als hydraulische Hochdruckleitungen einer hydraulischen Bremse und lassen sich daher leichter verbiegen, um beispielsweise eine Verwendung des Radnabenmotors in einem Antriebs-Lenkungs-Modul mit großem maximalen Lenkwinkel zu erleichtern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Radnabenmotor eine Radfelge, wobei der Bremsaktuator in Axialrichtung und in Radialrichtung innerhalb der Radfelge angeordnet ist. Die axiale Ausdehnung der Radfelge stellt dabei einen Rahmen bereit, innerhalb dessen der Bremsaktuator ohne weiteres angeordnet werden kann, ohne dass beispielsweise ein Kollisionsrisiko mit oder eine geometrische Einschränkung für Elemente einer mit dem Radnabenmotor zu verbindenden Lenkungsanordnung mit großem maximalen Lenkwinkel besteht. Vorzugsweise ist die Bremsscheibe in Axialrichtung innerhalb der Radfelge angeordnet. Auch hier gilt entsprechend, dass die axiale Ausdehnung der Radfelge einen Rahmen bereitstellt, innerhalb dessen die Bremsscheibe ohne weiteres angeordnet werden kann, ohne dass beispielsweise ein Kollisionsrisiko mit oder eine geometrische Einschränkung für Elemente einer mit dem Radnabenmotor zu verbindenden Lenkungsanordnung mit großem maximalen Lenkwinkel besteht. Alternativ kann die Bremsscheibe die Axialrichtung um weniger als 5 cm aus der Radfelge überstehen.

In einer Ausführungsform steht die gesamte Scheibenbremse in Axialrichtung um weniger als 10 cm über die Radfelge vor, bevorzugt um weniger als 5 cm über die Radfelge vor und ist besonders bevorzugt in Axialrichtung vollständig innerhalb der Radfelge angeordnet. Hier kann beispielsweise eine axiale Seite des Bremssattels bzw. die Bremsscheibe teilweise über die axiale Ausdehnung der Radfelge hinausragen.

Bevorzugt umfasst der Radnabenmotor ein zentrales Achsschenkelgehäuse, in dem Stromversorgungsleitungen und / oder Kühlmittelleitungen und / oder Signalleitungen zum Radnabenmotor geführt sind. Dies erlaub es die entsprechenden Leitungen geschützt zum Radnabenmotor zu führen, insbesondere in einem Antriebs-Lenkungs-Modul mit großem maximalen Lenkwinkel. Die Kühlmittelleitungen können Kühlwasserleitungen sein. Hier sei darauf hingewiesen, dass Kühlmittelleitungen üblicherweise im Gegensatz zu hydraulischen Bremsleitungen nur Flüssigkeit unter Niedrigdruck transportieren und daher mechanisch deutlich flexibler sind und daher auch ein starkes Verbiegen besser überstehen.

In einer Ausführungsform umfasst der Radnabenmotor ein zentrales Achsschenkelgehäuse, wobei der Bremssattel mit einer radialen Außenseite des Achsschenkelgehäuses verbunden ist. Wenn der Bremssattel die Bremsscheibe von innen umgreift, erlaubt diese Ausführungsform eine stabile Befestigung des Bremssattels zusammen mit dem Bremsaktuator. Gleichzeitig bleibt in Umlaufrichtung aber an derselben axialen Position wie dem Bremsaktuator noch Bauraum frei, der anderweitig verwendet werden kann (z. B. für eine Elektronikeinheit), um die die Bauhöhe reduzieren zu können.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Radnabenmotor mindestens eine Elektronikeinheit, vorzugsweise umfassend einen Inverter des Elektromotors, die in Axialrichtung überlappend mit dem Bremsaktuator aber in Polarrichtung versetzt angeordnet ist. Dadurch kann der Bauraum besonders effizient genutzt werden. Vorzugsweise umfasst die Elektronikeinheit weiterhin ein Elektronikgehäuse, dass bevorzugt an einer radialen Außenseite eines Achsschenkelgehäuses verbunden oder Teil des Achsschenkelgehäuses ist.

Bevorzugt ist die Elektronikeinheit gegenüber dem Bremsaktuator um mindestens 90°, vorzugsweise um mindestens 150°, besonders bevorzugt um 180°±10°, in Polarrichtung versetzt angeordnet. Die beschriebenen Winkelabstände beziehen sich jeweils auf die geometrische Mitte der Elektronikeinheit und die geometrische Mitte des Bremsaktuators. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Bremsaktuator (und der Bremssattel) als Wärmequelle möglichst weit entfernt von der Elektronikeinheit angeordnet ist, die selbst eine Wärmequelle und wärmeempfindlich ist. Dies erleichtert die Kühlung der Elektronikeinheit.

Vorzugsweise umfasst der Rotor ein Antriebsraumgehäuse, das einen Antriebsraum bildet, in dem die Permanentmagneten des Elektromotors angeordnet sind, wobei der Stator in Axialrichtung von beiden Seiten und in Radialrichtung von innen und von außen durch das Antriebsraumgehäuse umgeben ist. Das Antriebsraumgehäuse kann ein Antriebsraumaußengehäuse und ein Antriebsraum innengehäuse umfassen, die vorzugsweise durch ein umlaufendes statisches Dichtungselement verbunden sind. Das Antriebsraumgehäuse kann radial einen asymmetrischen, hohlen U-Querschnitt aufweisen, wobei der darin angeordnete Stator ebenfalls radial einen entsprechenden asymmetrischen U-Querschnitt aufweist. Vorzugsweise sind die Permanentmagneten des Elektromotors und die Statorwicklungen des Elektromotors dann im Bereich des radial äußeren Schenkels des „U“ von Rotor und Stator angeordnet. Der Rotor umfasst zwei konzentrisch angeordnete Permanentmagnetgruppen. Eine erste Permanentmagnetgruppe ist radial innerhalb des Stators angeordnet und eine zweite Permanentmagnetgruppe ist radial außerhalb des Stators angeordnet. Dies erlaubt trotz geringer Bauhöhe ein besonders hohes Antriebsmoment.

Beispielsweise kann die erste Permanentmagnetgruppe an einer radialen Außenseite des Antriebsrauminnengehäuses angeordnet sein und die zweite Permanentmagnetgruppe an einer radialen Innenseite des Antriebsraumaußengehäuses angeordnet sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Bremsaktuator und / oder die Elektronikeinheit in Axialrichtung teilweise auf gleicher Höhe und vom Antriebsraums aus radial innen. Diese Ausgestaltung ermöglicht es in platzsparender Bauweise den Antriebsraum (insbesondere den Teil des Antriebsraums der Permanentmagneten und Statorwicklungen umfasst) möglichst weit radial außen anzuordnen, um ein hohes Antriebsmoment zu erreichen und gleichzeitig den auf gleicher axialer Höhe radial weiter innen befindlichen Bauraum effizient zu nutzen.

Bevorzugt sind zwischen dem Rotor und dem Stator zwei Kugellager angeordnet, wobei jedes der Kugellager mit einem Dichtstreifen kombiniert ist, um eine dynamische Dichtung bereitzustellen. Vorzugsweise stellen die Dichtstreifen eine Abdichtung des Antriebsraums bereit (optional zusammen mit einem umlaufenden statischen Dichtungselement zwischen einem Antriebsraumaußengehäuse und einem Antriebsrauminnengehäuse), insbesondere um ein Eindringen von Schmutzpartikeln (z. B. von der Scheibenbremse) zu verhindern. Alternativ können aber auch einfache Kugellager ohne Dichtstreifen verwendet werden. Dadurch kann zwar ein Eindringen von Schmutzpartikeln schlechter verhindert werden, aber es wird tendenziell eine Lagerung mit geringerer Bremswirkung.

In einer Ausführungsform sind zwischen dem Rotor und dem Stator zwei Kugellager angeordnet, wobei ein Kugellager an einer radialen Außenseite des Stators und ein Kugellager an einer radialen Innenseite des Stators anliegt. Diese Ausgestaltung erlaubt es trotz einer niedrigen Bauhöhe eine sehr stabile Lagerung des Rotors am Stator bereitzustellen.

Es ist bevorzugt, wenn zwischen dem Rotor und dem Stator mindestens ein Doppelkugellager angeordnet ist, vorzugsweise zwei Doppelkugellager angeordnet sind, wobei das Doppelkugellager zwei in Axialrichtung hintereinander angeordnete Teilkugellager umfasst. Derartige Doppelkugellager können bei gleicher axialer Ausdehnung wie ein Einzelkugellager eine kleinere radiale Ausdehnung aufweisen, wodurch Bauraum eingespart wird.

Vorzugsweise ist die Bremsscheibe an einem axialen Ende des Antriebsraumgehäuses befestigt, das ein axial inneres Ende des Rotors darstellt. Dadurch kann die Bremsscheibe in Radialrichtung möglichst groß ausgebildet sein und die Scheibenbremse ein hohes maximales Bremsmoment bereitstellen. Das axial innere Ende des Rotors bezeichnet hier das dem Fahrzeug bzw. einer Lenkungsanordnung zugewandte Ende des Rotors bzw. des Radmotors.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Antriebs-Lenkungs-Modul für ein Fahrzeug gelöst, umfassend einen Radnabenmotor nach einer der vorstehenden Ausführungsformen sowie eine mit dem Radnabenmotor verbundene Lenkungsanordnung, die dazu eingerichtet ist, den Radnabenmotor mit einer Fahrzeugkarosserie zu verbinden und eine unabhängige Lenkbarkeit eines den Radnabenmotor umfassenden Rads in einem Winkelbereich von mindestens ± 60°, bevorzugt von mindestens ± 75° und besonders bevorzugt von mindestens ± 90°, bereitzustellen. Der erfindungsgemäße Radnabenmotor ist besonders geeignet für eine Verwendung mit einer derartigen Lenkungsanordnung mit großem maximalen Lenkwinkel, da der Radnabenmotor eine besonders geringe Bauhöhe aufweist. Insbesondere ist die Ausdehnung des Radnabenmotors in Axialrichtung im Wesentlichen durch die Ausdehnung der Radfelge gegeben. Je nach Ausführungsform kann lediglich der Bremssattel bzw. die Bremsscheibe um weniger als 10 cm (vorzugsweise weniger als 5 cm) über die Radfelge in Axialrichtung überstehen. Dadurch ist eine stabile Ausgestaltung der Lenkungsanordnung möglich, ohne dass es bei großen Lenkwinkeln zu einer Kollision zwischen der Lenkungsanordnung und dem Radnabenmotor (z. B. der Scheibenbremse) kommt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele und den angefügten Ansprüchen.

Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radnabenmotors.

Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen gleiche Teile in oder an diesen Ausführungsformen. Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung sind die in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht immer maßstabsgerecht gezeichnet.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Radnabenmotor 1 für ein Rad eines Fahrzeugs, umfassend einen Elektromotor und eine Scheibenbremse 2. Der Elektromotor umfasst einen Rotor 3 und einen Stator 4.

Die Scheibenbremse 2 beinhaltet einen Bremssattel 5 und eine Bremsscheibe 6.

Der Bremssattel 5 umfasst einen in Axialrichtung des Elektromotors vom Bremssattel 5 vorstehenden Bremsaktuator 7 zum Betätigen des Bremssattels 5. Der Bremsaktuator 7 ist mit dem Rotor 3 und dem Stator 4 in Axialrichtung überlappend angeordnet. Der Bremssattel 5 umgreift die Bremsscheibe 6 von radial innen. Der Bremsaktuator 7 ist im Radnabenmotor 1 innen angeordnet und steht nicht nach außen vor.

Der Bremsaktuator 7 ist mit Permanentmagneten 8, 9 des Elektromotors und Statorwicklungen 10 des Elektromotors in Axialrichtung überlappend angeordnet. Der Rotor 3 umfasst ein Antriebsraumgehäuse 11 , 12, das einen Antriebsraum 13 bildet, in dem die Permanentmagneten 8, 9 des Elektromotors angeordnet sind. Der Stator 4 ist in Axialrichtung von beiden Seiten und in Radialrichtung von innen und von außen durch das Antriebsraumgehäuse 11 , 12 umgeben. Das Antriebsraumgehäuse 11 , 12 umfasst hier ein Antriebsraumaußengehäuse 11 und ein Antriebsraum innengehäuse 12, die durch ein um laufendes statisches Dichtungselement 13A verbunden sind. Das Antriebsraumgehäuse 11 , 12 weist radial einen asymmetrischen hohlen U-Querschnitt auf. Der Stator 4 weist ebenfalls radial einen asymmetrischen U-Querschnitt auf, dessen radial äußerer Schenkel 14 ist also etwas verlängert gegenüber dem radial inneren Schenkel 15. Die Statorwicklungen 10 des Elektromotors sind im Bereich des radial äußeren Schenkels des Stators 4 angeordnet.

Die Permanentmagneten 8, 9 sind als zwei konzentrisch angeordnete, um laufende Permanentmagnetgruppen 8, 9 ausgebildet. Eine erste Permanentmagnetgruppe 8 ist radial innerhalb des Stators 4 an einer radialen Außenseite des Antriebsraum innengehäuses 12 angeordnet und eine zweite Permanentmagnetgruppe 9 ist radial außerhalb des Stators 4 an einer radialen Innenseite des Antriebsraumaußengehäuses 11 angeordnet.

Eine Elektronikeinheit 16 (hier umfassend einen Inverter 17 des Elektromotors) ist in Axialrichtung teilweise auf gleicher Höhe wie der Bremsaktuator 7 aber in Polarrichtung versetzt angeordnet. Dadurch kann der Bauraum besonders effizient genutzt werden. Die Elektronikeinheit 16 beinhaltet weiterhin ein Elektronikgehäuse 18, dass an einer radialen Außenseite eines Achsschenkelgehäuses 19 verbunden oder Teil des Achsschenkelgehäuses 19 ist.

Die Elektronikeinheit 16 ist gegenüber dem Bremsaktuator 7 um 180° versetzt angeordnet. Der beschriebene Winkelabstand bezieht sich auf die geometrische Mitte der Elektronikeinheit und die geometrische Mitte des Bremsaktuators. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Bremsaktuator 7 und der Bremssattel 5 als Wärmequelle möglichst weit entfernt von der Elektronikeinheit 16 angeordnet ist, die selbst eine Wärmequelle und wärmeempfindlich ist. Dies erleichtert die Kühlung der Elektronikeinheit 16. Der Bremsaktuator 7 und die Elektronikeinheit 16 befinden sich in Axialrichtung teilweise auf gleicher Höhe und vom Antriebsraums 13 aus radial innen.

Zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 4 sind zwei Kugellager 20, 21 angeordnet, wobei jedes der Kugellager 20, 21 mit einem Dichtstreifen kombiniert ist, um eine dynamische Dichtung bereitzustellen. Die Dichtstreifen stellen eine Abdichtung des Antriebsraums 13 bereit zusammen mit dem Dichtungselement 13A zwischen den Antriebsraumaußengehäuse 11 und dem Antriebsraum innengehäuse 12, insbesondere um ein Eindringen von Schmutzpartikeln z. B. von der Scheibenbremse zu verhindern. Ein Kugellager 21 liegt an einer radialen Außenseite des Stators 4 an und ein Kugellager 20 liegt an einer radialen Innenseite des Stators 4 an, insbesondere an dem radial inneren Schenkel 15. Die Kugellager 20, 21 sind als Doppelkugellager ausgebildet, die jeweils in Axialrichtung zwei hintereinander angeordnete Teilkugellager 22, 23 umfassen.

Bei der Scheibenbremse 2 handelt es sich vorzugsweise um eine elektromechanische Scheibenbremse, also insbesondere nicht um eine hydraulische Scheibenbremse. Die Stromversorgungsleitungen einer elektromechanischen Scheibenbremse sind mechanisch flexibler als hydraulische Hochdruckleitungen einer hydraulischen Bremse und lassen sich daher leichter verbiegen, um beispielsweise eine Verwendung des Radnabenmotors 1 in einem Antriebs-Lenkungs-Modul mit großem maximalen Lenkwinkel zu erleichtern.

In dem zentralen Achsschenkelgehäuse 19 sind Stromversorgungsleitungen 24, Kühlmittelleitungen 25 und Signalleitungen (nicht explizit dargestellt) zum Radnabenmotor 1 geführt. Dies erlaub es die entsprechenden Leitungen geschützt zum Radnabenmotor 1 zu führen, insbesondere in einem Antriebs-Lenkungs-Modul mit großem maximalen Lenkwinkel.

Der Bremssattel 5 ist mit einer radialen Außenseite des Achsschenkelgehäuses 19 verbunden. Da der Bremssattel 5 die Bremsscheibe 6 von innen umgreift, erlaubt diese Ausführungsform eine stabile Befestigung des Bremssattels 5 zusammen mit dem Bremsaktuator 7. Es ist aber alternativ auch möglich, dass der Bremssattel 5 die Bremsscheibe 6 von radial außen umgreift.

Die Bremsscheibe 6 ist an einem axialen Ende des Antriebsraumgehäuses 11 , 12 befestigt, dass ein axial inneres Ende des Rotors 3 darstellt.

Der Radnabenmotor 1 umfasst eine Radfelge 26, auf der hier ein Reifen 27 montiert ist. Der Bremsaktuator 7 ist in Axialrichtung und in Radialrichtung innerhalb der Radfelge 26 angeordnet. Die axiale Ausdehnung der Radfelge 26 stellt dabei einen Rahmen bereit, innerhalb dessen der Bremsaktuator 7 ohne weiteres angeordnet werden kann, ohne dass beispielsweise ein Kollisionsrisiko mit oder eine geometrische Einschränkung für Elemente einer mit dem Radnabenmotor 1 zu verbindenden Lenkungsanordnung mit großem maximalen Lenkwinkel besteht. Die Bremsscheibe 6 ist hier in Axialrichtung innerhalb der Radfelge 26 angeordnet. Die Bremsscheibe kann aber die Axialrichtung auch beispielsweise um weniger als 5 cm aus der Radfelge 26 überstehen.

Die Scheibenbremse 2 steht hier in Axialrichtung geringfügig über die Radfelge 26 über, bevorzugt um weniger als 5 cm. Eine axiale Seite des Bremssattels 5 steht hier teilweise über die axiale Ausdehnung der Radfelge 26 über, was jedoch in diesem geringen Umfang üblicherweise kaum eine Einschränkung einer zu verbindenden Lenkungsanordnung darstellt.

Bezugszeichenliste

1 Radnabenmotor

2 Scheibenbremse

3 Rotor

4 Stator

5 Bremssattel

6 Bremsscheibe

7 Bremsaktuator

8 Permanentmagneten

9 Permanentmagneten

10 Statorwicklungen

11 Antriebsraumgehäuse, Antriebsraumaußengehäuse

12 Antriebsraumgehäuse, Antriebsraum innengehäuse

13 Antriebsraum

13A Dichtungselement

14 radial äußerer Schenkel

15 radial innerer Schenkel

16 Elektronikeinheit

17 Inverter

18 Elektronikgehäuse

19 Achsschenkelgehäuse

20 Kugellager

21 Kugellager

22 Teilkugellager

23 Teilkugellager

24 Stromversorgungsleitung

25 Kühlmittelleitung

26 Radfelge

27 Reifen

Claims

Patentansprüche

1 . Radnabenmotor (1 ) für ein Rad eines Fahrzeugs, umfassend einen Elektromotor und eine Scheibenbremse (2), wobei der Elektromotor einen Rotor (3) und einen Stator (4) umfasst, wobei die Scheibenbremse (2) einen Bremssattel (5) und eine Bremsscheibe (6) umfasst, und wobei der Bremssattel (5) einen in Axialrichtung des Elektromotors vom Bremssattel (5) vorstehenden Bremsaktuator (7) zum Betätigen des Bremssattels (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (6) in Axialrichtung außerhalb des Stators (4) angeordnet ist und der Bremsaktuator (7) in Axialrichtung vollständig oder teilweise innerhalb des Stators (4) angeordnet ist, wobei der Rotor (3) zwei konzentrisch angeordnete Permanentmagnetgruppen (8, 9) umfasst, und wobei eine erste Permanentmagnetgruppe (8) radial innerhalb des Stators (4) angeordnet ist und eine zweite Permanentmagnetgruppe (9) radial außerhalb des Stators (4) angeordnet ist, und wobei der Bremsaktuator (7) mit den Permanentmagneten (8, 9) des Elektromotors in Axialrichtung überlappend angeordnet ist.

2. Radnabenmotor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bremssattel (5) die Bremsscheibe (6) von radial innen umgreift.

3. Radnabenmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsaktuator (7) elektromechanisch Klemmkraft erzeugt.

4. Radnabenmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radnabenmotor (1 ) eine Radfelge (26) umfasst, wobei der Bremsaktuator (7) in Axialrichtung und in Radialrichtung innerhalb der Radfelge (26) angeordnet ist.

5. Radnabenmotor (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (6) in Axialrichtung innerhalb der Radfelge (26) angeordnet ist.

6. Radnabenmotor (1 ) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Scheibenbremse (2) in Axialrichtung um weniger als 10 cm über die Radfelge (26) vorsteht, bevorzugt um weniger als 5 cm über die Radfelge (26) vorsteht und besonders bevorzugt in Axialrichtung vollständig innerhalb der Radfelge (26) angeordnet ist.

7. Radnabenmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radnabenmotor (1 ) ein zentrales Achsschenkelgehäuse (19) umfasst, in dem Stromversorgungsleitungen (24) und / oder Kühlmittelleitungen (26) und / oder Signalleitungen zum Radnabenmotor (1 ) geführt sind.

8. Radnabenmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radnabenmotor (1 ) ein zentrales Achsschenkelgehäuse (19) umfasst, wobei der Bremssattel (5) mit einer radialen Außenseite des Achsschenkelgehäuses (19) verbunden ist.

9. Radnabenmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radnabenmotor mindestens eine Elektronikeinheit (16) beinhaltet, vorzugsweise umfassend einen Inverter (17) des Elektromotors, die in Axialrichtung überlappend mit dem Bremsaktuator (7) aber in Polarrichtung versetzt angeordnet ist.

10. Radnabenmotor (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (16) gegenüber dem Bremsaktuator (7) um mindestens 90°, vorzugsweise um mindestens 150°, besonders bevorzugt um 180°±10°, in Polarrichtung versetzt angeordnet ist.

11 . Radnabenmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) ein Antriebsraumgehäuse (11 , 12) umfasst, das einen Antriebsraum (13) bildet, in dem die Permanentmagneten (8, 9) des Elektromotors angeordnet sind, wobei der Stator (4) in Axialrichtung von beiden Seiten und in Radialrichtung von innen und von außen durch das Antriebsraumgehäuse (11 , 12) umgeben ist.

12. Radnabenmotor (1 ) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Bremsaktuator (7) und / oder die Elektronikeinheit (16) in Axialrichtung teilweise auf gleicher Höhe und vom Antriebsraums (13) aus radial innen befindet.

13. Radnabenmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (3) und dem Stator (4) zwei Kugellager (20, 21 ) angeordnet sind, wobei jedes der Kugellager (20, 21 ) mit einem Dichtstreifen kombiniert ist, um eine dynamische Dichtung bereitzustellen.

14. Radnabenmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (3) und dem Stator (4) zwei Kugellager (20, 21 ) angeordnet sind, wobei ein Kugellager (21 ) an einer radialen Außenseite des Stators (4) und ein Kugellager (20) an einer radialen Innenseite des Stators (4) anliegt.

15. Radnabenmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (3) und dem Stator (4) mindestens ein Doppelkugellager (20, 21 ) angeordnet ist, vorzugsweise zwei Doppelkugellager (20, 21 ) angeordnet sind, wobei das Doppelkugellager (20, 21 ) zwei in Axialrichtung hintereinander angeordnete Teilkugellager (22, 23) umfasst.

16. Radnabenmotor (1 ) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (6) an einem axialen Ende des Antriebsraumgehäuses (11 , 12) befestigt ist, das ein axial inneres Ende des Rotors (3) darstellt.

17. Antriebs-Lenkungs-Modul für ein Fahrzeug, umfassend einen Radnabenmotor (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche sowie eine mit dem Radnabenmotor (1 ) verbundenen Lenkungsanordnung, die dazu eingerichtet ist, den Radnabenmotor (1 ) mit einer Fahrzeugkarosserie zu verbinden und eine unabhängige Lenkbarkeit eines den Radnabenmotor (1 ) umfassenden Rads in einem Winkelbereich von mindestens ± 60°, bevorzugt von mindestens ± 75° und besonders bevorzugt von mindestens ± 90°, bereitzustellen.