DE102021112693A1 - Drive module with disc motor for an electrically operated vehicle and drive arrangement with the drive module - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Antriebsmodul 7 für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug 1, mit einer Antriebseinrichtung 12 zur Erzeugung eines elektrischen Antriebsmoments, mit einem Radanbindungsabschnitt 18 zur antriebstechnischen Anbindung des Antriebsmoduls 7 an eine Radnabe 51 eines Antriebsrads 4 des Fahrzeugs 1, mit einer Getriebeeinrichtung 13 zur Übersetzung des Antriebsmoments auf den Radanbindungsabschnitt 18, wobei die Getriebeeinrichtung 13 ein mit der Antriebseinrichtung 12 verbundenes Eingangsorgan und ein mit dem Radanbindungsabschnitt 18 verbundenes Ausgangsorgan aufweist, mit einem Gehäuse 14, wobei die Antriebseinrichtung 12 und die Getriebeeinrichtung 13 gemeinsam in dem Gehäuse 14 aufgenommen sind, vorgeschlagen wobei die Antriebseinrichtung 12 als ein Scheibenläufermotor ausgebildet ist.A drive module 7 for an electrically operated vehicle 1 is provided, with a drive device 12 for generating an electric drive torque, with a wheel connection section 18 for drive-related connection of the drive module 7 to a wheel hub 51 of a drive wheel 4 of the vehicle 1, with a transmission device 13 for translating the drive torque to the wheel connection section 18, with the transmission device 13 having an input element connected to the drive device 12 and an output element connected to the wheel connection section 18, with a housing 14, the drive device 12 and the transmission device 13 being accommodated together in the housing 14, where the drive device 12 is designed as a pancake motor.
Description
Die Erfindung betrifft ein Antriebsmodul für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Antriebsanordnung mit dem Antriebsmodul.The invention relates to a drive module for an electrically operated vehicle with the features of the preamble of
Es sind elektrische Antriebsmodule für ein- oder mehrspurige Fahrräder, wie z.B. Lastenräder, auch als Biohybrid oder Biohybridfahrzeug, bekannt, bei denen das Rad ausschließlich durch menschliche Leistung oder unterstützend von einem Elektromotor angetrieben wird. Derartige Fahrräder sind oftmals entweder als serielle Biohybridfahrzeuge oder als parallele Biohybridfahrzeuge ausgestaltet. Bei einem seriellen Biohybridfahrzeug wird das Rad ausschließlich von einem Elektromotor, beispielsweise einem Radnabenmotor, angetrieben. Die erforderliche Energie zum Betrieb des Elektromotors wird dabei sowohl durch eine Batterie als auch durch einen mit einem elektrischen Generator verbunden Pedalantrieb zur Verfügung gestellt. Bei einem parallelen Biohybridfahrzeug sind der Elektromotor und der Pedalantrieb hingegen beide mechanisch mit dem Antriebsrad gekoppelt.There are electric drive modules for single or multi-track bicycles, such as cargo bikes, also known as biohybrids or biohybrid vehicles, in which the wheel is driven exclusively by human power or supported by an electric motor. Such bicycles are often designed either as serial biohybrid vehicles or as parallel biohybrid vehicles. In a serial biohybrid vehicle, the wheel is driven exclusively by an electric motor, for example a wheel hub motor. The energy required to operate the electric motor is provided both by a battery and by a pedal drive connected to an electric generator. In a parallel biohybrid vehicle, on the other hand, the electric motor and the pedal drive are both mechanically coupled to the drive wheel.
Die Druckschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebsmodul für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug vorzuschlagen, welches sich durch einen kompakten Aufbau auszeichnet.The invention is based on the object of proposing a drive module for an electrically operated vehicle which is characterized by a compact design.
Diese Aufgabe wird durch ein Antriebsmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.This object is achieved by a drive module having the features of
Gegenstand der Erfindung ist ein Antriebsmodul, welches für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist das Fahrzeug als ein elektrisches Fahrrad, auch als E-Bike oder Pedelec bekannt, ausgebildet. Grundsätzlich kann das Fahrrad genau zwei Räder aufweisen. Alternativ kann das Fahrzeug jedoch auch mehr als zwei, insbesondere drei oder genau vier Räder aufweisen. Mit mehr als zwei Rädern ist das Fahrzeug vorzugsweise als ein Lastenrad ausgebildet. Bevorzugt ist das Antriebsmodul außerhalb des Antriebsrades radnah angeordnet. Grundsätzlich ist das Antriebsrad als ein Hinterrad des Fahrzeugs ausgebildet. Alternativ kann das Antriebsrad jedoch auch als ein Vorderrad des Fahrzeugs ausgebildet sein.The subject matter of the invention is a drive module which is designed and/or suitable for an electrically operated vehicle. In particular, the vehicle is designed as an electric bicycle, also known as an e-bike or pedelec. In principle, the bicycle can have exactly two wheels. Alternatively, however, the vehicle can also have more than two, in particular three or exactly four wheels. With more than two wheels, the vehicle is preferably designed as a cargo bike. The drive module is preferably arranged outside of the drive wheel, close to the wheel. Basically, the drive wheel is designed as a rear wheel of the vehicle. Alternatively, however, the drive wheel can also be designed as a front wheel of the vehicle.
Das Antriebsmodul weist eine Antriebseinrichtung auf, welche zur Erzeugung eines elektrischen Antriebsmoments ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Antriebseinrichtung als ein Elektromotor ausgebildet, welcher elektrische Energie in ein elektrisches Antriebsmoment wandelt. Die Antriebseinrichtung weist vorzugsweise einen Rotor und einen Stator auf. Der Rotor definiert eine Hauptdrehachse, um welche der Rotor in einem Motorbetrieb rotiert. Bevorzugt ist das Antriebsmodul, insbesondere die Antriebseinrichtung, mit mindestens oder genau einem Antriebsrad des Fahrzeugs antriebstechnisch verbindbar und/oder verbunden, um das Antriebsmoment auf das Antriebsrad zu übertragen.The drive module has a drive device which is designed and/or suitable for generating an electrical drive torque. In particular, the drive device is designed as an electric motor, which converts electrical energy into an electrical drive torque. The drive device preferably has a rotor and a stator. The rotor defines a primary axis of rotation about which the rotor rotates in motor operation. Preferably, the drive module, in particular the drive device, can be and/or is connected in terms of drive technology to at least or precisely one drive wheel of the vehicle in order to transmit the drive torque to the drive wheel.
Hierzu weist das Antriebsmodul einen Radanbindungsabschnitt auf, welcher zur antriebstechnischen Anbindung des Antriebsmoduls an eine Radnabe des Antriebsrads des Fahrzeugs ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist der Radanbindungsabschnitt drehfest mit der Radnabe verbunden und/oder verbindbar. Der Radanbindungsabschnitt kann zumindest in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Radnabe verbunden sein. Im Speziellen ist der Radanbindungsabschnitt in der Art einer Klaue ausgebildet, wobei die Radnabe komplementär dazu ausgebildet ist.For this purpose, the drive module has a wheel connection section, which is designed and/or suitable for the drive connection of the drive module to a wheel hub of the drive wheel of the vehicle. In particular, the wheel connection section is and/or can be connected to the wheel hub in a torque-proof manner. The wheel connection section can be positively and/or non-positively connected to the wheel hub at least in the direction of rotation around the main axis of rotation. In particular, the wheel connection section is designed in the manner of a claw, with the wheel hub being designed in a complementary manner thereto.
Das Antriebsmodul weist eine Getriebeeinrichtung auf, welche zur Übersetzung des Antriebsmoments auf den Radanbindungsabschnitt ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Antriebseinrichtung ist über die Getriebebeinrichtung getriebetechnisch mit dem Radanbindungsabschnitt bzw. dem Antriebsrad verbunden. Die Getriebeeinrichtung weist einen Getriebeeingang, insbesondere ein Eingangsorgan, und einen Getriebeausgang, insbesondere ein Ausgangsorgan, auf, wobei der Antriebsmotor eingangsseitig und der Radanbindungsabschnitt ausgangsseitig angeordnet ist. In einem Fahrbetrieb wird somit das Antriebsmoment über die Getriebeeinrichtung auf den Radanbindungsabschnitt übertragen, sodass der Anbindungsabschnitt rotiert wird. Insbesondere ist das Eingangsorgan mit dem Rotor der Antriebseinrichtung und das Ausgangsorgan mit dem Radanbindungsabschnitt drehfest verbunden. Vorzugsweis verläuft ein Kraftübertragungsweg zur Übertragung des Antriebsmoments von der Antriebseinrichtung über die Getriebeeinrichtung zu dem Radanbindungsabschnitt. Insbesondere dient die Getriebeeinrichtung zur Übersetzung ins Langsame (Betrag (i) >1), wobei die Drehzahl am Getriebeausgang verkleinert und das übertragene Drehmoment auf den Radanbindungsabschnitt vergrößert-wird.The drive module has a transmission device which is designed and/or suitable for converting the drive torque to the wheel connection section. The drive device is geared to the wheel connection section or the drive wheel via the gear device. The transmission device has a transmission input, in particular an input element, and a transmission output, in particular an output element, with the drive motor being arranged on the input side and the wheel connection section on the output side. When driving, the drive torque is thus transmitted to the wheel connection section via the transmission device, so that the connection section is rotated. In particular, the input member with the rotor of the drive device and the output member with connected to the wheel connection section in a torque-proof manner. A power transmission path for transmission of the drive torque preferably runs from the drive device via the transmission device to the wheel connection section. In particular, the transmission device is used for stepping down (amount (i)>1), the speed at the transmission output being reduced and the torque transmitted to the wheel connection section being increased.
Das Antriebsmodul weist ein Gehäuse auf, wobei die Antriebseinrichtung und die Getriebeeinrichtung gemeinsam in dem Gehäuse aufgenommen sind. Insbesondere sind die Antriebseinrichtung und die Getriebeeinrichtung vollständig in dem Gehäuse aufgenommen. Bevorzugt ist der Radanbindungsabschnitt abschnittsweise in dem Gehäuse geführt, wobei der Radanbindungsabschnitt über mindestens eine Lagereinrichtung, vorzugsweise ein Wälzlager, radial an dem Gehäuse abgestützt ist. Das Gehäuse kann mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig ausgebildet sein. Insbesondere weist das Gehäuse einen Aufnahmeraum zur Aufnahme der Getriebeeinrichtung und der Antriebseinrichtung auf, wobei die Getriebeeinrichtung und die Antriebseinrichtung in axialer und/oder radialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse formschlüssig in dem Gehäuse aufgenommen sind. Bevorzugt ist der Stator fest mit dem Gehäuse verbunden.The drive module has a housing, with the drive device and the transmission device being accommodated together in the housing. In particular, the drive device and the transmission device are completely accommodated in the housing. The wheel connection section is preferably guided in sections in the housing, with the wheel connection section being supported radially on the housing via at least one bearing device, preferably a roller bearing. The housing can be constructed in several parts, preferably in two parts. In particular, the housing has an accommodation space for accommodating the transmission device and the drive device, the transmission device and the drive device being accommodated in the housing in a form-fitting manner in the axial and/or radial direction in relation to the main axis of rotation. The stator is preferably firmly connected to the housing.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Antriebseinrichtung als ein Scheibenläufermotor ausgebildet ist. Insbesondere ist der Scheibenläufermotor als ein Axialflussmotor ausgebildet, bei dem das Magnetfeld gleichgerichtet zur Drehachse verläuft bzw. der magnetische Fluss im Luftspalt zwischen Rotor und Stator in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse verläuft. Der Scheibenläufermotor ist insbesondere als ein permanent erregter Gleichstrommotor zu verstehen, bei dem der Rotor vorzugsweise in der Form einer Scheibe ausgebildet ist. Der Scheibenläufermotor kann prinzipiell als einseitige Anordnung (Rotor - Stator) oder als Doppelrotor-Anordnung (Rotor - Stator - Rotor) ausgeführt sein. Bevorzugt jedoch ist der Scheibenläufermotor als Doppelstator-Anordnung (Stator - Rotor -Stator) ausgeführt. Vorzugsweise weist der Scheibenläufermotor einen Durchmesser auf, welcher um ein Vielfaches größer als dessen axialen Baulänge ist. Besonders bevorzugt weist das Antriebsmodul eine mit dem Rotor drehfest verbundene Antriebswelle auf. Die Antriebswelle kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Rotor, vorzugsweise zumindest drehfest, verbunden sein. Alternativ können die Antriebswelle und der Rotor auch aus einem gemeinsamen Materialabschnitt gebildet sein.In the context of the invention, it is proposed that the drive device be designed as a pancake motor. In particular, the pancake motor is designed as an axial flux motor in which the magnetic field runs in the same direction as the axis of rotation or the magnetic flux in the air gap between the rotor and stator runs in the axial direction with respect to the main axis of rotation. The pancake motor is to be understood in particular as a permanently excited DC motor, in which the rotor is preferably designed in the form of a disk. In principle, the pancake motor can be designed as a one-sided arrangement (rotor - stator) or as a double-rotor arrangement (rotor - stator - rotor). However, the pancake motor is preferably designed as a double-stator arrangement (stator-rotor-stator). The disc rotor motor preferably has a diameter which is many times greater than its overall axial length. The drive module particularly preferably has a drive shaft which is non-rotatably connected to the rotor. The drive shaft can be positively and/or non-positively and/or cohesively connected to the rotor, preferably at least non-rotatably. Alternatively, the drive shaft and the rotor can also be formed from a common material section.
Es wird somit eine Antriebseinrichtung vorgeschlagen, welche sich durch einen geringen axialen Bauraum auszeichnet. Somit kann ein Antriebsmodul realisiert werden, welches sich durch eine geringe axiale Bauform und ein geringes Gewicht auszeichnet und somit besonders kompakt realisierbar ist. Ein weiterer Vorteil in der Verwendung eines Scheibenläufermotors besteht zudem darin, dass der Scheibenläufermotor schnell beschleunigen und verzögern kann. Weiterhin ist aufgrund des relativ großen Durchmessers das Verhältnis von Drehmoment und Drehzahl sehr hoch, sodass sich der Scheibenläufermotor durch einen leistungsstarken Antrieb auszeichnet. Es wird somit ein Antriebsmodul vorgeschlagen, welches besonders geeignet für Pedelec-Antriebe ist, bei denen der Antrieb kurzzeitig besonders momentenstark sein muss. Weiterhin können Scheibenläufermotoren aufgrund des großen Durchmessers deutlich besser gekühlt werden bzw. die Abwärme, die vorwiegend im Stator entsteht über Konduktion deutlich besser an das Gehäuse abgegeben werden.A drive device is thus proposed which is characterized by a small axial installation space. A drive module can thus be implemented which is characterized by a small axial design and low weight and can therefore be implemented in a particularly compact manner. Another advantage of using a disc motor is that the disc motor can accelerate and decelerate quickly. Furthermore, due to the relatively large diameter, the ratio of torque and speed is very high, so that the disk motor is characterized by a powerful drive. A drive module is thus proposed which is particularly suitable for pedelec drives in which the drive must be particularly powerful for a short time. Furthermore, disc motors can be cooled much better due to the large diameter and the waste heat, which mainly occurs in the stator, can be dissipated much better to the housing via conduction.
In einer konkreten Ausführung ist vorgesehen, dass der Scheibenläufermotor eine erste und eine zweite Statorscheibe sowie eine axial zwischen den beiden Statorscheiben angeordnete Rotorscheibe aufweist. Vorzugsweise ist die Rotorscheibe rotationssymmetrisch, vorzugsweise kreisringförmig, ausgebildet. Die Statorscheiben sind in axialer Richtung beabstandet, wobei die Rotorscheibe axial zwischen den beiden Statorscheiben angeordnet ist. Bevorzugt sind die Rotorscheibe und die Statorscheiben parallel zueinander orientiert und durch einen Luftspalt voneinander beabstandet. Bevorzugt sind die Statorscheiben durch jeweils eine mit Aktivbereichen bedruckte Leiterplatte, auch printed circuit board (PCB) genannt, gebildet. Insbesondere sind die Aktivbereiche durch Statorwicklungen gebildet, welche als elektrische Leiterbahnen in der Form von Spulen auf die Leiterplatte gedruckt sind. Konkret sind Kommutator und Statorwicklung zu einer gedruckten Schaltung auf der Leiterplatte realisiert. Die Rotorscheibe kann prinzipiell entweder mittels Dauermagneten permanenterregt sein oder eine Rotorwicklung aufweisen, so dass die Rotorscheibe elektrisch erregbar ist. Alternativ oder ergänzend kann die Rotorscheibe durch eine mit Aktivbereichen bedruckte Leiterplatte gebildet sein. Insbesondere sind die Aktivbereiche durch Wicklungen gebildet, welche als elektrische Leiterbahnen in der Form von Spulen auf die Leiterplatte gedruckt sind. Alternativ kann die Rotorscheibe jedoch auch eine Vielzahl an in axialer Richtung gepolten Permanentmagneten aufweisen, die ringförmig um die Hauptdrehachse angeordnet sind. Es wird somit ein Scheibenläufermotor vorgeschlagen, welcher sich aufgrund der aufgedruckten Wicklungen durch eine dünne Bauweise auszeichnet. Zudem sind die aufgedruckten Wicklungen durch die große Oberfläche gut gekühlt und können mit hohen elektrischen Stromdichten betrieben werden.In a specific embodiment, it is provided that the pancake motor has a first and a second stator disk and a rotor disk arranged axially between the two stator disks. The rotor disk is preferably rotationally symmetrical, preferably in the form of a circular ring. The stator disks are spaced apart in the axial direction, with the rotor disk being arranged axially between the two stator disks. The rotor disk and the stator disks are preferably oriented parallel to one another and spaced apart from one another by an air gap. The stator disks are preferably each formed by a printed circuit board, also known as a printed circuit board (PCB), on which active areas are printed. In particular, the active areas are formed by stator windings, which are printed as electrical conductor tracks in the form of coils on the printed circuit board. In concrete terms, the commutator and stator winding are implemented as a printed circuit on the printed circuit board. In principle, the rotor disk can either be permanently excited by means of permanent magnets or have a rotor winding, so that the rotor disk can be excited electrically. Alternatively or additionally, the rotor disk can be formed by a circuit board printed with active areas. In particular, the active areas are formed by windings which are printed on the circuit board as electrical conductor tracks in the form of coils. Alternatively, however, the rotor disk can also have a large number of permanent magnets which are poled in the axial direction and which are arranged in a ring around the main axis of rotation. A pancake motor is thus proposed, which is characterized by a thin construction due to the printed windings. In addition, the printed windings are well cooled due to the large surface and can be operated with high electrical current densities.
In einer möglichen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Getriebeeirichtung als ein Planetengetriebe ausgebildet ist. Insbesondere ist das Planetengetriebe als ein einstufiges Planetengetriebe ausgebildet. Das Planetengetriebe weist einen Sonnenradabschnitt als ein Eingangsorgan und einen Planetenträger als Ausgangsorgan auf. Prinzipiell kann der Sonnenradabschnitt als ein mit der Antriebswelle drehfest verbundenes Sonnenrad ausgebildet sein. Bevorzugt jedoch ist der Sonnenradabschnitt durch eine an einem Außenumfang der Antriebswelle integrierte Sonnenradverzahnung gebildet. Der Planetenträger kann drehfest mit dem Anbindungsabschnitt verbunden sein. Alternativ können der Anbindungsabschnitt und der Planetenträger jedoch auch aus einem gemeinsamen Materialabschnitt, vorzugsweise einstückig, gefertigt sein. Das Planetengetriebe weist zudem einen drehbar an dem Planetenradträger gelagerten Planetenradsatz sowie einen Hohlradabschnitt auf, wobei die Planetenräder des Planetenradsatzes einerseits mit dem Sonnenradabschnitt und andererseits mit dem Hohlradabschnitt in Eingriff stehen. Der Hohlradabschnitt kann als ein separates Hohlrad ausgebildet sein, welches vorzugsweise drehfest in dem Gehäuse angeordnet ist. Alternativ kann der Hohlradabschnitt jedoch auch als eine in das Gehäuse integrierte Hohlradverzahnung ausgebildet sein. Es wird somit einer Getriebeeinrichtung vorgeschlagen, welche sich durch eine geringe axiale Baubreite auszeichnet.In a possible further development it is provided that the transmission device is designed as a planetary gear. In particular, the planetary gear is designed as a single-stage planetary gear. The planetary gear has a sun gear portion as an input member and a planetary carrier as an output member. In principle, the sun wheel section can be designed as a sun wheel which is connected in a torque-proof manner to the drive shaft. However, the sun wheel section is preferably formed by a sun wheel toothing integrated on an outer circumference of the drive shaft. The planetary carrier can be connected to the connection section in a torque-proof manner. Alternatively, however, the connection section and the planet carrier can also be made from a common material section, preferably in one piece. The planetary gear also has a planetary gearset rotatably mounted on the planetary gear carrier and a ring gear section, the planetary gears of the planetary gearset meshing with the sun gear section on the one hand and with the ring gear section on the other. The ring gear section can be designed as a separate ring gear, which is preferably arranged in the housing in a rotationally fixed manner. Alternatively, however, the ring gear section can also be designed as a ring gear toothing integrated into the housing. A transmission device is therefore proposed which is characterized by a small axial overall width.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Planetenräder des Planetengetriebes als Stufenplaneten ausgebildet sind. Insbesondere dienen die Stufenplanten zur Vergrößerung der Übersetzung. Insbesondere kann das Planetengetriebe somit ein Übersetzungsverhältnis zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang mit einem Betrag von mehr als 1:5, vorzugsweise mehr als 1:10, im Speziellen mehr als 1:15 aufweisen. Vorzugsweise weist das Planetengetriebe ein Übersetzungsverhältnis mit einem Betrag von 1:7 bis 1:14 auf. Die Stufenplaneten können ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Insbesondere weisen die Stufenplaneten jeweils eine erste und eine zweite Planetenverzahnung mit unterschiedlichen Kopfkreisdurchmesser auf. Die Planetenräder können dabei einstückig, insbesondere aus einem Materialabschnitt gefertigt, ausgebildet sein. Alternativ sind die Planetenräder durch zwei separate Zahnräder gebildet, welche drehfest miteinander verbunden sind. Es wird somit ein Planetengetriebe vorgeschlagen, welches sich zum einen durch eine kompakte Ausgestaltung, insbesondere eine geringe axiale Baubreite, und zugleich durch ein hohes Übersetzungsverhältnis auszeichnet.In a further specification, it is provided that the planet gears of the planetary gear are designed as stepped planets. In particular, the graduated plans serve to increase the translation. In particular, the planetary gear can thus have a transmission ratio between the gear input and the gear output with an amount of more than 1:5, preferably more than 1:10, in particular more than 1:15. The planetary gear preferably has a transmission ratio with an amount of 1:7 to 1:14. The stepped planets can be designed in one or more parts. In particular, the stepped planets each have a first and a second planetary toothing with different tip circle diameters. The planet gears can be made in one piece, in particular made from a piece of material. Alternatively, the planet gears are formed by two separate gears which are non-rotatably connected to each other. A planetary gear is thus proposed which is characterized on the one hand by a compact design, in particular a small axial overall width, and at the same time by a high transmission ratio.
In einer weiteren konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass die Getriebeeinrichtung und die Antriebseinrichtung in Bezug auf eine Hauptdrehachse koaxial zueinander in dem Gehäuse angeordnet sind. Die Antriebswelle ist hierzu in Bezug auf die Hauptdrehachse koaxial und/oder konzentrisch zu dem Rotor angeordnet und in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse durch die Getriebeeinrichtung geführt und/oder koaxial zu der Getriebeeinrichtung angeordnet. Bevorzugt sind der Anbindungsabschnitt, das Planetengetriebe, die Antriebswelle und der Scheibenläufermotor koaxial und/oder konzentrisch in Bezug auf die Hauptdrehachse angeordnet. Besonders bevorzugt ist das Antriebsmodul koaxial zum Antriebsrad, insbesondere der Radnabe, angeordnet und/oder anordbar. Es wird somit ein Antriebsmodul in koaxialer Bauweise vorgeschlagen, welches sich durch einen besonders kompakten Aufbau auszeichnet.In a further concrete implementation it is provided that the transmission device and the drive device are arranged coaxially to one another in relation to a main axis of rotation in the housing. For this purpose, the drive shaft is arranged coaxially and/or concentrically to the rotor with respect to the main axis of rotation and guided through the transmission device in the axial direction with respect to the main axis of rotation and/or arranged coaxially with the transmission device. The connection section, the planetary gear, the drive shaft and the pancake motor are preferably arranged coaxially and/or concentrically in relation to the main axis of rotation. Particularly preferably, the drive module is and/or can be arranged coaxially to the drive wheel, in particular the wheel hub. A drive module with a coaxial design is therefore proposed, which is characterized by a particularly compact design.
In einer möglichen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse eine Trennwand aufweist, welche das Gehäuse in einen Antriebsraum zur Aufnahme der Antriebseinrichtung und einen Getrieberaum zur Aufnahme der Getriebeeinrichtung unterteilt. Insbesondere kann der Getrieberaum als ein, insbesondere mit einer Öl- oder Fettschmierung versehener Nassraum und der Antriebsraum als ein Trockenraum ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Trennwand in radialer Richtung einerseits an dem Gehäuse und andererseits an Antriebswelle, vorzugsweise fluiddicht, abgestützt. Im Speziellen kann die Trennwand fest mit dem Gehäuse verbunden sein und über eine Dichtung, vorzugsweise ein Radialwellendichtring, an der Antriebswelle anliegen. Es wird somit ein Antriebsmodul vorgeschlagen, welches sich durch eine kompakte Bauform und einen verbesserten Wirkungsgrad auszeichnet.In a possible further development it is provided that the housing has a partition which divides the housing into a drive space for accommodating the drive device and a gear space for accommodating the gear device. In particular, the gear compartment can be configured as a wet compartment, in particular provided with oil or grease lubrication, and the drive compartment as a dry compartment. The partition wall is preferably supported in the radial direction on the housing on the one hand and on the drive shaft on the other hand, preferably in a fluid-tight manner. In particular, the partition can be firmly connected to the housing and rest against the drive shaft via a seal, preferably a radial shaft sealing ring. A drive module is thus proposed which is characterized by a compact design and improved efficiency.
In einer möglichen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Antriebsmodul eine Sensoreinrichtung aufweist, welche zur Erfassung eines Motorparameters der Antriebseinrichtung ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Sensoreinrichtung als ein Rotorlagesensor ausgebildet, welcher zur Erfassung einer Rotorlage des Rotors ausgebildet ist. Die Sensoreinrichtung ist hierzu gegenüberliegend zu der Antriebseinrichtung, insbesondere radial oder axial gegenüberliegend zu dem Rotor, an der Trennwand montiert, wobei die Sensoreinrichtung bei einer Rotation des Rotors stationär verbleibt. Die Sensoreinrichtung kann induktiv die Stellung des Magnetfelds erfassen, um daraus auf die Rotorlage rückzuschließen. Alternativ oder optional ergänzend kann an dem Rotor ein Target vorgesehen sein, welches durch die Sensoreinrichtung erfassbar ist. Insbesondere weist die Trennwand einen Halteabschnitt auf, wobei die Sensoreinrichtung an dem Halteabschnitt formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig, vorzugsweise verliersicher, montiert ist. Beispielsweise erstreckt sich der Halteabschnitt von der Trennwand in den Antriebsraum, vorzugsweise beabstandet zu dem Rotor, insbesondere dessen Außenumfang und/oder Stirnseite. Es wird somit eine besonders kompakte und bauraumsparende Anordnung der Sensoreinrichtung innerhalb des Gehäuses vorgeschlagen.In a possible development it is provided that the drive module has a sensor device which is designed and/or suitable for detecting a motor parameter of the drive device. In particular, the sensor device is designed as a rotor position sensor, which is designed to detect a rotor position of the rotor. For this purpose, the sensor device is mounted on the partition wall opposite the drive device, in particular radially or axially opposite the rotor, with the sensor device remaining stationary when the rotor rotates. The sensor device can detect the position of the magnetic field inductively in order to draw conclusions about the rotor position. Alternatively or optionally in addition, a target can be provided on the rotor, which can be detected by the sensor device. In particular, the partition wall has a holding section, the sensor device being mounted on the holding section in a form-fitting and/or force-fitting and/or cohesive manner, preferably captively. For example, the holding section extends from the partition into the drive compartment, preferably at a distance from the rotor, in particular its outer circumference and/or end face. A particularly compact and space-saving arrangement of the sensor device within the housing is thus proposed.
In einer weiteren Realisierung ist vorgesehen, dass das Gehäuse einen Elektronikraum aufweist, welcher zur Aufnahme einer Leistungselektronik der Antriebseinrichtung ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist der Elektronikraum gegenüber dem Getrieberaum und/oder dem Antriebsraum, vorzugsweise fluiddicht, abgetrennt. Besonders bevorzugt ist der Elektronikraum als ein Trockenraum ausgebildet. Der Elektronikraum ist in radialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse außenliegend zu der Antriebseinrichtung und/oder benachbart zu dem Antriebsraum angeordnet. Besonders bevorzugt ist der Elektronikraum als ein radial nach außen hin geöffneter Gehäuseabschnitt ausgebildet, welcher vorzugsweise durch einen Deckel verschließbar ist. Durch die Integration der Leistungselektronik in das Gehäuse wird ein Antriebsmodul vorgeschlagen, welches als eine kompakte Baueinheit ausgebildet ist und sämtliche Komponenten in dem Gehäuse besonders bauraumsparend umfasst.In a further implementation, it is provided that the housing has an electronics space which is designed and/or suitable for accommodating power electronics of the drive device. In particular, the electronics space is separated from the gear space and/or the drive space, preferably in a fluid-tight manner. The electronics space is particularly preferably designed as a drying space. The electronics space is arranged in the radial direction with respect to the main axis of rotation on the outside of the drive device and/or adjacent to the drive space. The electronics space is particularly preferably designed as a housing section which is open radially outwards and which can preferably be closed by a cover. By integrating the power electronics into the housing, a drive module is proposed which is designed as a compact structural unit and includes all of the components in the housing in a particularly space-saving manner.
In einer optionalen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Gehäuse einen Rahmenanbindungsabschnitt aufweist, welcher zur Befestigung des Antriebsmoduls an einem Rahmen des Fahrzeugs ausgebildet und/oder geeignet ist. Prinzipiell kann der Rahmenanbindungsabschnitt durch eine oder mehrere an dem Gehäuse angeordnete Befestigungsaufnahmen gebildet sein, welche zur Aufnahme eines Befestigungsmittels dienen, um das Gehäuse mit dem Rahmen zu verbinden. Alternativ oder optional ergänzend ist der Rahmenanbindungsabschnitt durch eine koaxial zur Hauptdrehachse verlaufende Aufnahmeöffnung zur Aufnahme einer Radachse des Antriebsrades, ausgebildet, welche das Gehäuse koaxial zur Hauptdrehachse durchsetzt. Hierzu ist insbesondere die Antriebswelle als Hohlwelle ausgebildet. Vorzugsweise ist die Radachse in einer bestimmungsgemäßen Einbausituation koaxial zur Hauptdrehachse durch das Gehäuse, insbesondere die Antriebswelle, geführt. Im Speziellen weist das Antriebsmodul eine Stützhülse auf, welche zur Bildung oder Mitbildung des Rahmenanbindungsabschnitts in eine zentrale Öffnung des Gehäuses eingesetzt ist. In einer bestimmungsgemäßen Einbausituation ist das Antriebsmodul vorzugsweise radnah und rahmenfest an dem Fahrzeug montiert. Es wird somit ein Antriebsmodul vorgeschlagen, welches in einfacher Weise nahe des Antriebsrads montiert werden kann. Zudem werden durch die rahmenfeste Anbindung des Antriebsmoduls keine oder nur geringe Radkräfte auf das Antriebsmodul übertragen.In an optional refinement, it is provided that the housing has a frame connection section which is designed and/or suitable for fastening the drive module to a frame of the vehicle. In principle, the frame connection section can be formed by one or more fastening receptacles which are arranged on the housing and serve to receive a fastening means in order to connect the housing to the frame. Alternatively or optionally in addition, the frame connection section is formed by a receiving opening running coaxially to the main axis of rotation for receiving a wheel axle of the drive wheel, which passes through the housing coaxially to the main axis of rotation. For this purpose, in particular, the drive shaft is designed as a hollow shaft. In an intended installation situation, the wheel axle is preferably guided coaxially to the main axis of rotation through the housing, in particular the drive shaft. In particular, the drive module has a support sleeve which is inserted into a central opening of the housing to form or co-form the frame connection section. In an intended installation situation, the drive module is preferably mounted close to the wheel and fixed to the frame on the vehicle. A drive module is thus proposed which can be mounted in a simple manner near the drive wheel. In addition, due to the fact that the drive module is fixed to the frame, little or no wheel forces are transmitted to the drive module.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung mit dem Antriebsmodul, wie dieses bereits zuvor beschrieben wurde. Die Antriebsanordnung weist ein durch einen Fahrzeugbenutzer per Tretkraft antreibbares Generatormodul auf, welches zur Erzeugung elektrischer Energie für das Antriebsmodul ausgebildet und/oder geeignet ist. Das Generatormodul ist insbesondere separat zu dem Antriebsmodul ausgebildet. Insbesondere weist das Generatormodul ein über eine Tretkurbelwelle antriebbaren Generator auf, wobei eine elektrische Leistung aus der am Generator aufgebrachten Drehmomente und Drehzahlen resultiert. Vorzugsweise kann der Fahrzeugbenutzer die Größe der elektrischen Leistung in Abhängigkeit der Tretkraft bzw. Trittfrequenz variieren. Bevorzugt weist die Antriebsanordnung eine Steuerungseinrichtung auf, welche ausgebildet ist, das Antriebsmoment und/oder eine Antriebsdrehzahl des Antriebsmoduls in Abhängigkeit der Tretkraft und/oder Trittfrequenz zu steuern. Besonders bevorzugt ist der Generator nicht zur Umsetzung eines Betriebs als Antriebsmotor ausgebildet und/oder kann ausschließlich in einem Generatorbetrieb laufen. Alternativ kann der Generator elektromotorisch betrieben werden, um z.B. die Kurbeln in eine bestimmte Position zu bringen.A further object of the invention relates to a drive arrangement with the drive module, as has already been described above. The drive arrangement has a generator module which can be driven by a vehicle user by pedaling and which is designed and/or suitable for generating electrical energy for the drive module. The generator module is in particular designed separately from the drive module. In particular, the generator module has a generator that can be driven via a pedal crankshaft, with electrical power resulting from the torques and speeds applied to the generator. Preferably, the vehicle user can vary the size of the electrical power depending on the pedaling force or pedaling frequency. The drive arrangement preferably has a control device which is designed to control the drive torque and/or a drive speed of the drive module as a function of the pedaling force and/or pedaling frequency. Particularly preferably, the generator is not designed to operate as a drive motor and/or can run exclusively in generator mode. Alternatively, the generator can be operated by an electric motor, e.g. to bring the cranks into a certain position.
Das Generatormodul ist zur Bereitstellung der elektrischen Energie über eine elektrische Leitung unmittelbar mit dem Antriebsmodul verbunden. Insbesondere kann die Antriebseinrichtung somit direkt durch den vom Generator erzeugten Strom gespeist werden. Alternativ oder optional ergänzend ist das Generatormodul zur Bereitstellung der elektrischen Energie mittelbar über ein Energiespeichermodul mit dem Antriebsmodul verbunden. Insbesondere ist das Energiespeichermodul als ein Akkumulator ausgebildet, welcher von einer externen Stromquelle geladen werden kann. Insbesondere kann der Elektromotor somit durch den in dem Energiespeichermodul gespeicherten Strom gespeist werden.In order to provide the electrical energy, the generator module is connected directly to the drive module via an electrical line. In particular, the drive device can thus be fed directly by the current generated by the generator. Alternatively or optionally in addition, the generator module is connected to the drive module indirectly via an energy storage module to provide the electrical energy. In particular, the energy storage module is designed as an accumulator which can be charged from an external power source. In particular, the electric motor can thus be fed by the current stored in the energy storage module.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit dem Generatormodul und/oder der Antriebsanordnung wie diese bereits zuvor beschrieben wurden. Insbesondere ist das Fahrzeug ein elektrisch- und/oder muskelbetriebenes Fahrzeug, insbesondere Fahrrad oder Lastenrad, ausgebildet, welches durch einen Elektromotor angetrieben wird. Insbesondere zeichnet sich das Fahrzeug dadurch aus, dass die für das Antriebsmodul benötigte elektrische Energie zumindest teilweise mittels des Generatormoduls durch den Fahrer erzeugt wird. Alternativ kann das Fahrzeug jedoch auch als ein E-Scooter oder E-Bike ausgebildet sein, wobei die für das Antriebsmodul benötigte elektrische Energie ausschließlich durch das Energiespeichermodul bereitgestellt wird.Another subject matter of the invention relates to a vehicle with the generator module and/or the drive arrangement as already described above. In particular, the vehicle is an electric and/or human-powered vehicle, in particular a bicycle or cargo bike, which is driven by an electric motor. In particular, the vehicle is characterized in that the electrical energy required for the drive module is at least partially generated by the driver using the generator module. Alternatively, however, the vehicle can also be designed as an e-scooter or e-bike, with the electrical energy required for the drive module being provided exclusively by the energy storage module.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Antriebsanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 eine Schnittdarstellung eines Antriebsmoduls der Antriebsanordnung; -
3 eine Explosionsdarstellung des Antriebsmoduls gemäß2 ; -
4 eine Explosionsdarstellung einer Getriebeeinrichtung des Antriebsmoduls gemäß2 ; -
5 eine perspektivische Darstellung der Getriebeeinrichtung gemäß4 ; -
6 eine perspektivische Darstellung eines Antriebsrads mit dem Antriebsmodul für ein einspuriges Fahrzeug; -
7 eine perspektivische Darstellung einer Antriebsachse mit dem Antriebsmodul für ein mehrspuriges Fahrzeug.
-
1 a schematic representation of a vehicle with a drive arrangement as an embodiment of the invention; -
2 a sectional view of a drive module of the drive arrangement; -
3 an exploded view of the drive module according to2 ; -
4 an exploded view of a transmission device of the drive module according to2 ; -
5 a perspective view of the transmission device according to FIG4 ; -
6 a perspective view of a drive wheel with the drive module for a single-track vehicle; -
7 a perspective view of a drive axle with the drive module for a multi-track vehicle.
Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding or identical parts are each provided with the same reference symbols in the figures.
Das Fahrzeug 1 weist eine Antriebsanordnung 5 auf, welche zum Antrieb des Hinterrads 4 dient. Das Hinterrad 4 bildet somit ein Antriebsrad des Fahrzeugs 1, wobei das Vorderrad 3 antriebslos bleibt. Optional kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Vorderrad 3 angetrieben wird.The
Die Antriebsanordnung 5 umfasst ein Generatormodul 6, optional ein Antriebsmodul 7 und ein Energiespeichermodul 8. Das Generatormodul 6 ist im Bereich des Tretlagers angeordnet und kann durch einen Fahrzeugbenutzer per Tretkraft angetrieben werden, um elektrische Energie für das Antriebsmodul 7 zu erzeugen. Das Generatormodul 6 weist hierzu zwei diametral zueinander angeordnete Tretkurbeln 9 auf, welche per Tretkraft in Rotation versetzt werden, um elektrische Leistung in dem Generatormodul 6 zu erzeugen.The
Das Fahrrad weist keine mechanische Antriebsverbindung zwischen den Tretkurbeln 9 und dem Antriebsrad 4 auf. Das Generatormodul 6 ist lediglich über eine elektrische Leitung 10 mit dem Antriebsmodul 6 und/oder dem Energiespeichermodul 8 elektrisch verbunden, um die für das Antriebsmodul 7 nötige elektrische Energie bereitzustellen. Das Antriebsmodul 7 kann beispielsweise als ein in das Hinterrad 4 integrierter Radnabenmotor ausgebildet sein, welcher ein elektrisches Antriebsmoment auf das Hinterrad 4 überträgt. Das Antriebsmodul 7 kann dabei direkt durch die von dem Generatormodul 6 erzeugte elektrische Energie oder mittelbar durch die in dem Energiespeichermodul 8 gespeicherte elektrische Energie versorgt werden. Das Energiespeichermodul 8 kann während der Fahrt von Generatormodul 6 gespeist werden und darüber hinaus von einer externen Stromquelle geladen werden. Optional kann die vom Generatormodul 6 bereitgestellte elektrische Energie einem Verbraucher 11, z.B. Licht, zur Verfügung gestellt werden.The bicycle has no mechanical drive connection between the pedal cranks 9 and the
Die
Das Antriebsmodul 7 weist eine Antriebswelle 15 auf, welche mit ihrer Rotationsachse die Hauptdrehachse 100 definiert. Die Antriebswelle 15 ist einerseits antriebstechnisch mit der Antriebseinrichtung 12 verbunden und andererseits getriebetechnisch mit einem Getriebeeingang der Getriebeeinrichtung 13 verbunden.The
Die Antriebseinrichtung 12 ist als eine elektrische Maschine, vorzugsweise ein Elektromotor, ausgebildet, wobei das Antriebsmodul 7 einen Stator 16 und einen Rotor 17 aufweist. Dabei ist der Rotor 17 drehfest mit der Antriebswelle 15 verbunden. Der Stator 16 hingegen ist gehäusefest mit dem Gehäuse 15 verbunden und verbleibt somit stationär. Die Getriebeeinrichtung 13 dient dazu, ein in die Antriebswelle 15 eingeleitetes Antriebsmoment auf einen Radanbindungsabschnitt 18 zu übersetzen, wobei der Radanbindungsabschnitt 18 zur antriebstechnischen Anbindung an das Antriebsrad 4 des Fahrzeugs 1 dient. Hierzu ist die Antriebswelle 15 mit einem Getriebeeingang und der Radanbindungsabschnitt 18 mit einem Getriebeausgang der Getriebeeinrichtung 13 verbunden ist. Die Getriebeeinrichtung 13, die Antriebseinrichtung 12 sowie der Radanabindungsabschnitt 18 sind Bezug auf die Hauptdrehachse 100 koaxial zueinander angeordnet.The
Die Getriebeeinrichtung 13 ist als ein Planetengetriebe ausgebildet, wobei die Getriebeeinrichtung 13 einen Sonnenradabschnitt 19 als Eingangsorgan, mehrere Planetenräder 20 ein, einen Planetenträger 21 als Ausgangsorgan sowie einen Hohlradabschnitt 22 aufweist. Der Sonnenradabschnitt 19 ist beispielsweise als eine in die Antriebswelle 15 integrierte Sonnenradverzahnung ausgebildet, welche mit einer Planetenradverzahnung der Planetenräder 22 in Eingriff steht. Die Planetenräder 20 sind über jeweils einen Trägerbolzen 23 an dem Planetenträger 21 drehbar gelagert, wobei der Planetenträger 21 wiederum drehfest, z.B. über eine Steckverzahnung, mit dem Radanabindungsabschnitt 18 gekoppelt. Der Hohlradabschnitt 22 ist als ein separates Hohlrad ausgebildet, welches drehfest mit dem Gehäuse 14 verbunden ist.The
Das Gehäuse 14 ist mehrteilig ausgebildet, wobei das Gehäuse 14 einen Gehäusegrundkörper 24 aufweist, welcher in axialer Richtung durch einen Gehäusedeckel 25 abgeschlossen ist. Dabei weisen der Gehäusegrundkörper 24 und der Gehäusedeckel 25 jeweils eine zentrale Durchgangsöffnung 26, 27 auf, welche zur Durchführung einer Radachse 52, wie in
Dabei umfasst der Rahmenanbindungsabschnitt 28 eine erste und eine zweite Stützhülse 29, 30, welche zur Durchführung der Radachse 52 dient. Die Antriebswelle 15 und der Radanbindungsabschnitt 18 sind hierzu hohlzylindrisch ausgebildet, wobei die erste Stützhülse 29 in Bezug auf die Hauptdrehachse 100 koaxial durch die Antriebswelle 15 und die zweite Stützhülse 30 koaxial durch den Radanbindungsabschnitt 18 geführt ist.The frame connection section 28 comprises a first and a
Die Antriebswelle 15 ist dabei über eine erste Lagereinrichtung 31 in radialer Richtung in der ersten Durchgangsöffnung 26 und über eine zweite Lagereinrichtung 32 in radialer Richtung an dem Radanbindungsabschnitt 18 drehbar abgestützt. Der Radanbindungsabschnitt 18 ist wiederum über eine dritte Lagereinrichtung 33 in radialer Richtung in der zweiten Durchgangsöffnung 27 und über eine vierte Lagereinrichtung 34 an der Radachse 52 drehbar abgestützt bzw. abstützbar. Die vierte Lagereinrichtung 34 ist hierzu koaxial zwischen der ersten und der zweite Stützhülse 29, 30 angeordnet, wobei die beiden Stützhülse 29, 30 in axialer Richtung an der vierten Lagereinrichtung 34 abgestützt sind. Beispielsweise sind die Lagereinrichtungen 31, 32, 33, 34 als Wälzlager, insbesondere als Kugellager ausgebildet.The
Weiterhin weist das Antriebsmodul 7 eine Trennwand 35 auf, welche das Gehäuse 14 in einen Antriebsraum 36 zur Aufnahme der Antriebseinrichtung 12 und einen Getrieberaum 37 zur Aufnahme der Getriebeeinrichtung 13 unterteilt. Zur weiteren Verkleinerung der Reibungsverluste in dem Antriebsmodul 7, insbesondere in der Getriebeeinrichtung 13, kann der Getrieberaum 37 mit einer ÖI- oder Fettschmierung versehen sein. Der Antriebsraum 36 bildet vorzugsweise einen Trockenraum, wobei der Getrieberaum 37 durch die Trennwand 35 von dem Trockenraum vorzugsweise fluiddicht getrennt ist.Furthermore, the
Das Antriebsmodul 7 umfasst zudem eine Leistungselektronik 38 für die Antriebseinrichtung 12, welche in einem Elektronikraum 39 des Gehäuses 14 in radialer Richtung benachbart zu dem Antriebsraum 36 angeordnet ist. Der Elektronikraum 39 ist gegenüber dem Antriebsraum 36 und dem Getrieberaum 37 abgetrennt und in radialer Richtung über einen weiteren Gehäusedeckel 40 von außen zugänglich, wobei der weitere Gehäusedeckel 40 den Elektronikraum 39 in montierten Zustand fluiddicht abdichtet.The
Die Trennwand 35 weist einen Halteabschnitt 41 auf, wobei an dem Halteabschnitt 41 eine Sensoreinrichtung 42 zur Erfassung eines Motorparameters verliersicher montiert ist. Beispielsweise ist die Sensoreinrichtung 42 als ein Rotorlagesensor ausgebildet, wobei der Rotorlagesensor ausgebildet ist, eine Rotorlage des Rotors 17 zu erfassen. Hierzu kann ein drehendes Target-Element am Rotor 17 platziert sein, wobei der Rotorlagesensor stationär an der Trennwand 35 beispielsweise axial beabstandet zu dem Rotor 17 verbleibt.The
Übliche Mittelmotoren sind insbesondere für schwere Lastenräder ungeeignet und führen zu erhöhtem Kettenverschleiß. Übliche Radnabenantriebe sind deutlich momentenschwächer und weisen üblicherweise schlechte thermische Eigenschaften auf. Bei höherem Leistungsbedarf und speziell geringeren Drehzahlen werden die Wirkungsgrade schlechter und die thermischen Verluste nehmen zu. Bei den in der Regel verwendeten Außenläufermotoren gelangt diese Abwärme, die vorwiegend im Stator entsteht schlecht über Konvektion an das Außengehäuse und die Motoren müssen in der Leistung degradieren. Dies macht einen robusten Betrieb z.B. an einem längeren Berg ungünstig oder sogar unmöglich. Außerdem sind Radnabenantriebe, die insbesondere für einspurige Pedelecs konzipiert sind, für den Einsatz in mehrspurigen Pedelecs und bei fliegendem Einbau (einseitige Anbindung im Gegensatz zum Zweirad) relativ ungeeignet. Die hier vorliegenden höheren Seitenkräfte überfordern derartige Antriebe. Außerdem stören die drehenden Motorgehäuse, wenn diese nicht als Nabe direkt eingespeicht werden, sondern unabhängig vom Rad etwas distanziert ebenfalls drehen.Conventional central motors are particularly unsuitable for heavy cargo bikes and lead to increased chain wear. Conventional wheel hub drives are significantly weaker in terms of torque and usually have poor thermal properties. With higher power requirements and, in particular, lower speeds, the efficiencies deteriorate and thermal losses increase. In the case of the external rotor motors that are generally used, this waste heat, which is mainly generated in the stator, does not reach the outer housing via convection and the motors have to degrade in terms of performance. This makes robust operation, e.g. on a long mountain, unfavorable or even impossible. In addition, wheel hub drives, which are designed in particular for single-track pedelecs, are relatively unsuitable for use in multi-track pedelecs and for cantilever installation (one-sided connection in contrast to two-wheelers). The higher lateral forces present here overwhelm such drives. In addition, the rotating motor housings are annoying if they are not spoked directly as a hub, but also rotate somewhat independently of the wheel.
Es ist daher vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung 12 als ein Scheibenläufermotor, auch als Doppel-Axialflußmaschine bekannt, ausgebildet ist. Die Antriebseinrichtung 12 weist hierzu eine Rotorscheibe 43 als Rotor 17 auf, welche axial zwischen zwei Statorscheiben 44, 45 als Stator 16 in einem engen Luftspalt angeordnet ist. Bevorzugt ist der Scheibenläufermotor als ein Leiterplattenmotor, auch als PCB-Maschine (PCB = Printed Circuit Board) bekannt, ausgebildet. Beispielsweise können die Statorscheiben 44,45 hierzu im Wesentlichen jeweils durch mindestens eine Leiterplatte 46 mit nicht näher dargestellten Leiterbahnen gebildet sein, wobei die Leitbahnen Statorspulen des Stators 17 bilden. Die Leiterplatte 46 kann beispielsweise aus nicht-magnetischem und nichtleitendem Material, z.B. durch eine dünne Kunststoff- oder Keramikscheibe gebildet sein. Die Statorwicklungen und ein Kommutator können beispielsweise auf beiden Seiten der Leiterplatte mit Kupfer aufgedruckt sein. Die Magnetfelder der stromdurchflossenen Leiterbahnen auf der Statorscheibe überlagern sich mit dem Rotorfeld des Rotors 17 und erzeugen eine Kraftwirkung, die das Antriebsmoment bewirkt. Prinzipiell kann die Rotorscheibe 43 durch mehrere in Umfangsrichtung angeordnete Permanentmagnete ausgebildet sein. Alternativ kann die Rotorscheibe 43 jedoch auch durch eine Leiterplatte mit nicht näher dargestellten Leiterbahnen gebildet sein, wobei die Leitbahnen Rotorspulen des Rotors 17 bilden.It is therefore provided that the
Es wird somit eine Antriebseinrichtung 12 vorgeschlagen, welche eine schnelle Beschleunigung und Verzögerung aufweist, da die Trägheit des Scheibenläufermotors sehr gering ist und daher das Verhältnis von Drehmoment und Trägheit sehr hoch ist. Zudem weist der Stator 16 kein Eisen auf, so dass die Armatur-Induktivität gering ist. Weiterhin weist der Leiterplattenmotor eine hohe Überlaststromkapazität auf und kann damit auch kurzzeitig hohe Momente und Leistungen abgeben. Zudem ist die Drehzahlmomentkurve des Motors aufgrund vernachlässigbarer Armatur-Reaktion und Flussverzerrung nahezu linear. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Antriebsmodul sehr klein (max. 70 breit und max. 180 mm Durchmesser) und leicht (max. 5 kg) ist und somit für leichte Elektrofahrzeuge geeignet ist. Aufgrund der schmalen, scheibenartigen Ausgestaltung ist das Antriebsmodul 7 besonders für zwei- und mehrrädrige Pedelecs geeignet. Weiterhin zeichnen sich Scheibenläufermotoren durch ein hohes Antriebsmoment (ca. 140 Nm) aus. Das Antriebsmodul 7 ist somit für Pedelec-Antriebe geeignet, bei denen kurzzeitig ein momentenstarkes Antriebsmoment bereitgestellt werden muss.A
Die Antriebswelle 15 erstreckt sich in axialer Richtung über eine zentrale Öffnung in der Trennwand 35 von dem Antriebsraum 36 in den Getrieberaum 37, wobei die Antriebswelle 15 antriebsseitig einen Mitnahmeabschnitt 47 zur drehfesten Mitnahme des Rotors 17 aufweist und getriebeseitig den Sonnenradabschnitt 19 aufweist. Es wird somit eine besonders kompakte Ausgestaltung der Antriebswelle 15 vorgeschlagen.The
Die
Durch die Ausgestaltung der Planetenräder 20 als Stufenplanten kann die Getriebeeinrichtung 13 mit einer Übersetzung von 1:7 bis 1:14 realisiert werden. Somit kann ein mit geringer Drehzahl eingeleitetes hohes Antriebsmoment durch die Getriebeeinrichtung 13 in ein kleines Abtriebsmoment mit hoher Drehzahl gewandelt werden. Anders ausgedrückt, wird eine Drehbewegung der Antriebswelle 15 über die Getriebeeinrichtung 13 ins Schnelle übersetzt.By configuring the planet gears 20 as stepped planets, the
Der Anbindungsabschnitt 18 ist als eine Antriebsnabe ausgebildet, welche stirnseitig eine Anbindungskontur 50 zur drehfesten, insbesondere formschlüssigen, Anbindung des Antriebsmoduls 7 aufweist. Beispielsweise ist der Anbindungsabschnitt 18 in der Form einer Klaue ausgebildet, welcher in axialer Richtung mit einer entsprechenden Gegenklaue des Antriebsrades 4 in Eingriff bringbar ist.The
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- Rahmenframe
- 33
- Vorderradfront wheel
- 44
- Hinterradrear wheel
- 55
- Antriebsanordnungdrive arrangement
- 66
- Generatormodulgenerator module
- 77
- Antriebsmoduldrive module
- 88th
- Energiespeichermodulenergy storage module
- 99
- Tretkurbelcrank
- 1010
- LeitungManagement
- 1111
- Verbraucherconsumer
- 1212
- Antriebseinrichtungdrive device
- 1313
- Getriebeeinrichtunggear mechanism
- 1414
- GehäuseHousing
- 1515
- Antriebswelledrive shaft
- 1616
- Statorstator
- 1717
- Rotorrotor
- 1818
- Radanbindungsabschnittbike connection section
- 1919
- Sonnenradabschnittsun gear section
- 2020
- Planetenräderplanet gears
- 2121
- Planetenträgerplanet carrier
- 2222
- Hohlradabschnittring gear section
- 2323
- Trägerbolzensupport bolts
- 2424
- Gehäusegrundkörperhousing body
- 2525
- Gehäusedeckelhousing cover
- 2626
- erste Durchgangsöffnungfirst passage opening
- 2727
- zweite Durchgangsöffnungsecond passage opening
- 2828
- Rahmenanbindungsabschnittframe connection section
- 2929
- erste Stützhülsefirst support sleeve
- 3030
- zweite Stützhülsesecond support sleeve
- 3131
- erste Lagereinrichtungfirst storage facility
- 3232
- zweite Lagereinrichtungsecond storage facility
- 3333
- dritte Lagereinrichtungthird storage facility
- 3434
- vierte Lagereinrichtungfourth storage facility
- 3535
- Trennwandpartition wall
- 3636
- Antriebsraumdrive room
- 3737
- Getrieberaumgear room
- 3838
- Leistungselektronikpower electronics
- 3939
- Elektronikraumelectronics room
- 4040
- weiterer Gehäusedeckelanother housing cover
- 4141
- Halteabschnittholding section
- 4242
- Sensoreinrichtungsensor device
- 4343
- Rotorscheiberotor disc
- 4444
- erste Statorscheibefirst stator disc
- 4545
- zweite Statorscheibesecond stator disc
- 4646
- Leiterplattecircuit board
- 4747
- Mitnahmeabschnitttakeaway section
- 4848
- erste Planetenverzahnungfirst planetary gearing
- 4949
- zweite Planetenverzahnungsecond planetary gearing
- 5050
- Anbindungskonturconnection contour
- 5151
- Radnabewheel hub
- 5252
- Radachsewheel axle
- 5353
- Befestigungsmittelfasteners
- 5454
- Antriebsachse drive axle
- 100100
- Hauptdrehachsemain axis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102019108378 A1 [0003]DE 102019108378 A1 [0003]
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021112693.2A DE102021112693A1 (en) | 2021-05-17 | 2021-05-17 | Drive module with disc motor for an electrically operated vehicle and drive arrangement with the drive module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021112693.2A DE102021112693A1 (en) | 2021-05-17 | 2021-05-17 | Drive module with disc motor for an electrically operated vehicle and drive arrangement with the drive module |
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- 2021-05-17 DE DE102021112693.2A patent/DE102021112693A1/en active Pending
Patent Citations (1)
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DE102019108378A1 (en) | 2019-04-01 | 2020-10-01 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Electric bicycle drive |
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