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Dokumentenidentifikation DE60127462T2 29.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001391339
Titel Federbein, versehen mit Antriebsmitteln
Anmelder e-Traction Europe B.V., Apeldoorn, NL
Erfinder Heinen, Adrianus Johannes, 7317 AN Apeldoorn, NL
Vertreter Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln
DE-Aktenzeichen 60127462
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 26.01.2001
EP-Aktenzeichen 030780308
EP-Offenlegungsdatum 25.02.2004
EP date of grant 21.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse B60K 7/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B60K 17/30(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Radstützlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit einem derartigen Radstützlager.

Ein Problem elektrisch gesteuerter Fahrzeuge ist die Integration zahlreicher unterschiedlicher elektrischer Systeme wie Lenkvorrichtungen. Beispielsweise ist bei der Entwicklung eines Fahrzeugs mit mindestens einem Rad, das mit elektrischen Antriebseinrichtungen in dem Rad versehen ist, eines der auftretenden Probleme die Koordination zwischen den Rädern, wenn mehr als ein Antriebsrad in einem Fahrzeug verwendet wird.

Ein weiteres Problem, das bei Fahrzeugen mit bekannten Rädern, die mit Antriebseinrichtungen versehen sind, auftritt, liegt darin, dass eine Steuereinrichtung und komplexe Lenkeinrichtungen erforderlich sind. Eine solche Steuereinrichtung ist außerhalb des Rads in einem Fahrzeug angeordnet. Das Integrieren verschiedener elektrischer Systeme macht den Bau eines elektronisch betriebenen Fahrzeugs zu einem komplexen megatronischen Vorhaben. In WO-A-95/16300 wird der Versuch beschrieben, das Problem durch Anordnen eines Teils der Steuerelektronik innerhalb des Rads zu lösen. Die Verwendung mehrerer solcher Antriebsräder an einem Fahrzeug ist jedoch nicht möglich.

US-A-5 542 492 beschreibt eine Radaufhängung mit einem hydraulischen Stoßdämpfungszylinder und einen hydraulischen Motor zum Antreiben des Rades.

EP-A-291 067, die den nächstkommenden Stand der Technik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, beschreibt eine Radaufhängung mit einem Stoßdämpferzylinder, die zum Drehen desselben einen Elektromotor außen um den Zylinder aufweist, sowie eine separate Feder, die zwischen einem Querlenker und dem Fahrzeugrahmen montiert ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Radstützlager zu schaffen, das leicht in ein Fahrzeug, insbesondere ein hocheffizientes elektrisch betriebenes Fahrzeug, integrierbar ist.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein einfach zu montierendes Radstützlager bereitzustellen.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Radstützlager zu entwickeln, das Freiheit bei der Konzipierung eines Fahrzeugs bietet.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Radstützlager bereitzustellen, das einfach zu wechseln und auszubauen ist, und die Möglichkeit des Anbringens eines Rades bietet, das einfach zu wechseln und zu demontieren ist.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Radstützlager mit Rädern bereitzustellen, die in Kooperation mit weiteren im wesentlichen gleichen Radstützlagern in einem Fahrzeug verwendet werden kann.

Diese Probleme werden zumindest teilweise gelöst, und mit dem erfindungsgemäßen Radstützlager wird zumindest ein Teil der Vorteile erreicht.

Zu diesem Zweck stellt die Erfindung ein Radstützlager nach Anspruch 1 bereit. Ferner schafft die Erfindung ein Fahrzeug nach Anspruch 18.

Das erfindungsgemäße Radstützlager mit Antriebseinrichtungen hat die Realisierung eines Antriebskonzepts ermöglicht, das effizient, einfach einzubauen und in ein Fahrzeug integrierbar ist.

Es ist ferner möglich, mehrere mit Antriebseinrichtungen versehene Radstützlager in einem Fahrzeug zu verwenden.

Nach einem Ausführungsbeispiel umfasst das Radstützlager ein Rad nach Anspruch 13.

Weitere Ausführungsbeispiele des Radstützlagers und des Fahrzeugs sind in den Unteransprüchen angegeben.

Vorzugsweise weist das Rad eine Felge auf, die an der Innenseite koaxial mit einem Permanentmagneten aufweisenden Rotor versehen ist, wobei der Rotor und die Felge mit einer zentralen Wellen verbunden sind, und mit einem Wicklungen aufweisenden koaxialen Stator versehen ist, der sich zwischen der zentralen Welle und dem Rotor befindet und mit einem Fahrzeug verbindbar ist. Auf diese Weise ist das Rad mit einem elektrischen Motor versehen. Folglich ist ein einfacher Antrieb des Rads möglich. Ferner ist kein Getriebe erforderlich, insbesondere kein Untersetzungsgetriebe, bei dem große Leistungsverluste auftreten.

Insbesondere ist der Stator in mindestens zwei Gruppen elektrisch und physisch voneinander getrennter Wicklungen unterteilt, und jede Gruppe weist mindestens zwei Wicklungen jeweils mit ihrem eigenen Steuer- und Messsystem auf, wobei die Steuer- und Messsysteme in dem Rad angeordnet sind und die Steuer- und Messsysteme von einem Betriebssystem betrieben werden, das sich ebenfalls in dem Rad befindet. Folglich entsteht ein Antriebssystem, das in das Rad integriert ist, wobei das Antriebssystem sehr robust und nicht sehr störanfällig ist.

Vorzugsweise weist das mit Antriebseinrichtungen in dem Rad versehene Rad eine Einrichtung zum Austauschen von Daten mit dem Steuer-, Mess- und Betriebssystem weiterer im wesentlichen gleicher Räder auf. Folglich ist es möglich, mehrere mit Antriebseinrichtungen in dem Rad versehene Räder mit einem Fahrzeug zu koppeln, wodurch ein leistungsstarker Fahrzeugantrieb realisiert werden kann. Damit die Datenübertragung weniger störanfällig ist, handelt es sich bei der außerhalb des Rads angeordneten Einrichtung für den Datenaustausch vorzugsweise um eine optische Übertragungseinrichtung.

Um entweder ein oder mehrere Räder, die mit Antriebseinrichtungen in dem Rad versehen sind, Daten u. a. mit anderen außerhalb des Rads befindlichen Vorrichtungen übertragen zu lassen, übertragen die Mess-, Steuer- und Betriebssysteme eines Rads Daten über eine außerhalb des Rad befindliche Zentralverarbeitungseinheit. Auf diese Weise sind beispielsweise mehrere Räder eines Fahrzeugs in der Lage, miteinander zu kommunizieren.

Um die Störanfälligkeit eines Rads weiter zu reduzieren, weist das Steuersystem eine Einrichtung auf, die die Stärke des durch jede Wicklung fließenden elektrischen Stroms getrennt steuert. In diesem Fall ist mit Wicklung auch eine Spule gemeint. Wenn ein Strom durch die Spule oder Wicklung fließt, führt dies zur Erzeugung eines Magnetfelds.

Die Steuersysteme der Wicklungen sind mit dem Betriebssystem verbunden. Das Betriebssystem steht hierarchisch über den Steuersystemen und befiehlt jedem Steuersystem, eine bestimmte Stärke des elektrischen Stroms einzustellen und aufrecht zu halten.

Das mit Antriebseinrichtungen in dem Rad versehene Rad ist ferner mit Messsystemen versehen, die einen Kodierer zum Messen der Anzahl von Umdrehungen und der Winkelposition des Rotors relativ zu dem Stator und eine Strommessvorrichtung zum Messen des durch jede Wicklung fließenden Stroms aufweisen. Folglich kann der durch jede Wicklung fließende Strom akkurat eingestellt und abgeglichen werden. Ferner ist das Betriebssystem in der Lage, die Wicklung zu betreiben und die Phase an jeder Wicklung hinsichtlich eines optimalen Arbeitens des elektrischen Antriebs einzustellen. Ferner ist das Messsystem mit einer Einrichtung zum Messen des mechanischen Drehmoments versehen, vorzugsweise unter Verwendung von Dehnungsmeßstreifen, die in der Lage sind, die Beanspruchung im Material bis auf den Nanometer genau zu messen. Solche Einrichtungen zum Messen von Beanspruchung oder Torsion, Verformung im Material im allgemeinen sind Fachleuten bekannt. Ein Vergleich von mechanischem Drehmoment und aufgenommener Motorleistung liefert eine Vorstellung vom Zustand des Rads.

Um ein gutes Arbeiten zu gewährleisten, ist der Kodierer vorzugsweise mit dem Betriebssystem verbunden und sind die Steuersysteme mit den Strommessvorrichtungen verbunden. Dadurch entsteht ein modulares System, das nicht sehr störanfällig ist.

Das Betriebssystem ist über die Datenübertragungseinrichtung mit einer außerhalb des Rads angeordneten Zentralverarbeitungseinheit verbunden. Dadurch wird die Koordination mit anderen Systemen in einem Fahrzeug möglich.

Um die Antriebseinrichtung bei Entwicklung allzu großer Wärme zu kühlen, ist das Rad mit einer Kühleinrichtung versehen und, falls gewünscht, auch mit einer aktiven Kühleinrichtung, wie z. B. Gebläsen. Ferner kann das Rad mit einer Einrichtung zur Wasserkühlung versehen sein.

Um ein Zusammenwirken mehrerer Antriebseinrichtungen in dem Rad aufweisender Räder in einem Fahrzeug zu ermöglichen, weisen die Betriebssysteme in dem Rad vorzugsweise eine "Master"-Einstellung und eine "Slave"-Einstellung auf, wobei mittels der Übertragungseinrichtung die Zentralverarbeitungseinheit in der Lage ist, das Betriebssystem von der "Master"-Einstellung zu der "Slave"-Einstellung und umgekehrt umschalten zu lassen. Beispielsweise variiert beim Kurvenfahren entweder der Leistungsbedarf oder die Geschwindigkeit der Räder. Um eine Koordination der Räder zu ermöglichen, wird die Umschaltung von der "Master"-Einstellung zu der "Slave"-Einstellung und umgekehrt entweder vom Leistungsbedarf oder der Geschwindigkeit des Rads beeinflusst. Vorzugsweise wird das Rad mit dem geringsten Leistungsbedarf, d. h. das Rad mit der höchsten Umdrehungszahl, als "Master" eingestellt.

Vorzugsweise bewirkt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Zentralverarbeitungseinheit, dass das Betriebssystem des Rads mit dem geringsten Leistungsbedarf als "Master" fungiert und das Betriebssystem des anderen Rads bzw. der anderen Räder als sogenannter "Slave" fungiert, wobei jedes Mal das Betriebssystem des Rads mit dem geringsten Leistungsbedarf als "Master" fungiert und die Betriebssysteme der anderen Räder als "Slave" fungieren. Dadurch ist das Antriebssystem leicht implementierbar und steuerbar.

Um bei gutem Fahren künftige Situationen vorauszusehen, nimmt die Zentralverarbeitungseinheit bei Handhabung des Betriebssystems der Räder vorzugsweise Daten des Rad-Stützlagers hinsichtlich der Winkelposition auf.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung aus mindestens zwei Antriebseinrichtungen in dem Rad aufweisenden Rädern, die über eine Datenübertragungseinrichtung mit einer gemeinsamen Daten-Zentralverarbeitungseinheit verbunden sind.

Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug-Rad mit einem darin angeordneten Elektromotor, wobei der Elektromotor ein Gleichstrom-Synchronmotor mit mehr als 8 Polen und 3 oder mehr Phasen ist.

Ferner betrifft die Erfindung ein Rad mit einem Gehäuse, das an einer drehbaren Welle angebracht ist, an seiner Außenseite mit einer einen Reifen aufweisenden Felge versehen ist und an seiner Innenseite mit Permanentmagneten versehen ist, und einem an einem Fahrzeug anbringbaren Gehäuse, das drehbar mit der Welle verbunden ist, eine Steuer-, Mess- und Betriebseinrichtung und eine elektrische Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds aufweist. Aufgrund dieser Struktur ist das Rad einfach zu wechseln und kann modular montiert werden. Ferner ist ein mechanisches Bremssystem leicht als zusätzliche Sicherheitsvorkehrung an der Welle anbringbar.

Ferner betrifft die Erfindung ein Rad mit einer in diesem angeordneten elektrischen Antriebseinrichtung, einer Einrichtung zum Messen des mechanischen Drehmoments, einer Einrichtung zum Messen des Drehmoments über die aufgenommene elektrische Leistung und einer Einrichtung zum Vergleichen des mechanischen Drehmoments und des Messwerts mit der elektrischen Leistung. Als Folge dessen erscheint es möglich, einen vorzeitigen Verschleiß und Funktionsstörungen in dem Rad festzustellen, bevor tatsächlich ein Defekt auftritt. Unter Verwendung der Übertragungseinrichtung kann ein (künftiger) Defekt selbst auf Distanz festgestellt und möglicherweise behoben werden.

Ferner betrifft die Erfindung ein Rad mit einer darin angeordneten elektrischen Antriebseinrichtung mit mindestens zwei galvanisch voneinander getrennten Motorwicklungen, mindestens zwei galvanisch voneinander getrennten Leistungsmodulen und mindestens zwei galvanisch voneinander getrennten Betriebseinheiten für die Leistungsmodule.

Die Erfindung betrifft ferner ein Rad-Stützlager mit Fahrzeug-Anbringeinrichtungen zum Anbringen des Rad-Stützlagers an einem Fahrzeug, und Rad-Anbringeinrichtungen zum Anbringen eines Rads an dem Rad-Stützlager, wobei die Rad-Anbringeinrichtungen relativ zu den Fahrzeug-Anbringeinrichtungen um die Längsachse drehbar sind und das Rad-Stützlager eine Antriebseinrichtung zum Drehen der Rad-Anbringeinrichtungen relativ zu den Fahrzeug-Anbringeinrichtungen aufweist.

Somit ist ein solches Rad-Stützlager einfach an einem Fahrzeug montierbar und sind die anderen Einrichtungen, wie z. B. eine Lenkeinrichtung für das Fahrzeug und ein Antrieb für die Räder, leicht koppelbar.

Vorzugsweise sind die Fahrzeug-Anbringeinrichtungen und die Rad-Anbringeinrichtungen entlang der Längsachse über Verbindungseinrichtungen federnd miteinander verbunden.

Vorzugsweise weisen die Verbindungseinrichtungen eine Keilwelle auf, die auf einer Seite mit Keilen versehen ist und auf der anderen Seite eine Antriebseinrichtung zum Drehen der Keilwelle und ein Keilwellengehäuse aufweist, in dem die Keilwelle angeordnet ist, wobei das Keilwellengehäuse an der Unterseite eine Unterbringeinrichtung für eine Radwelle und Anbringeinrichtungen für ein Rad aufweist, wobei die Fahrzeug-Anbringeinrichtungen aus einer Hülse mit Einrichtungen zum Verbinden der Hülse mit einem Fahrzeug gebildet sind, wobei das Keilwellengehäuse mit der Keilwelle zumindest teilweise in der Hülse aufgenommen ist, wobei das Keilwellengehäuse und die Hülse über Federeinrichtungen federnd miteinander verbunden sind und die Antriebseinrichtungen mit der Hülse verbunden sind.

Die auf diese Weise realisierbare Struktur ist einfach, robust und gut in bestehende Fahrzeuge und Produktionsverfahren integrierbar.

Zum Anbringen eines Rads weist ein Keilwellengehäuse eine Aufnahmehülse für eine Welle auf, die im wesentlichen senkrecht zu dem Keilwellengehäuse angeordnet ist. Somit ist es möglich, ein Rad stabil und sicher anzubringen.

Ferner weist das Radstützlager Federeinrichtungen zum Puffern der Vertikalbewegung der Rad-Anbringeinrichtungen relativ zu den Fahrzeug-Anbringeinrichtungen auf.

Vorzugsweise weist das Radstützlager eine Einrichtung zur Datenübertragung mit der Antriebseinrichtung auf.

Vorzugsweise ist das Radstützlager mit einer Einrichtung zur Datenübertragung mit der Betriebseinrichtung eines Rads gemäß dem oben beschriebenen ersten Aspekt der Erfindung versehen. Vorzugsweise überträgt die Antriebseinrichtung des Radstützlagers Daten über die Zentralverarbeitungseinheit mit der Betriebseinrichtung eines mit einer Antriebseinrichtung in dem Rad versehenen Rads.

Diese Aspekte der Erfindung sind, falls gewünscht, miteinander kombinierbar. Beispielsweise kann ein Fahrzeug mit 2 oder 4 Radstützlagern gemäß dem einen Aspekt der Erfindung und 4 oder mehr Rädern, die Antriebseinrichtungen in dem Rad aufweisen, versehen sein. Es ist beispielsweise auch möglich, dass ein Gabelstapler nur ein oder zwei Räder mit Antriebseinrichtungen in dem Rad, jedoch ebenfalls zwei erfindungsgemäße Radstützlager aufweist.

Aufgrund des hohen Automatisierungsgrads sind die Radstützlager und das Rad gemäß der Erfindung insbesondere für die Verwendung in vollautomatisch geführten Fahrzeugen geeignet. Ferner kann eine Bedienung mit einem Joystick und sogenanntem Drive-by-wire erfolgen, wobei die Signale beispielsweise eines Joysticks oder eines Lenkrads in (elektrische oder optische) Lenksignale konvertiert werden.

Die Erfindung betrifft ferner einen Computer mit einer Software für die Betätigung eines oder mehrerer Räder, wie beschrieben, und/oder die Betätigung des Radstützlagers. Ferner betrifft die Erfindung einen Datenträger mit einer solchen Software.

Eine Anzahl von spezifischen Ausführungsformen der Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Die Figuren dienen zur Veranschaulichung der Erfindung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dargestellten spezifischen Ausführungsformen beschränkt.

1 zeigt ein Rad mit Antriebseinrichtungen in dem Rad.

2 zeigt das Rad gemäß 1 im Querschnitt.

3 zeigt einen Querschnitt eines Radstützlagers gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung.

4 zeigt ein Schaubild eines Steuer- und Betriebssystems eines Rads mit in dem Rad vorgesehenen Antriebseinrichtungen.

5A zeigt eine Draufsicht auf ein Fahrzeug mit Rädern und Radstützlagern gemäß der Erfindung.

5B zeigt eine Draufsicht auf das Fahrzeug gemäß 5A.

6 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Rads mit in dem Rad vorgesehenen Antriebseinrichtungen.

1 zeigt das mit Antriebseinrichtungen in dem Rad versehene Rad 1. In der Figur ist das Rad mit einem Reifen 2 versehen, der bei mehreren Ausführungsformen verwendet werden kann. Bei dem Reifen kann es sich beispielsweise um einen Vollkautschukreifen zur Verwendung bei Niedriggeschwindigkeits-Fahrzeugen handeln, wie z.B. bei Traktoren, Gabelstaplern oder anderen Typen von Fahrzeugen zum Lasttransport. Der Raddurchmesser beträgt vorzugsweise ungefähr 800 mm. Der Reifen kann auch als Druckluftreifen zur Verwendung bei für mittlere Geschwindigkeit ausgelegten Fahrzeugen vorgesehen sein, wie z.B. Stadt-Taxis, oder Fahrzeugen für den Transport mittelschwerer Lasten in Stadtgebieten.

Der Reifen 2 ist an einer Felge 3 montiert, die an verschiedene Typen von Reifen angepasst ist. An der Felge 3 ist eine Abdeckung 4 angeordnet, welche die Felge mit der zentralen Welle 5 verbindet.

An der Innenseite der Felge 3 ist der Rotor 6 befestigt, an dessen Innenseite die Permanentmagneten 7 durch Klebung befestigt sind. Die Permanentmagneten 7 drehen sich zusammen mit der Felge 3. Die Felge 3 mit dem Reifen 2, der Rotor 6 mit den an ihm angeordneten Permanentmagneten und die übrigen an der Felge befestigten Teile, die Abdeckung 4 und die zentrale Welle 5 sind die drehenden Teile des Rads.

Innerhalb der Permanentmagneten 7 ist ein Eisen-Paket 8 mit Wicklungen 9 angeordnet, wobei ein Luftspalt zwischen dem mit den Wicklungen versehenen Eisen-Paket 8 und den Permanentmagneten besteht.

Das Eisen-Paket 8 mit den Wicklungen 9 ist an dem mittleren Trägerteil 11 angeordnet und mittels Klemmteilen 10 und 13 an der Deckplatte 17 befestigt. Die Deckplatte 17 ist mit einem (nicht gezeigten, vorzugsweise als B5-Flansch des 250-mm-Typs ausgebildeten) Befestigungsflansch versehen, mit dem das Rad 1 an einem Fahrzeug befestigt ist. Das Klemmteil 13, das einen Unterbringungsraum aufweist, ist die Steuerelektronik 20 untergebracht, die u.a. IGBTs zur Stromsteuerung und programmierbare Logik-Module für das Betriebssystem aufweist. Das Eisen-Paket 8, die Wicklungen 9, die Klemmteile und die Elektronik sind durch den Flansch fest mit dem Fahrzeug verbunden und bilden somit kein drehendes Teil.

Die zentrale Welle 5 ist mit einer Hartmetall-Befestigungsbuchse 14 versehen, an der die Lager 23 des Rads laufen. Um die zentrale Welle 5 herum sind ferner die Kodierer 21 angeordnet, um zu messen, in welcher Position sich der Rotor 6 in Bezug auf die Wicklungen 9 angeordnet ist. Somit ist die Betriebs- und Steuerelektronik 20 in der Lage, die exakte Phase der Spannung an jeder Wicklung 9 jederzeit zu steuern, so dass die Phasen optimal an die Position der Permanentmagneten 7 in Bezug auf jede der Wicklungen 9 eingestellt werden.

In der Figur ist die Abdeckung 4 mit Flügeln 15 und 15' versehen. Ein Kranz der Flügel 15 ist direkt um die zentrale Welle herum angeordnet, und ein zweiter Kranz von Flügeln 15' konzentrisch um den ersten Kranz von Flügeln 15. Die Flügel 15' sind zu der allgemeinen Drehrichtung des Rads 1 (bei Betrachtung von der Fahrzeugseite her im Uhrzeigersinn) offen. Die Flügel dienen dazu, Luft zur Kühlung in den Motor zu leiten. Die um die zentrale Welle herum angeordneten Flügel 15 mit den Lufteinlassöffnungen sind den Flügeln 15' entgegengesetzt angeordnet. Wenn das Fahrzeug, an dem das Rad 1 montiert ist, gefahren wird, leiten die Flügel 15 Luft in das Rad 1, und die Flügel 15' saugen Luft aus dem Rad heraus. Folglich wird ein Luftstrom in das Innere hinein erzeugt, der über einen Kühlkörper an dem äußeren Klemmteil 10 strömt.

Die Flügel funktionieren nach dem Prinzip einer Zentrifugalpumpe. Die Anzahl der um die zentrale Welle herum angeordneten Flügel 15 ist kleiner als die Anzahl der Flügel 15', um der durch Erwärmung ausgedehnten Luft mehr Raum zu geben und ein leichteres Auslassen der Luft zu ermöglichen.

In Ergänzung zu der durch die Flügel erfolgenden passiven Kühlung können Gebläse zur aktiven Kühlung an dem Rad 1 vorgesehen sein. Diese Gebläse können z.B. aktiviert werden, wenn die Temperatur einen bestimmten Wert übersteigt.

Aufgrund der Beschaffenheit der zuvor beschriebenen Struktur können die verschiedenen inneren Teile des Rads auf einfache Weise flüssigkeitsfest abgedichtet sein. Als Ergebnis besteht die Möglichkeit, zusätzlich zu der durch die Flügel erfolgenden passiven Kühlung und der durch die Gebläse erfolgenden aktiven Kühlung das Innere des Rads durch Flüssigkühlung zu kühlen. Die Deckplatte 17 dichtet in jedem Fall die Betriebs- und Steuerelektronik 20 gegenüber der äußeren Umgebung ab.

Der Rotor 6 kann aus Aluminium und Stahl bestehen, je nach der benötigten Geschwindigkeit und Lagerkraft.

Der Rotor 6 ist der Träger der Permanentmagneten 7, welche die Drehkraftübertragung gewährleisten. Ferner gewährleisten sie die Leitung des Magnetflusses, der erforderlich ist, um die Magneten so wirksam wie möglich arbeiten zu lassen und dadurch eine magnetische Verbindung mit dem im Stator generierten Magnetfeld zu erzeugen. Der Stator wird durch den Eisen-Packen 8 mit den Wicklungen 9 gebildet.

Abgesehen von der im Motor erfolgenden Lüftkühlung kann Wärme auch durch Kühlrippen 24 abgeleitet werden. In der Produktionsstufe werden sie in einem Gussvorgang mit der Deckplatte 17 integriert ausgebildet.

Für die innere Kühlung der Elektronik 20 ist ein Kühlkörper vorgesehen. Dieser Kühlkörper dient selbstverständlich zum Kühlen der Elektronik, hat jedoch noch zwei weitere Funktionen, nämlich das Festlegen des Stators und das Abdichten der Wasserkühlung, die bei größerer Leistung und höheren Spannungen verwendet wird. In der Figur ist der Kühlkörper noch von dem Klemmteil getrennt, in der Serienproduktion jedoch können diese Teile zu einem einzigen strukturellen Teil verbunden werden.

Das Klemmteil 10 gewährleistet zusammen mit dem Klemmteil 13 der Elektronik 20, dass der Eisen-Packen 8 des Stators geklemmt wird und somit keine Möglichkeit hat, in Axialrichtung relativ zum Rotor zu gleiten. Folglich bleiben die Magneten 7 um der optimalen Effizienz willen exakt in ihren Positionen relativ zum Rotor 6.

Der in 1 gezeigte Stator mit den Wicklungen 9 weist drei Teile auf, vorzugsweise jedoch wird der Eisen-Packen des Stators als ein einziges Teil ausgebildet. Die Wicklungen sind um Wicklungsköpfe herum angeordnet, wobei die Wicklungen entsprechend einem festgelegten Muster gewickelt sind, so dass ein optimales Antriebsverhalten des mit Antriebseinrichtungen im Rad versehenen Rads. Durch die Wicklungen 9 verlaufen elektrische Ströme, welche die Magnetkräfte erzeugen, die zum Drehen des Rotors 6 benötigt werden. Der Eisen-Packen 8 gewährleistet eine optimale Führung des Magnetflusses. Ein gut gewählter Eisen-Packen 8 garantiert eine hohe Effizienz des mit Antriebseinrichtungen im Rad versehenen Rads.

Ein Dichtring gewährleistet die Trennung zwischen dem inneren Teil der Luftkühlung und demjenigen Teil, an dem die Lagerung des mit Antriebseinrichtungen im Rad versehenen Rads und die Elektronik untergebracht sind.

Ferner ist eine Befestigungsbuchse 14 als Support für das Lager vorgesehen (zwei Doppelreihen-Winkelkontakt-Lager). Diese Befestigungsbuchse 14 weist einen Stahl-Typ hoher Qualität auf. Die Stahlbefestigungsbuchse 14 überträgt die Kräfte von den Lagern auf das zentrale Trägerteil 11 und verhindert das Herausrollen des zentrale Trägerteils 11 über die Lager. Die Lager gewährleisten die Absorption sowohl der axialen als auch der radialen Kräfte, und zwar gleichermaßen, so dass in Kurven und bei Unregelmäßigkeiten der Straßenoberfläche eine stabile Drehung des Rotors 6 erzielt wird. Die stabile Drehung ist sehr wichtig, da für den effizienten Betrieb des mit einer Antriebseinrichtung in Rad versehenen Rads vorzugsweise ein Luftspalt von maximal ungefähr 2 mm zwischen dem Rotor 6 und dem Stator vorhanden ist. Zudem sind die Lager überdimensioniert, um den Luftspalt über eine große Anzahl von Betriebsstunden (mindestens 10.000 Stunden) hinweg zu gewährleisten.

Zwischen dem Stator und dem zentralen Trägerteil 11 sind Keile angeordnet, so dass die beiden Teile sich nicht relativ zueinander drehen können.

Von der Deckplatte 17 wird ein Rückhaltering angedrückt und verriegelt auf diese Weise den Stator relativ zu der Welle. Dadurch ist garantiert, dass der Rotor 6 und der Stator in der gleichen Position relativ zueinander verbleiben.

Eine Rückhaltebuchse hält die Hohlwelle in Position und gewährleistet ferner, dass der innere Kranz der Lager eingeschlossen bleibt. Die Rückhaltebuchse ist ihrerseits durch einen Gewindestab mit Mutter an der zentralen Welle 5 festgelegt.

Das zentrale Trägerteil 11 hält den Stator und wird dort mittels dreier Keilverbindungen, die in einem regelmäßigen Muster über den Umfang verteilt sind, an einer Drehung gehindert. In der Oberfläche des Trägerteils 11 sind Ausnehmungen ausgebildet, aufgrund derer während des Zusammenbaus Öffnungen erzeugt werden, durch die hindurch Kühlflüssigkeit transportiert werden kann. Diese Kühlung kann bei Spannungen über 96 V und Kapazitäten über 12 kW erforderlich sein.

Das Klemmteil 13 hat mehrere Funktionen.

  • A: Zusammen mit dem Klemmteil 10 klemmt es das zentrale Trägerteil 11 und den Eisen-Packen 8, so dass der Stator vollständig eingeschlossen ist.
  • B: Es schließt die Ausnehmungen, die zum Durchlassen der Kühlflüssigkeit vorgesehen sind.
  • C: Es bildet einen Aufnahmeraum oder eine Aufnahmevertiefung, in dem bzw. der die Elektronik untergebracht ist.

Der Aufnahmeraum ist seinerseits durch die Deckplatte 17 geschlossen. Somit ist die Elektronik 20 vollständig gegenüber der Außenluft abgedichtet, so dass ein fehlerfreier Betrieb des mit Antriebseinrichtungen in dem Rad versehenen Rads garantiert ist.

Das Ringlager gibt dem Rotor 6 zusätzlichen Halt, so dass der Luftspalt jederzeit gewährleistet ist.

Während des Zusammenbaus sichert die Deckplatte ein korrektes Verbinden, Dichten und Einschließen der gesamten Struktur. Die Deckplatte ist auch die Befestigungsplatte zur Montage des mit Antriebseinrichtungen in dem Rad versehenen Rads an einem Fahrzeug oder einem Chassis und ist vorzugsweise mit einem genormten Flansch B5 des 250-mm-Typs versehen, aufgrund dessen das Rad problemlos in existierende Konzepte eingepasst werden kann. Mittels der Kühlrippen 24 wird während des Fahrens überschüssige Wärme abgeleitet.

Die Permanentmagneten 7 sind mit einer derartigen Form ausgebildet, dass sie präzise in den Rotor 6 passen. Nach dem Verkleben an der Innenseite der Felge des Rads bilden die Magneten eine Einheit mit dem Rotor. Die Magneten sind vorzugsweise Seltenerd-Magneten. Vorzugsweise haben die Magneten eine Magnetfeldstärke von mehr als ungefähr 1 Tesla.

Der Kodierer der Hohlwelle 21 gewährleistet, dass der zurückgelegte Weg gemessen werden kann, und treibt ferner die Elektronik 20, so dass ein Computer oder eine zentrale Verarbeitungseinheit weiß, in welcher Position sich der Rotor 6 relativ zu dem Stator befindet. Dies ist von höchster Wichtigkeit für eine stoßfreie Drehung des Rotors.

Die Elektronik und die Logik für den Betrieb des Rads sowie die Leistungs-Elektronik sind innerhalb des mit Antriebseinrichtungen im Rad versehenen Rads angeordnet. Dadurch können mehrere Vorteile erreicht werden.

Eines der größten Probleme, mit dem sich die Hersteller elektronisch gesteuerter Fahrzeuge derzeit konfrontiert sehen, besteht darin, dass zahlreiche Typen von Komponenten über das Fahrzeug verteilt werden, die später wieder miteinander verbunden werden müssen. Folglich ist die Herstellung elektronisch gesteuerter Fahrzeuge ein zeitaufwendiger und damit auch kostenaufwendiger Vorgang. Zudem erfolgt die Produktion oft in drei aufeinanderfolgenden Stufen, so dass die Produktionszeit relativ lang ist.

2 zeigt das Rad von 1 im Querschnitt, infolgedessen spezielle Aspekte des Ausführungsbeispiels eines mit Antriebseinrichtungen in dem Rad versehenen Rades nach 1 weiter verdeutlicht werden. Die Bezugszeichen haben hier die selbe Bedeutung wie in 1. Im Querschnitt ist deutlich zu erkennen, wie die Felge 2, der Rotor 6, die Permanentmagnete 7 und die zentrale Welle 5 miteinander durch die Abdeckung 4 verbunden sind. Es ist ferner deutlich zu erkennen, wie die Wicklungen 9 und das Eisen-Paket 8 (der Stator) sowie die Klemmteile 10, 13 mit der Elektronik 20 mit der Abdeckplatte 17 verbunden sind. In dem Querschnitt ist infolgedessen deutlich zu erkennen, wie die elektrische Antriebseinrichtung, in diesem Fall der Elektromotor, in dem Rad 1 angeordnet ist. Durch ein derartiges Anordnen eines Motors ist es möglich, eine sehr hohe Effizienz zu erzielen, die bis zu 50% höher ist als bei herkömmlichen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen. Insbesondere führt ein in den 1 und 2 beschriebener Elektromotor zu einem großen Vorteil. Beispielsweise ist der mit Permanentmagneten versehene Motor in der Lage, selbst Elektrizität zu erzeugen, wenn er sich in der Neutralstellung befindet, da der Motor als Dynamo wirkt. Aufgrund der Anbringung des Motors in dem Rad ist es nicht mehr erforderlich, entweder ein Getriebe oder ein Differential zu verwenden. Auch muß die Drehzahl des Motors nicht hoch sein.

3 zeigt das Radstützlager, das einen anderen Aspekt der Erfindung darstellt. Das Radstützlager 100 weist eine Keilwelle 101, die auf einer Seite mit einer Keilverzahnung 102 und auf der anderen Seite mit eine Einrichtung 103 zum Drehen der Keilwelle 101 versehen ist. Die Antriebseinrichtung ist vorzugsweise ein Elektromotor 103. Die Keilwellennut 101 ist drehbar in einem Keilwellengehäuse 104 angeordnet. An der Unterseite ist das Keilwellengehäuse 104 mit Aufnahmeeinrichtungen 105 für eine Radwelle 106 versehen. Das Keilwellengehäuse 104 ist zumindest teilweise in einer Buchse 107 aufgenommen, die mit Anbringeinrichtungen 108 zum Anbringen des Radstützlagers 101 an ein Fahrzeug versehen ist. Das Keilwellengehäuse 104 und die Buchse 107 sind mittels einer Feder 109 federnd aneinander angebracht. Das Gehäuse des Elektromotors 103 ist mit der Buchse 107 verbunden. Das Keilwellengehäuse weist eine Wellenaufnahmebuchse 105 für eine Welle auf, die im wesentlichen senkrecht zum Keilwellengehäuse gerichtet ist. Die Wellenaufnahmebuchse 105 ist fest an dem Keilwellengehäuse 104 angebracht.

Die Feder 109 dient dem Puffern der Bewegung der Keilwellennutbuchse in bezug auf die Keilwellengehäuse-Wellenaufnahmebuchse.

Die Buchse 107 ist mit Anbringeinrichtungen 108 zum Anbringen des Radstützlagers 100 an ein Fahrzeug versehen. Die Anbringeinrichtungen 108 bestehen aus einer Stütze 108, die ein fester Teil der Struktur ist und an dem Chassis oder der Struktur mit zwei konischen Stiften angebracht ist und auf diese Weise eine Einheit mit dem Chassis oder der Struktur des Fahrzeugs bildet.

Um die Feder 109 vor äußeren Einflüssen zu schützen, ist sie von einer Distanzbuchse 112 umgeben, die an ihrer oberen Seite an der Buchse 107 angebracht ist. Die Distanzbuchse 112 besteht aus zwei Teilen und ist mit kleinen Luftauslaßöffnungen versehen, welche die Federwirkung der Federung wie ein Stoßdämpfer puffern. Sie dienen ebenfalls als Endanschlag für den Fall, daß das Fahrzeug mit den Rädern vom Boden gehoben wird. Der untere Teil der Distanzbuchse 115 ist in den oberen Teil 113 eingeschoben. Die Distanzbuchsenteile 115 und 113 sind mittels einer Dichtung 114 gegeneinander abgedichtet.

Um ein Rad zu drehen, wird der Elektromotor 103 aktiviert. Die Drehung des Elektromotors 103 wird auf die Keilwelle 101 übertragen. Die Drehung der Keilwelle wird an das Keilwellengehäuse 104 übertragen, wodurch die daran angebrachte Radaufnahmebuchse dreht und eine Lenkbewegung erfolgen kann. Der Elektromotor kann mit einem Getriebe versehen sein. Das Radstützlager ist ebenfalls mit Steuer- und Betätigungseinrichtungen für den Elektromotor versehen. Darüber hinaus ist das Radstützlager mit einem sogenannten Codierer versehen, der die Winkelposition der Radanbringeinrichtungen in bezug zu den Fahrzeuganbringeinrichtungen aufzeichnet. Das Radstützlager ist im Inneren ferner mit Datenübertragungseinrichtungen, vorzugsweise optischen Datenübertragungseinrichtungen, versehen. Der Codierer liefert Betriebsinformationen and die Betätigungseinrichtungen des Radstützlagers. Die Keilwelle 101 kann sich ebenfalls in dem Keilwellengehäuse auf und ab bewegen, wodurch ein Federn möglich wird. Infolgedessen können die Fahrzeuganbringeinrichtungen sich in bezug zu den Radanbringeinrichtungen entlang der Längsachse bewegen.

Das Keilwellengehäuse 104 ist der Teil der Radaufhängung, der sich dreht und auf und ab bewegt. Ein Rad kann mittels eines B5 Standardflanschs am Keilwellengehäuse 104 angebracht sein. Ferner kann an der Rückseite eine Bremsvorrichtung mittels der zentralen Welle 12/106 angebracht sein. Die zentrale Welle 12/106 kann ferner mit einem Flansch versehen sein, an den ein Rad in Neutralstellung angebracht werden kann, während auf der anderen Seite Scheibenbremsen montiert werden können. Wenn das mit Antriebseinrichtungen in dem Rad versehene Rad angebracht wird, kann dieses Teil entfallen.

Die Triangelstütze ist ein Haftungspunkt für einen Triangel. Der Triangel ist kommerziell erhältlich und ermöglicht eine Erhöhung der Belastung des Federbeins von zulässigen 1500 kg Lasttragfähigkeit auf 4000 kg zulässige Lasttragfähigkeit. Durch Verwenden des Triangels werden keine Biegekräfte mehr auf die Aufhängung aufgebracht.

Eine verlängerte zentrale Welle des mit Antriebseinrichtungen im Rad versehenen Rads ist zum Anbringen eines Rads erforderlich und kann ferner zum Anbringen von Scheiben eines Bremssystems dienen.

Die Feder gewährleistet eine komfortable Straßenlage des Fahrzeugs, an dem das Rad und die Aufhängung angebracht sind. Bei der 4-Tonnen-Version mit Triangel ist die Feder tatsächlich vollständig eingedrückt, gewährleistet jedoch einen minimalen Federdruck von 1500 kg, wenn das Fahrzeug schräg steht und eines der Räder den Bodenkontakt zu verlieren droht.

Die Gummi-Ringdichtung gewährleistet das Puffern des Keilwellengehäuses 104 in dem unwahrscheinlichen Fall, daß das Keilwellengehäuse 104 gegen die Stütze stößt.

Beschreibung der elektronischen Steuerung zum Betreiben des synchronen Motors in dem mit Antriebseinrichtungen in dem Rad versehenen Rad

Die elektronische Steuerung des mit Antriebseinrichtungen in dem Rad versehenen Rads ist modular aus mehreren Elementen aufgebaut. Die mehreren Elemente sind hierarchisch aufeinander eingestellt. Die folgenden Elemente können unterschieden werden.

1. Energiemodule

In der untersten Stufe wurden IGBT Hauptstrommodule verwendet. Der Aufbau der IGBT Hauptstrommodule macht sie bereits aus sich heraus sehr zuverlässig und sichert eine geringe Wärmeemission und einen optimalen Wirkungsgrad. Die Hauptstrommodule steuern den durch die Wicklungen fließenden Strom. Die Wicklungen sind in drei Gruppen unterteilt, die jeweils eine andere Phase haben. Pro Wicklung sind zwei Hauptstrommodule vorhanden. Die Hauptstrommodule werden von einer höheren Stufe getrieben, nämlich den:

2. Stromregler

In der zweiten Stufe sind 2 IGBT Hauptstrommodule mit einem Stromregler verbunden und durch den Stromregler getrieben. Zusammen mit einem separaten Stromsensor, der nach dem Hall-Prinzip arbeitet (Hall-Sensor), bilden sie eine unabhängige Endstufe, welche den Strom in der zugehörigen Motorwicklung steuert. In dieser Stufe sind das Modul und der Stromregler bereits galvanisch von der Betriebselektronik getrennt. Ein Stromregler mit zwei Hauptstrommodulen und einem Hall-Sensor wird auch als 4Q-Modul bezeichnet. Die Hauptstrommodule mit dem Stromregler bilden ein Steuersystem. Es existiert ein Steuersystem pro Wicklung.

3. Vektorgenerator

Der Vektorgenerator liefert einen Betriebswert an die sogenannten 4Q-Module (Stufe 1 und 2), welche einen Magnetfeldvektor mittels Wicklungen des synchronen Motors erzeugen und somit das Drehmoment bestimmen.

Ein sogenannter Codierer oder Drehmelder, eine Meßvorrichtung, welche den Drehwinkel oder die Drehzahl sehr genau mißt, übermittelt dem Vektorgenerator die aktuelle Position des Rotors in bezug auf den Stator. Die schnelle Berechnung der Rotorposition, die aus den Sinus/Cosinus-Signalen des Drehmelders und dem damit verbundenen Rückkopplungswert abgeleitet wird, gewährleistet eine optimale Einstellung der Feldvektoren des Motors zusammen mit programmierbaren Logikmodulen, den sogenannten FPGA.

Die gesamte Funktion des Vektorgenerators kann aufgrund der Kombination eines Mikroprozessors mit den FPGA vollständig über ein optisches Faserkabel programmiert werden. Dies bedeutet, daß neue Daten oder Veränderungen, die für einen speziellen Zweck erforderlich sind, in dem bereits in Betrieb befindlichen mit einer Antriebseinrichtung im Rad versehenen Rad unmittelbar (durch Telefon oder Internet) implementiert werden können. Die Veränderungen betreffen nicht nur die Software der FPGA, sondern auch die Hardware der Module. Es ist beispielsweise möglich, die Beziehungen im Motor selbst zu verändern, wenn eine Wicklung oder ein Modul ausfällt, so daß das Rad weiterhin funktionstüchtig bleibt. Der Vektorgenerator bildet das Betriebssystem. Der Codierer und die Hall-Sensoren mit der zugehörigen Elektronik bilden in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel das Meßsystem.

4. CPU oder Zentralverarbeitungseinheit

Die ersten drei Stufen sind zusammen in dem Rad aufgenommen. Die CPU befindet sich außerhalb des Rads und kommuniziert mit den mehreren, mit Antriebseinrichtungen im Rad versehenen Rädern, die an einem Automobil vorhanden sein können, durch eine optische Ringdatenbusleitung (ORDABUL). Sie ist ferner in der Lage, die für AGV (automatic guided vehicles) erforderlichen Berechnungen hinsichtlich der zurückgelegten Strecke, die Odometrie bei Kurvenfahrten und die Diagnose des gesamten Fahrkonzepts durchzuführen. Jede Stufe hält und übermittelt die für die Betriebssituation wichtigen Daten an die CPU. Eine Fehlermeldung wird sofort an die höhere Stufe weitergeleitet, welche unmittelbar durch das Ergreifen der erforderlichen Maßnahmen reagiert, bevor Schaden eintreten kann. Die höhere Stufe ist in der Lage, ein Notprogramm zu aktivieren, das auf den Fehler in der korrekten Weise reagiert. Infolgedessen beeinflußt ein Fehler in einem Modul kaum das gesamte Fahrzeug.

Das modulare System ermöglicht eine einfache Fehlerdiagnose und das schnelle Lokalisieren der relevanten Komponenten ohne anschießend komplexe Anpassungs- oder Einstellaktivitäten durchführen zu müssen.

Ein erheblicher Unterschied zu der üblichen Steuerung von asynchronen/synchronen Motoren ist die Tatsache, daß bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sämtliche Motorwicklungen in drei Gruppen unterteilt sind, die jeweils vorzugsweise aus 30 unabhängigen Wicklungen bestehen, welche voneinander elektrisch getrennt sind und von denen jede von ihrem eigenen 4Q-Modul getrieben ist. Hier sind die 4Q-Module lediglich miteinander durch die Energieversorgungsspannung verbunden, woraus sich die folgenden Vorteile ergeben:

  • 1. Nur zwei der normalen 3-phasigen Ansteuerung werden geschützt und gesteuert. Die Ströme in der dritten Phase werden aus dem Verhalten der anderen beiden Phasen berechnet. Dies bedeutet eine erheblich größere Freiheit im Betrieb der Elektronik und/oder beispielsweise beim Puffern des Ausfalls eines oder mehrerer Module.
  • 2. Die Stromverteilung kann exakt eingestellt werden, so daß jede Motorwicklung die gleiche Feldstärke erzeugt. Infolgedessen können die von jedem Feld erzeugten tatsächlichen Drehmomente in jeder Wicklung eingestellt werden und sind unabhängig von den Unregelmäßigkeiten der elektrischen Variablen der separaten Wicklungen.
  • 3. Die magnetischen Toleranzen jeder Wicklung können separat durch den Vektorgenerator kalibriert werden.
  • 4. Wenn ein 4Q-Modul ausfällt oder eine der Wicklungen einen Kurzschluß aufweist, kann der Motor weiterhin funktionstüchtig bleiben. Eine Sicherung oder ein Relais ist in der Lage, das defekte Modul oder die defekte Phase von den anderen beiden 4Q-Modulen oder Phasen zu trennen, ohne diese zu beeinflussen. Auf diese Weise kann der Motor noch immer bremsen oder, wenn mehrere Räder verwendet werden, diese unterstützen. Die Vorteile eines stufenweisen Aufbaus sind hier besonders ersichtlich.

Die Funktionsweise der beschriebenen Elektronik und deren Verbindung ist in 4 weiter dargelegt. Die Verbindung ist als Blockdiagramm schematisch dargestellt und die Hierarchie der Räder, der Rad-Stützlager und anderer Steuer- und Betriebseinrichtungen in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, beispielsweise einem ferngesteuerten oder automatisch gesteuerten Fahrzeug, ist dargestellt. Eine Zentralverarbeitungseinheit oder ein Computer 200 steuert den gesamten Datenaustausch zwischen den mehreren Teilen und gewährleistet die mögliche automatische Steuerung des Fahrzeugs. Der Computer 200 ist mit einem Energieverwaltungssystem 300, nämlich den Batterien, möglichen Generatoren, Brennstoffzellen oder Solarplatten, über Datenübertragungsleitungen, beispielsweise optische Datenübertragungsleitungen, verbunden. Darüber hinaus ist der Computer 200 mit einem Bildschirm 400 verbunden, auf dem die Daten bezüglich dem Zustand der verschiedenen Systeme angezeigt werden. Der zentrale Computer 200 ist ferner mit verschiedenen Sensoren verbunden, welche Informationen bezüglich der Fahrzeugposition, möglicher Hindernisse, dem Innenklima und dergleichen liefern. Der zentrale Computer ist darüber hinaus mit beispielsweise zwei oder mehr erfindungsgemäß Rad-Stützlagern 100 verbunden. Die Bezugszeichen dieser Figur entsprechen den bereits beschriebenen Teilen.

Der zentrale Computer 200 ist ferner mit mindestens einem oder zwei mit Antriebseinrichtungen im Rad versehenen Rädern 1 verbunden. Es ist ersichtlich, daß das Rad drei Gruppen von Wicklungen 9, 9/I und 9/II, Steuersysteme 32, 32/I und 32/II für jede Gruppe und Meßsysteme 30, 30/I und 30/II für jede Gruppe aufweist. Darüber hinaus weist das Rad den bereits beschriebenen Codierer 31 auf, der Daten über die relative Position des Rotors in bezug auf den Stator an das ihm übergeordnete Betriebssystem 32 liefert. In der Figur sind die drei Gruppen von vorzugsweise insgesamt 30 Wicklungen 9, 9/I und 9/II in einem mit Antriebseinrichtungen im Rad versehenen Rad 1dargestellt. Die Wicklungen 9 sind vorzugsweise in drei Gruppen aufgeteilt, die jeweils eine andere Phase &PHgr;1, &PHgr;2 und &PHgr;3 haben. Der durch jede Gruppe von Wicklungen 9, 9/I und 9/II fließende Strom wird von einem Hall-Sensor 30 gemessen. Der gemessene Wert wird an das Steuersystem 32 weitergeleitet. Das Steuersystem 32 steuert den Strom durch eine Gruppe von Wicklungen mittels 2 IGBT. Die Steuersysteme 32 werden durch ein Betriebssystem 33 betrieben. Das Betriebssystem empfängt ebenfalls Daten von einem Codierer 31, der Winkelinformationen über den Rotor in bezug auf den Stator liefert. Infolgedessen kann das Betriebssystem 33 eine gute Phaseneinstellung für einen optimierten Betrieb wählen. Das Betriebssystem 33 ist mit einer Zentralverarbeitungseinheit 200 in einem Fahrzeug durch Datenübertragungseinrichtungen 34 verbunden, die vorzugsweise für die optische Datenübertragung geeignet sind.

5A ist eine Draufsicht auf ein vier mit Antriebseinrichtungen im Rad versehene Räder 1 aufweisendes Fahrzeug. Die Räder 1 sind jeweils an einem Radstützlager 100 nach einem anderen Aspekt der Erfindung angebracht, der ebenfalls beschrieben wurde. Die Radstützlager sind jeweils mit Einrichtungen im Radstützlager versehen, wodurch jedes Rad drehen kann und das Fahrzeug fahrbar ist. Das Fahrzeug ist ferner mit einer Zentralverarbeitungseinheit 200 und Batterien und Steuersystemen 300 für diese versehen. 5B ist eine Seitenansicht des Fahrzeugs von 5A.

6 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des mit Antriebseinrichtungen im Rad versehenen Rades. Die Bezugszeichen entsprechen weitestgehend denjenigen der 1 und 2. Die Fahrzeugseite ist durch einen Pfeil A angegeben. Das Rad nach 6 ist beispielsweise mit Wasserkühlung versehen. Der Einlaß bzw. der Auslaß für die Kühlflüssigkeit ist mit dem Bezugszeichen 30 versehen. Der Einlaß und der Auslaß 30 münden in einen Raum 31 um die Welle, durch welchen Kühlflüssigkeit zirkuliert. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Meß-, Steuer- und Betriebseinrichtungen im Raum 32 angeordnet. Die Platinen der Elektronik sind dem Fahrzeug zugewandt. Die Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, dient hauptsächlich der Kühlung der Wicklungen.


Anspruch[de]
Radstützlager (100) mit Fahrzeug-Anbringeinrichtungen (108) zum Anbringen des Radstützlagers an einem Fahrzeug und Rad-Anbringeinrichtungen (105) zum Anbringen eines Rades an dem Radstützlager, dadurch gekennzeichnet, dass die Rad-Anbringeinrichtungen (105) um die Längsachse des Radstützlagers (100) und in bezug auf die Fahrzeug-Anbringeinrichtungen (108) drehbar sind, und das Radstützlager (100) mit Antriebseinrichtungen (103, 101) zum Drehen der Rad-Anbringeinrichtungen (105) versehen ist, wobei die Rad-Anbringeinrichtungen (105) in bezug auf die Fahrzeug-Anbringeinrichtungen (108) entlang der Längsachse auf und ab bewegbar sind, und die Antriebseinrichtungen (103, 102) zum Drehen der Rad-Anbringeinrichtungen (105) um die Längsachse des Radstützlagers (100) und in bezug auf die Fahrzeug-Anbringeinrichtungen (108) vorgesehen sind, dass die Antriebseinrichtungen einen Elektromotor (103) umfassen, wobei das Radstützlager ferner Betätigungseinrichtungen zum Betätigen der Antriebseinrichtungen und Datenübertragungseinrichtungen aufweist, die mit den Betätigungseinrichtungen verbunden sind, wobei die Datenübertragungseinrichtungen derart ausgebildet sind, dass sie Daten mit Steuereinrichtungen, Messeinrichtungen und Betätigungseinrichtungen anderer, ähnlicher Radstützlager austauschen. Radstützlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtungen (103) in dem Radstützlager (100) aufgenommen sind. Radstützlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeug-Anbringeinrichtungen (108) und die Rad-Anbringeinrichtungen (105) entlang der Längsachse des Radstützlagers mittels Verbindungseinrichtungen (101, 104) gefedert aneinander angebracht sind. Radstützlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verbindungseinrichtungen eine Keilwelle (101), die auf einer Seite mit einer Keilverzahnung (102) und auf der anderen Seite mit Antriebseinrichtungen (103) zum Drehen der Keilwelle versehen ist, und ein Keilwellengehäuse (104) aufweist, in dem die Keilwelle (102) angeordnet ist, und wobei das Keilwellengehäuse (104) an der Unterseite mit Aufnahmeeinrichtungen für eine Radwelle und Rad-Anbringeinrichtungen (105) versehen ist, und bei dem die Fahrzeug-Anbringeinrichtungen durch eine Buchse (107) gebildet sind, die mit Einrichtungen (108) zum Verbinden der Buchse mit dem Fahrzeug versehen ist, wobei das Keilwellengehäuse (104) mit der Keilwelle (101) zumindest teilweise in der Buchse (107) aufgenommen ist, wobei das Keilwellengehäuse (104) und die Buchse (107) durch Federeinrichtungen (109, 113, 115) gefedert aneinander angebracht sind, und wobei die Antriebseinrichtungen (103) mit der Buchse (107) verbunden sind. Radstützlager nach Anspruch 4, bei dem das Keilwellengehäuse (104) mit einer Aufnahmebuchse (105) für eine Welle versehen ist, die im wesentlichen senkrecht zu dem Keilwellengehäuse (104) angeordnet ist. Radstützlager nach Anspruch 4 oder 5, mit Federeinrichtungen zum Abfedern der vertikalen Bewegung der Rad-Anbringeinrichtungen in bezug auf die Fahrzeug-Anbringeinrichtungen. Radstützlager nach den Ansprüchen 4-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein mit der Buchse (107) verbundenes Gehäuse und eine mit der Keilnut (101) verbundene Antriebswelle aufweist. Radstützlager nach Anspruch 1, bei dem die Datenübertragungseinrichtungen optische Datenübertragungseinrichtungen umfassen. Radstützlager nach einem der Ansprüche 1 oder 8, bei dem die Betätigungseinrichtungen des Radstützlagers über eine Zentralverarbeitungseinheit außerhalb des Rades kommunizieren. Radstützlager nach den Ansprüchen 1-9, ferner mit Messeinrichtungen, wobei die Messeinrichtungen einen Codierer zum Messen der Drehzahl und der Winkelposition der Antriebseinrichtungen aufweisen. Radstützlager nach Anspruch 10, bei dem der Codierer mit den Betätigungseinrichtungen verbunden ist. Radstützlager nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Betätigungseinrichtungen mit einer Zentralverarbeitungseinheit außerhalb des Radstützlagers mittels der Datenübertragungseinrichtungen, vorzugsweise mittels optischer Datenübertragungseinrichtungen, verbunden sind. Radstützlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem an den Rad-Anbringeinrichtungen angebrachten Rad, wobei das Rad aufweist:

elektrische Antriebseinrichtungen;

Steuereinrichtungen zum Steuern der Energie in der elektrischen Antriebseinrichtungen;

Messeinrichtungen;

Betätigungseinrichtungen zum Betätigen des Rades, die mit den Steuereinrichtungen und den Messeinrichtungen verbunden ist; und

Datenübertragungseinrichtungen, die mit den Betätigungseinrichtungen verbunden sind, zum Übertragen von Daten nach außerhalb des Rades.
Radstützlager nach Anspruch 13, bei dem das Rad eine Felge aufweist, die auf der Innenseite koaxial mit einem Rotor versehen ist, der mit Permanentmagneten versehen ist, und der Rotor und die Felge mit einer zentralen Welle verbunden sind, und ein mit Wicklungen versehener zentraler Stator vorgesehen ist, der zwischen der zentralen Welle und dem Rotor angeordnet und mit der Rad-Anbringeinrichtung des Radstützlagers verbindbar ist. Radstützlager nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Betätigungssysteme in dem Rad eine "Master"-Einstellung und eine "Slave"-Einstellung aufweisen, wobei die Zentralverarbeitungseinheit derart ausgebildet ist, dass sie mittels der Datenübertragungseinrichtungen das Betätigungssystem von der "Master"-Einstellung in die "Slave"-Einstellung und umgekehrt schalten kann. Radstützlager nach Anspruch 15, bei dem das Umschalten von der "Master"- auf die "Slave"-Einstellung und umgekehrt entweder durch die Energieanforderungen oder die Drehzahl des Rades beeinflusst ist. Radstützlager nach Anspruch 15 oder 16, bei dem das Rad, welches die geringste Energieanforderung hat, als "Master" eingestellt ist. Fahrzeug mit einer Plattform zum Aufnehmen einer Energieversorgung und einer Zentralverarbeitungseinheit, wobei mindestens ein Radstützlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche an der Plattform angebracht ist, wobei die Zentralverarbeitungseinheit zum Regeln der Energieversorgung und zum Liefern von Antriebsbefehlen an Betätigungseinrichtungen in dem mindestens einen Radstützlager angeordnet ist. Fahrzeug nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Fahrzeug mindestens zwei Radstützlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist. Fahrzeug nach den Ansprüchen 18-19 und mit mindestens einem Radstützlager nach den Ansprüchen 13-17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralverarbeitungseinheit Daten bezüglich der Winkelposition der Fahrzeug-Anbringeinrichtungen jedes Radstützlagers an die Betätigungseinrichtungen jedes Rades liefert. Fahrzeug mit mindestens einem Radstützlager nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1-17.






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