Radnabenmotor - Wheel hub motor

Raleigh SC30 mit installiertem Aftermarket-Elektro-Umbau-Nabenmotor-Kit

Der Radnabenmotor (auch Radmotor , Radnabenantrieb , Nabenmotor oder In-Wheel-Motor genannt ) ist ein Elektromotor , der in die Nabe eines Rades eingebaut wird und diese direkt antreibt .

Geschichte

Der Lohner-Porsche Mixed Hybrid , das weltweit erste benzin-elektrische Hybridauto , verwendet Radnabenmotoren.
  • Erstes Radmotorkonzept: Wellington Adams aus St. Louis hatte zunächst die Idee, einen Elektromotor direkt in das Fahrzeugrad zu bauen, der allerdings über ein kompliziertes Getriebe befestigt wurde. Das Adams-Patent ist das US-Patent 300.827 aus dem Jahr 1884.
  • Erfindung des Radmotors mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl: Der Motor wurde ohne Getriebe in das Rad eingebaut und berücksichtigte Drehmomentüberlegungen durch die Verwendung eines neuen Motors mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl, der 1890 von Edward Parkhurst aus Woburn, MA im US-Patent 422,149 erfunden wurde (und falsch erwähnt wurde) in Parcelles Patent als #320,699).
  • Vorteile des elektrischen Radmotors im Patent offenbart: Ein früher Radnaben-Elektromotor wurde vom Franzosen Charles Theryc erfunden und 1896 als US-Patent 572,036 mit dem Titel Wheel with Electric Motor hub for Vehicles patentiert . In dem Patent erklärte er alle Vorteile, darunter keine Übertragungsverluste durch das Fehlen klassischer Übertragungsstangen vom Motor zu den Rädern.
  • Diesel-Radmotor: Nicht alle Radnabenmotoren waren elektrisch. CF Goddard erfand 1896 einen Kolbennabenmotor für pferdelose Kutschen, der im US-Patent 574.200 patentiert wurde . Er stellte sich vor, dass es durch expandierendes Gas angetrieben wird. Seine außermittigen flexiblen, gebogenen Speichendesigns tauchten später in den 1960er Jahren in den Rädern der Apollo Moon Rovers auf.
  • Verwendung von Nocken, einer anderen Art von Verbrennungsradmotor: Im US-Patent 593,248 entwickelte WC Smith 1897 einen weiteren explosiven Gasexpansionsmotor in einer Radnabe, der Nocken auf einer Schiene in der Nabe verwendet, um Kraft auf das Rad zu übertragen.

Der elektrische Radnabenmotor wurde 1897 von Ferdinand Porsche in Wien , Österreich, gefahren . Porsches erste Ingenieurausbildung war elektrisch und nicht auf Verbrennungsmotoren basiert. Infolgedessen entwickelte er seine ersten Autos als Elektroautos mit elektrischen Radnabenmotoren, die mit Batterien betrieben wurden. Der Lohner Porsche , ausgestattet mit je einem Radmotor in den Vorderrädern, taucht 1900 auf der Weltausstellung in Paris auf und sorgt in der jungen Automobilwelt für Furore. In den folgenden Jahren wurden 300 Lohner-Porsche gebaut und an wohlhabende Käufer verkauft.

Schließlich überholte der Leistungszuwachs des Benzinmotors die Leistung der elektrischen Radnabenmotoren und kompensierte damit eventuelle Verluste durch ein Getriebe. Infolgedessen wechselten Autos zu Benzinmotoren mit Getriebe, aber sie waren nie so effizient wie elektrische Radnabenmotoren. Eine mögliche Ausnahme zu dieser Geschichte trat am 17. Januar 2012 mit der Erteilung des US-Patents 8.096.103 , The General Wheel Rotation Power Motor, ein, ein druckbetriebener Dreizylinder-Radmotor in der Nabe, der diese Kraft über Kurbelräder direkt auf die rotierende Felgenumgebung ausübt die Nabe.

Verwendung in aktuellen und zukünftigen Fahrzeugen

  • Sie sind häufig auf Elektrofahrrädern und Motorrädern zu finden .
  • Radmotoren werden in der Industrie eingesetzt, zB Antriebsräder, die Teil von Fließbändern sind.
  • Reifenhersteller und Komponentenhersteller haben sie entwickelt und das erste Serienfahrzeug, das sie verwendet, war der Luka EV von MW Motors.
  • Nabenmotoren sind auch in Bussen zu finden.

Ab 2020 planen mindestens drei Unternehmen, 2021 Serienfahrzeuge mit Radnabenmotoren auf den Markt zu bringen:

Konzeptfahrzeuge

PML Mini QED Elektrofahrzeug
MAZ-7907- LKW. Jedes Rad hat einen eigenen Elektromotor.

Mehrere Konzeptfahrzeuge wurden mit In-Wheel-Motoren entwickelt:

  • General Motors Fortsetzung 2005
  • Der Mini QED von Protean Electric im Jahr 2006, der Ford F-150 Pickup-Truck im Jahr 2008 und andere Autos, die seinen Hi-Pa-Antrieb verwenden
  • Mitsubishi MIEV Konzeptmodell im Jahr 2005
  • Chebela (2010), ein kleiner urbaner EV-Prototyp mit 2 Direktantriebs-Radmotoren im Heck.
  • Citroën C-Métisse mit von TM4 entwickelten Elektromotoren im Rad .
  • Siemens VDO (von Continental gekauft ) eCorner-Konzept im Jahr 2006
  • Heuliez wird 2008 das Michelin Active Wheel (das auch eine motorisierte aktive Federung enthält ) verwenden
  • Der ZAP-X im Jahr 2007 "würde High-Tech-Elektro-Nabenmotoren an allen vier Rädern verwenden und 644 PS aus einem Lithium-Ionen-Akku auf den Boden bringen. Die Nabenmotoren würden Getriebe, Achsen und konventionelle Bremsen überflüssig machen, öffnen" Platz unter dem Boden für einen riesigen Akku schaffen."
  • Der Peugeot BB1 im Jahr 2009 enthält Hinterradmotoren, die mit Michelin entwickelt wurden .
  • Der faltbare urbane Elektro- Prototyp von Hiriko hat die Antriebsmotoren in jedem der vier Räder und hat eine elektronisch gesteuerte Höchstgeschwindigkeit von 50 km/h (31 mph). Jedes Rad integriert einen Motor, Lenkaktuatoren, Federung und Bremse direkt im Rad, gesteuert durch ein Drive-by-Wire-System.
  • Im Jahr 2019 kündigte das israelische Startup REE sein Corner Module an, das Motor, Bremse, Aufhängung, Software und By-Wire-Lenkung kombiniert, und stellte sich vor, vier dieser Module in Lieferfahrzeugen und Kleintransportern einzusetzen. Die Toyota-Tochter Hino Motors zeigte auf der Tokyo Motor Show 2019 ein Konzept 6x6-Lkw-Chassis namens "FlatFormer", das eine ähnliche Technologie verwendet .

Mechanismus

Elektromagnetische Felder des Nabenmotors werden den stationären Wicklungen des Motors zugeführt. Der äußere Teil des Motors folgt oder versucht diesen Feldern zu folgen, indem er das angebrachte Rad dreht. Bei einem Bürstenmotor wird Energie durch Bürsten übertragen, die die rotierende Welle des Motors berühren. Die Energie wird in einem bürstenlosen Motor elektronisch übertragen, wodurch der physische Kontakt zwischen stationären und beweglichen Teilen vermieden wird. Obwohl die bürstenlose Motortechnologie teurer ist, sind die meisten effizienter und langlebiger als Systeme mit Bürstenmotoren.

Ein Nabenmotor wird typischerweise in einer von drei Konfigurationen entworfen. Als am wenigsten praktikabel wird ein Axialflussmotor angesehen, bei dem die Statorwicklungen typischerweise zwischen Magnetsätzen angeordnet sind. Die anderen beiden Konfigurationen sind beide radiale Designs, bei denen die Motormagnete mit dem Rotor verbunden sind; Bei einem, dem Innenrotationsmotor, sitzt der Rotor im Stator, wie bei einem herkömmlichen Motor. Beim anderen, dem Außenrotationsmotor, sitzt der Rotor außerhalb des Stators und dreht sich um diesen herum. Die Anwendung von Nabenmotoren in Fahrzeugen entwickelt sich noch weiter, und keine der Konfigurationen ist zum Standard geworden.

Elektromotoren haben ihr größtes Drehmoment beim Start und sind daher ideal für Fahrzeuge, da sie auch beim Start das meiste Drehmoment benötigen. Der bei Verbrennungsmotoren übliche Gedanke des „Hochdrehens“ entfällt bei Elektromotoren. Ihr größtes Drehmoment entsteht beim ersten Drehen des Rotors, weshalb Elektromotoren kein Getriebe benötigen. Möglicherweise ist eine Untersetzungsanordnung erforderlich, aber im Gegensatz zu einem Getriebe, das normalerweise mit einem Verbrennungsmotor gepaart ist, ist bei Elektromotoren kein Schalten erforderlich.

Radnabenmotoren werden in einigen Teilen der Welt, insbesondere in Asien, immer häufiger bei Elektrofahrrädern und Elektrorollern eingesetzt.

Vergleich mit konventionellem EV-Design in Automobilen

Verglichen mit dem herkömmlichen Elektrofahrzeugdesign mit einem Motor, der zentral zwei (manchmal vier) Räder über eine Achse oder Antriebswelle antreibt , hat die In-Rad-Motoranordnung bestimmte Vor- und Nachteile:

Fahren Sie per Kabel

Das Vorserienmodell des Hiriko Fold verwendet ein Nabenrad, das einen Motor, Lenkaktuatoren, Aufhängung und Bremsen direkt im Rad integriert und von einem Drive-by-Wire-System gesteuert wird.

Autos mit elektronischer Brems- und Beschleunigungssteuerung für jedes einzelne Rad bieten mehr Möglichkeiten für die computergestützte Fahrdynamik, wie zum Beispiel:

  • Bremslenkung, bei der die individuelle Radbremsvorspannung eingestellt wird, um das Lenken zu unterstützen (ähnlich einem Kettenfahrzeug wie einem Bulldozer )
  • Aktive Software-Differentiale, bei denen die individuelle Radgeschwindigkeit als Reaktion auf andere Eingaben angepasst wird
  • Aktive Bremsvorspannung, bei der die individuelle Radbremskraft in Echtzeit angepasst wird, um die Fahrzeugstabilität aufrechtzuerhalten

Diese Vorteile kommen jedoch auch Fahrzeugen mit einem Innenbordmotor für jedes Rad zugute. Radanordnungen mit In-Rad - Motoren können durch größere Winkel verschwenken als eine herkömmliche Lenkzahnstange ermöglicht, und die Protean und REE „Eckmodule“ add Lenkmotoren , die Fahrzeugbewegung in jeder Richtung ermöglichen, genannt Krabbenlenkung .

Da Radmotoren ein Fahrzeug mit einem einzigen elektrischen/elektronischen Festkörpersystem bremsen und beschleunigen, können viele der oben genannten Merkmale als Software-Upgrades hinzugefügt werden, anstatt die Installation zusätzlicher Systeme/Hardware zu erfordern. Dies sollte zu kostengünstigeren aktiven dynamischen Sicherheitssystemen für Straßenfahrzeuge führen, die mit Radmotoren ausgestattet sind.

Gewichtsersparnis

Der Verzicht auf mechanische Getriebe, einschließlich Getriebe, Differentiale, Antriebswellen und Achsen, führt zu erheblichen Gewichts- und Herstellungskosteneinsparungen und verringert gleichzeitig die Umweltbelastung des Produkts.

Bedenken bezüglich des ungefederten Gewichts

Der große Nachteil eines Radnabenmotors besteht darin, dass das Gewicht des Elektromotors die ungefederten Massen erhöht , was sich nachteilig auf das Handling und das Fahrverhalten auswirkt. Die Räder reagieren träger auf Straßenverhältnisse, insbesondere schnelle Bewegungen über Unebenheiten, und übertragen die Unebenheiten an das Chassis, anstatt sie zu absorbieren.

Die meisten herkömmlichen Elektromotoren enthalten eisenhaltiges Material, das aus laminiertem Elektrostahl besteht . Dieses eisenhaltige Material trägt den größten Teil des Gewichts von Elektromotoren bei. Um dieses Gewicht zu minimieren, haben mehrere neuere Radmotorkonstruktionen den Elektrostahlgehalt des Motors minimiert, indem eine kernlose Konstruktion mit Litzendrahtspulenwicklungen verwendet wurde , um Wirbelstromverluste zu reduzieren . Dadurch wird das Gewicht des Radmotors und damit das ungefederte Gewicht deutlich reduziert.

Ein anderes verwendetes Verfahren besteht darin, die gusseiserne Reibungsbremsanordnung durch eine Radmotoranordnung mit ähnlichem Gewicht zu ersetzen. Dies führt zu keinem Nettogewinn an ungefedertem Gewicht und bietet ein Auto, das bis zu 1G bremsen kann.

Ein gutes Beispiel dafür ist der im Heuliez Will verbaute Michelin Active Wheel- Motor , das erste Elektroauto mit Active Wheel-Antrieb, das zu einer ungefederten Masse von 35 kg an der Vorderachse führt und im Vergleich zu einem Kleinwagen wie z ein Renault Clio mit 38 kg ungefederter Masse an der Vorderachse.

Siehe auch

Verweise

Externe Links