Radnabenmotor - Funktion und Anwendungen

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  • Radnabenmotor - Funktion und Anwendungen

    Der Radnabenmotor (auch Radmotor , Radnabenantrieb , Nabenmotoroder In-Wheel-Motor genannt ) ist ein Elektromotor , der in die Radnabeeines Rads eingebaut ist und ihn direkt antreibt.


    Raleigh SC30 mit eingebautem Aftermarket-Elektromotor-Kit.
    Raleigh SC30 mit eingebautem Aftermarket-Elektromotor-Kit.


    Geschichte

    Klicke auf die Grafik für eine vergrößerte Ansicht  Name: 220px-Lohner_Porsche.jpg Ansichten: 1 Größe: 18,2 KB ID: 38699
    Der Lohner-Porsche Mixte Hybrid , das erste Benzin-Elektro-Hybridautoder Welt , verwendete Radnabenmotoren. [1] [2]
    • Erstes Radmotorkonzept: Wellington Adams aus St. Louis baute zunächst den Bau eines Elektromotors direkt im Fahrzeugrad, obwohl er über ein kompliziertes Getriebe angebracht wurde. Das Adams-Patent ist US-Patent Nr. 300.827 von 1884.
    • Praktischer Radmotor: Albert Parcelle aus Boston, MA, entwickelte den ersten vollständig eingebauten Radnabenmotor in seinem "Electro-Motor Traction Wheel" und patentierte ihn 1890 im Patent US-Patent Nr. 433.180.
    • Radmotor mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl erfunden: Der Motor wurde ohne Verzahnung in das Rad eingebaut und bezog sich auf Drehmomentaspekte durch die Verwendung eines neuen Motors mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl, der von Edward Parkhurst, Woburn, MA, im Patent Nr. 422.149 im Jahre 1890 (und nicht ausdrücklich erwähnt) erfunden wurde in Parcelles Patent Nr. 320.699).
    • Vorteile von Elektrofahrmotoren im Patent offenbart: Ein früher Elektromotor mit Radnabe wurde vom Franzosen Charles Theryc erfunden und 1896 als US-Patent 572.036 mit dem Titel Wheel with Electric Motor hub für Fahrzeuge patentiert. In dem Patent erläuterte er alle Vorteile, darunter keine Getriebeverluste, da keine klassischen Getriebestangen vom Motor bis zu den Rädern vorhanden waren.
    • Dieselmotor: Nicht alle Radnabenmotoren waren elektrisch. CF Goddard erfand 1896 einen in US-Patent Nr. 574 200 patentierten Kolbennabenmotor für pferdlose Wagen. Er stellte sich vor, dass er durch die Ausdehnung von Gas angetrieben wurde. Seine abweichenden, flexiblen, gebogenen Speichenentwürfe erschienen später in den Rädern von Apollo Moon Rovers in den 1960er Jahren.
    • Verwendung von Nocken, einem anderen Typ eines Verbrennungsradmotors: In Patent Nr. 593,248 entwickelte WC Smith 1897 einen weiteren explosiven Gasausdehnungsmotor in einer Radnabe, der Nocken auf einer Schiene in der Nabe verwendete, um Kraft auf das Rad zu übertragen.

    Der elektrische Radnabenmotor wurde 1897 von Ferdinand Porsche in Wien (Österreich) gefahren . Die erste Ingenieurausbildung von Porsche war elektrisch, nicht auf Verbrennung. In der Folge entwickelte er seine ersten Autos als Elektroautos mit elektrischen Radnabenmotoren, die mit Batterien betrieben wurden. Der Lohner-Porsche mit einem Radmotor in jedem der Vorderräder erschien 1900 auf der Weltausstellung in Paris und sorgte für eine Sensation in der jungen Automobilwelt. In den folgenden Jahren wurden 300 Lohner Porsches hergestellt und an vermögende Käufer verkauft. [3]

    Schließlich überholte der Leistungszuwachs des Ottomotors die Leistung der elektrischen Radnabenmotoren, und dies machte etwaige Verluste durch ein Getriebe wett. Infolgedessen wechselten Autos zu Benzinmotoren mit Getriebe, aber sie waren nie so effizient wie elektrische Radnabenmotoren.



    Verwendung in aktuellen und zukünftigen Fahrzeugen
    • Sie werden häufig bei elektrischen Fahrrädern gefunden . [4]
    • Radmotoren werden in der Industrie eingesetzt, z. B. Antriebsräder, die Teil von Montagelinien sind.
    • Sie wurden nicht sehr oft für Autos verwendet, obwohl sie zu diesem Zweck erfunden wurden (siehe Geschichte ). Das einzige Serienfahrzeug, das sie verwendet, ist der Luka EV von MW Motors. [5]
    • Hub-Motoren sind auch in Bussen zu finden. [6]


    Konzeptautos

    Klicke auf die Grafik für eine vergrößerte Ansicht  Name: 220px-PMLMini_QED-wheel.jpg Ansichten: 1 Größe: 27,8 KB ID: 38698
    PML Mini QED Elektrofahrzeug


    Mehrere Konzeptautos wurden mit In-Wheel-Motoren entwickelt:
    • General Motors Sequel 2005
    • Der Mini QED von Protean Electric im Jahr 2006 und andere Fahrzeuge, die seinen Hi-Pa-Antrieb verwenden
    • Mitsubishi MIEV- Konzeptmodell im Jahr 2005
    • Chebela (2010), ein kleiner städtischer EV-Prototyp mit 2 direkt angetriebenen In-Wheel-Motoren im Heck.
    • Citroën C-Métisse mit in TM4 entwickelten Elektromotoren mit Radantrieb . [7]
    • ECorner-Konzept von Siemens VDO (von Continental gekauft ) 2006 [8] [9]
    • Heuliez WILL im Jahr 2008 das Michelin Active Wheel (das auch ein motorisiertes aktives Fahrwerk beinhaltet ) [10]
    • Beim ZAP-X " im Jahr 2007" wurden elektrische High-Tech-Nabenmotoren an allen vier Rädern verwendet, die mit einem Lithium-Ionen-Akkupack 644 PS auf den Boden brachten. Die Nabenmotoren würden das Öffnen von Getriebe, Achsen und herkömmlichen Bremsen überflüssig machen Platz unter dem Boden für einen riesigen Akku. " [11]
    • Der Peugeot BB1 im Jahr 2009 verfügt über hintere Radmotoren, die mit Michelin entworfen wurden . [12]
    • Der rein elektrische Pick-Up Ford F-150 von Protean Electric verwendet vier In-Wheel-Motoren. [13]
    • Der Hiriko Faltung städtischer elektrische Prototyp weist die Antriebsmotoren im Innern jedes der vier Räder angeordnet ist , und weist eine elektronisch gesteuerte Höchstgeschwindigkeit von 50 km / h (31 mph). [14] [15]Jedes Rad enthält einen Motor, Lenkungsaktuatoren, Federung und Bremsen im Rad, gesteuert durch ein Drive-by-Wire-System. [16]


    Mechanismus


    Den stationären Wicklungen des Motors werden elektromagnetische Felder des Hubmotors zugeführt. Der äußere Teil des Motors folgt diesen Feldern oder versucht, ihnen zu folgen, wobei das angebrachte Rad gedreht wird. Bei einem Bürstenmotor wird die Energieübertragung durch Bürsten übertragen, die die Drehwelle des Motors berühren. Die Energieübertragung in einem bürstenlosen Motor erfolgt elektronisch, wodurch der physische Kontakt zwischen feststehenden und beweglichen Teilen vermieden wird. Obwohl die bürstenlose Motortechnologie teurer ist, sind die meisten effizienter und langlebiger als Systeme mit Bürstenmotoren.

    Ein Nabenmotor ist normalerweise in einer von drei Konfigurationen ausgeführt. Als am wenigsten praktikabel erachtet wird ein Axialflussmotor, bei dem die Statorwicklungen typischerweise zwischen Sätzen von Magneten angeordnet sind. Die anderen beiden Konfigurationen sind beide radiale Konstruktionen, wobei die Motormagnete mit dem Rotor verbunden sind. Bei einem, dem Innenrotationsmotor, sitzt der Rotor wie bei einem herkömmlichen Motor im Inneren des Stators. In dem anderen, dem Außenrotationsmotor, sitzt der Rotor außerhalb des Stators und dreht sich um diesen. Die Anwendung von Nabenmotoren in Fahrzeuganwendungen entwickelt sich immer noch, und keine der beiden Konfigurationen ist Standard geworden. [17]

    Elektromotoren haben beim Anlauf ihr größtes Drehmoment, wodurch sie ideal für Fahrzeuge sind, da sie auch beim Anfahren das meiste Drehmoment benötigen. Die bei Verbrennungsmotoren übliche Idee des "Hochdrehen" ist bei Elektromotoren nicht erforderlich. Ihr größtes Drehmoment tritt auf, wenn der Rotor anfängt, sich zu drehen, weshalb Elektromotoren kein Getriebe benötigen. Möglicherweise ist eine Anordnung zum Herunterschalten erforderlich, aber anders als bei einem Getriebe, das normalerweise mit einem Verbrennungsmotor gepaart ist, ist für Elektromotoren kein Schalten erforderlich.

    Radnabenmotoren werden in einigen Teilen der Welt, insbesondere in Asien, zunehmend für Elektrofahrräder und Elektroroller eingesetzt. [18] [19]



    Vergleich mit konventionellem EV-Design in Automobilen


    Gegenüber dem herkömmlichen Elektrofahrzeugdesign, bei dem ein Motor zentral angeordnet ist, der zwei (manchmal vier) Räder über Achsen antreibt, hat die Radmotoranordnung bestimmte Vor- und Nachteile:


    Drive by wire

    Klicke auf die Grafik für eine vergrößerte Ansicht  Name: 220px-Hiriko_1.jpg Ansichten: 1 Größe: 16,2 KB ID: 38697
    Das Hiriko-Fold-Vorproduktionsmodell verwendet ein Nabenrad, das einen Motor, Lenkungsaktuatoren, Federung und Bremsen direkt im Rad integriert, gesteuert durch ein Drive-by-Wire-System.


    Fahrzeuge mit elektronischer Bremsen- und Beschleunigungssteuerung bieten mehr Möglichkeiten für die computergestützte Fahrzeugdynamik, z.
    • Aktive Geschwindigkeitsregelung, bei der das Fahrzeug einen vorgegebenen Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug einhalten kann
    • Kollisionsvermeidung, bei der das Fahrzeug automatisch bremsen kann, um eine Kollision zu vermeiden
    • Notbremsassistent, bei dem das Fahrzeug einen Nothalt erkennt und maximal bremst
    • Aktive Softwaredifferenzen, 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 zu gewährleisten
    • Bremslenkung, bei der die Vorspannung der einzelnen Räder eingestellt wird, um die Lenkung zu unterstützen (ähnlich einem Raupenfahrzeug wie einem Bulldozer )

    Während einige dieser Merkmale als Option für einige Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor erscheinen, können optionale ABS-Bremsen die Kosten eines Basismodells um bis zu 2.000 USD erhöhen. [20]

    Da Radmotoren ein Fahrzeug mit einem einzigen elektronischen / elektronischen Festkörpersystem bremsen und beschleunigen, können viele der oben genannten Funktionen als Software-Upgrades hinzugefügt werden, anstatt zusätzliche Systeme / Hardware wie bei ABS usw. zu installieren. Dies sollte zu einer niedrigeren dynamischen dynamischen Sicherheit führen Systeme für mit Radmotoren ausgerüstete Straßenfahrzeuge.


    Gewichtsersparnis


    Durch den Verzicht auf mechanisches Getriebe, einschließlich Getriebe, Differentiale, Antriebswellen und Achsen, werden erhebliche Gewichts- und Herstellungskosten eingespart und gleichzeitig die Umweltauswirkungen des Produkts verringert.



    Unbediente Gewichtsprobleme


    Der Hauptnachteil eines Radnabenmotors besteht darin, dass das Gewicht des Elektromotors das ungefederte Gewicht erhöht , was die Handhabung und die Fahrt beeinträchtigt. Die Räder reagieren langsamer auf Straßenverhältnisse, insbesondere auf schnelle Bewegungen über Unebenheiten, und übertragen die Unebenheiten auf das Chassis, anstatt sie zu absorbieren.

    Die meisten herkömmlichen Elektromotoren umfassen Eisenmaterial, das aus laminiertem Elektrostahl besteht . Dieses Eisenmaterial trägt am meisten zum Gewicht von Elektromotoren bei. Um dieses Gewicht zu minimieren, haben mehrere neuere Rad-Motor-Konstruktionen den Elektroblechgehalt des Motors durch Verwendung einer kernlosen Konstruktion mit Litz-Drahtspulenwicklungen minimiert , um Wirbelstromverluste zu reduzieren . Dies reduziert das Gewicht des Radmotors und damit das ungefederte Gewicht erheblich. [ Zitat benötigt ]

    Ein anderes verwendetes Verfahren besteht darin, die Gußeisen-Reibungsbremsanordnung durch eine Radmotoranordnung mit ähnlichem Gewicht zu ersetzen. Dies führt zu keinem Nettogewinn an ungefedertem Gewicht und bietet ein Auto, das in der Lage ist, bis zu 1 G zu bremsen. [21]

    Ein gutes Beispiel dafür ist der Michelin- Aktivradmotor , wie er am Heuliez Will montiert ist , dem ersten Elektroauto mit Aktivradantrieb, das ein ungefedertes Gewicht von 35 kg an der Vorderachse bewirkt und sich im Vergleich zu einem Kleinwagen, z wie ein Renault Clio, der an seiner Vorderachse 38 kg ungefedertes Gewicht hat. [22]



    Referenzen
    1. ^ "Geschichte der Hybridfahrzeuge" . HybridCars.com. 27. März 2006. Aus dem Original am 4. September 2009 archiviert . Abgerufen am 21. März 2010 .
    2. ^ Mixte Voiturette
    3. ^ http://www.porsche.com/usa/aboutpors...ry/Milestones/
    4. ^ http://www.electricrider.com/crystalyte/
    5. ^ "Luka EV" . MW-Motoren . Abgerufen am 12. September 2016 .
    6. ^ "Radmotoren zum Fahren niederländischer Busse" . Technologieüberprüfung . 23. März 2009 . Abgerufen am 23. November 2009 .
    7. ^ "TM4 hat die Elektromotoren entwickelt und produziert, die im Konzeptfahrzeug CITROËN C-Métisse eingesetzt werden" . TM4. Aus dem Original am 29. Oktober 2013 archiviert . Abgerufen am 18. Juli 2013 .
    8. ^ "Siemens VDO By-Wire-Technologie macht den Ecorner" . VDO . 16. Oktober 2006. Aus dem Original am 18. Januar 2008 archiviert .
    9. ^ "Automotoren verschwinden - in den Rädern" . VDO . 8. August 2006. Aus dem Original am 27. Mai 2008 archiviert .
    10. ^ "MICHELIN ACTIVE RAD Press Kit" . Michelin . 26. September 2008 . Abgerufen am 15. September 2009 .
    11. ^ Ulrich, Lawrence (23. September 2007). "Sie sind elektrisch, aber können sie fantastisch sein?" . Die New York Times.
    12. ^ "Peugeot zeigt zwei HYbrid4-Konzepte, neues BB1 EV-Konzept in Frankfurt" . Green Car Congress . 15. September 2009 . Abgerufen am 31. Mai 2010 .
    13. ^ "Probefahrt eines neuen elektrisch angetriebenen Pickup-Trucks" . 15. September 2009 . Abgerufen am 31. Mai 2011 .
    14. ^ "Hiriko Elektro-Stadtauto klappt platzsparend zusammen" . Wired UK . 26. Januar 2012 . Abgerufen am 1. Februar2012 .
    15. ^ Jimmy Hitipeuw (30. Januar 2012). "Das faltende Elektroauto" . Kompas.com. Aus dem Original am 2. Februar 2012 archiviert . Abgerufen am 16. Juli 2012 .
    16. ^ James Holloway (20. Februar 2012). "Hiriko - das elektrische Zweisitzer-Set für 2013" . Gizmag . Abgerufen am 26. Juli 2012 .
    17. ^ "In-Hub bürstenlose Motoren" . machinedesign.com.
    18. ^ http://www.ebikes.ca/hubmotors.shtml
    19. ^ http://www.electricrider.com/crystal...dimensions.htm
    20. ^ http://www.openroad.com.au/motoring_...ceofsafety.asp
    21. ^ https://www.youtube.com/watch?v=i1uTR-8KarE
    22. ^ http://www.causecast.org/news_items/...y-electric-car

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