Raleigh SC30, umgebaut zu einem Elektrofahrrad mit einem nachträglich eingebauten Nabenmotor-Umrüstsatz

Ein Radnabenmotor , auch Nabenmotor oder Radnabenmotor genannt, ist ein bürstenloser Gleichstrommotor , der in die Radnabe integriert ist . Radnabenmotoren werden häufig bei Elektrofahrrädern eingesetzt . In frühen Elektroautos fanden sie gute Akzeptanz , konnten sich aber in modernen Serienfahrzeugen nicht durchsetzen [ 1 ] [ 2 ] , da sie aufgrund der höheren dynamischen Radlast das Fahrverhalten negativ beeinflussen [ 3 ] und aufgrund ihrer Einbaulage anfällig für Beschädigungen sind. [ 2 ]

Fahrräder

Patente für Elektrofahrräder mit Nabenmotoren wurden bereits 1895 erteilt. [ 4 ] Fahrradnabenmotoren sind im Vergleich zu anderen Bauarten einfach, robust und kostengünstig, eignen sich jedoch weniger für hohe Geschwindigkeiten. [ 5 ] In den späten 2000er und 2010er Jahren gewannen Nabenmotoren gegenüber anderen Bauarten an Popularität. [ 6 ]

Automobil

Geschichte

1900 Lohner-Porsche "Chaise" batterieelektrisches Fahrzeug mit zwei Vorderradnabenmotoren [ 7 ]
1900 Lohner–Porsche "Mixte" Rennwagen mit vier Radnabenmotoren [ 7 ]

In den 1880er und 1890er Jahren wurden verschiedene elektrische, verbrennungsmotorische und dampfbetriebene Radnabenmotoren patentiert. [ 8 ] Zu den Patentinhabern zählten: Wellington Adams aus St. Louis (1884); [ 9 ] Edward Parkhurst aus Woburn (1890); [ 10 ] Albert Parcelle (ebenfalls 1890); [ 11 ] Charles Theryc (1896), der dank des Verzichts auf klassische Antriebsstangen zwischen Motor und Rädern keine Übertragungsverluste feststellte; [ 12 ] C. F. Goddard (1896), der einen Kolbennabenmotor für pferdelose Kutschen beschrieb, der mit expandierendem Gas betrieben wurde; [ 13 ] und W. C. Smith (1897), der einen Motor mit explosiver Gasexpansion in einer Radnabe beschrieb, der Nocken auf einer Schiene in der Nabe nutzte, um die Kraft auf das Rad zu übertragen. [ 14 ]

Ferdinand Porsche setzte 1897 in Wien einen Rennwagen mit elektrischem Radnabenmotor ein . Er entwickelte seine ersten Fahrzeuge als Elektroautos mit batteriebetriebenen Radnabenmotoren. [ 15 ] Auf der Weltausstellung in Paris im Jahr 1900 debütierte ein Rennwagen von Lohner-Porsche mit vier Radnabenmotoren. Parallel dazu wurde das Serienmodell „Lohner-Porsche Chaise“ mit zwei vorderen Radnabenmotoren vorgestellt. Es fand großen Anklang, und bis in die 1920er-Jahre produzierten Lohner und andere Hersteller mehrere Modelle auf Basis dieses Designs. [ 16 ] [ 7 ]

Design

Nabenmotoren können mit Direktantrieb oder Planetengetrieben realisiert werden . [ 17 ] Sie treiben das Rad entweder über einen Axial- , Innenläufer- oder Außenläuferrotor an , wobei der Kommutator entweder mit Bürsten oder bürstenlos ausgeführt sein kann. [ 18 ]

Honda FCX Concept 2005 Radnabenmotor mit orangefarbenen Hochspannungskabeln. Durch den Einsatz von radnahen Motoren, die ähnliche Vorteile wie Radnabenmotoren bieten, kann auf die Verlegung von Hochspannung außerhalb des Chassis verzichtet werden.

Radnabenmotoren sind aufgrund ihrer Flexibilität aus konstruktiver Sicht attraktiv. Sie können für Vorder-, Hinter- oder Einzelradantrieb eingesetzt werden . Durch ihre kompakte Bauweise schaffen sie mehr Platz für Passagiere, Ladung oder andere Fahrzeugkomponenten. Im Vergleich zu einem einzelnen Motor ermöglichen sie eine bessere Gewichtsverteilung und machen viele Antriebskomponenten herkömmlicher Fahrzeuge wie Getriebe, Differenziale und Achsen überflüssig, was Verschleiß und mechanische Verluste reduziert. [ 3 ] [ 19 ] Hochvolt-Radnabenmotoren müssen robust gegenüber Beschädigungen ihrer Hochvoltkabel und -komponenten sein. [ 2 ]

Ungefederte Masse

Ein Nachteil von Radnabenmotoren besteht darin, dass ihr Gewicht nicht von den Stoßdämpfern der Radaufhängung getragen wird . Dies erhöht die ungefederten Massen des Fahrzeugs und beeinträchtigt Fahrverhalten und Fahrkomfort. Trotz dieser Reduzierung des Fahrkomforts ist dieser bei elektrischen Radnabenmotoren immer noch besser als bei vergleichbaren Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Das Fahrverhalten wird jedoch durch die höhere dynamische Radlast weiterhin negativ beeinflusst . [ 3 ] Protean Electric und Lotus stellten fest, dass die meisten negativen Auswirkungen der zusätzlichen ungefederten Masse durch eine verbesserte Dämpfung der Radaufhängung kompensiert werden können und dass die Möglichkeit, ein präzises Torque Vectoring zu nutzen, das Fahrverhalten sogar so stark verbessert, dass der Gesamteffekt der Anordnung positiv ist. [ 20 ]

Da Radnabenmotoren nicht von den Stoßdämpfern der Radaufhängung gestützt werden, sind sie selbst weniger gut vor Stößen und Fremdkörpern geschützt, was ihre Lebensdauer verringert. Einige Konstruktionen reduzieren die ungefederten Massen durch Gewichtsreduzierung des Motors, beispielsweise durch kernlose Bauweise oder Wicklungen aus Litzendraht . Diese gewichtssparenden Konstruktionen können sich jedoch negativ auf die Lebensdauer des Motors auswirken. [ 19 ]

Radnahe Motoren

Der 2011er Mercedes-Benz SLS AMG E-Cell Prototyp mit vier radnahen Motoren [ 21 ] bietet die Vorteile von Radnabenmotoren und vermeidet gleichzeitig Probleme mit ungefederten Massen und Verschleiß.

Ähnlich wie Radnabenmotoren können Elektrofahrzeuge auch mit radnahen Motoren, auch Radendmotoren genannt, ausgestattet werden. Diese Bauweise bietet die gleichen Vorteile wie Radnabenmotoren, vermeidet jedoch Probleme mit ungefederten Massen und Verschleiß, da die Motoren zwar in der Nähe der Räder, aber innerhalb des Chassis und von der Radaufhängung getragen werden. Radnahe Motoren sind zwar weniger kompakt als Radnabenmotoren, gelten aber seit 2022 als zuverlässiger und kostengünstiger [ 22 ]. Sie vermeiden die Risiken, die mit außerhalb des Chassis angebrachten Hochspannungskomponenten verbunden sind [ 2 ] , und vereinfachen die Fahrzeugkonstruktion und -montage [ 23 ] .

American Axle entwickelte im Rahmen eines vom US-Energieministerium geförderten Projekts zur Kommerzialisierung energieeffizienter und kostengünstiger Radnabenmotoren 100-kW- und 150-kW-Radnabenmotoren. Die Kosten wurden durch die Integration von Motor, Wechselrichter und Untersetzungsgetriebe in eine Einheit sowie durch den Verzicht auf schwere Seltenerdelemente gesenkt . [ 24 ] Die 100-kW-3-in-1-Radnabenantriebseinheit war für die Fahrzeugproduktlinie von REE Automotive vorgesehen. [ 23 ] Die Produktion war für 2025 geplant, wurde jedoch eingestellt, da REE keine großen Automobilhersteller oder institutionelle Abnehmer gewinnen konnte. [ 25 ]

Konzeptfahrzeuge

Ein frühes modernes Konzeptfahrzeug, das elektrische Radnabenmotoren nutzte, war der IZA, der 1997 auf der IEEE- Konferenz vorgestellt wurde und mit vier 25-kW-Motoren (34 PS) ausgestattet war. [ 26 ]

Weitere Konzeptfahrzeuge, die auf Automobilmessen vorgestellt wurden, sind: Chevrolet Sequel , 2005; [ 27 ] Mitsubishi MIEV , 2005; [ 28 ] Hi-Pa Drive Mini QED, 2006; [ 29 ] Honda FCX Concept, 2005; [ 30 ] Citroën C-Métisse , 2006; [ 31 ] Protean Electric Ford F-150, 2008; [ 32 ] Heuliez WILL mit Michelin Active Wheel -Federung, 2008; [ 33 ] Peugeot BB1 , 2009; [ 34 ] Hiriko Fold , vorgestellt 2012, ein faltbares Stadtauto mit einer Höchstgeschwindigkeit von 50 km/h (31 mph) [ 35 ] [ 36 ] mit einem in jedes Rad integrierten Motor, Lenkaktuatoren, Federung und Bremse, gesteuert über ein Drive-by-Wire- System; [ 37 ] FlatFormer, ein Konzept für ein autonomes 6x6-Lkw-Chassis, vorgestellt im Jahr 2019; [ 38 ] verschiedene Fahrzeuge von Indigo Technologies seit 2019; [ 2 ] Prototyp von Aptera Motors im Jahr 2022 [ 39 ] , obwohl die Aptera-Prototypen von 2024 keine Radnabenmotoren aufwiesen; [ 40 ] und Italdesign Quintessenza mit Elaphe Sonic Radnabenmotoren im Jahr 2025. [ 41 ]

Zu den Konzeptfahrzeugen, die angekündigt wurden, ohne ein physisches Modell öffentlich zu präsentieren, gehören: Siemens VDO eCorner concept, 2006; [ 42 ] und ZAP-X , 2007. [ 43 ]

  • Mini QED Elektrofahrzeug
    Mini QED Elektrofahrzeug
  • MAZ-7907 Lkw. Jedes Rad hat einen eigenen Elektromotor.
    MAZ-7907 Lkw. Jedes Rad hat einen eigenen Elektromotor.
  • Hiriko Fold mit Radnabenmotor, Lenkaktuatoren, Federung und Bremsen, gesteuert durch ein Drive-by-Wire-System
    Hiriko Fold mit Radnabenmotor, Lenkaktuatoren, Federung und Bremsen, gesteuert durch ein Drive-by-Wire-System

Serienfahrzeuge

Zu den Serienfahrzeugen mit Radnabenmotoren gehören:

  • Lohner–Porsche Chaise, Mixte und andere. Mehrere Modelle, die auf diesem Entwurf basierten, wurden Anfang des 20. Jahrhunderts von Lohner und anderen Herstellern produziert. [ 16 ] [ 7 ]
  • Lightyear 0 mit Elaphe-Radnabenmotoren [ 44 ] wurde kurzzeitig im Jahr 2022 produziert, bevor der Hersteller Insolvenz anmeldete. [ 45 ] [ 46 ]
  • Lordstown Endurance mit Elaphe-Radnabenmotoren, [ 47 ] wurde kurzzeitig im Jahr 2022 produziert, bevor der Hersteller Insolvenz anmeldete. [ 48 ]

Zu den geplanten Serienfahrzeugen gehören:

Siehe auch

Referenzen

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  3. Vos , R .; Besselink, IJM; Nijmeijer, H. (22.–26. August 2010). Einfluss von Radnabenmotoren auf den Fahrkomfort von Elektrofahrzeugen . Tagungsband des 10. Internationalen Symposiums über fortgeschrittene Fahrzeugsteuerung (AVEC10). Loughborough, Vereinigtes Königreich.  S. 835–840 .
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