DE102016207996A1

DE102016207996A1 - Electric machine for driving a vehicle

Info

Publication number: DE102016207996A1
Application number: DE102016207996.4A
Authority: DE
Inventors: Dirk Diehl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2017-11-16

Abstract

Es wird eine elektrische Maschine (1) zum Antrieb zweier Räder einer Achse (A) angegeben. Die Maschine weist einen ersten und einem zweiten Rotor (7a, 7b) und einem gemeinsamen Stator (3) auf, – wobei die beiden Rotoren (7a, 7b) jeweils mittels einer ihnen zugeordneten Rotorwelle (9a, 9b) drehbar gelagert sind, – wobei die Drehmomente der beiden Rotorwellen (9a, 9b) mechanisch entkoppelt sind – und wobei die beiden Rotoren (7a, 7b) und der Stator (3) koaxial zueinander angeordnet sind. Weiterhin wird ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer solchen elektrischen Maschine angegeben.An electric machine (1) for driving two wheels of an axle (A) is specified. The machine has a first and a second rotor (7a, 7b) and a common stator (3), - wherein the two rotors (7a, 7b) are each rotatably mounted by means of a rotor shaft (9a, 9b) associated therewith, - the torques of the two rotor shafts (9a, 9b) are mechanically decoupled - and wherein the two rotors (7a, 7b) and the stator (3) are arranged coaxially with each other. Furthermore, an electrically driven vehicle is specified with such an electric machine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine zum Antrieb eines Fahrzeugs mit einem Stator und einem ersten Rotor, wobei der erste Rotor mittels einer zugeordneten Rotorwelle drehbar gelagert ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer solchen Maschine. The present invention relates to an electric machine for driving a vehicle with a stator and a first rotor, wherein the first rotor is rotatably supported by means of an associated rotor shaft. Furthermore, the invention relates to an electrically driven vehicle with such a machine.

Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden allgemein robuste, aber gleichzeitig leichte Antriebe mit hohem Wirkungsgrad benötigt. Eine bekannte Lösung hierzu ist, ein Fahrzeug mit einem Direktantrieb für jedes Rad auszustatten. Unter einem Direktantrieb soll im vorliegenden Zusammenhang ein Antrieb verstanden werden, bei dem eine elektrische Maschine ohne ein dazwischengeschaltetes Getriebe mit dem anzutreibenden Rad gekoppelt ist. Auch die jeweils auf einer gemeinsamen Achse angeordneten Räder sind bei einem solchen Fahrzeug also jeweils mit einem eigenen Direktantrieb versehen. Jeder dieser Direktantriebe umfasst eine elektrische Maschine, die einen eigenen Stator und einen mittels einer Rotorwelle drehbar gelagerten Rotor aufweist. Sie wird beim Antreiben des zugeordneten Rades als Elektromotor betrieben, wandelt also elektrische Energie in mechanische Energie der Drehbewegung um. Durch den Wegfall eines Untersetzungsgetriebes und auch eines Differentials können bei einem solchen Antriebssystem deren Kosten, deren Gewicht und die zugehörigen mechanischen Verluste eingespart werden. Nachteilig ist allerdings, dass die für jedes Rad einzeln vorhandenen elektrischen Maschinen selbst eine relativ große Masse aufweisen, da sie jeweils zur Erzeugung hoher Drehmomente ausgelegt sein müssen und daher zweckmäßig mit hohen Polpaarzahlen und großen Luftspaltdurchmessern realisiert werden. Die dadurch bedingte hohe Masse der einzelnen elektrischen Maschinen bewirkt, dass die vorab beschriebene Masseneinsparung zumindest zum Teil wieder verloren geht. For electrically driven vehicles generally robust, but at the same time lightweight drives with high efficiency are needed. A known solution to this is to equip a vehicle with a direct drive for each wheel. In the present context, a direct drive should be understood to mean a drive in which an electric machine is coupled to the driven wheel without an intermediate gear. Also, each of the arranged on a common axis wheels are thus provided in each case with its own direct drive in such a vehicle. Each of these direct drives comprises an electric machine which has its own stator and a rotor rotatably mounted by means of a rotor shaft. It is operated as an electric motor when driving the associated wheel, so converts electrical energy into mechanical energy of the rotational movement. By eliminating a reduction gear and also a differential, the cost, weight and associated mechanical losses can be saved in such a drive system. The disadvantage, however, that the individual for each wheel existing electrical machines themselves have a relatively large mass, since they must each be designed to generate high torque and therefore be realized with high pole pair numbers and large air gap diameters appropriate. The consequent high mass of the individual electrical machines causes the previously described mass saving is at least partially lost again.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektrische Maschine zum Antrieb eines Fahrzeugs anzugeben, welche den genannten Nachteil überwindet. Insbesondere soll die Maschine so ausgestaltet sein, dass die pro angetriebenem Rad anfallende Masse der Maschine möglichst gering gehalten werden kann. Eine weitere Aufgabe ist es, ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit den entsprechenden Vorteilen anzugeben. Object of the present invention is therefore to provide an electric machine for driving a vehicle, which overcomes the disadvantage mentioned. In particular, the machine should be designed so that the per driven wheel resulting mass of the machine can be kept as low as possible. Another object is to provide an electrically powered vehicle with the corresponding advantages.

Diese Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 beschriebene elektrische Maschine und das in Anspruch 15 beschriebene elektrisch angetriebene Fahrzeug gelöst. These objects are achieved by the electric machine described in claim 1 and the electrically driven vehicle described in claim 15.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist zum Antrieb zweier Räder einer Achse ausgelegt. Sie weist einen Stator und einen ersten und einen zweiten Rotor auf, wobei die Rotoren jeweils mittels einer zugeordneten Rotorwelle drehbar gelagert sind. Die Drehmomente der beiden Rotorwellen sind mechanisch entkoppelt, und die beiden Rotoren und der Stator sind koaxial zueinander angeordnet. The electric machine according to the invention is designed to drive two wheels of an axle. It has a stator and a first and a second rotor, wherein the rotors are each rotatably supported by means of an associated rotor shaft. The torques of the two rotor shafts are mechanically decoupled, and the two rotors and the stator are arranged coaxially with each other.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Maschine liegt darin, dass durch die beiden separaten Rotoren zwei Räder, die um eine gemeinsame Achse drehbar gelagert sind, getrennt angetrieben werden können. Durch die mechanische Entkopplung der zu den jeweiligen Rotoren gehörigen Rotorwellen wird erreicht, dass die beiden anzutreibenden Räder auch verschiedene Drehzahlen und/oder Drehwinkel aufweisen können. Dies erleichtert beispielsweise eine Kurvenfahrt. Im Vergleich zu der herkömmlichen Ausführung, bei der jedes Rad mit einer eigenen, vollständigen Antriebsmaschine versehen ist, wird durch die erfindungsgemäße Maschine ein Gewichtsvorteil erreicht, denn diese Maschine weist nur einen gemeinsamen Stator auf, der elektrisch in Wechselwirkung mit beiden Rotoren treten kann. So wird erreicht, dass das Gewicht des einen Stators für jeden der beiden Radantriebe nur zur Hälfte gerechnet werden muss. Die pro Radantrieb anfallende Masse des Antriebssystems kann also insgesamt reduziert werden, denn ein in axialer Richtung verlängerter Stator kann wesentlich leichter ausgeführt werden als zwei einzelne, axial kürzere. Dies ist selbst dann der Fall, wenn die elektrisch wirksame axiale Länge des Stators doppelt so groß ist wie bei zwei einzelnen Maschinen, denn der für die elektrisch nicht nutzbaren axialen Randbereiche nötige Materialbedarf fällt bei der erfindungsgemäßen Ausführung nur einmal an. Entscheidend für die Gesamtmasse der elektrischen Maschine(n) des Antriebs sind hier vor allem die Wickelköpfe der Statorwicklungen, die sowohl zur Masse als auch zu den Herstellungskosten des Stators entscheidend beitragen. Auch unter wirtschaftlichen Aspekten ist ein axial längerer Stator wesentlich günstiger als zwei getrennte axial kürzere Statoren. Die Kosten eines solchen Stators sind nur eine relativ schwach steigende Funktion der axialen Länge, und es ist daher sehr viel günstiger, einen einzelnen Stator herzustellen als zwei einzelne mit jeweils der halben axialen Länge. A significant advantage of the machine according to the invention is that two wheels, which are rotatably mounted about a common axis, can be driven separately by the two separate rotors. The mechanical decoupling of the rotor shafts associated with the respective rotors ensures that the two wheels to be driven can also have different speeds and / or angles of rotation. This facilitates, for example, a cornering. Compared to the conventional design, in which each wheel is provided with its own complete drive machine, a weight advantage is achieved by the machine according to the invention, because this machine has only one common stator, which can electrically interact with both rotors. This ensures that the weight of the one stator for each of the two wheel drives must be calculated only in half. The resulting per wheel drive mass of the drive system can thus be reduced in total, because a lengthened in the axial direction stator can be made much easier than two individual, axially shorter. This is the case even if the electrically effective axial length of the stator is twice as large as in the case of two individual machines, since the material requirement required for the electrically unusable axial edge regions only occurs once in the embodiment according to the invention. Decisive for the total mass of the electrical machine (s) of the drive here are mainly the winding heads of the stator windings, which contribute significantly to both the mass and the manufacturing cost of the stator. Even in economic terms, an axially longer stator is much cheaper than two separate axially shorter stators. The cost of such a stator is only a relatively slight increasing function of the axial length, and it is therefore much more advantageous to manufacture a single stator than two individual ones each having half the axial length.

Insgesamt kann also durch die erfindungsgemäße Ausführung der elektrischen Maschine ein leichteres und kostengünstigeres Antriebssystem für zwei Räder zur Verfügung gestellt werden als bei Verwendung zweier getrennter herkömmlicher Einzelradantriebe. Das erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Fahrzeug weist wenigstens eine erfindungsgemäße elektrische Maschine auf. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sind analog zu den beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Maschine. Ein weiterer allgemeiner Vorteil der erfindungsgemäßen Maschine und des erfindungsgemäßen Fahrzeugs besteht darin, dass die Sicherheit beim Fahren erhöht ist. Dies liegt daran, dass durch die Bildung zweier Teilmaschinen mit nur einem gemeinsamen Statur ein möglicher elektrischer Ausfall typischerweise beide Teilmaschinen betrifft. Im Unterschied zu herkömmlichen Antriebssystemen mit getrennten elektrischen Maschinen pro Rad wir hier also der gefährliche Zustand vermieden, dass nur ein Radantrieb ausfällt, während der andere Antrieb weiterhin ein Drehmoment auf das zugeordnete Rad überträgt. Dieser Zustand kann bei herkömmlichen Antriebssystemen zu einem gefährlichen Destabilisieren des Fahrzeugs führen. Overall, therefore, a lighter and more cost-effective drive system for two wheels can be provided by the inventive design of the electric machine than when using two separate conventional single-wheel drives. The electrically driven vehicle according to the invention has at least one electric machine according to the invention. The advantages of the vehicle according to the invention are analogous to the described advantages of the machine according to the invention. Another general advantage of the machine according to the invention and the The vehicle according to the invention is that the safety when driving is increased. This is due to the fact that the formation of two sub-machines with only one common stature a possible electrical failure typically affects both sub-machines. In contrast to conventional drive systems with separate electric machines per wheel, here we avoid the dangerous condition that only one wheel drive fails, while the other drive continues to transmit a torque to the associated wheel. This condition can lead to a dangerous destabilization of the vehicle in conventional drive systems.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei können die beschriebenen Ausgestaltungen der elektrischen Maschine und des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs vorteilhaft miteinander kombiniert werden. Advantageous embodiments and further developments of the invention will become apparent from the dependent claims of claim 1 and the following description. The described embodiments of the electric machine and the electrically driven vehicle can advantageously be combined with each other.

Die beiden Rotoren können vorteilhaft axial benachbart angeordnet sein, und der Stator kann die beiden Rotoren radial umgeben. Mit anderen Worten kann es sich um eine Innenrotormaschine handeln, bei der der herkömmliche Rotor entsprechend der Erfindung in zwei separate Rotoren aufgeteilt ist. Eine solche Anordnung ermöglicht es auf besonders einfache Weise, die beiden Rotorwellen mittels der beiden getrennten Rotoren anzutreiben und die Maschine gleichzeitig kompakt auszuführen. Die beiden Rotorwellen der insgesamt koaxial angeordneten Maschine erstrecken sich allgemein zweckmäßig entlang der Radachse. Der außenliegende Stator kann vorteilhaft mechanisch mit einem feststehenden außenliegenden Gehäuse verbunden sein. The two rotors can advantageously be arranged axially adjacent, and the stator can surround the two rotors radially. In other words, it may be an inner rotor machine in which the conventional rotor according to the invention is divided into two separate rotors. Such an arrangement makes it possible in a particularly simple manner to drive the two rotor shafts by means of the two separate rotors and at the same time to make the machine compact. The two rotor shafts of the overall coaxially arranged machine extend generally expedient along the wheel axis. The outer stator can advantageously be mechanically connected to a fixed outer housing.

Bei der Ausführungsform als Innenrotormaschine kann vorteilhaft jeder der Rotoren an nur einem axialen Ende seiner Rotorwelle drehbar gelagert sein. Dieses gelagerte Ende ist dann für jeden der beiden Rotoren das axial außenliegende, also das vom jeweils anderen Rotor angewandte Ende. Dementsprechend ist dann im axialen Bereich zwischen den beiden Rotorwellen kein zusätzliches Lager angeordnet. Ein Vorteil dieser einseitig gelagerten Ausführungsform ist, dass in axialer Richtung Platz eingespart wird und somit der die beiden Rotoren umgebende Stator im zentralen Bereich der Radachse keine elektrisch ungenutzte Zone aufweist. Wenn ein möglichst großer axialer Teil des Stators elektrisch genutzt wird, fällt ein geringerer Teil ungenutzter Masse der Statorwicklungen an. Die elektrische Maschine kann also im Vergleich zu einer entsprechenden Maschine mit größerer axialer Lücke aber gleichem Drehmoment entsprechend leichter ausgeführt werden. In the embodiment as an inner rotor machine, each of the rotors may advantageously be rotatably mounted on only one axial end of its rotor shaft. This supported end is then for each of the two rotors the axially outer, that is applied by the other rotor end. Accordingly, no additional bearing is then arranged in the axial region between the two rotor shafts. An advantage of this cantilevered embodiment is that space is saved in the axial direction and thus the stator surrounding the two rotors does not have any electrically unused zone in the central region of the wheel axle. When the largest possible axial part of the stator is used electrically, a smaller part of the unused mass of the stator windings is generated. The electric machine can therefore be made correspondingly lighter compared to a corresponding machine with a larger axial gap but the same torque.

Alternativ zu der beschriebenen einseitig gelagerten Ausführungsform kann jeder der beiden Rotoren an beiden axialen Enden seiner Rotorwelle drehbar gelagert sein. Dabei kann im Inneren des Stators und axial zwischen den beiden Rotoren wenigstens ein sich radial erstreckendes Stützelement angeordnet sein, an dem wenigstens einer der beiden Rotoren drehbar gelagert abgestützt ist. Bei einer symmetrisch ausgeführten Form der elektrischen Maschine können insbesondere beide Rotoren drehbar gelagert daran abgestützt sein. Diese Ausführungsform hat gegenüber den einseitig gelagerten Varianten den Vorteil, dass die Lagerung der Rotorwellen insgesamt mechanisch stabiler ist. Das wenigstens eine Stützelement kann dabei vorteilhaft amagnetisch und elektrisch isolierend ausgebildet sein. As an alternative to the described embodiment mounted on one side, each of the two rotors can be rotatably mounted on both axial ends of its rotor shaft. In this case, at least one radially extending support element can be arranged in the interior of the stator and axially between the two rotors, on which at least one of the two rotors is supported rotatably supported. In a symmetrical design of the electric machine, in particular, both rotors can be supported rotatably supported thereon. This embodiment has the advantage over the versions mounted on one side that the bearing of the rotor shafts is mechanically more stable overall. The at least one support element may advantageously be formed non-magnetic and electrically insulating.

Allgemein können die beiden Rotoren der elektrischen Maschine gleich dimensioniert sein. Eine solche symmetrische Anordnung ist vor allem dann vorteilhaft, wenn auf beide Räder das gleiche maximale Drehmoment übertragen werden soll, was bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen im Allgemeinen der Fall ist. Eine solche symmetrische Ausführung führt auch typischerweise zur besten Raum- und Materialausnutzung und somit zu einer niedrigen Masse bei einem vorgegebenen Drehmoment und/oder vorgegebener Leistung. Die gleiche Dimensionierung und symmetrische Anordnung der beiden Rotoren kann prinzipiell sowohl bei der beschriebenen Innenrotormaschine Anwendung finden als auch bei einer Außenrotormaschine, bei der beide Rotoren den Stator radial umgeben und axial benachbart zueinander angeordnet sind. In general, the two rotors of the electric machine can be dimensioned the same. Such a symmetrical arrangement is particularly advantageous if the same maximum torque is to be transmitted to both wheels, which is generally the case with electrically driven vehicles. Such a symmetrical design also typically leads to the best space and material utilization and thus to a low mass at a given torque and / or power. The same dimensioning and symmetrical arrangement of the two rotors can in principle be found both in the described inner rotor machine application as well as in an outer rotor machine, in which both rotors radially surround the stator and are arranged axially adjacent to each other.

Alternativ zu den beschriebenen Varianten, bei denen beide Rotoren axial benachbart zueinander vorliegen, kann auch der Stator nur einen der beiden Rotoren radial umgeben, und der andere der beiden Rotoren kann dann den Stator radial umgeben. In diesem Fall sind also die beiden Rotoren nicht spiegelsymmetrisch ausgeführt, sondern es liegen ein innerer und ein äußerer Rotor vor. Es handelt sich dann also um ein Hybrid zwischen einer Innenrotormaschine und einer Außenrotormaschine. Zweckmäßig kann dabei der Stator sowohl radial innen als auch radial außen mit Nuten und einer Anordnung von Feldwicklungen versehen sein, um sowohl mit dem Innenrotor als auch mit dem Außenrotor elektrisch in Wechselwirkung zu treten. Die beiden Rotorwellen werden bei dieser Ausführungsform wiederum zweckmäßig axial gegenüberliegend angeordnet. Auch hier kann jeder der beiden Rotoren vorteilhaft nur an einem Ende seiner Rotorwelle drehbar gelagert sein, wie es auch bei den vorab beschriebenen geometrischen Anordnungen von Stator und Rotoren vorteilhaft ist. As an alternative to the variants described, in which both rotors are axially adjacent to one another, the stator can also surround only one of the two rotors radially, and the other of the two rotors can then surround the stator radially. In this case, therefore, the two rotors are not mirror-symmetrical, but there are an inner and an outer rotor before. It is then a hybrid between an inner rotor machine and an outer rotor machine. Suitably, the stator may be provided both radially inwardly and radially outwardly with grooves and an array of field windings to electrically interact with both the inner rotor and the outer rotor. The two rotor shafts are in turn expediently arranged axially opposite one another in this embodiment. Again, each of the two rotors can advantageously be rotatably mounted only at one end of its rotor shaft, as is advantageous even in the previously described geometrical arrangements of stator and rotors.

Allgemein kann die elektrische Maschine einen ersten Stromwechselrichter aufweisen, welcher dazu ausgelegt ist, ein in seiner Drehfrequenz variables Drehfeld im Stator zu erzeugen. Über dieses Drehfeld werden beide elektrisch mit dem Stator wechselwirkenden Rotoren angetrieben. Die Maschine kann vorteilhaft so ausgelegt sein, dass zunächst (also ohne zusätzliche Maßnahmen) das gleiche Drehmoment auf die beiden Räder der betreffenden Achse übertragen wird. Durch diese Antriebsform wird daher eine Geradeausfahrt des Fahrzeugs ermöglicht. In general, the electric machine can have a first current inverter which is designed to generate a rotational field variable in its rotational frequency in the stator. This rotary field both electrically driven with the stator rotors are driven. The machine can advantageously be designed so that initially (ie without additional measures) the same torque is transmitted to the two wheels of the relevant axis. By this drive form therefore a straight ahead of the vehicle is possible.

Die elektrische Maschine kann in einer vorteilhaften Ausführungsform als Asynchronmaschine ausgestaltet sein. Dabei kann wenigstens einer der Rotoren als Käfigläufer ausgestaltet sein. Insbesondere können auch beide Rotoren als Käfigläufer ausgestaltet sein. Eine solche Asynchronmaschine ist für das gleichzeitige Antreiben zweier Rotoren mittels eines gemeinsamen Stators besonders geeignet. The electric machine may be configured in an advantageous embodiment as an asynchronous machine. In this case, at least one of the rotors can be designed as a squirrel cage. In particular, both rotors can be designed as squirrel cage. Such an asynchronous machine is particularly suitable for the simultaneous driving of two rotors by means of a common stator.

In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform kann die elektrische Maschine aber auch als Synchronmaschine ausgestaltet sein, welche dazu ausgelegt ist, auch bei Schlupf ein asynchrones Antriebsmoment zu liefern. Mit anderen Worten kann die Synchronmaschine ein hohes Asynchronmoment aufweisen. Solche Maschinen werden auch als „Line Start“ Synchronmaschinen bezeichnet, wobei das Synchronmoment beispielsweise durch Permanentmagnete oder Reluktanz oder eine Kombination beider erzeugt wird, während das Asynchronmoment beispielsweise mittels Käfigläufer erzeugt wird. Bei einer solchen Synchronmaschine kann insbesondere das Asynchronmoment 50% oder mehr des Synchronmoments ausmachen. Auch eine solche Maschine ist gut dazu geeignet, zwei Rotoren mittels eines gemeinsamen und mit beiden elektrisch wechselwirkenden Stators anzutreiben. In an alternative advantageous embodiment, however, the electric machine can also be configured as a synchronous machine which is designed to deliver an asynchronous drive torque even in the event of slip. In other words, the synchronous machine may have a high asynchronous torque. Such machines are also referred to as "line start" synchronous machines, wherein the synchronous torque is generated for example by permanent magnets or reluctance or a combination of both, while the asynchronous torque is generated for example by means of squirrel cage. In such a synchronous machine, in particular, the asynchronous torque can make up 50% or more of the synchronizing torque. Even such a machine is well suited to drive two rotors by means of a common and with both electrically interacting stator.

Wie oben beschrieben, kann die elektrische Maschine so ausgelegt sein, dass durch die Wechselwirkung des Stators mit den beiden Rotoren vorteilhaft zunächst das gleiche Drehmoment auf die beiden Räder übertragen werden kann. Wenn in einer bestimmten Fahrsituation, beispielsweise bei einer Kurvenfahrt leicht unterschiedliche Drehzahlen und Drehwinkel der beiden Räder benötigt werden, dann kann es sinnvoll sein, ein differentielles Bremsen der einzelnen Räder einzusetzen. Beispielsweise kann das kurveninnere Rad gezielt gebremst werden, um die Stabilität der Kurvenfahrt zu verbessern. Die Regelung dieses gezielten Bremseingriffs kann ähnlich wie beim ESP (Elektronisches Stablitätsprogramm) herkömmlicher mit Zentralmotor ausgestatteter Fahrzeuge realisiert werden. Ein solches differentielles Bremsen einzelner Räder kann allgemein dazu verwendet werden, die Fahrdynamik und Stabilität eines mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine angetriebenen Fahrzeugs zu verbessern. Hierdurch kann die Tatsache kompensiert werden, dass zumindest bei den einfacheren Ausführungsformen dieser elektrischen Maschine keine separate Ansteuerung der Räder, also keine Übertragung von unterschiedlichen vorbestimmten Drehmomenten möglich ist. Bei diesen einfacheren Ausführungsformen weist die elektrische Maschine vorteilhaft nur den einen beschriebenen Stromwechselrichter zu Erzeugen des Drehfeldes im Stator auf. As described above, the electric machine can be designed so that advantageously by the interaction of the stator with the two rotors initially the same torque can be transmitted to the two wheels. If slightly different speeds and angles of rotation of the two wheels are required in a certain driving situation, for example when cornering, then it may be useful to use a differential braking of the individual wheels. For example, the inside wheel can be selectively braked to improve the stability of cornering. The regulation of this targeted braking intervention can be implemented similar to the ESP (Electronic Stability Program) of conventional vehicles equipped with a central engine. Such differential braking of individual wheels can generally be used to improve the driving dynamics and stability of a vehicle driven by an electric machine according to the invention. In this way, the fact can be compensated that at least in the simpler embodiments of this electric machine no separate control of the wheels, so no transmission of different predetermined torques is possible. In these simpler embodiments, the electric machine advantageously has only one described current inverter for generating the rotating field in the stator.

Es sind jedoch auch Ausführungsformen der elektrischen Maschine möglich und besonders vorteilhaft, bei denen eine Übertragung von unterschiedlichen Drehmomenten auf die beiden Räder der Achse realisiert werden kann. Diese Ausführungsformen werden im Folgenden näher beschrieben. Hierzu kann die elektrische Maschine einen zweiten Stromwechselrichter aufweisen. Weiterhin kann der erste Rotor eine wenigstens dreiphasige Anordnung von Feldwicklungen aufweisen, wobei der zweite Stromwechselrichter dazu ausgelegt ist, ein bezüglich seiner Drehfrequenz und/oder Drehrichtung variables Drehfeld in der Anordnung von Feldwicklungen des ersten Rotors zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform stellt die erste Teilmaschine, die sich durch das Zusammenwirken des Stators und des ersten Rotors ergibt, eine doppelgespeiste Drehstrommaschine dar. Durch die Einspeisung eines zweiten Drehfeldes zumindest in den ersten Rotor wird eine gezielte Beeinflussung der von den beiden Rotoren übertragenen Drehmomente möglich. Für die genauere Umsetzung existieren verschiedene Möglichkeiten, die im Folgenden genauer beschrieben werden:
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann auch der zweite Rotor eine wenigstens dreiphasige Anordnung von Feldwicklungen aufweisen. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn beide Rotoren insgesamt gleich dimensioniert und insbesondere im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander ausgeführt sind, um bei einem normalen Geradeausfahr-Zustand einen möglichst symmetrischen Antrieb beider Räder zu ermöglichen. Bei dieser Variante stellt also auch die zweite Teilmaschine, die sich durch das Zusammenwirken des Stators und des zweiten Rotors ergibt, eine doppelgespeiste Drehstrommaschine dar. However, embodiments of the electric machine are also possible and particularly advantageous in which a transmission of different torques to the two wheels of the axle can be realized. These embodiments will be described in more detail below. For this purpose, the electric machine may have a second current inverter. Furthermore, the first rotor can have an at least three-phase arrangement of field windings, wherein the second current inverter is designed to generate a rotating field variable in its rotational frequency and / or rotational direction in the arrangement of field windings of the first rotor. In this embodiment, the first part machine, which results from the interaction of the stator and the first rotor, a double-fed three-phase machine. By feeding a second rotating field at least in the first rotor, a targeted influencing the transmitted torque from the two rotors is possible. There are various possibilities for the more precise implementation, which are described in more detail below:
According to a first advantageous embodiment, the second rotor may also have an at least three-phase arrangement of field windings. This embodiment is particularly advantageous when both rotors are dimensioned the same overall and in particular substantially mirror-symmetrical to each other to allow in a normal straight-on state as symmetrical as possible drive both wheels. In this variant, therefore, the second sub-machine, which results from the interaction of the stator and the second rotor, is a double-fed three-phase machine.

Vorteilhaft kann dann der beschriebene zweite Stromwechselrichter dazu ausgelegt sein, sowohl die Anordnung von Feldwicklungen im ersten Rotor als auch die Anordnung von Feldwicklungen im zweiten Rotor zu speisen. Die Beschaltung der beiden genannten Anordnungen Feldwicklungen kann dann vorteilhaft so ausgeführt sein, dass die in den beiden Rotoren erzeugten Drehfelder entgegengesetzte Drehrichtungen aufweisen. Bei einer Speisung mit einer Drehfrequenz von Null laufen also beide Teilmaschinen synchron. Dieser Betriebszustand ist bei einer normalen Geradeausfahrt besonders geeignet. Dagegen werden bei Einspeisung einer von Null verschiedenen Drehfrequenz in die beiden Rotoren durch die beschriebene Beschaltung entgegengesetzte Drehfelder in den Wicklungsanordnungen der beiden Rotoren erzeugt. Bei der Einspeisung einer vorgegebenen, von Null verschiedenen Drehfrequenz ω stellt sich insbesondere eine Differenzdrehfrequenz von 2 ω zwischen den Drehfeldern der beiden Teilmaschinen ein. Die mittlere Drehfrequenz der beiden Teilmaschinen ist dagegen durch die Drehfrequenz des durch den ersten Stromwechselrichter in den Stator eingespeiste Drehfeld gegeben. Durch gezielte Einspeisung eines Drehfeldes mit einer von Null verschiedenen Drehfrequenz kann dann eine differenzielle Drehung der beiden anzutreibenden Räder bewirkt werden, was zur Stabilisierung bestimmter Fahrzustände, insbesondere von Kurvenfahrten, genutzt werden kann. Advantageously, the described second current inverter can then be designed to feed both the arrangement of field windings in the first rotor and the arrangement of field windings in the second rotor. The wiring of the two arrangements field windings can then be advantageously carried out so that the rotating fields generated in the two rotors have opposite directions of rotation. For a supply with a rotational frequency of zero so both sub-machines run synchronously. This operating state is special in the case of normal straight-ahead driving suitable. In contrast, when feeding a non-zero rotational frequency in the two rotors by the circuit described opposite rotating fields are generated in the winding arrangements of the two rotors. When feeding a predetermined, non-zero rotational frequency ω, in particular, a differential rotational frequency of 2 ω is established between the rotating fields of the two sub-machines. By contrast, the mean rotational frequency of the two submachines is given by the rotational frequency of the rotating field fed into the stator by the first current inverter. By selectively feeding a rotating field with a non-zero rotational frequency then a differential rotation of the two wheels to be driven can be effected, which can be used to stabilize certain driving conditions, especially cornering.

Alternativ zu der beschriebenen Einspeisung zweier entgegengesetzter Drehfelder mittels eines gemeinsamen zweiten Stromwechselrichters für beide Rotoren können auch zwei einzelne Stromwechselrichter zur Erzeugung unterschiedlicher Drehfelder in den beiden Rotoren vorgesehen sein. So können auf noch besser kontrollierbare Weise unterschiedliche Drehfrequenzen der beiden Rotor-Drehfelder erzeugt werden, wodurch unterschiedliche Drehzahlen der beiden Teilmaschinen erreicht werden können. As an alternative to the described feeding of two opposite rotating fields by means of a common second current inverter for both rotors, two individual current inverters can be provided for generating different rotating fields in the two rotors. Thus, different rotational frequencies of the two rotor rotary fields can be generated in an even more controllable manner, whereby different rotational speeds of the two partial machines can be achieved.

Alternativ zur vorab beschriebenen Ausführungsform kann aber auch nur der erste Rotor zur Einspeisung eines Rotor-Drehfeldes ausgelegt sein. Der zweite Rotor kann dann beispielsweise eine einphasige Anordnung mit wenigstens einer Feldwicklung aufweisen, um ein Erregerfeld zu erzeugen. Alternativ kann der zweite Rotor auch einen oder mehrere Permanentmagneten aufweisen, um ein Rotormagnetfeld zu erzeugen. In einer weiteren Alternative kann der zweite Rotor als Käfigläufer ausgestaltet sein. Hierbei entspricht dann die erste Teilmaschine mit dem ersten Rotor einer doppelgespeisten Maschine, während die zweite Teilmaschine mit dem zweiten Rotor einer einfach gespeisten Asynchronmasche entspricht. As an alternative to the previously described embodiment, however, only the first rotor can be designed to feed a rotor rotating field. The second rotor may then, for example, have a single-phase arrangement with at least one field winding in order to generate a field of excitation. Alternatively, the second rotor may also include one or more permanent magnets to generate a rotor magnetic field. In a further alternative, the second rotor may be designed as a cage rotor. In this case, the first submachine with the first rotor then corresponds to a double-fed machine, while the second sub-machine with the second rotor corresponds to a single-feed asynchronous mesh.

Bei der beschriebenen ein- oder mehrphasigen Erregung des wenigstens einen Rotors kann allgemein eine elektrische Übertragung mittels wenigstens eines Schleifrings erfolgen. Alternativ kann jedoch auch eine induktive elektrische Übertragung in den wenigstens einen Rotor vorgesehen sein. In the case of the described single or multi-phase excitation of the at least one rotor, an electrical transmission can generally take place by means of at least one slip ring. Alternatively, however, an inductive electrical transmission may also be provided in the at least one rotor.

Bei diesen verschiedenen asymmetrischen Ausgestaltungen der beiden einzelnen Rotoren ist allgemein die Ausgestaltung des zweiten Rotors weniger aufwendig als die des ersten. Durch die Einspeisung eines Drehfeldes in den ersten Rotor kann aber trotzdem ein differenzieller Antrieb – also ein in Drehzahl und/oder Drehmoment unterschiedlicher Antrieb – der beiden Räder erreicht werden. In these various asymmetrical configurations of the two individual rotors, the design of the second rotor is generally less complicated than that of the first one. By feeding a rotating field in the first rotor but still a differential drive - ie a different speed and / or torque drive - the two wheels can be achieved.

Allgemein kann die elektrische Maschine besonders vorteilhaft als Radialflussmaschine ausgelegt sein. Alternativ kann sie aber auch als Axialflussmaschine ausgelegt sein, oder sie kann auch als Transversalflussmaschine ausgelegt sein. In general, the electric machine can be designed particularly advantageously as a radial flux machine. Alternatively, however, it can also be designed as an axial flow machine, or it can also be designed as a transverse flux machine.

Das erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Fahrzeug weist wenigstens eine erfindungsgemäße elektrische Maschine auf. Das Fahrzeug kann wenigstens zwei Räder aufweisen, die so mit der elektrischen Maschine verbunden sind, dass sie jeweils über eine dem jeweiligen Rad zugeordnete Rotorwelle angetrieben werden können. Vorteilhaft kann in dem Fahrzeug jeder der beiden Rotoren mittels einer Gelenkwelle direkt mit dem zugeordneten Rad gekoppelt sein. Hierdurch kann eine besonders niedrige Masse des Antriebssystems erreicht werden, da die Masse für ein zwischen Rad und Maschine geschaltetes Getriebe eingespart wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei einem solchen Direktantrieb mechanische Verluste reduziert werden, und ein solches Antriebssystem vergleichsweise verschleiß- und wartungsarm ist. The electrically driven vehicle according to the invention has at least one electric machine according to the invention. The vehicle may have at least two wheels which are connected to the electric machine such that they can each be driven via a rotor shaft assigned to the respective wheel. Advantageously, in the vehicle, each of the two rotors can be coupled directly to the associated wheel by means of a cardan shaft. In this way, a particularly low mass of the drive system can be achieved, since the mass is saved for a switched between the wheel and machine gearbox. Another advantage is that in such a direct drive mechanical losses are reduced, and such a drive system is relatively low in wear and maintenance.

Alternativ zu dem beschriebenen Direktantrieb kann das Fahrzeug aber auch so ausgestaltet sein, dass zwischen den Rädern und dem jeweils zugeordneten Rotor jeweils ein Getriebe, insbesondere ein Untersetzungsgetriebe, angeordnet ist. Ein solches Getriebe kann also zur Herabsetzung der Drehzahl und zur Erhöhung des Drehmoments ausgebildet sein. As an alternative to the direct drive described, however, the vehicle may also be designed so that a respective transmission, in particular a reduction gear, is arranged between the wheels and the respective associated rotor. Such a transmission can thus be designed to reduce the speed and to increase the torque.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug kann ohne zusätzliches Differential ausgestaltet sein. Auch hierdurch kann das Fahrzeug vergleichsweise leicht sowie verschleiß- und wartungsarm ausgeführt werden. The vehicle according to the invention can be configured without additional differential. As a result, the vehicle can be made relatively easy and wear and low maintenance.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen: In the following, the invention will be described by means of some preferred embodiments with reference to the appended drawings, in which:

1 einen schematischen Längsschnitt einer elektrischen Maschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, 1 shows a schematic longitudinal section of an electrical machine according to a first embodiment of the invention,

2 einen schematischen Längsschnitt einer elektrischen Maschine nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, 2 shows a schematic longitudinal section of an electric machine according to a second embodiment of the invention,

3 einen schematischen Längsschnitt einer elektrischen Maschine nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, 3 shows a schematic longitudinal section of an electrical machine according to a third embodiment of the invention,

4 einen schematischen Längsschnitt einer elektrischen Maschine nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, 4 shows a schematic longitudinal section of an electrical machine according to a fourth embodiment of the invention,

5 einen schematischen Querschnitt einer elektrischen Maschine nach einem fünften Ausführungsbeispiel zeigt und 5 shows a schematic cross section of an electric machine according to a fifth embodiment, and

6 einen schematischen Querschnitt einer elektrischen Maschine nach einem sechsten Ausführungsbeispiel zeigt. 6 shows a schematic cross section of an electric machine according to a sixth embodiment.

In 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine elektrische Maschine 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Diese Maschine ist zum Antrieb eines hier nicht näher dargestellten elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ausgelegt, wobei die Maschine zwei auf einer gemeinsamen Achse angeordnete Räder antreiben kann. Gezeigt ist ein Schnitt durch eine Längsachse A der Maschine 1, wobei diese Längsachse im Wesentlichen der genannten Fahrzeugachse entspricht. In der Längsschnitt-Ansicht der 1 ist zu erkennen, dass die Maschine 1 des ersten Ausführungsbeispiels einen radial außenliegenden Stator 3 aufweist, der zwei radial innenliegende Rotoren 7a und 7b umschließt. Diese beiden Rotoren 7a und 7b sind axial zueinander benachbart angeordnet. Sie sind innerhalb des Stators 3 drehbar gelagert, wobei jeder der beiden Rotoren 7a und 7b mittels einer zugehörigen Rotorwelle 9a beziehungsweise 9b gelagert ist. Hierzu ist jede der beiden Rotorwellen 9a und 9b in einem axial außenliegenden Bereich, also auf einer vom Zentrum der Maschine 1 abgewandten Seite des jeweiligen Rotors 7a, 7b über ein Lager 10 drehbar mit einem feststehenden Außengehäuse 11 der Maschine 1 verbunden. In 1 is a schematic longitudinal section through an electrical machine 1 shown according to a first embodiment of the invention. This machine is designed to drive an electrically driven vehicle, not shown here, wherein the machine can drive two arranged on a common axis wheels. Shown is a section through a longitudinal axis A of the machine 1 , Wherein this longitudinal axis substantially corresponds to said vehicle axle. In the longitudinal section view of 1 is to recognize that the machine 1 of the first embodiment, a radially outer stator 3 having, the two radially inner rotors 7a and 7b encloses. These two rotors 7a and 7b are arranged axially adjacent to each other. They are inside the stator 3 rotatably mounted, each of the two rotors 7a and 7b by means of an associated rotor shaft 9a respectively 9b is stored. For this purpose, each of the two rotor shafts 9a and 9b in an axially outer area, that is on one of the center of the machine 1 opposite side of each rotor 7a . 7b about a camp 10 rotatable with a fixed outer housing 11 the machine 1 connected.

Die Rotoren 7a und 7b sind dazu ausgebildet, durch elektromagnetische Wechselwirkung mit dem Stator 3 der Maschine 1 angetrieben zu werden und so über die jeweilige Rotorwelle 9a bzw. 9b ein Drehmoment auf ein axial außen an diese angekoppeltes Rad zu übertragen. Die beiden Rotorwellen 9a und 9b sind nicht mechanisch miteinander gekoppelt, so dass prinzipiell auch unterschiedliche Drehzahlen für beide Rotorwellen 9a und 9b und daher auch für die damit verbunden Räder vorliegen können. Die beiden Rotoren sind im gezeigten Beispiel gleich dimensioniert und im Wesentlichen spiegelsymmetrisch angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass bei gleicher Ansteuerung an den beiden Rädern gleiche Drehmomente und gleiche Drehzahlen bewirkt werden können. The rotors 7a and 7b are designed to interact with the stator through electromagnetic interaction 3 the machine 1 to be driven and so on the respective rotor shaft 9a respectively. 9b to transmit a torque to an externally externally coupled to this wheel. The two rotor shafts 9a and 9b are not mechanically coupled together, so that in principle different speeds for both rotor shafts 9a and 9b and therefore may also be present for the wheels connected thereto. The two rotors are the same size in the example shown and arranged substantially mirror-symmetrically. This has the advantage that with the same control on the two wheels same torques and the same speeds can be effected.

Die elektrische Maschine 1 weist eine wenigstens dreiphasige Anordnung von Statorwicklungen 4 auf, von denen zwei radial gegenüberliegende im Querschnitt der 1 zu erkennen sind. Sowohl Stator 3 als auch die beiden Rotoren 7a und 7b weisen einen insgesamt kreiszylindrischen Querschnitt auf. In Umfangsrichtung dieses Kreises ist eine Vielzahl solcher Statorwicklungen 4 über die Innenseite des Stators 3 verteilt. Die elektrische Maschine 1 weist ferner einen hier nicht gezeigten Stromwechselrichter auf, der dazu ausgelegt ist, ein in seiner Drehfrequenz variables Drehfeld in den Statorwicklungen 4 zu erzeugen. Die beiden Rotoren 7a und 7b können jeweils eine hier nicht näher dargestellte Vorrichtung zu Erzeugung eines Magnetfeldes aufweisen, welches dann mit dem Drehfeld des Stators 3 über den Luftspalt 6 hinweg in Wechselwirkung treten kann. Diese Wechselwirkung bewirkt dann die Umwandlung von elektrischer Energie in die mechanische Energie des jeweiligen Radantriebes. Die Vorrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes können jeweils entweder einen oder mehrere Permanentmagnete umfassen oder sie können jeweils eine Anordnung von einer oder mehreren Rotorwicklungen umfassen. The electric machine 1 has an at least three-phase arrangement of stator windings 4 of which two radially opposite in cross section of 1 can be seen. Both stator 3 as well as the two rotors 7a and 7b have a total circular cylindrical cross-section. In the circumferential direction of this circle is a plurality of such stator windings 4 over the inside of the stator 3 distributed. The electric machine 1 also has a current inverter, not shown here, which is adapted to a variable in its rotational frequency rotating field in the stator windings 4 to create. The two rotors 7a and 7b can each have a device not shown here for generating a magnetic field, which then with the rotating field of the stator 3 over the air gap 6 can interact. This interaction then causes the conversion of electrical energy into the mechanical energy of the respective wheel drive. The magnetic field generating devices may each comprise either one or more permanent magnets or may each comprise an array of one or more rotor windings.

Im gezeigten Beispiel ist sie axiale Länge des Stators 3 so groß, dass beide Rotoren 7a und 7b axial benachbart innerhalb der elektrisch nutzbaren Länge 30 des Stators 3 angeordnet sein können. Dieser Stator 3 weist trotzdem ein geringeres Gewicht auf als zwei vergleichbare einzelne Statoren mit jeweils halb so großer elektrisch nutzbarer Länge. Dies liegt insbesondere daran, dass der gemeinsame Stator 3 weniger Material und auch weniger axialen Platz für die Wickelköpfe 4a der Statorwicklungen braucht. Im Vergleich zu einem Antriebssystem mit zwei getrennten elektrischen Maschinen kann die gezeigte Maschine 1 daher leichter ausgeführt sein. In the example shown, it is the axial length of the stator 3 so big that both rotors 7a and 7b axially adjacent within the electrically usable length 30 of the stator 3 can be arranged. This stator 3 still has a lower weight than two comparable individual stators, each half as large electrically usable length. This is in particular because the common stator 3 less material and less axial space for the windings 4a the stator windings needs. Compared to a drive system with two separate electric machines, the machine shown 1 therefore easier to run.

Im Beispiel der 1 sind die Rotorwellen 9a und 9b der beiden Rotoren 7a und 7b jeweils nur auf ihrer vom Zentrum abgewandten Seite der Rotoren drehbar gelagert. Im Unterschied hierzu zeigt 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine 1, die grundsätzlich ähnlich wie die des ersten Ausführungsbeispiels aufgebaut ist. Für gleiche oder ähnlich wirkende Teile werden daher im Folgenden auch die gleichen Bezugszeichen verwendet. In the example of 1 are the rotor shafts 9a and 9b the two rotors 7a and 7b each rotatably supported only on their side facing away from the center of the rotors. In contrast to this shows 2 A second embodiment of an electrical machine 1 which is basically similar to that of the first embodiment. For the same or similar acting parts, therefore, the same reference numerals will be used in the following.

Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel sind die beiden Rotoren 7a und 7b des zweiten Ausführungsbeispiels auch in einem axial innenliegenden Bereich der Maschine 1 drehbar gelagert. Sie sind hierzu mittels den jeweiligen Rotoren 7a und 7b zugeordneten innenliegenden Lagern 14a und 14b an einem scheibenförmigen Stützelement 13 abgestützt, welches ortsfest mit dem Außengehäuse 11 der Maschine 1 verbunden ist. Die beiden Rotoren 7a und 7b weisen dabei jeweils axial innenliegende Fortsätze 15a und 15b ihrer Rotorwellen 9a und 9b auf, wobei diese Fortsätze 15a und 15b in dem Stützelement 13 gelagert sind. In contrast to the first embodiment, the two rotors 7a and 7b of the second embodiment also in an axially inner region of the machine 1 rotatably mounted. They are for this purpose by means of the respective rotors 7a and 7b associated internal bearings 14a and 14b on a disc-shaped support element 13 supported, which stationary with the outer housing 11 the machine 1 connected is. The two rotors 7a and 7b each have axially inner extensions 15a and 15b their rotor shafts 9a and 9b on, with these extensions 15a and 15b in the support element 13 are stored.

3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine 1 nach der vorliegenden Erfindung im axialen Längsschnitt. Auch in diesem Beispiel weist die Maschine einen einzelnen Stator 3 mit relativ großer axialer Länge auf, der elektromagnetisch mit zwei axial zueinander benachbart angeordneten Rotoren 7a und 7b in Wechselwirkung steht. In diesem Beispiel ist die Maschine 1 allerdings als Außenrotormaschine ausgebildet, und die beiden Rotoren 7a und 7b umgeben den Stator 3 radial. Hierzu sind beide Rotoren 7a und 7b als sogenannte Glockenrotoren (oder auch Glockenläufer) ausgebildet. Auf ihrer axial vom Zentrum der Maschine abgewandten Seite sind sie jeweils mit einer ihnen zugeordneten Rotorwelle 9a und 9b verbunden. Diese Rotorwellen 9a und 9b sind wiederum über Lager 10 mit einem feststehenden Außengehäuse 11 drehbar verbunden. Der innenliegende Stator 3 ist über ein inneres ringförmiges Befestigungselement 16 feststehend mit dem Gehäuse 11 verbunden. Auch hier können Stator und/oder Rotoren hier nicht näher dargestellte Wicklungen und/oder andere Mittel zur Magnetfelderzeugung aufweisen, durch die Stator und Rotoren in elektromagnetische Wechselwirkung treten können. Auch beim zweiten Ausführungsbeispiel sind die beiden Rotoren 7a und 7b gleich dimensioniert und im Wesentlichen spiegelbildlich zueinander angeordnet. 3 shows a third embodiment of an electrical machine 1 according to the present invention in axial longitudinal section. Also in this example, the machine has a single stator 3 having a relatively large axial length, the electromagnetically with two axially adjacent to each other arranged rotors 7a and 7b interacts. In this example, the machine is 1 however, designed as an outer rotor machine, and the two rotors 7a and 7b surround the stator 3 radial. Both rotors are for this purpose 7a and 7b designed as so-called bell rotors (or bell runners). On their side facing away from the center of the machine, they are each provided with a rotor shaft assigned to them 9a and 9b connected. These rotor shafts 9a and 9b are in turn about bearings 10 with a fixed outer housing 11 rotatably connected. The inside stator 3 is via an inner annular fastener 16 stationary with the housing 11 connected. Again, stator and / or rotors may have windings and / or other magnetic field generating means, not shown here, through which stator and rotors may interact electromagnetically. Also in the second embodiment, the two rotors 7a and 7b the same dimensions and arranged substantially mirror images of each other.

4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine 1 nach der vorliegenden Erfindung in ähnlichem axialem Längsschnitt. Bei diesem vierten Ausführungsbespiel ist im Unterschied zu den vorherigen der erste Rotor 7a als Innenrotor ausgebildet, und der zweite Rotor 7b ist als Außenrotor ausgebildet. Mit anderen Worten umgibt der gemeinsame Stator 3 den inneren Rotor 7a radial, und der äußere Rotor 7b umgibt den Stator 3 radial. Es handelt sich hier also um eine Kombination zweier Teilmaschinen, bei denen die eine als Innenrotormaschine und die andere als Außenrotormaschine ausgebildet ist. Auch hier sind beide Rotorwellen 9a und 9b jeweils nur auf einer Seite über Lager 10 drehbar gelagert. Prinzipiell ist es bei einer solchen Maschinengeometrie jedoch auch möglich, dass zumindest der äußere Rotor an zwei axialen Enden drehbar gelagert ist. Und auch der innere Rotor 7a kann grundsätzlich auf der von der gezeigten Rotorwelle 9a abgewandten Seite noch zusätzlich drehbar gelagert gegen den ihn umgebenden feststehenden Stator 3 abgestützt sein. 4 shows a fourth embodiment of an electrical machine 1 according to the present invention in a similar axial longitudinal section. In this fourth embodiment, unlike the previous ones, the first rotor 7a formed as an inner rotor, and the second rotor 7b is designed as an outer rotor. In other words, the common stator surrounds 3 the inner rotor 7a radial, and the outer rotor 7b surrounds the stator 3 radial. It is therefore a combination of two sub-machines, where one is designed as an inner rotor machine and the other as an outer rotor machine. Again, both are rotor shafts 9a and 9b only on one side about bearings 10 rotatably mounted. In principle, however, it is also possible with such a machine geometry that at least the outer rotor is rotatably mounted on two axial ends. And also the inner rotor 7a can basically on the rotor shaft shown by the 9a side facing away even further rotatably mounted against the surrounding stationary stator 3 be supported.

5 zeigt einen schematischen Querschnitt einer elektrischen Maschine 1 nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gezeigt ist also ein Querschnitt senkrecht zu der zentralen Achse A der elektrischen Maschine 1. Diese Maschine kann grundsätzlich ähnlich wie in den 1 oder 2 dargestellt aufgebaut sein. Der Querschnitt zeigt einen Schnitt durch den Bereich des ersten Rotors 7a, der radial innerhalb des Stators 3 liegt. Der Übersichtlichkeit halber ist hier das Gehäuse 11 der Maschine 1 nicht dargestellt, aber auch hier kann der Stator 3 von einem solchen Gehäuse wie beispielsweise in 1 umgeben sein. Wie aus 5 ersichtlich, weist der Stator 3 eine Mehrzahl von Statorwicklungen 4 auf, die zwischen Statorzähnen 19 angeordnet und in Nuten 17 eines Statorblechpaketes 5 eingebettet sind. Durch Einspeisung mittels eines hier nicht gezeigten ersten Stromwechselrichters und geeignete Verschaltung der Statorwicklung zu einer wenigstens dreiphasigen Wicklungsanordnung kann über diese Statorwicklungen 4 ein in seiner Drehfrequenz variables Drehfeld erzeugt werden. 5 shows a schematic cross section of an electrical machine 1 according to a fifth embodiment of the invention. Shown is a cross section perpendicular to the central axis A of the electric machine 1 , This machine can basically be similar to the one in the 1 or 2 be constructed shown. The cross section shows a section through the region of the first rotor 7a that is radially inward of the stator 3 lies. For clarity, here is the case 11 the machine 1 not shown, but also here the stator 3 from such a housing such as in 1 be surrounded. How out 5 can be seen, the stator 3 a plurality of stator windings 4 on, between stator teeth 19 arranged and in grooves 17 a stator lamination 5 are embedded. By feeding by means of a first current inverter, not shown here, and suitable interconnection of the stator winding to an at least three-phase winding arrangement, it is possible to use these stator windings 4 a variable in its rotational frequency rotating field can be generated.

Der radial innenliegende erste Rotor 7a ist im gezeigten Beispiel mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten 21 versehen, über die ein Rotormagnetfeld erzeugt werden kann. Bei einer symmetrischen Ausgestaltung beider Rotoren 7a und 7b der Maschine 1 können entsprechend beide solche Permanentmagnete 21 umfassen. Alternativ kann der Rotor 7a oder können die beiden Rotoren 7a und 7b zu Erzeugung eines Rotormagnetfeldes auch wiederum eine Anordnung von einer oder mehreren Rotorwicklungen umfassen. Eine solche Anordnung ist exemplarisch als sechstes Ausführungsbeispiel in 6 dargestellt. In diesem Beispiel ist auch der gezeigte erste Rotor 7a mit einer Mehrzahl von Feldwicklungen 23 versehen, die jeweils in Nuten eines Rotorblechpaketes angeordnet sind. Die Maschine 1 des sechsten Ausführungsbeispiels umfasst neben dem ersten Stromwechselrichter zur Erzeugung eines Drehfeldes im Stator auch einen ebenfalls nicht dargestellten zweiten Stromwechselrichter, über den ein Drehfeld in den Feldwicklungen des Rotors erzeugt werden kann. Bei der im Querschnitt der 6 dargestellten ersten Teilmaschine handelt es sich also um eine doppelgespeiste elektrische Maschine. Auch der in diesem Querschnitt nicht sichtbare zweite Rotor 7b kann analog aufgebaut sein, wobei die Feldwicklungen des zweiten Rotors beispielsweise auch über den zweiten Stromwechselrichter gespeist werden können. Die so ausgestaltete Maschine eignet sich, um an den beiden von den einzelnen Rotorwellen 9a und 9b angetriebenen Rädern jeweils unterschiedliche Drehmomente zu übertragen und/oder die Räder mit unterschiedlichen Drehzahlen anzutreiben. The radially inner first rotor 7a is in the example shown with a plurality of permanent magnets 21 provided over which a rotor magnetic field can be generated. In a symmetrical design of both rotors 7a and 7b the machine 1 Accordingly, both such permanent magnets 21 include. Alternatively, the rotor 7a or can the two rotors 7a and 7b to generate a rotor magnetic field also in turn comprise an arrangement of one or more rotor windings. Such an arrangement is exemplified as the sixth embodiment in 6 shown. In this example is also the first rotor shown 7a with a plurality of field windings 23 provided, which are each arranged in grooves of a rotor core. The machine 1 of the sixth embodiment, in addition to the first current inverter for generating a rotating field in the stator and a second power inverter, also not shown, via which a rotating field in the field windings of the rotor can be generated. In the cross section of 6 It is therefore a double-fed electric machine. Also not visible in this cross section second rotor 7b can be constructed analogously, wherein the field windings of the second rotor can be fed, for example, via the second power inverter. The thus configured machine is suitable to the two of the individual rotor shafts 9a and 9b driven wheels each to transmit different torques and / or to drive the wheels at different speeds.

Claims

Electric machine ( 1 ) for driving two wheels of an axle (A) with a first and a second rotor ( 7a . 7b ) and a common stator ( 3 ), - whereby the two rotors ( 7a . 7b ) each by means of a rotor shaft associated therewith ( 9a . 9b ) are rotatably mounted, - where the torques of the two rotor shafts ( 9a . 9b ) are mechanically decoupled - and wherein the two rotors ( 7a . 7b ) and the stator ( 3 ) are arranged coaxially with each other.

Electric machine ( 1 ) according to claim 1, in which the two rotors ( 7a . 7b ) are arranged axially adjacent to each other and the stator ( 3 ) the two rotors ( 7a . 7b ) radially surrounds.

Electric machine ( 1 ) according to claim 2, in which each of the two rotors ( 7a . 7b ) at both axial ends of its rotor shaft ( 9a . 9b ) is rotatably mounted, wherein in the interior of the stator ( 3 ) axially between the two rotors ( 7a . 7b ) at least one radially extending support element ( 13 ) is arranged on the at least one of the rotors ( 7a . 7b ) is supported rotatably supported.

Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which both rotors ( 7a . 7b ) are the same size.

Electric machine ( 1 ) according to claim 1, in which the two rotors ( 7a . 7b ) the stator ( 3 ) radially surrounded, wherein the two rotors ( 7a . 7b ) are arranged axially adjacent to each other.

Electric machine ( 1 ) according to claim 1, in which the stator ( 3 ) one of the two rotors ( 7a ) radially surrounds and the other of the two rotors ( 7b ) the stator ( 3 ) radially surrounds.

Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which each of the two rotors ( 7a . 7b ) only at one axial end of its rotor shaft ( 9a . 9b ) is mounted in rotation.

Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, which has a first current inverter which is adapted to a variable in its rotational frequency rotating field in the stator ( 3 ) to create.

Electric machine ( 1 ) according to claim 8, which is designed as an asynchronous machine and in which at least one of the rotors ( 7a . 7b ) is designed as a squirrel cage.

Electric machine ( 1 ) according to claim 8, which is designed as a synchronous machine and which is designed to deliver an asynchronous drive torque even during slip.

Electric machine ( 1 ) according to one of claims 8 to 10, which has a second current inverter, and in which the first rotor ( 7a ) has an at least three-phase arrangement of field windings, wherein the second current inverter is adapted to a variable with respect to its rotational frequency and / or rotational direction rotating field in the array of field windings ( 23 ) of the first rotor.

Electric machine ( 1 ) according to claim 11, in which also the second rotor ( 7b ) an at least three-phase arrangement of field windings ( 23 ) having.

Electric machine ( 1 ) according to claim 11, wherein the second rotor ( 7b ) a single-phase arrangement with at least one field winding ( 23 ) and / or at least one permanent magnet ( 21 ) having.

Electric machine ( 1 ) according to claim 11, wherein the second rotor ( 7b ) is designed as a squirrel cage.

Electrically powered vehicle with an electric machine ( 1 ) according to any one of the preceding claims.