DE102017218576A1

DE102017218576A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102017218576A1
Application number: DE102017218576.7A
Authority: DE
Inventors: Florian Pöhnlein; Ingo Lippenberger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2019-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator, einem Rotor, einem Gehäuse, der einen Hohlraum teilweise umschließt, in dem der Stator angeordnet ist, einer Rotorwelle, die sich durch das Gehäuse hindurch erstreckt, und einer Bremse, wobei in einem geschlossenen Schaltzustand der Bremse die Rotorwelle nicht drehbar ist und in einem geöffneten Schaltzustand der Bremse die Rotorwelle drehbar ist. Die elektrische Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse innerhalb des Hohlraums des Gehäuses angeordnet ist und/oder dass die Bremse ein relativ zum Rotor bewegbares Koppelelement aufweist, wobei bei einer ersten Stellung des Koppelelements die Bremse geschlossen ist und bei einer zweiten Stellung des Koppelelements die Bremse geöffnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator, einem Gehäuse, der einen Hohlraum teilweise umschließt, in dem der Stator angeordnet ist, einer Rotorwelle, die sich durch das Gehäuse hindurch erstreckt, und einer Bremse, wobei in einem geschlossenen Schaltzustand der Bremse die Rotorwelle nicht drehbar ist und in einem geöffneten Schaltzustand der Bremse die Rotorwelle drehbar ist.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einer solchen elektrischen Maschine. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit der elektrischen Maschine oder dem Kraftfahrzeuggetriebe.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Kraftfahrzeuggetrieben bekannt, die eine innerhalb eines Hohlraums des Kraftfahrzeuggetriebes angeordnete Ölpumpe aufweisen. Dabei ist bekannt, dass die Ölpumpe durch zwei voneinander getrennt ausgebildete Antriebseinrichtungen angetrieben werden kann. Eine Antriebseinrichtung kann einen Verbrennungsmotor oder eine elektrische Maschine umfassen, die mittels wenigstens eines Radsatzes und eines Summiergetriebes mit der Ölpumpe triebtechnisch verbunden oder verbindbar ist. Eine andere Antriebseinrichtung kann eine andere elektrische Maschine umfassen, die mittels des Summiergetriebes mit der Ölpumpe triebtechnisch verbunden ist.
Bei einer DE 10 2011 013 487 A1 bekannten Ausführung ist ein Freilauf auf einer Sonnenwelle mit Abstützung im Gehäuse vorgesehen. Nachteilig bei dieser Ausführung ist, dass ein Betreiben der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb nicht möglich ist. Darüber hinaus ist die Regelung der Pumpendrehzahl über den gesamten Drehzahlbereich der Antriebseinrichtung, insbesondere des Verbrennungsmotors, nur eingeschränkt möglich.
Aus DE 10 2013 208 714 A1 ist ein Pumpenantrieb bekannt, bei dem ein Summiergetriebe mit einer Primärantriebsmaschine und einer elektrischen Maschine triebtechnisch verbunden oder verbindbar ist. Darüber hinaus ist eine Pumpe mit dem Summiergetriebe triebtechnisch verbunden. Die elektrische Maschine ist mittels einer Einwegkupplung oder einer Kegelkupplung mit dem Summiergetriebe triebtechnisch verbindbar.
Aus DE 10 2013 013 375 A2 ist eine elektrische Maschine mit einer schaltbaren Bremse bekannt. Die schaltbare Bremse weist einen in axialer Richtung verschiebbaren Rotor auf. Ein Nachteil der elektrischen Maschine besteht darin, dass sie viel Bauraum benötigt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektrische Maschine anzugeben, die einfach aufgebaut ist und bei der die oben genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Bremse innerhalb des Hohlraums des Gehäuses angeordnet ist und/oder dass die Bremse ein relativ zum Rotor bewegbares Koppelelement aufweist, wobei bei einer ersten Stellung des Koppelelements die Bremse geschlossen ist und bei einer zweiten Stellung des Koppelelements die Bremse geöffnet ist.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist den Vorteil auf, dass bei einem beispielhaften Einsatz der elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug zum Antreiben einer Pumpe keine Freiläufe eingesetzt werden müssen, sondern durch die Stellung des Koppelelements bestimmt wird, ob die Rotorwelle dreht oder nicht. Dies bietet den Vorteil, dass die elektrische Maschine nicht ständig mitgeschleppt werden muss, wenn die Pumpe allein durch die Antriebseinrichtung angetrieben wird. Außerdem wird keine aufwändige Motorsteuerung zur Regelung der elektrischen Maschine benötigt. Darüber hinaus fällt bei einem Defekt der elektrischen Maschine die Pumpe nicht aus.
Ein weiterer Vorteil der elektrischen Maschine besteht darin, dass sie kompakt ausgeführt ist, weil die Bremse, insbesondere teilweise oder vollständig, innerhalb des Hohlraums des Gehäuses angeordnet ist. Darüber hinaus kann der Rotor der elektrischen Maschine teilweise oder vollständig in dem Hohlraum angeordnet sein. Im Ergebnis ist bei einem beispielhaften Einsatz der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine bei einem Pumpenantrieb ein Betrieb der Pumpe allein durch die Antriebseinrichtung oder allein durch die elektrische Maschine oder gemeinsam durch die Antriebseinrichtung und die elektrische Maschine auf einfache Weise möglich.
Darüber hinaus besteht ein Vorteil der elektrischen Maschine darin, dass ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine möglich ist. Insbesondere ist es durch Verwendung der schaltbaren Bremse möglich, Rekuperationsvorgänge zu Zeitpunkten auszusetzen, bei denen keine elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden müssen. Darüber hinaus ist es, aufgrund der Verwendung der schaltbaren Bremse, möglich, bei einem Ausfall der elektrischen Maschine oder von deren Regelung den elektrischen Zweig abzuhängen und die Kraftfahrzeuggetriebepumpe ausschließlich mechanisch, insbesondere mittels der Antriebseinrichtung, anzutreiben, was zu einer höheren Ausfallsicherung führt.
Unter einer Welle ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden.
Die elektrische Maschine besteht zumindest aus dem Stator und dem drehbar gelagerten Rotor und ist in einem motorischen Betrieb dazu eingerichtet, elektrische Energie in mechanische Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment zu wandeln, sowie in einem generatorischen Betrieb mechanische Energie in elektrische Energie in Form von Strom und Spannung zu wandeln. Der Rotor kann mit der Rotorwelle drehfest verbunden sein und/oder an der Rotorwelle angebracht sein.
Die Bremse kann eine schaltbare und/oder eine mechanische Bremse sein. Bei einer mechanischen Bremse wird die Bremswirkung allein durch mechanische Bauteile realisiert. Die mechanischen Bauteile können das Koppelelement oder das andere Koppelelement sein. Dabei kann mittels eines nachstehend näher beschriebenen Betätigungsmittels die Bremse in den geöffneten oder geschlossenen Schaltzustand überführt werden.
Das Gehäuse der elektrischen Maschine kann ortsfest angeordnet sein. Darüber hinaus kann sich das Gehäuse beim Betrieb der elektrischen Maschine nicht drehen.
Die Richtungsangaben „axial“ und „radial“ beziehen sich auf eine Mittelachse der elektrischen Maschine, sofern nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Bei einer besonderen Ausführung kann sich die Rotorwelle mittels wenigstens eines Lagers an dem Gehäuse, insbesondere direkt, abstützen. Insbesondere kann sich die Rotorwelle mittels genau zwei Lagern am Gehäuse, insbesondere direkt, abstützen. Die Rotorwelle und/oder der Rotor können in axialer Richtung ortsfest angeordnet sein. Dies bedeutet, dass sie sich in axialer Richtung nicht bewegen können. Der Rotor und/oder die Rotorwelle können sich jedoch drehen.
Das Koppelelement kann mit der Rotorwelle drehfest verbunden sein. Darüber hinaus kann das Koppelelement in axialer Richtung relativ zu der Rotorwelle und/oder dem Rotor bewegbar angeordnet sein. Dabei kann das Koppelelement mittels einer Schiebeverzahnung mit der Rotorwelle verbunden sein. Außerdem kann das Koppelelement koaxial zu der Rotorwelle angeordnet sein.
Als drehfeste Verbindung wird eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen verstanden, die derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die beiden, miteinander verbundenen Bauteile stets die gleiche Drehzahl aufweisen. Dies ist nicht der Fall, wenn beispielsweise zwischen den beiden miteinander verbundenen Bauteilen ein Schaltelement angeordnet ist, das sich im geöffneten Zustand befindet.
Bei einer besonderen Ausführung kann die Bremse ein anderes Koppelelement zum drehfesten Verbinden mit dem Koppelelement aufweisen. Das andere Koppelelement kann mit dem Gehäuse drehfest verbunden sein. Darüber hinaus kann das andere Koppelelement mit dem Koppelelement drehfest verbunden sein, wenn die Bremse geschlossen ist. Dabei können das Koppelelement und das andere Koppelelement reibschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden werden. Die drehfeste Verbindung zwischen dem Koppelelement und dem anderen Koppelelement kann unabhängig von der Drehrichtung der Rotorwelle realisiert werden.
Das Koppelelement kann sich beim Bewegen von der ersten Stellung in die zweite Stellung oder umgekehrt relativ zu der Rotorwelle und/oder dem Rotor bewegen. Dabei erfolgt bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine keine axiale Bewegung der Rotorwelle und/oder des Rotors, wodurch eine kompakte Ausbildung der elektrischen Maschine möglich ist. Insbesondere ist es nicht notwendig, Bauraum zum Aufnehmen der verschobenen Rotorwelle und/oder des verschobenen Rotors vorzusehen.
Ein Schließen der Bremse kann durch das Bewegen des Koppelelements von der zweiten Stellung zu der ersten Stellung realisiert werden. Somit sind außer der Bewegung des Koppelelements von der zweiten Stellung zu der ersten Stellung keine weiteren Maßnahmen zur Realisierung der drehfesten Verbindung zwischen dem Koppelelement und dem anderen Koppelelement notwendig. Ein Öffnen der Bremse kann durch das Bewegen des Koppelelements von der ersten Stellung zu der zweiten Stellung erfolgen. Auch hier sind außer dem Bewegen des Koppelelements von der ersten Stellung zu der zweiten Stellung keine weiteren Maßnahmen notwendig, um die drehfeste Verbindung zwischen dem Koppelelement und dem anderen Koppelelement zu lösen. Im Ergebnis kann auf einfache Weise die Bremse geschlossen oder geöffnet werden.
Bei einer besonderen Ausführung kann die elektrische Maschine ein Betätigungsmittel zum, insbesondere elektromagnetischen, Betätigen der Bremse aufweisen. Das Betätigungsmittel kann die Bremse derart betätigen, dass die Bremse geöffnet oder geschlossen wird. Das Betätigungsmittel kann ein Elektromagnet sein oder einen Elektromagneten aufweisen.
Das Koppelelement kann mittels des Betätigungsmittels derart betätigt werden, dass sich das Koppelelement von der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegt. Alternativ oder zusätzlich kann das Koppelelement von dem Betätigungsmittel derart betätigt werden, dass sich das Koppelelement von der zweiten Stellung in die erste Stellung bewegt. Zum Betätigen des Koppelelements mittels des Betätigungsmittels kann das Betätigungsmittel bestromt werden. Infolge des Bestromens des Betätigungsmittels stellt sich eine elektromagnetische Kraft ein, die auf das Koppelelement wirkt und ein Verschieben des Koppelelements in die erste und/oder zweite Stellung bewirken kann.
Das Betätigungsmittel kann eine Spule aufweisen, die mit einer eigenen Wicklung mit zwei Wicklungsenden bewickelt sein kann. Die Spule kann über eine Elektronik der elektrischen Maschine bestromt werden. Das Bestromen des Betätigungsmittels kann abhängig von einer Leistungsgrenze der elektrischen Maschine, einer Bordnetzanforderung eines Kraftfahrzeugs, in das die elektrische Maschine eingebaut ist, einem Leistungsbedarf einer getriebeinternen Steuerung und/oder von Aspekten zur Erhöhung der Verfügbarkeit oder der funktionalen Sicherheit sein. Beim Bestromen des Betätigungsmittels kann das Koppelelement aufgrund der sich einstellenden elektromagnetischen Kraft von der ersten Stellung in die zweite Stellung oder umgekehrt bewegt werden.
Die elektrische Maschine kann ein Rückstellelement aufweisen, das mit dem Koppelelement wirkverbunden ist. Das Rückstellelement kann auf das Koppelelement eine zur zweiten Stellung gerichtete Kraft ausüben. Insbesondere kann das Rückstellelement derart ausgebildet und angeordnet sein, dass es das Koppelelement aus der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegt, wenn das Betätigungsmittel nicht bestromt wird. Dabei kann das Rückstellelement beispielsweise als Feder ausgeführt sein. Durch das Rückstellelement kann auf einfache Weise sichergestellt werden, dass das Koppelelement in die zweite Stellung bewegt wird, wenn das Betätigungsmittel nicht bestromt wird. Dagegen kann bei einem Bestromen des Betätigungsmittels die sich einstellende elektromagnetische Kraft größer sein als die durch das Rückstellelement aufgebrachte Kraft, so dass sich das Koppelelement in die erste Stellung bewegt. Bei einem Bewegen des Rotors in die erste Stellung kann das Rückstellelement gespannt werden.
Das Rückstellelement kann sich an einem Ende an dem Koppelelement, insbesondere unmittelbar, abstützen. Darüber hinaus kann sich das Rückstellelement an einem anderen Ende an der Rotorwelle, insbesondere mittelbar, abstützen. Insbesondere kann das andere Ende des Rückstellelements mittels einer Scheibe an der Rotorwelle abgestützt werden.
Das Betätigungsmittel kann versetzt zu dem Stator und/oder im Hohlraum der elektrischen Maschine angeordnet sein. Insbesondere kann das Betätigungsmittel in axialer Richtung versetzt zu dem Stator und/oder dem Rotor angeordnet sein. Das Betätigungsmittel kann den gleichen Blechquerschnitt wie der Stator aufweisen. Dadurch ist eine Fertigung des Betätigungsmittels auf einfache Weise möglich. Ein Teil des Betätigungsmittels, insbesondere der Blechquerschnitt, kann mit dem Gehäuse drehfest verbunden sein. Darüber hinaus kann das Betätigungsmittel unabhängig von dem Stator bestromt werden. Bei der ersten Stellung des Koppelelements kann dieses zentriert zu dem Betätigungsmittel angeordnet sein.
Von Vorteil ist ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine. Das Kraftfahrzeuggetriebe kann außerdem eine Pumpe aufweisen, die mittels eines Summiergetriebes mit einer nicht zum Kraftfahrzeuggetriebe gehörenden Antriebseinrichtung triebtechnisch verbunden oder verbindbar ist. Die elektrische Maschine kann mittels des Summiergetriebes mit der Pumpe triebtechnisch verbunden sein.
Die Pumpe kann eine im Kraftfahrzeuggetriebe vorhandene Ölpumpe sein und/oder zum Fördern von Öl innerhalb des Kraftfahrzeuggetriebes dienen. Die Antriebseinrichtung kann einen Verbrennungsmotor und/oder eine weitere elektrische Maschine aufweisen.
Bei einer besonderen Ausführung kann das Kraftfahrzeuggetriebe wenigstens einen Radsatz aufweisen, der wenigstens zwei, insbesondere genau zwei oder drei, Zahnräder aufweist. Die Zahnräder können Stirnräder sein. Bei einer Ausführung, die zwei Zahnräder aufweist, können die beiden Zahnräder in Eingriff miteinander sein. Bei einer Ausführung, die drei Zahnräder aufweist, kann ein Zwischenzahnrad vorhanden sein, das mit den beiden restlichen Zahnrädern in Eingriff ist.
Die Rotorwelle der elektrischen Maschine kann mit einem Bestandteil des Summiergetriebes drehfest verbunden sein. Die Antriebseinrichtung kann mit einem anderen Bestandteil des Summiergetriebes triebtechnisch verbunden oder verbindbar sein. Eine Abtriebswelle kann mit einem weiteren Bestandteil des Summiergetriebes drehfest verbunden sein. Darüber hinaus kann die Abtriebswelle mit der Pumpe, insbesondere direkt, triebtechnisch verbunden sein. Insbesondere kann die Abtriebswelle mit einer Pumpenwelle der Pumpe drehfest verbunden sein. Das Summiergetriebe kann einen Planetenradsatz aufweisen.
Die Antriebseinrichtung kann mittels des Radsatzes mit dem Summiergetriebe triebtechnisch verbindbar sein. Dies ist der Fall, wenn eine Kupplung triebtechnisch zwischen der Antriebseinrichtung und dem Radsatz angeordnet ist. Alternativ kann die Antriebseinrichtung mittels des Radsatzes mit dem Summiergetriebe triebtechnisch verbunden sein, wenn keine Kupplung triebtechnisch zwischen der Antriebseinrichtung und dem Radsatz angeordnet ist.
Alternativ kann die Antriebseinrichtung mittels eines Zugmitteltriebs mit dem Summiergetriebe triebtechnisch verbindbar oder triebtechnisch verbunden sein. Der Zugmitteltrieb kann wenigstens zwei Zahnräder und ein Zugmittel, wie beispielsweise eine Kette, aufweisen. Dabei können die zwei Zahnräder mittels des Zugmittels miteinander triebtechnisch verbunden sein.
Das Kraftfahrzeuggetriebe kann außerdem ein Getriebe aufweisen. Dabei kann eine Getriebeeingangswelle des Getriebes mit dem Radsatz oder dem Zugmitteltrieb triebtechnisch verbunden oder beispielsweise mittels eines Schaltelements verbindbar sein.
Das Getriebe kann ein Automatgetriebe sein. Dabei kann das Getriebe mehrere andere Radsätze und/oder mehrere andere Schaltelemente aufweisen, mittels denen unterschiedliche Gänge mit unterschiedlichen Übersetzungen zwischen der Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle des Getriebes realisierbar sind. Die Getriebeeingangswelle kann mit den anderen Radsätzen triebtechnisch verbunden oder triebtechnisch verbindbar sein. Darüber hinaus können die unterschiedlichen Gänge durch Schließen eines anderen Schaltelements oder mehrerer anderer Schaltelemente realisiert werden.
Der mit der Rotorwelle drehfest verbundene Bestandteil des Summiergetriebes wird mittels der Rotorwelle abgestützt, wenn die Bremse geschlossen ist. Zusätzlich kann der Bestandteil des Summiergetriebes mittels der Bremse und dem Gehäuse abgestützt werden. Bei diesem Fall kann die Abstützung rein mechanisch erfolgen. Darüber hinaus können keine axialen Kräfte von dem Betätigungsmittel und/oder dem Koppelelement und/oder dem anderen Koppelelement auf den Rotor oder umgekehrt eingeleitet werden. Außerdem kann bei diesem Fall die Pumpe allein durch die Antriebseinrichtung angetrieben werden, ohne dass die elektrische Maschine mitgeschleppt werden muss.
Außerdem ist ein Kraftfahrzeug mit der Antriebseinrichtung und einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine oder einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe von Vorteil. Die Antriebseinrichtung kann mit der Pumpe triebtechnisch verbunden oder triebtechnisch verbindbar sein.
In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleichwirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

1 eine elektrische Maschine mit einem Koppelelement, das in einer ersten Stellung angeordnet ist,
2 die elektrische Maschine mit dem Koppelelement, das in einer zweiten Stellung angeordnet ist,
3 eine vergrößerte Ansicht auf einen Abschnitt zwischen dem Koppelelement und einem Betätigungsmittel der elektrischen Maschine,
4 eine Darstellung, die den Betriebsbereich der elektrischen Maschine zeigt,
5 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuggetriebe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
6 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuggetriebe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

1 zeigt eine elektrische Maschine 1 mit einem Stator 3, einem Gehäuse 4, der einen Hohlraum 5 teilweise umschließt und einem Rotor 2. Der Stator 3 und der Rotor 2 sind innerhalb des Hohlraums 5 angeordnet. Der Rotor 2 ist mit einer Rotorwelle 9 triebtechnisch verbunden. Insbesondere ist der Rotor 2 mit der Rotorwelle 9 drehfest verbunden. Dabei zeigt 1 nur einen oberen Teil der elektrischen Maschine 1.
Darüber hinaus weist die elektrische Maschine 1 eine Bremse 6 auf, die innerhalb des Hohlraums 5 angeordnet ist. Die Bremse 6 weist ein Koppelelement 7 auf, das mittels einer Schiebeverzahnung 19 mit der Rotorwelle 9 derart triebtechnisch verbunden ist, dass das Koppelelement 7 in axialer Richtung bezogen auf eine Mittelachse 20 der elektrischen Maschine 1 relativ zu der Rotorwelle 9 und dem Rotor 2 bewegbar ist. Zudem ist das Koppelelement 7 mit der Rotorwelle 9 drehfest verbunden. Dabei ist bei einer ersten Stellung des Koppelelements 7 die Bremse 6 geschlossen. Bei einer zweiten Stellung des Koppelelements 7 ist die Bremse 6 geöffnet. Die Rotorwelle 9 ist mit einem in 5 gezeigten Summiergetriebe 14 triebtechnisch verbunden.
Der Stator 3 ist bezogen auf die Mittelachse 20 in radialer Richtung weiter entfernt angeordnet als der Rotor 2 und ist mit dem Gehäuse 4 drehfest verbunden. Der Stator 3 und der Rotor 2 sind derart angeordnet und ausgebildet, dass sie sich entlang der Mittelachse 20 nicht bewegen können. Die Rotorwelle 9 kann sich entlang der Mittelachse 20 ebenfalls nicht bewegen.
Bei einem geschlossenen Schaltzustand der Bremse 6, der in 1 dargestellt ist, ist das Koppelelement 7 mit einem anderen Koppelelement 8 der Bremse 6 drehfest verbunden. Das andere Koppelelement 8 ist mit dem Gehäuse 4 drehfest verbunden und/oder einstückig mit dem Gehäuse 4 ausgeführt. Bei dem geschlossenen Schaltzustand der Bremse 6 kann sich die Rotorwelle 9 und somit der Rotor 2 nicht drehen. Somit können aus dem in 5 ersichtlichen Summiergetriebe 14 resultierende Drehmomente mittels der Rotorwelle 9, des Koppelelements 7, des anderen Koppelelements 8 und des Gehäuses 4 abgestützt werden.
Die elektrische Maschine 1 weist ein Betätigungsmittel 11 in Form eines Elektromagneten auf, das in dem Hohlraum 5 angeordnet ist. Das Betätigungsmittel 11 ist in axialer Richtung versetzt zu dem Stator 3 angeordnet. Darüber hinaus ist ein Teil des Betätigungsmittels 11 mit dem Gehäuse 4 drehfest verbunden. Bei dem in 1 dargestellten Zustand der elektrischen Maschine 1 wird die elektrische Maschine 1, insbesondere das Betätigungsmittel 11 der elektrischen Maschine 1, bestromt.
Die Rotorwelle 9 stützt sich über zwei Lager 10 an dem Gehäuse 4 ab. Darüber hinaus ragt die Rotorwelle 9 durch das Gehäuse 4 hindurch. Insbesondere ragt die Rotorwelle 9 mit dem Ende durch das Gehäuse 4 hindurch, das mit einem Bestandteil des Summiergetriebes 14 drehfest verbunden ist.
Die elektrische Maschine 1 weist ein Rückstellelement 12 auf. Das Rückstellelement 12 ist als Feder ausgeführt, die sich an einem Ende an dem Koppelelement 7 abstützt. Bei dem in 1 dargestellten Zustand der elektrischen Maschine 1 ist das Rückstellelement 12 gespannt. Das Rückstellelement 12 stützt sich an dem anderen Ende an einer Scheibe 21 ab.
2 zeigt die elektrische Maschine 1 mit dem Koppelelement 7, das in einer zweiten Stellung angeordnet ist. Bei der zweiten Stellung ist das Koppelelement 7 nicht mehr mit dem anderen Koppelelement 8 drehfest verbunden. Dies bedeutet, dass sich die Bremse 6 in einem geöffneten Zustand befindet. Das Rückstellelement 12 drückt das Koppelelement 7 aus der in 1 dargestellten ersten Stellung in die in 2 gezeigte zweite Stellung. Das Koppelelement 7 bewegt sich beim Überführen von der ersten Stellung in die zweite Stellung in eine Richtung weg von dem anderen Koppelelement 8. Bei der zweiten Stellung kann die elektrische Maschine 1 motorisch oder generatorisch betrieben werden.
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines in 2 gezeigten Abschnitts A zwischen dem Betätigungsmittel 11 und dem Koppelelement 7. Aus 3 ist der Verlauf von magnetischen Feldlinien 30 zwischen dem Betätigungsmittel 11 und dem Koppelelement 7 ersichtlich. Darüber hinaus ist aus 3 der Verlauf einer auf das Koppelelement 7 wirkenden Kraft 22 ersichtlich. Die Kraft 22 weist eine Axial- und eine Radialkomponente auf.
Im nicht bestromten Zustand des Betätigungsmittels 11 ist die durch das Rückstellelement 12 auf das Koppelelement 7 ausgeübte Federkraft groß genug, um das Koppelelement 7 aus der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen. Beim Bestromen des Betätigungsmittels 11 ist die Axialkomponente der Kraft 26 größer als die Federkraft des Rückstellelements 12, sodass sich das Koppelelement 7 aus der zweiten Stellung in die in 1 dargestellte erste Stellung bewegt.
4 zeigt den Betriebsbereich der elektrischen Maschine 1. Dabei sind in vertikaler Richtung das Drehmoment M und in horizontaler Richtung die Drehzahl n aufgetragen. Die elektrische Maschine 1 kann in den Quadranten I und III im motorischen Betrieb betrieben werden. Dagegen kann die elektrische Maschine 1 in den Quadranten II und IV im generatorischen Betrieb betrieben werden. Darüber hinaus kann die elektrische Maschine 1 aus allen Situationen heraus durch die Bremse 6 festgelegt werden.
5 zeigt ein Kraftfahrzeuggetriebe 13 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Kraftfahrzeuggetriebe 13 weist die elektrische Maschine 1 auf, die mittels des Summiergetriebes 14 mit der Pumpe 15 triebtechnisch verbunden ist. Insbesondere ist die Pumpe 15 mit einer Abtriebswelle 23 des Summiergetriebes 14 triebtechnisch verbunden. Das Summiergetriebe 14 ist außerdem mittels eines Radsatzes 17 mit einer Antriebseinrichtung 16 triebtechnisch verbindbar. Insbesondere ist die Antriebseinrichtung 16 mittels einer Kupplung 24 mit dem Summiergetriebe 14 triebtechnisch verbindbar.
Der Radsatz 17 weist ein erstes Zahnrad 25, ein Zwischenzahnrad 26 und ein zweites Zahnrad 27 auf. Das erste Zahnrad 25 ist in Eingriff mit dem Zwischenzahnrad 26. Das Zwischenzahnrad 26 ist außerdem in Eingriff mit dem zweiten Zahnrad 27. Das zweite Zahnrad 27 ist mit dem Summiergetriebe 14 direkt verbunden. Darüber hinaus stützt sich das zweite Zahnrad 27 mittels eines Lagers an einem Gehäuse G des Kraftfahrzeuggetriebes 13 ab.
Das Summiergetriebe 14 kann einen in den Figuren nicht dargestellten Planetenradsatz aufweisen. In diesem Fall ist die Rotorwelle 9 mit einem Radsatzelement, insbesondere einem Sonnenrad, des Planetenradsatzes drehfest verbunden. Das zweite Zahnrad 27 ist mit einem anderen Radsatzelement, insbesondere einem Hohlrad, des Planetenradsatzes drehfest verbunden. Die Abtriebswelle 23 ist mit einem weiteren Radsatzelement, insbesondere einem Steg, des Planetenradsatzes drehfest verbunden.
Das Kraftfahrzeuggetriebe 13 weist außerdem ein Getriebe 28 auf. Das Getriebe 28 weist mehrere in den Figuren nicht dargestellte andere Radsätze und/oder andere Schaltelemente zum Realisieren von unterschiedlichen Gängen mit unterschiedlichen Übersetzungen auf. Das erste Zahnrad 25 ist mit einer Getriebeeingangswelle 29 des Getriebes 28 drehfest verbunden oder drehfest verbindbar. Die Getriebeeingangswelle 29 ist außerdem mittels der Kupplung 24 mit der Antriebseinrichtung 16 triebtechnisch verbindbar.
Der Antrieb der Pumpe 15 kann durch die Antriebseinrichtung 16 alleine erfolgen. Bei diesem Fall ist das Koppelelement 7 in der ersten Stellung angeordnet. Darüber hinaus kann die Pumpe 15 durch die elektrische Maschine 1 alleine angetrieben werden. Bei diesem Fall ist das Koppelelement 7 in der zweiten Stellung angeordnet. Außerdem ist ein Betrieb der Pumpe 15 gemeinsam durch die Antriebseinrichtung 16 und die elektrische Maschine 1 möglich. Auch bei diesem Fall ist das Koppelelement 7 in der zweiten Stellung angeordnet. Das Kraftfahrzeuggetriebe 13 und die Antriebseinrichtung 16 können Bestandteil eines Kraftfahrzeugs 18 sein.
6 zeigt ein Kraftfahrzeuggetriebe 13 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das Kraftfahrzeuggetriebe 13 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 5 dargestellten Kraftfahrzeuggetriebe 13 in der Ausbildung des Radsatzes 17. So unterscheidet sich der Radsatz 17 dadurch, dass kein Zwischenzahnrad 26 vorhanden ist. Dies bedeutet, dass das erste Zahnrad 25 in Eingriff mit dem zweiten Zahnrad 27 ist.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Maschine
2: Rotor
3: Stator
4: Gehäuse
5: Hohlraum
6: Bremse
7: Koppelelement
8: anderes Koppelelement
9: Rotorwelle
10: Lager
11: Betätigungsmittel
12: Rückstellelement
13: Kraftfahrzeuggetriebe
14: Summiergetriebe
15: Pumpe
16: Antriebseinrichtung
17: Radsatz
18: Kraftfahrzeug
19: Schiebeverzahnung
20: Mittelachse
21: Scheibe
22: Kraft
23: Abtriebswelle
24: Kupplung
25: erstes Zahnrad
26: Zwischenzahnrad
27: zweites Zahnrad
28: Getriebe
29: Getriebeeingangswelle
30: magnetische Feldlinie
A: Abschnitt
G: Gehäuse
M: Drehmoment
n: Drehzahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011013487 A1 [0004]
DE 102013208714 A1 [0005]
DE 102013013375 A2 [0006]

Claims

Elektrische Maschine (1) mit einem Stator (3), einem Rotor (2), einem Gehäuse (4), der einen Hohlraum (5) teilweise umschließt, in dem der Stator (3) angeordnet ist, einer Rotorwelle (9), die sich durch das Gehäuse (4) hindurch erstreckt, und einer Bremse (6), wobei in einem geschlossenen Schaltzustand der Bremse (6) die Rotorwelle (9) nicht drehbar ist und in einem geöffneten Schaltzustand der Bremse (6) die Rotorwelle (9) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Bremse (6) innerhalb des Hohlraums (5) des Gehäuses (4) angeordnet ist und/oder dass b. die Bremse (6) ein relativ zum Rotor (2) bewegbares Koppelelement (7) aufweist, wobei bei einer ersten Stellung des Koppelelements (7) die Bremse (6) geschlossen ist und bei einer zweiten Stellung des Koppelelements (7) die Bremse (6) geöffnet ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. sich die Rotorwelle (9) mittels wenigstens eines Lagers (10) an dem Gehäuse (4) abstützt und/oder dass b. die Rotorwelle (9) und/oder der Rotor (2) in axialer Richtung ortsfest angeordnet ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Koppelelement (7) mit der Rotorwelle (9) drehfest verbunden ist und/oder das b. das Koppelelement (7) in axialer Richtung relativ zu der Rotorwelle (9) und/oder dem Rotor (2) bewegbar ist und/oder dass c. das Koppelelement (7) koaxial zu der Rotorwelle (9) angeordnet ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (6) ein anderes Koppelelement (8) aufweist, das a. mit dem Gehäuse (4) drehfest verbunden ist und/oder das b. mit dem Koppelelement (7) drehfest verbunden ist, wenn die Bremse (6) geschlossen ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Koppelelement (7) beim Bewegen von der ersten Stellung in die zweite Stellung oder umgekehrt relativ zu der Rotorwelle (9) und/oder dem Rotor (2) bewegt.
Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass a. durch das Bewegen des Koppelelements (7) von der zweiten Stellung zu der ersten Stellung ein Schließen der Bremse (6) realisierbar ist und/oder dass b. durch das Bewegen des Koppelelements (7) von der ersten Stellung zu der zweiten Stellung ein Öffnen der Bremse (6) realisierbar ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein Betätigungsmittel (11) zum Betätigen der Bremse (6).
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (7) mittels des Betätigungsmittels (11) derart betätigbar ist, dass a. sich das Koppelelement (7) von der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegt und/oder dass b. sich das Koppelelement (7) von der zweiten Stellung in die erste Stellung bewegt.
Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Rückstellelement (12), das mit dem Koppelelement (7) wirkverbunden ist und mittels dem eine zur zweiten Stellung gerichtete Kraft auf das Koppelelement (7) ausübbar ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Betätigungsmittel (11) versetzt zu dem Stator (3) angeordnet ist und/oder dass b. das Betätigungsmittel (11) mit dem Gehäuse (4) drehfest verbunden ist und/oder dass c. das Betätigungsmittel (11) unabhängig von dem Stator (3) bestrombar ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (13) mit einer elektrischen Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, einem Summiergetriebe (14) und einer Pumpe (15), die mittels des Summiergetriebes (14) mit einer Antriebsvorrichtung (16) triebtechnisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) mittels des Summiergetriebes (14) mit der Pumpe (15) triebtechnisch verbunden ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (13) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (9) einen Bestandteil des Summiergetriebes (14) abstützt, wenn die Bremse (6) geschlossen ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (13) nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch wenigstens einen Radsatz (17), der wenigstens zwei Zahnräder aufweist und mittels dem die Antriebseinrichtung (16) mit dem Summiergetriebe (14) triebtechnisch verbindbar ist.
Kraftfahrzeug (18) mit einer Antriebseinrichtung (16) und einer elektrischen Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder einem Kraftfahrzeuggetriebe (13) nach einem der Ansprüche 11 bis 13.