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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildeten Elektromaschine, welche einen drehbar gelagerten ersten Rotor, einen Stator, welcher einen Statorinnenraum aufweist, in welchen der erste Rotor zumindest bereichsweise eingeführt ist, sowie einen drehbar gelagerten zweiten Rotor umfasst. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinrichtung.
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Die
EP 1 292 004 A1 beschreibt einen Elektromotor, welcher ein Gehäuse, einen zylindrischen Stator, der in dem zylindrischen Gehäuse installiert ist sowie erste und zweite scheibenförmige Rotoren umfasst, die in dem Gehäuse installiert und jeweils an axial gegenüberliegenden Endabschnitten links und rechts des zylindrischen Stators angeordnet sind.
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Aus der
EP 1 480 316 A2 ist ein Elektromotor mit einem Stator, einem inneren Rotor und einem äußeren Rotor bekannt, welche bei Stromversorgung des Stators unabhängig voneinander in dem Stator und um den Stator herum drehbar sind.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine Antriebseinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein besonders geringes Gewicht aufweisen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung, wobei Ausführungen zu einem der Aspekte der Erfindung, insbesondere zu einzelnen Merkmalen dieses Aspektes, entsprechend auch analog für den anderen Aspekt der Erfindung gelten.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildeten Elektromaschine, welche einen drehbar gelagerten ersten Rotor, einen Stator, welcher einen Statorinnenraum aufweist, in welchen der erste Rotor zumindest bereichsweise eingeführt ist, sowie einen drehbar gelagerten zweiten Rotor umfasst. Die Antriebseinrichtung kann als Antriebsstrang ausgebildet sein. Die Elektromaschine kann als Elektromotor betrieben werden. Die Elektromaschine kann auch als Generator betrieben werden.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Rotor zumindest bereichsweise in den Statorinnenraum eingeführt ist. Dies ist von Vorteil, da hierdurch insgesamt nicht nur eine Anordnung des ersten Rotors, sondern auch des zweiten Rotors in dem Statorinnenraum ermöglicht ist. Dadurch ist die Elektromaschine und damit auch die Antriebseinrichtung im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Systemen besonders leicht und zudem kompakt, da lediglich der eine Stator zum Antreiben der beiden Rotoren, also des ersten Rotors und des zweiten Rotors verwendet werden kann.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die beiden, in den Statorinnenraum eingeführten Rotoren in Bezug auf eine Mittelebene des Stators symmetrisch zueinander in dem Statorinnenraum angeordnet sein können, sodass eine jeweilige Abgabe von Antriebsmoment im Bereich von zueinander gegenüberliegenden Enden des Stators durch die jeweiligen Rotoren erfolgen kann. Dadurch kann bewirkt werden, dass die Elektromaschine beispielsweise ein erstes Antriebsmoment mittels des ersten Rotors und unabhängig davon ein zweites Antriebsmoment mittels des zweiten Rotors bereitstellt. Zudem kann die Elektromaschine nicht nur zum Antreiben des Kraftfahrzeugs verwendet werden, sondern auch die Aufgabe eines Differentialgetriebes übernehmen. Diese Aufgabe besteht darin jeweilige Antriebsräder des Kraftfahrzeugs derart anzutreiben, dass diese in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können. Durch den Einsatz der Elektromaschine kann somit auf ein zusätzliches Differentialgetriebe verzichtet werden, wodurch bei dem mit der Elektromaschine ausgestatteten und angetriebenen Kraftfahrzeug Gewicht eingespart werden kann.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zum Antreiben von elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen häufig zumindest ein zentraler Elektromotor oder mehrere Radnabenmotoren, gegebenenfalls ein Untersetzungsgetriebe, Abtriebswellen und ein Differentialgetriebe verwendet werden. Auch die Verwendung von zwei Elektromotoren, gegebenenfalls mit zwei Untersetzungsgetrieben sowie zwei Abtriebswellen an einer Achse zählt zu den bekannten Antriebssystemen. Bei der Verwendung eines zentralen Elektromotors ist bei aus dem Stand der Technik bekannten Antriebssystemen ein aufwändiges Differentialgetriebe notwendig. Die Verwendung von Radnabenmotoren ist mit einem ungünstigen Ansteigen von ungefederten Massen verbunden. Zudem müssen durch die jeweiligen Radnabenmotoren bereitgestellte Antriebsmomente unter erhöhtem Aufwand an einer Achse des Kraftfahrzeugs abgestützt werden. Ein weiterer Nachteil bei Antriebssystemen mit zwei, beispielsweise als Radnabenmotoren ausgebildeten Elektromotoren besteht darin das für beide Elektromotoren jeweils eine mechanische Abstützung und elektrische Anschlüsse notwendig sind. Diese Nachteile können durch die vorliegende Antriebseinrichtung zumindest weitgehend überwunden bzw. vermieden werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Antriebseinrichtung eine Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, den ersten Rotor und den zweiten Rotor jeweils unabhängig voneinander anzusteuern, um dadurch eine jeweils unabhängige Drehbewegung des ersten Rotors und des zweiten Rotors zu bewirken. Dies ist von Vorteil, da mittels der Steuereinrichtung somit eine besonders bedarfsgerechte Bereitstellung jeweiliger Antriebsmomente an den jeweiligen Rotoren erfolgen kann.
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Beim Ansteuern kann vorzugsweise eine, dem ersten Rotor zugeordnete erste Rotorwicklung unabhängig von einer, dem zweiten Rotor zugeordneten, zweiten Rotorwicklung mittels der Steuereinrichtung mit elektrischer Energie versorgt, also bestromt werden. Dies ermöglicht eine besonders bedarfsgerechte Ansteuerung der jeweiligen Rotoren. Die Steuereinrichtung kann vorzugsweise als Leistungselektronik ausgebildet sein und damit eine besonders hohe Funktionalität aufweisen. Die Leistungselektronik kann neben der Ansteuerung der Elektromaschine auch zur Kommunikation mit einer Fahrzeugsteuerung des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Unter dem Begriff Rotorwicklung ist im Rahmen der Erfindung eine dem jeweiligen Rotor zugeordnete Wicklung, insbesondere Drahtwicklung, zu verstehen.
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Denkbar ist auch, dass die Steuereinrichtung in vorteilhafter Weise auch dazu eingerichtet sein kann, einen der beiden Rotoren derart anzusteuern, dass dieser ein Antriebsmoment bereitstellt und gleichzeitig den anderen der beiden Rotoren derart anzusteuern, dass dieser ein Bremsmoment bereitstellt. So kann beispielsweise der erste Rotor das Antriebsmoment und der zweite Rotor das Bremsmoment bereitstellen, oder umgekehrt. Durch eine derartige Ansteuerung kann eine besonders günstige Fahrdynamik erzielt werden und insbesondere Funktionen eines elektronischen Stabilitätsprogramms, beispielsweise ein gezieltes Abbremsen eines Antriebsrads durch Bereitstellen des Bremsmoments an dem Antriebsrad mittels des jeweiligen Rotors, übernommen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, ein magnetfeldbedingtes Antreiben eines der Rotoren zu unterbinden und stattdessen ein magnetfeldbedingtes Antreiben des anderen der Rotoren mit einem Maximaldrehmoment zu bewirken. Die Steuereinrichtung kann bevorzugt dazu eingerichtet sein, das magnetfeldbedingte Antreiben des ersten Rotors zu unterbinden und stattdessen das magnetfeldbedingte Antreiben des zweiten Rotors mit dem Maximaldrehmoment zu bewirken. Zudem kann die Steuereinrichtung bevorzugt dazu eingerichtet sein, das magnetfeldbedingte Antreiben des zweiten Rotors zu unterbinden und stattdessen das magnetfeldbedingte Antreiben des ersten Rotors mit dem Maximaldrehmoment zu bewirken. Dies ist von Vorteil, da hierdurch ein zuverlässiges Antreiben des Kraftfahrzeugs auch dann ermöglicht ist, wenn einer der Rotoren fahrbetriebsbedingt durchdreht, beispielsweise wenn ein mit dem Rotor gekoppeltes Antriebsrad bei einem bestimmten Fahrbetriebszustand des Kraftfahrzeugs keine oder eine besonders geringe Bodenhaftung aufweist. Um das Antreiben des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen kann das Maximaldrehmoment an dem anderen der Rotoren bereitgestellt werden. Unter dem Begriff Maximaldrehmoment kann ein Drehmoment zu verstehen sein, bei dessen Überschreitung ein Durchdrehen eines Antriebsrades eintritt.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist mittels des Stators ein auf den ersten Rotor und den zweiten Rotor wirkendes gemeinsames Magnetfeld erzeugbar. Mit anderen Worten ist der Stator dazu eingerichtet das auf den ersten Rotor und den zweiten Rotor wirkende, gemeinsame Magnetfeld zu erzeugen. Dies ist von Vorteil, da hierdurch insgesamt eine vereinfachte Ansteuerung bzw. Stromversorgung erfolgen kann. Die Steuereinrichtung kann mit anderen Worten also dazu eingerichtet sein, den Stator derart anzusteuern, dass der Stator ein sowohl auf den ersten Rotor als auch auf den zweiten Rotor wirkendes Magnetfeld erzeugt.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Antriebseinrichtung zwei Antriebsräder zum Bewegen des Kraftfahrzeugs, von welchen ein erstes Antriebsrad mit einer dem ersten Rotor zugeordneten, ersten Rotorwelle und ein zweites Antriebsrad mit einer dem zweiten Rotor zugeordneten, zweiten Rotorwelle gekoppelt ist. Dies ist von Vorteil, da hierdurch mittels der jeweiligen Rotoren eine besonders direkte und aufwandsarme Übertragung von Antriebsleistung und damit auch von jeweiligen Antriebsmomenten an die jeweiligen Antriebsräder erfolgen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das erste Antriebsrad differentialgetriebefrei mit der ersten Rotorwelle und das zweite Antriebsrad differentialgetriebefrei mit der zweiten Rotorwelle gekoppelt. Dies ist von Vorteil, da die Antriebseinrichtung hierdurch eine besonders geringe Komplexität sowie ein geringes Gewicht aufweist. Unter dem Begriff „differentialgetriebefrei“ kann im Rahmen der Erfindung zu verstehen sein, dass zwischen der jeweiligen Rotorwelle und dem jeweiligen Antriebsrad kein Differentialgetriebe vorgesehen ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das erste Antriebsrad getriebefrei mit der ersten Rotorwelle und das zweite Antriebsrad getriebefrei mit der zweiten Rotorwelle gekoppelt. Dadurch kann die Antriebseinrichtung besonders aufwandsarm und leicht aufgebaut sein. Unter dem Begriff „getriebefrei“ kann im Rahmen der Erfindung zu verstehen sein, dass zwischen der jeweiligen Rotorwelle und dem jeweiligen Antriebsrad kein Getriebe, insbesondere Übersetzungsgetriebe, vorgesehen ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das erste Antriebsrad über eine erste Kardanwelle der Antriebseinrichtung mit der ersten Rotorwelle und das zweite Antriebsrad über eine zweite Kardanwelle der Antriebseinrichtung mit der zweiten Rotorwelle gekoppelt. Dies ist von Vorteil, da durch eine derartige Kardanwelle ein besonders einfacher Winkelausgleich ermöglicht ist.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Antriebseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Ein derartiges Kraftfahrzeug weist ein besonders geringes Gewicht auf.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf einen aus dem Stand der Technik bekannten Antriebsstrang, bei welchem ein Motor über ein Differentialgetriebe drehmomentübertragend mit jeweiligen Antriebsrädern gekoppelt ist;
- 2 eine schematische Draufsicht auf einen weiteren, aus dem Stand der Technik bekannten Antriebsstrang, bei welchem jeweils ein Radnabenmotor mit jeweils einem Antriebsrad drehmomentübertragend gekoppelt ist; und
- 3 eine schematische Draufsicht auf eine Antriebseinrichtung, welche an einem Kraftfahrzeug montiert ist, um das Kraftfahrzeug anzutreiben.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Antriebssystems 16 für einen hier nicht weiter dargestellten Kraftwagen, bei welchem ein zentraler Elektromotor 22 über ein Differentialgetriebe 23 mit einem linken Rad 18 und einem rechten Rad 19 gekoppelt ist, um die beiden Räder 18, 19 anzutreiben.
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In 2 ist eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten, weiteren Antriebssystems 17 für den Kraftwagen gezeigt, bei welchem das linke Rad 18 durch einen linken Radnabenmotor 20 und das rechte Rad 19 durch einen rechten Radnabenmotor 21 angetrieben wird.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 15, welches eine Antriebseinrichtung 14 umfasst durch welche mit dem Einsatz des zentralen Elektromotors 22 bzw. der Radnabenmotoren 20, 21 verbundene Nachteile zumindest weitgehend überwunden werden können.
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Die Antriebseinrichtung 14 umfasst eine, zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 15 ausgebildete Elektromaschine 1, welche ein Gehäuse 13 und einen an dem Gehäuse 13 drehbar gelagerten ersten Rotor 2 umfasst. Des Weiteren umfasst die Elektromaschine 1 einen in dem Gehäuse 13 aufgenommenen und drehfest gelagerten Stator 3, welcher einen Statorinnenraum 4 aufweist, in welchen der erste Rotor 2 eingeführt ist. Die Elektromaschine 1 umfasst zudem einen an dem Gehäuse 13 drehbar gelagerten zweiten Rotor 5, welcher ebenfalls in den Statorinnenraum 4 eingeführt ist. Die beiden Rotoren 2, 5 sind symmetrisch in dem Statorinnenraum 4 angeordnet, wie in 3 gezeigt ist.
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Die Antriebseinrichtung 14 umfasst des Weiteren eine Steuereinrichtung 6, welche dazu eingerichtet ist, den ersten Rotor 2 und den zweiten Rotor 5 jeweils unabhängig voneinander anzusteuern, um dadurch eine jeweils unabhängige Drehbewegung des ersten Rotors 2 und des zweiten Rotors 5 zu bewirken.
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Die Steuereinrichtung 6 kann den Stator 3 derart ansteuern, dass mittels des Stators 3 ein auf den ersten Rotor 2 und den zweiten Rotor 5 wirkendes gemeinsames Magnetfeld erzeugt wird.
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Die Steuereinrichtung 6 ist dazu eingerichtet ein magnetfeldbedingtes Antreiben eines der Rotoren 2, 5 zu unterbinden und stattdessen ein magnetfeldbedingtes Antreiben des anderen der Rotoren 2, 5 mit einem Maximaldrehmoment zu bewirken. So kann die Steuereinrichtung 6 das magnetfeldbedingte Antreiben des ersten Rotors 2 unterbinden und stattdessen das magnetfeldbedingte Antreiben des zweiten Rotors 5 mit dem Maximaldrehmoment bewirken. Des Weiteren kann die Steuereinrichtung das magnetfeldbedingte Antreiben des zweiten Rotors 5 unterbinden und stattdessen das magnetfeldbedingte Antreiben des ersten Rotors 2 mit dem Maximaldrehmoment bewirken.
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Die Antriebseinrichtung 14 umfasst zudem zwei Antriebsräder 7, 8 zum Bewegen des Kraftfahrzeugs 15, von welchen ein erstes Antriebsrad 7 mit einer dem ersten Rotor 2 zugeordneten, und aus dem Gehäuse 13 herausgeführten ersten Rotorwelle 9 und ein zweites Antriebsrad 8 mit einer dem zweiten Rotor 5 zugeordneten, und aus dem Gehäuse 13 herausgeführten zweiten Rotorwelle 10 gekoppelt ist.
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Das erste Antriebsrad 7 ist differentialgetriebefrei und getriebefrei mit der ersten Rotorwelle 9 und das zweite Antriebsrad 8 differentialgetriebefrei und getriebefrei mit der zweiten Rotorwelle 10 gekoppelt. Stattdessen ist das erste Antriebsrad 7 direkt über eine erste Kardanwelle 11 der Antriebseinrichtung 14 mit der ersten Rotorwelle 9 und das zweite Antriebsrad 8 direkt über eine zweite Kardanwelle 12 der Antriebseinrichtung 14 mit der zweiten Rotorwelle 10 gekoppelt.
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Aufgrund der beiden, unabhängig voneinander ansteuerbaren Rotoren 2, 5 kann die Elektromaschine 1 in vorteilhafter Weise Funktionen eines Differentialgetriebes übernehmen und sozusagen als Differenzial-Elektromaschine betrieben werden. Die beiden Rotoren 2, 5 sind in der Mitte des Gehäuses 13 der Elektromaschine 1 gelagert und weisen mit deren jeweiligen Rotorwellen 9, 10 jeweils einen Abtrieb nach links bzw. rechts auf. Der in dem Gehäuse 13 aufgenommene und drehfest an dem Gehäuse 13 abgestützte Stator 3 dient zur Erzeugung eines gemeinsamen elektrischen bzw. magnetischen Drehfeldes zum unabhängigen Antreiben des ersten Rotors 2 und des zweiten Rotors 5. Der Stator 3 kann mittels der Steuereinrichtung 6, welche vorliegend als Leistungselektronik ausgestaltet ist, derart angesteuert werden, dass mittels des Stators 3 das elektrische bzw. magnetische Drehfeld zum Antreiben der jeweiligen Rotoren 2, 5 erzeugt wird. Die jeweiligen Rotoren 2, 5 können in diesem Drehfeld mit jeweils unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit drehen, wodurch die Wirkung eines Differentialgetriebes erzielt werden kann, ohne jedoch das Differentialgetriebe in der Antriebseinrichtung 14 vorzusehen. Bei einer „durchdrehenden“ Rotorwelle 9 bzw. 10, welche auch als Abtriebswelle bezeichnet werden kann, entsteht für diesen jeweiligen Rotor 9 bzw. 10 kein Antriebsmoment und eine gesamte Antriebsleistung wird unter Aufwendung des Maximaldrehmoments an die jeweils andere Rotorwelle 10 bzw. 9 (Abtriebswelle) geleitet.
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Durch die vorliegende Antriebseinrichtung 14 kann zusammenfassend auf eine Verwendung des Differentialgetriebes verzichtet werden. Zudem entsteht eine geringere Abhängigkeit einer Leistungsverzweigung als beim Differentialgetriebe im Falle des „Durchdrehens“. Geringere Momente an den Rotorwellen 9, 10 ermöglichen eine kleinere Dimensionierung der jeweiligen Rotorwellen 9, 10 sowie deren jeweiliger Lagerung. Darüber hinaus kann mittels der Antriebseinrichtung 14 das aufwändige Konzept der Radnabenmotoren 20, 21 vermieden werden. Die Elektromaschine 1 kann über eine einzelne Abstützung am Kraftfahrzeug 15 gehalten bzw. abgestützt sein und es reicht eine geringere Anzahl an elektrischen Anschlüssen sowie eine geringere Anzahl an Kühlmittelanschlüssen zur Kühlmittelversorgung für eine etwaige Kühlung aus, als bei den Radnabenmotoren 20, 21. Die Antriebseinrichtung 14 kann zudem leichter und kompakter ausgebildet sein, also mit geringerem Platzbedarf am Kraftfahrzeug 15 montiert werden, als die aus dem Stand der Technik bekannten Antriebssysteme 16, 17.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromaschine
- 2
- erster Rotor
- 3
- Stator
- 4
- Statorinnenraum
- 5
- zweiter Rotor
- 6
- Steuereinrichtung
- 7
- erstes Antriebsrad
- 8
- zweites Antriebsrad
- 9
- erste Rotorwelle
- 10
- zweite Rotorwelle
- 11
- erste Kardanwelle
- 12
- zweite Kardanwelle
- 13
- Gehäuse
- 14
- Antriebseinrichtung
- 15
- Kraftfahrzeug
- 16
- Antriebssystem
- 17
- Antriebssystem
- 18
- linkes Rad
- 19
- rechtes Rad
- 20
- linker Radnabenmotor
- 21
- rechter Radnabenmotor
- 22
- zentraler Elektromotor
- 23
- Differentialgetriebe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1292004 A1 [0002]
- EP 1480316 A2 [0003]
