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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug mit einem ersten Elektromotor und einem koaxial dazu angeordneten zweiten Elektromotor sowie wie mit einem zumindest bereichsweise dazwischen angeordneten Getriebe, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Elektrofahrzeug mit einer solchen Antriebseinheit.
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Aus der
EP 3 287 666 A1 ist eine gattungsgemäße Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug mit zwei in einer gemeinsamen Axialachse angeordneten Elektromotoren bekannt. Zwischen den beiden Elektromotoren ist dabei ein Getriebe angeordnet. Der erste Elektromotor wirkt dabei antreibend mit einem ersten Teilgetriebe zusammen, während der zweite Elektromotor antreibend mit einem zweiten Teilgetriebe zusammenwirkt. Ein jeweiliger elektrischer Anschluss für den jeweiligen Elektromotor ist dabei zueinander abgewandten Stirnseiten der Elektromotoren.
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Aus der
GB 256727 A ist eine weitere Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug, hier einem Zug, bekannt, mit zwei in einer gemeinsamen Axialachse liegenden Elektromotoren, wobei eine elektrische Stromversorgung der beiden Elektromotoren jeweils radial außerhalb eines Stators angeordnet ist.
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Aus der
DE 90 02 149 U1 ist ein elektromotorischer Antrieb mit einem Komuntatormotor und mit einer Antriebswelle bekannt, der auf einem Bürstenhalter angeordnete Bürsten enthält, sowie mit einer mit einem elektrischen Anschluss des Bürstenhalters kontaktierbaren Anordnung, die wenigstens Teile einer elektronischen Motorsteuerung trägt. Ein elektrischer Anschluss ist dabei L-förmig ausgebildet.
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Aus der
EP 2 767 732 A1 ist eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor, einem Generator sowie einem Getriebe bekannt, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Ein elektrischer Anschluss ist dabei ebenfalls radial außerhalb des Stators angeordnet.
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Aus der
JP 2016 199 136 A ist wieder eine Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug mit zwei in einer gemeinsamen Achse angeordneten Elektromotoren bekannt, die an einander gegenüberliegenden und voneinander wegweisenden Stirnseiten bzw. Axialenden einen Stromanschluss besitzen.
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Antriebseinheiten ist jedoch, dass die Zugänglichkeit von Stromanschlüssen an Elektromotoren unter Umständen schwierig und insbesondere auch abhängig von der Größe der jeweiligen Elektromotoren ist, insbesondere von deren Axialerstreckung, so dass für unterschiedlichste Elektromotoren auch unterschiedlich lange Anschlusskabel vorgesehen werden müssen. Hierdurch wird nicht nur eine Montage der Antriebseinheit erschwert, sondern auch die Herstellung verteuert.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Antriebseinheit der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Antriebseinheit mit zwei in einer gemeinsamen Axialachse liegenden Elektromotoren und einem dazwischen angeordneten Getriebe einen Stromanschluss für beide Elektromotoren nicht mehr entweder radial außerhalb oder an axial voneinander wegweisenden Stirnseiten der Elektromotoren vorzusehen, sondern an einem Getriebegehäuse zwischen den beiden Elektromotoren, was den großen Vorteil bietet, dass unabhängig von der Größe der Elektromotoren, beispielsweise je nach gewünschter Leistung, der Stromanschluss immer an derselben Stelle erfolgen kann und keine beispielsweise unterschiedlich langen Anschlusskabel erforderlich sind. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit besitzt dabei einen ersten Elektromotor sowie einen koaxial dazu angeordneten zweiten Elektromotor sowie ein zumindest bereichsweise dazwischen angeordnetes Getriebe. „Zumindest bereichsweise dazwischen angeordnet“ soll in diesem Fall bedeuten, dass nicht sämtliche Zahnräder, von beispielsweise einer Zwischenwellenbaugruppe oder einer Abtriebswellenbaugruppe zwischen den Elektromotoren angeordnet sein müssen, wohl aber eine Antriebswellenbaugruppe des Getriebes. Erfindungsgemäß sind nun die Elektromotoren gegenüberliegend an einem Getriebegehäuse angeordnet, an dem zusätzlich zwischen dem ersten und dem zweiten Elektromotor ein erster elektrischer Anschluss für den ersten Elektromotor und ein zweiter elektrischer Anschluss für den zweiten Elektromotor angeordnet sind. Durch die Nähe der beiden elektrischen Anschlüsse zueinander kann auch eine Montage der Stecker deutlich vereinfacht werden, da ein hiermit beauftragter Werker sich nicht anders positionieren muss, um den ersten oder zweiten elektrischen Anschluss durch Einstecken eines Steckers herzustellen. Von besonderem Vorteil ist jedoch, dass bei der erfindungsgemäßen Antriebseinheit unterschiedlich starke und damit auch unterschiedlich große Elektromotoren unabhängig von der Anschlusssituation eingesetzt werden können, so dass mit dem erfindungsgemäßen Getriebe auch ein Baukastensystem darstellbar ist, mittels welchem ein und dasselbe Getriebe mit beispielsweise unterschiedlichen Elektromotoren, je nach gewünschter Leistung der Antriebseinheit, ausgestattet werden können. Von weiterem großen Vorteil ist, dass mit den elektrischen Anschlüssen, beispielsweise Hochvoltanschlüssen, im Bereich des Getriebegehäuses zwischen den beiden Elektromotoren eine äußerst bauraumoptimierte Lösung geschaffen werden kann, da weder radial außerhalb der Elektromotoren noch an axial voneinander abgewandten Stirnseiten der Elektromotoren zusätzlicher Bauraum für derartige elektrische Anschlüsse vorgehalten werden muss.
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Zweckmäßig sind die elektrischen Anschlüsse an sich zugewandten axialen Stirnseiten der Elektromotoren angeordnet. Konkret bedeutet dies, dass der erste elektrische Anschluss an einer dem Getriebe zugewandten axialen Stirnseite des ersten Elektromotors und der zweite elektrische Anschluss an einer dem Getriebe zugewandten axialen Stirnseite des zweiten Elektromotors angeordnet ist. In diesem Bereich steht aufgrund der Rotorwelle der jeweiligen Elektromotoren und dem Getriebe ein Bauraum zwischen dem Getriebe und den jeweiligen Elektromotoren zur Verfügung, der beispielsweise als entsprechende Ausnehmung ausgebildet sein kann. Hierdurch ist eine Integration der elektrischen Anschlüsse der beiden Elektromotoren in die Außenabmessungen der Antriebseinheit möglich, so dass die elektrischen Anschlüsse nicht über die Außenmaße der Antriebseinheit überstehen und dort beispielsweise zusätzlichen Bauraum erfordern.
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Zweckmäßig ist der erste elektrische Anschluss als Ausnehmung ausgebildet, in welche ein elektrischer Leiter eines Stators des ersten Elektromotors in Axialrichtung hineinragt. Durch einen entsprechenden Stecker eines elektrischen Anschlusskabels kann somit eine vergleichsweise einfache elektrische Kontaktierung mit dem elektrischen Leiter des Stators des ersten Elektromotors geschaffen werden. Durch die radial in Bezug auf eine Antriebswelle bzw. Rotorwelle des ersten und zweiten Elektromotors nach außen offenen Ausnehmungen sind zudem ein manuelles einfaches Einstecken und damit eine vergleichsweise einfache manuelle Montage der elektrischen Anschlüsse möglich.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Elektrofahrzeug mit einer solchen in den vorherigen Absätzen beschriebenen Antriebseinheit auszustatten. Hierdurch kann eine bauraumoptimierte Antriebseinheit geschaffen werden, die zudem für unterschiedlich starke und damit unterschiedlich große Antriebseinheiten ein und dasselbe Anschlusskabel verwenden kann, wodurch eine Teilevielfalt reduziert und damit Lager- und Logistikkosten minimiert werden können.
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Zweckmäßig sind ein erster Stecker zur elektrischen Verbindung eines Energiespeichers mit dem ersten Anschluss des ersten Elektromotors und ein zweiter Stecker zur elektrischen Verbindung des Energiespeichers mit dem zweiten Anschluss des zweiten Elektromotors vorgesehen. Eine derartige Steckverbindung zur Realisierung der elektrischen Anschlüsse ermöglicht eine vergleichsweise einfache elektrische Kontaktierung durch ein einfaches Einstecken der jeweiligen Stecker in die zugehörigen Ausnehmungen entgegen einer Radialrichtung in Bezug auf die Rotorwellen. Hierdurch kann eine vergleichsweise einfache und schnelle Montage erreicht werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der erste Stecker zur Fixierung mit dem ersten Anschluss des ersten Elektromotors verschraubt oder verclipst. Insbesondere eine Verclipsung ermöglicht eine zuverlässige Fixierung des ersten Steckers in der ersten Ausnehmung, ohne dass hierfür weitere Werkzeuge, wie beispielsweise Schraubendreher oder weitere Fixiermittel, wie beispielsweise Schrauben, erforderlich sind. Derartige Clipsverbindungen bzw. Rastverbindungen lassen sich auch vergleichsweise einfach lösen, wodurch Wartungsarbeiten vergleichsweise einfach und damit kostengünstig möglich sind. Zusätzlich oder alternativ können selbstverständlich der erste oder der zweite Stecker in der jeweiligen zugehörigen ersten oder zweiten Ausnehmung auch verschraubt sein, insbesondere ist dabei sogar denkbar, dass ein elektrischer Leiter des Stators, der in die jeweilige Ausnehmung hineinragt mit einer Schraube mit einem entsprechenden elektrischen Leiter des jeweils zugehörigen Steckers verschraubt wird, wodurch eine äußerst zuverlässige Übertragung elektrischer Energie gewährleistet werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektrofahrzeugs ist der erste Stecker zur Fixierung mit dem ersten Anschluss des ersten Elektromotors mit dem elektrischen Leiter des Stators des ersten Elektromotors über eine Schraubverbindung fixiert und weist eine mit einem Stopfen verschließbare Öffnung als Zugang zu der Schraubverbindung auf. Eine Fixierung eines derartigen elektrischen Anschlusses in der zugehörigen Ausnehmung erfolgt somit ausschließlich über die Schraubverbindung zwischen dem elektrischen Leiter des Stators des jeweiligen Elektromotors und einem elektrischen Leiter des Steckers, wobei der Stopfen sowohl ein einfache Zugänglichkeit zu der Schraubverbindung ermöglicht, als auch in eingesetztem Zustand eine unerwünschte Verschmutzung des Kontakts zwischen dem elektrischen Leiter des Steckers und dem elektrischen Leiter des jeweiligen Stators verhindert.
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Die Elektromotoren des erfindungsgemäßen Elektrofahrzeugs können dabei beispielsweise als Drehstrom-Synchronmaschinen ausgebildet sein und dadurch einen äußerst hohen Wirkungsgrad von größer als 90% sowie eine hohe Leistung aufweisen. Um dabei die aus einem Energiespeicher des Elektrofahrzeugs entnehmbare Gleichspannung in eine Wechselspannung und Phasen umzuwandeln, ist ein Pulswechselrichter vorgesehen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug,
- 2 eine Detaildarstellung aus 1 im Bereich eines ersten elektrischen Anschlusses mit einem eingesetzten Stecker.
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Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 für ein im Übrigen nicht dargestelltes Elektrofahrzeug 2 einen ersten Elektromotor 3 sowie einen koaxial dazu, das heißt in einer gemeinsamen Axialachse, angeordneten zweiten Elektromotor 4 sowie ein zumindest bereichsweise dazwischen angeordnetes Getriebe 5 auf. Erfindungsgemäß sind nun die beiden Elektromotoren 3, 4 gegenüberliegend an einem Getriebegehäuse 6 angeordnet, welches aus zwei Halbschalen besteht. Gemäß den 1 und 2 ist ein topfförmiges Motorgehäuse 10 separat zum zugehörigen Getriebegehäuse 6 bzw. separat zur jeweiligen Getriebegehäusehälfte ausgebildet, wobei alternativ selbstverständlich auch eine einstückige Ausbildung des Motorgehäuses 10 mit der zugehörigen getriebegehäusehälfte des Getriebegehäuses 6 denkbar ist. An dem Getriebegehäuse 6 zwischen dem ersten und zweiten Elektromotor 3, 4 sind ein erster elektrischer Anschluss 7 (vgl. auch 2) für den ersten Elektromotor 3 sowie ein zweiter elektrischer Anschluss 8 für den zweiten Elektromotor 4 angeordnet. Diese Anordnung der elektrischen Anschlüsse 7, 8 bietet den großen Vorteil, dass jeweils paarweise völlig unterschiedlich große Elektromotoren einsetzbar sind, ohne dass beispielsweise eine Anschlusskabel entsprechend verlängert werden muss, da die elektrischen Anschlüsse beispielsweise an voneinander abgewandten Stirnseiten der Elektromotoren angeordnet sind. Durch die Anordnung der elektrischen Anschlüsse 7, 8 zwischen den beiden Elektromotoren 3, 4 am Getriebegehäuse 6 bietet sich zudem eine vergleichsweise einfache Montage und Demontage eines ersten Steckers 9 sowie eines nicht näher bezeichneten zweiten Steckers, da die Anschlüsse 7, 8 räumlich sehr nah beieinander liegen und ein mit der Montage bzw. Demontage beauftragter Werker nicht umgreifen muss. Von weiterem großen Vorteil ist, dass die elektrischen Anschlüsse 7, 8 in einen Bereich eines ohnehin freien Bauraums verlegt werden können, so dass sie insgesamt innerhalb der Außenabmessungen der Antriebseinheit 1 liegen und keinen über die Außenabmessungen der Antriebseinheit 1 hinausragenden Bauraumbedarf erfordern. Zudem kann auch eine vergleichsweise einfache Zugänglichkeit zu den Anschlüssen 7, 8 erreicht werden.
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Die elektrischen Anschlüsse 7, 8 sind dabei vorzugsweise an sich zugewandten axialen Stirnseiten der Elektromotoren 3, 4 angeordnet (vgl. auch 2), wodurch ein topfförmiges Motorgehäuse 10 keine übrigen Durchbrüche braucht. Der Durchbruch für die elektrischen Anschlüsse 7, 8 erfolgt dabei im Getriebegehäuse 6.
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Der erste elektrische Anschluss 7 ist dabei als Ausnehmung 11 ausgebildet bzw. weist eine derartige Ausnehmung 11 auf, in welche ein elektrischer Leiter 12 eines Stators 13 des ersten Elektromotors 3 in Axialrichtung 14 hineinragt. Spiegelbildlich dazu gesehen ist auch eine Anordnung eines nicht näher bezeichneten elektrischen Leiters eines Stators des zweiten Elektromotors 4 angeordnet. Die Ausnehmung 11 des ersten Anschlusses 7 ist dabei radial nach außen in Bezug auf eine Antriebswelle 15 bzw. Rotorwelle des ersten oder zweiten Elektromotors 3, 4 offen. In analoger Weise kann auch der zweite elektrische Anschluss 8 als Ausnehmung 16 ausgebildet sein bzw. eine derartige Ausnehmung 16 aufweisen, in welche ein elektrischer Leiter 12 hineinragt. Auch die Ausnehmung 16 des zweiten elektrischen Anschlusses 8 ist dabei radial nach außen in Bezug auf eine Antriebswelle 15 der Elektromotoren 3, 4 offen.
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Eingesetzt wird die erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 in dem zuvor beschriebenen Elektrofahrzeug 2, wobei zur elektrischen Kontaktierung der Antriebseinheit 1 mit einem nicht näher bezeichneten Energiespeicher über nicht näher bezeichnete Pulswechselrichter (PWR) ein elektrisches Anschlusskabel mit einem entsprechenden Stecker, hier einem ersten Stecker 9 und einem nicht näher bezeichneten zweiten Stecker vorgesehen ist.
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Der erste Stecker 9 kann dabei zur Fixierung des ersten Elektromotors 3 verclipst sein, wodurch eine vergleichsweise einfache Montage und Demontage ohne weitere Werkzeuge und insbesondere auch ohne weitere Fixiermittel möglich ist. Alternativ hierzu ist auch denkbar, dass der erste Stecker 9 zur Fixierung mit dem ersten Anschluss 7 des ersten Elektromotors 3 mit dem elektrischen Leiter 12 des Stators 13 des ersten Elektromotors 3 verschraubt ist und eine mit einen Stopfen 17 oder einer Schraube verschließbare Öffnung 18 als Zugang zu einer Schraubverbindung 19 aufweist. Hierdurch ist eine direkte metallische und damit elektrisch hochleitfähige Kontaktierung zwischen dem elektrischen Leiter 12 und einem elektrischen Leiter 20 in dem ersten Stecker 9 möglich. Der elektrischer Leiter 20 kann dabei elektrisch leitend mit einem Pulswechselrichter verbunden sein, der die Gleichspannung des elektrischen Energiespeichers in unterschiedliche Phasen aufteilt. Konkret setzt er eine Eingangsgleichspannung in eine dreiphasige Ausgangsspannung mit beispielsweise veränderlicher Amplitude, Phase und Frequenz um.
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Mit der Integration der elektrischen Anschlüsse 7, 8 in das Getriebegehäuse 6 und damit zwischen die beiden Elektromotoren 3, 4 kann eine bauraumoptimierte und insbesondere auch von der Größe der Elektromotoren 3, 4 völlig unabhängige elektrische Kontaktierung der Antriebseinheit 1 erreicht werden. Dabei ist es insbesondere möglich, unterschiedlich starke Antriebseinheiten 1 zu schaffen, indem diesen jeweils paarweise schwächere oder stärkere Elektromotoren 3, 4 zugewiesen werden. Zudem ist eine leichte Zugänglichkeit der elektrischen Anschlüsse 7, 8 und damit eine leichte Montage und Demontage derselben möglich. Auch können hier die elektrischen Anschlüsse 7, 8 über beispielsweise zugehörige Stecker 9 nach außen abgedichtet und dadurch vor einer Verschmutzung zuverlässig geschützt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3287666 A1 [0002]
- GB 256727 A [0003]
- DE 9002149 U1 [0004]
- EP 2767732 A1 [0005]
- JP 2016199136 A [0006]
