DE102021002939A1

DE102021002939A1 - Axialflussmaschine sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021002939A1
Application number: DE102021002939.9A
Authority: DE
Inventors: Mike Fuchslocher; Felix Zehren; Thomas Albrecht; Wolfgang Elser; Moritz Kilper
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-06-09
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2021-07-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine (10), mit einem Stator (12), mit zwei relativ zu dem Stator (12) drehbaren Rotoren (14, 16), zwischen welchen in axialer Richtung der Rotoren (14, 16) und des Stators (12) der Stator (12) angeordnet ist, mit einem in axialer Richtung der Rotoren (14, 16) und des Stators (12) zwischen dem Stator (12) und einem der ersten Rotoren (14, 16) angeordneten, ersten Luftspalt (L1), und mit einem in axialer Richtung der Rotoren (14, 16) und des Stators (12) zwischen dem Stator (12) und dem zweiten Rotor (16) angeordneten, zweiten Luftspalt (L2). Mittels einer Verstelleinrichtung (28) sind die Luftspalte (L1, L2) asymmetrisch zueinander variierbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und 5. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer solchen Axialflussmaschine.
Eine solche Axialflussmaschine ist beispielsweise bereits der DE 10 2011 120 434 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Axialflussmaschine weist einen Stator sowie zwei relativ zu dem Stator drehbare Rotoren auf. Der Stator ist in axialer Richtung der Rotoren und des Stators, mithin in axialer Richtung der Axialflussmaschine zwischen den Rotoren angeordnet. Die Axialflussmaschine weist außerdem einen in axialer Richtung der Rotoren und des Stators zwischen dem Stator und einem ersten der Rotoren angeordneten, ersten Luftspalt und einen zweiten Luftspalt auf, welcher in axialer Richtung der Rotoren und des Stators zwischen Stator und dem zweiten Rotor angeordnet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Axialflussmaschine sowie einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, sodass ein besonders vorteilhafter Betrieb realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Axialflussmaschine mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 5 sowie durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen der Patentansprüche 4 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Axialflussmaschine der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 5 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb realisiert werden kann, ist es bei einem ersten Aspekt vorgesehen, dass die Axialflussmaschine eine Verstelleinrichtung aufweist.
Gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 weist die Axialflussmaschine einen Stator und zwei Rotoren und damit zwei Luftspalte auf und verfügt gemäß der Erfindung über eine Verstelleinrichtung, mittels welcher die Luftspalte asymmetrisch zueinander variierbar sind. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass mittels der Verstelleinrichtung die Luftspalte derart einstellbar sind, dass in einem ersten Zustand, insbesondere in einem ersten Betriebszustand, der Axialflussmaschine der erste Luftspalt eine in axialer Richtung der Rotoren und des Stators, mithin in axialer Richtung der Axialflussmaschine verlaufende erste Breite aufweist, während der zweite Luftspalt ein in axialer Richtung der Axialflussmaschine verlaufende, von der ersten Breite unterschiedliche, zweite Breite aufweist, wobei die erste Breite und die zweite Breite vorzugsweise größer als null sind. Die erste Breite und die zweite Breite ergeben in Summe eine erste Gesamtbreite. Außerdem können beispielsweise die Luftspalte mittels der Verstelleinrichtung derart eingestellt werden, dass beispielsweise in einem zweiten Zustand, insbesondere in einem zweiten Betriebszustand, der Axialflussmaschine der erste Luftspalt eine in axialer Richtung der Axialflussmaschine verlaufende und von der ersten Breite und beispielsweise auch von der zweiten Breite unterschiedliche, dritte Breite aufweist, während der zweite Luftspalt ein in axialer Richtung der Axialflussmaschine verlaufende, von der zweiten Breite und auch von der dritten Breite und vorzugsweise auch von der ersten Breite unterschiedliche, vierte Breite aufweist, wobei die dritte Breite und die vierte Breite größer als null sind. Dabei ergeben die dritte Breite und die vierte Breite in Summe eine zweite Gesamtbreite, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass die zweite Gesamtbreite größer oder kleiner als die erste Gesamtbreite, mithin von der ersten Gesamtbreite unterschiedlich ist. Mit anderen Worten ist unter dem Merkmal, dass die Luftspalte symmetrisch zueinander variierbar sind, zu verstehen, dass einer der Luftspalte stärker beziehungsweise um ein größeres Maß verändert werden kann als der andere Luftspalt, sodass beispielsweise der eine Luftspalt in seiner Breite verändert wird, während eine Veränderung des anderen Luftspalts in dessen Breite unterbleibt oder weniger stark erfolgt als das Verändern des einen Luftspalts.
Die Verstelleinrichtung kann dabei insbesondere dazu ausgebildet sein, die Rotoren in axialer Richtung der Axialflussmaschine relativ zu dem Stator und relativ zueinander zu bewegen beziehungsweise zu verschieben und dadurch die Luftspalte asymmetrisch zueinander zu variieren. Somit ist es insbesondere möglich, dass beispielsweise mittels der Verstelleinrichtung der erste Rotor in axialer Richtung die Axialflussmaschine relativ zu dem Stator um einen ersten Weg verschiebbar ist, wobei beispielsweise mittels der Verstelleinrichtung der zweite Rotor in axialer Richtung der Axialflussmaschine relativ zu dem Stator um einen von dem ersten Weg unterschiedlichen, zweiten Weg verschiebbar ist, wobei der erste Weg und der zweite Weg größer als null sind.
Die erfindungsgemäße Axialflussmaschine kann besonders vorteilhaft in einem Antriebsstrang eines vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildeten Kraftfahrzeugs verwendet werden, insbesondere derart, dass mittels der Axialflussmaschine insbesondere über ihre Rotoren jeweilige Fahrzeugräder des Antriebstrangs und des Kraftfahrzeugs und somit das Kraftfahrzeug insgesamt, insbesondere rein elektrisch antreibbar sind. Dabei liegen der Erfindung insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde:
Die Anforderungen an neue, moderne Elektrofahrzeuge, insbesondere im Hinblick auf Fahrdynamik und Reichweitenoptimierung können Systeme zur Entkopplung des Antriebsstrangs und zur Umverteilung von Antriebsmomenten erfordern. Unter den Antriebsmomenten sind Drehmomente zu verstehen, die beispielsweise die Axialflussmaschine über ihre Rotoren bereitstellen kann, um dadurch die Fahrzeugräder anzutreiben. Bisherige mechanische Systeme zur Entkopplung benötigen zusätzliche Komponenten, welche einen zusätzlichen Bauraum beanspruchen und zu hohen Kosten führen können. Eine elektromagnetische Kopplung über aktive Feldschwächung erfordert elektrische Leistung. Analog zu dem System der Entkopplung benötigt eine auch als Torque-Vectoring oder Torque-Vectoring-Funktion bezeichnete Drehmomentverteilungsfunktion üblicherweise zusätzliche Komponenten. Beispiele hierfür sind mechanische Überlagerungsgetriebe, sogenannte Twin-/Twinster-Getriebe oder elektrisches Torque-Vectoring mittels Dualantrieb. Unter der Drehmomentverteilungsfunktion ist zu verstehen, dass die zuvor beschriebenen Antriebsmomente beispielsweise auf voneinander unterschiedliche Werte eingestellt werden, sodass beispielsweise ein erstes der Fahrzeugräder mittels eines ersten Antriebsmoments und ein zweites der Fahrzeugräder mittels eines von dem ersten Antriebsmoment unterschiedlichen, zweiten Antriebsmoments angetrieben wird.
Im Weiteren wird bei synchron Motoren ein magnetisches Feld gegen die Permanentmagneten im Rotor aufgebaut, wodurch eine Verringerung des magnetischen Flusses erzielt wir und somit eine weitere Drehzahlanhebung ermöglicht wird. Üblicher Weise wird hierzu ein negative D-Strom eingeprägt, was zur Drehmomentreduktion führt.
Die Erfindung ermöglicht es nun, die zuvor genannten Anforderungen auf bauraum-, gewichts-und kostengünstige Weise zu erfüllen. Mit anderen Worten können durch die Erfindung sowohl eine vorteilhafte Entkopplung als auch eine vorteilhafte Drehmomenten-Verteilungsfunktion auf bauraum-, gewichts- und kostengünstige Weise realisiert werden. Das beispielsweise elektrische und/oder mechanische, axiale Verschieben der Rotoren relativ zu dem Stator führt zu einer Variierung beziehungsweise Veränderung des jeweiligen Luftspalts, insbesondere dessen jeweiliger Breite, wobei die jeweilige Breite des jeweiligen Luftspalts auch als Luftspaltlänge bezeichnet wird. Das jeweilige Verändern der jeweiligen Breite des jeweiligen Luftspalts, das heißt das jeweilige Variieren des jeweiligen Luftspalts, führt zu einer Veränderung von Schleppverlusten und zu einer Umverteilung der Antriebsmomente. Somit können durch Variieren der Luftspalte die Antriebsmomente bedarfsgerecht eingestellt werden, und es kann eine besonders vorteilhafte Entkopplung bedarfsgerecht realisiert werden.
Zudem wird durch vergrößern bzw. verkleinern des Luftspaltes der magnetische Wiederstand verändert, das heißt das jeweilige Variieren der Gesamtstrecke des Luftspaltes, führt zur Änderung des magnetischen Feldes und somit zur mechanischen Feldschwächung.
Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ermöglicht die Erfindung die Realisierung der folgenden Vorteile:

- geringe Bauteileanzahl
- geringe Kosten
- reduzierte Schleppverluste
- mechanisches Feld-Schwächung bzw. bedarfsgerechte Anpassung des Kennfeldes

Insbesondere ist es durch Variieren des jeweiligen Luftspalts möglich, eine Leistungsanpassung beziehungsweise Leistungsvariierung der Axialflussmaschine auf bauraum-, gewichts- und kostengünstige Weise zu realisieren, sodass ein besonders vorteilhafter, bedarfsgerechter Betrieb des Axialflussmaschine und somit des Kraftfahrzeugs realisiert werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5, wobei hier die Axialflussmaschine einen Rotor und zwei Statoren und damit ebenfalls zwei Luftspalte aufweist und gemäß der Erfindung über eine Verstelleinrichtung verfügt, mittels welcher die Luftspalte zueinander variierbar sind.
Hierbei gelten die gleichen Vorteile und Bedingungen wie beim bisher gesagten, für diese alternative Ausführungsform der Axialflussmaschine mit der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung.
In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform der Axialflussmaschine kann die Verstelleinrichtung die Luftspalte asymmetrisch zueinander variieren.
Hierbei kann die Verstelleinrichtung dabei dazu ausgebildet sein, die Statoren in axialer Richtung relativ zu dem Rotor und relativ zueinander zu verschieben und dadurch die Luftspalte zueinander zu variieren.
Auch kann die Verstelleinrichtung dazu ausgebildet ist, einen der Statoren relativ zu dem anderen Stator und relativ zu dem Rotor in axialer Richtung zu verschieben, während ein in axialer Richtung relativ zu dem Rotor erfolgendes Verschieben des anderen Stators unterbleibt.
Ein weiter Aspekt betrifft einen Antriebsstrang für ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, wobei der Antriebsstrang wenigstens eine Achse aufweist, welche wenigstens oder genau zwei auf in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegenden Seiten angeordnete Fahrzeugräder aufweist. Der Antriebsstrang umfasst außerdem wenigstens eine Axialflussmaschine gemäß dem ersten Aspekt, wobei ein erstes der Fahrzeugräder mittels des ersten Rotors und das zweite Fahrzeugrad mittels des zweiten Rotors antreibbar ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts anzusehen und umgekehrt.
Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein Elektrofahrzeug, insbesondere ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV). Dabei können die Fahrzeugräder und somit das Kraftfahrzeug insgesamt mittels der Axialflussmaschine, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden. Die Axialflussmaschine ist somit eine elektrische Maschine, mittels welcher die Fahrzeugräder und somit das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden können. Vorzugsweise ist die Axialflussmaschine eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder NennSpannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Dadurch können besonders große elektrische Leistungen zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden.
Auch ist ein Antriebsstrang, insbesondere für einen Kraftwagen, mit einer Axialflussmaschine nach der zweiten Ausführungsform möglich, bei dem die Fahrzeugräder mittels des einen Rotors abgetrieben werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. 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, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Axialflussmaschine für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs;
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Antriebsstrangs;
3 eine schematische Seitenansicht an einer zweiten Ausführungsform der Axialflussmaschine;
4 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der Axialflussmaschine;
5 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der Axialflussmaschine;
6 ausschnittsweise eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Antriebsstrangs; und
7 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht einer fünften Ausführungsform der Axialflussmaschine.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Seitenansicht eine Axialflussmaschine 10 für einen Antriebsstrang eines vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildeten Kraftfahrzeugs. 2 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform des in 2 mit 13 bezeichneten Antriebsstrangs. Aus 1 ist erkennbar, dass die Axialflussmaschine 10, insbesondere genau, einen Stator 12 aufweist. Der Stator 12 weist wenigstens eine oder mehrere Spulen auf, wobei die jeweilige Spule durch wenigstens eine oder mehrere Wicklungen, insbesondere aus einem elektrischen Leiter, gebildet ist. Beispielsweise kann mittels der Spule ein magnetisches Feld beziehungsweise ein magnetischer Fluss erzeugt werden.
Die Axialflussmaschine 10 umfasst außerdem, insbesondere genau, zwei Rotoren 14 und 16, welche um eine gemeinsame Drehachse 18 relativ zu dem Stator 12 drehbar sind. Insbesondere sind die Rotoren 14 und 16 mittels des magnetischen Flusses antreibbar und dadurch um die Drehachse 18 relativ zu dem Stator 12 drehbar. Aus 1 ist erkennbar, dass die Rotoren 14 und 16 koaxial zueinander und koaxial zu dem Stator 12 angeordnet sind. Die Axialflussmaschine 10 zeichnet sich dadurch aus, dass der Stator 12 in axialer Richtung des Stators 12 und der Rotoren 14 und 16, mithin in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 zwischen den Rotoren 14 und 16 angeordnet ist, sodass der auch als erster Rotor bezeichnete Rotor 14 auf einer ersten Seite des Stators 12 und der auch als zweiter Rotor bezeichnete Rotor 16 auf einer zweiten Seite des Stators 12 angeordnet ist, wobei die erste Seite und die zweite Seite des Stators 12 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 voneinander abgewandt sind. Insbesondere kann der Rotor 14 wenigstens einen oder mehrere erste Magnete, insbesondere Permanentmagnete, aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Rotor 16 wenigstens einen oder mehrere, zweite Magnete, insbesondere Permanentmagnete, aufweisen. Wie ferner aus 1 erkennbar ist, ist in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 zwischen dem ersten Rotor 14 und dem Stator 12 ein erster Luftspalt L1 angeordnet, welcher in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 einerseits durch den Rotor 14 und andererseits durch den Stator 12 begrenzt ist. Außerdem ist in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 zwischen dem Stator 12 und dem Rotor 16 ein zweiter Luftspalt L2 angeordnet, welcher in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 einerseits durch den Stator 12 und andererseits durch den Rotor 16 begrenzt ist.
Wie aus 2 erkennbar ist, weist der Antriebsstrang 13 wenigstens eine beispielsweise als Hinterachse oder Vorderachse ausgebildete Achse 20 auf, welche wenigstens oder zwei auf in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegenden Seiten angeordnete Fahrzeugräder 22 und 24 aufweist. Die Fahrzeugquerrichtung ist in 2 durch einen Doppelpfeil 26 veranschaulicht. Des Weiteren umfasst der Antriebsstrang 13 die Axialflussmaschine 10, welche der Achse 20 zugeordnet ist. Insbesondere sind die Fahrzeugräder 22 und 24 koaxial zueinander angeordnet. Mittels der Axialflussmaschine 10 ist nun beispielsweise das Fahrzeugrad 22 derart antreibbar, dass das Fahrzeugrad 22 mittels des Rotors 14 antreibbar ist. Außerdem ist beispielsweise das Fahrzeugrad 24 mittels des Rotors 16 antreibbar. Dies bedeutet, dass die Axialflussmaschine 10 über ihre Rotoren 14 und 16 jeweilige, auch als Antriebsmomente bezeichnete Drehmomente bereitstellen kann, mittels welchen die Fahrzeugräder 22 und 24 und somit das Kraftfahrzeug antreibbar sind. Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der Axialflussmaschine 10 und des Antriebsstrangs 13 realisieren zu können, ist ein in 1 besonders schematisch dargestellte Verstelleinrichtung 28 vorgesehen, mittels welcher die Luftspalte L1 und L2 asymmetrisch zueinander variierbar sind. Die Verstelleinrichtung 28 ist insbesondere dazu ausgebildet, die Rotoren 14 und 16 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 relativ zu dem Stator 12 und relativ zueinander zu verschieben und dadurch die Luftspalte L1 und L2 asymmetrisch zueinander zu variieren. Insbesondere ist die Verstelleinrichtung 28 dazu ausgebildet, die Rotoren 14 und 16 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 relativ zu dem Stator 12, relativ zueinander und relativ zu einem Gehäuse 30 (2) zu verschieben, während eine relativ zu dem Gehäuse 30 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 erfolgende Verschiebung des Stators 12 unterbleibt, wodurch die Luftspalte L1 und L2 asymmetrisch zueinander variierbar sind.
In 1 ist durch einen Pfeil 32 veranschaulicht, dass die Verstelleinrichtung 28 insbesondere dazu ausgebildet ist, beispielsweise den Rotor 16 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 relativ zu dem Stator 12 und relativ zu dem Rotor 14 und vorzugsweise auch relativ zu dem Gehäuse 30 zu verschieben, insbesondere während eine in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 relativ zu dem Gehäuse 30 erfolgende Verschiebung des Stators 12 und des Rotors 14 unterbleibt, wodurch die Luftspalte L1 und L2 asymmetrisch zueinander variierbar sind. Somit kann beispielsweise eine in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 verlaufende, zweite Breite des Luftspalts L2 eingestellt, das heißt variiert werden, während beispielsweise ein in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 verlaufende, erste Breite des Luftspalts L1 unverändert bleibt. Insbesondere können hierdurch unterschiedliche Werte der zweiten Breite eingestellt werden, sodass jeweilige Summen der ersten Breite und der zweiten Breite variiert werden können, insbesondere während die erste Breite unverändert bleibt. Somit ist es denkbar, dass die Verstelleinrichtung 28 dazu ausgebildet ist, bezogen auf die Rotoren 14 und 16 ausschließlich einen der Rotoren 14 und 16, vorliegend ausschließlich den Rotor 16 in axialer Richtung relativ zu dem Stator 12 zu verschieben, um dadurch Luftspalte L1 und L2 asymmetrisch zueinander zu variieren.
2 zeigt die erste Ausführungsform des Antriebsstrangs 13. Da bei der ersten Ausführungsform beide Fahrzeugräder 22 und 24 mittels der Axialflussmaschine 10 antreibbar sind, wird der Antriebsstrang 13 gemäß der ersten Ausführungsform auch als Singleantrieb oder Einzelantrieb bezeichnet. Bei dem Singleantrieb kann durch Verstellen beziehungsweise Variieren vorliegend beispielsweise diese Luftspalte L2 ein Gesamtmoment verteilt beziehungsweise aufgeteilt werden, und zwar auf die Antriebsmomente, insbesondere derart, dass die Antriebsmomente auf unterschiedliche Werte eingestellt werden können. Das axiale Verschieben des Rotors 14 und/oder des Rotors 16 kann beispielsweise mechanisch über eine Kugelrampe, mechanisch über einen Spindelantrieb, pneumatisch über wenigstens einen oder mehrere Kolben oder hydraulisch über wenigstens einen oder mehrere Kolben erfolgen.
3 zeigte eine zweite Ausführungsform der Axialflussmaschine 10. Bei der zweiten Ausführungsform weist die Axialflussmaschine 10, insbesondere genau, zwei Statoren 12 und 15 und, insbesondere genau, einen Rotor 14 auf, welcher in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10, deren axiale Richtung mit der Drehachse 18 zusammenfällt, zwischen den Statoren 12 und 15 angeordnet ist. Dabei können beispielsweise die vorigen und folgenden Ausführungen zum Stator 12 auch auf den Stator 15 übertragen werden und umgekehrt, sodass es denkbar ist, dass der Stator 15 wenigstens eine oder mehrere Spulen aufweist, die durch wenigstens eine oder mehrere Wicklungen gebildet ist. Der Rotor 14 ist um die Drehachse 18 relativ zu den Statoren 12 und 15 und relativ zu dem Gehäuse 30 drehbar und kann wenigstens einen oder mehrere Magneten, insbesondere Permanentmagneten, aufweisen. Die Axialflussmaschine 10 gemäß der zweiten Ausführungsform kann bei dem in 2 gezeigten Antriebsstrang 13, das heißt bei dem Singleantrieb verwendet werden, sodass beispielsweise die Fahrzeugräder 22 und 24 mittels des Rotors 14 der Axialflussmaschine 10 gemäß 3 antreibbar sind. Wie in 3 durch Pfeile 34 angedeutet ist, ist die Verstelleinrichtung 28 dazu ausgebildet, die Statoren 12 und 15, insbesondere gleichzeitig und/oder um den jeweils gleichen Weg, in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 relativ zu dem Rotor 14 zu verschieben, wodurch die Luftspalte L1 und L2, insbesondere gleichzeitig und/oder gleichmäßig beziehungsweise um das gleiche Maß, variiert werden. Durch Verstellen der Luftspalte L1 und L2 kann die Axialflussmaschine 10 von dem übrigen Antriebsstrang 13 entkoppelt werden. Der jeweilige Stator 12 beziehungsweise 15 kann beispielsweise mechanisch über eine jeweilige Kugelrampe, mechanisch über einen jeweiligen Spindelantrieb pneumatisch über wenigstens einen oder mehrere Kolben und/oder hydraulisch über wenigstens einen oder mehrere Kolben verschoben werden. Da die Axialflussmaschine 10 gemäß der ersten Ausführungsform die zwei Rotoren 14 und 16 aufweist, bilden die Rotoren 14 und 16 einen sogenannten Doppelrotor, welcher besonders vorteilhaft ist, um eine Drehmomentverteilungsfunktion (Torque-Vectoring) zu realisieren. Da die Axialflussmaschine 10 gemäß der zweiten Ausführungsform die zwei Statoren 12 und 15 aufweist, bilden die zwei Statoren 12 und 15 einen Doppelstator, sodass durch axiales Verschieben der Statoren 12 und 15 relativ zu dem Rotor 14 die Axialflussmaschine 10, welche auch als elektrische Maschine bezeichnet wird, entkoppelt werden kann.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform der Axialflussmaschine 10. Bei der dritten Ausführungsform weist die Axialflussmaschine 10, insbesondere genau, einen Stator 12 und, genau, zwei Rotoren 14 und 16 auf, sodass die dritte Ausführungsform im Grunde der ersten Ausführungsform entspricht. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich jedoch dadurch von der ersten Ausführungsform, dass - wie in 4 durch Pfeile 36 dargestellt ist - die Verstelleinrichtung 28 dazu ausgebildet ist, die Rotoren 14 und 16 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 relativ zu dem Stator 12 und vorzugsweise auch relativ zu dem Gehäuse 30, insbesondere gleichzeitig und/oder um das gleiche Maß beziehungsweise um den gleichen Weg, zu verschieben, wodurch die Luftspalte L1 und L2 in Hinblick auf ihre jeweilige, auch als Länge oder Luftspaltlänge bezeichnete Breite, insbesondere gleichmäßig beziehungsweise um das gleiche Maß, variiert, das heißt eingestellt werden können. Wie beispielsweise die Axialflussmaschine 10 gemäß 3 (zweite Ausführungsform) kann die Axialflussmaschine 10 gemäß 4 (dritte Ausführungsform) bei dem Antriebsstrang 13 gemäß der ersten Ausführungsform (2) und somit bei dem Singleantrieb verwendet werden. Durch Verstellen der Luftspalte L1 und L2, das heißt durch Verstellen der Breiten der Luftspalten L1 und L2, kann beispielsweise die Axialflussmaschine 10 gemäß der dritten Ausführungsform von dem übrigen Antriebsstrang 13 entkoppelt werden. Wie bereits zur ersten und zweiten Ausführungsform erläutert, kann der jeweilige Rotor 14 und 16 beispielsweise mechanisch über eine Kugel ... bekommen, mechanisch über einen Spindelantrieb, pneumatisch über wenigstens einen oder mehrere Kolben, oder hydraulisch über wenigstens einen oder mehrere Kolben axial verschoben werden, insbesondere relativ zu dem Stator 12.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform der Axialflussmaschine 10. Bei der vierten Ausführungsform weist die Axialflussmaschine 10, insbesondere genau, einen Stator 12 und, insbesondere genau, einen Rotor 14 auf.
6 zeigt eine zweite Ausführungsform des Antriebsstrangs 13, ist dem jeweiligen Fahrzeugrad 22 beziehungsweise 24 eine Axialflussmaschine 10 gemäß der vierten Ausführungsform (5) zugeordnet, sodass ein sogenannter Dualantrieb vorgesehen ist. Die jeweilige Axialflussmaschine 10 kann über ihren Rotor 14 das jeweilige Fahrzeugrad 22 beziehungsweise 24 antreiben. Bei der vierten Ausführungsform der Axialflussmaschine 10 ist die Verstelleinrichtung 28 dazu ausgebildet, den Stator 12 und den Rotor 14 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 relativ zueinander zu verschieben, um dadurch den Luftspalt L1 zu variieren, das heißt einzustellen. Dabei ist es denkbar, dass die Verstelleinrichtung 28 dazu ausgebildet ist, den Rotor 14 relativ zu dem Stator 12 und relativ zu dem Gehäuse 30 und/oder den Stator 12 relativ zu dem Rotor 14 und relativ zu dem Gehäuse 30 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 zu verschieben, um dadurch den Luftspalt L1 zu variieren. Auch hierbei ist es denkbar, dass der Rotor 14 beziehungsweise der Stator 12 mechanisch über eine Kugelrampe, mechanisch über einen Spindelantrieb, pneumatisch über wenigstens einen oder mehrere Kolben oder hydraulisch über wenigstens einen oder mehrere Kolben verschoben wird.
Schließlich zeigt 7 die Axialflussmaschine 10 gemäß einer fünften Ausführungsform. Bei der fünften Ausführungsform weist die Axialflussmaschine 10, insbesondere genau, einen Stator 12 und, insbesondere genau, einen Rotor 14 auf, welcher um die Drehachse 18 relativ zu dem Stator 12 drehbar ist. Außerdem weist die Axialflussmaschine 10 gemäß der fünften Ausführungsform ein quasi statisches Joch 38 auf, welches Bestandteil des Stators 12 sein kann, sodass der Rotor 14 und die Drehachse 18 relativ zu dem Joch 38 drehbar ist. Ferner ist es denkbar, dass das Joch 38 Bestandteil des Rotors 14 und somit mit dem Rotor 14 um die Drehachse 18 relativ zu dem Stator 12 drehbar ist. Insbesondere wird das quasi-statische Joch 38 dazu verwendet, den magnetischen Fluss zu führen. Aus 7 ist erkennbar, dass der Rotor 14 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 zwischen dem Stator 12 und dem Joch 38 angeordnet ist, sodass der Luftspalt L1 in axialer Richtung zwischen dem Joch 38 und Rotor 14 und der Luftspalt L2 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 zwischen dem Rotor 14 und dem Stator 12 angeordnet ist. Bei der fünften Ausführungsform ist die Verstelleinrichtung 28 dazu ausgebildet, das quasi-statische Joch 38 und/oder den Stator 12 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 relativ zu dem Rotor 14 und vorzugsweise auch relativ zu dem Gehäuse 30 zu verschieben, um dadurch den Luftspalt L1 und/oder den Luftspalt L2 zu variieren, das heißt einzustellen. Auch hierbei ist es denkbar, das Joch 38 beziehungsweise den Stator 12 mechanisch über eine Kugelrampe, mechanisch über einen Spindelantrieb, pneumatisch über wenigstens einen oder mehrere Kolben, oder hydraulisch über wenigstens einen oder mehrere Kolben zu verschieben, um dadurch den Luftspalt L1 und/oder L2 zu variieren. Die Axialflussmaschine 10 gemäß der fünften Ausführungsform kann bei dem Antriebsstrang 13 gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet werden, beispielsweise derart, dass das jeweilige Fahrzeugrad 22 beziehungsweise 24 mittels des Rotors 14 antreibbar ist. Die Axialflussmaschine 10 gemäß der vierten Ausführungsform und gemäß der fünften Ausführungsform ermöglicht es, insbesondere den Dualantrieb, durch Verstellen des jeweiligen Luftspalts L1 beziehungsweise L2 die Axialflussmaschine 10, insbesondere von dem übrigen Antriebsstrang 13, zu entkoppeln. Insgesamt ist erkennbar, dass die Drehmomentverteilungsfunktion und das Entkoppeln auf besonders bauraum-, kosten- und gewichtsgünstige Weise darstellbar ist, da übermäßig kosten-, gewichts- und bauraumintensive, zusätzliche Einrichtungen vermieden werden können.
Bezugszeichenliste

10: Axialflussmaschine
12: Stator
13: Antriebsstrang
14: Rotor
15: Stator
16: Rotor
18: Drehachse
20: Achse
22: Fahrzeugrad
24: Fahrzeugrad
26: Doppelpfeil
28: Verstelleinrichtung
30: Gehäuse
32: Pfeil
34: Pfeil
36: Pfeil
38: Joch
L1: Luftspalt
L2: Luftspalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011120434 A1 [0002]

Claims

Axialflussmaschine (10), mit einem Stator (12), mit zwei relativ zu dem Stator (12) drehbaren Rotoren (14, 16), zwischen welchen in axialer Richtung der Rotoren (14, 16) und des Stators (12) der Stator (12) angeordnet ist, mit einem in axialer Richtung der Rotoren (14, 16) und des Stators (12) zwischen dem Stator (12) und einem der ersten Rotoren (14, 16) angeordneten, ersten Luftspalt (L1), und mit einem in axialer Richtung der Rotoren (14, 16) und des Stators (12) zwischen dem Stator (12) und dem zweiten Rotor (16) angeordneten, zweiten Luftspalt (L2), gekennzeichnet durch eine Verstelleinrichtung (28), mittels welcher die Luftspalte (L1, L2) asymmetrisch zueinander variierbar sind.
Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (28) dazu ausgebildet ist, die Rotoren (14, 16) in axialer Richtung relativ zu dem Stator (12) und relativ zueinander zu verschieben und dadurch die Luftspalte (L1. L2) asymmetrisch zueinander zu variieren.
Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (28) dazu ausgebildet ist, einen der Rotoren (14, 16) relativ zu dem anderen Rotor (16, 14) und relativ zu dem Stator (12) in axialer Richtung zu verschieben, während ein in axialer Richtung relativ zu dem Stator erfolgendes Verschieben des anderen Rotors (16, 14) unterbleibt.
Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Achse, welche zwei auf in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegenden Seiten angeordnete Fahrzeugräder aufweist, und mit einer Axialflussmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erstes der Fahrzeugräder mittels des ersten Rotors und das zweite Fahrzeugrad mittels des zweiten Rotors antreibbar ist.
Axialflussmaschine (10), mit zwei Statoren (12, 15), mit einem relativ zu den Statoren (12, 15) drehbaren Rotor (14), zwischen welchen in axialer Richtung der Statoren (12, 15) und des Rotors(14) der Rotor (14) angeordnet ist, mit einem in axialer Richtung der Statoren (12, 15) und des Rotors (14) zwischen dem Rotor (14) und einem der ersten Statoren (12) angeordneten, ersten Luftspalt (L1), und mit einem in axialer Richtung der Statoren (12, 15) und des Rotors (14) zwischen dem Rotor (14) und dem zweiten Stator (15) angeordneten, zweiten Luftspalt (L2), gekennzeichnet durch eine Verstelleinrichtung (28), mittels welcher die Luftspalte (L1, L2) zueinander variierbar sind.
Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (28) dazu ausgebildet ist, die Luftspalte (L1, L2) asymmetrisch zueinander zu variieren.
Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (28) dazu ausgebildet ist, die Statoren (12, 15) in axialer Richtung relativ zu dem Rotor (14) und relativ zueinander zu verschieben und dadurch die Luftspalte (L1. L2) zueinander zu variieren.
Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (28) dazu ausgebildet ist, einen der Statoren (12, 15) relativ zu dem anderen Stator (12, 15) und relativ zu dem Rotor (14) in axialer Richtung zu verschieben, während ein in axialer Richtung relativ zu dem Rotor (14) erfolgendes Verschieben des anderen Stators (12, 15) unterbleibt.
Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Achse, welche zwei auf in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegenden Seiten angeordnete Fahrzeugräder aufweist, und mit einer Axialflussmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Fahrzeugräder mittels des Rotors abgetrieben werden.