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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromaschinenanordnung, umfassend eine insbesondere als Radialflussmaschine mit Innenläufer ausgebildete elektrische Maschine mit einem Stator und mit einem Rotor, sowie eine über den Rotor antreibbare Getriebeanordnung, wobei die Getriebeanordnung zumindest bereichsweise in einem innerhalb des Rotors gebildeten Aufnahmeraum angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Fahrzeugachse für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug.
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Aus der
DE 10 2010 048 837 A1 ist eine Antriebsvorrichtung mit wenigstens einem Elektromotor und mindestens einem mit einem Rotor des Elektromotors antreibbaren Planetendifferenzial bekannt, wobei das Planetendifferenzial wenigstens einen Planententräger, der mit einem Rotor des Elektromotors wirkverbunden ist, erste Planetenräder und zweite Planetenräder, die drehbar an dem Planetenträger gelagert sind, sowie ein erstes Sonnenrad und ein zweites Sonnenrad, von denen jedes jeweils mit einer Abtriebswelle des Planetendifferenzials wirkverbunden ist, aufweist. Dabei stehen die ersten Planetenräder mit dem ersten Sonnenrad im Zahneingriff und steht jedes der zweiten Planetenräder mit dem zweiten Sonnenrad sowie mit einem der ersten Planetenräder im Zahneingriff. Ferner sind die Sonnenräder koaxial einer Rotationsachse des Rotors angeordnet.
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In der
DE 10 2016 216 802 A1 wird eine andere Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsmaschine beschrieben, die über eine Antriebswelle mit einer Getriebevorrichtung, umfassend ein Wellgetriebe und ein Differentialgetriebe, wirkverbunden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine gattungsgemäße Elektromaschinenanordnung sowie eine Fahrzeugachse für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug bereitzustellen, die im Hinblick auf ihre Leistungs- und Übersetzungsdichte jeweils weiter optimiert ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Elektromaschinenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Fahrzeugachse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
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Eine erfindungsgemäße Elektromaschinenanordnung umfasst eine als Radialflussmaschine mit Innenläufer ausgebildete elektrische Maschine mit einem Stator und mit einem Rotor, sowie eine über den Rotor antreibbare Getriebeanordnung, wobei die Getriebeanordnung zumindest bereichsweise in einem innerhalb des Rotors gebildeten Aufnahmeraum angeordnet ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Getriebeanordnung ein erstes als Reduzierstufe zur Reduzierung der Drehzahl ausgebildetes Teilgetriebe und ein zweites als Differenzialgetriebe ausgebildetes Teilgetriebe auf. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine Elektromaschinenanordnung geschaffen ist, die im Hinblick auf eine platzsparende Anordnung einer Getriebeanordnung mit Reduzierstufe und Differenzialstufe weiter optimiert ist.
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Zunächst werden wesentliche Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Elektrische Maschinen dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil.
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Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken.
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Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch aufgebaut und besteht in der Regel aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen. Durch diesen Aufbau werden die durch das Statorfeld verursachten Wirbelströme im Stator geringgehalten. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten oder umfänglich geschlossene Ausnehmungen eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion zur Oberfläche hin können die Nuten mit Verschlusselementen, wie Verschlusskeilen oder Deckeln oder dergleichen verschlossen sein, um ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern.
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Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Insbesondere wird von einem Rotor gesprochen, wenn es auch einen Stator gibt.
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Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das ein kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Statorkörper entspricht.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste Teilgetriebe und/oder das zweite Teilgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet ist/sind. Besonders bevorzugt sind beide Teilgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet, wodurch der größte Nutzen im Hinblick auf kleinsten Bauraum und eine optimierte Übersetzungsdichte erzielt werden. Im Ergebnis umfasst die Getriebeanordnung damit ein elementares Minusgetriebe (bei dem Sonne und Hohlrad in entgegengesetzte Richtung drehen), welches als Übersetzungsstufe genutzt wird und ein elementares Plusgetriebe (bei dem Sonne und Hohlrad in dieselbe Richtung drehen), welches als Differenzial genutzt wird.
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Besonders bevorzugt weisen das erste Teilgetriebe und das zweite Teilgetriebe ein gemeinsames, insbesondere einteilig und mit Vorteil monolithisch ausgebildetes, Hohlrad auf. Dabei wird im Sinne der Erfindung unter einteilig auch ein Hohlrad verstanden, welches etwa aus zwei verschiedenen Teil-Hohlrädern durch Verschweißen, Verkleben oder Verschrauben oder dergleichen zu einem Teil gefügt worden ist - während unter einem monolithisch ausgebildeten Hohlrad ein Teil verstanden wird, welches aus einem einzigen Rohling, ohne irgendeine Fügestelle aufzuweisen, gebildet ist. Ein derartig einteilig oder monolithisch ausgebildetes Hohlrad trägt ebenfalls zu einer weiteren Optimierung im Hinblick auf einzusparenden Bauraum bei.
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Mit Vorteil weist das erste als Reduzierstufe ausgebildete Teilgetriebe neben dem gemeinsamen Hohlrad einen Satz von Planetenrädern sowie ein mit dem Rotor drehfest verbundenes Sonnenrad auf. Hierdurch kann eine weitere Steigerung der Leistungsdichte des Systems erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das als Differentialgetriebe ausgebildete zweite Teilgetriebe neben dem gemeinsamen Hohlrad einen ersten Satz von Planetenrädern, einen zweiten Satz von Planetenrädern sowie ein mit einer ersten Abtriebswelle drehfest verbundenes Sonnenrad aufweist. Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Planetenräder des ersten Planetenrädersatzes und die Planetenräder des zweiten Planetenrädersatzes einen gemeinsamen Planetenträger aufweisen, wobei der gemeinsame Planetenträger drehfest mit einer zweiten Abtriebswelle verbunden ist.
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Bevorzugt ist die erste Abtriebswelle über ein weiteres erstes Planetengetriebe mit der Antriebswelle eines ersten Antriebsrads verbunden und ist die zweite Abtriebswelle über ein weiteres zweites Planetengetriebe mit der Antriebswelle eines zweiten Antriebsrads eines Kraftfahrzeugs.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das gemeinsame Hohlrad über zumindest ein Radialwälzlager und/oder zumindest ein Axialwälzlager gegen das Gehäuse bzw. ein Gehäuseteil der elektrischen Maschine bzw. der Elektromaschinenanordnung abgestützt ist. Alternativ kann eine solche Abstützung aber auch ohne zusätzliche direkte Lagerung des Hohlrades der Getriebeanordnung über Wälzlager erfolgen, wobei das Hohlrad dann indirekt über die Abstützung der Planetenträger und der Sonnenräder der Getriebeanordnung gegen das Gehäuse und die Abtriebswellen abgestützt sein kann. Je nach Einsatzgebiet der Erfindung kann durch eine zusätzliche Abstützung mittels Radial- und/oder Axialwälzlagern die Lagerung weiterer Zentralelemente der Planetenradsätze vermieden werden und durch hierdurch gezielt ermöglichte Einstellbewegungen der Getriebeelemente die Leistungsdichte weiter erhöht werden.
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Darüber hinaus wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch eine Fahrzeugachse, insbesondere eine Fahrzeugachse eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, umfassend eine Elektromaschinenanordnung gemäß der Erfindung. Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass eine Elektromaschinenanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können.
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Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Elektromaschinenanordnung in einem axialen Teilschnitt, in schematischer Darstellung, in einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine erfindungsgemäße Elektromaschinenanordnung in einem axialen Teilschnitt, in schematischer Darstellung, in einer zweiten Ausführungsform, und
- 3 eine erfindungsgemäße Elektromaschinenanordnung in einem axialen Teilschnitt, in schematischer Darstellung, in einer dritten Ausführungsform.
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Die Zeichnungsfiguren 1 bis 3 zeigen jeweils eine erfindungsgemäße Elektromaschinenanordnung 1 in einem axialen Teilschnitt, in schematischer Darstellung, in einer leicht verschiedenen Ausführungsform.
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Die jeweils gezeigte Elektromaschinenanordnung 1 umfasst eine als Radialflussmaschine mit Innenläufer ausgebildete elektrische Maschine 2 mit einem Stator 3 und mit einem Rotor 4, sowie eine über den Rotor 4 antreibbare Getriebeanordnung 5. Die Getriebeanordnung 5 ist hier vollständig in einem innerhalb des Rotors 4 gebildeten Aufnahmeraum 41 angeordnet. Die Getriebeanordnung 5 weist ein erstes als Reduzierstufe zur Reduzierung der Drehzahl n ausgebildetes Teilgetriebe 51 und ein zweites als Differenzialgetriebe ausgebildetes Teilgetriebe 52 auf. Aus der 1 als auch aus den 2 und 3 ist ferner ersichtlich, dass das erste Teilgetriebe 51 und das zweite Teilgetriebe 52 als Planetengetriebe ausgebildet sind und ein gemeinsames einteilig ausgebildetes Hohlrad 500 aufweisen. Dabei ist das erste Teilgetriebe 51 als Reduzierstufe ausgebildet und weist neben dem gemeinsamen Hohlrad 500 einen Satz von Planetenrädern 510 sowie ein mit dem Rotor 4 drehfest verbundenes Sonnenrad 511 auf. Das zweite Teilgetriebe 52 ist hingegen als Differentialgetriebe ausgebildet und weist neben dem gemeinsamen Hohlrad 500 einen ersten Satz von Planetenrädern 520, einen zweiten Satz von Planetenrädern 521 sowie ein mit einer ersten Abtriebswelle 6 drehfest verbundenes Sonnenrad 522 auf. Die Planetenräder 520 des ersten Planetenrädersatzes und die Planetenräder 521 des zweiten Planetenrädersatzes teilen sich einen gemeinsamen Planetenträger 523, wobei der gemeinsame Planetenträger 523 drehfest mit einer zweiten Abtriebswelle 7 verbunden ist. Die erste Abtriebswelle 6 ist dabei über ein weiteres erstes Planetengetriebe 100 mit der Antriebswelle eines ersten Antriebsrads 8 und die zweite Abtriebswelle 6 ist über ein weiteres zweites Planetengetriebe 200 mit der Antriebswelle eines zweiten Antriebsrads 9 eines Kraftfahrzeugs verbunden.
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In 1 ist die Elektromaschinenanordnung 1 frei von irgendwelchen Wälzlagern und ausschließlich indirekt über die Anbindung der Planetenträger und Sonnenräder am Gehäuse 10 bzw. an anderen Komponenten der Anordnung oder der Anordnungsumgebung abgestützt ist.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Elektromaschinenanordnung 1 in einer Ausführung, bei der das Hohlrad 500 der Getriebeanordnung 5 über ein Radialwälzlager 11 gegen das umgebende Gehäuse 10 abgestützt ist.
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Auch ist in der Figur gezeigt, dass das gemeinsame Hohlrad 500 über ein Radialwälzlager 11 und/oder ein Axialwälzlager 12 gegen das Gehäuse 10 bzw. ein Gehäuseteil der elektrischen Maschine 2 bzw. der Elektromaschinenanordnung 1 abgestützt ist.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Elektromaschinenanordnung 1 in einer Ausführung, bei der das Hohlrad 500 der Getriebeanordnung 5 über zwei an den axialen Enden des Hohlrades 500 angeordnete Axialwälzlager 11 gegen das umgebende Gehäuse 10 abgestützt ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromaschinenanordnung
- 2
- Maschine
- 3
- Stator
- 4
- Rotor
- 41
- Aufnahmeraum
- 5
- Getriebeanordnung
- 51
- erstes Teilgetriebe
- 52
- zweites Teilgetriebe
- 500
- Hohlrad
- 510
- Satz Planetenräder (erstes Teilgetriebe)
- 511
- Sonnenrad (erstes Teilgetriebe)
- 520
- erster Satz Planetenräder (zweites Teilgetriebe)
- 521
- zweiter Satz Planetenräder (zweites Teilgetriebe)
- 523
- Planetenträger
- 522
- Sonnenrad (zweites Teilgetriebe)
- 6
- erste Abtriebswelle
- 7
- zweite Abtriebswelle
- 8
- erstes Antriebsrad (KFZ)
- 9
- zweites Antriebsrad (KFZ)
- 10
- Gehäuse
- 11
- Radialwälzlager
- 12
- Axialwälzlager
- 100
- weiteres erstes Planetengetriebe
- 200
- weiteres zweites Planetengetriebe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010048837 A1 [0002]
- DE 102016216802 A1 [0003]
