DE102022207183A1

DE102022207183A1 - Elektrische Maschine mit einer Wirbelstrombremse

Info

Publication number: DE102022207183A1
Application number: DE102022207183.2A
Authority: DE
Inventors: Laszlo Boros; Simon Peter; Xi Nowak; Simon Trautmann; Tobias Loss; Nicolai Hofmann; Marcel Maier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-07-14
Filing date: 2022-07-14
Publication date: 2024-01-25
Also published as: WO2024012783A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine (24) mit einer Wirbelstrombremse (22) in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug (10), wobei die Wirbelstrombremse (22) einen Stator (64, 144) umfasst, der eine Anzahl bestrombarer Spulen (56) aufweist, und der einem Rotor (54, 96) gegenüberliegt, der mit einer Welle (52) drehfest verbunden ist. Die Wirbelstrombremse (22) umfasst einen in diese integrierten Parkbremsmechanismus (70), der einen elektromechanischen Aktuator (74) enthält, der eine Aktuierungskraft (72) Fakterzeugt, die bei abgestelltem, elektrisch angetriebenem Fahrzeug (10) aufrechterhalten bleibt und den Rotor (54, 96) in seiner Drehlage blockiert. Ferner bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der elektrischen Maschine (24) mit einer Wirbelstrombremse (22) mit integriertem Parkbremsmechanismus (70) in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug (10).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit einer Wirbelstrombremse in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, wobei die Wirbelstrombremse einen Stator umfasst, der eine Anzahl bestrombarer Spulen aufweist und einem Rotor gegenüberliegt, der mit einer Welle drehfest verbunden ist. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des elektrischen Antriebs mit einer Wirbelstrombremse mit integriertem Parkmechanismus in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug.
Stand der Technik
DE 10 2020 200 852 A1 hat ein Antriebssystem zum Gegenstand, welches die Beanspruchung der mechanischen Bremse minimieren soll, indem die Bremskraft durch Einwirken der mechanischen und/oder einer Wirbelstrombremse auf eine mit einem Rotor des Elektromotors entlang einer Rotationsachse rotierbar verbundene Wirkeinheit erzeugt wird. Die Wirkeinheit kann dabei kombiniert von der Wirbelstrombremse und der mechanischen Bremse zur Erzeugung einer Bremskraft mechanisch beziehungsweise elektromagnetisch beaufschlagbar sein. Die Aktivierung von Wirbelstrom- und/oder mechanischer Bremse erfolgt durch die Leistungselektronik, abhängig vom angeforderten Verzögerungsbedarf (z. B. Normalbetrieb oder Notbremsung). In einer Ausführung wird die Wirkeinheit in Form einer Trommel, in einer weiteren in Form einer Scheibe beschrieben und ist jeweils sowohl Bestandteil der mechanischen Bremse als auch der Wirbelstrombremse. Die kombinierte Verwendung ermöglicht eine kompakte Bauweise der Antriebseinheit. Die mechanische Bremse erzeugt auch bei Stromausfall oder Ausfall der Wirbelstrombremse eine Bremskraft und kann dazu eingerichtet sein, als Parkbremse beziehungsweise Handbremse zu fungieren. Sie kann besonders verschleißarm und schonend betrieben werden, wenn die Bremskraft im Fall eines Energieausfalls oder eines Parkvorgangs oder einer geringen Drehgeschwindigkeit der Wirkeinheit durch die mechanische Bremse aufzubringen ist.
DE 10 2019 201 952 A1 hat eine Parksperre in einem elektrischen Achsantrieb zum Gegenstand, die durch eine magnetorheologische Flüssigkeit realisiert ist. Offenbart wird eine Bremseinrichtung, die einen feststehenden und einen drehbaren Teil aufweist, zwischen denen ein Spalt mit magnetorheologischer Flüssigkeit verläuft. Dadurch kann eine erhebliche Vereinfachung des Aufbaus einer Parkbremse beziehungsweise eine einfachere Darstellung einer Parkbremsfunktion erreicht werden, die sich einerseits durch einen geringen Bauraum und andererseits durch ein geringes Eigengewicht auszeichnet.
Bei Elektrofahrzeugen erfolgt der Bremsvorgang vornehmlich rekuperativ durch Betreiben der elektrischen Maschine im Generatormodus. Trotz dieses Umstands sind bei heutigen Elektrofahrzeugen nach wie vor hydraulisch betätigte Reibbremsen verbaut, wie in Fahrzeugen, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden. Dies liegt zum einen daran, dass ein Bremsen bei hoher Drehzahl im Feldschwächebereich der elektrischen Maschine liegt. Dies bedeutet, dass bei hohen Geschwindigkeiten das Bremsmoment des Generators typischerweise nicht für eine Notbremsung beziehungsweise Vollbremsung ausreichend ist. Hinsichtlich der Verfügbarkeit kann bei einer im Generatormodus betriebenen elektrischen Maschine nicht davon ausgegangen werden, dass diese stets in der Lage ist, das erforderliche angefragte Bremsmoment aufzubringen.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen, die eine Wirbelstrombremse umfasst und in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug eingebaut ist, wobei die Wirbelstrombremse einen Stator umfasst, der eine Anzahl bestrombarer Spulen aufweist und einem Rotor gegenüberliegt, der mit einer Welle drehfest verbunden ist. Die Wirbelstrombremse umfasst einen in diese integrierten Parkbremsmechanismus, der einen elektromechanischen Aktor umfasst, der eine Aktuierungskraft erzeugt, die bei abgestelltem, elektrisch angetriebenem Fahrzeug aufrechterhalten bleibt und den Rotor in seiner Drehlage blockiert.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschine wird das Stillstandsmanagement eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs erheblich verbessert, da nunmehr der Parkbremsmechanismus das elektrisch angetriebene Fahrzeug im stromlosen Zustand desselben blockiert, indem die Wirbelstrombremse keine Bremswirkung entfaltet.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine ist der den Parkbremsmechanismus aktuierende elektromechanische Aktor selbsthemmend ausgeführt oder wirkt mit einem selbsthemmend ausgeführten Getriebe zusammen.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschine, welche den Parkbremsmechanismus zur Erzeugung der Aktuierungskraft umfasst, kann entweder in

- Trommelbremsenbauweise oder
- Scheibenbremsenbauweise oder
- Stempelbauweise mit innenliegendem Stempel oder
- Stempelbauweise mit außenliegendem Stempel oder
- Keilbauweise mit Radialkeilen oder
- Bremsbandbauweise

Sämtlichen Ausführungsvarianten des Parkbremsmechanismus ist gemeinsam, dass der Parkbremsmechanismus im stromlosen Zustand des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs wirksam bleibt, unabhängig von der Funktion der im elektrischen Fahrzeug vorgesehenen Wirbelstrombremse. Während diese im Fahrbetrieb des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs eine wirksame Bremsmöglichkeit darstellt, übernimmt der in die Wirbelstrombremse integrierte Parkbremsmechanismus das Stillstandsmanagement des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, wobei der Parkbremsmechanismus Komponenten der Wirbelstrombremse der elektrischen Maschine nutzt, wodurch aufgrund einer Mehrfachnutzung bereits vorhandener Komponenten Gewicht eingespart werden kann.
In einer vorteilhaften ersten Ausführungsvariante des Parkbremsmechanismus ist dieser in Trommelbremsenbauweise ausgeführt und in den Rotor der Wirbelstrombremse integriert, wobei entweder Bremsbacken gegen eine Innenmantelfläche des Rotors oder gegen eine Außenmantelfläche des Rotors in radialer Richtung angestellt werden.
In weiterer Ausgestaltung dieser Ausführungsvariante sind die Bremsbacken in einem Lagerungspunkt abgestützt, der mit einem Gehäuse der Wirbelstrombremse verbunden und mittels des innerhalb des Rotors angeordneten Aktuators radial betätigbar ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der ersten Ausführungsvariante des Parkbremsmechanismus in Trommelbremsenbauweise sind die Wirkflächen beziehungsweise Reibflächen, auf welche die Bremsbacken an der Innenumfangsfläche oder der Außenumfangsfläche wirken, verschieden von einer Wirkfläche der Wirbelstrombremse. Dadurch erfolgt eine Reibkraftverteilung auf voneinander unabhängigen Flächen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der ersten Ausführungsvariante des Parkbremsmechanismus in Trommelbremsenbauweise sind die Bremsbacken innerhalb des Rotors der Wirbelstrombremse mittels eines Stegs gelenkig miteinander verbunden und mittels des Aktuators in radialer Richtung aufspreizbar.
In einer weiteren zweiten vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist der Parkbremsmechanismus in Scheibenbremsenbauweise ausgeführt, wobei dem Außenumfang eines vergrößerten Rotors der Wirbelstrombremse ein Bremssattel zugeordnet ist, dessen Reibbeläge in axialer Richtung verstellbar sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dieser zweiten Ausführungsvariante des Parkbremsmechanismus in Scheibenbremsenbauweise sind die Reibbeläge beidseits an einen Reibring am Außenumfang des vergrößerten Rotors der Wirbelstrombremse anstellbar.
In einer dritten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parkbremsmechanismus ist dieser in als innen- oder außenliegender Stempelbauweise ausgeführt, wobei entweder ein in Axialanstellung an einer Stirnseite des Rotors anstellbarer Stempel vorgesehen ist oder alternativ ein in Radialanstellung an den Außenumfang des Rotors der Wirbelstrombremse anstellbarer Stempel vorgesehen ist.
In einer weiteren vorteilhaften vierten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parkbremsmechanismus ist dieser in Keilbauweise ausgeführt, wobei eine Anzahl von Radialkeilen vorgesehen ist, die bei deren Radialbewegung den Rotor der Wirbelstrombremse gegen eine Keilfläche, die am Gehäuse der Wirbelstrombremse ausgebildet ist, anstellen und in dieser angestellten Lage fixieren.
Schließlich ist in einer vorteilhaften fünften Ausführungsvariante der Parkbremsmechanismus in Bremsbandbauweise ausgeführt, wobei ein Reibband vorgesehen ist, welches einen Außenradius des Rotors umschlingt und mittels des Aktuators zusammengezogen werden kann. Bei dieser Ausführungsvariante des Parkbremsmechanismus ist das Reibband im Aktuator abgestützt, der seinerseits am Gehäuse der Wirbelstrombremse aufgenommen ist.
In einer vorteilhaften weiteren Ausführungsvariante umfasst die elektrische Maschine mit einer Wirbelstrombremse innerhalb eines elektrischen Fahrzeugs einen Stator, der eine Anzahl bestrombarer Spulen aufweist und der einem Rotor gegenüberliegt, der mit einer Welle drehfest verbunden ist, wobei die Wirbelstrombremse einen in diesen integrierten Parkbremsmechanismus umfasst, der in Verschiebebauweise ausgeführt ist, derart, dass eine Wirbelstrombremse einen verschiebbar ausgeführten Stator umfasst, der drehfest mit einem Gehäuse der Wirbelstrombremse verbunden und mittels eines Federaktuators vorgespannt ist und auf elektromagnetischem Weg in Richtung des Rotors gezogen wird und dort verriegelbar ist.
Des Weiteren ist in einer vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine mit integriertem Parkbremsmechanismus vorgesehen, dass dieser ebenfalls in Verschiebebauweise ausgeführt ist, wobei ein verschiebbarer Stator der Wirbelstrombremse einen Reibkonus umfasst, der verschiebbare Stator in einer Statorführung geführt ist und mittels eines Federaktuators an die Reibfläche des Rotors der Wirbelstrombremse anstellbar ist.
Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der elektrischen Maschine in einem E-Achsen-Modul eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in vorteilhafter Weise ein Parkbremsmechanismus in einer zentral im Antriebsstrang eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs integrierten Wirbelstrombremse aufgenommen werden. Dadurch kann beispielsweise die Parkbremsfunktionalität auch für solche Fahrzeuge dargestellt werden, welche anstelle von konventionellen Radbremsen, insbesondere an der Hinterachse, nur eine zentrale Wirbelstrombremse als Betriebsbremse besitzen. Zudem kann die Parkbremse, insbesondere bei der Nutzung mit einer Wirbelstrombremse zur Unterstützung der Betriebsbremse bei niedrigen Geschwindigkeiten eingesetzt werden. Der Parkbremsmechanismus in seinen verschiedenen Ausführungsvarianten wirkt in vorteilhafter Weise auf die für die Wirbelstrombremse genutzte Bremsscheibe, welche den Rotor der Wirbelstrombremse darstellt, und blockiert diese reibschlüssig im Stillstand des Fahrzeugs, da in diesem Zustand des Fahrzeugs die Wirbelstrombremse keine Bremswirkung entfaltet. Des Weiteren kann der erfindungsgemäß vorgeschlagene Parkbremsmechanismus durch die Nutzung der Komponenten der Wirbelstrombremse dazu beitragen, Komponenten einzusparen beziehungsweise bereits vorhandene Komponenten mehrfach zu nutzen. Zudem kann die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bremsaktuatorik als Parkbremse bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten als Reibbremse zur Unterstützung beziehungsweise als Backup der Betriebsbremse eingesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist, dass die elektrische Maschine und die Wirbelstrombremse in der Regel über ein Getriebe (häufig mit hoher Übersetzung größer 10) mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden sind. Dadurch wird das Drehmoment verstärkt. Dadurch wiederum kann der Parkbremsaktuator in dieser Ausführungsvariante besonders klein und kostengünstig ausgeführt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, bei welchem der elektrischen Maschine eine Wirbelstrombremse zugeordnet ist, welche als zentrale Bremse auf die Hinterachse der Fahrzeugtopologie wirkt,
2 die wesentlichen Komponenten einer Wirbelstrombremse,
3 und 3.1 die erste Ausführungsvariante des Parkbremsmechanismus, integriert in die Wirbelstrombremse in Trommelbremsenbauweise,
4 den Parkbremsmechanismus, ausgebildet in Scheibenbremsenbauweise,
5 eine dritte Ausführungsvariante des Parkbremsmechanismus in Stempelbauweise (innenliegend),
6 eine Alternative zur Stempelbauweise gemäß 5, bei der der Parkbremsmechanismus in außenliegender Stempelbauweise aufgebaut ist,
7 eine weitere Ausführungsvariante des Parkbremsmechanismus in Keilbauweise,
8 und 8.1 die Ausführung des in die Wirbelstrombremse integrierten Parkbremsmechanismus in Bremsbandbauweise und
9 und 10 die Ausbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Parkbremsmechanismus in Verschiebebauweise mit einem verschiebbaren Stator.

Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 zeigt in schematischer Weise eine Fahrzeugtopologie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 10, dessen Vorderachse 12 ein Vorderrad links 14 sowie ein Vorderrad rechts 16 aufweist. Den beiden Vorderrädern 14, 16 sind jeweils eine linke Radbremse 18 beziehungsweise eine rechte Radbremse 20 zugeordnet.
Darüber hinaus weist das elektrisch angetriebene Fahrzeug 10 gemäß der Topologie in 1 eine Wirbelstrombremse 22 auf, die hier beispielsweise koaxial zu einer elektrischen Maschine 24 und einem Getriebe 26 angeordnet ist. Die nachfolgend beschrieben Parkbremsmechanismen 70, mit Ausnahme derer, die die Anziehungskräfte von Spulen 56 zur Aktuierung nutzen (vgl. 9 und 10), sind auch auf andere Bauweisen von Wirbelstrombremsen 22 übertragbar, so beispielsweise bei deren Radialanordnung relativ zur elektrischen Maschine 24. An einem Ausgang 28 des Getriebes 26 wirkt dieses auf ein Differentialrad 32 eines Differentials 30, das auch als Ausgleichsgetriebe bezeichnet wird. Von diesem weisen seitlich eine erste Abtriebswelle 34 sowie eine dieser gegenüberliegende zweite Abtriebswelle 36 auf, die eine Hinterachse 38 bilden und ein Hinterrad links 40 sowie ein Hinterrad rechts 42 antreiben.
Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass an der Hinterachse 38 des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 10 gemäß der Topologie in 1 keine Betriebsbremsen ausgebildet sind, vielmehr erfolgt die Abbremsung an der Hinterachse 38 durch die auf die elektrische Maschine 24 wirkende Wirbelstrombremse 22, die koaxial zur elektrischen Maschine 24 angeordnet ist. Steht das Fahrzeug still, ist die Wirbelstrombremse 22 wirkungslos.
2 zeigt die wesentlichen Komponenten der Wirbelstrombremse 22. Die Wirbelstrombremse 22 gemäß der Darstellung in 2 umfasst ein stationär angeordnetes Gehäuse 50. Im Gehäuse 50 sind mehrere Spulen 56 aufgenommen, die jeweils eine Wicklung 58 umfassen, die sich um einen Eisenkern 60 erstreckt. Das Gehäuse 50 umfasst ein gemeinsames Rückschlusselement 62 für sämtliche Spulen 56. Die Spulen 56 liegen einem Rotor 54 gegenüber, von dem eine Welle 52 abzweigt. Diese ist im Allgemeinen mit dem Rotor 54 der elektrischen Maschine 24, wie sie in 1 dargestellt ist, verbunden. Bezugszeichen 64 bezeichnet einen Stator der Wirbelstrombremse 22.
Die 3 und 3.1 zeigen eine erste Ausführungsvariante eines Parkbremsmechanismus 70 in Trommelbremsenbauweise 76. Aus den beiden 3 und 3.1 geht hervor, dass der Parkbremsmechanismus 70 eine Aktuierungskraft F_akt 72 mittels eines Aktuators 74 erzeugt. Bei diesem Aktuator 74 handelt es sich um einen elektromechanischen Aktuator, der entweder selbsthemmend ausgebildet ist oder mit einem selbsthemmend ausgeführten Getriebe zusammenwirkt und die Stellkraft auf die Elemente des Parkbremsmechanismus 70 durch die Aktuierungskraft F_akt 72 aufbringt.
Bei der Ausgestaltung des Parkbremsmechanismus 70 in Trommelbremsenbauweise 76 gemäß den 3 und 3.1 sind im Inneren des Rotors 54 der Wirbelstrombremse 22 beispielsweise Bremsbacken 78 einander gegenüberliegend aufgenommen. Die einzelnen Bremsbacken 78 sind jeweils mit einem Bremsbelag 80 überzogen. Die beiden einander gegenüberliegenden, halbzylindrischen Bremsbacken 78 sind einerseits über einen Steg 82 miteinander verbunden und andererseits an einem Lagerungspunkt 84 aufgenommen. Wird der Aktuator 74 betätigt, so werden die beiden Bremsbacken 78 gespreizt, d. h. in radialer Richtung verstellt und legen sich an die Innenumfangsfläche 88 des Rotors 54 an, so dass dieser im Stillstand des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 10 blockiert ist.
Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, dass die Bremsbacken 78 in einer alternativen Bauweise an einer Außenumfangsfläche 89 des Rotors 54 angestellt werden. Diese Ausführungsvariante der Trommelbremsenbauweise 76 ist in den 3 und 3.1 nicht zeichnerisch dargestellt.
3 ist zu entnehmen, dass durch den im Rotor 54 angeordneten Aktuator 74 die Aktuierungskraft F_akt 72 in beide Richtungen auf die Bremsbacken 78 wirkt, welche demzufolge an die Innenumfangsfläche 88 des Rotors 54 angestellt werden und somit eine Rotation der Rotorwelle 52 der elektrischen Maschine 24 gemäß der schematischen Darstellung in 1 blockieren. Somit ist im Stillstand des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 10 gemäß der Darstellung in 1 eine Verriegelung gegeben, so dass ein Stillstandsmanagement des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 10 durch den Parkbremsmechanismus 70 realisiert werden kann.
Der Darstellung in 4 ist in schematischer Weise eine weitere, zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen, in die Wirbelstrombremse 22 integrierten Parkbremsmechanismus 70 zu entnehmen. In dieser Ausführungsvariante befindet sich auf dem Rotor 54 der Wirbelstrombremse 22 in Scheibenbremsbauweise 90 etwa mittig ein Reibring 98. Dieser Reibring 98 kann beispielsweise auf einem vergrößerten Rotor 96 oder auch auf dem Rotor 54 gemäß den vorstehenden Figuren an dessen Außenumfang angeordnet sein. Der Parkbremsmechanismus 70 in Scheibenbremsbauweise 90 umfasst eine am Gehäuse 50 der Wirbelstrombremse 22 angeordneten Bremssattel 92. Im Bremssattel 92 sind Reibbeläge 94 integriert, die in axialer Richtung wirkend die Aktuierungskraft F_akt 72 auf den am Umfang des Rotors 54 beziehungsweise eines in seinem Durchmesser vergrößerten Rotors 96 übertragen.
Die Komponenten der Wirbelstrombremse 22 gemäß der in 4 dargestellten zweiten Ausführungsvariante des in die Wirbelstrombremse 22 integrierten Parkbremsmechanismus 70 sind identisch zu denen gemäß 2.
Die 5 und 6 zeigen Ausführungsvarianten einer dritten Ausführungsvariante des Parkbremsmechanismus 70, integriert in die Wirbelstrombremse 22.
5 zeigt eine Stempelbauweise 100 mit einem innenliegenden Stempel 102. Dieser wird durch die Aktuierungskraft F_akt 72 in axialer Richtung gegen die Stirnseite des Rotors 54 der Wirbelstrombremse 22 gedrückt. An seiner Stirnseite umfasst der innenliegende Stempel 102 einen Reibbelag 104, der im angestellten Zustand bei der axialen Anstellung 108 des innenliegenden Stempels 102 die Rotation des Rotors 54 der Wirbelstrombremse 22 blockiert, so dass auch die Rotation der Welle 52, beispielsweise der Antriebswelle der elektrischen Maschine 24 gemäß 1, blockiert ist. Auch in dieser Ausführungsvariante sind die Komponenten der Wirbelstrombremse 22 identisch zu denen der Wirbelstrombremse 22, wie sie im Zusammenhang mit 2 bereits beschrieben wurde.
6 zeigt eine Stempelbauweise 110 im Rahmen der dritten Ausführungsvariante des Parkbremsmechanismus 70, integriert in die Wirbelstrombremse 22. Gemäß der Darstellung in 6 ist ein außenliegender Stempel 112 vorgesehen, der am Gehäuse 50 der Wirbelstrombremse 22 in radialer Richtung beweglich geführt ist und bei radialer Anstellung 116 an den Außenumfang des Rotors 54 der Wirbelstrombremse 22 angestellt wird. Auch in diesem Fall ist die Rotation des Rotors 54 der Wirbelstrombremse 22 bei radialer Anstellung 116 des außenliegenden Stempels 112 an die Umfangsfläche des Rotors 54 blockiert, so dass auch die Rotation der Welle 52 unterbunden ist, mithin die elektrische Maschine 24 blockiert ist.
7 zeigt eine vierte Ausführungsvariante des Parkbremsmechanismus 70, integriert in die Wirbelstrombremse 22.
Gemäß der Darstellung in 7 sind im Gehäuse 50 der Wirbelstrombremse 22 in radialer Richtung in dieses einfahrbare Radialkeile 122 vorgesehen. Der Parkbremsmechanismus 70 ist mithin in Keilbauweise 120 ausgeführt. Bei Aufbringen der Aktuierungskraft F_akt 72 in radialer Richtung fahren die Radialkeile 122 in das Innere des Gehäuses 50 ein und setzen den Rotor 54 der Wirbelstrombremse 22 in Zusammenwirkung mit am Inneren des Gehäuses 50 ausgebildeten Keilflächen 124 fest. Mithin unterbleibt dessen Rotation, so dass auch in diesem Fall der Rotor 54 der Wirbelstrombremse 22 blockiert und eine Drehung der Welle 52 nicht mehr möglich ist. In Bezug auf die Komponenten der Wirbelstrombremse 22 gemäß der Darstellung in 7 wird auf die Komponenten der Wirbelstrombremse 22 verwiesen, wie sie in Zusammenhang mit 2 bereits beschrieben wurden.
Den 8 und 8.1 ist eine fünfte Ausführungsvariante des Parkbremsmechanismus 70, integriert in die Wirbelstrombremse 22, zu entnehmen.
In der fünften Ausführungsvariante des Parkbremsmechanismus 70 ist dieser in Bremsbandbauweise 130 ausgebildet. Ein Reibband 132, welches bevorzugt als Stahlgliederband oder dergleichen ausgebildet ist, ist mit seinen Enden im Aktuator 74 aufgenommen. Erzeugt dieser eine Aktuierungskraft F_akt 72 werden die Enden des Reibbands 132 am Aktuator 74 zusammengezogen, so dass der Rotor 54 an einer Verdrehung gehindert ist und durch das diesen umgebende Reibband 132 stillgesetzt ist. Der Aktuator 74 ist im Gehäuse 50 der Wirbelstrombremse 22 an Lagerungen 134 gelagert. Sobald das Reibband 132 den Rotor 54 stillgesetzt hat, ist dieser blockiert und blockiert demzufolge auch die Drehung der Welle 52, beispielsweise einer Rotorwelle der in 1 schematisch dargestellten elektrischen Maschine 24. In Bezug auf die Komponenten der Wirbelstrombremse 22 gilt das oben bereits mehrfach Erwähnte.
Den 9 und 10 sind Bauweisen des Parkbremsmechanismus 70 zu entnehmen, die in Verschiebebauweise 140 ausgeführt sind.
9 zeigt beispielsweise einen relativ zum Gehäuse 50 der Wirbelstrombremse 22 axial verschiebbaren Stator 144. Der axial verschiebbare Stator 144 ist in der Darstellung gemäß 9 beispielsweise in einer Statorführung 148 verschiebbar, die Teil des Gehäuses 50 der Wirbelstrombremse 22 ist. Wird der axial verschiebbare Stator 144 verschoben, so kann dies aufgrund der Magnetisierung der Spulen 56 der Wirbelstrombremse 22 erfolgen, so dass ein mechanischer Kontakt zwischen dem Rotor 54 und den Spulen 56 der Wirbelstrombremse 22 vorliegt, die wiederum drehfest in der Statorführung 148 geführt sind, so dass eine Rotation ausgeschlossen ist. Wird die Wirbelstrombremse 22 als Betriebsbremse genutzt, wird der verschiebbare Stator 144 von einer Feder 142 in Position gehalten. Die Feder 142 ist derart ausgelegt, dass bei der Nutzung als Betriebsbremse kein Kontakt zwischen dem axial verschiebbaren Stator 144 und dem Rotor 54 hergestellt wird, wobei die magnetische Anziehungskraft zwischen dem Rotor 54 und dem axial verschiebbaren Stator 144 mit abnehmender Drehzahl zunimmt und im Stillstand maximal ist. Deshalb wird im Stillstand die Federkraft überwunden. Nachdem der Kontakt im Stillstand hergestellt ist, wird ein Aktuator 74 genutzt, um eine Kraft F_lock aufzubringen, welche eine Verriegelung des axialen Verschiebemechanismus herstellt und stromloses Abstellen des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 10 ermöglicht. Diese Verriegelung kann beispielsweise formschlüssig durch einen Stift erfolgen, der in eine Verzahnung eingreift.
Aus der Schnittdarstellung gemäß 9 geht hervor, dass die dort dargestellte Wirbelstrombremse 22 im Wesentlichen - abgesehen vom axial verschiebbaren Stator 144 - identische Komponenten aufweist wie die in 2 dargestellte Wirbelstrombremse 22 mit stationärem Stator 64. Der axial verschiebbare Stator 144 gemäß der Darstellung in 9 umfasst das Rückschlusselement 62 sowie eine Anzahl von Spulen 56, die jeweils Wicklungen 58 aufweisen, die um Eisenkerne 60 gewickelt sind.
Der Darstellung gemäß 10 schließlich ist eine weitere Ausführungsvariante des Parkbremsmechanismus 70 in Verschiebebauweise 140 zu entnehmen. Bei dieser Ausführungsvariante erfolgt eine axiale Anstellung 108 des verschiebbaren Stators 144 in der im Gehäuse 50 der Wirbelstrombremse 22 ausgeführten Statorführung 148. Unterstützt durch den Federaktuator 142 erfolgt eine axiale Anstellung 108 des verschiebbaren Stators 144 in axialer Richtung, bis ein Reibkonus 146 an korrespondierende Reibflächen 150 eines modifizierten Stators 64 der Wirbelstrombremse 22 anliegt. Mithin herrscht in der Ausführungsvariante gemäß 10 im blockierten Zustand des Parkbremsmechanismus 70 ein Reibkontakt zwischen der Außenseite des Reibkonus 146 und der Reibfläche 150 des modifiziert konfigurierten, nämlich mit einer Kegelfläche ausgeführten Rotors 54 der Wirbelstrombremse 22.
Auch für den Parkbremsmechanismus 70 gemäß 10, in Verschiebebauweise 140 ausgeführt, gilt, dass die Wirbelstrombremse 22 eine Anzahl von Spulen 56 aufweist, die jeweils Wicklungen 58 umfassen, die um Eisenkerne 60 gewickelt sind. Auch hier ist ein Rückschlusselement 62 für sämtliche Spulen 56 der Wirbelstrombremse 22 vorgesehen. Zur Aufrechterhaltung des Reibschlusses zwischen dem Reibkonus 146 einerseits und der Reibfläche 150 des modifizierten Rotors 54 andererseits sind deren Geometrien komplementär zueinander ausgeführt.
Auch in der Ausführungsvariante gemäß 10 ist der verschiebbare Stator 144 in einer im Gehäuse 50 der Wirbelstrombremse 22 ausgeführten Statorführung 148 geführt, so dass dieser eine axiale Anstellung 108 bei Beaufschlagung durch die Aktuierungskraft F_akt 72 ausführt.
Zu den Komponenten der Wirbelstrombremse 22 in den Ausführungen des Parkbremsmechanismus 70 in Verschiebebauweise 140 gilt das bereits zu 2 Gesagte.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102020200852 A1 [0002]
DE 102019201952 A1 [0003]

Claims

Elektrische Maschine (24) mit einer Wirbelstrombremse (22) in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug (10), wobei die Wirbelstrombremse (22) einen Stator (64, 144) umfasst, der eine Anzahl von bestrombaren Spulen (56) aufweist und der einem Rotor (54, 96) gegenüberliegt, der mit einer Welle (52) drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstrombremse (22) einen in diese integrierten Parkbremsmechanismus (70) umfasst, der einen elektromechanischen Aktuator (74, 142) aufweist, der eine Aktuierungskraft (72) F_akt erzeugt, die bei abgestelltem, elektrisch angetriebenem Fahrzeug (10) aufrechterhalten bleibt und den Rotor (54, 96) in seiner Drehlage blockiert.
Elektrische Maschine (24) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Aktuator (74, 142) selbsthemmend ausgeführt ist oder mit einem selbsthemmend ausgeführten Getriebe (26) zusammenwirkt.
Elektrische Maschine (24) gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Parkbremsmechanismus (70) zur Erzeugung der Aktuierungskraft (72) F_akt in - Trommelbremsenbauweise (76) oder - Scheibenbremsenbauweise (90) oder - Stempelbauweise (100) mit innenliegendem Stempel (102) oder - Stempelbauweise (110) mit außenliegendem Stempel (112) oder - Keilbauweise (120) mit Radialkeilen (122) oder - Bremsbandbauweise (130) ausgeführt ist.
Elektrische Maschine (24) gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Parkbremsmechanismus (70) in Trommelbremsenbauweise (76) in den Rotor (54) der Wirbelstrombremse (22) integriert ist, wobei entweder Bremsbacken (78) gegen eine Innenmantelfläche (88) oder gegen eine Außenmantelfläche (89) des Rotors (54) radial anstellbar sind.
Elektrische Maschine (24) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsbacken (78) an einem Lagerungspunkt (84) abgestützt sind, der mit einem Gehäuse (50) der Wirbelstrombremse (22) verbunden ist und mittels des innerhalb des Rotors (54) angeordneten Aktuators (74) radial betätigt wird.
Elektrische Maschine (24) gemäß den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkflächen/Reibflächen, auf welche die Bremsbacken (78) an der Innenmantelfläche (88) oder der Außenmantelfläche (89) wirken, verschieden von einer Wirkfläche der Wirbelstrombremse (22) sind.
Elektrische Maschine (24) gemäß den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsbacken (78) innerhalb des Rotors (54) der Wirbelstrombremse (22) mittels eines Stegs (82) gelenkig verbunden und mittels des Aktuators (74) radial spreizbar sind.
Elektrische Maschine (24) gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Parkbremsmechanismus (70) in Scheibenbremsenbauweise (90) einen dem Außenumfang (86) eines vergrößerten Rotors (96) der Wirbelstrombremse (22) zugeordneten Bremssattel (92) umfasst, der Reibbeläge (94) in axialer Richtung anstellt.
Elektrische Maschine (24) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibbeläge (94) beidseits an einen Reibring (98) am Außenumfang (86) des vergrößerten Rotors (96) anstellbar sind.
Elektrische Maschine (24) gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Parkbremsmechanismus (70) in innen- oder außenliegender Stempelbauweise (100, 110) entweder einen in Axialrichtung (108) an eine Stirnseite des Rotors (54) der Wirbelstrombremse (22) anstellbaren Stempel (102) oder einen in Radialanstellung (116) an den Außenumfang (86) des Rotors (54) der Wirbelstrombremse (22) anstellbaren Stempel (112) umfasst.
Elektrische Maschine (24) gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Parkbremsmechanismus (70) in Keilbauweise (120) eine Anzahl von Radialkeilen (122) umfasst, bei deren Radialbewegung der Rotor (54) der Wirbelstrombremse (22) gegen Keilflächen (124) des Gehäuses (50) der Wirbelstrombremse (22) angestellt wird.
Elektrische Maschine (24) gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Parkbremsmechanismus (70) in Bremsbandbauweise (130) ein Reibband (132) umfasst, welches um einen Außenumfang (86) des Rotors (54) geschlungen ist, und mittels des Aktuators (74) zusammengezogen wird.
Elektrische Maschine (24) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibband (132), vorzugsweise als Stahlband ausgebildet, im Aktuator (74) abgestützt ist, der seinerseits im Gehäuse (50) der Wirbelstrombremse (22) aufgenommen ist.
Elektrische Maschine (24) mit einer Wirbelstrombremse (22) in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug (10), wobei die Wirbelstrombremse (22) einen Stator (64, 144) umfasst, der eine Anzahl von bestrombaren Spulen (56) aufweist und der einem Rotor (54, 96) gegenüberliegt, der mit einer Welle (52) drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstrombremse (22) einen in diese integrierten Parkbremsmechanismus (70) umfasst, der in Verschiebebauweise (140) ausgeführt ist, derart, dass die Wirbelstrombremse (22) einen verschiebbaren Stator (144) umfasst, der drehfest am Gehäuse (50) der Wirbelstrombremse (22) aufgenommen und mittels eines Federaktuators (142) vorgespannt ist, elektromagnetisch in Richtung des Rotors (54) gezogen und dort verriegelbar ist.
Elektrische Maschine (24) mit einer Wirbelstrombremse (22) in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug (10), wobei die Wirbelstrombremse (22) einen Stator (64, 144) umfasst, der eine Anzahl von bestrombaren Spulen (56) aufweist und der einem Rotor (54, 96) gegenüberliegt, der mit einer Welle (52) drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstrombremse (22) einen integrierten Parkbremsmechanismus (70) in Verschiebebauweise (140) umfasst, der einen an einem axial verschiebbaren Stator (144) ausgeführten Reibkonus (146) aufweist, wobei der verschiebbare Stator (144) in einer Statorführung (148) geführt ist und mittels eines Federaktuators (142) an die eine Reibfläche (150) des Rotors (54) der Wirbelstrombremse (22) anstellbar ist.
Verwendung der elektrischen Maschine (24) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 in einem E-Achsen-Modul eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (10).