DE19860618C1

DE19860618C1 - Elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit

Info

Publication number: DE19860618C1
Application number: DE19860618A
Authority: DE
Inventors: Uwe Muehlberger
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1998-12-29
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2018-12-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit, mit mindestens einem Rotor, einer Statorbaueinheit und einer, mit dem Rotor wenigstens mittelbar gekoppelten, Abtriebswelle; Rotor und Statorbaueinheit sind in einem Gehäuse integriert. DOLLAR A Die Erfindung ist gekennzeichnet durch folgende Merkmale: DOLLAR A mit einer weiteren zweiten, mit dem Rotor wenigsgtens mittelbar koppelbaren, Abtriebswelle; DOLLAR A zwischen Rotor und den Abtriebswellen ist eine Ausgleichsgetriebebaueinheit zwischengeschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit für den Einsatz in einem Direktantrieb für Fahrzeuge, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ferner eine Verwendung in einer Antriebsvorrichtung für Fahrzeuge.

Elektrische Antriebsmaschinen für den Einsatz in Fahrzeugen sind in einer Vielzahl von Ausführungen und für eine Vielzahl von Anordnungsmöglichkeiten in Antriebsvorrichtungen für Fahrzeuge bekannt. Diese können beispielsweise direkt als Radantriebsmotor eingesetzt werden oder aber als Antriebsmaschine, welche über weitere Übertragungseinrichtungen mit den anzutreibenden Rädern gekoppelt ist. Eine Anordnungsmöglichkeit für den Einsatz als Direktantrieb ist beispielsweise aus dem Sonderdruck der Firma J. M. Voith GmbH, G 1401 bekannt. Dieser offenbart ein dieselelektrisches Antriebssystem für Nutzfahrzeuge, insbesondere für Stadtbusse, umfassend wenigstens einen, mit wenigstens einem Antriebsrad wenigstens mittelbar koppelbaren und als sogenannten Radantriebsmotor fungierenden Elektromotor, welcher vorzugsweise als Transversalflußmaschine ausgeführt ist. Die einzelnen Radantriebsmotoren werden wenigstens von einer Wechselrichtereinheit mit elektrischer Leistung versorgt. Des weiteren ist eine im Traktionsbetrieb, das heißt im normalen Fahrbetrieb bei Kraftflußrichtung von einer Verbrennungskraftmaschine zu dem das Antriebsrad antreibenden Elektromotor, als Generator betreibbare elektrische Maschine vorgesehen, welche ebenfalls vorzugsweise als Transversalflußmaschine ausgeführt sein kann. Bekannt sind ebenfalls rein elektrische Antriebe, zum Beispiel bei O- Bussen, Batteriebussen. Auch auf Brennstoffzellen ist zu verweisen.

Die im Traktionsbetrieb als Generator betreibbare elektrische Maschine ist mechanisch mit der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einem Dieselmotor, koppelbar. Der Generator ist mit den als Radantriebsmotoren fungierenden Elektromotoren elektrisch gekoppelt. Zur Erzeugung der elektrischen Leistung wird die als Generator betreibbare elektrische Maschine durch einen Vier-Quadranten-Wechselrichter angesteuert. Für die Vorgabe der Sollwerte der Radmotoren (Drehmoment, Drehzahl) sowie die Drehzahlsteuerung der Verbrennungskraftmaschine ist eine übergeordnete Fahrsteuerung vorgesehen, welche unter anderem in der Lage ist, den Fahrerwunsch auszuwerten. Die als Generator betreibbare elektrische Maschine wird wenigstens im Traktionsbetrieb als Generator betrieben, weshalb diese im allgemeinen auch nur als Generator bezeichnet wird. Weitere spezielle Antriebskonzepte für Fahrzeuge mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Generator, welcher wenigstens einen als Antriebsmotor fungierenden Elektromotor speist, sind aus den nachfolgend genannten Druckschriften bekannt:

1. EP 0 527 145 B1,
2. B. Wüst, R. Müller, A. Lange: "Ein elektrischer Einzelradantrieb für Citybusse der Zukunft", Der Nahverkehr, 6/94, Alba-Fachverlag, Düsseldorf, Seiten 1-7.

Eine andere Variante der Ausgestaltung einer Antriebsvorrichtung für Fahrzeuge mit elektrischer Antriebseinheit zur Realisierung eines Direktantriebes ist aus dem DE 298 00 582 U1 bekannt. Dort erfolgt der Antrieb der Räder des Fahrzeuges über lediglich einen Elektromotor, vorzugsweise in Form einer Transversalflußmaschine, welche entsprechend dem Erfordernis für Hinter- oder Vorderradantrieb den anzutreibenden Rädern, die im wesentlichen auf einer gemeinsamen geometrischen Achse liegen, in entsprechender Weise zugeordnet ist. Der Elektromotor, insbesondere die Transversalflußmaschine, ist in der Nähe des ersten anzutreibenden Rades angeordnet. Der Antrieb der beiden Räder erfolgt dabei über zwei Antriebszweige - einen ersten Zweig und einen zweiten Zweig. Dies wird mittels einer dem Elektromotor zugeordneten Einrichtung zur Aufteilung und Übertragung der Leistung auf die beiden Räder realisiert. Die Einrichtung zur Aufteilung und Übertragung der Leistung weist dazu wenigstens einen Eingang, der wenigstens mittelbar mit dem Rotor des Elektromotors gekoppelt ist, und wenigstens zwei Ausgänge - einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang - auf, wobei der erste Ausgang wenigstens mittelbar mit der Radachse bzw. Radantriebswelle des ersten Rades koppelbar und der zweite Ausgang wenigstens mittelbar über eine parallel zur Rotorachse verlaufende bzw. angeordnete Übertragungseinrichtung, beispielsweise in Form einer Übertragungswelle mit der Radachse bzw. Radantriebswelle des zweiten Rades koppelbar sind. Der Einrichtung zur Übertragung und Aufteilung der Leistung ist dazu vorzugsweise eine weitere zweite Einrichtung zur Leistungsübertragung und/oder Wandelung auf die Übertragungswelle zugeordnet. Des weiteren ist eine Einrichtung zur Leistungsübertragung und/oder Wandelung der einzelnen Leistungsanteile von der Übertragungswelle zum zweiten Radantrieb vorgesehen. Beide Einrichtungen können dabei als Bestandteil und/oder selbst als Drehzahl-/Drehmomentenwandlungseinrichtung ausgebildet sein. Dem Vorteil, daß lediglich eine Antriebsmaschine zum Radantrieb erforderlich ist, steht bei dieser Ausführung der Nachteil entgegen, daß die zur Leistungsübertragung erforderliche Einrichtung sehr viel Bauraum benötigt. Die Zuordnung des Elektromotors zur Einrichtung zur Aufteilung der Leistung ist in der Antriebsvorrichtung festgelegt. Ein weiterer erheblicher Nachteil besteht darin, daß der enorme Bauraumbedarf Probleme beim Einbau zusätzlicher Bremseinrichtungen, beispielsweise der Betätigungselemente für Scheibenbremseinrichtungen, bedingt.

Die gleiche Problematik stellt sich bei einer Ausführung einer gattungsgemäßen elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit gemäß der DE 43 21 172 C2. Diese umfaßt einen Elektromotor, welcher insbesondere als Asynchronmotor ausgebildet ist und der auf der Radachse nebeneinander mit dem Achsdifferential angeordnet ist. Das Differential weist zwei Abtriebswellen auf, welche über je eine Gelenkwelle je ein Vorder- oder Hinterrad einer Achse antreiben. Die beiden Abtriebswellen sind mit ihren, die Kupplungsteile tragenden Enden an entgegengesetzten Seitenwänden aus dem Gehäuse der Differentialgetriebebaueinheit herausragbar angeordnet. Zur Realisierung der Anordnung nebeneinander ist die Rotorwelle des Elektromotors als Hohlwelle ausgebildet, wobei diese die am Motorgehäuse anliegende Seitenwand des Getriebegehäuses durch Öffnungen in entsprechenden Lagerschilden des Gehäuses des Elektromotors durchdringt und eine der Abtriebswellen des Differenzialgetriebes durch die Rotorwelle und durch das Motorgehäuse hindurchgeführt wird. Auch bei dieser Ausführung ist die Zuordnung des Elektromotors zur Einrichtung zur Leistungsaufteilung in der Antriebsvorrichtung festgelegt. Eine derartige elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit benötigt viel Bauraum, insbesondere in Richtung der zur Verfügung stehenden Achslänge. Dies ist bei der Auslegung der Antriebsmaschine und der Getriebebaueinheit mit zu berücksichtigen. Der zur Verfügung stehende Bauraum, insbesondere die Erstreckung in Achsrichtung ist auch bei gewünschter Integration zusätzlicher Bremseinrichtungen zwingend mit zu berücksichtigen, insbesondere für die Führung der Betätigungselemente.

Andererseits sind Ausführungen von Antriebsvorrichtungen bekannt, bei welchen eine Verbrennungskraftmaschine, die vorzugsweise als Dieselmotor ausgebildet ist, eine im Traktionsbetrieb des Fahrzeuges als Generator betreibbare elektrische Maschine und einen als Fahrmotor fungierenden und beliebig im Fahrzeug angeordneten Antriebsmotor antreibt. Der elektrische Antriebsmotor ist dazu wenigstens mittelbar mit den anzutreibenden Rädern über einen Wellenstrang mit dem Achsantrieb der Fahrzeugachse gekoppelt. Der Wellenstrang ist dazu vorzugsweise in Form einer Gelenkwelle ausgeführt. Zusätzlich ist es denkbar, daß zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und dem Wellenstrang eine Getriebebaueinheit zum Zweck der Drehzahl- /Drehmomentenwandlung zwischengeschaltet ist. Die Leistungsübertragung erfolgt dann über den Wellenstrang auf ein sogenanntes Ausgleichsgetriebe in Form eines Achsdifferentials, welches die Leistung auf beide, auf einer Achse angeordnete und anzutreibenden Räder aufteilt. Bei den bekannten Ausführungen einer Anordnung der Radantriebsmotoren in entsprechender Entfernung von den Rädern bzw. der diesen zugeordneten Achsen bedingt die Zwischenschaltung von entsprechenden mechanischen Übertragungselementen einen schlechteren Wirkungsgrad aufgrund der Reibungsverluste an den mechanischen Übertragungselementen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elelektrisches Antriebssystem derart weiter zu entwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden. Im einzelnen ist auf eine Ausführung abzustellen, welche zur Realisierung eines Direktantriebes einen geringen Bauraumbedarf aufweist und gleichzeitig eine hohe Leistungsdichte ermöglicht. Die einsetzbare elektrische Antriebsbaueinheit soll dabei zum Direktantrieb der Räder geeignet sein und gleichzeitig derart in das Gesamtsystem integrierbar sein, daß auf einfache Art und Weise eine Leistungsaufteilung auf beide Räder mit geringem konstruktiven und kostenmäßigen Aufwand ermöglicht wird.

Die erfindungsgemäße Lösung wird durch die Merkmale in Anspruch 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils in den Unteransprüchen wiedergegeben. Eine vorteilhafte Verwendung ist im Anspruch 15 angegeben.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen eine elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit für den Einsatz in Direktantrieben von Fahrzeugen mit einer Abtriebswelle, welche mit einem Verbraucher wenigstens mittelbar koppelbar ist, einem Rotor und einem Stator derart zu gestalten, daß in dieser eine Ausgleichsgetriebeeinheit integriert ist. Die Ausgleichsgetriebeeinheit ist dabei zwischen der als Antrieb für die Koppelung mit dem Verbraucher fungierenden Antriebswelle und dem Rotor geschaltet. Aufgrund der einer Ausgleichgetriebeeinheit zugrundeliegenden Aufgabenstellung weist die elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit dann wenigstens noch eine weitere zweite Abtriebswelle auf. Der Begriff Abtriebswelle der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit steht dabei für die Elemente, welche zum Zwecke des Antriebes mit einem Verbraucher koppelbar sind, egal ob es sich dabei um Vollwellen oder Hohlwellen oder andere rotationssymmetrische Elemente handelt. Die Ausgleichsgetriebeeinheit umfaßt dazu wenigstens ein Differential, umfassend wenigstens einen Eingang und zwei Ausgänge, wobei die beiden Ausgänge gleichzeitig als Abtriebswellen der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit fungieren. Diese sind dann wenigstens mittelbar mit einem Verbraucher, insbesondere den anzutreibenden Rädern bzw. den mit diesen gekoppelten Wellen beim Einsatz in einem Direktantrieb für Fahrzeuge koppelbar. Die Integration des Differentials erfolgt erfindungsgemäß in der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit, direkt im Gehäuse. Bezüglich der Anordnung der Ausgleichsgetriebeeinheit bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Im Axialschnitt der Antriebsmaschinenbaueinheit in Einbaulage betrachtet wird vorzugsweise eine Anordnung des Differentials zwischen der Lagerung des Rotors der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit vorgenommen. Entsprechend der Ausführung der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit erfolgt die Anordnung im Axialschnitt in Einbaulage in axialer Richtung betrachtet mittig bezogen auf die axiale Erstreckung des Rotors oder außermittig. Der Rotor der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit ist dabei mit dem Eingang des Differentials gekoppelt, während die beiden Ausgänge den bzw. die Ausgänge der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit bilden.

Für die Ausführung der Ausgleichsgetriebeeinheit bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Diese beeinflussen die Ausgestaltung des Rotors, dessen Koppelung mit der Ausgleichsgetriebeeinheit sowie die Lage der Abtriebe der elektrischen Baueinheit bezogen auf die Symmetrieachse des Rotors der elektrischen Baueinheit, welche in der Regel der Rotationsachse des Rotors entspricht. Die Abtriebe der Ausgleichsgetriebeeinheit sind dabei entweder

a) koaxial zur Rotorsymmetrieachse oder
b) exzentrisch zur Rotorsymmetrieachse angeordnet.

Der erstgenannte Fall bietet den Vorteil der Gestaltung einer besonders kompakt ausgeführten elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit, welche ein Minimum an Bauelementen und Bauraumbedarf zur Realisierung der Funktionen Leistungsübertragung und Leistungsaufteilung benötigt. Die Integration der Ausgleichsgetriebeeinheit in der elektrischen Antriebsbaueinheit, vorzugsweise der Ausführung in Form eines Differentials, bietet den entscheidenden Vorteil, daß die elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit im Bereich der theoretischen Verbindungsachse der anzutreibenden Räder an beliebiger Stelle zwischen den beiden anzutreibenden Rädern angeordnet werden kann. Des weiteren ist nur eine einzige elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit erforderlich, welche gleichzeitig die Leistungsübertragung und Aufteilung in optimaler Weise erfüllt, wobei die elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit sich durch eine enorme Kompaktheit auszeichnet.

Die Ausgleichsgetriebeinheit kann durch

a) Kegelräder
b) Stirnräder
c) Schneckenräder
d) ein- oder zweireihige Sperrbahnen

gebildet werden.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung, bei welcher der Eingang der Ausgleichsgetriebeeinheit bzw. des Differentials direkt vom Rotor gebildet wird und die beiden Ausgänge, welche die Abtriebe der elektrischen Baueinheit bilden, koaxial zur Rotorrotationsachse angeordnet sind. Die Ausgleichsgetriebeeinheit umfaßt in diesem Fall wenigstens ein Ausgleichsgehäuse, in dessen Inneren Ausgleichskegelräder angeordnet sind. Die Wellen, auf denen die Ausgleichskegelräder angeordnet sind, sind im Ausgleichsgehäuse gelagert. Vom Ausgleichsgehäuse werden dann des weiteren zwei Seitenwellen, eine erste Seitenwelle und eine zweite Seitenwelle in Umfangsrichtung wenigstens über einen Teil ihrer axialen Erstreckung in der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit umschlossen. Die beiden Seitenwellen bilden dabei die Abtriebe der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit. Die beiden Seitenwellen sind jeweils drehfest mit einem Achswellenkegelrad verbindbar. Die Achswellenkegelräder sind den Ausgleichskegelrädern dabei derart zugeordnet, daß diese miteinander kämmen. Die Anordnung der Rotationsachsen des ersten Achswellenkegelrades und des zweiten Achswellenkegelrades sowie der mit diesen jeweils drehfest gekoppelten Seitenwellen erfolgt dabei auf der theoretischen Rotationsachse des Rotors, welche in der Regel auch als Symmetrieachse des Rotors in radialer Richtung fungiert. Das Differential ist in diesem Fall somit zentral im Bereich der Symmetrieachse des Rotors, welche mit der Rotationsachse dessen zusammenfällt, angeordnet. Die Symmetrieachsen bzw. Rotationsachsen der mit den Achswellenkegelrädern gekoppelten Wellen und der mit den Achskegelrädern gekoppelten Wellen sind zueinander um jeweils 90 Grad versetzt angeordnet. Das Ausgleichsgehäuse ist unter einem weiteren Aspekt der Erfindung vorzugsweise drehfest mit dem Rotor gekoppelt. Diese Koppelung kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, denkbar sind dabei

a) formschlüssige und/oder
b) kraftschlüssige Verbindungen.

Die konkrete Auswahl liegt jedoch im Ermessen des Fachmannes. Dabei bietet die drehfeste Kopplung zwischen dem Ausgleichsgehäuse und dem Rotor den erheblichen Vorteil, daß das Ausgleichsgehäuse quasi mit diesem eine bauliche Einheit bildet und somit die Rotorlagerung gleichzeitig als Lagerung des Ausgleichsgehäuses des Differentials zum Einsatz gelangt. Die Funktion der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit gestaltet sich in diesem Fall wie folgt:

Die der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit zugeführte elektrische Leistung wird in mechanische Leistung umgewandelt, indem der Rotor der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit rotiert. Betrachtet man eine erste Extremsituation, welche für den Einsatz in Fahrzeugen durch die Geradeausfahrt beschrieben wird, müssen sich beide anzutreibende Räder gleich schnell drehen, während in der zweiten Extremsituation, das heißt bei Kurvenfahrt, nur das eine Rad rotiert und das andere stillsteht oder mit geringerer Drehzahl rotiert. Bei Geradeausfahrt dreht sich das Ausgleichsgehäuse, wobei die Ausgleichskegelräder in Umfangsrichtung des Ausgleichsgehäuses bei Rotation mitgenommen werden und es erfolgt keine Rotation der Ausgleichskegelräder. Die Ausgleichskegelräder nehmen somit in der Wirkung gleich einer starren Verbindung die Achswellenkegelräder und die damit drehfest verbundenen Seitenwellen mit. Beide Seitenwellen drehen dann mit gleicher Geschwindigkeit. In der anderen Extremsituation, das heißt bei Stillstand des einen anzutreibenden Rades während Kurvenfahrt bzw. bei Rotation des einen anzutreibenden Rades mit geringerer Drehzahl als des anderen anzutreibenden Rades wirkt sich dies auf die damit gekoppelten Seitenwellen aus. Beim Festhalten des einen Rades kann sich die mit diesem Rad gekoppelte Seitenwelle ebenfalls nicht drehen. Das Ausgleichsgehäuse wird über den Rotor in Drehung versetzt und nimmt die Ausgleichskegelräder mit sich. Das Achswellenkegelrad der festgehaltenen Seitenwelle kann sich jedoch nicht drehen, so daß sich die Ausgleichskegelräder, welche vom Ausgleichsgehäuse mitgenommen werden, um ihre eigene Achse drehen müssen und sich somit auf dem festgehaltenen Achswellenkegelrad abwälzen. Die frei bewegliche andere Seitenwelle erfährt dadurch über das mit dieser gekoppelte Achswellenkegelrad, welches ebenfalls mit den Ausgleichskegelrädern in Eingriff steht, einen zusätzlichen Antrieb. Diese Bewegung ist der Bewegung des Ausgleichsgehäuses gleichgerichtet und verstärkt diese. Somit dreht sich dann das nicht festgehaltene Rad in der Kurve schneller als bei Geradeausfahrt.

Bei beiden Ausführungen, der koaxialen Anordnung der Ausgänge des Differentials zur Rotorrotationsachse und der exzentrischen Anordnung zu dieser ist vorzugsweise in axialer Richtung betrachtet die Ausgleichsgetriebeeinheit bzw. das Differential in radialer Richtung betrachtet in einem Bereich angeordnet, welcher durch den Innendurchmesser des Rotors der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit beschreibbar ist. Dabei umschließt vorzugsweise der Rotor in Umfangsrichtung das Ausgleichsgetriebe. Denkbar sind jedoch auch Ausführungen, bei denen die Anordnung von Rotor und Ausgleichsgetriebeeinheit in der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit in axialer Richtung betrachtet versetzt zueinander erfolgt. Diese Möglichkeit bedingt jedoch wiederum eine Vergrößerung des zur Verfügung zu stellenden Bauraumes. Vorzugsweise erfolgt die Anordnung des Differentials entsprechend der erstgenannten Möglichkeit, nämlich innerhalb eines Bereiches, welcher vom Innenumfang des Rotors beschrieben wird. Diese Aussagen gelten in Analogie sowohl für die koaxiale Anordnung der Ausgänge des Differentials zur Rotorrotationsachse als auch für die exzentrischen Anordnung der Ausgänge des Differentials zur Rotorrotationsachse.

Ein besonderer Vorteil der Integration der Ausgleichsgetriebeeinheit in der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit besteht darin, daß bei entsprechender Ausgestaltung das dem Ausgleichsgetriebe zugeführte Schmiermittel gleichzeitig zur Realisierung einer Kühlfunktion extrem belasteter Elemente der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit genutzt werden kann. Dazu wird ein Verfahren angewendet, welches die Kühlung des Rotors mittels eines Kühlmittel-Luftgemisches ermöglicht. Dieses Verfahren beruht auf der Teilbefüllung der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit mit einem Kühlmittel, vorzugsweise mit niederviskosem Öl. Die elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit, welche vielgestaltig ausgeführt sein kann, wird für Ausführungen mit einem Rotor und einem Stator, welche in radialer Richtung betrachtet wenigstens in eine Umfangsrichtung verlaufenden Zwischenraum miteinander bilden, wenigstens derart teilbefüllt, daß sich im Nichtbetrieb ein Kühlmittelsumpf unterhalb der Rotorsymmetrieachse in der Größe einstellt, daß dieser in den Zwischenraum hineinreicht und bei Beginn der Rotorrotation durch diesen Kühlmittel aus dem Kühlmittelsumpf mitgerissen werden kann. Der Rotor kann zu diesem Zweck auch vollständig in den Kühlmittelsumpf eintauchen. Das Kühlmittel wird dabei durch die Rotorrotation mitgenommen und zerstäubt und es bildet sich in Abhängigkeit der Drehzahl des Rotors und des Füllungsstandes ein sogenanntes Kühlmittel-Luftgemisch heraus. Dieses übernimmt durch Wärmeströmung und Wärmeübergang den Wärmetransport vom Rotor zum beispielsweise mit Wasser oder Luft kühlbaren Stator. Das Kühlmittel-Luftgemisch übernimmt somit im wesentlichen nur den Wärmetransport, weshalb keine zusätzlichen Einrichtungen zur Kühlung des Kühlmittels vorgesehen werden müssen, da die Wärme an andere Einrichtungen abgegeben wird und eine einmalige Teilbefüllung mit Kühlmittel, welches im Inneren der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit verbleibt, ausreicht. Diese Ausführung bietet neben der Möglichkeit der Abfuhr von Wärme in kritischen Bereichen der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit, welche mittels konventionellen Kühlanordnungen in der Regel nicht befriedigend gekühlt werden können, den weiteren Vorteil, daß dem Kühlmittel zusätzliche Funktionen, beispielsweise der Realisierung eines Korrosionsschutzes des Rotors und die Schmiermittelversorgung für das Differential zugeordnet werden können.

Die Ausführung der Elemente Rotor und Stator der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit kann vielgestaltig erfolgen. Für den Einsatz in Direktantrieben für Fahrzeuge wird vorzugsweise jedoch auf eine Wechselstrommaschine in Form einer Transversalflußmaschine zurückgegriffen, da diese sich durch eine besonders hohe Leistungsdichte auszeichnet. Die konstruktive Ausführung der Transversalflußmaschine ist nicht an eine bestimmte Ausführung gebunden, sondern kann beispielsweise wie in den Druckschriften

1. DE 35 36 538 A1
2. DE 37 05 089 C1
3. DE 39 04 516 C1
4. DE 41 25 779 C1

beschrieben, ausgeführt sein. Der Offenbarungsgehalt bezüglich der konkreten Ausgestaltung von Rotor- und Statorbaueinheit dieser Druckschriften wird hiermit vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung mit einbezogen.

Vorzugsweise werden Ausführungen der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit angestrebt, welche hinsichtlich wenigstens einer Ebene symmetrisch ausgeführt sind. Diese Ebene ist in der Regel durch die Senkrechten zur Rotationsachse des Rotors bestimmt. Bei Ausführung als Transversalflußmaschine umfaßt der Rotor dazu eine, in einem Statorgehäuse, welches gleichzeitig dem Gehäuse der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit entsprechen kann, gelagerte Rotorwelle, die bei der bevorzugten besonders kompakten Ausführungsform direkt vom Ausgleichsgehäuse gebildet wird. Mit dieser ist eine sich im wesentlichen in radialer Richtung erstreckende zentrale Trägerscheibe drehfest verbunden, an deren Stirnseiten beidseitig jeweils zur Rotorrotationsachse koaxial verlaufende Polstrukturen vorgesehen sind. Jede Polstruktur umfaßt zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordnete und jeweils durch eine Zwischenlage aus magnetisch und elektrisch nicht leitendem Material getrennte Reihen aus in Umfangsrichtung wechselweise magnetisierten Magneten mit dazwischen liegenden Weicheisenelementen. Stirnseitig kann jeder Polstruktur ein Endring zugeordnet werden. Die Statorbaueinheit weist einen Grundkörper auf, in welchem Ankerwicklungen untergebracht sein können. Dabei sind Ausführungen mit

a) Außenstator
b) Innenstator
c) Außenstator und Innenstator

denkbar.

Die Statoren sind jeweils den einzelnen Polstrukturen zugeordnet und bilden bei Vorhandensein lediglich eines Außenstators einen sogenannten radial äußeren Zwischenraum in Form eines Außenspaltes, bei Vorhandensein lediglich eines Innenstators einen radial inneren Zwischenraum in Form eines Innenspaltes und bei Vorsehen beider Statoreinheiten - Außenstator und Innenstator - jeweils einen in radialer Richtung äußeren Zwischenraum und einen in radialer Richtung inneren Zwischenraum. Wenigstens einem Element der Statorbaueinheit, entweder dem Außenstator oder dem Innenstator oder auch beiden ist eine Ankerwicklung zugeordnet. Diese wird in entsprechender Weise mit Strom beschickt.

Die erfindungsgemäß gestaltete elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit findet bevorzugt in Antriebssystemen für Fahrzeuge Verwendung, bei welchem elektrische Energie, unabhängig von der Art ihrer Erzeugung, auf die anzutreibenden Räder aufzuteilen ist. Die Anordnung der elektrischen Antriebseinheit erfolgt dabei vorzugsweise zentral auf der theoretischen Verbindungsachse der anzutreibenden Räder. Als Antriebssysteme kommen dabei dieseleelektrische Antriebssysteme, Antriebssysteme mit Brennstoffzellen und Antriebskonzepte mit Einspeisung von elektrischer Energie über externe Oberleitungen in Frage.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 verdeutlicht eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante einer elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit in Form einer Wechselstrommaschine mit transversaler Flußführung;

Fig. 2 verdeutlicht eine mögliche Anwendung einer erfindungsgemäß gestalteten elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit in einer Antriebsvorrichtung zur Realisierung eines Direktantriebes.

Die Fig. 1 verdeutlicht eine bevorzugt verwendete Ausführung einer elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 für den Einsatz als Direktantrieb in Fahrzeugen. Die elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit 1 ist dabei derart konzipiert, daß diese wenigstens für die Funktionsweise als Elektromotor geeignet ist, vorzugsweise kann diese auch generatorisch betrieben werden. Die elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit ist vorzugsweise als Wechselstrommaschine in Form einer Transversalflußmaschine ausgeführt. Diese umfaßt einen Rotor 2 und eine Statorbaueinheit 3, welche von einem Gehäuse 4 umschlossen werden. Erfindungsgemäß ist in der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 eine Ausgleichsgetriebeeinheit 5 in Form eines Differentials 6, insbesondere Kegelraddifferentials integriert. Das Differential 6 umfaßt ein Ausgleichsgehäuse 7, in dessen Inneren Ausgleichskegelräder 8 und 9 angeordnet sind. Die Wellen 10 bzw. 11 auf denen die Ausgleichskegelräder 8 bzw. 9 angeordnet sind, sind im Ausgleichsgehäuse 7 gelagert. Vom Ausgleichsgehäuse 7 werden des weiteren zwei Seitenwellen, eine erste Seitenwelle 12 und eine zweite Seitenwelle 13 in Umfangsrichtung wenigstens über einen Teil ihrer axialen Erstreckung in der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 umschlossen. Vorzugsweise wird eine Ausführungsform gewählt, bei welcher das Ausgleichsgehäuse sich im wesentlichen über die gesamte axiale Erstreckung der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 erstreckt. Dies bedeutet, daß das Ausgleichsgetriebe sich in axialer Richtung bezogen auf die Anordnung zwischen zwei anzutreibenden Rädern eines Fahrzeuges, von einer ersten Gehäusewand 4.1 bis zu einer zweiten Gehäusewand 4.2 des Gehäuses 4 erstreckt. Die erste Seitenwelle 12 und die zweite Seitenwelle 13 sind hier drehfest mit einem ersten Achswellenkegelrad 14 bzw. einem zweiten Achswellenkegelrad 15 verbunden. Die Achswellenkegelräder 14 und 15 sind den Ausgleichskegelrädern 8 bzw. 9 derart zugeordnet, daß diese miteinander kämmen. Die Anordnung der Rotationsachsen des ersten Achswellenkegelrades 14 und des zweiten Achswellenkegelrades 15 sowie der mit diesen jeweils drehfest gekoppelten Seitenwellen 12 bzw. 13 erfolgt im dargestellten Fall auf der theoretischen Rotationsachse R des Rotors 2. Das Differential 6 ist somit zentral im Bereich der Symmetrieachse S des Rotors 2, welche mit der Rotationsachse R des Rotors zusammenfällt, angeordnet.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführung erfolgt die Kopplung des Rotors 2 der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 mit dem Ausgleichsgehäuse 7 direkt durch Realisierung einer drehfesten Verbindung. Diese kann im allgemeinen vielgestaltig ausgeführt sein. Denkbar sind formschlüssige, kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindungen. Im dargestellten Fall erfolgt die Verbindung des Ausgleichsgehäuses 7 mit dem Rotor 2 über eine kombinierte kraft- und formflüssige Verbindung durch Befestigungselemente 16. Der Rotor 2 bildet in diesem Fall die Verbindung zwischen dem Antriebselement und der Achse, wobei der Rotor 2 die Funktion der Antriebswelle des Differentials 6 übernimmt. Die Abtriebswellen des Differentials werden von den Seitenwellen, erste Seitenwelle 12 und zweite Seitenwelle 13 gebildet. Die Ausführung gemäß der Fig. 1 stellt daher eine besonders kompakte Ausführungsform der Integration eines Achsdifferentials in die elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit 1 dar, bei welcher das Achsdifferential im Bereich der beiden Symmetrieebenen E1, welche durch die Rotationsachse R des Rotors 2 und einer Senkrechten zu dieser beschrieben werden kann und einer senkrecht auf dieser Ebene ausgerichteten Symmetrieebene E2, welche durch die in axialer Richtung vorgesehene Symmetrieachse des Rotors 2 verläuft, angeordnet ist. Das Differential 6 ist in diesem Fall in axialer Richtung betrachtet vorzugsweise mittig zwischen den beiden Lageranordnungen 17 und 18 der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 angeordnet. Die Lageranordnungen 17 und 18 dienen der Abstützung des Ausgleichsgehäuses 7 und damit des Rotors 2 gegenüber der Statorbaueinheit 3 bzw. dem Gehäuse 4.

Die Funktionsweise der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 läßt sich anhand zweier ausgewählter extremer Fahrsituationen für den Einsatz als Direktantrieb in Fahrzeugen wie folgt beschreiben. Die beiden Extremsituationen werden dabei zum einen durch die Geradeausfahrt und zum anderen durch eine extreme Kurvenfahrt beschrieben. Bei der Geradeausfahrt drehen sich beide Räder gleich schnell, während bei der Kurvenfahrt nur das eine Rad rotiert, während das andere still steht. Bei Geradeausfahrt dreht sich das Ausgleichsgehäuse 7. Die Ausgleichskegelräder 8 und 9 werden in Umfangsrichtung des Ausgleichgehäuses 7 bei Rotation mitgenommen, wobei keine Rotation der Ausgleichskegelräder 8 bzw. 9 auf den Wellen 10 bzw. 11 erfolgt. Die Ausgleichskegelräder 8 und 9 nehmen, in der Wirkung gleich einer starren Verbindung, die Achswellenkegelräder 14 und 15 und die damit drehfest verbundenen Seitenwellen 12 und 13 mit. Beide Seitenwellen, die erste Seitenwelle 12 und die zweite Seitenwelle 13, drehen sich dann mit gleicher Geschwindigkeit. In der anderen Extremsituation, das heißt extreme Kurvenfahrt, wird ein mit einer Seitenwelle 12 oder 13 gekoppeltes Rad festgehalten, so daß sich diese Seitenwelle nicht drehen kann. Das Ausgleichsgehäuse 7 wird dann wieder über den Rotor 2 in Drehung versetzt und nimmt die Ausgleichskegelräder 8 bzw. 9 mit sich. Das Achswellenkegelrad der festgehaltenen Seitenwelle kann sich jedoch nicht drehen, so daß sich die Ausgleichskegelräder 8 bzw. 9, welche vom Ausgleichsgehäuse mitgenommen werden, um ihre eigene Achse drehen müssen und sich so auf dem festgehaltenen Achswellenkegelrad abwälzen. Die frei bewegliche zweite Seitenwelle erfährt dadurch über das mit dieser gekoppelte Achswellenkegelrad, welches ebenfalls mit den Ausgleichskegelrädern 8 und 9 in Eingriff steht, einen zusätzlichen Antrieb. Diese Bewegung ist der Bewegung des Ausgleichgehäuses 7 gleich gerichtet und verstärkt diese. Somit dreht sich das nicht festgehaltene Rad in der Kurve schneller als bei Geradeausfahrt.

Der Rotor 2 der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 wird durch Beaufschlagung der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 mit elektrischer Leistung in Rotation versetzt. Die elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit 1 ist vorzugsweise als Wechselstrommaschine ausgeführt, welche wiederum vorzugsweise in Form einer Transversalflußmaschine, das heißt einer elektrischen Wechselstrommaschine mit transversaler Flußführung ausgebildet ist. Die der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 zugeführte elektrische Leistung wird in mechanische Leistung über die Rotorrotation umgewandelt und kann an den als Abtrieb 19 der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 fungierenden Seitenwellen den Verbrauchern, insbesondere den anzutreibenden Rädern beim Einsatz in Fahrzeugen, zugeführt werden. Die elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit 1 weist somit zwei Abtriebe, einen ersten Abtrieb 19.1 und einen zweiten Abtrieb 19.2 auf. Der Rotor 2, welcher die Antriebswelle für das Differential 6 bildet ist über das Differential 6 mit den beiden Abtrieben 19.1 und 19.2 verbunden, wobei die beiden Abtriebe 19.1 und 19.2 gleichzeitig die Ausgänge des Differentials 6 bilden. Der Rotor 2 erfährt in der dargestellten Ausführung eine Verlängerung im Ausgleichsgehäuse 7, wobei diese Art der Anordnung nicht zwingend ist. Über die in der Fig. 1 dargestellten Lageranordnungen 17 und 18 stützt sich der Rotor 2 in Form seiner Verlängerung in Form des Ausgleichsgehäuses 7 am Gehäuse 4 bzw. der Statorbaueinheit 3 ab. Die Abstützung kann dabei direkt am Gehäuse 4 erfolgen oder aber über die Statorbaueinheit 3, welche ortsfest im Gehäuse 4 integriert ist.

Die in der Fig. 1 dargestellte Ausführung der Ausgleichsgetriebeeinheit 5 in Form des Differentials 6 stellt eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante dar. Andere Möglichkeiten sind ebenfalls denkbar, beispielsweise eine hier nicht dargestellte Kopplung des Rotors 2 in seiner Funktion als Antriebswelle mit einem Antriebskegelrad, welches mit einem, mit dem Ausgleichsgehäuse 7 drehfest koppelbaren Tellerrad kämmt. In diesem, hier nicht dargestellten Fall, wäre somit das Ausgleichsgehäuse noch einmal über eine Drehmomenten-/Drehzahlübertragungseinrichtung mit dem Rotor 2 gekoppelt. Kopplungsmöglichkeiten, das heißt Zwischenschaltungen von zusätzlichen Leistungsübertragungseinheiten zwischen dem Rotor 2 und dem Differential sind vor allem dann von Vorteil, wenn der Abtrieb der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 und damit der Antrieb für die Verbraucher außermittig, das heißt mit einer bestimmten Exzentrizität zur Rotationsachse des Rotors 2 erfolgen soll. Dies kann immer dann erforderlich sein, wenn aus Platzgründen eine Anordnung der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 nicht mittig zur theoretischen Verbindungsachse zwischen den Rotationsachsen der beiden anzutreibenden Räder möglich ist. Dies gilt in Analogie auch für eine Anordnung der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 außerhalb des Bereiches der theoretischen Verbindungsachse zwischen den Rotationsachsen der beiden anzutreibenden Räder. In diesen Fällen gestaltet sich jedoch der Aufbau der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit komplizierter.

Die Ausführung der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 als Wechselstrommaschine in Form einer Transversalflußmaschine bietet den Vorteil einer hohen Leistungsdichte. Zur Realisierung einer einfachen Ausführung und Montage werden vollständig rotationssymmetrisch gestaltete Baueinheiten angestrebt. Der Rotor 2 umfaßt eine, in einem Statorgehäuse, welches gleichzeitig dem Gehäuse 4 entspricht, gelagerte Rotorwelle, die gemäß der Fig. 1 vom Ausgleichsgehäuse 7 gebildet wird. Mit dieser ist eine, sich im wesentlichen in radialer Richtung erstreckende zentrale Trägerschreibe 20 drehfest verbunden, an deren Stirnseiten beidseitig jeweils zur Rotorrotationsachse R koaxial angeordnete Polstrukturen - eine erste Polstruktur 21 und eine zweite Polstruktur 22 - vorgesehen sind. Jede Polstruktur 21 und 22 umfaßt zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordnete und jeweils durch eine Zwischenlage 23 bzw. 24 aus magnetisch und elektrisch nicht leitendem Material getrennte Reihen 25.1, 25.2 bzw. 26.1, 26.2 aus in Umfangsrichtung wechselweise magnetisierten Magneten 27 mit dazwischen liegenden Weicheisenelementen 28. Stirnseitig kann jeder Polstruktur 21 bzw. 22 ein Endring 29 bzw. 30 zugeordnet werden. Die Statorbaueinheit 3 weist einen Grundkörper 31 auf, in welchem Ankerwicklungen 32 untergebracht sein können. Vorzugsweise werden Ausführungsformen mit einem Außenstator 3.1 und einem Innenstator 3.2 angestrebt, welche den einzelnen Polstrukturen 21 bzw. 22 zugeordnet sind und mit diesen jeweils einen Außenspalt 33.1 und 33.2 bzw. einen Innenspalt 34.1 und 34.2 bilden. Wenigstens einem Element der Statorbaueinheit, entweder dem Außenstator oder dem Innenstator ist eine Ankerwicklung zugeordnet. In der in der Fig. 1 dargestellten Ausführung ist die Ankerwicklung dabei dem Innenstator 3.21 bzw. 3.22 zugeordnet. Andere Ausführungen sind jedoch ebenfalls denkbar.

Die Ausführungen des Rotors 2 und der Statorbaueinheit 3 zur Realisierung einer Wechselstrommaschine mit transversaler Flußführung ist jedoch nicht an die in der Fig. 1 dargestellte Ausführung gebunden, sondern kann, wie in den Druckschriften

1. DE 35 36 538 A1
2. DE 37 05 089 C1
3. DE 39 04 516 C1
4. DE 41 25 779 C1

beschrieben, ausgeführt sein.

Der Offenbarungsgehalt bezüglich der Ausführung von Rotor- und Statorbaueinheit dieser Druckschriften wird hiermit vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung mit einbezogen.

Ein wesentlicher Vorteil der Integration des Differentials in der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 besteht darin, daß bei dieser Ausführung der Ölhaushalt des Differentials und das Kühlsystem der elektrischen Baueinheit durch ein gemeinsam genutztes System bereitgestellt werden kann, da ein Verfahren zur Kühlung des Rotors 2 einsetzbar ist, welches auf der Teilbefüllung der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 mit einem Kühlmittel in Form von Öl fungiert, das durch die Rotorrotation mitgenommen und zerstäubt wird und somit ein sogenanntes Kühlmittel- Luftgemisch bildet. Dazu ist es erforderlich, die Wechselstrommaschine, insbesondere die Transversalflußmaschine derart teilzubefüllen, daß sich zumindest im radial äußeren Radialäußeren, auch als Luftspalt bezeichneten Zwischenraum 33.1 bzw. 33.2, in Einbaulage zwischen Rotor 2 und Stator 3 betrachtet unterhalb der Rotorachse im mathematischen Sinn ein Kühlmittelsumpf ausbildet. Im Betrieb der Wechselstrommaschine, insbesondere der Transversalflußmaschine, wird das Kühlmittel durch die Rotorrotation mitgerissen und aufgrund der dadurch auf das Kühlmittel wirkenden Kräfte zerstäubt. Es entsteht im wesentlichen in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors bzw. der Rotorwelle und des Füllungsstandes ein Kühlmittel-Luftgemisch im Luftspalt zwischen Rotor 2 und Stator 3. Dies übernimmt durch Wärmeströmung und Wärmeübergang den Wärmetransport vom Rotor zum beispielsweise mit Wasser gekühlten Stator.

Das Kühlmittel-Luftgemisch übernimmt im wesentlichen nur den Wärmetransport, weshalb keine zusätzlichen Einrichtungen zur Kühlung des Kühlmittels vorgesehen werden müssen und eine einmalige Teilbefüllung mit Kühlmittel, welches im Inneren der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 verbleibt, ausreicht. Da vorzugsweise Kühlmittel mit geringer Viskosität, das heißt mit einer geringen inneren Reibung infolge von Kraftwirkungen zwischen den Molekülen verwendet werden, beispielsweise in Form von niederviskosem Öl, kann dieses gleichzeitig als Schmiermittel für das Differential 6 genutzt werden. Diese Ausführung bietet neben der Möglichkeit der Wärmeabfuhr in kritischen Bereichen der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1, welche mittels konventionellen Kühlanordnungen in der Regel nur ungenügend gekühlt werden können, den weiteren Vorteil, daß dem Kühlmittel zusätzliche Funktionen, beispielsweise der Realisierung des Korrosionsschutzes des Rotors 2 und des weiteren die Schmiermittelversorgung für das Differential 6 zugeordnet werden können. Dies wiederum ermöglicht es, einen einzigen Schmiermittel- bzw. Kühlmittelversorgungshaushalt für die gesamte elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit 1 bereit zu stellen. Vorzugsweise wird dazu eine Teilbefüllung gewählt, welche im Nichtbetrieb der Wechselstrommaschine einen Kühlmittelspiegel in einer Höhe ermöglicht, welcher im Bereich des bzw. der bezogen auf die Rotorrotationsachse radial innenliegenden Zwischenräume zwischen Rotor und Stator liegt. Eine Befüllung mit einem höheren Kühlmittelspiegel ist jedoch ebenfalls denkbar.

Die Fig. 2 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung ein Einsatzbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestatteten elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1.2 in einem Antriebssystem 35 eines Fahrzeuges 36. Das Antriebssystem 35 umfaßt eine, mit wenigstens einem Antriebsrad 37.1 bzw. 37.2 eines Fahrzeuges 36 gekoppelte, beispielsweise als Radmotor fungierende elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit, welche vorzugsweise als Transversalflußmaschine ausgeführt ist und die von einer Wechselrichtereinheit 38 mit elektrischer Leistung versorgt wird. Des weiteren umfaßt das Antriebssystem 35 eine im Normalbetrieb, das heißt beim Antrieb der Räder 37.1 und 37.2 über eine Verbrennungskraftmaschine 39, als Generator betreibbare elektrische Maschine, welche nachfolgend als Generator 40 bezeichnet wird. Der Generator 40 ist mechanisch mit der Verbrennungskraftmaschine 39 wenigstens mittelbar koppelbar. Vorzugsweise ist diese Koppelung starr, das heißt ohne Zwischenschaltung weiterer Übertragungselemente ausgeführt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, zusätzliche Dämpfungseinrichtungen oder Drehzahl- /Drehmomentenwandlungseinrichtungen vorzusehen. Weiterhin denkbar ist das Vorsehen einer Kupplungseinrichtung. Für die Umwandlung des an der im Traktionsbetrieb als Generator betreibbaren elektrischen Maschine 40 erzeugten Wechsel- bzw. Drehstromes in Gleichstrom, der in einen Spannungszwischenkreis eingespeist wird, sind entsprechende Gleichrichtereinheiten 41 vorgesehen, welche beispielsweise in Form einer Drehstrombrückenschaltung bzw. Diodengleichrichterbrücke ausgeführt sein können. Die Wechselrichtereinheit 38 für die als Radmotor fungierende elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit 1.2 und die Gleichrichtereinheit 41 sind über einen Spannungszwischenkreis in Form eines Gleichspannungszwischenkreises 42 miteinander gekoppelt. Bei dieser Ausführung ist nur eine elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit 1.2 beiden anzutreibenden Rädern 37.1 und 37.2, deren Rotationsachse auf einer gemeinsamen theoretischen Achse liegen, zugeordnet. Die in den Gleichspannungszwischenkreis 42 eingespeiste Gesamtleistung wird der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1.2 zugeführt und über die Abtriebe 19.1 und 19.2 den Rädern 37.1 und 37.2 zugeführt. Die entsprechende Drehzahl-/Drehmomentenwandlung für die einzelnen Fahrsituationen erfolgt über das in der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1 integrierte Differential 6.

Die elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit 1.2 ist hier der den Antriebsrädern 37.1 und 37.2 zugeordneten Achse angeordnet. Es wird ersichtlich, daß zum Direktantrieb der beiden Antriebsräder 37.1 und 37.2 lediglich eine elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit 1.2 erforderlich ist, welche im Bereich der theoretischen Verbindungslinie zwischen den Rotationsachsen der beiden anzutreibenden Räder angeordnet ist.

Die in der Fig. 2 dargestellte Ausführung stellt eine bevorzugte Anordnungsmöglichkeit der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1.2 in einem dieselelektrischen Antriebssystem 35 dar. Weitere Modifikationen sind ebenfalls denkbar, insbesondere bezüglich der Gestaltung des Antriebssystems 35 von der Verbrennungskraftmaschine bis zur elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit 1.2. Die konkrete Ausführung liegt dabei im Ermessen des zuständigen Fachmannes.

Bezugszeichenliste

1

- elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit

2

- Rotor

3

- Statorbaueinheit

3.1

- Außenstator

3.2

- Innenstator

4

- Gehäuse

5

- Ausgleichsgetriebeeinheit

6

- Differential

7

- Ausgleichsgehäuse

8

,

9

- Ausgleichskegelräder

10

,

11

- Wellen

12

- erste Seitenwelle

13

- zweite Seitenwelle

14

- erstes Achswellenkegelrad

15

- zweites Achswellenkegelrad

16

- Befestigungselemente

17

,

18

- Lageranordnung

19

- Abtrieb

19.1

,

19.2

- erster, zweiter Abtrieb

20

- zentrale Trägerscheibe

21

,

22

- Polstruktur

23

,

24

- Zwischenschicht

25.1

,

25.2

,

26.1

,

26.2

Reihen aus wechselweise in Umfangsrichtung angeordneten Magneten und Weicheisenelementen

27

- Magnete

28

- Weicheisenelemente

29

,

30

- Endring

31

- Grundkörper

32

- Ankerwicklung

33.1

,

33.2

in radialer Richtung äußerer Zwischenraum zwischen Rotor und Stator, Außenspalt

34.1

,

34.2

in radialer Richtung innerer Zwischenraum zwischen Rotor und Stator, Innenspalt

35

- Antriebssystem

36

- Fahrzeug

37.1

,

37.2

Antriebsräder

38

- Wechselrichtereinheit

39

- Verbrennungskraftmaschine

40

- Generator

41

- Gleichrichtereinheit

42

- Gleichspannungszwischenkreis

Claims

1. Elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit (1),

1. mit mindestens einem Rotor (2), einer Statorbaueinheit (3) und einer, mit dem Rotor wenigstens mittelbar gekoppelten Abtriebswelle (19.1);
2. Rotor (2) und Statorbaueinheit (3) sind in einem Gehäuse (4) integriert;
3. mit einer weiteren zweiten, mit dem Rotor wenigstens mittelbar koppelbaren Abtriebswelle (19.2);
4. zwischen Rotor (2) und den Abtriebswellen (19.1, 19.2) ist eine Ausgleichsgetriebebaueinheit (5) zwischengeschaltet; gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:
5. die Ausgleichsgetriebebaueinheit (5) ist im Gehäuse (4) integriert.

2. Elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abtriebswellen (19.1, 19.2) koaxial zur Symmetrieachse des Rotors (2) bzw. zur Rotationsachse des Rotors (2) angeordnet sind.

3. Elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abtriebswellen exzentrisch zur Symmetrieachse des Rotors (2) bzw. zur Rotationsachse des Rotors (2) angeordnet sind.

4. Elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsgetriebebaueinheit (5) in axialer Richtung in einem Axialschnitt der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit (1) betrachtet mittig bezogen auf die Anordnung des Rotors (2) im Gehäuse (4) angeordnet ist.

5. Elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. der Rotor (2) stützt sich über eine Lageranordnung (17, 18) wenigstens mittelbar am Gehäuse (4) ab;
2. die Ausgleichsgetriebebaueinheit (5) ist im Axialschnitt der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit (1) in axialer Richtung betrachtet zwischen der Lageranordnung (17, 18) des Rotors (2) angeordnet.

6. Elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. die Ausgleichsgetriebebaueinheit (5) umfaßt wenigstens einen Eingang und zwei Ausgänge;
2. der Eingang der Ausgleichsgetriebebaueinheit (5) ist mit dem Rotor (2) drehfest verbunden;
3. jeweils ein Ausgang der Ausgleichsgetriebebaueinheit (5) ist mit einer Abtriebswelle (19.1, 19.2) drehfest verbindbar.

7. Elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsgetriebebaueinheit (5) wenigstens ein Differential (6) umfaßt.

8. Elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Differential (6) von Kegelrädern gebildet wird.

9. Elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. das Differential (6) umfaßt ein Ausgleichsgehäuse (7);
2. im Inneren des Ausgleichsgehäuses (7) sind zwei Ausgleichskegelräder (8, 9) angeordnet, die in Umfangsrichtung des Ausgleichsgehäuses (7) drehfest mit diesem gekoppelt sind und um ihre Symmetrieachse im Ausgleichsgehäuse (7) drehbar gelagert sind;
3. das Ausgleichsgehäuse (7) umschließt zwei als Abtriebswellen (19.1, 19.2) der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit (1) fungierende Seitenwellen, eine erste Seitenwelle (12) und eine zweite Seitenwelle (13) in Umfangsrichtung wenigstens über einen Teil ihrer axialen Erstreckung in der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit (1);
4. die beiden Seitenwellen (12, 13) sind jeweils drehfest mit einem Achswellenkegelrad (14, 15) verbindbar, wobei die Achswellenkegelräder (14, 15) den Ausgleichskegelrädern (8, 9) dabei jeweils derart zugeordnet sind, daß die Symmetrieachsen bzw. Rotationsachsen der mit den Achswellenkegelrädern (14, 15) gekoppelten Wellen (12, 13) und der mit den Ausgleichskegelrädern (8, 9) gekoppelten Wellen (10, 11) zueinander um jeweils 90 Grad versetzt angeordnet sind.

10. Elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsgehäuse (7) drehfest mit dem Rotor (2) gekoppelt ist.

11. Elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Differential (6) in radialer Richtung innerhalb eines Raumes, welcher von den Innenabmessungen des Rotors (2) in radialer Richtung bestimmt wird, angeordnet ist.

12. Elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß diese als Transversalflußmaschine ausgeführt ist.

13. Elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. der Rotor (2) umfaßt eine zentrale Trägerscheibe (20) und zwei Polstrukturen (21, 22), welche beidseitig der zentralen Trägerscheibe (20) in axialer Richtung zugeordnet sind;
2. jede Polstruktur (21, 22) umfaßt zwei Reihen (25,1, 25.2, 26.1, 26.2) aus wechselweise in Umfangsrichtung angeordneten Magneten (27) und Weicheisenelementen (28), welche durch eine Zwischenlage (23, 24) aus elektrisch und magnetisch nicht leitfähigen Material voneinander getrennt sind;
3. die Statorbaueinheit (3) umfaßt wenigstens eine unter Bildung eines radialen Zwischenraumes (33.1, 33.2, 34.1, 34.2) dem Rotor (2) zugeordnete äußere und/oder innere Statorbaueinheit (3.1, 3.2).

14. Elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsgehäuse (7) des Differentials (6) drehfest mit der zentralen Trägerscheibe (20) verbunden ist.

15. Verwendung einer elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einem Fahrzeugantrieb (36) zum Antrieb zweier auf einer theoretischen Verbindungsachse angeordneter Räder (37.1, 37.2) mit den folgenden Merkmalen:

1. der Fahrzeugantrieb umfaßt wenigstens eine Energiequelle;
2. die Energiequelle ist mit der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit (1) elektrisch gekoppelt;

wobei die elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit im Bereich der theoretischen Verbindungsachse der anzutreibenden Räder (37.1, 37.2) angeordnet ist.

16. Verwendung einer elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit nach Anspruch 15 in einem Fahrzeugantrieb (36), bei welchem die Energiequelle von einer mit einem Generator (40) gekoppelten Verbrennungskraftmaschine (39) gebildet wird.

17. Verwendung einer elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit nach Anspruch 15 in einem Fahrzeugantrieb, bei welchem die Energiequelle von einer Brennstoffzelle gebildet wird.

18. Verwendung einer elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit nach Anspruch 15 in einem Fahrzeugantrieb, bei welchem die Energiequelle von einer externen Oberleitung gebildet wird.