DE19860618C1 - Electric drive machine unit for direct vehicle drive has compensating gearbox unit connected between rotor and driven shafts integrated into housing contg. rotor(s) and stator unit - Google Patents
Electric drive machine unit for direct vehicle drive has compensating gearbox unit connected between rotor and driven shafts integrated into housing contg. rotor(s) and stator unitInfo
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Abstract
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.The invention relates to an electrical drive unit for the Use in a direct drive for vehicles, in detail with the features from the preamble of claim 1; further use in a Drive device for vehicles.
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.Electric drive machines for use in vehicles are in one Variety of designs and for a variety of Arrangement possibilities in drive devices for vehicles are known. For example, these can be used directly as wheel drive motors or as a driving machine, which has more Transmission devices is coupled to the wheels to be driven. One possible arrangement for use as a direct drive is for example from the special print by J. M. Voith GmbH, G 1401 known. This discloses a diesel-electric drive system for Commercial vehicles, in particular for city buses, comprising at least one, at least indirectly coupled with at least one drive wheel and as so-called wheel drive motor acting electric motor, which is preferably designed as a transverse flux machine. The single ones Wheel drive motors are used by at least one inverter unit electrical power. Furthermore, one is in traction mode, the is called in normal driving with power flow direction of one Internal combustion engine to that driving the drive wheel Electric motor, provided as an electric machine that can be operated as a generator, which are also preferably designed as a transverse flux machine can. Purely electric drives are also known, for example with O- Buses, battery buses. Reference should also be made to fuel cells.
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:
The electrical machine which can be operated as a generator in traction mode can be coupled mechanically to the internal combustion engine, in particular a diesel engine. The generator is electrically coupled to the electric motors that act as wheel drive motors. To generate the electrical power, the electrical machine, which can be operated as a generator, is controlled by a four-quadrant inverter. For the specification of the setpoints of the wheel motors (torque, speed) and the speed control of the internal combustion engine, a higher-level driving control is provided which, among other things, is able to evaluate the driver's request. The electrical machine that can be operated as a generator is operated at least in traction mode as a generator, which is why it is generally referred to as a generator. Further special drive concepts for vehicles with an internal combustion engine and a generator which feeds at least one electric motor functioning as a drive motor are known from the publications mentioned below:
- 1. EP 0 527 145 B1,1. 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 1-7.2. B. Wüst, R. Müller, A. Lange: "An electric single wheel drive for Citybuses of the future ", Der Nahverkehr, 6/94, Alba-Fachverlag, Düsseldorf, pages 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.Another variant of the design of a drive device for Vehicles with an electric drive unit to implement a Direct drive is from DE 298 00 582 U1 known. There the wheels of the vehicle are only driven an electric motor, preferably in the form of a transverse flux machine, which according to the requirement for rear or front wheel drive driven wheels, which are essentially on a common geometric axis are assigned in a corresponding manner. The Electric motor, especially the transverse flux machine, is near the arranged first driven wheel. The drive of the two wheels takes place via two drive branches - a first branch and one second branch. This is done by means of an electric motor Device for distributing and transferring the power to the two wheels realized. The facility for sharing and transferring the power points for this purpose at least one input which is at least indirectly connected to the rotor of the Electric motor is coupled, and at least two outputs - a first Output and a second output - on, the first output at least indirectly with the wheel axle or wheel drive shaft of the first Rades can be coupled and the second output at least indirectly via a those running or arranged parallel to the rotor axis Transmission device, for example in the form of a transmission wave the wheel axle or wheel drive shaft of the second wheel can be coupled. The There is a facility for the transfer and distribution of the service preferably another second device for power transmission and / or conversion to the transmission wave assigned. Furthermore is a device for power transmission and / or conversion of the individual Power shares from the transmission shaft to the second wheel drive intended. Both facilities can be part of and / or itself be designed as a speed / torque conversion device. The advantage that only one drive machine is required for wheel drive is the disadvantage of this embodiment that the Power transmission required equipment requires a lot of space. The assignment of the electric motor to the device for dividing the power is defined in the drive device. Another significant disadvantage is that the enormous space requirements for installation problems additional braking devices, for example the actuators for Disc brake devices, conditional.
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.The same problem arises when executing a Generic electrical drive unit according to the DE 43 21 172 C2. This includes an electric motor, which is designed in particular as an asynchronous motor and that on the wheel axle is arranged side by side with the axle differential. The differential points two output shafts, which each have a front or a drive shaft Drive the rear wheel of an axle. The two output shafts are with theirs Coupling parts bearing ends on opposite side walls the housing of the differential gear assembly arranged outstanding. For Realization of the arrangement next to each other is the rotor shaft of the Electric motor designed as a hollow shaft, which is on the motor housing adjacent side wall of the gear housing through openings in penetrates corresponding end shields of the housing of the electric motor and one of the output shafts of the differential gear through the rotor shaft and is passed through the motor housing. This one too Execution is the assignment of the electric motor to the device for Power distribution in the drive device set. Such electrical drive machine unit requires a lot of space, in particular in the direction of the available axis length. This is with the Design of the drive machine and the gear unit with consider. The available space, especially the Extension in the axial direction is also additional if integration is desired Brake devices must be taken into account, especially for the Guiding the actuators.
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.On the other hand, designs of drive devices are known for which an internal combustion engine, preferably as a diesel engine is formed, one in the traction mode of the vehicle as a generator operable electrical machine and a drives any drive motor arranged in the vehicle. The electric one For this purpose, the drive motor is at least indirectly connected to the wheels to be driven coupled to the axle drive of the vehicle axle via a shaft train. For this purpose, the shaft train is preferably designed in the form of a cardan shaft. In addition, it is conceivable that between the electric drive machine and the shaft train a gear unit for the purpose of speed / Torque conversion is interposed. The power transmission then takes place via the shaft train on a so-called differential gear in Shape of an axle differential, which the power on both, on one axle arranged and driven wheels. With the known Execution of an arrangement of the wheel drive motors in a corresponding manner Distance from the wheels or the axles assigned to them the interposition of appropriate mechanical Transmission elements have a poorer efficiency due to Frictional losses on the mechanical transmission elements.
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.The invention is therefore based on the object of an electrical Drive system to develop such that the disadvantages mentioned be avoided. In particular, it must be based on one version, which has a small space requirement for realizing a direct drive and at the same time enables a high power density. The usable The electrical drive unit should be suitable for direct drive of the wheels be and at the same time be integrated into the overall system in such a way that on simple way of sharing power with both wheels low design and cost effort is made possible.
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. The solution according to the invention is characterized by the features in claim 1 characterized. Advantageous configurations are in each of the Sub-claims reproduced. An advantageous use is specified in claim 15.
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.According to the invention, an electrical device is provided Drive unit for use in direct drives from Vehicles with an output shaft, which with a consumer is at least indirectly connectable to a rotor and a stator design that a differential gear unit is integrated in this. The Differential gear unit is between the as a drive for the coupling with the consumer acting drive shaft and the rotor switched. On the basis of a differential gear unit The electrical drive machine unit then assigns the task at least one more second output shaft. The term The output shaft of the electrical drive unit stands for the elements used for the purpose of driving with a consumer can be coupled, regardless of whether they are solid shafts or hollow shafts or other rotationally symmetrical elements. The To this end, differential gear unit comprises at least one differential at least one input and two outputs, the two outputs at the same time as output shafts of the electrical drive unit act. These are then at least indirectly with a consumer, in particular the wheels to be driven or those coupled to them Shafts can be coupled when used in a direct drive for vehicles. The According to the invention, the differential is integrated in the electrical Drive unit, directly in the housing. Regarding the Arrangement of the differential gear unit are a variety of Possibilities. In axial section of the drive unit in the installed position an arrangement of the differential between the Bearing of the rotor of the electric drive unit performed. According to the design of the electrical Drive unit assembly is arranged in axial section in Installation position viewed in the axial direction centered on the axial Extension of the rotor or off-center. The rotor of the electric Drive unit is here with the input of the differential coupled, while the two outputs or the outputs of the form electrical drive unit.
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
There are a multitude of options for designing the differential gear unit. These influence the design of the rotor, its coupling with the differential gear unit and the position of the outputs of the electrical unit with respect to the axis of symmetry of the rotor of the electrical unit, which generally corresponds to the axis of rotation of the rotor. The outputs of the differential gear unit are either
- a) koaxial zur Rotorsymmetrieachse odera) coaxial to the rotor symmetry axis or
- b) exzentrisch zur Rotorsymmetrieachse angeordnet.b) arranged eccentrically to the axis of symmetry of the rotor.
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.The former case offers the advantage of designing a special one compact electric drive unit, which a Minimum of components and installation space required to implement the Power transmission and power sharing functions required. The Integration of the differential gear unit in the electrical Drive unit, preferably in the form of a differential, offers the decisive advantage that the electrical Drive unit in the area of the theoretical connection axis the wheels to be driven anywhere between the two driven wheels can be arranged. Furthermore, there is only one only electric engine assembly required, which at the same time optimally fulfills the power transmission and distribution, whereby the electric drive unit is characterized by an enormous Compactness.
Die Ausgleichsgetriebeinheit kann durch
The differential gear unit can by
- a) Kegelrädera) Bevel gears
- b) Stirnräderb) spur gears
- c) Schneckenräder c) worm gears
- d) ein- oder zweireihige Sperrbahnend) single or double row barrier tracks
gebildet werden.be formed.
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
An embodiment is particularly advantageous in which the input of the differential gear unit or the differential is formed directly by the rotor and the two outputs, which form the outputs of the electrical unit, are arranged coaxially with the rotor rotation axis. The differential gear unit in this case comprises at least one differential housing, in the interior of which differential bevel gears are arranged. The shafts on which the differential bevel gears are arranged are mounted in the differential housing. The differential housing then also encloses two side shafts, a first side shaft and a second side shaft in the circumferential direction at least over part of their axial extent in the electrical drive machine unit. The two side shafts form the outputs of the electrical drive unit. The two side shafts can each be connected in a rotationally fixed manner to an axle shaft bevel gear. The axle shaft bevel gears are assigned to the differential bevel gears in such a way that they mesh with one another. The arrangement of the axes of rotation of the first axle shaft bevel gear and of the second axle shaft bevel gear and of the side shafts coupled to them in a rotationally fixed manner takes place on the theoretical axis of rotation of the rotor, which generally also functions as the axis of symmetry of the rotor in the radial direction. In this case, the differential is thus arranged centrally in the region of the axis of symmetry of the rotor, which coincides with the axis of rotation thereof. The axes of symmetry or axes of rotation of the shafts coupled to the axle bevel gears and of the shafts coupled to the axle bevel gears are each offset by 90 degrees from one another. In a further aspect of the invention, the differential housing is preferably coupled to the rotor in a rotationally fixed manner. This coupling can be done in different ways, are conceivable
- a) formschlüssige und/odera) positive and / or
- b) kraftschlüssige Verbindungen.b) positive connections.
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:However, the specific selection is at the discretion of the specialist. Here offers the rotationally fixed coupling between the differential housing and the Rotor has the significant advantage that the differential housing quasi with this forms a structural unit and thus the rotor bearing at the same time as Bearing of the differential housing is used. The Function of the electric drive machine unit is in in this case as follows:
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.The electrical supplied to the electrical drive unit Power is converted into mechanical power by the rotor of the electrical drive unit rotates. Looking at a first one Extreme situation, which for the use in vehicles by the Straight ahead is described, both wheels must be driven turn equally fast, while in the second extreme situation, that is with Cornering, only one wheel rotates and the other stands still or with lower speed rotates. It turns when driving straight ahead Differential housing, the differential bevel gears in the circumferential direction of the Compensating housing are taken with rotation and there is no Rotation of the differential bevel gears. The differential bevel gears thus take in the effect of a rigid connection the axle shaft bevel gears and the side shafts connected to it in a rotationally fixed manner. Turn both side shafts then at the same speed. In the other extreme situation, that is when one of the wheels to be driven is stationary during cornering or at Rotation of a wheel to be driven at a lower speed than that other wheel to be driven, this affects the coupled wheel Sideshafts. If you hold onto one wheel, you can use it Do not turn the wheel-coupled side shaft either. The differential housing is rotated by the rotor and takes the differential bevel gears with yourself. The axle shaft bevel gear of the fixed side shaft can but do not turn, so that the differential bevel gears, which from Differential housing to be taken to rotate on its own axis must and therefore on the fixed axle shaft bevel gear pass on. The freely movable other sideshaft experiences this through the with this coupled axle shaft bevel gear, which also with the Differential bevel gears engaged, an additional drive. This Movement is the movement of the differential housing and rectified reinforces this. Thus, the wheel that is not held rotates in the Curve faster than when driving straight ahead.
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.In both versions, the coaxial arrangement of the outputs of the Differentials to the rotor rotation axis and the eccentric arrangement this is preferably viewed in the axial direction Differential gear unit or the differential viewed in the radial direction arranged in an area which is determined by the inner diameter of the Rotor of the electric drive machine unit is writable. Here preferably surrounds the rotor in the circumferential direction Differential gear. However, versions are also conceivable in which the Arrangement of rotor and differential gear unit in the electrical Drive unit viewed in the axial direction offset to each other. However, this possibility requires one Enlargement of the space available. Preferably the differential is arranged in accordance with the former Possibility, namely within an area that is from the inner circumference of the rotor is described. These statements apply in analogy to both the coaxial arrangement of the outputs of the differential Rotor rotation axis as well as for the eccentric arrangement of the outputs of the differential to the rotor rotation axis.
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. A particular advantage of integrating the differential gear unit in the electric engine assembly is that at corresponding configuration that supplied to the differential Extreme lubricant at the same time to realize a cooling function used elements of the electrical drive machine assembly can be. For this purpose, a method is used which cools the Allows rotor by means of a coolant-air mixture. This method is based on the partial filling of the electric drive unit a coolant, preferably with low-viscosity oil. The electrical Drive unit, which can be designed in many forms for versions with a rotor and a stator, which are in radial Direction viewed at least in a circumferential direction Form a space with each other, at least partially filled so that in Not operating a coolant sump below the axis of symmetry in the Size sets that this extends into the space and at the beginning the rotor rotation by this coolant from the coolant sump can be carried away. The rotor can also be complete for this purpose Immerse in the coolant sump. The coolant is the Rotor rotation taken along and atomized and it forms depending the speed of the rotor and the filling level a so-called Coolant-air mixture out. This takes over through heat flow and Heat transfer with the heat transfer from the rotor to, for example Water or air coolable stator. The coolant-air mixture takes over thus essentially only the heat transport, which is why no additional Means for cooling the coolant must be provided because the heat is given off to other facilities and a one-off Partial filling with coolant, which is inside the electrical Drive unit remains, sufficient. This version offers in addition to the possibility of dissipating heat in critical areas of the electric drive unit, which by means of conventional Cooling arrangements can usually not be cooled satisfactorily, the further advantage that the coolant has additional functions, for example the implementation of corrosion protection of the rotor and the Lubricant supply for the differential can be assigned.
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
The rotor and stator elements of the electric drive machine unit can be designed in many different ways. For use in direct drives for vehicles, however, preference is given to using an AC machine in the form of a transverse flux machine, since this is distinguished by a particularly high power density. The structural design of the transverse flux machine is not tied to a specific design, but can, for example, as in the documents
- 1. DE 35 36 538 A11. DE 35 36 538 A1
- 2. DE 37 05 089 C12. DE 37 05 089 C1
- 3. DE 39 04 516 C13. DE 39 04 516 C1
- 4. DE 41 25 779 C14. 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.described, executed. The disclosure content regarding the concrete design of the rotor and stator assembly of this Hereby, publications are fully included in the disclosure content of these Registration included.
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
Embodiments of the electrical drive machine unit are preferably sought which are symmetrical with respect to at least one plane. This plane is usually determined by the perpendicular to the axis of rotation of the rotor. In the case of a design as a transverse flux machine, the rotor comprises a rotor shaft mounted in a stator housing, which can also correspond to the housing of the electrical drive machine unit, which in the preferred, particularly compact embodiment is formed directly by the compensating housing. A central carrier disk, which extends essentially in the radial direction, is connected to this in a rotationally fixed manner, on the end faces of which pole structures which are coaxial to the rotor rotation axis are provided on both sides. Each pole structure comprises two rows of rows of magnets, alternately magnetized in the circumferential direction, with juxtaposed soft iron elements, which are arranged next to one another in the axial direction and each separated by an intermediate layer of magnetically and electrically non-conductive material. An end ring can be assigned to each pole structure at the end. The stator assembly has a base body in which armature windings can be accommodated. There are versions with
- a) Außenstatora) External stator
- b) Innenstatorb) inner stator
- c) Außenstator und Innenstatorc) outer stator and inner stator
denkbar.conceivable.
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.The stators are assigned to the individual pole structures and form if only one outer stator is present, a so-called radial outer space in the form of an outer gap, if present only an inner stator a radially inner space in the form of a Internal gap and if both stator units are provided - external stator and Inner stator - one in the radial direction outer space and an inner space in the radial direction. At least one element the stator assembly, either the outer stator or the inner stator, or An armature winding is also assigned to both. This will be in the appropriate Wise charged with electricity.
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.The electric drive machine unit designed according to the invention is preferably used in drive systems for vehicles which electrical energy, regardless of how it is generated, on the to be driven wheels to be divided. The arrangement of the electrical Drive unit is preferably carried out centrally on the theoretical Connection axis of the wheels to be driven. Coming as drive systems thereby diesel-electric drive systems, drive systems with Fuel cells and drive concepts with electrical feed Energy via external overhead lines in question.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:The solution according to the invention is described below with reference to figures explained. The following is shown in detail:
Fig. 1 verdeutlicht eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante einer elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit in Form einer Wechselstrommaschine mit transversaler Flußführung; Fig. 1 illustrates an embodiment particularly preferred of an electric drive mechanical unit in the form of an alternating current machine with transverse flux;
Fig. 2 verdeutlicht eine mögliche Anwendung einer erfindungsgemäß gestalteten elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit in einer Antriebsvorrichtung zur Realisierung eines Direktantriebes. Fig. 2 illustrates a possible application of the invention designed according to the electric drive engineering unit in a drive device for realizing a direct drive.
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. Fig. 1 illustrates a preferred embodiment used an electric drive engineering unit 1 for use as a direct drive in vehicles. The electric drive machine unit 1 is designed such that it is at least suitable for functioning as an electric motor, preferably it can also be operated as a generator. The electric drive machine unit is preferably designed as an AC machine in the form of a transverse flux machine. This comprises a rotor 2 and a stator assembly 3 , which are enclosed by a housing 4 . According to the invention, a differential gear unit 5 in the form of a differential 6 , in particular a bevel gear differential, is integrated in the electric drive machine unit 1 . The differential 6 comprises a differential housing 7 , in the interior of which differential bevel gears 8 and 9 are arranged. The shafts 10 and 11 on which the differential bevel gears 8 and 9 are arranged are mounted in the differential housing 7 . The differential housing 7 also encloses two side shafts, a first side shaft 12 and a second side shaft 13 in the circumferential direction at least over part of their axial extent in the electric drive unit 1 . An embodiment is preferably selected in which the differential housing extends essentially over the entire axial extent of the electrical drive machine unit 1 . This means that the differential gear extends in the axial direction with respect to the arrangement between two wheels of a vehicle to be driven, from a first housing wall 4.1 to a second housing wall 4.2 of the housing 4 . The first side shaft 12 and the second side shaft 13 are connected in a rotationally fixed manner to a first axle shaft bevel gear 14 and a second axle shaft bevel gear 15 , respectively. The axle shaft bevel gears 14 and 15 are assigned to the differential bevel gears 8 and 9 in such a way that they mesh with one another. The arrangement of the axes of rotation of the first axle shaft bevel gear 14 and of the second axle shaft bevel gear 15 and of the side shafts 12 and 13 , respectively, which are coupled in a rotationally fixed manner, takes place in the illustrated case on the theoretical axis of rotation R of the rotor 2 . The differential 6 is thus arranged centrally in the region of the axis of symmetry S of the rotor 2 , which coincides with the axis of rotation R of the rotor.
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.In the embodiment shown in FIG. 1, the coupling of the rotor 2 of the electric drive unit 1 with the differential housing 7 takes place directly by realizing a rotationally fixed connection. In general, this can be designed in many forms. Form-fitting, force-fitting and / or material connections are conceivable. In the case shown, the connection of the differential housing 7 to the rotor 2 takes place via a combined force and form-fluid connection by means of fastening elements 16 . In this case, the rotor 2 forms the connection between the drive element and the axle, the rotor 2 taking over the function of the drive shaft of the differential 6 . The output shafts of the differential are formed by the side shafts, first side shaft 12 and second side shaft 13 . Therefore, the embodiment according to the Fig. 1 represents a particularly compact embodiment of the integration of an axle differential in the electric driving engineering unit 1, in which the axle differential is in the range of the two planes of symmetry E1, which are described by the axis of rotation R of the rotor 2 and a normal to this can and a plane of symmetry E2 oriented perpendicular to this plane, which runs through the axis of symmetry of the rotor 2 provided in the axial direction, is arranged. In this case, the differential 6 , viewed in the axial direction, is preferably arranged centrally between the two bearing arrangements 17 and 18 of the electric drive unit 1 . The bearing arrangements 17 and 18 serve to support the differential housing 7 and thus the rotor 2 relative to the stator assembly 3 and the housing 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.The mode of operation of the electric drive machine unit 1 can be described as follows on the basis of two selected extreme driving situations for use as a direct drive in vehicles. The two extreme situations are described on the one hand by driving straight ahead and on the other hand by extreme cornering. When driving straight ahead, both wheels turn at the same speed, while when cornering only one wheel rotates while the other is stationary. When driving straight ahead, the differential housing 7 rotates. The differential bevel gears 8 and 9 are taken along in the circumferential direction of the differential housing 7 during rotation, with no rotation of the differential bevel gears 8 and 9 on the shafts 10 and 11 , respectively. The differential bevel gears 8 and 9 take, with the effect of a rigid connection, the axle shaft bevel gears 14 and 15 and the side shafts 12 and 13 connected to them in a rotationally fixed manner. Both side shafts, the first side shaft 12 and the second side shaft 13 , then rotate at the same speed. In the other extreme situation, ie extreme cornering, a wheel coupled to a side shaft 12 or 13 is held so that this side shaft cannot rotate. The differential housing 7 is then rotated again via the rotor 2 and takes the differential bevel gears 8 and 9 with it. The Achswellekegelrad of the fixed side shaft can not turn, so that the differential bevel gears 8 and 9 , which are taken from the differential housing, must rotate about their own axis and thus roll on the fixed Achswellekegelrad. The freely movable second side shaft thus experiences an additional drive via the axle shaft bevel gear coupled to it, which is also engaged with the differential bevel gears 8 and 9 . This movement is the same as the movement of the differential housing 7 and reinforces it. This means that the wheel that is not held in the curve turns faster than when driving straight ahead.
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.The rotor 2 of the electric drive engineering unit 1 is rotated by actuation of the electric drive mechanical unit 1 with electric power to rotate. The electric drive machine unit 1 is preferably designed as an AC machine, which in turn is preferably designed in the form of a transverse flux machine, that is to say an electrical AC machine with a transverse flow guide. The electrical power supplied to the electrical drive machine unit 1 is converted into mechanical power via the rotor rotation and can be supplied to the consumers, in particular the wheels to be driven when used in vehicles, on the side shafts acting as the output 19 of the electrical drive machine unit 1 . The electric drive unit 1 thus has two outputs, a first output 19.1 and a second output 19.2 . The rotor 2 , which forms the drive shaft for the differential 6 , is connected via the differential 6 to the two drives 19.1 and 19.2 , the two drives 19.1 and 19.2 simultaneously forming the outputs of the differential 6 . In the embodiment shown, the rotor 2 is extended in the differential housing 7 , this type of arrangement not being mandatory. The rotor 2 is supported in the form of its extension in the form of the differential housing 7 on the housing 4 or the stator assembly 3 via the bearing arrangements 17 and 18 shown in FIG. 1. The support can take place directly on the housing 4 or via the stator assembly 3 , which is integrated in the housing 4 in a stationary manner.
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.The embodiment of the differential gear unit 5 shown in FIG. 1 in the form of the differential 6 represents a particularly preferred embodiment variant. Other possibilities are also conceivable, for example a coupling of the rotor 2 , not shown here, in its function as a drive shaft with a drive bevel gear which is connected to a , meshes with the differential housing 7 rotatably coupled ring gear. In this case, not shown here, the differential housing would thus be coupled to the rotor 2 again via a torque / speed transmission device. Coupling options, that is, interposition of additional power transmission units between the rotor 2 and the differential are particularly advantageous if the output of the electrical drive unit 1 and thus the drive for the consumer are off-center, that is to say with a certain eccentricity to the axis of rotation of the rotor 2 should. This can always be necessary if, for reasons of space, it is not possible to arrange the electric drive unit 1 in the middle of the theoretical connecting axis between the axes of rotation of the two wheels to be driven. In analogy, this also applies to an arrangement of the electrical drive machine unit 1 outside the area of the theoretical connection axis between the axes of rotation of the two wheels to be driven. In these cases, however, the structure of the electrical drive machine unit is more complicated.
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.The design of the electric drive machine unit 1 as an AC machine in the form of a transverse flux machine offers the advantage of a high power density. Completely rotationally symmetrical structural units are aimed at in order to implement a simple design and assembly. The rotor 2 comprises a rotor shaft which is mounted in a stator housing, which at the same time corresponds to the housing 4 and which is formed by the differential housing 7 according to FIG. 1. A central carrier disk 20 , which extends essentially in the radial direction, is connected to this in a rotationally fixed manner, on the end faces of which pole structures, a first pole structure 21 and a second pole structure 22 and coaxial with the rotor rotation axis R, are provided on both sides. Each pole structure 21 and 22 comprises two rows 25.1 , 25.2 and 26.1 , 26.2, arranged next to one another in the axial direction and separated by an intermediate layer 23 or 24 made of magnetically and electrically non-conductive material, of magnets 27 alternately magnetized in the circumferential direction with soft iron elements 28 therebetween . On the face side, an end ring 29 or 30 can be assigned to each pole structure 21 or 22 . The stator assembly 3 has a base body 31 in which armature windings 32 can be accommodated. Embodiments with an outer stator 3.1 and an inner stator 3.2 are preferably sought, which are assigned to the individual pole structures 21 and 22 and form an outer gap 33.1 and 33.2 or an inner gap 34.1 and 34.2 with these. An armature winding is assigned to at least one element of the stator assembly, either the outer stator or the inner stator. In the embodiment shown in FIG. 1, the armature winding is assigned to the inner stator 3.21 or 3.22 . However, other designs are also conceivable.
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
However, the designs of the rotor 2 and the stator assembly 3 for realizing an AC machine with a transverse flow guide are not tied to the design shown in FIG. 1, but can, as in the documents
- 1. DE 35 36 538 A11. DE 35 36 538 A1
- 2. DE 37 05 089 C12. DE 37 05 089 C1
- 3. DE 39 04 516 C13. DE 39 04 516 C1
- 4. DE 41 25 779 C14. DE 41 25 779 C1
beschrieben, ausgeführt sein.described, executed.
Der Offenbarungsgehalt bezüglich der Ausführung von Rotor- und Statorbaueinheit dieser Druckschriften wird hiermit vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung mit einbezogen.The disclosure content regarding the execution of rotor and The stator assembly of these documents is hereby fully included in the Disclosure content of this application included.
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. A significant advantage of the integration of the differential in the electric drive unit 1 is that in this embodiment the oil balance of the differential and the cooling system of the electrical unit can be provided by a shared system, since a method for cooling the rotor 2 can be used, which acts on the partial filling of the electric drive unit 1 with a coolant in the form of oil, which is entrained and atomized by the rotor rotation and thus forms a so-called coolant-air mixture. For this purpose, it is necessary to partially fill the alternating current machine, in particular the transverse flux machine, in such a way that, at least in the radially outer radial exterior, also referred to as an air gap, 33.1 or 33.2 , in the installed position between the rotor 2 and the stator 3 , a coolant sump forms in a mathematical sense below the rotor axis . During operation of the AC machine, in particular the transverse flux machine, the coolant is entrained by the rotor rotation and atomized due to the forces acting on the coolant. A coolant-air mixture is created in the air gap between the rotor 2 and the stator 3, essentially as a function of the speed of the rotor or the rotor shaft and the filling level. Through heat flow and heat transfer, this takes over the heat transfer from the rotor to the stator, which is cooled with water, for example.
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.The coolant-air mixture essentially only takes on the heat transport, which is why no additional devices for cooling the coolant have to be provided and a one-time partial filling with coolant, which remains inside the electric drive unit 1 , is sufficient. Since coolants with a low viscosity, that is to say with a low internal friction as a result of force effects between the molecules, are preferably used, for example in the form of low-viscosity oil, this can simultaneously be used as a lubricant for the differential 6 . In addition to the possibility of heat dissipation in critical areas of the electric drive unit 1 , which can usually only be insufficiently cooled by means of conventional cooling arrangements, this embodiment offers the further advantage that the coolant has additional functions, for example the implementation of the corrosion protection of the rotor 2 and the like the lubricant supply for the differential 6 can be assigned. This in turn makes it possible to provide a single lubricant or coolant supply household for the entire electric drive unit 1 . A partial filling is preferably selected for this purpose, which, when the AC machine is not in operation, enables a coolant level at a height which lies in the region of the space or spaces between the rotor and the stator which are radially inner in relation to the rotor rotation axis. Filling with a higher coolant level is also conceivable.
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. FIG. 2 illustrates in a schematically simplified representation an example of use of an electrical drive machine unit 1.2 equipped according to the invention in a drive system 35 of a vehicle 36 . The drive system 35 comprises an electrical drive machine unit which is coupled to at least one drive wheel 37.1 or 37.2 of a vehicle 36 and functions, for example, as a wheel motor, which is preferably designed as a transverse flux machine and which is supplied with electrical power by an inverter unit 38 . Furthermore, the drive system 35 comprises an electrical machine which can be operated as a generator in normal operation, that is to say when the wheels 37.1 and 37.2 are driven by an internal combustion engine 39 , which is referred to below as the generator 40 . The generator 40 can be mechanically coupled to the internal combustion engine 39 at least indirectly. This coupling is preferably rigid, that is to say it is designed without the interposition of further transmission elements. However, there is also the possibility of providing additional damping devices or speed / torque conversion devices. The provision of a coupling device is also conceivable. Corresponding rectifier units 41 are provided for converting the alternating or three-phase current generated on the electrical machine 40, which can be operated as a generator in traction mode, into direct current, which can be implemented, for example, in the form of a three-phase bridge circuit or diode rectifier bridge. The inverter unit 38 for the electric drive machine unit 1.2 functioning as a wheel motor and the rectifier unit 41 are coupled to one another via a voltage intermediate circuit in the form of a direct voltage intermediate circuit 42 . In this embodiment, only one electric drive machine unit 1.2 is assigned to the two wheels 37.1 and 37.2 to be driven , whose axis of rotation lie on a common theoretical axis. The total power fed into the DC voltage intermediate circuit 42 is fed to the electric drive machine unit 1.2 and fed to the wheels 37.1 and 37.2 via the drives 19.1 and 19.2 . The corresponding speed / torque conversion for the individual driving situations takes place via the differential 6 integrated in the electric drive machine unit 1 .
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.The electric drive machine unit 1.2 is arranged here on the axis assigned to the drive wheels 37.1 and 37.2 . It can be seen that for the direct drive of the two drive wheels 37.1 and 37.2, only one electric drive machine unit 1.2 is required, which is arranged in the area of the theoretical connecting line between the axes of rotation of the two wheels to be driven.
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. The embodiment shown in FIG. 2 represents a preferred possibility of arranging the electric drive machine unit 1.2 in a diesel-electric drive system 35. Further modifications are also conceivable, in particular with regard to the design of the drive system 35 from the internal combustion engine to the electric drive machine unit 1.2 . The specific execution is at the discretion of the responsible specialist.
11
- elektrische Antriebsmaschinenbaueinheit
- electric drive unit
22nd
- Rotor
- rotor
33rd
- Statorbaueinheit
- stator assembly
3.13.1
- Außenstator
- external stator
3.23.2
- Innenstator
- inner stator
44th
- Gehäuse
- Casing
55
- Ausgleichsgetriebeeinheit
- differential gear unit
66
- Differential
- differential
77
- Ausgleichsgehäuse
- differential housing
88th
, ,
99
- Ausgleichskegelräder
- differential bevel gears
1010th
, ,
1111
- Wellen
- Waves
1212th
- erste Seitenwelle
- first sideshaft
1313
- zweite Seitenwelle
- second sideshaft
1414
- erstes Achswellenkegelrad
- first axle shaft bevel gear
1515
- zweites Achswellenkegelrad
- second axle shaft bevel gear
1616
- Befestigungselemente
- fasteners
1717th
, ,
1818th
- Lageranordnung
- bearing arrangement
1919th
- Abtrieb
- downforce
19.119.1
, ,
19.219.2
- erster, zweiter Abtrieb
- first, second output
2020th
- zentrale Trägerscheibe
- central carrier disc
2121
, ,
2222
- Polstruktur
- pole structure
2323
, ,
2424th
- Zwischenschicht
- intermediate layer
25.125.1
, ,
25.225.2
, ,
26.126.1
, ,
26.226.2
Reihen aus wechselweise in
Umfangsrichtung
angeordneten Magneten und
Weicheisenelementen
Rows of alternating circumferential magnets and soft iron elements
2727
- Magnete
- magnets
2828
- Weicheisenelemente
- soft iron elements
2929
, ,
3030th
- Endring
- end ring
3131
- Grundkörper
- basic body
3232
- Ankerwicklung
- armature winding
33.133.1
, ,
33.233.2
in radialer Richtung äußerer Zwischenraum zwischen Rotor und
Stator, Außenspalt
in the radial direction outer space between the rotor and stator, outer gap
34.134.1
, ,
34.234.2
in radialer Richtung innerer Zwischenraum zwischen Rotor und
Stator, Innenspalt
in the radial direction inner space between the rotor and stator, inner gap
3535
- Antriebssystem
- drive system
3636
- Fahrzeug
- vehicle
37.137.1
, ,
37.237.2
Antriebsräder
Drive wheels
3838
- Wechselrichtereinheit
- inverter unit
3939
- Verbrennungskraftmaschine
- internal combustion engine
4040
- Generator
- generator
4141
- Gleichrichtereinheit
- rectifier unit
4242
- Gleichspannungszwischenkreis
- DC link
Claims (18)
- 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.
- 1. with at least one rotor ( 2 ), a stator assembly ( 3 ) and an output shaft ( 19.1 ) at least indirectly coupled to the rotor;
- 2. rotor ( 2 ) and stator assembly ( 3 ) are integrated in a housing ( 4 );
- 3. with a further second output shaft ( 19.2 ) which can be coupled at least indirectly to the rotor;
- 4. a differential gear unit ( 5 ) is interposed between the rotor ( 2 ) and the output shafts ( 19.1 , 19.2 ); characterized by the following characteristic:
- 5. the differential gear assembly ( 5 ) is integrated in the housing ( 4 ).
- 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.
- 1. the rotor ( 2 ) is supported at least indirectly on the housing ( 4 ) via a bearing arrangement ( 17 , 18 );
- 2. The differential gear assembly ( 5 ) is arranged in the axial section of the electric drive unit ( 1 ) in the axial direction between the bearing arrangement ( 17 , 18 ) of the rotor ( 2 ).
- 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.
- 1. the differential gear assembly ( 5 ) comprises at least one input and two outputs;
- 2. the input of the differential gear assembly ( 5 ) is rotatably connected to the rotor ( 2 );
- 3. each output of the differential gear unit ( 5 ) is rotatably connected to an output shaft ( 19.1 , 19.2 ).
- 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.
- 1. the differential ( 6 ) comprises a differential housing ( 7 );
- 2. inside the differential housing ( 7 ), two differential bevel gears ( 8 , 9 ) are arranged, which are coupled in a rotationally fixed manner to the differential housing ( 7 ) in the circumferential direction and are rotatably mounted about their axis of symmetry in the differential housing ( 7 );
- 3. the differential housing ( 7 ) encloses two as the output shafts ( 19.1 , 19.2 ) of the electric drive machine unit ( 1 ) acting side shafts, a first side shaft ( 12 ) and a second side shaft ( 13 ) in the circumferential direction at least over a part of their axial extent in the electrical Engine assembly ( 1 );
- 4. the two side shafts ( 12 , 13 ) are each rotatably connected to an axle bevel gear ( 14 , 15 ), the axle bevel gears ( 14 , 15 ) being assigned to the differential bevel gears ( 8 , 9 ) such that the axes of symmetry or axes of rotation the shafts ( 12 , 13 ) coupled to the axle shaft bevel gears ( 14 , 15 ) and the shafts ( 10 , 11 ) coupled to the differential bevel gears ( 8 , 9 ) are each offset by 90 degrees.
- 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).
- 1. the rotor ( 2 ) comprises a central carrier disk ( 20 ) and two pole structures ( 21 , 22 ) which are assigned on both sides to the central carrier disk ( 20 ) in the axial direction;
- 2. each pole structure ( 21 , 22 ) comprises two rows ( 25 , 1 , 25.2 , 26.1 , 26.2 ) of alternately arranged magnets ( 27 ) and soft iron elements ( 28 ), which are electrically and by an intermediate layer ( 23 , 24 ) magnetically non-conductive material are separated from each other;
- 3. the stator assembly ( 3 ) comprises at least one outer and / or inner stator assembly ( 3.1 , 3.2 ) associated with the rotor ( 2 ), forming a radial space ( 33.1 , 33.2 , 34.1 , 34.2 ).
- 1. der Fahrzeugantrieb umfaßt wenigstens eine Energiequelle;
- 2. die Energiequelle ist mit der elektrischen Antriebsmaschinenbaueinheit (1) elektrisch gekoppelt;
- 1. the vehicle drive comprises at least one energy source;
- 2. the energy source is electrically coupled to the electrical drive unit ( 1 );
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