WO2019242801A1 - Antriebseinheit mit ausgewuchteter elektrischer rotationsmaschine - Google Patents

Antriebseinheit mit ausgewuchteter elektrischer rotationsmaschine Download PDF

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WO2019242801A1
WO2019242801A1 PCT/DE2019/100491 DE2019100491W WO2019242801A1 WO 2019242801 A1 WO2019242801 A1 WO 2019242801A1 DE 2019100491 W DE2019100491 W DE 2019100491W WO 2019242801 A1 WO2019242801 A1 WO 2019242801A1
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rotor
opening
balancing
electrical
electrical machine
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PCT/DE2019/100491
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Inventor
Andreas Trinkenschuh
Steffen Lehmann
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/04—Balancing means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/108—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with friction clutches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1815—Rotary generators structurally associated with reciprocating piston engines

Definitions

  • the invention relates to an electric rotary machine, comprising a rotor rotatably mounted about an axis of rotation, and a drive unit for a drive train of an electrically drivable motor vehicle, in particular a hybrid motor vehicle, and a drive arrangement.
  • Rotors for electrical machines are also known from the prior art, which comprise a rotor shaft and a laminated core.
  • DE10 2017 001 321 A1 describes a rotor for an electrical machine with a rotor shaft and a laminated core arranged on the rotor shaft and connected to it in a rotationally fixed manner, so-called balancing elements being arranged between the rotor shaft and the laminated core to enable the stator to be balanced.
  • the laminated core and the rotor shaft are connected to one another via a toothing, a balancing element being at least partially arranged in at least one tooth gap.
  • balancing rivets are riveted to a carrier element or balancing weights are welded on.
  • Drive devices for a hybrid vehicle are known from the prior art, which include an internal combustion engine, a first electrical machine and a second electrical machine.
  • DE 10 2015 222 690 A1 DE 10 2015 222 691 A1 and WO 2017 084 887 A1 describe methods for controlling such a drive device, the drive device being operable in several operating modes.
  • Drive device depends on the efficiency of the internal combustion engine and on the efficiency of the first electric machine.
  • a performance-oriented and a consumption-oriented mode are described in documents DE 10 2015 222 691 A1 and WO 2017 084 887 A1, wherein a respective mode is dependent on a condition.
  • This condition includes that a target drive value is increased to an intermediate value that is between one
  • Internal combustion engine threshold which represents a maximum drive value in a parallel hybrid operation in which only the
  • Parallel hybrid operation threshold which represents a maximum drive value in the parallel boost hybrid operation, lies.
  • Drive device of a hybrid vehicle for driving a drive wheel wherein the drive device is an internal combustion engine, one with the
  • Electric machine an electric accumulator and a main clutch between the internal combustion engine and the drive wheel.
  • hybrid vehicle which has a hybrid drive device.
  • the hybrid vehicle repeatedly described in the prior art comprises an internal combustion engine, a first and a second electrical machine, at least one drive wheel, a main clutch and a first and a second clutch.
  • the main clutch is between the internal combustion engine and one
  • the first clutch is provided between the first electrical machine and an output shaft of the internal combustion engine and the second clutch is provided between the second electrical machine and a drive wheel.
  • the drive unit comprises a gear unit via which the drive shaft of the respective electrical machine can be coupled or coupled with wheel drive shafts.
  • a second gear ratio is coupled to a countershaft unit, the countershaft unit having an integrated clutch and being further connected to the wheel drive shafts in such a way that depending on the position of this clutch
  • Wheel drive shafts can be coupled.
  • Machine and an internal combustion engine for torque transmission is operatively related and is operatively related to a second electrical machine for torque transmission via a second drive train.
  • the second electrical machine is permanent with the transmission input shaft
  • Torque-transmitting connected and the first electrical machine and the internal combustion engine can be coupled to the transmission input shaft for torque transmission.
  • the first electrical machine and / or the second electrical machine can be designed to be cooled. It is particularly preferred if the cooling by means of water cooling from a vehicle Cooling circuit or by means of oil cooling with gear oil out of the gear.
  • the present invention has for its object an electrical
  • the invention relates to an electrical rotary machine, comprising a rotor rotatably mounted about an axis of rotation for executing a rotary movement, the rotor at least one with at least one component of it
  • a balancing element is arranged in the opening, so that the rotor with a balancing element has a center of gravity which is closer to the axis of rotation than the center of gravity of the rotor without the balancing element.
  • the balancing element is designed as a pin.
  • the pin can be positively, non-positively and / or materially fixed in the axial direction in the opening.
  • balancing elements can e.g. as grooved pins, parallel pins,
  • Knurled pins or spring tension pins The present invention is not limited to a pin shape of the balancing element, but the balancing element can alternatively also have other geometric types or shapes.
  • the opening for receiving the pin is hollow cylindrical
  • the balancing elements can have a different geometric shape, an opening for receiving the balancing elements having a shape in which a corresponding balancing element can be received. Openings can be punched directly in the rotor.
  • a rotor can comprise a laminated core, a respective laminate having punched openings.
  • the rotor has a plurality of openings with balancing elements accommodated therein.
  • balancing elements are arranged in fewer openings than there are total openings.
  • the rotor can be designed in such a way that the balancing elements in the openings have different axial lengths.
  • the balancing elements are arranged in the openings at different axial positions.
  • the invention is not limited to this configuration, but the balancing elements, preferably all designed as pins, can also have the same length.
  • the balancing elements designed as pins can have the same or different diameters. A high number of balancing pins can be achieved by a corresponding number of balancing pins and their different lengths.
  • balancing elements which have the same lengths, from different materials, thus with different densities and thus different masses, whereby an equivalent effect to balancing with balancing elements of the same density with different axial lengths can be achieved.
  • balancing elements made of steel or iron, but also made of plastic or aluminum can be used.
  • the rotor has a plurality of openings, preferably more than twenty openings, which are arranged at regular intervals
  • Angular distances from one another are arranged, with not all openings having a balancing element accommodated therein.
  • the relatively many openings have already been integrated into the rotor during manufacture, so that only when it is necessary to carry out a balancing, one or possibly also several of the openings are provided with a balancing element around the center of gravity back to the center of the rotor.
  • the openings are made or arranged in the rotor in such a way that, in their entirety, they have no influence on the position of the center of gravity and only the arrangement of one
  • Balancing element affects the center of gravity.
  • the object according to the invention is preferably implemented in such a way that at least a first opening extends into the rotor from a first axial side thereof and a second opening extends into the rotor from a second axial side, which lies axially opposite the first side.
  • Such balancing of a rotor on two axial sides can depend on the axial length of the rotor and its mounting, e.g. one-sided or two-sided storage.
  • the first opening and the second opening are arranged at the same angular position with respect to the axis of rotation of the rotor of the electric rotary machine.
  • a first opening and a second opening can be on the same
  • Angular position form a continuous hole which leads from a first axial side of the rotor to a second axial side of the rotor axially opposite this side.
  • a balancing element can, for example, be arranged axially in the center of such a continuous hole.
  • the object according to the invention is preferably realized in such a way that the balancing element consists of a non-magnetizable material or non-magnetic material, or comprises regions made of this material.
  • the choice of material for the balancing element is not restricted to non-magnetizable material or non-magnetic material, but rather a respective one
  • Balancing element can also have material that can be magnetized at least in some areas.
  • balancing pins can be made of stainless steel or plastics at least in some areas. It is also conceivable that balancing pins are made of other non-magnetizable materials, at least in some areas.
  • Non-magnetisable or non-magnetic balancing elements are particularly advantageous when balancing is carried out in the vicinity of, for example, rotor magnets, since the balancing elements thus have no influence on the magnetic field of the rotor magnets.
  • the material of the balancing element has a higher density than the material of the rotor.
  • the material of the balancing element has a lower density than the material of the rotor, in particular if the rotor is designed with a plurality of uniformly distributed openings.
  • a fuse for axially fixing the balancing element can be implemented in the opening.
  • Axial securing options can include positive, non-positive, material, or a combination of these connections.
  • a balancing element is preferably glued or pressed into an opening.
  • An opening with a balancing element arranged therein should preferably have a distance A from the axis of rotation that is at the maximum radial
  • Extension E of the rotor has the following relationship:
  • An advantage of an electric rotary machine according to the invention as described above is in particular that the rotor can be balanced completely independently of the available installation space, since the balancing process takes place within the rotor using the balancing elements.
  • Balancing element is arranged so that the rotor with the balancing element Center of gravity, which is closer to the axis of rotation than the center of gravity of the rotor without the balancing element.
  • the method according to the invention for balancing a rotatably mounted rotor of an electric rotary machine has the advantage that, contrary to the methods known from the prior art, no additional protection against the influence of centrifugal force on the balancing elements has to be implemented, since these are already correspondingly secured by their arrangement in an opening are stored.
  • the method according to the invention for balancing a rotatably mounted rotor can be implemented in all structures or types of an electrical machine which comprises a rotatably mounted rotor.
  • a drive unit for a drive train of an electrically drivable motor vehicle in particular one
  • Hybrid motor vehicle provided which has a first electrical machine and a second electrical machine and an output shaft, wherein a rotor of the second electrical machine is rotatably connected to the output shaft, which can also be referred to as a transmission input shaft, and wherein the drive unit also has a disconnect clutch with which the first
  • Internal combustion engine for torque transmission is connectable or connected to the output shaft, at least one of the electrical machines being designed as an electrical rotary machine according to the invention.
  • the two electrical machines are arranged in series.
  • the rotors of the two electrical machines or their axes of rotation are arranged coaxially.
  • the disconnect clutch is a switchable clutch that can be switched from an open state to a closed state and vice versa.
  • the drive unit can be designed in such a way that the first shaft which is fixedly connected to the rotor of the first electrical machine is arranged radially within the output shaft which is fixedly connected to the rotor of the second electrical machine.
  • the first shaft can be divided, namely in the form of a central hollow shaft, on which a non-rotatably connected hub is arranged in some areas, which in turn is non-rotatably connected to the rotor of the first electrical machine.
  • the radial inside of the separating clutch can be connected in a rotationally fixed manner to the hub on the first electrical machine, and the radial outside of the
  • the disconnect clutch can be connected to the output shaft, which is non-rotatably connected to the rotor of the second electrical machine.
  • the drive unit can have a gear unit which, in conjunction with the output shaft of the drive unit, also referred to as a transmission input shaft
  • This transmission can comprise a differential transmission or can be designed as such.
  • the transmission can include a first gear, which is associated with a
  • a second gear stage is thus implemented in the drive unit by the first gear.
  • This first gearwheel can be coupled in a rotationally fixed manner to a countershaft of the gearbox, the external toothing of which in turn meshes with an input gearwheel of a differential gearbox, as a result of which a third transmission stage is realized.
  • a drive arrangement which has a drive unit and an internal combustion engine, the Internal combustion engine rotation test coupled to the rotor of the first electrical machine or, in particular via a further coupling device, can be coupled.
  • Such a drive arrangement is advantageously designed such that a first is connected between the internal combustion engine and the first shaft, which is connected to the rotor of the first electrical machine
  • Gear ratio stage is arranged for the purpose of translating the rotational speed of the rotary movement realized by the internal combustion engine onto the first shaft.
  • the output element of the internal combustion engine can be a damper unit or a clutch for opening and closing the torque transmission path between the internal combustion engine and the
  • the output element can be an internally toothed component
  • the drive arrangement also comprises at least one wheel drive shaft, which is connected via the gearbox to the output shaft of the drive unit, so that a rotary movement realized by the output shaft can be transmitted through the gearbox to the wheel drive shaft.
  • Fig. 2 the rotor of an electric rotary machine cut in
  • FIG. 1 and 2 here show a rotor 1 of an electric rotary machine in different views. Both in FIG. 1 and in FIG. 2, elements that are shown several times, representative of the entire figures, are only provided with a reference symbol at one point, since the rotor shown here has a structure that is repetitive in the circumferential direction.
  • the rotor 1 shows a view of the rotor 1 of an electric rotary machine in the axial direction.
  • the rotor 1 can essentially be divided into three areas 30, 31, 32, a radially central area 30, a radially central area 31 and a radially outer area 32.
  • a respective region 30, 31, 32 extends in the radial direction over approximately a third of the radius of the rotor 1.
  • a shaft holder 7 is arranged in the radially central region 30.
  • Shaft mount 7 is a substantially circular axially continuous mount through which a rotor shaft (not shown) can be guided.
  • the shaft holder 7 extends essentially in the axial direction.
  • Shaft receptacle 7 is configured here in such a way that it has a contour which can be positively connected to a counter contour formed by the rotor shaft in such a way that a rotationally fixed connection can be realized.
  • the radially central region 31 comprises a plurality of relief bores 8, which are arranged at regular intervals along the circumferential direction and extend through the rotor 1 in the axial direction.
  • the relief bores 8 are designed such that they essentially implement a spoke-like structure in the radially central region 31.
  • the relief bores 8 reduce the mass of the rotor 1, which has to be accelerated when rotating about the axis of rotation 2, and the stresses in the material which arise when the rotor 1 is loaded, the spoke-like structure ensuring the stability of the rotor 1.
  • Openings 10 and receptacles 5 are arranged in the radially outer region 32, the receptacles 5 being arranged essentially radially further outward than the openings 10.
  • the openings 10 are formed in the axial direction essentially as a hollow cylinder and on a circular path 13, which is essentially an ideal one
  • Circular path is arranged.
  • a plurality of openings 10 are arranged substantially equally spaced from one another in the circumferential direction, here being twenty
  • Openings 10 are shown.
  • FIG. 2 shows the rotor 1 of an electric rotary machine in a perspective view, the structure of the rotor 1 corresponding to the rotor 1 shown in FIG. 1.
  • the section in FIG. 2 extends through a first opening 10a and a second opening 10b, among other things. It is also shown that both in the first opening 10a and in the second opening 10b
  • Balancing element 11, 12 is arranged, wherein the first opening 10a is arranged on a first axial side 20 of the rotor 1 and the second opening 10b is arranged on a second axial side 21 of the rotor 1 axially opposite the first axial side 20.
  • the first opening 10a and the second opening 10b are arranged on their respective axial sides 20, 21 in such a way that the first opening 10a and the second opening 10b lie exactly opposite one another in the axial direction, thus they have a relation to the axis of rotation 2 identical angular position.
  • a respective opening 10a, 10b extends so far into a respective axial side 20, 21 in the axial direction in the rotor 1 that the two openings 10a, 10b in one from the first axial side 20 of the rotor 1 to the second axial side 21 of the Form rotor 1 through opening 10.
  • the through opening 10 is in the
  • the Balancing elements 11, 12 are designed as grooved pins.
  • a first balancing element 11 is inserted into the first opening 10a on the first axial side 20 of the rotor 1, a second balancing element 12 being inserted into the second opening 10b on the second axial side 21 of the rotor 1.
  • the balancing elements 11, 12 each extend over about a quarter of the axial extent of the opening 10 designed as a through hole and essentially close with their end facing the side 20, 21 into which they are inserted with the respective axial side 20, 21 of the rotor 1.
  • balancing elements 12 When balancing a rotor 1 designed according to the invention, it is thus possible to arrange one or more balancing elements 12 in one or more openings 10 at several angular positions. Each arranged balancing element 12 shifts the center of gravity of the rotor 1 in the radial and / or axial direction.
  • FIG. 3 shows a drive unit 100 for a drive train of an electrically drivable motor vehicle, in particular a hybrid motor vehicle, which has a first electrical machine 110 and a second electrical machine 120, both of which are arranged on a common axis of rotation 101.
  • the rotor 111 of the first electrical machine 110 is coaxial with the
  • the stator 112 of the first electrical machine 110 and also the stator 122 of the second electrical machine 120 are accommodated in a housing 102 of the drive unit 100.
  • the rotor 111 of the first electrical machine is rotatably connected to a first shaft 130.
  • the rotor 121 of the second electrical machine 120 is non-rotatable with a
  • Output shaft 140 connected, which can also be referred to as a transmission input shaft.
  • the first electrical machine 110 shown in FIG. 3 and the second electrical machine 120 are essentially electrical in accordance with the invention
  • Rotary machines are formed and thus comprise a rotor 1 corresponding to the electric rotary machine according to the invention.
  • the drive unit 100 comprises a separating clutch 150, with which the first electrical machine 110 and thus an internal combustion engine connected to the first shaft 130, which is connected in a rotationally fixed manner to the rotor 111 of the first electrical machine 110, can be connected or connected to the output shaft for torque transmission.
  • the first shaft 130 is made in two parts, namely from a central hollow shaft 132 and one on it
  • the hub 133 forms the radial inside 151 of the separating clutch 150, or is fixedly connected to this input side of the separating clutch 150.
  • the radial outside 152 of the disconnect clutch 150 which is the output side of the
  • Separating clutch 150 realized, is rotatably connected to the output shaft 140.
  • the disconnect clutch 150 is a switchable clutch that can be switched from an open state to a closed state and vice versa.
  • an actuation system 153 is assigned to the disconnect clutch 150. In this way, when the separating clutch 150 is closed, a torque can be transmitted from the first shaft 130 to the output shaft 140 or vice versa.
  • the two electrical machines 110, 120 are arranged in series, the rotors 111, 121 of the two electrical machines 110, 120 or their axes of rotation being arranged coaxially.
  • the first shaft 130 or its central hollow shaft 132 runs radially inside the output shaft 140, as a result of which the overall construction volume of the drive unit 100 can be made small.
  • the drive unit 100 shown here comprises a gear 160, which is operatively connected to the output shaft 140 of the drive unit 100, which is also referred to as a transmission input shaft, so that a torque provided by the output shaft 140 or the rotary movement realized by the output shaft 140 via the Gear 160 can be routed to another gear unit of a motor vehicle, or can be directed directly to drive wheels of a motor vehicle.
  • this transmission 160 comprises a
  • Differential gear 170 Differential gear 170. Furthermore, the gear 160 includes a first gear 161, which is associated with a
  • a second transmission stage 162 is thus implemented in the drive unit 100 by the first gear wheel 161.
  • This first gear wheel 161 is coupled in a rotationally fixed manner to a countershaft 163 of the transmission 160, the external toothing 164 of which in turn meshes with an input gear wheel 171 of the differential gear 170, which results in a third gear ratio
  • the drive unit 100 is part of a likewise shown
  • Embodiment of a drive arrangement 200 according to the invention Embodiment of a drive arrangement 200 according to the invention.
  • This drive arrangement 200 additionally has one not shown here
  • the drive arrangement 200 shown is designed in such a way that between the connection 210 for an internal combustion engine (not shown here) and the first shaft 130, which is connected in a rotationally fixed manner to the rotor 111 of the first electrical machine 110, a first transmission stage 142 is formed for the purpose of translating the speed of the rotary movement of the internal combustion engine or its connection 210 onto the first shaft 130.
  • an output element 220 of the internal combustion engine is provided, which can have a damper unit 221 or one
  • Clutch 222 for opening and closing the torque transmission path between the internal combustion engine and the drive unit 100, or also a combination of a damper unit 221 and a clutch 222 shown.
  • the output element 220 comprises, as a component, an internally toothed gear 223 which meshes with an external toothing 131 of the first shaft 130 and thus realizes a first transmission stage 142.
  • an axis of rotation of the driven element 220 is laterally offset from the axis of rotation 101 of FIG
  • Gear ratio 142 are passed to the first shaft 130, so that the rotor 111 located thereon of the first electrical machine 110 can be set in rotation in order to be operated as a generator.
  • the rotational movement applied can be transmitted from the first shaft 130, possibly reinforced by an electromotive drive by the first electrical machine 110, to the output shaft 140. Due to the rotationally fixed connection of the rotor 122 of the second electrical machine 120 to the output shaft 140, a torque provided by the second electrical machine 120 can also be additionally applied to the output shaft 140.
  • the rotational movement of the output shaft 140 is guided via its external toothing 141 to the first gear 161 of the connected gear 160, the second transmission stage 162 being realized. From the first gear 161, the torque or the rotational movement is directed to the countershaft 163, from which it is via the input gear 171 of the
  • Differential gear 170 is fed to this.
  • the torque from the differential gear 170 is not shown here
  • Wheel drive shafts supplied, or if necessary, another gear for increasing or reducing the torque or speed supplied, or if necessary, another gear for increasing or reducing the torque or speed.
  • the drive arrangement 200 shown can be used for a wide variety of purposes

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine, umfassend einen um eine Rotationsachse drehbeweglich gelagerten Rotor und eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, sowie eine Antriebsanordnung. Eine elektrische Rotationsmaschine, umfassend einen um eine Rotationsachse (2) drehbeweglich gelagerten Rotor (1) zur Ausführung einer Drehbewegung, wobei der Rotor (1) wenigstens eine mit zumindest einer Komponente ihrer Erstreckungsrichtung in axialer Richtung verlaufende Öffnung (10) aufweist, wobei sich die elektrische Rotationsmaschine dadurch kennzeichnet, dass in der Öffnung (10) ein Wuchtelement (11, 12) angeordnet ist, so dass der Rotor (1) mit dem Wuchtelement (11, 12) einen Schwerpunkt aufweist, der sich dichter an der Rotationsachse (2) befindet als der Schwerpunkt des Rotors (1) ohne das Wuchtelement (11, 12). Mit der erfindungsgemäßen elektrischen Rotationsmaschine sowie der damit ausgestatteten Antriebseinheit und der Antriebsanordnung werden Einrichtungen zur Verfügung gestellt, die in konstruktiv sowie fertigungstechnischer und montagetechnisch einfacher Weise einen schwingungsarmen Lauf gewährleisten.

Description

ANTRIEBSEINHEIT MIT AUSGEWUCHTETER ELEKTRISCHER ROTATIONSMASCHINE
Die Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine, umfassend einen um eine Rotationsachse drehbeweglich gelagerten Rotor, und eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, sowie eine Antriebsanordnung.
Elektrische Maschinen sind weitgehend bekannt. Aus dem Stand der Technik sind außerdem Rotoren für elektrische Maschinen bekannt, welche eine Rotorwelle sowie ein Blechpaket umfassen. Die DE10 2017 001 321 A1 beschreibt dazu einen Rotor für eine elektrische Maschine mit einer Rotorwelle und einem auf der Rotorwelle angeordneten und mit dieser drehfest verbundenen Blechpaket, wobei zwischen der Rotorwelle und dem Blechpaket sogenannte Wuchtelemente angeordnet sind, um ein Wuchten des Stators zu ermöglichen. Das Blechpaket und die Rotorwelle sind dabei über eine Verzahnung miteinander verbunden, wobei ein Wuchtelement zumindest teilweise in wenigstens einer Zahnlücke angeordnet ist.
Es ist weiterhin bekannt, dass beim Wuchten von rotierenden Teilen entweder
Material abgetragen wird, sogenannte Wuchtnieten auf einem Trägerelement angenietet werden oder Wuchtgewichte aufgeschweißt werden.
Aus dem Stand der Technik sind Antriebseinrichtungen für ein Hybridfahrzeug bekannt, welche unter anderem eine Verbrennungskraftmaschine, eine erste elektrische Maschine sowie eine zweite elektrische Maschine umfassen.
Die DE 10 2015 222 690 A1 , DE 10 2015 222 691 A1 sowie WO 2017 084 887 A1 beschreiben dazu Verfahren zum Steuern einer derartigen Antriebseinrichtung, wobei die Antriebseinrichtung in mehreren Betriebsmodi betreibbar ist.
In der DE 10 2015 222 690 A1 wird vorwiegend ein serieller Hybridbetrieb erläutert, in dem das Fahrantriebsdrehmoment mittels der zweiten Elektromaschine bewirkt wird und die Verbrennungskraftmaschine die erste Elektromaschine zur Erzeugung von elektrischer Energie antreibt. Beschrieben ist, wie die Verbrennungskraftmaschine in einem Arbeitspunkt betrieben wird, wobei ein kombinierter Wirkungsgrad der
Antriebseinrichtung von dem Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine und von dem Wirkungsgrad der ersten Elektromaschine abhängt.
In den Dokumenten DE 10 2015 222 691 A1 und WO 2017 084 887 A1 werden ein leistungsorientierter sowie ein verbrauchsorientierter Modus beschrieben, wobei ein jeweiliger Modus von einer Bedingung abhängig ist. Diese Bedingung umfasst, dass ein Sollantriebswert auf einen Zwischenwert erhöht wird, der zwischen einer
Verbrennungskraftmaschine-Schwelle, die einen maximalen Antriebswert in einem parallelen Hybridbetrieb repräsentiert, in dem ausschließlich die
Verbrennungskraftmaschine ein Fahrantriebsdrehmoment bewirkt, und einer
Parallelhybridbetrieb-Schwelle, die einen maximalen Antriebswert in dem parallelen Boost-Hybridbetrieb repräsentiert, liegt.
Die DE 10 2015 222 692 A1 , WO 2017 084 888 A1 , DE 10 2015 222 694 A1 sowie WO 2017 084 889 A1 beschreiben ein Verfahren zum Betreiben einer
Antriebseinrichtung eines Hybridfahrzeugs zum Antreiben eines Antriebsrads, wobei die Antriebseinrichtung eine Verbrennungskraftmaschine, eine mit der
Verbrennungskraftmaschine gekoppelte erste Elektromaschine, eine zweite
Elektromaschine, einen elektrischen Akkumulator und eine Hauptkupplung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Antriebsrad umfasst.
In der DE 10 2015 222 692 A1 sowie der WO 2017 084 888 A1 wird beschrieben, dass die Antriebseinrichtung in einem von drei Betriebsmodi betrieben wird, nämlich in einem rein elektrischen Betrieb, einem seriellen Hybridbetrieb oder einem parallelen Hybridbetrieb, wobei das während des Wechsels von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus bereitgestellte Fahrantriebsdrehmoment einem geeignet wählbaren Verlauf zwischen dem vor und nach dem Wechsel bereitgestellten
Fahrantriebsdrehmoment entspricht.
DE 10 2015 222 694 A1 und WO 2017 084 889 A1 offenbaren, dass zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Antriebsrad weiterhin ein Getriebe angeordnet ist.
Des Weiteren beschreibt ein jeweiliges genanntes Dokument ein Hybridfahrzeug, welches eine Hybrid-Antriebseinrichtung aufweist. Das im Stand der Technik wiederholt beschriebene Hybridfahrzeug umfasst eine Verbrennungskraftmaschine, eine erste sowie zweite elektrische Maschine, zumindest ein Antriebsrad, eine Hauptkupplung sowie eine erste und eine zweite Kupplung. Die Hauptkupplung ist dabei zwischen der Verbrennungskraftmaschine und einem
Antriebsrad angeordnet, die erste Kupplung ist zwischen der ersten elektrischen Maschine und einer Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen und die zweite Kupplung ist zwischen der zweiten elektrischen Maschine und einem Antriebsrad vorgesehen.
Aus der (noch nicht veröffentlichten) DE 10 2017 128 289.0 ist eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines Hybridkraftfahrzeuges bekannt, mit einer
Verbrennungskraftmaschine, einer ersten elektrischen Maschine, einer zweiten elektrischen Maschine, einer ersten Übersetzungsstufe und einer Triebwelle der ersten elektrischen Maschine und/oder der zweiten elektrischen Maschine. Des Weiteren umfasst die Antriebseinheit eine Getriebeteileinheit, über die die Triebwelle der jeweiligen elektrischen Maschine mit Radantriebswellen gekoppelt oder koppelbar ist. Eine zweite Übersetzungsstufe ist mit einer Vorgelegeeinheit gekoppelt, wobei die Vorgelegeeinheit eine integrierte Kupplung aufweist und so mit den Radantriebswellen weiter verbunden ist, dass in Abhängigkeit der Stellung dieser Kupplung die
Verbrennungskraftmaschine über die zweite Übersetzungsstufe mit den
Radantriebswellen koppelbar ist.
Die ebenfalls noch nicht veröffentlichte DE 10 2017 127 695.5 lehrt einen
Antriebsstrang für ein Hybridkraftfahrzeug, welcher eine Getriebeeingangswelle aufweist, die über einen ersten Teilantriebsstrang mit einer ersten elektrischen
Maschine und einer Verbrennungskraftmaschine zur Drehmomentübertragung in Wirkbeziehung steht und die über einen zweiten Teilantriebsstrang mit einer zweiten elektrischen Maschine zur Drehmomentübertragung in Wirkbeziehung steht. Die zweite elektrische Maschine ist dauerhaft mit der Getriebeeingangswelle
drehmomentübertragend verbunden und die erste elektrische Maschine und die Verbrennungskraftmaschine sind koppelbar zur Drehmomentübertragung mit der Getriebeeingangswelle verbindbar. Dabei kann die erste elektrische Maschine und/oder die zweite elektrische Maschine gekühlt ausgeführt sein. Besonders ist es bevorzugt, wenn die Kühlung mittels einer Wasserkühlung aus einem Fahrzeug- Kühlkreis oder mittels einer Ölkühlung mit Getriebeöl aus dem Getriebe heraus ausgebildet ist. Weiterhin kann auch die eingesetzte Trennkupplung als eine
ölgekühlte Lamellenkupplung ausgebildet sein.
Es liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische
Rotationsmaschine sowie eine damit ausgestattete Antriebseinheit und eine
Antriebsanordnung zur Verfügung zu stellen, die in konstruktiv sowie
fertigungstechnischer und montagetechnisch einfacher Weise einen
schwingungsarmen Lauf gewährleisten.
Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der elektrischen Rotationsmaschine sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben. Ergänzend wird eine Antriebseinheit gemäß Anspruch 9 zur Verfügung gestellt. Weiterhin wird ergänzend eine
Antriebsanordnung gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.
Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Begriffe„axial“,„radial“ und„Umfangsrichtung“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Rotationsachse der elektrischen
Rotationsmaschine.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine, umfassend einen um eine Rotationsachse drehbeweglich gelagerten Rotor zur Ausführung einer Drehbewegung, wobei der Rotor wenigstens eine mit zumindest einer Komponente ihrer
Erstreckungsrichtung in axialer Richtung verlaufende Öffnung aufweist. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in der Öffnung ein Wuchtelement angeordnet ist, so dass der Rotor mit einem Wuchtelement einen Schwerpunkt aufweist, der sich dichter an der Rotationsachse befindet als der Schwerpunkt des Rotors ohne das Wuchtelement. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Wuchtelement als Stift ausgebildet. Der Stift kann dabei form-, kraft- und / oder stoffschlüssig in axialer Richtung in der Öffnung fixiert sein.
Insbesondere können Wuchtelement dabei z.B. als Kerbstifte, Zylinderstifte,
Rändelstifte oder Federspannstifte ausgestaltet sein. Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Stiftform des Wuchtelementes eingeschränkt, sondern das Wuchtelement kann alternativ auch andere geometrische Arten bzw. Formen aufweisen.
Entsprechend ist die Öffnung zur Aufnahme des Stiftes hohlzylinderförmig
ausgebildet.
Alternativ ist auch denkbar, dass die Wuchtelemente eine andere geometrische Form aufweisen können, wobei eine Öffnung zur Aufnahme der Wuchtelemente eine Form aufweist, in welche ein entsprechendes Wuchtelement aufnehmbar ist. Öffnungen können dabei direkt im Rotor gestanzt realisiert sein. Dabei kann ein Rotor ein Blechpaket umfassen, wobei ein jeweiliges Blech gestanzte Öffnungen aufweist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Rotor mehrere Öffnungen mit darin aufgenommenen Wuchtelementen aufweist.
Dabei ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform eingeschränkt, sondern es kann auch vorgesehen sein, dass in weniger Öffnungen Wuchtelemente angeordnet sind, als insgesamt Öffnungen vorhanden sind.
Wenn mehrere Wuchtelemente in Öffnungen vorhanden sind, kann der Rotor derart ausgestaltet sein, das die Wuchtelemente in den Öffnungen unterschiedliche axiale Längen aufweisen. Alternativ oder hinzukommend kann auch vorgesehen sein, dass die Wuchtelemente an unterschiedlichen axialen Positionen in den Öffnungen angeordnet sind.
Dabei ist die Erfindung nicht auf diese Ausgestaltung eingeschränkt, sondern die Wuchtelemente, vorzugsweise alle als Stifte ausgeführt, können auch gleiche Längen haben. Zudem können die als Stifte ausgeführten Wuchtelemente gleiche oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Durch eine entsprechende Anzahl von Wuchtstiften sowie deren unterschiedliche Längen kann eine hohe Wuchtgüte erreicht werden.
Alternativ ist es möglich, die Wuchtelemente, welche gleiche Längen aufweisen, aus unterschiedlichen Materialen, somit mit unterschiedlichen Dichten und damit unterschiedlichen Massen auszugestalten, wodurch ein äquivalenter Effekt zum Wuchten mit Wuchtelementen gleicher Dichte mit unterschiedlichen axialen Längen erreicht werden kann. Beispielsweise können Wuchtelemente dazu aus Stahl oder Eisen, aber auch aus Kunststoff oder Aluminium verwendet werden.
Vorteilhaft kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Rotor mehrere Öffnungen, vorzugsweise mehr als zwanzig Öffnungen, aufweist, die in regelmäßigen
Winkelabständen zueinander angeordnet sind, wobei nicht alle Öffnungen ein darin aufgenommenes Wuchtelement aufweisen.
Insbesondere kann in dieser Ausführungsform vorgesehen sein, dass die relativ vielen Öffnungen bereits in der Herstellung des Rotors in diesen integriert wurden, sodass lediglich bei der Notwendigkeit, eine Auswuchtung durchzuführen, eine oder gegebenenfalls auch mehrere der Öffnungen mit einem Wuchtelement versehen werden, um den Massenschwerpunkt wieder ins Zentrum des Rotors zu rücken.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Öffnungen dabei derart im Rotor ausgeführt bzw. angeordnet werden, dass diese in ihrer Gesamtheit keinen Einfluss auf die Lage des Massenschwerpunkts haben und nur die Anordnung eines
Wuchtelements den Massenschwerpunkt beeinflusst.
Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Gegenstand derart realisiert, dass zumindest eine erste Öffnung sich von einer ersten axialen Seite des Rotors in diesen erstreckt, und eine zweite Öffnung sich von einer zweiten axialen Seite des Rotors, die der ersten Seite axial gegenüberliegt, in diesen erstreckt. Durch die Anordnung von wenigstens einem Wuchtelement in wenigstens einer ersten Öffnung an der ersten axialen Seite und / oder wenigstens einer zweiten Öffnung an der zweiten axialen Seite ist eine axiale Verlagerung des Schwerpunkts realisierbar. Vorteilhaft kann ein Schwerpunkt eines Rotors damit auch in die axiale Mitte des Rotors verlagert werden.
Ein derartiges Wuchten eines Rotors auf zwei axialen Seiten kann dabei abhängig der axialen Länge des Rotors sowie dessen Lagerung, z.B. einseitige oder zweiseitige Lagerung, gewählt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die erste Öffnung sowie die zweite Öffnung auf derselben Winkelposition bezogen auf die Rotationsachse des Rotors der elektrischen Rotationsmaschine angeordnet.
Alternativ können auch unterschiedliche Winkelpositionen vorgesehen sein. Insbesondere können eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung auf derselben
Winkelposition ein durchgängiges Loch bilden, welches von einer ersten axialen Seite des Rotors zu einer dieser Seite axial gegenüberliegenden zweiten axialen Seite des Rotors führt. In einem solchen durchgängigen Loch kann ein Wuchtelement beispielsweise axial mittig angeordnet sein. Ergänzend wird der erfindungsgemäße Gegenstand vorzugsweise derart realisierst, dass das Wuchtelement aus einem nicht-magnetisierbaren Material oder nicht- magnetischen Material besteht, bzw. Bereiche aus diesem Material umfasst. Dabei ist die Materialauswahl für das Wuchtelement nicht auf nicht-magnetisierbares Material oder nicht-magnetisches Material eingeschränkt, sondern ein jeweiliges
Wuchtelement kann auch zumindest bereichsweise magnetisierbares Material aufweisen.
Beispielsweise können Wuchtstifte zumindest bereichsweise aus Edelstahl oder Kunststoffen gefertigt sein. Es ist weiterhin denkbar, das Wuchtstifte zumindest bereichsweise aus anderen nicht-magnetisierbaren Werkstoffen gefertigt sind. Nicht- magnetisierbare bzw. nicht-magnetische Wuchtelemente sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein Auswuchten in der Nähe von z.B. Rotormagneten ausgeführt wird, da die Wuchtelemente somit keinen Einfluss auf das Magnetfeld der Rotormagneten nehmen. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Material des Wuchtelements eine höhere Dichte aufweist als das Material des Rotors. Dabei ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform eingeschränkt, sondern in alternativer Ausgestaltung weist das Material des Wuchtelements eine geringere Dichte auf als das Material des Rotors, insbesondere, wenn der Rotor mit mehreren, gleichmäßig verteilten Öffnungen ausgeführt ist.
Zudem kann eine Sicherung zur axialen Fixierung des Wuchtelements in der Öffnung ausgeführt sein. Möglichkeiten der axialen Sicherung können formschlüssige, kraftschlüssige, stoffschlüssige oder eine Kombination dieser Verbindungen umfassen. Vorzugsweise wird ein Wuchtelement in einer Öffnung verklebt oder eingepresst.
Vorzugsweise sollte eine Öffnung mit einem darin angeordneten Wuchtelement einen Abstand A von der Rotationsachse aufweisen, der zur maximalen radialen
Erstreckung E des Rotors in folgendem Verhältnis steht:
A
7G > 0,7
b
Entsprechend ist vorgesehen, das jeweilige Wuchtelement radial relativ weit außen am Rotor in diesem anzuordnen.
Vorteilhaft an einer wie vorhergehend beschriebenen erfindungsgemäßen elektrischen Rotationsmaschine ist insbesondere, dass ein Wuchten des Rotors vollkommen unabhängig des verfügbaren Bauraums ermöglicht werden kann, da der Vorgang des Wuchtens, unter Verwendung der Wuchtelemente, innerhalb des Rotors stattfindet.
Des Weiteren wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Auswuchten eines
drehbeweglich gelagerten Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine zur Verfügung gestellt, wobei in wenigstens einer mit zumindest einer Komponente ihrer
Erstreckungsrichtung in axialer Richtung verlaufenden Öffnung im Rotor ein
Wuchtelement angeordnet wird, so dass der Rotor mit dem Wuchtelement einen Schwerpunkt aufweist, der sich dichter an der Rotationsachse befindet als der Schwerpunkt des Rotors ohne das Wuchtelement.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auswuchten eines drehbeweglich gelagerten Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine weist den Vorteil auf, dass entgegen den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren keine zusätzliche Absicherung gegen Fliehkrafteinfluss auf die Wuchtelemente realisiert werden muss, da diese durch ihre Anordnung in einer Öffnung bereits dementsprechend gesichert gelagert sind. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auswuchten eines drehbeweglich gelagerten Rotors kann in allen Strukturen bzw. Typen einer elektrischen Maschine umgesetzt werden, welche einen drehbeweglich gelagerten Rotor umfasst.
Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines
Hybridkraftfahrzeuges, zur Verfügung gestellt, die eine erste elektrische Maschine sowie eine zweite elektrische Maschine und eine Ausgangswelle aufweist, wobei ein Rotor der zweiten elektrischen Maschine drehfest mit der Ausgangswelle, welche auch als Getriebeeingangswelle bezeichnet werden kann, verbunden ist und wobei die Antriebseinheit weiterhin eine Trennkupplung aufweist, mit der die erste
elektrische Maschine und damit eine an einer mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine drehfest verbundenen ersten Welle angeschlossene
Verbrennungskraftmaschine zur Drehmomentübertragung mit der Ausgangswelle verbindbar oder verbunden ist, wobei wenigstens eine der elektrischen Maschinen als erfindungsgemäße elektrische Rotationsmaschine ausgestaltet ist.
Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass die beiden elektrischen Maschinen in Reihe angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Rotoren der beiden elektrischen Maschinen bzw. deren Rotationsachsen koaxial angeordnet sind.
Die Trennkupplung ist eine schaltbare Kupplung, die von einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand und umgekehrt geschaltet werden kann. Die Antriebseinheit kann dabei derart ausgestaltet sein, dass die mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine fest verbundene erste Welle radial innerhalb der mit dem Rotor der zweiten elektrischen Maschine fest verbundenen Ausgangswelle angeordnet ist. Die erste Welle kann dabei geteilt ausgeführt sein, nämlich in Form einer zentral verlaufenden Hohlwelle, auf der bereichsweise eine drehfest verbundene Nabe angeordnet ist, die wiederum drehfest mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine verbunden ist.
Die radiale Innenseite der Trennkupplung kann dabei drehfest mit der Nabe an der ersten elektrischen Maschine verbunden sein, und die radiale Außenseite der
Trennkupplung kann mit der Ausgangswelle, die drehfest mit dem Rotor der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist, verbunden sein.
Des Weiteren kann die Antriebseinheit ein Getriebe aufweisen, welches mit der auch als Getriebeeingangswelle bezeichneten Ausgangswelle der Antriebseinheit in
Wirkverbindung steht, so dass ein von der Ausgangswelle zur Verfügung gestelltes Drehmoment bzw. die von der Ausgangswelle realisierte Drehbewegung über das Getriebe über- oder untersetzt an eine weitere Getriebeeinheit eines Kraftfahrzeugs geleitet werden kann, oder auch direkt auf Antriebsräder eines Kraftfahrzeuges geleitet werden kann. Dieses Getriebe kann ein Differenzial-Getriebe umfassen oder als ein solches ausgestaltet sein.
Das Getriebe kann dabei ein erstes Zahnrad umfassen, was mit einer
Außenverzahnung an der Ausgangswelle kämmt. Durch das erste Zahnrad wird somit eine zweite Übersetzungsstufe in der Antriebseinheit realisiert. Dieses erste Zahnrad kann dabei drehfest mit einer Vorlegewelle des Getriebes gekoppelt sein, deren Außenverzahnung wiederum mit einem Eingangs-Zahnrad eines Differenzial- Getriebes kämmt, wodurch eine dritte Übersetzungsstufe realisiert wird.
Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine Antriebsanordnung zur Verfügung gestellt, die eine Antriebseinheit sowie eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, wobei die Verbrennungskraftmaschine drehtest mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine gekoppelt oder, insbesondere über eine weitere Kupplungseinrichtung, koppelbar ist.
Eine derartige Antriebsanordnung ist vorteilhafterweise derart ausgestaltet, dass zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der ersten Welle, die mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine drehtest verbunden ist, eine erste
Übersetzungsstufe angeordnet ist zwecks Übersetzung der Drehzahl der von der Verbrennungskraftmaschine realisierten Drehbewegung auf die erste Welle.
Das Abtriebselement der Verbrennungskraftmaschine kann dabei eine Dämpfereinheit sein, oder auch eine Kupplung zum Öffnen und Schließen des Drehmoment- Übertragungspfades zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der
Antriebseinheit oder auch eine Kombination aus einer Dämpfereinheit und einer Kupplung.
Weiterhin kann das Abtriebselement als einen Bestandteil ein innenverzahntes
Zahnrad aufweisen, welches mit einer Außenverzahnung der ersten Welle kämmt und somit die erste Übersetzungsstufe realisiert.
In weiterer Ausgestaltung umfasst die Antriebsanordnung auch wenigstens eine Radantriebswelle, die über das Getriebe mit der Ausgangswelle der Antriebseinheit verbunden ist, sodass eine von der Ausgangswelle realisierte Drehbewegung durch das Getriebe auf die Radantriebswelle übertragen werden kann. Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Flintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in
Fig. 1 : der Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine in axialer Richtung,
Fig. 2: der Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine geschnitten in
perspektivischer Ansicht, und Fig. 3: die Antriebseinheit mit zwei elektrischen Maschinen
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen hier einen Rotor 1 einer elektrischen Rotationsmaschine in unterschiedlichen Ansichten. Sowohl in Fig. 1 wie auch in Fig. 2 sind mehrfach dargestellte Elemente, repräsentativ für die gesamten Figuren, jeweils nur an einer Stelle mit einem Bezugszeichen versehen, da der hier dargestellte Rotor einen in Umfangsrichtung repetitiven Aufbau aufweist.
In Fig. 1 ist eine Ansicht des Rotors 1 einer elektrischen Rotationsmaschine in axialer Richtung dargestellt. Der Rotor 1 kann dabei im Wesentlichen in drei Bereiche 30, 31 , 32, einen radial zentralen Bereich 30, einen radial mittleren Bereich 31 sowie einen radial äußeren Bereich 32, unterteilt werden. Ein jeweiliger Bereich 30, 31 , 32 erstreckt sich dabei in radialer Richtung etwa über ein Drittel des Radius des Rotors 1.
Im radial zentralen Bereich 30 ist eine Wellenaufnahme 7 angeordnet. Die
Wellenaufnahme 7 ist dabei eine im Wesentlichen kreisförmige axial durchgängige Aufnahme, durch welche eine Rotorwelle (nicht dargestellt) geführt werden kann. Die Wellenaufnahme 7 erstreckt sich im Wesentlichen in axialer Richtung. Die
Wellenaufnahme 7 ist hier derart ausgestaltet, dass sie eine Kontur aufweist, welche mit einer von der Rotorwelle ausgebildeten Gegenkontur derart formschlüssig verbindbar ist, dass eine drehfeste Verbindung realisierbar ist.
Der radial mittlere Bereich 31 umfasst mehrere Erleichterungsbohrungen 8, welche entlang der Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen angeordnet sind und sich in axialer Richtung durch den Rotor 1 erstrecken. Die Erleichterungsbohrungen 8 sind dabei derart ausgestaltet, dass sie im radial mittleren Bereich 31 im Wesentlichen eine speichenartige Struktur realisieren. Die Erleichterungsbohrungen 8 verringern die Masse des Rotors 1 , die bei Rotation um die Rotationsachse 2 beschleunigt werden muss, sowie die bei Belastung des Rotors 1 entstehenden Spannungen im Material, wobei die speichenartige Struktur die Stabilität des Rotors 1 gewährleistet. Im radial äußeren Bereich 32 sind Öffnungen 10 sowie Aufnahmen 5 angeordnet, wobei die Aufnahmen 5 dabei im Wesentlichen radial weiter außen angeordnet sind als die Öffnungen 10.
In einer jeweiligen Aufnahme 5 ist ein Magnet 6, insbesondere ein Permanentmagnet, angeordnet, wodurch der Rotor 1 im radial äußeren Bereich 32 bzw. im Bereich seiner radialen Außenseite ein Magnetfeld realisiert, um den Rotor 1 als Gegenstück zu einem Stator (hier nicht dargestellt) einer elektrischen Rotationsmaschine
auszugestalten.
Die Öffnungen 10 sind dabei in axialer Richtung im Wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildet und auf einer Kreisbahn 13, welche im Wesentlichen eine ideelle
Kreisbahn ist, angeordnet. Mehrere Öffnungen 10 sind dabei in Umfangsrichtung im Wesentlichen gleich beabstandet zueinander angeordnet, wobei hier zwanzig
Öffnungen 10 dargestellt sind.
Fig.2 zeigt den Rotor 1 einer elektrischen Rotationsmaschine geschnitten in einer perspektivischen Ansicht, wobei der Aufbau des Rotors 1 dem in Fig. 1 gezeigten Rotor 1 entspricht. Der Schnitt verläuft in Fig. 2 dabei unter anderem durch eine erste Öffnung 10a sowie eine zweite Öffnung 10b. Dargestellt ist weiterhin, dass sowohl in der ersten Öffnung 10a wie auch in der zweiten Öffnung 10b jeweils ein
Wuchtelement 11 , 12 angeordnet ist, wobei die erste Öffnung 10a an einer ersten axialen Seite 20 des Rotors 1 und die zweite Öffnung 10b an einer der ersten axialen Seite 20 axial gegenüberliegenden zweiten axialen Seite 21 des Rotors 1 angeordnet ist. Im Wesentlichen sind die erste Öffnung 10a sowie die zweite Öffnung 10b auf ihrer jeweiligen axialen Seite 20, 21 so angeordnet, dass sich die erste Öffnung 10a und die zweite Öffnung 10b in axialer Richtung genau gegenüber liegen, sie weisen somit in Bezug zur Rotationsachse 2 eine identische Winkelposition auf. Eine jeweilige Öffnung 10a, 10b erstreckt sich dabei soweit in eine jeweilige axiale Seite 20, 21 in axialer Richtung in den Rotor 1 , dass die beiden Öffnungen 10a, 10b im eine von der ersten axialen Seite 20 des Rotors 1 zur zweiten axialen Seite 21 des Rotors 1 durchgängige Öffnung 10 ausbilden. Die durchgängige Öffnung 10 ist dabei im
Wesentlichen als rundes Loch ausgebildet. Die erste Öffnung 10a und die zweite Öffnung 10b weisen hier im Wesentlichen den gleichen Durchmesser auf. Die Wuchtelemente 11 , 12 sind dabei als Kerbstifte ausgebildet. Ein erstes Wuchtelement 11 ist an der ersten axialen Seite 20 des Rotors 1 in die erste Öffnung 10a gesteckt, wobei ein zweites Wuchtelement 12 an der zweiten axialen Seite 21 des Rotors 1 in die zweite Öffnung 10b gesteckt ist. Die Wuchtelemente 11 , 12 erstrecken sich dabei jeweils etwa über ein Viertel der axialen Erstreckung der als durchgängiges Loch ausgebildeten Öffnung 10 und schließen im Wesentlichen mit ihrem der Seite 20, 21 , in die sie eingefügt sind, zugewandten Ende mit der jeweiligen axialen Seite 20, 21 des Rotors 1 ab.
Beim Wuchten eines erfindungsgemäß ausgestalteten Rotors 1 ist es somit möglich, an mehreren Winkelpositionen ein oder mehrere Wuchtelemente 12 in einer oder mehreren Öffnungen 10 anzuordnen. Jedes angeordnete Wuchtelement 12 verlagert dabei den Schwerpunkt des Rotors 1 in radialer und / oder axialer Richtung.
In Figur 3 ist eine Antriebseinheit 100 für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, dargestellt, die eine erste elektrischen Maschine 110 sowie eine zweite elektrischen Maschine 120 aufweist, die beide auf einer gemeinsamen Rotationsachse 101 angeordnet sind. Der Rotor 111 der ersten elektrischen Maschine 110 ist dabei koaxial zur
Rotationsachse 101 sowie auch zum Rotor 121 der zweiten elektrischen Maschine 120 angeordnet. Der Stator 112 der ersten elektrischen Maschine 110 sowie auch der Stator 122 der zweiten elektrischen Maschine 120 ist von einem Gehäuse 102 der Antriebseinheit 100 aufgenommen.
Der Rotor 111 der ersten elektrischen Maschine ist drehfest mit einer ersten Welle 130 verbunden. Der Rotor 121 der zweiten elektrischen Maschine 120 ist drehfest mit einer
Ausgangswelle 140 verbunden, die auch als Getriebeeingangswelle bezeichnet werden kann.
Die in Figur 3 dargestellte erste elektrische Maschine 110 sowie die zweite elektrische Maschine 120 sind dabei im Wesentlichen als erfindungsgemäße elektrische Rotationsmaschinen ausgebildet und umfassen somit einen Rotor 1 entsprechend der erfindungsgemäßen elektrischen Rotationsmaschine.
Weiterhin umfasst die Antriebseinheit 100 eine Trennkupplung 150, mit der die erste elektrische Maschine 110 und damit eine an der mit dem Rotor 111 der ersten elektrischen Maschine 110 drehfest verbundenen erste Welle 130 angeschlossene Verbrennungskraftmaschine zur Drehmomentübertragung mit der Ausgangswelle verbindbar oder verbunden ist.
In der hier dargestellten Ausführungsform ist die erste Welle 130 zweiteilig ausgeführt, nämlich aus einer zentral verlaufenden Hohlwelle 132 sowie einer auf dieser
Hohlwelle 132 positionierten und mit dieser drehfest verbundenen Nabe 133, wobei die Nabe 133 wiederum fest mit dem Rotor 111 der ersten elektrischen Maschine 110 verbunden ist.
Die Nabe 133 bildet die radiale Innenseite 151 der Trennkupplung 150 aus, bzw. ist mit dieser Eingangsseite der Trennkupplung 150 fest verbunden. Die radiale Außenseite 152 der Trennkupplung 150, die die Ausgangsseite der
Trennkupplung 150 realisiert, ist drehfest mit der Ausgangswelle 140 verbunden.
Die Trennkupplung 150 ist eine schaltbare Kupplung, die von einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand und umgekehrt geschaltet werden kann. Zu diesem Zweck ist der Trennkupplung 150 ein Betätigungssystem 153 zugeordnet. Derart kann bei Schließung der Trennkupplung 150 ein Drehmoment von der ersten Welle 130 auf die Ausgangswelle 140 oder auch umgekehrt übertragen werden.
In der hier dargestellten Ausführungsform ist somit vorgesehen, dass die beiden elektrischen Maschinen 110, 120 in Reihe angeordnet sind, wobei die Rotoren 111 ,121 der beiden elektrischen Maschinen 110,120 bzw. deren Rotationsachsen koaxial angeordnet sind.
Dabei verläuft die erste Welle 130 bzw. deren zentral verlaufende Hohlwelle 132 radial innerhalb der Ausgangswelle 140, wodurch insgesamt das benötigte Bauvolumen der Antriebseinheit 100 gering gestaltet werden kann. Des Weiteren umfasst die hier dargestellte Antriebseinheit 100 ein Getriebe 160, welches mit der auch als Getriebeeingangswelle bezeichneten Ausgangswelle 140 der Antriebseinheit 100 in Wirkverbindung steht, so dass ein von der Ausgangswelle 140 zur Verfügung gestelltes Drehmoment bzw. die von der Ausgangswelle 140 realisierte Drehbewegung über das Getriebe 160 über- oder untersetzt an eine weitere Getriebeeinheit eines Kraftfahrzeugs geleitet werden kann, oder auch direkt auf Antriebsräder eines Kraftfahrzeuges geleitet werden kann.
Dieses Getriebe 160 umfasst in der hier dargestellten Ausführungsform ein
Differenzial-Getriebe 170. Des Weiteren umfasst das Getriebe 160 ein erstes Zahnrad 161 , was mit einer
Außenverzahnung 141 an der Ausgangswelle 140 kämmt. Durch das erste Zahnrad 161 wird somit eine zweite Übersetzungsstufe 162 in der Antriebseinheit 100 realisiert. Dieses erste Zahnrad 161 ist dabei drehfest mit einer Vorlegewelle 163 des Getriebes 160 gekoppelt, deren Außenverzahnung 164 wiederum mit einem Eingangs-Zahnrad 171 des Differenzial-Getriebes 170 kämmt, wodurch eine dritte Übersetzungsstufe
172 realisiert wird.
Die Antriebseinheit 100 ist dabei Bestandteil einer ebenfalls dargestellten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 200.
Diese Antriebsanordnung 200 weist zusätzlich eine hier nicht dargestellte
Verbrennungskraftmaschine auf, die im an den gezeigten Anschluss 210
angeschlossen Zustand, über die erste Welle 130 drehfest mit dem Rotor 111 der ersten elektrischen Maschine 110 gekoppelt oder - bei Zwischenschaltung einer weiteren Kupplung - koppelbar ist.
Die dargestellte Antriebsanordnung 200 ist derart ausgestaltet, dass zwischen dem Anschluss 210 für eine hier nicht dargestellte Verbrennungskraftmaschine und der ersten Welle 130, die mit dem Rotor 111 der ersten elektrischen Maschine 110 drehfest verbunden ist, eine erste Übersetzungsstufe 142 ausgebildet ist zwecks Übersetzung der Drehzahl der von der Verbrennungskraftmaschine bzw. deren Anschlusses 210 realisierten Drehbewegung auf die erste Welle 130. Zu diesem Zweck ist ein Abtriebselement 220 der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, welches eine Dämpfereinheit 221 aufweisen kann oder auch eine
Kupplung 222 zum Öffnen und Schließen des Drehmoment-Übertragungspfades zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der Antriebseinheit 100, oder auch eine gezeigte Kombination aus einer Dämpfereinheit 221 und einer Kupplung 222.
Weiterhin umfasst das Abtriebselement 220 als einen Bestandteil ein innenverzahntes Zahnrad 223, welches mit einer Außenverzahnung 131 der ersten Welle 130 kämmt und somit eine erste Übersetzungsstufe 142 realisiert.
Es ist ersichtlich, dass in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Drehachse des Abtriebselements 220 lateral versetzt ist zur Rotationsachse 101 der
Antriebseinheit 100.
Derart kann eine von der hier nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine erzeugte Drehbewegung über das Abtriebselement 220 und die erste
Übersetzungsstufe 142 auf die erste Welle 130 geleitet werden, sodass der darauf befindliche Rotor 111 der ersten elektrischen Maschine 110 in Drehbewegung versetzt werden kann, um als Generator betrieben zu werden.
Bei Schließung der Trennkupplung 150 kann die anliegende Drehbewegung von der ersten Welle 130, gegebenenfalls verstärkt von einem elektromotorischen Antrieb durch die erste elektrische Maschine 110, auf die Ausgangswelle 140 übertragen werden. Aufgrund der drehfesten Verbindung des Rotors 122 der zweiten elektrischen Maschine 120 mit der Ausgangswelle 140 kann ebenfalls ein von der zweiten elektrischen Maschine 120 zur Verfügung gestelltes Drehmoment zusätzlich auf die Ausgangswelle 140 aufgebracht werden.
Alternativ kann bei Öffnung der Trennkupplung 150 auch nur die zweite elektrische Maschine 120 alleine betrieben werden, um die Ausgangswelle 140 zu drehen.
Die Drehbewegung der Ausgangswelle 140 wird über deren Außenverzahnung 141 auf das erste Zahnrad 161 des angeschlossenen Getriebes 160 geleitet, wobei die zweite Übersetzungsstufe 162 realisiert wird. Vom ersten Zahnrad 161 wird das Drehmoment bzw. die Drehbewegung auf die Vorlegewelle 163 geleitet, von der es über das Eingangs-Zahnrad 171 des
Differenzial-Getriebes 170 diesem zugeleitet wird.
Vom Differenzial-Getriebe 170 wird das Drehmoment hier nicht dargestellten
Radantriebs-Wellen zugeleitet, oder auch bei Bedarf einen weiteren Getriebe zur Über- bzw. Untersetzung des Drehmoments bzw. der Drehzahl.
Mit der dargestellten Antriebsanordnung 200 lassen sich unterschiedlichste
Fahrzustände realisieren, wie zum Beispiel der Betrieb der
Verbrennungskraftmaschine alleine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, oder auch unter Hinzuschaltung der zweiten elektrischen Maschine 120 und/oder der ersten elektrischen Maschine 110, sowie ein gleichzeitiger Generatorbetrieb der ersten elektrischen Maschine 110 beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und/oder der zweiten elektrischen Maschine 120, sowie ein alleiniger Betrieb der zweiten
elektrischen Maschine 120, oder auch ein Rekuperationsbetrieb der ersten
elektrischen Maschine 110 und/oder der zweiten elektrischen Maschine 120.
Mit der erfindungsgemäßen elektrischen Rotationsmaschine wird eine Einrichtung zur Verfügung gestellt, die in konstruktiv sowie fertigungstechnischer und
montagetechnisch einfacher Weise einen schwingungsarmen Lauf gewährleistet.
Bezuqszeichenliste
1 Rotor der elektrischen Rotationsmaschine
2 Rotationsachse des Rotors der elektrischen Rotationsmaschine
5 Aufnahme
6 Magnet
7 Wellenaufnahme
8 Erleichterungsbohrung
10 Öffnung
10a erste Öffnung
10b zweite Öffnung
1 1 erstes Wuchtelement
12 zweites Wuchtelement
13 Kreisbahn
20 erste axiale Seite des Rotors
21 zweite axiale Seite des Rotors
30 radial zentraler Bereich
31 radial mittlerer Bereich
32 radial äußerer Bereich
100 Antriebseinheit
101 Rotationsachse
102 Gehäuse der Antriebseinheit
1 10 erste elektrische Maschine
1 1 1 Rotor der ersten elektrischen Maschine
1 12 Stator der ersten elektrischen Maschine
120 zweite elektrische Maschine
121 Rotor der zweiten elektrischen Maschine 122 Stator der zweiten elektrischen Maschine
130 erste Welle
131 Außenverzahnung der ersten Welle
132 zentral verlaufende Hohlwelle
133 Nabe
140 Ausgangswelle
141 Außenverzahnung der Ausgangswelle
142 erste Übersetzungsstufe
150 Trennkupplung
151 radiale Innenseite der Trennkupplung
152 radiale Außenseite der T rennkupplung
153 Betätigungssystem
160 Getriebe
161 erstes Zahnrad
162 zweite Übersetzungsstufe
163 Vorlegewelle
164 Außenverzahnung der Vorlegewelle
170 Differenzial-Getriebe
171 Eingangs-Zahnrad
172 dritte Übersetzungsstufe
200 Antriebsanordnung
210 Anschluss für eine Verbrennungskraftmaschine
220 Abtriebselement
221 Dämpfereinheit
222 Kupplung
223 innenverzahntes Zahnrad

Claims

Patentansprüche
1 Elektrische Rotationsmaschine, umfassend einen um eine Rotationsachse (2) drehbeweglich gelagerten Rotor (1 ) zur Ausführung einer Drehbewegung, wobei der Rotor (1 ) wenigstens eine mit zumindest einer Komponente ihrer Erstreckungsrichtung in axialer Richtung verlaufende Öffnung (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass in der Öffnung (10) ein Wuchtelement (1 1 , 12) angeordnet ist, so dass der Rotor (1 ) mit dem Wuchtelement (1 1 , 12) einen Schwerpunkt aufweist, der sich dichter an der Rotationsachse (2) befindet als der Schwerpunkt des Rotors (1 ) ohne das Wuchtelement (1 1 , 12).
2 Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Wuchtelement (1 1 , 12) als Stift ausgebildet ist. 3. Elektrische Rotationsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotor (1 ) mehrere Öffnungen (10) mit darin aufgenommenen
Wuchtelementen (1 1 , 12) aufweist.
4. Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wuchtelemente (1 1 , 12) in den Öffnungen (10) unterschiedliche axiale Längen aufweisen.
5. Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 2-4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotor (1 ) mehrere Öffnungen (10), vorzugsweise mehr als zwanzig Öffnungen (10), aufweist, die in regelmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind, wobei die Anzahl der Öffnungen (10), die zur Aufnahme eines stiftförmigen Wuchtelements (1 1 , 12) ausgestaltet sind, größer ist als die Anzahl von Öffnungen (10), in denen jeweils ein Wuchtelement (1 1 , 12) angeordnet ist.
6. Elektrische Rotationsmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine erste Öffnung (10a) sich von einer ersten axialen Seite (20) des Rotors (1 ) in diesen erstreckt, und eine zweite Öffnung (10b) sich von einer zweiten axialen Seite (21 ) des Rotors (1 ), die der ersten Seite axial (20) gegenüberliegt, in diesen erstreckt, wobei durch Anordnung von wenigstens einem Wuchtelement (11 , 12) in wenigstens einer ersten Öffnungen (10a) an der ersten axialen Seite (20) und / oder wenigstens einer zweiten Öffnung (10b) an der zweiten axialen Seite (21 ) eine axiale Verlagerung des Schwerpunkts realisierbar ist.
7. Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Öffnung (10a) sowie die zweite Öffnung (10b) auf derselben Winkelposition bezogen auf die Rotationsachse (2) des Rotors (1 ) der elektrischen Rotationsmaschine angeordnet sind.
8. Elektrische Rotationsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das Wuchtelement (11 , 12) aus einem nicht-magnetisierbaren Material besteht.
9. Antriebseinheit (100) für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, mit einer ersten elektrischen Maschine (110) sowie einer zweiten elektrischen Maschine
(120) und einer Ausgangswelle (140), wobei ein Rotor der zweiten
elektrischen Maschine (120) drehfest mit der Ausgangswelle (140)
verbunden ist und wobei die Antriebseinheit (100) weiterhin eine
Trennkupplung (150) aufweist, mit der die erste elektrische Maschine (110) zur Drehmomentübertragung mit der Ausgangswelle (140) verbindbar oder verbunden ist, wobei wenigstens eine der elektrischen Maschinen (110, 120) als elektrische Rotationsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgestaltet ist.
10. Antriebsanordnung (200) mit einer Antriebseinheit (100) gemäß Anspruch 9 sowie mit einer Verbrennungskraftmaschine, die drehtest mit dem Rotor (111 ) der ersten elektrischen Maschine (110) gekoppelt oder koppelbar ist.
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