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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine zum Antreiben einer Antriebsachse eines zumindest teilweise elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Rotor und mit einem vom ersten Rotor unterschiedlichen zweiten Rotor, wobei der erste Rotor und der zweite Rotor axial benachbart angeordnet sind. Ferner weist die elektrische Maschine einen gemeinsamen Stator zum Beaufschlagen des ersten Rotors und des zweiten Rotors mit einem ersten elektrischen Magnetfeld auf. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine.
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Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass eine elektrische Maschine mit zwei Rotoren und einen gemeinsamen Stator über eine gemeinsame Wicklung mittels des ersten elektrischen Magnetfelds beaufschlagt wird. Insbesondere sind die beiden Rotoren axial nebeneinander angeordnet. Der Stator überdeckt dabei die axial nebeneinander angeordneten Rotoren.
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Beispielsweise offenbart hierzu die
DE 10 2016 207 996 A1 eine elektrische Maschine zum Antrieb zweier Räder einer Achse. Die Maschine weist einen ersten und einen zweiten Rotor und einen gemeinsamen Stator auf, wobei die beiden Rotoren jeweils mittels einer ihnen zugeordneten Rotorwelle drehbar gelagert sind. Die Drehmomente der beiden Rotorwellen sind mechanisch entkoppelt. Die beiden Rotoren und der Stator sind koaxial zueinander angeordnet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mittels welchen eine vereinfachte Drehmomentsteuerung der beiden Rotoren ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine zum Antreiben einer Antriebsachse eines zumindest teilweise elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs. Die elektrische Maschine weist einen ersten Rotor und einen vom ersten Rotor unterschiedlichen zweiten Rotor auf. Der erste Rotor und der zweite Rotor sind axial benachbart angeordnet. Ferner weist die elektrische Maschine einen gemeinsamen Stator zum Beaufschlagen des ersten Rotors und des zweiten Rotors mit einem ersten elektrischen Magnetfeld auf.
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Es ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine eine erste Sekundärwicklung zum zusätzlichen Erzeugen eines zweiten elektrischen Magnetfelds für den ersten Rotor oder den zweiten Rotor aufweist.
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Dadurch ist es ermöglicht, dass die Rotoren an einer jeweiligen Seite der Achse relativ zum jeweils anderen Rotor unterschiedlich angetrieben werden, sodass damit eine Drehmomentsteuerung im Sinne eines Differentials ermöglicht ist. Dadurch ist eine Vielfältigkeit und dennoch kleine Baulänge der elektrischen Maschine ermöglicht. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels des ersten Rotors beispielsweise ein erstes Rad des Kraftfahrzeugs angetrieben wird und mittels des zweiten Rotors ein zweites Rad des Kraftfahrzeugs angetrieben wird. Des Weiteren ist es dadurch ermöglicht, dass keine mechanischen Komponenten mehr zur Darstellung der Drehmomentsteuerung benötigt werden. Insbesondere entfallen dazu beispielsweise mechanische Differentiale, da die unterschiedliche Drehmomentansteuerung bereits über die unterschiedliche Ansteuerung der Rotoren durchgeführt werden kann. Des Weiteren kann ein direkter Seitenwellenantrieb über auslaufende Motoren ermöglicht werden. Ebenfalls sind mehrgängige Systeme auch so darstellbar.
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Insbesondere ist es durch die erfindungsgemäße elektrische Maschine ermöglicht, dass zwei voneinander getrennte elektrische Maschinen an einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet werden. Diese beiden elektrischen Maschinen können dann unterschiedlich angesteuert werden.
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Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die erste Seite und damit auch der erste Rotor die erste Sekundärwicklung, welche auch als Sekundärspule bezeichnet werden kann, aufweist und hier durch ein Gegenfeld der ersten Sekundärspule das Hauptfeld des Stators der gemeinsamen Spule geschwächt werden kann. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die zweite Seite des zweiten Rotors mit dem Hauptfeld des Stators in voller Höhe mit dem ersten Magnetfeld beaufschlagt wird und die erste Seite mit dem Differenzfeld aus Hauptfeld und Gegenfeld der ersten Sekundärspule beaufschlagt wird, wodurch eine Drehmomentsteuerung auf beiden Seiten ermöglicht ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Stator und die beiden Rotoren mit einem Drehfeld beaufschlagt wird und das Hauptantriebsmoment für das Kraftfahrzeug dadurch erzeugt wird. Dabei ist insbesondere eine gleiche Beaufschlagung des ersten Magnetfelds der beiden Rotoren vorgesehen. Mit anderen Worten werden die beiden Rotoren zu jeweils 50 Prozent mit dem ersten elektrischen Magnetfeld versorgt. Die Drehmomentsteuerung erfolgt dann über die Sekundärwicklung. Die Sekundärwicklung wird wiederum unabhängig zum Stator bestromt. Somit wird selektiv am einen oder dem anderen Rotor das zusätzliche zweite elektrische Magnetfeld erzeugt und das Antriebsmoment entsprechend erhöht oder verringert. Der „Schlupf“ zwischen Drehfeld und Rotordrehzahl wird so variiert. Gleichzeitig kann dann das Moment am Rad verändert werden. Die Drehmomentsteuerung ist über ein additives Drehfeld, über ein gegengesetztes Magnetfeld, über einen Kurzschluss der Wicklung oder gegebenenfalls auch gleichzeitig stattfindende Rekuperation ermöglicht. Dadurch können mechanische Komponenten für die Drehmomentvariation entfallen. Des Weiteren kann ein direkter Seitenwellenantrieb über außen- und innenlaufende Motor ermöglicht werden. Ebenfalls können dadurch mehrgängige Systeme durch Reihenschaltung eines Getriebes dargestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die elektrische Maschine eine zweite Sekundärwicklung zum zusätzlichen Erzeugen eines dritten elektrischen Magnetfelds auf, wobei die erste Sekundärwicklung dem ersten Rotor zugeordnet ist und die zweite Sekundärwicklung dem zweiten Rotor zugeordnet ist. Mit anderen Worten weist jeder der Rotoren eine zusätzliche Sekundärwicklung auf und kann dadurch zusätzlich angesteuert werden. Dadurch kann auf jeden einzelnen Rotor eine zusätzliche Drehmomentsteuerung ausgewählt werden. Somit ist jeder einzelne Rotor einzeln durch die jeweilige Sekundärwicklung ansteuerbar. Dadurch kann eine individuelle Ansteuerung der beiden Rotoren durchgeführt werden. Insbesondere kann dadurch zuverlässig die elektrische Maschine als Differential zur Ansteuerung der Räder genutzt werden. Dadurch kann hochfunktionell und präzise ein jeweiliges Rad der Antriebsachse angesteuert werden.
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Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn das zweite elektrische Magnetfeld unterschiedlich orientiert ist als das dritte elektrische Magnetfeld. Insbesondere kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das zweite elektrische Magnetfeld entgegengesetzt zum dritten elektrischen Magnetfeld ausgerichtet ist. Dadurch ist eine unterschiedliche Ansteuerung der Rotoren ermöglicht. Insbesondere kann dadurch ein Differential bereitgestellt werden, sodass ein zuverlässiger Betrieb des Kraftfahrzeugs realisiert werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die elektrische Maschine ein Maschinengehäuse auf und der erste Rotor, der zweite Rotor, der gemeinsame Stator und zumindest die erste Sekundärwicklung sind in dem Maschinengehäuse angeordnet. Insbesondere kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die zweite Sekundärwicklung innerhalb des Maschinengehäuses angeordnet ist. Dadurch ist eine bauraumreduzierte elektrische Maschine ermöglicht. Des Weiteren sind insbesondere der erste Rotor, der zweite Rotor, der gemeinsame Stator und zumindest die erste Sekundärwicklung durch das Maschinengehäuse geschützt vor äußeren Einflüssen. Somit kann ein zuverlässiger Betrieb der elektrischen Maschine realisiert werden.
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Fernern hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die elektrische Maschine nur zwei Wickelköpfe des Stators aufweist. Insbesondere durch die Ausgestaltungsform des gemeinsamen Stators kann es somit ermöglicht werden, dass der Stator mit nur zwei Wickelköpfen ausgebildet sein kann. Dadurch wird die Anzahl der an jedem an der elektrischen Maschine befindlichen seitlichen Wickelkopf reduziert, wodurch die aktive Länge der elektrischen Maschine bei gleichem Bauraum deutlich verlängert werden kann. Insbesondere ist es dadurch ermöglicht, dass die verfügbare Leistung der elektrischen Maschine bei gleichem Bauraum vergrößert werden kann. Ebenfalls möglich ist, dass bei reduziertem Bauraum eine gleiche Leistung der elektrischen Maschine realisiert werden kann.
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Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn die elektrische Maschine als ein Asynchronmotor ausgebildet ist. Die Asynchronität der elektrischen Maschine, welche auch als Schlupf bezeichnet wird, kann durch die unterschiedliche Ansteuerung mit der Sekundärwicklung entsprechend eingestellt werden. Dadurch kann das Drehmoment am Rad verändert werden. Insbesondere kann der Schlupf über das additive Drehfeld, über ein entgegengesetztes Magnetfeld, über einen Kurzschluss der Wicklung oder gegebenenfalls auch über eine gleichzeitig stattfindende Rekuperation ermöglicht werden. Dadurch ist ein zuverlässiger Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftfahrzeug ausgebildet.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der elektrischen Maschine sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Kraftfahrzeugs anzusehen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform einer elektrischen Maschine.
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In der Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer elektrischen Maschine 12. Die elektrische Maschine 12 ist zum Antreiben einer Antriebsachse 14 des zumindest teilweise elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet. Die elektrische Maschine 12 ist vorliegend in einer Querschnittsansicht dargestellt. Die elektrische Maschine 12 weist einen ersten Rotor 16 sowie einen zweiten Rotor 18 auf. Der erste Rotor 16 ist insbesondere gleich zum zweiten Rotor 18 ausgebildet, kann jedoch unabhängig vom zweiten Rotor 18 angesteuert werden. Mit anderen Worten kann der erste Rotor 16 mit einer unterschiedlichen Drehzahl rotieren als der zweite Rotor 18. Der erste Rotor 16 und der zweite Rotor 18 sind axial benachbart zueinander angeordnet. Die elektrische Maschine 12 weist einen Stator 20 auf, welcher insbesondere als gemeinsamer Stator 20 für den ersten Rotor 16 und den zweiten Rotor 18 ausgebildet ist. Mittels des gemeinsamen Stators 20 kann der erste Rotor 16 und der zweite Rotor 18 mit einem ersten Magnetfeld zum Rotieren des ersten Rotors 16 und des zweiten Rotors 18 beaufschlagt werden.
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Es ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine 12 eine erste Sekundärwicklung 22 zum zusätzlichen Erzeugen eines zweiten elektrischen Magnetfelds für den ersten Rotor 16 oder den zweiten Rotor 18 aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Sekundärwicklung 22 derart ausgebildet, dass sie für den ersten Rotor 16 das zweite elektrische Magnetfeld ausbildet.
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Ferner zeigt die einzige Fig., dass die elektrische Maschine 12 eine zweite Sekundärwicklung 24 aufweisen kann, welche zum zusätzlichen Erzeugen eines dritten elektrischen Magnetfelds ausgebildet ist, wobei die erste Sekundärwicklung 22 dem ersten Rotor 16 zugeordnet ist und die zweite Sekundärwicklung 24 dem zweiten Rotor 18 zugeordnet ist. Mit anderen Worten kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels der ersten Sekundärwicklung 22 ein zusätzliches Antriebsmoment für den ersten Rotor 16 erzeugt werden und mittels der zweiten Sekundärwicklung 24 kann ein zusätzliches Antriebsmoment für den zweiten Rotor 18 erzeugt werden.
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Des Weiteren zeigt die Fig., dass die Antriebsachse 14 mit einem ersten Rad 26 des Kraftfahrzeugs und mit einem zweiten Rad 28 des Kraftfahrzeugs gekoppelt sein kann. Insbesondere kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels des ersten Rotors 16 das Drehmoment für das erste Rad 26 erzeugt werden und mittels des zweiten Rotors 18 ein zweites Drehmoment für das zweite Rad 28 erzeugt werden. Insbesondere ist es dadurch ermöglicht, dass für das erste Rad 26 ein unterschiedliches Drehmoment als für das zweite Rad 28 bereitgestellt wird. Dadurch kann mittels der elektrischen Maschine 12 ein Differential bereitgestellt werden.
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Insbesondere zeigt die Fig., dass mittels des Stators 20 ein hauptelektrisches Magnetfeld erzeugt werden kann, welches insbesondere das Antriebsmoment für die elektrische Maschine 12, insbesondere das Kraftfahrzeug 10, erzeugt. Mittels der ersten Sekundärwicklung 22 kann ein zusätzliches Drehmoment für den ersten Rotor 16 erzeugt werden und mittels der zweiten Sekundärwicklung 24 kann ein dazu gleiches oder unterschiedliches Drehmoment für den zweiten Rotor 18 erzeugt werden. Dadurch ist eine Drehmomentsteuerung im Sinne eines Differentials ermöglicht, ohne zusätzliche mechanische Bauteile zu verwenden. Mit anderen Worten wird lediglich auf Basis der Magnetfelderzeugung die Drehmomentsteuerung durchgeführt.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass mittels des Stators 20 die beiden Rotoren 16, 18 mit einem Drehfeld beaufschlagt werden und dadurch das Antriebsmoment erzeugen, wobei beide Rotoren 16, 18 hiervon gleichzeitig zu jeweils 50 Prozent mit dem Magnetfeld beaufschlagt werden. Insbesondere ist es durch den erfindungsgemäßen Aufbau ermöglicht, dass die elektrische Maschine 12 lediglich zwei Wickelköpfe 30, 32, welche vorliegend durch einen ersten Wickelkopf 30 und einen zweiten Wickelkopf 32 dargestellt sind, benötigt.
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Somit kann selektiv an einen oder an dem anderen Rotor 16, 18 das zusätzliche Magnetfeld erzeugt werden und das Antriebsmoment entsprechend erhöht oder verringert werden. Der „Schiupf“, mit anderen Worten die Asynchronität zwischen dem Drehfeld und der Rotordrehzahl, wird so variiert, wobei gleichzeitig das Moment an dem jeweiligen Rad 26, 28 verändert werden kann. Somit kann die Drehmomentsteuerung über ein additives Drehfeldmagnetfeld, über einen Kurzschluss der Wicklung oder gegebenenfalls auch gleichzeitig stattfindende Rekuperation ermöglicht werden.
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Dadurch ist es ermöglicht, dass die Anzahl der seitlichen Wickelköpfe 30, 32 reduziert werden kann, wodurch die aktive Länge der elektrischen Maschine 12 deutlich verlängert werden kann. Dadurch steigt die verfügbare Leistung der elektrischen Maschine 12 bei gleicher gemeinsamer Baulänge. Ebenfalls möglich ist, dass der Bauraum reduziert werden kann, wobei die Leistung der elektrischen Maschine 12 dabei gleich bleibt. Des Weiteren sind keine mechanischen Komponenten mehr zur Darstellung der Drehmomentsteuerung notwendig. Des Weiteren kann ein direkter Seitenwellenantrieb über außen- und innenlaufende Rotoren 16, 18 ermöglicht werden. Ebenfalls möglich ist, dass ein mehrgängiges System durch Reihenschaltung eines Getriebes ebenfalls darstellbar ist.
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Insbesondere kann ferner vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine 12 ein Maschinengehäuse 34 aufweist und der erste Rotor 16, der zweite Rotor 18, der gemeinsame Stator 20 und zumindest die erste Sekundärwicklung 22 in dem Maschinengehäuse 34 angeordnet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zweite Sekundärwicklung 24 ebenfalls in dem Maschinengehäuse 34 angeordnet.
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Ferner kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine 12 als ein Asynchronmotor ausgebildet ist. Mit anderen Worten weist die elektrische Maschine 12 einen Schlupf auf, mittels welchem das Kraftfahrzeug 10 angetrieben werden kann.
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Insgesamt zeigt die Erfindung ein elektrisches Torque-Vectoring für Elektro- oder Hybridfahrzeuge.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- elektrische Maschine
- 14
- Antriebsachse
- 16
- erster Rotor
- 18
- zweiter Rotor
- 20
- Stator
- 22
- erste Sekundärwicklung
- 24
- zweite Sekundärwicklung
- 26
- erstes Rad
- 28
- zweites Rad
- 30
- erster Wickelkopf
- 32
- zweiter Wickelkopf
- 34
- Maschinengehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016207996 A1 [0003]
