DE102022206911A1

DE102022206911A1 - Electric motor

Info

Publication number: DE102022206911A1
Application number: DE102022206911.0A
Authority: DE
Inventors: Christoph Steinmetz
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2022-07-06
Filing date: 2022-07-06
Publication date: 2024-01-11

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (1) mit einem Gehäuse (3), in dem ein Stator (4) und ein drehbar gelagerter Rotor (5) angeordnet sind,- wobei der Rotor (5) eine hohle Rotorwelle (6) mit darauf angeordneten Blechpaketen (7) aufweist,- wobei eine die hohle Rotorwelle (6) zumindest teilweise durchgreifende Lagerachse (8) vorgesehen ist, über welche die hohle Rotorwelle (6) gelagert ist.Hierdurch kann eine bauraumoptimierte Bauweise erreicht werden.The invention relates to an electric motor (1) with a housing (3) in which a stator (4) and a rotatably mounted rotor (5) are arranged, the rotor (5) having a hollow rotor shaft (6) with laminated cores arranged thereon (7), - a bearing axis (8) which at least partially passes through the hollow rotor shaft (6) is provided, via which the hollow rotor shaft (6) is mounted. This allows a design that optimizes the installation space to be achieved.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Gehäuse, in dem ein Stator und ein drehbar gelagerter Rotor angeordnet sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem solchen Elektromotor.The present invention relates to an electric motor with a housing in which a stator and a rotatably mounted rotor are arranged. The invention also relates to an electrically driven motor vehicle with such an electric motor.

Rotorwellen von Elektromotoren dienen als Träger für Rotorbleche ermöglichen eine Einleitung eines elektrisch induzierten Drehmoments. Zudem muss eine solche Rotorwelle Lager aufnehmen und das induzierte Drehmoment, z. B. über einen Wellenflansch, eine Steckverzahnung, o.a., weiterleiten. Räumlich betrachtet stellt das Design einer Rotorwelle eine Reihenschaltung von Funktionselementen zur Aufnahme der Rotorbleche und den dazu notwendigen beidseitigen Geometrieelementen zu deren Abstützung bzw. zum axialen Verpressen, beidseitig daran anschließend Geometrien zur Aufnahme von Lagerelementen und zumindest einseitig gefolgt von einem Geometrieelement zur Weiterleitung des induzierten Drehmomentes dar, was in Folge zu einer entsprechenden Längenausdehnung und einem nicht unerheblichen Bauraumbedarf führt.Rotor shafts of electric motors serve as carriers for rotor laminations and enable an electrically induced torque to be introduced. In addition, such a rotor shaft must accommodate bearings and the induced torque, e.g. B. forward via a shaft flange, a spline, etc. Viewed spatially, the design of a rotor shaft represents a series connection of functional elements for accommodating the rotor laminations and the necessary geometric elements on both sides for supporting them or for axial pressing, followed on both sides by geometries for accommodating bearing elements and at least on one side followed by a geometric element for transmitting the induced torque which, as a result, leads to a corresponding linear expansion and a not insignificant space requirement.

Einzig die Anordnung der Abtriebsgeometrie kann bei entsprechend groß dimensioniertem Durchmesser der Rotorwelle in Form einer in die Rotorwelle eingebrachten Steckverzahnung ausgeführt werden und bietet somit eine Möglichkeit diese räumlich nah bzw. auch unter einer der Lagerstellen anzuordnen. Auf diese Art und Weise lässt sich so die axiale Länge der Rotorwelle zumindest um einen gewissen Betrag reduzieren. Unverändert bleibt bei einer solchen Lösung die Reihenanordnung von Rotorblechen und Lagerstellen und somit der Lagerabstand selbst. Eine Reduzierung des Lagerabstandes in der Form, dass diese örtlich unterhalb dem die Rotorbleche tragenden Wellenbereich angeordnet werden könnten, bedingt eine entsprechende Vergrößerung des Wellendurchmessers, um auch die gehäuseseitig notwendigen Geometrien zur Aufnahme der Lager mit aufzunehmen, d.h. diese zu umschließen. Hiermit ließe sich zwar eine kompakte Wellenlagerung darstellen, aufgrund der extremen Vergrößerung des Wellendurchmessers und damit auch des Durchmessers der Rotorbleche jedoch eher eine Sonder- und nicht eine Großserienlösung.Only the arrangement of the output geometry can be carried out with a correspondingly large diameter of the rotor shaft in the form of a plug-in toothing introduced into the rotor shaft and thus offers the possibility of arranging it spatially close or even under one of the bearing points. In this way, the axial length of the rotor shaft can be reduced at least by a certain amount. With such a solution, the row arrangement of rotor laminations and bearing points and thus the bearing spacing itself remains unchanged. A reduction in the bearing spacing in such a way that they could be arranged locally below the shaft area carrying the rotor laminations requires a corresponding increase in the shaft diameter, also on the housing side to include the necessary geometries to accommodate the bearings, i.e. to enclose them. Although this could be a compact shaft bearing, due to the extreme increase in the shaft diameter and thus also the diameter of the rotor laminations, it would be more of a special rather than a mass-produced solution.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Elektromotor eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, mit der insbesondere eine kompakte Bauform erreicht werden kann.The present invention therefore deals with the problem of providing an improved or at least an alternative embodiment for an electric motor, with which in particular a compact design can be achieved.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Problem hinsichtlich einer kompakten, steifen Wellenlagerung und einem technisch notwendigen und begrenzten Wellendurchmesser, d. h. einer Vermeidung einer Vergrößerung des Wellendurchmessers einer Rotorwelle über ein gegebenenfalls technisch erforderliches Maß hinaus, dadurch aufzulösen, dass eine Funktion der Lagerung der Rotorwelle sowie eine Leistungsübertragung getrennt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor, welcher ein Gehäuse mit einem Stator und einem drehbar gelagerten Rotor aufweist, besitzt dieser Rotor eine hohle Rotorwelle mit darauf angeordneten Blechpaketen (Rotorblechen). Zur Lagerung dieser Rotorwelle ist eine die Rotorwelle zumindest teilweise durchgreifende Lagerachse vorgesehen, sodass die Lagerung der Rotorwelle und damit des Rotors radial innerhalb der Rotorwelle, welche rohrförmig ausgebildet ist, untergebracht werden kann. Im Vergleich zu bislang üblichen in Axialrichtung neben den Rotorblechen angeordneten Lagerstellen zur Lagerung der Rotorwelle lässt sich mit der Lagerung über die koaxial innerhalb der hohlen Rotorwelle angeordneten Lagerachse eine deutliche Reduzierung eines erforderlichen Bauraums in Längsrichtung (Axialrichtung) des Elektromotors erreichen. Durch die im Gehäuse stehend angeordnete und die Rotorwelle zumindest teilweise durchgreifende Lagerachse kann die Masse der Rotorwelle sowie des Rotors allein über die Lagerachse gelagert werden, beispielsweise über zwei axial benachbart zueinander angeordneten Wälzlager, insbesondere Kugellager. Durch die vergleichsweise enge axiale Anordnung der zumindest zwei Wälzlager zueinander kann zudem eine vergleichsweise steife Lagerung erreicht werden. In diesem Fall ist es auch möglich, die Wälzlager an sich kleiner auszubilden und dadurch in der Rotorwelle unterhalb der Blechpakete anzuordnen.The present invention is based on the general idea of solving the problem of a compact, rigid shaft bearing and a technically necessary and limited shaft diameter, i.e. H. To avoid an increase in the shaft diameter of a rotor shaft beyond what may be technically necessary, by separating a function of the bearing of the rotor shaft and a power transmission. In the electric motor according to the invention, which has a housing with a stator and a rotatably mounted rotor, this rotor has a hollow rotor shaft with laminated cores (rotor laminations) arranged thereon. To support this rotor shaft, a bearing axis which at least partially passes through the rotor shaft is provided, so that the bearing of the rotor shaft and thus the rotor can be accommodated radially within the rotor shaft, which is tubular. In comparison to previously usual bearing points arranged in the axial direction next to the rotor laminations for supporting the rotor shaft, a significant reduction in the required installation space in the longitudinal direction (axial direction) of the electric motor can be achieved with the storage via the bearing axis arranged coaxially within the hollow rotor shaft. Due to the bearing axis, which is arranged upright in the housing and at least partially passes through the rotor shaft, the mass of the rotor shaft and the rotor can be supported solely via the bearing axis, for example via two roller bearings, in particular ball bearings, arranged axially adjacent to one another. Due to the comparatively close axial arrangement of the at least two roller bearings to one another, a comparatively rigid storage can also be achieved. In this case, it is also possible to make the roller bearings smaller and thereby to arrange them in the rotor shaft below the laminated cores.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektromotors ist eine einzige Lagerachse vorgesehen, die die Rotorwelle vollständig durchgreift und jeweils längsendseitig an dem Gehäuse befestigt ist. Hierdurch kann eine besonders steife Lagerung der Rotorwelle und darüber des Rotors erreicht werden, wobei durch die längsendseitige Einspannung, der die Rotorwelle vollständig durchgreifenden Lagerachse die einzelnen Lager zur Lagerung der Rotorwelle an der Lagerachse an nahezu beliebiger Stelle innerhalb der hohlen Rotorwelle angeordnet werden können.In an advantageous development of the electric motor according to the invention, a single bearing axis is provided, which completely passes through the rotor shaft and is fastened to the housing on the longitudinal end. In this way, a particularly rigid bearing of the rotor shaft and above the rotor can be achieved, whereby the individual bearings for supporting the rotor shaft on the bearing axis can be arranged at almost any location within the hollow rotor shaft due to the longitudinal end clamping of the bearing axis which completely penetrates the rotor shaft.

Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors weist die Lagerachse zumindest einen einseitig am Gehäuse fixierten und in die Rotorwelle eingreifenden Lagerachsstummel auf. Dies bietet den großen Vorteil, dass ein derartiger Lagerachsstummel die Rotorwelle nicht vollständig durchgreift, wodurch eine Ressourcenschonung und eine Gewichtsoptimierung erreicht werden können. Für eine besonders zuverlässige Lagerung können zwei derartige Lagerachsstummel vorgesehen sein, welche längsendseitig als Kragarme in die hohle Rotorwelle eingreifen und an ihrem in die Rotorwelle eingreifenden Bereich ein Lager tragen.In an alternative embodiment of the electric motor according to the invention, the bearing axle has at least one bearing axle which is fixed on one side to the housing and engages in the rotor shaft romp around. This offers the great advantage that such a bearing axle stub does not completely penetrate the rotor shaft, which means that resource conservation and weight optimization can be achieved. For particularly reliable storage, two such bearing axle stubs can be provided, which engage as cantilever arms in the hollow rotor shaft on the longitudinal end and carry a bearing in the area that engages in the rotor shaft.

Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die Lagerachse einen durchgehend konstanten Durchmesser aufweist, oder aber Bereiche mit reduziertem Durchmesser, wodurch eine Gewichtsreduzierung erreicht werden kann. In diesen im Durchmesser reduzierten Bereichen können dann beispielsweise Lager angeordnet werden. Diese können selbstverständlich auch benachbart zu den durchmesserreduzierten Bereichen angeordnet werden, sodass die im Durchmesser reduzierten Bereiche lediglich der Verbindung zweier benachbarter Lagerstellen dienen.Of course, it is also conceivable that the bearing axis has a constant diameter throughout, or areas with a reduced diameter, whereby a weight reduction can be achieved. Bearings, for example, can then be arranged in these areas with a reduced diameter. These can of course also be arranged adjacent to the areas with reduced diameter, so that the areas with reduced diameter only serve to connect two adjacent bearing points.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors ist die Lagerachse als Rohr ausgebildet. Gleiches gilt selbstverständlich auch für die Lagerachsstummel. Durch die Ausbildung als Rohr kann im Vergleich zu einer Ausbildung als Stab aus Vollmaterial ein hohes Biegemoment bei gleichzeitig geringem Gewicht erreicht werden. Zugleich kann eine als Rohr ausgebildet Lagerachse ressourcenschonend und damit kostengünstiger hergestellt werden und ermöglicht zudem eine Innenkühlung mittels die Lagerachse durchströmenden Kühlmittel.In a further advantageous embodiment of the electric motor according to the invention, the bearing axle is designed as a tube. The same applies of course to the bearing axle stubs. By designing it as a tube, a high bending moment can be achieved with a low weight at the same time compared to designing it as a bar made of solid material. At the same time, a bearing axle designed as a tube can be manufactured in a resource-saving and therefore more cost-effective manner and also enables internal cooling by means of coolant flowing through the bearing axle.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors sind zwischen der Lagerachse und der Rotorwelle zwei Wälzlager, insbesondere zwei Kugellager oder Nadellager, angeordnet. Derartige Wälzlager erlauben eine zuverlässige und gleichzeitig leichtgängige langlebige Lagerung der Rotorwelle und damit eine lange Lebensdauer des Elektromotors.In a further advantageous embodiment of the electric motor according to the invention, two rolling bearings, in particular two ball bearings or needle bearings, are arranged between the bearing axis and the rotor shaft. Such rolling bearings allow reliable and at the same time smooth, long-lasting storage of the rotor shaft and thus a long service life of the electric motor.

Zweckmäßig weist die Rotorwelle an einem ersten Längsende eine Außenverzahnung auf, über welche sie mit einer zweiten Außenverzahnung einer parallel zur Rotorwelle angeordneten Abtriebswelle wirkungsverbunden ist, insbesondere kämmt. In diesem Fall ist somit die Abtriebswelle des Elektromotors parallel zur Rotorwelle angeordnet, da die Rotorwelle aufgrund der Lagerung über die Lagerachse nicht wie bislang üblich über beispielsweise eine Steckverzahnung direkt mit einer koaxial zur Rotorwelle angeordneten Abtriebswelle verbunden werden kann. Durch eine entsprechende Ausgestaltung eines Übertragungsverhältnisses zwischen der ersten Außenverzahnung und der zweiten Außenverzahnung kann zudem ein Getriebe geschaffen werden. Die Abtriebswelle ist dabei ebenfalls im Gehäuse gelagert. Als Lager kommt hier beispielsweise ein weiteres Wälzlager, beispielsweise ein weiteres Kugellager oder ein weiteres Nadellager, in Betracht, wodurch auch die Abtriebswelle langfristig leichtgängig und zuverlässig am Gehäuse gelagert werden kann.The rotor shaft expediently has an external toothing at a first longitudinal end, via which it is operatively connected, in particular meshes, with a second external toothing of an output shaft arranged parallel to the rotor shaft. In this case, the output shaft of the electric motor is arranged parallel to the rotor shaft, since the rotor shaft cannot be connected directly to an output shaft arranged coaxially to the rotor shaft, as was previously usual, via, for example, a spline, due to the bearing via the bearing axis. A transmission can also be created by appropriately designing a transmission ratio between the first external toothing and the second external toothing. The output shaft is also mounted in the housing. The possible bearing here is, for example, another roller bearing, for example another ball bearing or another needle bearing, which means that the output shaft can also be mounted smoothly and reliably on the housing in the long term.

Prinzipiell ist auch ein Abtrieb über eine Innenverzahnung möglich, wobei in diesem Fall eine zusätzliche Zwischenwelle vorgesehen ist, die konzentrisch zum abtriebsseitigen Abschnitt der Lagerachse angeordnet und auf diesem drehbar gelagert ist, wodurch sich die Baulänge des Elektromotors vergrößert. Auch diese Welle ist dann mit einer parallel zur Rotorwelle angeordneten Abtriebswelle wirkungsverbunden.In principle, an output via internal toothing is also possible, in which case an additional intermediate shaft is provided, which is arranged concentrically to the output-side section of the bearing axle and is rotatably mounted on it, which increases the overall length of the electric motor. This shaft is then also operatively connected to an output shaft arranged parallel to the rotor shaft.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform übernimmt diese Zwischenwelle die Lagerung der Rotorwelle, wodurch eines der zur Wellenlagerung notwendigen Wälzlager/Kugellager entfällt, was in vorteilhafter Weise zu einer Reduzierung der Kosten der hohlen Rotorwelle beiträgt. Ebenso kann im Falle der Verwendung von Lagerachsstummeln der abtriebsseitige Lagerachsstummel verkürzt werden, was sich ebenso vorteilhaft auf die Kosten auswirkt.In a further advantageous embodiment, this intermediate shaft takes over the storage of the rotor shaft, whereby one of the roller bearings/ball bearings required for shaft storage is eliminated, which advantageously contributes to a reduction in the costs of the hollow rotor shaft. Likewise, if bearing axle stubs are used, the output-side bearing axle stub can be shortened, which also has an advantageous effect on costs.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors weist die Rotorwelle an einem ersten Längsende eine erste Außenverzahnung auf und bildet mit dieser ein Sonnenrad eines Planetengetriebes. Dieses Sonnenrad kämmt dabei mit Planetenrädern des Planetengetriebes und ist mit diesen wirkverbunden. Die Planetenräder wiederum sind drehbar an einem Planetenträger angeordnet, der über ein Wälzlager an der Lagerachse gelagert ist. In a further advantageous embodiment of the electric motor according to the invention, the rotor shaft has a first external toothing at a first longitudinal end and with this forms a sun gear of a planetary gear. This sun gear meshes with planet gears of the planetary gear and is operatively connected to them. The planet gears, in turn, are rotatably arranged on a planet carrier, which is mounted on the bearing axis via a roller bearing.

Zur Führung der Planetenräder sind diese zusätzlich in einem das Planetengetriebe umgebenden Hohlrad gelagert. Eine Drehmomentübertragung von dem Planetenträger, beispielsweise auf eine Eingangswelle eines Getriebes, erfolgt beispielsweise über eine Steckverzahnung, welche leicht montierbar ist. Der Planetenträger weist hierzu einen koaxial zur Rotorwelle und zur Lagerachse angeordneten Abtriebswellenabschnitt auf, der beispielsweise eine dritte Außenverzahnung aufweist, die mit einer Innenverzahnung eines Getriebes wirkverbunden werden kann. Beim Einsatz eines derartigen Planetengetriebes sind somit sowohl die hohle Rotorwelle als auch der Planetenträger an der diese koaxial durchgreifenden Lagerachse gelagert.To guide the planetary gears, they are also mounted in a ring gear surrounding the planetary gear. A torque transmission from the planet carrier, for example to an input shaft of a transmission, takes place, for example, via a spline, which is easy to assemble. For this purpose, the planet carrier has an output shaft section arranged coaxially to the rotor shaft and to the bearing axis, which has, for example, a third external toothing which can be operatively connected to an internal toothing of a transmission. When using such a planetary gear, both the hollow rotor shaft and the planet carrier are mounted on the bearing axis that passes through it coaxially.

Auch hier kann der Antrieb des Planetengetriebes über eine auf der Lagerachse konzentrisch angeordnete und gelagerte Zwischenwelle erfolgen, womit die Größe des Sonnenrades verringert werden kann und somit infolge die Größe des Planetengetriebes selbst.Here too, the planetary gear can be driven via an intermediate shaft arranged and mounted concentrically on the bearing axis, which reduces the size of the sun gear and thus as a result the size of the planetary gear itself.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektromotors ist dieser flüssigkeitsgekühlt. Um die Leistung eines solchen Elektromotors steigern zu können, wird zunehmend eine Flüssigkeitskühlung eingesetzt, bei welcher ein dielektrisches Fluid durch das Gehäuse des Elektromotors geleitet wird. Selbstverständlich ist in diesem Fall auch denkbar, zur Kühlung des Elektromotors die Lagerachse rohrförmig auszubilden und ein Kühlmittel durch diese rohrförmige Lagerachse zu leiten.In an advantageous development of the electric motor according to the invention, it is liquid-cooled. In order to be able to increase the performance of such an electric motor, liquid cooling is increasingly being used, in which a dielectric fluid is passed through the housing of the electric motor. Of course, in this case it is also conceivable to design the bearing axle to be tubular in order to cool the electric motor and to direct a coolant through this tubular bearing axle.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug, mit einem in den vorherigen Absätzen beschriebenen Elektromotor auszustatten und dadurch die bezüglich des Elektromotors beschriebenen Vorteile auf ein derartiges elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug zu übertragen. Konkret liegen die Vorteile dabei in einem reduzierten Bauraumbedarf und einer zuverlässigen und langlebigen Lagerung der Rotorwelle.The present invention is further based on the general idea of equipping an electrically drivable motor vehicle, for example a hybrid vehicle or an electric vehicle, with an electric motor described in the previous paragraphs and thereby transferring the advantages described with regard to the electric motor to such an electrically drivable motor vehicle. Specifically, the advantages lie in a reduced installation space requirement and reliable and long-lasting storage of the rotor shaft.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures based on the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention. The above-mentioned and below-mentioned components of a higher-level unit, such as a device, a device or an arrangement, which are designated separately, can form separate parts or components of this unit or can be integral areas or sections of this unit, even if this shown differently in the drawings.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference numbers referring to the same or similar or functionally the same components.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,

1 eine Längsschnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor mit einer durchgehenden Lagerachse und parallel zu einer Rotorwelle angeordneter Abtriebswelle,
2 eine Längsschnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor mit Lagerachsstummeln und parallel zu einer Rotorwelle angeordneter Abtriebswelle,
3 eine Querschnittdarstellung durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektromotors mit einem Planetengetriebe,
4 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A - A aus 3,
5 eine Darstellung wie in 4, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
6 eine Darstellung wie in 4, jedoch bei einer weiteren Ausführungsform.

Show, schematically,

1 a longitudinal sectional view through an electric motor according to the invention with a continuous bearing axis and an output shaft arranged parallel to a rotor shaft,
2 a longitudinal sectional view through an electric motor according to the invention with bearing axle stubs and an output shaft arranged parallel to a rotor shaft,
3 a cross-sectional view through a further embodiment of an electric motor according to the invention with a planetary gear,
4 a sectional view along the section plane A - A 3 ,
5 a representation like in 4 , but in another embodiment,
6 a representation like in 4 , but in a further embodiment.

Entsprechend den 1 und 2 weist ein erfindungsgemäßer Elektromotor 1, der beispielsweise als Traktionsmotor in einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug 2, insbesondere einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug, eingesetzt werden kann, ein Gehäuse 3 auf, in welchem ein Stator 4 sowie ein drehbar gelagerter Rotor 5 angeordnet sind. Der Rotor 5 besitzt eine hohle Rotorwelle 6 (vergleiche auch 2) mit darauf angeordneten Blechpaketen 7. Zur Lagerung der Rotorwelle 6 und damit des Rotors 5 ist eine die Rotorwelle 6 zumindest teilweise durchgreifende Lagerachse 8 (vergleiche 2) vorgesehen.According to the 1 and 2 An electric motor 1 according to the invention, which can be used, for example, as a traction motor in an electrically driven motor vehicle 2, in particular an electric vehicle or a hybrid vehicle, has a housing 3 in which a stator 4 and a rotatably mounted rotor 5 are arranged. The rotor 5 has a hollow rotor shaft 6 (see also 2 ) with laminated cores 7 arranged thereon. To support the rotor shaft 6 and thus the rotor 5, there is a bearing axis 8 which at least partially passes through the rotor shaft 6 (see 2 ) intended.

Betrachtet man dabei die 1, so kann man erkennen, dass bei dem dort gezeigten Elektromotor 1 eine einzige Lagerachse 8 vorgesehen ist, welche die Rotorwelle 6 vollständig durchgreift und jeweils längsendseitig am Gehäuse 3 befestigt ist. Hierzu können Ausnehmungen 9 im Gehäuse 3 vorgesehen sein, in welche die Lagerachse 8 mit ihren jeweiligen Längsenden formschlüssig eingreift.If you look at the 1 , it can be seen that in the electric motor 1 shown there, a single bearing axle 8 is provided, which completely passes through the rotor shaft 6 and is fastened to the housing 3 at the longitudinal end. For this purpose, recesses 9 can be provided in the housing 3, into which the bearing axle 8 engages in a form-fitting manner with its respective longitudinal ends.

Betrachtet man die 2, so kann man dort eine Lagerachse 8 erkennen, die zwei jeweils einseitig am Gehäuse 3 fixierten und teilweise in die Rotorwelle 6 eingreifende Lagerachsstummel 10a und 10b besitzt. Die gemäß der 2 gezeigte zweiteilige Lösung der Lagerachse 8 bietet dabei den großen Vorteil, dass zwischen den beiden Lagerachsstummeln 10a, 10b keine Lagerachse 8 vorhanden ist und dadurch sowohl Ressourcen als auch Gewicht eingespart werden können.If you look at them 2 , you can see a bearing axle 8 there, which has two bearing axle stubs 10a and 10b, each fixed on one side of the housing 3 and partially engaging in the rotor shaft 6. The according to the 2 The two-part solution of the bearing axle 8 shown offers the great advantage that there is no bearing axle 8 between the two bearing axle stubs 10a, 10b and thereby both resources and weight can be saved.

Unabhängig von der gezeigten Ausführungsform entsprechend den 1 bis 3, ist die Lagerachse 8 vorzugsweise rohrförmig ausgebildet und weist dadurch ein vergleichsweise geringes Gewicht bei gleichzeitig hohem Biegemoment auf.Regardless of the embodiment shown, according to the 1 until 3 , the bearing axle 8 is preferably tubular and therefore has a comparatively low weight with a high bending moment.

Zur Lagerung der Rotorwelle 6 bezüglich der Lagerachse 8 bzw. der Lagerachsstummel 10a, 10b sind zwischen der Lagerachse 8 bzw. den Lagerachsstummeln 10a und 10b sowie der Rotorwelle 6 zwei Wälzlager 11 a, 11b, insbesondere zwei Kugellager oder zwei Nadellager, angeordnet. Diese weisen einen im Vergleich zu axial außerhalb der Rotorbleche 7 angeordneten Lagern deutlich geringeren Axialabstand zueinander auf, wodurch eine langfristig leichtgängige und feste Lagerung erreicht werden kann. Die Lagerachse 8 bzw. die Lagerachsstummel 10a, 10b dienen dabei allein der Abstützung der Masse der Rotorwelle 6 bzw. des Rotors 5 und den bei deren Betrieb entstehenden Lagerkräften, wodurch diese gegenüber der sogenannten „klassischen“ Lagerung der Rotorwelle 6 kleiner ausgelegt werden können. Durch den reduzierten Axialabstand der beiden Wälzlager 11a, 11b kann auch eine Versteifung des Gesamtsystems, insbesondere sofern die Lagerachse 8 durchgehend ausgebildet ist, erreicht werden.To support the rotor shaft 6 with respect to the bearing axle 8 or the bearing axle stubs 10a, 10b are between the bearing axle 8 or the bearings Axle stubs 10a and 10b and the rotor shaft 6 have two roller bearings 11a, 11b, in particular two ball bearings or two needle bearings. Compared to bearings arranged axially outside the rotor laminations 7, these have a significantly smaller axial distance from one another, which means that long-term, smooth-running and firm storage can be achieved. The bearing axle 8 or the bearing axle stubs 10a, 10b serve solely to support the mass of the rotor shaft 6 or the rotor 5 and the bearing forces that arise during their operation, whereby they can be designed to be smaller than the so-called “classic” bearing of the rotor shaft 6. Due to the reduced axial distance between the two roller bearings 11a, 11b, a stiffening of the entire system can also be achieved, especially if the bearing axis 8 is continuous.

Zur Übertragung eines Antriebsdrehmoments vom Elektromotor 1 auf ein nachfolgendes Bauteil, beispielsweise ein Getriebe, kann die Rotorwelle 6 an einem ersten Längsende eine erste Außenverzahnung 12 aufweisen, über welche sie mit einer zweiten Außenverzahnung 13 einer parallel zur Rotorwelle 6 angeordneten Abtriebswelle 14 wirkverbunden ist, d. h. kämmt. Dies ist gemäß der 1 dargestellt. Die Abtriebswelle 14 ist dabei über ein weiteres Wälzlager 15, beispielsweise ebenfalls über ein Kugellager oder ein Nadellager, am Gehäuse 3 gelagert. To transmit a drive torque from the electric motor 1 to a subsequent component, for example a gearbox, the rotor shaft 6 can have a first external toothing 12 at a first longitudinal end, via which it is operatively connected to a second external toothing 13 of an output shaft 14 arranged parallel to the rotor shaft 6, ie combs. This is according to the 1 shown. The output shaft 14 is mounted on the housing 3 via a further rolling bearing 15, for example also via a ball bearing or a needle bearing.

In diesem Fall wird somit die bislang übliche konzentrische Lage zwischen Rotorwelle 6 einerseits und Abtriebswelle 14 andererseits sowie eine einstückige Ausbildung dieser beiden Wellen aufgegeben.In this case, the previously usual concentric position between the rotor shaft 6 on the one hand and the output shaft 14 on the other hand, as well as a one-piece design of these two shafts, is abandoned.

Bei der gemäß den 3 und 4 dargestellten alternativen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Elektromotors 1 ist die Lagerung der Rotorwelle 6 analog zu den Elektromotoren 1 entsprechend den 1 und 2, wobei jedoch eine Kraftübertragung über ein Planetengetriebe 16 erfolgt. In 3 ist dabei links ein Querschnitt und rechts ein Schnitt entlang der Schnittebene A-A dargestellt. Dabei besitzt die Rotorwelle 6 an ihrem ersten Längsende wiederum eine erste Außenverzahnung 12, die zugleich ein Sonnenrad 17 des Planetengetriebes 16 bildet. Das Sonnenrad 17 ist dabei mit Planetenrädern 18 wirkverbunden, wobei die Planetenräder 18 drehbar an einem Planetenträger 19 angeordnet sind, der über Wälzlager 20 an der Lagerachse 8 gelagert ist. Die Planetenräder 18 kämmen dabei mit ihrer jeweiligen Außenverzahnung 23 einerseits mit der ersten Außenverzahnung 12 des Sonnenrades 17 und andererseits mit einer Innenverzahnung 21 eines Hohlrades 22.In accordance with the 3 and 4 In the alternative embodiments of the electric motor 1 according to the invention shown, the bearing of the rotor shaft 6 is analogous to the electric motors 1 in accordance with 1 and 2 , however, power is transmitted via a planetary gear 16. In 3 A cross section is shown on the left and a section along the section plane AA on the right. The rotor shaft 6 has a first external toothing 12 at its first longitudinal end, which also forms a sun gear 17 of the planetary gear 16. The sun gear 17 is operatively connected to planet gears 18, the planet gears 18 being rotatably arranged on a planet carrier 19, which is mounted on the bearing axle 8 via roller bearings 20. The planet gears 18 mesh with their respective external teeth 23 on the one hand with the first external toothing 12 of the sun gear 17 and on the other hand with an internal toothing 21 of a ring gear 22.

Rein theoretisch kann auch vorgesehen sein, dass die hohle Rotorwelle 6 an einem Längsende eine erste Innenverzahnung 28 aufweist, über welche sie mit einer zweiten Außenverzahnung 29 einer auf der Lagerachse 8 angeordneten und gelagerten Zwischenwelle 30 mit der parallel zur hohlen Rotorwelle 6 angeordneten Abtriebswelle 14 wirkungsverbunden ist.Purely theoretically, it can also be provided that the hollow rotor shaft 6 has a first internal toothing 28 at one longitudinal end, via which it is operatively connected to a second external toothing 29 of an intermediate shaft 30 arranged and mounted on the bearing axis 8 with the output shaft 14 arranged parallel to the hollow rotor shaft 6 is.

Bei den in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen ist die Zwischenwelle 30 über zumindest ein Wälzlager 11c, 11 d an der Lagerachse 8 gelagert.With those in the 5 and 6 In the embodiments shown, the intermediate shaft 30 is mounted on the bearing axle 8 via at least one roller bearing 11c, 11d.

Die hohle Rotorwelle 6 kann auch an einem ersten Längsende eine erste Innenverzahnung 28 aufweisen, über welche sie mit einer zweiten Außenverzahnung 29 einer auf der Lagerachse 8 angeordneten und drehbar über beispielsweise Wälzlager 11c, 11d gelagerten Zwischenwelle 30 wirkungsverbunden ist.The hollow rotor shaft 6 can also have a first internal toothing 28 at a first longitudinal end, via which it is operatively connected to a second external toothing 29 of an intermediate shaft 30 arranged on the bearing axis 8 and rotatably mounted via, for example, rolling bearings 11c, 11d.

Bei den in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen bildet die Zwischenwelle 30 ein Sonnenrad 17 eines Planetengetriebes 16, wobei das Sonnenrad 17 mit Planetenrädern 18 des Planetengetriebes 16 wirkungsverbunden ist. Die Planetenräder 18 sind drehbar an einem Planetenträger 19 angeordnet sind, der über ein mindestens einem Wälzlager 20 an der Lagerachse 8 gelagert ist. Bei einer Lagerung des Planetenträgers 19 über nur ein Wälzlager 20 auf der Lagerachse 8 übernimmt die Zwischenwelle 30 die Funktion des zweiten Lagers. Die Planetenräder 18 wiederum rollen in einem Hohlrad 22 ab.With those in the 5 and 6 In the embodiments shown, the intermediate shaft 30 forms a sun gear 17 of a planetary gear 16, the sun gear 17 being operatively connected to planet gears 18 of the planetary gear 16. The planet gears 18 are rotatably arranged on a planet carrier 19, which is mounted on the bearing axle 8 via at least one roller bearing 20. When the planet carrier 19 is supported by only one roller bearing 20 on the bearing axle 8, the intermediate shaft 30 takes over the function of the second bearing. The planet gears 18 in turn roll in a ring gear 22.

Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform übernimmt die Zwischenwelle 30 die Lagerung der hohlen Rotorwelle 6, wodurch eines der zur Wellenlagerung erforderlichen Wälzlager 11b (vgl. 5) entfallen kann, was in vorteilhafter Weise zu einer Reduzierung der Kosten der hohlen Rotorwelle 6 und des Gewichts beiträgt. Ebenso kann im Falle der Verwendung von Lagerachsstummeln 10a, 10b der abtriebsseitige Lagerachsstummel 10b verkürzt werden (vgl. 5 und 6), was sich ebenso vorteilhaft auf die Kosten und das Gewicht auswirkt.At the in 6 In the embodiment shown, the intermediate shaft 30 takes over the storage of the hollow rotor shaft 6, whereby one of the roller bearings 11b required for shaft storage (cf. 5 ) can be omitted, which advantageously contributes to a reduction in the cost of the hollow rotor shaft 6 and the weight. Likewise, if bearing axle stubs 10a, 10b are used, the output-side bearing axle stub 10b can be shortened (cf. 5 and 6 ), which also has a beneficial effect on cost and weight.

Generell hat ein Antrieb des Planetengetriebes 16 über eine auf der Lagerachse 8 konzentrisch angeordnete und gelagerte Zwischenwelle 30 den Vorteil, dass die Größe des Sonnenrades 17 verringert werden kann und somit infolge die Größe des Planetengetriebes 16 selbst.In general, driving the planetary gear 16 via an intermediate shaft 30 arranged and mounted concentrically on the bearing axis 8 has the advantage that the size of the sun gear 17 can be reduced and thus the size of the planetary gear 16 itself.

Entsprechend den 3 bis 6 weist der Planetenträger 19 einen koaxial zur Rotorwelle 6 und zur Lagerachse 8 angeordneten Abtriebswellenabschnitt 24 auf, der eine dritte Außenverzahnung 25 aufweisen kann und darüber beispielsweise mit einer Innen- oder Außenverzahnung einer Getriebeeingangswelle wirkt verbunden sein kann.According to the 3 until 6 the planet carrier 19 has an output shaft section 24 arranged coaxially to the rotor shaft 6 and to the bearing axis 8, which can have a third external toothing 25 and can be connected, for example, to an internal or external toothing of a transmission input shaft.

Generell kann der erfindungsgemäße Elektromotor 1, welcher für alle Ausführungsformen auch eine elektrische Maschine, insbesondere ein Generator, sein kann, flüssigkeitsgekühlt sein, sodass beispielsweise in einem Hohlraum 26 der Lagerachse 8 Kühlflüssigkeit strömen und darüber den Elektromotor 1 kühlen kann.In general, the electric motor 1 according to the invention, which can also be an electric machine, in particular a generator, for all embodiments, can be liquid-cooled, so that, for example, coolant can flow in a cavity 26 of the bearing axle 8 and can use it to cool the electric motor 1.

Alles in allem kann mit dem erfindungsgemäßen Elektromotor 1 eine in Axialrichtung 27 deutlich kürzere Bauform erreicht werden, da die Lager bzw. die Wälzlager 11a, 11b zur Lagerung der Rotorwelle 6 nicht mehr axial benachbart zu den Blechpaketen 7, sondern unterhalb dieser angeordnet werden können. Hierdurch kann auch ein Axialabstand zwischen den Wälzlagern und 11 a, 11b reduziert werden, wodurch eine besonders steife, leichtgängige und zuverlässige sowie langlebige Lagerung der hohlen Rotorwelle 6 bzw. des Rotors 5 erreicht werden können. Insgesamt kann somit der Erfindung gemäße Elektromotor 1 kompakter bauen.All in all, with the electric motor 1 according to the invention, a design that is significantly shorter in the axial direction 27 can be achieved, since the bearings or rolling bearings 11a, 11b for supporting the rotor shaft 6 can no longer be arranged axially adjacent to the laminated cores 7, but below them. As a result, an axial distance between the roller bearings and 11a, 11b can also be reduced, whereby a particularly stiff, smooth-running and reliable as well as long-lasting storage of the hollow rotor shaft 6 or the rotor 5 can be achieved. Overall, the electric motor 1 according to the invention can be built more compactly.

Claims

Elektromotor (1) mit einem Gehäuse (3), in dem ein Stator (4) und ein drehbar gelagerter Rotor (5) angeordnet sind, - wobei der Rotor (5) eine hohle Rotorwelle (6) mit darauf angeordneten Blechpaketen (7) aufweist, - wobei eine die hohle Rotorwelle (6) zumindest teilweise durchgreifende Lagerachse (8) vorgesehen ist, über welche die hohle Rotorwelle (6) gelagert ist.Electric motor (1) with a housing (3) in which a stator (4) and a rotatably mounted rotor (5) are arranged, - wherein the rotor (5) has a hollow rotor shaft (6) with laminated cores (7) arranged thereon, - wherein a bearing axis (8) is provided which at least partially passes through the hollow rotor shaft (6) and via which the hollow rotor shaft (6) is mounted.

Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Lagerachse (8) vorgesehen ist, die die hohle Rotorwelle (5) vollständig durchgreift und längsendseitig an dem Gehäuse (3) befestigt ist.electric motor Claim 1 , characterized in that a single bearing axis (8) is provided, which completely passes through the hollow rotor shaft (5) and is fastened to the housing (3) at the longitudinal end.

Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerachse (8) zumindest einen einseitig am Gehäuse (3) fixierten und teilweise in die hohle Rotorwelle (6) eingreifenden Lagerachsstummel (10a, 10b) aufweist.electric motor Claim 1 , characterized in that the bearing axle (8) has at least one bearing axle stub (10a, 10b) which is fixed on one side to the housing (3) and partially engages in the hollow rotor shaft (6).

Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerachse (8) als Rohr ausgebildet ist.Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing axle (8) is designed as a tube.

Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lagerachse (8) und der hohlen Rotorwelle (6) zwei Wälzlager (11a, 11b), insbesondere zwei Kugellager, angeordnet sind.Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that two rolling bearings (11a, 11b), in particular two ball bearings, are arranged between the bearing axis (8) and the hollow rotor shaft (6).

Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hohle Rotorwelle (6) an einem ersten Längsende eine erste Außenverzahnung (12) aufweist, über welche sie mit einer zweiten Außenverzahnung (13) einer parallel zur hohlen Rotorwelle (6) angeordneten Abtriebswelle (14) wirkungsverbunden ist.Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow rotor shaft (6) has a first external toothing (12) at a first longitudinal end, via which it is connected to a second external toothing (13) of an output shaft (6) arranged parallel to the hollow rotor shaft (6). 14) is effect-related.

Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (14) über ein weiteres Wälzlager (15), insbesondere über ein weiteres Kugellager, am Gehäuse (3) gelagert ist.electric motor Claim 6 , characterized in that the output shaft (14) is mounted on the housing (3) via a further rolling bearing (15), in particular via a further ball bearing.

Elektromotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die hohle Rotorwelle (6) an einem Längsende eine erste Innenverzahnung (28) aufweist, über welche sie mit einer zweiten Außenverzahnung (29) einer auf der Lagerachse (8) angeordneten und gelagerten Zwischenwelle (30) mit der parallel zur hohlen Rotorwelle (6) angeordneten Abtriebswelle (14) wirkungsverbunden ist.Electric motor according to one of the Claims 3 until 5 , characterized in that the hollow rotor shaft (6) has a first internal toothing (28) at one longitudinal end, via which it is connected to a second external toothing (29) of an intermediate shaft (30) arranged and mounted on the bearing axis (8) with the parallel to the Hollow rotor shaft (6) arranged output shaft (14) is operatively connected.

Elektromotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (30) über zumindest ein Wälzlager (11c, 11d) an der Lagerachse (8) gelagert ist.electric motor Claim 8 , characterized in that the intermediate shaft (30) is mounted on the bearing axis (8) via at least one roller bearing (11c, 11d).

Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, - dass die hohle Rotorwelle (6) an einem ersten Längsende eine erste Außenverzahnung (12) aufweist und ein Sonnenrad (17) eines Planetengetriebes (16) bildet, - dass das Sonnenrad (17) mit Planetenrädern (18) des Planetengetriebes (16) wirkungsverbunden ist, - dass die Planetenräder (18) drehbar an einem Planetenträger (19) angeordnet sind, der über ein Wälzlager (20) an der Lagerachse (8) gelagert ist.Electric motor according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that - the hollow rotor shaft (6) has a first external toothing (12) at a first longitudinal end and forms a sun gear (17) of a planetary gear (16), - that the sun gear (17) is connected to planet gears (18) of the planetary gear (16) is operatively connected, - that the planet gears (18) are rotatably arranged on a planet carrier (19), which is mounted on the bearing axis (8) via a roller bearing (20).

Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, - dass die hohle Rotorwelle (6) an einem ersten Längsende eine erste Innenverzahnung (28) aufweist, über welche sie mit einer zweiten Außenverzahnung (29) einer auf der Lagerachse (8) angeordneten und gelagerten Zwischenwelle (30) wirkungsverbunden ist, - dass die Zwischenwelle (30) ein Sonnenrad (17) eines Planetengetriebes (16) bildet, - dass das Sonnenrad (17) mit Planetenrädern (18) des Planetengetriebes (16) wirkungsverbunden ist, - dass die Planetenräder (18) drehbar an einem Planetenträger (19) angeordnet sind, der über ein Wälzlager (20) an der Lagerachse (8) gelagert ist.Electric motor according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that - the hollow rotor shaft (6) has a first internal toothing (28) at a first longitudinal end, via which it is operatively connected to a second external toothing (29) of an intermediate shaft (30) arranged and mounted on the bearing axis (8). , - that the intermediate shaft (30) forms a sun gear (17) of a planetary gear (16), - that the sun gear (17) is operatively connected to planet gears (18) of the planetary gear (16), - that the planet gears (18) are rotatable on one Planet carrier (19) are arranged, which is mounted on the bearing axis (8) via a rolling bearing (20).

Elektromotor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (19) einen koaxial zur hohlen Rotorwelle (6) und zur Lagerachse (8) angeordneten Abtriebswellenabschnitt (24) aufweist.electric motor Claim 10 or 11 , characterized in that the planet carrier (19) has an output shaft section (24) arranged coaxially to the hollow rotor shaft (6) and to the bearing axis (8).

Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) flüssigkeitsgekühlt ist.Electric motor according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motor (1) is liquid-cooled.

Elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug (2), insbesondere ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, mit einem Elektromotor (1) als Traktionsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Electrically driven motor vehicle (2), in particular an electric vehicle or a hybrid vehicle, with an electric motor (1) as a traction motor according to one of the preceding claims.