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Konstruktives Stützelement für Elektromotor/Generator in einem elektromechanischen Getriebe - Dokument DE102007019559A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102007019559A1 08.11.2007
Titel Konstruktives Stützelement für Elektromotor/Generator in einem elektromechanischen Getriebe
Anmelder General Motors Corp., Detroit, Mich., US
Erfinder Holmes, Alan G., Clarkston, Mich., US;
Schmidt, Michael R., Carmel, Ind., US;
Klemen, Donald, Carmel, Ind., US;
Kingman, Grantland I., Waterford, Mich., US
Vertreter Manitz, Finsterwald & Partner GbR, 80336 München
DE-Anmeldedatum 25.04.2007
DE-Aktenzeichen 102007019559
Offenlegungstag 08.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.11.2007
IPC-Hauptklasse H02K 51/00(2006.01)A, F, I, 20070425, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16H 57/00(2006.01)A, L, I, 20070425, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein elektromechanisches Getriebe mit einem konstruktiven Stützelement, das einen Motor/Generator in raumsparender Weise unterstützt; insbesondere ist der Motor/Generator nur von einer Seite her unterstützt, um axial in dem Getriebe Raum zu sparen. Genauer umschreibt ein stationäres konstruktives Stützelement eine Außenfläche eines Stators und unterstützt diesen, wobei es sich von einem Rotor radial nach innen erstreckt und diesen wenigstens teilweise unterstützt. Um eine Innenfläche des Rotors zu unterstützen, wird eine in Bezug auf das konstruktive Stützelement drehbare Rotornabe verwendet. Das konstruktive Stützelement umschließt den Stator und den Rotor im Wesentlichen von einer Richtung längs der Drehachse her. Jedoch besitzen der Stator und der Rotor in der entgegengesetzten Achsenrichtung keine weiteren Stützelemente, so dass sie von jener Richtung her nicht umschlossen sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein konstruktives Stützelement für einen Stator und einen Rotor eines Motors/Generators in einem elektromechanischen Getriebe.

Elektromechanische Getriebe wie etwa elektrisch variable Getriebe (electrically variable transmissions, EVTs) sind mit einem Differentialgetriebe konstruiert, das im Allgemeinen einen oder mehrere Planetenradsätze und wenigstens einen, jedoch gewöhnlich zwei Elektromotoren/Generatoren umfasst. In einem EVT ist ein Motor/Generator mit einem Element eines Differentialzahnradsatzes verbunden, um über den Zahnradsatz ein variables Verhältnis herzustellen, wie Fachleuten auf dem Gebiet wohl bekannt ist. Die Kombination aus einem Differentialgetriebe und Elektromotoren/Generatoren erfordert eventuell eine größere axiale Länge als ein herkömmliches automatisches Getriebe, das anstelle der Elektromotoren/Generatoren ein Differentialgetriebe und Kupplungen verwendet.

Es ist ein elektromechanisches Getriebe mit einem konstruktiven Stützelement versehen, das einen Motor/Generator in raumsparender Weise unterstützt. Insbesondere ist der Motor/Generator nur von einer Seite her unterstützt, um längs der Drehachse des Getriebes Raum zu sparen.

Genauer weist ein elektromechanisches Getriebe gemäß der Erfindung einen ringförmigen Rotor auf, der um eine Drehachse drehbar ist. Ein ringförmiger Stator umschreibt den Rotor. Ein stationäres konstruktives Stützelement umschreibt eine Außenfläche des Stators und unterstützt diesen. Das konstruktive Stützelement erstreckt sich vom Rotor radial nach innen und unterstützt diesen wenigstens teilweise. Um eine Innenfläche des Rotors zu unterstützen, wird eine Rotornabe verwendet, die in Bezug auf das stationäre konstruktive Stützelement drehbar ist. Das konstruktive Stützelement umschließt den Stator und den Rotor im Wesentlichen von einer Richtung längs der Drehachse her. Jedoch weisen der Stator und der Rotor in der entgegengesetzten Achsenrichtung keine weiteren Stützelemente auf, so dass sie von jener Richtung her nicht umschlossen sind.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung besitzt das konstruktive Stützelement eine erweiterte Felge, von der eine Außenfläche in einem Getriebegehäuse unterstützt ist und die den Stator und den Rotor durch Kontakt mit dem Getriebegehäuse (z. B. durch Einpressung in das Getriebegehäuse) umschreibt. Der Stator ist dann an einer Innenfläche der erweiterten Felge unterstützt. In dieser Weise kann der Motor/Generator in das stationäre konstruktive Stützelement eingebaut werden, das dann in das Getriebegehäuse eingepresst wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das konstruktive Stützelement ein Abschnitt des Getriebegehäuses. In dieser Weise sind das konstruktive Stützelement und das Getriebegehäuse zusammenhängend.

Gemäß einem nochmals weiteren Aspekt der Erfindung umschreibt und unterstützt ein einziges stationäres Stützelement zwei getrennte Motoren/Generatoren. In jenem Fall erstreckt sich das konstruktive Stützelement radial zwischen den zwei Motoren/Generatoren. In dieser Weise sind benachbarte Seiten der Motoren/Generatoren von dem konstruktiven Stützelement umschlossen. Die nicht benachbarten (äußeren) Seiten der Motoren/Generatoren sind im Wesentlichen nicht von irgendwelchen konstruktiven Stützelementen umschlossen und unterstützt.

Gemäß einem nochmals weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Differentialzahnradsatz, der ein erstes, ein zweites und ein drittes Element umfasst, um eine Drehachse drehbar. Der Differentialzahnradsatz ist vorzugsweise ein Planetenradsatz, wobei das erste, das zweite und das dritte Element ein Sonnenrad, ein Träger bzw. ein Hohlrad sind. Der Zahnradsatz ist axial zwischen dem ersten und dem zweiten Motor/Generator positioniert, wobei wenigstens eines der Elemente mit einem der Rotoren wirksam verbunden ist. In dieser Weise nimmt der Raum zwischen den Motoren/Generatoren nicht nur das konstruktive Stützelement, sondern auch einen oder mehrere Planetenradsätze auf.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind zwischen der Rotornabe und dem konstruktiven Stützelement ein oder mehrere Lager angeordnet, um die Drehung der Rotornabe in Bezug auf das konstruktive Stützelement zu verbessern. Das oder die Lager sind axial zwischen Ebenen senkrecht zur Drehachse an jeweils entgegengesetzten Enden von Seitenflächen des Rotors angeordnet. In dieser Weise sind die Lager so positioniert, dass ein darauf durch die Drehung des Rotors ausgeübtes Moment verkleinert wird. Vorzugsweise ist das Lager ein Kugellager, und zwar ein Winkelkontakt- bzw. Schrägkugellager. Das Lager kann mehrere Reihen axial beabstandeter Kugeln zwischen einem einzigen Paar Laufringen aufweisen. Alternativ können getrennte Lager mit getrennten Laufringen, vorzugsweise gleichfalls vom Winkelkontakttyp, verwendet werden Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigt:

1 eine schematische Seitenansicht, teilweise in einem Querschnitt, eines elektromechanischen Getriebes mit einem erfindungsgemäßen konstruktiven Stützelement;

2 eine schematische Seitenansicht, teilweise in einem Querschnitt, einer zweiten Ausführungsform eines elektromechanischen Getriebes, die getrennte konstruktive Stützelemente für den ersten und den zweiten Motor/Generator verwendet;

3 eine dritte Ausführungsform eines Getriebes innerhalb des Umfangs des Getriebes, das ein erstes Stützelement und ein davon getrenntes zweites Stützelement für den ersten und den zweiten Motor/Generator verwendet;

4 eine Querschnittsansicht eines mehrreihigen Schrägkugellagers, das in dem Getriebe nach 1 verwendet wird; und

5 eine Querschnittsansicht eines einreihigen Schrägkugellagers, das in dem Getriebe nach 3 verwendet wird.

Unter den Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten hinweisen, zeigt 1 zunächst ein elektromechanisches Getriebe 10 mit einem Getriebegehäuse 12. Wie nachstehend beschrieben wird, dient das Getriebegehäuse 12 als stationäres konstruktives Stützelement 13. Das konstruktive Stützelement 13 umschreibt einen ersten und einen zweiten Motor/Generator 14A bzw. 14B, wobei es diese nur teilweise umschließt. Der erste Motor/Generator 14A umfasst einen Rotor 16A mit einer Innenfläche 18A, die bei der Drehung durch eine Rotornabe 20A um eine Drehachse C der Hauptwelle 17 unterstützt ist.

Der erste Motor/Generator 14A umfasst ferner einen Stator 22A. Der Stator 22A umschreibt ringförmig den Rotor 16A. Eine Außenfläche 24A des Stators 22A ist durch Einpressung in das konstruktive Stützelement 13 unterstützt.

Der zweite Motor/Generator 14B umfasst ähnliche Komponenten einschließlich eines zweiten Rotors 16B, von dem eine Innenfläche 18B durch eine Rotornabe 20B unterstützt ist. Außerdem umfasst der zweite Motor/Generator 14B einen Stator 22B mit einer Außenfläche 24B, die an dem konstruktiven Stützelement 13 unterstützt und in dieses eingepresst ist.

Das Getriebegehäuse 12 umfasst einen äußeren ringförmigen Abschnitt 26, einen inneren ringförmigen Abschnitt 28 und einen sich radial erstreckenden radialen Nabenabschnitt 30, der sich von den Rotoren 16A, 16B jeweils nach innen erstreckt. Die ringförmigen Abschnitte 26 und 28 und der radiale Nabenabschnitt 30 bilden das stationäre konstruktive Stützelement 13. Bei der Ausführungsform nach 1 bildet das Getriebegehäuse 12 das konstruktive Stützelement 13 und eine Einheit mit diesem. Außerdem kann im Umfang der Erfindung ein konstruktives Stützelement eine vom Getriebegehäuse getrennte Komponente sein, wie weiter unten mit Bezug auf die Ausführungsformen nach den 2 und 3 beschrieben wird.

An dem ersten und dem zweiten Motor/Generator 14A, 14B sind Lager 32A bzw. 32B eingesetzt, um die Drehung der Rotornaben 20A, 20B und daher der Rotoren 16A, 16B in Bezug auf den inneren ringförmigen Abschnitt 28 des konstruktiven Stützelements 13 zu verbessern. Das Lager 32A ist axial zwischen einer ersten und einer zweiten Ebene P1, P2, die zur Drehachse C senkrecht sind, an einem ersten und einem entgegengesetzten zweiten Ende 40A, 42A von einer ersten bzw. einer entgegengesetzten zweiten Seitenfläche 44A, 46A des ersten Rotors 16A angeordnet. Ein "Ende" einer Seitenfläche des Rotors entspricht jenem Punkt oder jenen Punkten auf der Seitenfläche, die von einer vertikalen Mittellinie durch den Rotor axial am weitesten entfernt sind. Vorzugsweise sind die Lager 32A mehrreihige Schräglager, wie in 4 gezeigt ist und weiter unten besprochen wird.

Die Lager 32B sind in ähnlicher Weise axial zwischen einer ersten und einer entgegengesetzten zweiten Ebene P3, P4, die zur Drehachse C senkrecht sind, an einem ersten und einem entgegengesetzten zweiten Ende 40B, 42B von einer ersten bzw. einer entgegengesetzten zweiten Seitenfläche 44B, 46B des zweiten Rotors 16B angeordnet. In dieser Weise ist jegliches durch die Drehung der Rotoren 16A, 16B erzeugte Moment an den Lagern 32A, 32B minimal im Vergleich zu einem Moment an Lagern, die von einem Motor/Generator axial beabstandet und nicht axial in Ebenen an äußeren Seitenflächen des Rotors positioniert sind. Der Schräglagerentwurf der Lager 32A, 32B aus 1 ist in 4 gezeigt und wird weiter unten näher besprochen.

Das elektromechanische Getriebe 10 umfasst außerdem einen ersten und einen zweiten Differentialzahnradsatz 50A, 50B. Der Differentialzahnradsatz 50A umfasst ein Sonnenradelement 52A, ein Hohlradelement 54A und ein Trägerelement 59A, das mehrere Ritzel 56A, die sowohl mit dem Sonnenradelement 52A als auch mit dem Hohlradelement 54A in Eingriff sind, drehbar unterstützt. Fachleute werden den Aufbau und die Funktion der Komponenten eines Planetenradsatzes sogleich verstehen. Beispielsweise können verschiedene Elemente der Zahnradsätze 50A, 50B miteinander gekoppelt sein oder wahlweise über Kupplungen oder Bremsen (nicht gezeigt) miteinander oder mit dem Getriebegehäuse 12 verbindbar sein. Der zweite Planetenradsatz 50B umfasst in ähnlicher Weise ein erstes, ein zweites und ein drittes Element wie etwa ein Sonnenradelement 52B, ein Hohlradelement 54B und ein Trägerelement 59B, das mehrere Ritzel 56B, die mit dem Sonnenradelement 52B und dem Hohlradelement 54B in Eingriff sind, drehbar unterstützt. Bei dieser Ausführungsform sind die Planetenradsätze 50A und 50B axial in Bezug auf die Motoren/Generatoren 14A, 14B gegenüber dem zentral angeordneten konstruktiven Stützelement 13 angeordnet.

Der Motor/Generator 14A ist aus einer in 1 nach links weisenden axialen Richtung längs der Drehachse C von dem konstruktiven Stützelement 13 umschlossen, jedoch längs der Achse C in 1 nach rechts weisend von keinerlei konstruktivem Stützelement umschlossen. Der Motor/Generator 14B ist längs der Mittellinie C in 1 nach links weisend von dem konstruktiven Stützelement 13 umschlossen, jedoch längs der Achse C in 1 nach rechts weisend von keinerlei konstruktivem Stützelement umschlossen oder unterstützt. Das zentral angeordnete konstruktive Stützelement 13 aus 1 behindert somit nicht den Packraum für die Zahnradsätze 50A und 50B.

In 2 besitzt das elektromechanische Getriebe 100 ein Getriebegehäuse 112. Ein stationäres konstruktives Stützelement 113A umschreibt einen ersten Motor/Generator 114A, wobei es diesen nur teilweise umschreibt. Der erste Motor/Generator 114A umfasst einen Rotor 116A mit einer Innenfläche 118A, die bei der Drehung durch eine Rotornabe 120A um eine Drehachse C' der Hauptwelle 117 unterstützt ist.

Der erste Motor/Generator 114A umfasst ferner einen Stator 122A. Der Stator 122A umschreibt ringförmig den Rotor 116A. Eine Außenfläche 124A des Stators 122A ist durch Einpressung in das konstruktive Stützelement 113A unterstützt.

Der zweite Motor/Generator 114B umfasst ähnliche Komponenten einschließlich eines zweiten Rotors 116B, von dem eine Innenfläche 118B durch eine Rotornabe 120B unterstützt ist. Außerdem umfasst der zweite Motor/Generator 114B einen Stator 122B mit einer Außenfläche 124B, die an dem konstruktiven Stützelement 113B unterstützt und in dieses eingepresst ist. Das stationäre konstruktive Stützelement 113B umschreibt den zweiten Motor/Generator 114B, wobei es diesen nur teilweise umschreibt.

Das konstruktive Stützelement 113A umfasst einen äußeren ringförmigen Abschnitt 126A, einen inneren ringförmigen Abschnitt 128A und einen sich radial erstreckenden radialen Nabenabschnitt 130A, der sich vom Rotor 116A radial nach innen erstreckt. Die ringförmigen Abschnitte 126A und 128A und der radiale Nabenabschnitt 130A bilden das Stator konstruktive Stützelement 113A. In ähnlicher Weise umfasst das konstruktive Stützelement 113B einen äußeren ringförmigen Abschnitt 126B, einen inneren ringförmigen Abschnitt 128B und einen sich radial erstreckenden radialen Nabenabschnitt 130B, der sich vom Rotor 116B radial nach innen erstreckt. Die ringförmigen Abschnitte 126B und 128B und der radiale Nabenabschnitt 130A bilden das stationäre konstruktive Stützelement 113B.

An dem ersten Motor/Generator 114A sind Lager 132A, 132C eingesetzt, um die Drehung der Rotornabe 120A und daher des Rotors 116A in Bezug auf den inneren ringförmigen Abschnitt 128A des konstruktiven Stützelements 113A zu verbessern. Die Lager 132A und 132C sind axial zwischen Ebenen, die zur Drehachse C' senkrecht sind, an einem ersten und einem entgegengesetzten zweiten Ende 140A, 142A von einer ersten bzw. einer entgegengesetzten zweiten Seitenfläche 144A, 146A des ersten Rotors 116A angeordnet. Vorzugsweise sind die Lager 132A und 132C einreihige Schräglager, wie weiter unten mit Bezug auf 5 besprochen wird.

An dem zweiten Motor/Generator 114B sind Lager 132B, 132D eingesetzt, um die Drehung der Rotornabe 120B und daher des Rotors 116B in Bezug auf den inneren ringförmigen Abschnitt 128B des konstruktiven Stützelements 113B zu verbessern. Die Lager 132B, 132D sind in ähnlicher Weise axial zwischen entgegengesetzten Ebenen, die zur Drehachse C' senkrecht sind, an einem ersten und einem entgegengesetzten zweiten Ende 140B, 142B von einer ersten bzw. einer entgegengesetzten zweiten Seitenfläche 144B, 146B des zweiten Rotors 116B angeordnet. In dieser Weise ist jegliches durch die Drehung der Rotoren 116A, 116B erzeugte Moment an den Lagern 132A, 132B minimal im Vergleich zu einem Moment an Lagern, die von einem Motor/Generator axial beabstandet und nicht axial in Ebenen an äußeren Seitenflächen des Rotors positioniert sind.

Das elektromechanische Getriebe 100 umfasst außerdem einen ersten und einen zweiten Differentialzahnradsatz 150A, 150B. Die Differentialzahnradsätze 150A und 150B umfassen ein Sonnenradelement, ein Hohlradelement und ein Trägerelement, das ähnlich wie beim Planetenradsatz 50A von 1 mehrere Ritzel, die sowohl mit dem Sonnenradelement als auch mit dem Hohlradelement in Eingriff sind, drehbar unterstützt. Ein weiterer Planetenradsatz 150C ist axial zwischen die sich radial erstreckenden Abschnitte 130A, 130B der konstruktiven Stützelemente 113A, 113B gepackt. Der Planetenradsatz 150C umfasst ein Hohlradelement 154C, ein Sonnenradelement 152C und mehrere Ritzel 156C, die an einem Trägerelement 159C drehbar unterstützt sind und sowohl mit dem Sonnenradelement 152C als auch dem Hohlradelement 154C in Eingriff sind. Fachleute werden den Aufbau und die Funktion der Komponenten eines Planetenradsatzes sogleich verstehen. Beispielsweise können verschiedene Elemente der Zahnradsätze 150A150C miteinander gekoppelt sein oder wahlweise über Kupplungen oder Bremsen (nicht gezeigt) miteinander oder mit dem Gehäuse 112 verbindbar sein. Bei dieser Ausführungsform sind die Planetenradsätze 150A und 150B axial in Bezug auf die Motoren/Generatoren 114A, 114B gegenüber den zentral angeordneten konstruktiven Stützelementen 113A, 113B und dem Planetenradsatz 150C angeordnet.

Der Motor/Generator 114A ist aus einer in 2 nach links weisenden axialen Richtung längs der Drehachse C' von dem konstruktiven Stützelement 113A umschlossen, jedoch längs der Achse C' in 2 nach rechts weisend von keinerlei konstruktivem Stützelement umschlossen. Der Motor/Generator 114B ist längs der Mittellinie C' in 2 nach links weisend von dem konstruktiven Stützelement 113B umschlossen, jedoch, längs der Achse C' in 2 nach rechts weisend von keinerlei konstruktivem Stützelement umschlossen oder unterstützt. Die konstruktiven Stützelemente 113A. 113B sind so gestaltet, dass sie dazwischen den offenen Raum schaffen, in den der Zahnradsatz 150C gepackt ist.

In 3 besitzt ein elektromechanisches Getriebe 200 ein Getriebegehäuse 212. Ein konstruktives Stützelement 213A umschreibt einen ersten Motor/Generator 214A, wobei es diesen nur teilweise umschließt. Der erste Motor/Generator 214A umfasst einen Rotor 216A mit einer Innenfläche, die bei der Drehung durch eine Rotornabe 220A um eine Drehachse C'' der Hauptwelle 217 unterstützt ist.

Der erste Motor/Generator 214A umfasst ferner einen Stator 222A. Der Stator 222A umschreibt ringförmig den Rotor 216A. Eine Außenfläche des Stators 222A ist in das konstruktive Stützelement 213A eingepresst. Das konstruktive Stützelement 213A ist mittels in Umfangsrichtung beabstandeter Bolzen 227A (wovon einer gezeigt ist) mit dem Getriebegehäuse 212 verschraubt.

Der zweite Motor/Generator 214B umfasst ähnliche Komponenten einschließlich eines zweiten Rotors 216B, von dem eine Innenfläche durch eine Rotornabe 220B unterstützt ist. Außerdem umfasst der zweite Motor/Generator 214B einen Stator 222B mit einer Außenfläche, die an einem äußeren ringförmigen Abschnitt 226B eines konstruktiven Stützelements 213B unterstützt und in diesen eingepresst ist. Das konstruktive Stützelement 213B ist mittels in Umfangsrichtung beabstandeter Bolzen 227B (wovon einer gezeigt ist) mit dem Getriebegehäuse 212 verschraubt.

Das konstruktive Stützelement 213A umfasst einen äußeren ringförmigen Abschnitt 226A, einen inneren ringförmigen Abschnitt 228A und einen sich radial erstreckenden radialen Nabenabschnitt 230A, der sich vom Rotor 216A nach innen erstreckt. Die ringförmigen Abschnitte 226A und 228A und der radiale Nabenabschnitt 230A bilden das stationäre konstruktive Stützelement 213A. In ähnlicher Weise umfasst das konstruktive Stützelement 213B einen äußeren ringförmigen Abschnitt 226B, einen inneren ringförmigen Abschnitt 228B und einen sich radial erstreckenden radialen Nabenabschnitt 230B, der sich vom Rotor 216B radial nach innen erstreckt. Die ringförmigen Abschnitte 226B und 228B und der radiale Nabenabschnitt 230B bilden das stationäre konstruktive Stützelement 213B. Um die Umdrehungsgeschwindigkeiten der Rotoren 216A, 216B zu bestimmen, werden Sensorräder 223A, 223B verwendet.

An dem ersten Motor/Generator 214A sind Lager 232A bzw. 232C eingesetzt, um die Drehung der Rotornabe 220A und daher des Rotors 216A in Bezug auf den inneren ringförmigen Abschnitt 228A des konstruktiven Stützelements 213A zu verbessern. Die Lager 232A, 232C sind axial zwischen einer ersten und einer zweiten Ebene, die zur Drehachse C'' senkrecht sind, an Enden von entgegengesetzten Seitenflächen des ersten Rotors 216A angeordnet. Vorzugsweise sind die Lager 232A, 232C einreihige Schräglager, wie in 5 gezeigt ist und in jenem Zusammenhang besprochen wird.

Die Lager 232B, 232D sind in ähnlicher Weise axial zwischen entgegengesetzten Ebenen, die zur Drehachse C'' senkrecht sind, an Enden von entgegengesetzten Seitenflächen des zweiten Rotors 216B angeordnet. In dieser Weise ist jegliches durch die Drehung der Rotoren 216A, 216B erzeugte Moment an den Lagern 232A322D minimal im Vergleich zu einem Moment an Lagern, die von einem Motor/Generator axial beabstandet und nicht axial in Ebenen an äußeren Seitenflächen des Rotors positioniert sind. Der Schräglagerentwurf der Lager 232B, 232D ist in 5 gezeigt und wird weiter unten näher besprochen. Die Lager 232A und 232C sind in 3 als einreihige Schräglager gezeigt.

Das elektromechanische Getriebe 200 umfasst außerdem einen Differentialzahnradsatz 250C. Der Differentialzahnradsatz 250C umfasst ein Sonnenradelement 252C, ein Hohlradelement 254C und ein Trägerelement 259C, das mehrere Ritzel 256C, die sowohl mit dem Sonnenradelement 252C als auch mit dem Hohlradelement 254C in Eingriff sind, drehbar unterstützt. Das Hohlradelement 254C ist über die Rotornabe 220A und ein Zwischenverbindungselement 257 ständig mit dem Rotor 216A verbunden. Das Trägerelement 259C ist ständig mit der Hauptwelle 217 verbunden. Das Sonnenradelement 252C ist über die Rotornabe 220B und eine Hohlwelle 221 ständig mit dem Rotor 216B verbunden. An entgegengesetzten Seiten der Motoren/Generatoren 214A, 214B können ähnlich zu den Planetenradsätzen 150A und 150B von 2 weitere Planetenradsätze (nicht gezeigt) gepackt sein. Elemente der Planetenradsätze können, wie Fachleute auf dem Gebiet ersehen können, ständig oder wahlweise über Kupplungen oder Bremsen miteinander oder mit dem Getriebegehäuse gekoppelt sein, um ein festes Verhältnis oder variable Betriebsarten des Getriebes einzurichten.

In 4 ist das Lager 32A von 1 zwischen dem Rotor 20A und dem konstruktiven Stützelement 13 (genauer dem inneren ringförmigen Abschnitt 28 des konstruktiven Stützelements, wie in 1 gezeigt ist) gezeigt. Das Lager 32A umfasst einen äußeren Laufring 60 und einen inneren Laufring 62. Zwischen den Laufringen 60 und 62 sind zwei getrennte Reihen von Kugellagern, die durch die Kugeln 58A und 58B dargestellt sind, untergebracht. Die Laufringe 60 und 62 sind so ausgebildet, dass ein Winkelkontakt mit den Kugeln 58A, 58B hergestellt wird. Das heißt, dass das Kontaktzentrum zwischen den Laufringen 60, 62 und den Kugeln 58A, 58B einen Winkel einnimmt, der eine axiale Last und nicht nur eine rein radiale Last, wie es bei Standardlaufringen, die einen Kontakt mit Kugeln unter einem Winkel von 90 Grad zur Drehachse aufweisen, der Fall wäre, unterstützt. Der Winkel des Kontakts ist durch die einen Winkel einnehmenden Mittellinien der Kugeln 58A, 58B in 4 angedeutet. Winkelkontakt- bzw. Schrägkugellager sind so entworfen, dass sie eine schwerere axiale Last als reine Radiallager tragen. Lager, die axiale Lasten eng unterstützen, unterstützen auch Momente an dem Rotor senkrecht zur Drehachse und unterdrücken bei hohen Drehzahlen eine Vibration des Rotors. Ähnliche mehrreihige Schräglager können für das Lager 32B aus 1 oder anstelle der eng beabstandeten, jedoch separaten einreihigen Schräglager 232A und 232C aus 3 verwendet werden.

In 5 sind die Lager 232B und 232D aus 3 zwischen dem Rotor 220B und dem konstruktiven Stützelement 213B (genauer dem inneren ringförmigen Abschnitt 228B des konstruktiven Stützelement 213B, wie in 3 gezeigt ist) gezeigt. Das Lager 232B umfasst einen äußeren Laufring 260B und einen inneren Laufring 262B. Das Lager 232D umfasst einen äußeren Laufring 260D und einen inneren Laufring 262D. Zwischen den äußeren und inneren Laufringen 260B, 262B ist eine einzige Reihe von Kugeln 258B untergebracht, und zwischen den äußeren und inneren Laufringen 260D und 262D ist eine einzige Reihe von Kugeln 258D untergebracht. Die Laufringe 260B und 262B sind so ausgebildet, dass sie einen Winkelkontakt mit den Kugeln 258B herstellen. Ähnlich sind die Laufringe 260D und 262D so ausgebildet, dass sie einen Winkelkontakt mit den Kugeln 258D herstellen. Der Kontaktwinkel ist durch die einen Winkel einnehmenden Mittellinien der Kugeln 258B, 258D in 5 angedeutet. Ähnliche einreihige Schräglager können anstelle der Lager 132A132D aus 2 verwendet werden.

Obwohl die besten Arten zur Ausführung der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, erkennen jene, die mit dem Fachgebiet vertraut sind, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zum Praktizieren der Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche.

Zusammengefasst wird ein elektromechanisches Getriebe mit einem konstruktiven Stützelement geschaffen, das einen Motor/Generator in raumsparender Weise unterstützt; insbesondere ist der Motor/Generator nur von einer Seite her unterstützt, um axial in dem Getriebe Raum zu sparen. Genauer umschreibt ein stationäres konstruktives Stützelement eine Außenfläche eines Stators und unterstützt diesen, wobei es sich von einem Rotor radial nach innen erstreckt und diesen wenigstens teilweise unterstützt. Um eine Innenfläche des Rotors zu unterstützen, wird eine in Bezug auf das konstruktive Stützelement drehbare Rotornabe verwendet. Das konstruktive Stützelement umschließt den Stator und den Rotor im Wesentlichen von einer Richtung längs der Drehachse her. Jedoch besitzen der Stator und der Rotor in der entgegengesetzten Achsenrichtung keine weiteren Stützelemente, so dass sie von jener Richtung her nicht umschlossen sind.


Anspruch[de]
Elektromechanisches Getriebe, das umfasst:

einen ringförmigen Rotor, der um eine Drehachse drehbar ist;

einen ringförmigen Stator, der den Rotor umschreibt;

ein stationäres konstruktives Stützelement, das eine Außenfläche des Stators umschreibt und diesen unterstützt, wobei sich das konstruktive Stützelement vom Rotor radial nach innen erstreckt und diesen wenigstens teilweise unterstützt; und

eine Rotornabe, die eine Innenfläche des Rotors unterstützt und in Bezug auf das stationäre Stützelement drehbar ist;

wobei das konstruktive Stützelement den Stator und den Rotor im Wesentlichen von einer Richtung längs der Drehachse her umschließt; und

wobei der Stator und der Rotor dadurch gekennzeichnet sind, dass ein weiteres Stützelement, das den Stator und den Rotor in einer entgegengesetzten Richtung längs der Drehachse umschließt, fehlt.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Getriebegehäuse, das den Stator und den Rotor umschreibt, wobei das konstruktive Stützelement eine erweiterte Felge besitzt, wobei eine Außenfläche der erweiterten Felge in dem Getriebegehäuse durch Kontakt mit diesem unterstützt ist; und wobei der Stator an einer Innenfläche der erweiterten Felge unterstützt ist. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das konstruktive Stützelement ein Abschnitt eines Getriebegehäuses ist, der den Stator umschreibt und wobei das Stützelement und das Getriebegehäuse zusammenhängend sind. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch

ein Lager zwischen der Rotornabe und dem konstruktiven Stützelement, um die Drehung der Rotornabe in Bezug auf das konstruktive Stützelement zu verbessern;

wobei der Rotor durch ein erstes Ende und ein entgegengesetztes zweites Ende an einer ersten Seitenfläche bzw. einer entgegengesetzten zweiten Seitenfläche von ihm gekennzeichnet ist; und

wobei sich das Lager zwischen einer ersten und einer zweiten Ebene senkrecht zur Drehachse an dem ersten Ende bzw. dem entgegengesetzten zweiten Ende befindet.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager ein Kugellager ist, das durch mehrere Reihen von axial beabstandeten Kugeln gekennzeichnet ist. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager ein Schrägkugellager ist. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Rotor ein erster Rotor ist, der Stator ein erster Stator ist und die Rotornabe eine erste Rotornabe ist; wobei der erste Rotor und der erste Stator teilweise einen ersten Motor/Generator definieren und wobei das elektromechanische Getriebe ferner umfasst:

einen zweiten Motor/Generator mit:

einem zweiten ringförmigen Rotor, der um die Drehachse drehbar ist;

einem zweiten ringförmigen Stator, der den zweiten ringförmigen Rotor umschreibt; und

einer zweiten Rotornabe, die eine Innenfläche des zweiten Rotors unterstützt und in Bezug auf das stationäre konstruktive Stützelement drehbar ist;

wobei das konstruktive Stützelement eine Außenfläche des zweiten Stators umschreibt und diesen unterstützt, sich zwischen dem ersten und dem zweiten Motor/Generator vom zweiten Rotor radial nach innen erstreckt und diesen wenigstens teilweise unterstützt;

wobei das Stützelement den zweiten Stator und den zweiten Rotor im Wesentlichen in der entgegengesetzten axialen Richtung umschließt; und

wobei der zweite Stator und der zweite Rotor dadurch gekennzeichnet sind, dass ein weiteres Stützelement, das den Stator und den Rotor in der axialen Richtung umschließt, fehlt.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das konstruktive Stützelement ein Abschnitt eines Getriebegehäuses ist, der beide Statoren umschreibt und wobei das Stützelement und das Getriebegehäuse zusammenhängend sind. Elektromechanisches Getriebe, das umfasst:

einen ersten Motor/Generator mit einem ersten ringförmigen Rotor, der um eine Drehachse drehbar ist, und einem ersten ringförmigen Stator, der den ersten Rotor umschreibt;

einen zweiten Motor/Generator mit einem zweiten ringförmigen Rotor, der um die Drehachse drehbar ist, und einem zweiten ringförmigen Stator, der den zweiten Rotor umschreibt, wobei jeder der Rotoren eine Seite, die an den anderen der Rotoren angrenzt, und eine Seite, die nicht an den anderen der Rotoren angrenzt, besitzt;

wenigstens ein stationäres konstruktives Stützelement, das jeweils eine Außenfläche der Statoren umschreibt und diese unterstützt; wobei sich das wenigstens eine konstruktive Stützelement von dem jeweiligen Rotor radial nach innen erstreckt und diese wenigstens teilweise unterstützt; und

eine erste und eine zweite Rotornabe, die jeweils eine Innenfläche der Rotoren unterstützen und in Bezug auf das wenigstens eine konstruktive Stützelement drehbar sind;

wobei das wenigstens eine konstruktive Stützelement die Statoren und die Rotoren im Wesentlichen von einer jeweiligen Richtung längs der Drehachse her zur jeweiligen angrenzenden Seite hin umschließt; und

wobei jeder der Rotoren dadurch gekennzeichnet ist, dass ein weiteres Stützelement, das den Rotor von einer axialen Richtung zu der nicht angrenzenden Seite hin umschließt, fehlt.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Getriebegehäuse, das die Motoren/Generatoren umschreibt, wobei das wenigstens eine konstruktive Stützelement eine erste und eine zweite erweiterte Felge besitzt, die jeweils an einer Außenfläche in dem Getriebegehäuse durch Kontakt mit diesem unterstützt sind; und wobei der erste und der zweite Stator an einer Innenfläche der ersten bzw. der zweiten erweiterten Felge unterstützt sind. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine konstruktive Stützelement ein erstes konstruktives Stützelement, das den ersten Motor/Generator unterstützt, und ein von dem ersten Stützelement getrenntes zweites Stützelement, das den zweiten Motor/Generator unterstützt, umfasst. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 9,

gekennzeichnet durch

einen Differentialzahnradsatz mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Element;

wobei wenigstens eines der Elemente um die Drehachse drehbar ist; und

wobei der Differentialzahnradsatz axial zwischen dem ersten und dem zweiten Motor/Generator positioniert ist und wenigstens eines der Elemente des Differentialgetriebesatzes mit einem der Rotoren wirksam verbunden ist.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialzahnradsatz ein Planetenradsatz ist und wobei das erste, das zweite und das dritte Element ein Sonnenradelement, ein Trägerelement bzw. ein Hohlradelement sind. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 9,

gekennzeichnet durch

ein erstes Lager zwischen der ersten Rotornabe und dem wenigstens einen konstruktiven Stützelement, um die Drehung der ersten Rotornabe in Bezug auf das wenigstens eine konstruktive Stützelement zu verbessern, wobei der erste Rotor durch eine erstes Ende und ein entgegengesetztes zweites Ende an einer ersten Seitenfläche bzw. einer entgegengesetzten zweiten Seitenfläche gekennzeichnet ist;

wobei sich das erste Lager zwischen einer ersten und einer zweiten Ebene senkrecht zur Drehachse an dem ersten Ende bzw. dem entgegengesetzten zweiten Ende befindet; und

ein zweites Lager zwischen der zweiten Rotornabe und dem wenigstens einen konstruktiven Stützelement, um die Drehung der zweiten Rotornabe in Bezug auf das wenigstens eine konstruktive Stützelement zu verbessern, wobei der zweite Rotor durch eine drittes Ende und ein entgegengesetztes viertes Ende an einer dritten Seitenfläche bzw. einer entgegengesetzten vierten Seitenfläche gekennzeichnet ist;

wobei sich das zweite Lager zwischen einer dritten und einer vierten Ebene senkrecht zur Drehachse an dem dritten Ende bzw. dem entgegengesetzten vierten Ende befindet.
Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Lager ein Kugellager ist, das durch mehrere Reihen von axial beabstandeten Kugeln gekennzeichnet ist. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Lager ein Schräglager ist. Konstruktive Unterstützung für einen Motor/Generator mit einem ringförmigen Rotor, der um eine Drehachse drehbar ist, und einem Stator, der den Rotor umschreibt, wobei die konstruktive Unterstützung umfasst:

ein stationäres konstruktives Stützelement, das so gestaltet ist, dass es eine Außenfläche des Stators umschreibt und diesen unterstützt, wobei sich das konstruktive Stützelement vom Rotor radial nach innen erstreckt und diesen wenigstens teilweise unterstützt;

wobei das konstruktive Stützelement den Stator und den Rotor im Wesentlichen von einer Richtung längs der Drehachse her umschließt; und

wobei der Stator und der Rotor dadurch gekennzeichnet sind, dass ein weiteres Stützelements, das den Stator und den Rotor von einer entgegengesetzten axialen Richtung her umschließt, fehlt.
Konstruktive Unterstützung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Rotornabe, die eine Innenfläche des Rotors unterstützt und in Bezug auf das konstruktive Stützelement drehbar ist. Konstruktive Unterstützung nach Anspruch 18,

wobei

der Rotor durch ein erstes Ende und entgegengesetztes zweites Ende an einer ersten Seitenfläche des Rotors bzw. einer entgegengesetzten zweiten Seitenfläche des Rotors gekennzeichnet ist und umfasst:

ein Lager zwischen der Rotornabe und dem konstruktiven Stützelement, um die Drehung der Rotornabe in Bezug auf das konstruktive Stützelement zu verbessern; wobei sich das Lager zwischen einer ersten und einer zweiten Ebene senkrecht zur Drehachse an einem ersten Ende bzw. einem entgegengesetzten zweiten Ende befindet.






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