(57)【要約】  本発明は、（ａ）第１電気モータモジュール（３８．１）であって、第１ロータシャフト（４０．１）を有する第１ロータ（４２．１）を具備し、かつ前記ロータシャフト（４０．１）が第１シャフト連結構造（４６ａ）を有する、第１電気モータモジュールと、（ｂ）少なくとも１つの第２電気モータモジュール（３８．２）であって、第２ロータシャフト（４０．２）を有する第２ロータ（４２．２）を具備し、第２ロータシャフト（４０．２）が第２シャフト連結構造（４６ｂ）を有する、第２電気モータモジュールと、（ｃ）第１ロータシャフト（４０．１）を支持するために用いられる回転支承部（６８）と、を備え、（ｄ）第１ロータシャフト（４０．１）と第２ロータシャフト（４０．２）とがシャフト連結構造（４６）によって形状結合的に互いに連結されている、電気モータ（１８）を有する電気自動車（１０）に関する。本発明によれば、シャフト連結構造（４６）は、少なくとも部分的に回転支承部（６８）によって取り囲まれていることが予定されている。
2021516940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１電気モータモジュール（３８．１）であって、
第１ロータシャフト（４０．１）を有する第１ロータ（４２．１）を具備し、
前記第１ロータシャフト（４０．１）が第１シャフト連結構造（４６ａ）を有する、第１電気モータモジュールと、
（ｂ）少なくとも１つの第２電気モータモジュール（３８．２）であって、
第２ロータシャフト（４０．２）を有する第２ロータ（４２．２）を具備し、
前記第２ロータシャフト（４０．２）が第２シャフト連結構造（４６ｂ）を有する、第２電気モータモジュールと、
（ｃ）前記第１ロータシャフト（４０．１）を支持するために用いられる回転支承部（６８）と、を備え、
（ｄ）前記第１ロータシャフト（４０．１）と前記第２ロータシャフト（４０．２）とが前記シャフト連結構造（４６）によって形状結合的に互いに連結されている、電気モータ（１８）を有する電気自動車（１０）において、
（ｅ）前記シャフト連結構造（４６）は、少なくとも部分的に前記回転支承部（６８）によって取り囲まれていることを特徴とする、電気自動車。
【請求項２】
（ａ）各電気モータモジュールの各ロータは、それぞれ２つの回転軸受によって支承されており、それにより前記電気モータモジュールが互いに独立して機能し得、かつ
（ｂ）少なくとも２つの電気モータモジュール（３８．１、３８．２）が同じ構造であることを特徴とする、請求項１に記載の電気自動車（１０）。
【請求項３】
少なくとも２つの電気モータモジュール（３８．１、３８．２）が永久磁石式同期モータであることを特徴とする、請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の電気自動車（１０）。
【請求項４】
前記回転支承部（６８）は、リング状に配置されている転動体（６４）の第１セットを有する第１回転軸受（６２ａ．１）を有し、
前記回転支承部（６８）は、リング状に、かつ前記第１セットに対してずらして配置されている転動体（６６）の第２セットを有する第２回転軸受（６２ｂ．２）を有することと、
前記シャフト連結構造（４６）が少なくとも部分的に前記第１回転軸受（６２ａ．１）と前記第２回転軸受（６２ｂ．２）とによって取り囲まれていることと、を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電気自動車（１０）。
【請求項５】
（ａ）前記第１シャフト連結構造（４６ａ）が軸方向に延在する凸部（５８）を有し、
（ｂ）前記第２シャフト連結構造（４６ｂ）が軸方向に延在する凹部を有し、それにより前記第１シャフト連結構造（４６ａ）と前記第２シャフト連結構造（４６ｂ）とが接触面（Ｋｉ）に沿って軸方向に互いに当接することと、
（ｃ）前記接触面（Ｋｉ）は、前記ロータ（４２）の回転軸線（Ｄ）を含む角度測定平面（Ｅ）と最大５°の角度をなすことと
を特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電気自動車（１０）。
【請求項６】
（ａ）前記電気モータ（１８）は、軸方向に延在する凸部（５８）を有する回転エンコーダ連結構造（８０）を有する回転エンコーダ（７６）を有することと、
（ｂ）前記回転エンコーダ（７６）は、電気モータモジュール（３８）のシャフト連結構造（４６）と形状結合的に接続されていることと
を特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電気自動車（１０）。
【請求項７】
（ａ）前記電気モータ（１８）は、軸方向に凸部（５８）が延在するブレーキ連結構造（８２）を有するブレーキ（７８）を具備することと、
（ｂ）前記ブレーキ（７８）は、電気モータモジュール（３８）又は回転エンコーダ（７６）のシャフト連結構造（４６）と形状結合的に接続されていることと、
を特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電気自動車（１０）。
【請求項８】
前記第１ロータシャフト（４０．１）と前記第２ロータシャフト（４０．２）とが冷却チャネル（８４）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電気自動車（１０）。
【請求項９】
前記電気モータ（１８）は、
（ａ）第１電気モータモジュール（３８．１）であって、
第１ロータシャフト（４０．１）を有する第１ロータ（４２．１）と、
前記第１ロータシャフト（４０．１）を支承するために用いられる回転支承部（６８）と、を有し、
前記ロータシャフト（４０．１）が第１シャフト連結構造（４６ａ）を有する、第１電気モータモジュールと、
（ｂ）少なくとも１つの第２電気モータモジュール（３８．２）であって、
第２シャフト連結構造（４６ｂ）を有する第２ロータシャフト（４０．２）を具備する第２ロータ（４２．２）を有する、第２電気モータモジュールとから構成されており、
（ｃ）前記第１ロータシャフト（４０．１）と前記第２ロータシャフト（４０．２）が前記シャフト連結構造（４６）によって形状結合的に互いに連結されており、
（ｄ）前記シャフト連結構造（４６）は、少なくとも部分的に前記回転支承部（６８）によって取り囲まれており、
（ｅ）冷却チャネルが前記第１ロータ（４２．１）と前記第２ロータ（４２．２）とを通って延びる、ことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車（１０）。
【請求項１０】
（ａ）前記ロータシャフト（４０）が
軸方向に延びる中心冷却チャネルと、
径方向外へ延びるとともに、前記中心冷却チャネルと接続されている供給分岐チャネル（１１０）と、
外へ延びるとともに、前記中心冷却チャネルと接続されている排出分岐チャネル（１１５）と、を有し、
（ｂ）ステータ（１１６）が、
冷却流体（８６）、特に冷却液を前記供給分岐チャネル（１１０）に供給するための冷却流体供給部（１２０）と、
前記排出分岐チャネル（１１５）から冷却流体（８６）を導出するための冷却流体排出部（１１８）と、を有することを特徴とする、請求項１に記載の電気自動車（１０）。
【請求項１１】
冷却流体供給部（８８）は、
シャフトリングチャネル（１２９）を形成する第１シャフトシール（１２２）と第２シャフトシール（１２４）とを有し、
冷却流体（８６）を前記リングチャネルに供給するように形成されている導管と、を有することを特徴とする、請求項１又は請求項１０のいずれか１項に記載の電気自動車（１０）。
【請求項１２】
前記第１ロータ（４２．１）は、
（ａ）磁石支持体（５４）と、
（ｂ）前記磁石支持体（５４）に取り付けられている複数の永久磁石（５６）と、
（ｃ）前記磁石支持体（５４）を軸方向に通って延び、かつ中心冷却チャネルと接続されているサブチャネル（９４）と、
を有することを特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の電気自動車（１０）。
【請求項１３】
（ａ）永久磁石（５６）は、ステータ電磁石（１３４）の径方向外側に配置されていることと、
（ｂ）前記ロータシャフト（４０）は、
第１軸方向に延在する第１スリーブ区分（１０４）と、
前記第１軸方向とは逆の方向に延在する第２スリーブ区分（１０６）と、
を有し、
前記スリーブ区分（１０４、１０６）が互いに対称であることと、
（ｃ）前記スリーブ区分（１０４、１０６）が冷却チャネル（８４）を含むことと、を特徴とする、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の電気自動車（１０）。
【請求項１４】
（ａ）スリーブ区分（１０４、１０６）は管状部材（１０２）に形成されており、
（ｂ）前記管状部材（１０２）がウェブ（１０８）に取り付けられており、
（ｃ）前記ウェブ（１０８）は、中心冷却チャネルを前記管状部材におけるアウターチャネルと接続する少なくとも１つの径方向外へ延びる接続チャネルを有することを特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の電気自動車（１０）。
【請求項１５】
ステータ（１１６）は冷却接続パイプ（１３０）を有し、前記冷却接続パイプは、ステータ電磁石（１３４）を冷却するように配置されていることを特徴とする、請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の電気自動車（１０）。
【請求項１６】
（ａ）前記電気モータ（１８）は、
（ｉ）第１電気モータモジュール（３８．１）であって、
第１シャフト連結構造（４６ａ）を有する第１ロータシャフト（４０．１）を具備する第１ロータ（４２．１）を備える、第１電気モータモジュールと、
（ｉｉ）少なくとも１つの第２電気モータモジュール（３８．２）であって、
第２シャフト連結構造（４６ｂ）と第２冷却チャネル（８４．２）とを有する第２ロータシャフト（４０．２）を具備する第２ロータ（４２．２）を備える、第２電気モータモジュールと、から構成されており、
（ｂ）前記第１ロータ（４２．１）と前記第２ロータ（４２．２）とは前記シャフト連結構造（４６）によって形状結合的に互いに連結されていることと、
（ｃ）前記冷却チャネル（８４．１、８４．２）は互いに接続されていることを特徴とする、請求項１〜請求項１５のいずれか１項に記載の電気自動車（１０）。
【請求項１７】
（ａ）前記第１電気モータモジュール（３８．１）は、第１ハウジング連結構造（７０ａ．１）を有する第１モジュールハウジング（４４．１）を具備し、
（ｂ）前記第２電気モータモジュール（３８．２）は、第２ハウジング連結構造（７０ｂ．２）を有する第２モジュールハウジング（４４．２）を具備し、
（ｃ）前記電気モータモジュール（３８）は、前記電気モータモジュールのハウジング連結構造（４４）によって形状結合的に互いに接続されていることと、
（ｄ）前記ハウジング連結構造（７０）は、前記第１回転軸受（６２ａ．１）を径方向に取り囲むことを特徴とする、請求項１６に記載の電気自動車（１０）。
【請求項１８】
（ａ）前記第１ハウジング連結構造（７０）は、少なくとも部分的に第１円錐形ハウジングリングによってなり、
（ｂ）前記第２ハウジング連結構造（７０．２）は、少なくとも部分的に第２円錐形ハウジングリングによってなることと、
（ｃ）前記円錐形ハウジングリングは、少なくとも部分的に円錐形の内面を有する連結クランプ（７２）によって接続されていることを特徴とする、請求項１７に記載の電気自動車（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、（ａ）第１電気モータモジュールであって、第１ロータシャフトを有する第１ロータを具備し、ロータシャフトが第１シャフト連結構造を有する、第１電気モータモジュールと、（ｂ）少なくとも１つの第２電気モータモジュールであって、第２ロータシャフトを有する第２ロータを具備し、第２ロータシャフトが第２シャフト連結構造を有する、第２電気モータモジュールと、（ｃ）第１ロータシャフトを支持するために用いられる回転支承部（Ｄｒｅｈｌａｇｅｒｕｎｇ）と、を備え、（ｄ）第１ロータシャフトと第２ロータシャフトとが連結構造によって形状結合的に互いに連結されている電気モータを有する電気自動車に関する。これに加えて、本発明は、特に電気自動車用に形成されているがこれは必要ではない、上記の特性を有する電気モータに関する。
【０００２】
これに加えて、本発明は、（ａ）ステータ電磁石を有するステータと、（ｂ）永久磁石を有するロータとを具備する電気モータを有する電気自動車に関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、その最も一般的な形態では永久磁石式同期モータであり得るが必ずしもそうでなくてもよく、特に非同期式モータであってもよい電気モータを有する電気自動車に関する。この場合、ロータは永久磁石を有し得るが、これは必要ではない。
【０００４】
旅客運送及び貨物運送のために電気自動車、特に乗用車の使用が増えつつある。１つの車両モデルに異なったモータ出力が提供されるべき場合、電気自動車の大量生産が複雑であることが分かった。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、従来技術における欠点を低減するという課題にもとづいている。
【０００６】
本発明は、連結構造が少なくとも部分的に回転支承部によって取り囲まれている一般的な電気自動車又は一般的な電気モータによってこの問題を解決する。
【０００７】
本発明の利点は、このようにすることで電気モータを非常にコンパクトに製造できるということである。したがって、好ましい一実施形態によれば、ハウジング及びロータシャフトにおける連結構造による接続が、構造長さを付加的な軸方向の延長につながらないようにすることが可能である。
【０００８】
これに加えて、このような連結構造は、通常、比較的簡単に製作できるという点で有利である。したがって、電気モータを２つ、３つ、４つ、５つ、又はそれ以上の電気モータモジュールから組み立てることが可能である。あらゆるモジュール方式でのように、個々のコンポーネントをモジュール化することは、通常、より効率的な製造につながる。
【０００９】
好ましくは、電気モータモジュールの数は２０未満である。
【００１０】
好ましい一実施形態では、各電気モータモジュールの各ロータがそれぞれ２つの回転軸受によって支承され、それにより電気モータモジュールは互いに独立して機能し得る。換言すると、各電気モータモジュールのロータは、電気モータモジュールが互いに接続されていない場合でも回転軸受によって支承される。
【００１１】
好ましくは、回転軸受は転がり軸受である。
【００１２】
好ましくは、少なくとも２つの電気モータモジュールが永久磁石式同期モータである。すべての電気モータモジュールが永久磁石式同期モータである場合は有利である。
【００１３】
好ましくは、少なくとも２つの電気モータモジュールの定格出力は２５〜７５キロワットである。
【００１４】
好ましくは、シャフト連結構造は、回転支承部と同じ軸方向高さに配置されている。
【００１５】
電気モータモジュールのロータシャフトは（組付状態で）同一直線上に延びる。
【００１６】
好ましい一実施形態では、回転支承部は、リング状に配置されている転動体の第１セットを有する第１回転軸受と、リング状に、かつ第１セットに対してずらして配置されている転動体の第２セットを有する第２回転軸受とを具備する。シャフト連結構造は、この場合、好ましくは少なくとも部分的に、特に好ましくは完全に第１回転軸受と第２回転軸受とによって取り囲まれている。第１回転軸受及び／又は第２回転軸受は、例えば転がり軸受、特に玉軸受である。
【００１７】
この実施形態の利点は、個々の各電気モータモジュールの連結構造が両側で少なくとも１つの転がり軸受によって支承されていることである。２つの電気モータモジュールをつなぎ合わせるために、それぞれの電気モータモジュールの２つの連結構造を形状結合的に互いに接続しさえすればよい。
【００１８】
このアセンブリにおいて、電気モータモジュールのそれぞれ最外側に位置する回転軸受が互いに隣接することが有利である。このようにすることで、特にコンパクトな電気モータが得られる。電気モータのモジュール化が可能であることにより、電気モータは車両、特に乗用車に使用するためによく適している。もっとも、この電気モータは、他の車両にも、かつ他の領域にも適用可能である。
【００１９】
好ましくは、第１シャフト連結構造は、軸方向に延在する連結構造、特に凸部を有している。すなわち、好ましくは、第１シャフト連結構造は、軸方向に延在する凸部を有する。第２シャフト連結構造は、好ましくは、同様に軸方向に延在する凹部を有し、それにより第１シャフト連結構造と第２連結構造とが軸方向に接触面に沿って互いに当接する。接触面がロータの回転軸を含む角度測定平面と最大５°の角度をなすことが有利である。このようにすることで、電気モータモジュールの接続部にトルクを印加する際にその他に生じ得る軸方向力が低減される。
【００２０】
凸部と凹部とが非対称に形成されていることが可能である。この場合、凸部と凹部とが互いに当接する第１接触面が角度測定平面に相対して第２接触面とは別の角度で延在する。特に、角度のうちの１つがゼロであることが可能である。この場合、ロータが第１方向に回転する場合に軸方向力は決して生じない。これに対して、ロータが逆の方向に回転する場合にはより大きい力が生じる。
【００２１】
好ましくは、電気モータが軸方向に延在する凸部を有する追加コンポーネント連結構造を有する少なくとも１つの追加コンポーネントを有し、追加コンポーネントは、電気モータモジュールの連結構造のうちの１つと形状結合的に接続されている。追加コンポーネントが電気モータモジュールと同じ連結構造を有することによって、追加コンポーネントは要求に応じて２つの電気モータモジュール間で任意に配置される。
【００２２】
追加コンポーネントは例えば回転エンコーダ（Ｄｒｅｈｇｅｂｅｒ）である。
【００２３】
この場合、電気モータは、相応に、軸方向に延在する凸部を有する回転エンコーダ連結構造を有する回転エンコーダを有し、回転エンコーダは、電気モータモジュールの連結構造のうちの１つと形状結合的に接続されている。回転エンコーダが電気モータモジュールと同じ連結構造を有することにより、回転エンコーダを要求に応じて２つの電気モータモジュール間に任意に配置することができる。
【００２４】
好ましくはすべての電気モータモジュールのロータシャフトが互いに形状結合的に連結可能な連結構造を有することに言及しておく。
【００２５】
これに代えて、又はこれに加えて、追加コンポーネントはブレーキである。この実施形態では、電気モータは、軸方向に延在する凸部を有するブレーキ連結構造を有するブレーキを具備し、ブレーキは、電気モータモジュール又は回転エンコーダの連結構造と形状結合的に接続されている。
【００２６】
さらにこれに代えて、又はこれに加えて、追加コンポーネントはクラッチである。
【００２７】
本発明の第２の態様は、ステータ電磁石を有するステータと、永久磁石を有するロータとを備え、ロータシャフトが冷却チャネルを有する電気モータに関する。相応の電気モータを有する電気自動車は、同様に本発明による。換言すると、本発明によれば、電気モータを有する電気自動車であって、（ａ）ステータ電磁石を有するステータと、（ｂ）永久磁石を有するロータとを有し、（ｃ）第１ロータシャフトと第２ロータシャフトとが冷却チャネルを有する電気モータを有する電気自動車である。この電気自動車が請求項１に記載の特徴を有することが可能であるが必要ではない。上記の好ましい実施形態は、この段落に記載された発明の好ましい実施形態でもある。以下に挙げられる好ましい実施形態は２つの発明に関するものである。
【００２８】
この電気モータが第１電気モータモジュールと第２電気モータモジュールとから構成され、電気モータモジュールが上記の特性を有することが有利である。第１ロータシャフトと第２ロータシャフトとがシャフト連結構造によって形状結合的に互いに連結されており、冷却チャネルが好ましくは第１ロータと第２ロータとを通って延びる。これに加えて、連結構造が少なくとも部分的に回転支承部によって取り囲まれることが有利である。このようにすることで、冷却されたロータとモジュール式に組み立てられた電気モータが得られる。
【００２９】
ロータシャフトが軸方向に延びる中心冷却チャネルと、径方向外へ延びるとともに、中心冷却チャネルと接続されている供給分岐チャネル、これに加えて外へ延びるとともに中心冷却チャネルと接続されている排出分岐チャネルとを有することが有利である。このようにすることで、冷却流体を供給分岐チャネルを通じてステータに供給することが可能である。ステータは、好ましくは冷却流体、特に冷却液を供給分岐チャネルに供給するための冷却流体供給部、冷却流体を排出分岐チャネルから導出するための冷却流体排出部を具備する。
【００３０】
冷却流体供給部がリングチャネルを形成する第１シャフトシールと第２シャフトシールとを有することが特に好ましい。これに加えて、冷却流体供給部は、好ましくは、冷却流体をリングチャネルへ供給するように形成されている導管を具備する。リングチャネルは、冷却流体が供給分岐チャネルに流れ込むように配置されている。換言すると、供給分岐チャネルは、ロータの長手軸に沿って軸方向長さの第１シャフトシールと第２シャフトシールとの間に配置されている。
【００３１】
２つの電気モータモジュールは同じ構造であることが有利である。２つより多い電気モータモジュールが存在する限り、好ましくは電気モータモジュールの大半が、特に有利にはすべての電気モータモジュールが同じ構造である。電気モータモジュールが同じ構造であるという特徴は、特に、電気モータモジュールは少なくとも９０重量パーセントが同じ部材からなることと解される。特に、好ましくは電気モータモジュールの少なくとも２つが少なくとも９５重量パーセント、特に完全に、技術的機能のために必要な部材が一致する。電気モータモジュールがその機能と関係のない部材と、例えば色、又は当然のことながら場合によってはシリアル番号を有するラベルで区別されることが可能であるが、必要ではない。すべての電気モータモジュールが同じ構造であることが特に好ましい。
【００３２】
好ましくは、電気モータモジュールのうちの少なくとも１つのモータは磁石支持体と、磁石支持体に取り付けられた複数の永久磁石とを具備する。ロータが、少なくとも軸方向にも磁石支持体を通って延びるとともに中心冷却チャネルと接続されているサブチャネル（Ｎｅｂｅｎｋａｎａｌ）を有することが有利である。このようにすることで、磁石支持体が効果的に冷却され得る。
【００３３】
永久磁石は、キュリー温度を上回るとその磁性を失う。なぜなら電気モータ、特に電気自動車に搭載される電気モータは、比較的高温の周辺環境でも機能しなければならず、これに加えて永久磁石及び磁石支持体の加熱が特に渦電流損失によって回避可能でないので、永久磁石が過度に加熱されないことが確保されていなければならない。永久磁石の冷却温度を下回る所定の閾値温度を下回った場合に、これまで、このことは温度を検出することによって、及び相応のモータをオフにすることによって行われている。この手順は引き続き可能であり好ましいが、磁石支持体を冷却することによって、必要ではなくなる。
【００３４】
永久磁石がステータ電磁石の径方向外側に配置されていることが特に有利である。その場合、電気モータは、アウターロータと呼ばれてもよい。ロータシャフトが、第１軸方向に延在する第１スリーブ区分と第１軸方向とは逆の方向に延在する第２スリーブ区分とを有するならば特に有利であり、スリーブ区分は好ましくは互いに対称であり、かつ好ましくは冷却チャネルを含む。これらの冷却チャネルは、好ましくは、冷却チャネル、特に中心冷却チャネルと接続されている。スリーブ区分の能動的冷却によって、電気モータが高い連続出力で運転され得る。
【００３５】
スリーブ区分は、好ましくは、ウェブに取り付けられている管状部材に形成されている。ウェブは、好ましくは径方向外へ延びる接続チャネルを具備し、接続チャネルは、中心冷却チャネルを管状部材におけるアウターチャネルと接続する。上記の構造形式は、チャネルを有するスリーブ区分を比較的簡単に製造できるようにする。
【００３６】
ここで、明細書全体において、特定の対象物が存在するという特徴は、特に、これらの対象物の少なくとも１つが存在することと解されることに言及しておく。この関連で、このことは、ウェブが少なくとも１つの径方向外へ延びる接続チャネルを有することを意味する。
【００３７】
ステータが、電磁石を冷却するように配置されている冷却接続パイプ（Ｋｕｅｈｌｓｔｕｔｚｅｎ）を有するならば有利である。損失熱の大部分が電磁石において生じる。それと同時に、電磁石は、通常、永久磁石より温度の影響を受けにくい。それゆえ、冷却流体が冷却回路において流通され、流れ方向で冷却体の後にまず永久磁石、特に磁石支持体を冷却し、その後にステータ電磁石を冷却することが可能である。これに代えて、２つの冷却回路が存在し、１つの冷却回路が永久磁石を冷却し、第２冷却回路が電磁石を冷却することも可能である。
【００３８】
電気モータは、上述したように少なくとも２つの電気モータモジュールから構成されているならば有利であり、それぞれの電気モータモジュールのモータはそれぞれ１つの冷却チャネルを有し、２つの冷却チャネルが互いに接続されており、それにより冷却流体が第１冷却チャネルから第２冷却チャネルに流れ得る。
【００３９】
好ましくは、第１電気モータモジュールが第１ハウジング連結構造を有する第１モジュールハウジングを具備し、第２電気モータモジュールが第２ハウジング連結構造を有する第２モジュールハウジングを有し、電気モータモジュールがそのハウジング連結構造によって形状結合的に互いに接続されている。このことは、電気モータモジュールの連結の特に簡単な形態である。
【００４０】
ハウジング連結構造は、好ましくは、外側から着脱可能に接続可能である。換言すると、それぞれ２つの連結された電気モータモジュールが外側から接続され、互いに外され得るが、その際、必ずしも他の電気モータモジュールが接続されるか、又は互いに外される必要がない。
【００４１】
ハウジング連結構造がそれぞれ少なくとも部分的に円錐形ハウジングリングによってなることが特に有利である。電気モータモジュールがハウジング連結構造と互いに形状結合的に接続するためのコネクタを有することが有利である。コネクタは、好ましくは、外側から組付け可能に形成されている。換言すると、電気モータモジュールは、コネクタを外すだけで互いに分離可能である。コネクタは、外側から組付け可能である。
【００４２】
好ましくは、コネクタはクランプであり、それによりハウジング連結構造は、クランプによって互いに接続されている。クランプは、好ましくは、少なくとも部分的に円錐形の内面を有し、円錐形の内面は通常、ハウジングリングとクランプとの間に線状接触ではなく、面状接触が生じるように形成されている。
【００４３】
好ましくは、第１ロータシャフトと第２ロータシャフト、そして場合によって電気モータのさらに別の、シャフト連結構造によって連結されるコンポーネントが軸方向遊びをもって連結されている。製造公差による、又は運転中の熱に由来する長さ変化によるロータの軸方向の長さ変化は、シャフト連結構造における所定の軸方向の遊びによって補償される。
【００４４】
以下、添付の図面をもとにして本発明について詳しく説明する。すべての図面は、様々な電気モータ型式のうちの１つで、すなわち本発明の好ましい実施形態である永久磁石式同期モータとして本発明を示す。しかし例えば非同期モータ又はブラシレス直流モータなどの他の電気モータ型式が使用されてもよい。図面は以下のものを示す。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１ａ】図１ａは、本発明による電気モータを有する本発明による電気自動車の図である。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明による電気自動車の背面図である。
【図１ｃ】図１ｃは、２つの切替クラッチと２つの被駆動アクスルとを有する第２実施形態による電気自動車の斜視図である。
【図１ｄ】図１ｄは、４つの切替クラッチを備え、ロータが互いに平行に延びる本発明による２つの電気モータを有する第３実施形態による電気自動車の斜視図である。
【図２ａ】図２ａは、インナーロータとして形成されているとともに本発明による電気モータの一部であってもよい電気モータモジュールの縮尺通りの斜視図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図２ａによるインナーロータ形の電気モータモジュールのロータの斜視図である。
【図３ａ】図３ａは、図２ａ及び図２ｂによる２つの電気モータモジュールからなるインナーロータの形態の本発明による電気モータに沿う横断面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａによる電気モータモジュールの詳細図である。
【図４ａ】図４ａは、３つの電気モータモジュールを備える第４実施形態による本発明による電気モータの縮尺通りの斜視図の部分図である。
【図４ｂ】図４ｂは、部分図４ａによる電気モータの部分分解図の部分図である。
【図５】図５は、インナーロータの形態の電気モータである電気モータモジュールに沿う横断面図である。
【図６】図６は、本発明による電気モータ又はアウターロータ電気モータである本発明による電気モータの電気モータモジュールに沿う横断面図である。
【図７ａ】図７ａは、図６による電気モータモジュールのロータの等角斜視図の部分図である。
【図７ｂ】図７ｂは、部分図７ａによるロータシャフト及びロータのウェブの部分図である。
【図８】図８は、アウターロータ電気モータとして形成されている２つの電気モータモジュールを有する本発明による電気モータに沿う横断面図である。
【図９ａ】図９ａは、等角斜視図のガラス体の図における本発明による電気モータのための冷却接続パイプの部分図である。
【図９ｂ】図９ｂは、部分図９ａによる冷却接続パイプのステータキャップ５０に沿う横断面の部分図である。
【図１０】図１０は、電気モータモジュール３８の別の実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１ａは、フロントアクスルの形態の第１軸１２とリアアクスルの形態の第２軸１４とを有する電気自動車の形態の本発明による電気自動車１０を示す。第１軸１２には、ホイール１６．１、１６．２が取り付けられており、第２軸１４にはホイール１６．３、１６．４が取り付けられている。電気モータ１８は、ディファレンシャルと呼ばれてもよいディファレンシャルギヤ２０を介して第１軸１２のホイール１６．１、１６．２を駆動する。
【００４７】
電流がバッテリ２２から電気モータ１８に供給される。バッテリ２２は、少なくとも２つの、この事例では８つのバッテリユニット２４．１、２４．２、．．．２４．８を備える。この例ではバッテリは、電気モータ１８に供給するための電気エネルギーの貯蔵又は電気エネルギーへの変換に用いられるガルバニ素子からなるあらゆる種類の組立体と解される。
【００４８】
モータ回転軸線Ｄ１８がバッテリユニット２４．１、２４．３、２４．５、２４．７とバッテリユニット２４．２、２４．４、２４．６、２４．８との間に延びることが見て取れる。モータ回転軸線Ｄ１８の右側に配置されたバッテリユニット２４．１、２４．３、２４．５、２４．７の質量ｍｒは、モータ回転軸線Ｄ１８の左側のバッテリエレメント、すなわちこの事例ではバッテリエレメント２４．２、２４．４、２４．６及び２４．８の質量ｍｉに相当する。
【００４９】
２つの質量ｍｒ、ｍｉが互いに相当するという特徴は、特に、２つの質量が最大２０％、好ましくは最大１５％互いに相違することと解される。
【００５０】
電気自動車１０は車両床２６を具備する。この実施形態では、バッテリ２２と電気モータ１８とが車両床２６に組み付けられている。これに加えて、電気自動車１０は、特に金属板からなる例えば外被、並びにシート及びステアリングなどの図示されないコンポーネントを備える。
【００５１】
図１ｂは、電気自動車１０の背面図を示す。電気モータ構造高さｈＭがバッテリ構造高さｈｅに相当することが見て取れる。電気モータ構造高さｈＭは、バッテリ２２の質量の９０％を包囲する、想定された最小体積の直方体Ｑｉの高さである。これに加えて、図１ｂは、電気自動車１０のボディ２８を示す。これに加えて、車室３６の平らな床３４に配置されている運転席３０と助手席３２とが示されている。
【００５２】
図１ａに示された実施形態において、電気モータ１８は相前後して連結された３つの電気モータモジュール３８．１、３８．２、３８．３から構成されている。３つのすべての電気モータモジュール３８．１、３８．２、３８．３は同じ構造であり、互いに連結されたロータシャフト４０．１、４０．２、４０．３を有する。電気モータモジュール３８．ｉ（ｉ＝１、．．．Ｎ；Ｎは電気モータモジュールの数）は同じ構造である。
【００５３】
図１ｃは、本発明による電気自動車１０のボディなしの縮尺通りの斜視図を示し、電気自動車は第１切替クラッチ７７．１と第２切替クラッチ７７．２とを有している。第１切替クラッチは、電気モータ１８と第１軸１２のホイール１６．１、１６．２との間のトルク経路に位置する。第２切替クラッチ７７．２は、電気モータ１８と第２軸１４のホイール１６．３、１６．４との間のトルク経路に位置する。切替クラッチ７７．１、７７．２は、好ましくは電気的に切替可能である。このようにすることで、電気自動車１０を純粋な前輪駆動又は純粋な後輪駆動、あるいは純粋な全輪駆動とすることが可能である。
【００５４】
図１ｄは、２つの電気モータ１８．１、１８．２を有する別の実施形態による本発明による、本発明による電気自動車の縮小された縮尺通りの斜視図を示す。２つの電気モータ１８．１、１８．２は、それぞれの回転軸線が互いに平行に延びる少なくとも２つのモジュールからなる。
【００５５】
しかしこれは、技術的意味での平行ということであり、すなわち２つの軸線が数学的意味で互いに平行に延びるということは可能であるが必要ではないということである。特に、回転軸線が互いに、例えば３°未満の角度をなしてもよい。
【００５６】
図２ａは、第１ロータ４２（図２ｂを参照）とモジュールハウジング４４とを有するインナーロータ形の電気モータモジュール３８を示す。ロータ４２のロータシャフト４０に第１連結構造４６ａが形成されている。モジュールハウジング４４は、連結リングと称されてもよいハウジングリング４８を備える。この事例では、ハウジングリング４８はステータキャップ５０ａに形成されている。これに加えて、モジュールハウジング４４は、第２ステータキャップ５０ｂとステータ支持体５２とを備え、ステータ支持体は、２つのステータキャップ５０ａ、５０ｂと接続されており、図示されたインナーロータ形の実施形態ではこれらの２つのステータキャップ間に配置されている。
【００５７】
シャフト連結構造４６は、部分的にモジュールハウジング４４から軸方向に突出し、部分的にモジュールハウジング４４の後ろに引っ込んでいる。
【００５８】
図２ｂは、シャフト連結構造４６ａ．１を有するロータ４２と、第１連結構造４６ａの向かい側に配置されている第２シャフト連結構造４６ｂ．１とを有するロータ４２を示す。ロータ４２は磁石支持体５４を具備し、この磁石支持体によって永久磁石５６．１、５６．２が配置されている。永久磁石５６．ｊ（ｊ＝１、２、．．．）は、北極と南極とがそれぞれ交互に外向きに配置されている。
【００５９】
これに加えて、図２ｂは、第１連結構造４６ａが軸方向に延在する凸部５８．１を有することを示す。組付状態において、この凸部５８．１は２つの接触面Ｋ１、Ｋ２に沿って、隣接する電気モータモジュールの相補的連結構造に当接する。この事例では、接触面Ｋ１、Ｋ２は角度測定平面Ｅと０°〜１°の角度をなす。角度測定平面Ｅは、ロータ４２の回転軸線Ｄを含むとともに、それぞれの接触面Ｋと少なくとも一箇所で接するか、又は交差する平面である。
【００６０】
これに加えて、ロータ４２は、第１軸受座面６０．１と第２軸受座面６０．２とを具備する。
【００６１】
図３ａは、それぞれ同じ構造の電気モータモジュール３８．１、３８．２から構成されている本発明による電気モータ１８の一実施形態の横断面を示す。
【００６２】
第１電気モータモジュール３８．１は、玉軸受の形態の第１回転軸受６２ａ．１と第２回転軸受６２ｂ．１とを具備する。第２電気モータモジュール３８．２は、回転軸受６２ａ．２と第２回転軸受６２ｂ．２とを具備する。第１回転軸受６２ａ．１は、リング状に配置された転動体６４．１、６４．２、．．．の第１セットを具備する。第２回転軸受６２ｂ．２は同様に、第１リングに対してずらしてある第２リングに沿って配置されている、転動体６６．１、６６．２、．．．、を具備する。２つの回転軸受６２ａ．１及び６２ｂ．２は１つの回転軸受６８をなす。第１電気モータモジュール３８．１の連結構造４６ａが第２電気モータモジュール３８．２の連結構造４６ｂ．２と形状結合を形成することと、連結構造４６ａ．１、４６ｂ．２が回転支承部６８によって取り囲まれていることが見て取れる。
【００６３】
図３ａは、第１電気モータモジュール３８．１の連結構造４６ａ．１が第２電気モータモジュール３８．２の回転軸受６２ｂ．２の下まで延在することを示す。これは、ここに示される実施形態の他の特徴から独立した一般に好ましい実施形態である。これに加えて、連結構造４６ｂ．２は回転軸受６２ａ．１の下まで延在する。
【００６４】
本明細書中で軸方向長さという場合、これは回転軸線Ｄの方向に延在する模式的に図示されたｘ軸に沿う位置のことである。特に、それにより連結構造４６ａ．１及び４６ｂ．２は、回転支承部３８と同じ軸方向高さに配置されている。
【００６５】
図３ｂは、図３ａからの部分図を示す。モジュールハウジング４４．１が第１円錐形ハウジングリングをなす第１ハウジング連結構造７０ａ．１を具備することが見て取れる。第２モジュールハウジング４４．２は、同様に第２円錐形ハウジングリングをなす第２ハウジング連結構造７０ｂ．２を具備する。２つのハウジング連結構造７０ａ．１、７０ｂ．２は、連結クランプ７２の形態のコネクタによって形状結合的に接続されている。連結クランプ７２は、ハウジング連結構造７０ａ．１、７０ｂ．２とそれぞれ面接触し、かつそれにより形状結合をもたらす円錐形内面７４を具備する。
【００６６】
これに加えて、図３ｂは、軸方向の構造長さＬ１が連結区分の軸方向長さＬ２の２倍未満であり、ここでは１．５倍未満であることを示す。軸方向構造長さＬ２は、シャフト連結部（Ｗｅｌｌｅｎ−Ｋｏｐｐｅｌｕｎｇ）の軸方向長さに相当する。連結クランプ７２の軸方向構造長さＬ３は、軸方向構造長さＬ２よりわずかに小さい。
【００６７】
連結クランプ７２は、これが外側から取り外され、かつ締め付けられ得るように形成されている。それによって、まずロータシャフトがそれぞれのシャフト連結構造によって互いに接続されることによって、２つの電気モータモジュール３８．１、３８．２を接続することが可能である。その後、ハウジングがコネクタ、ここではすなわち連結クランプ７２によって互いに接続される。２つの電気モータモジュール３８．１、３８．２間の接続を解除するには、連結クランプ７２を取り外しさえすればよく、次いで、ロータシャフトを軸方向に引き離すことができる。
【００６８】
図４ａは、３つの電気モータモジュール３８．１、３８．２、３８．３、回転エンコーダ７６、クラッチ７７、及びブレーキ７８を備える本発明による電気モータを示す。回転エンコーダ７６とブレーキ７８とは、電気モータモジュール３８．ｉのロータシャフトに対して同軸に延びるシャフトをそれぞれ具備する。
【００６９】
図４ｂは、図４ａによる電気モータ１８の部分分解図を示す。回転エンコーダ７６が、電気モータモジュール３８の連結構造４６に相当する回転エンコーダ連結構造８０ａ、８０ｂを有することが見て取れる。
【００７０】
ブレーキ７８は、その他の連結構造と同様の構造である少なくとも１つのブレーキ連結構造８２ａを具備し、それによりブレーキ７８は、回転エンコーダ７６とも各電気モータモジュール３８とも形状結合的に接続可能である。クラッチ７７は、ブレーキ７８と同じ連結構造を具備し、それによりクラッチは、ブレーキ７８のように各電気モータモジュールと結合されてもよい。
【００７１】
図５は、同時に独立した電気モータともみなされ得る電気モータモジュール３８．１に沿う横断面を示す。ロータシャフト４０に冷却チャネル８４が配置されていることが見て取れる。冷却液の形態の冷却流体８６は、この形態で冷却流体供給部８８を通って軸方向に供給される。シールブッシュ９０がロータシャフトとともに回転し、シールを介してロータシャフト４０と接続されている。
【００７２】
ロータシャフト４０において、少なくとも１つの、好ましくは２つの仕切り壁９２ａ、９２ｂが配置されており、これらの仕切り壁は、冷却流体８６が第１サブチャネル９４ａ、第２サブチャネル９４ｂ、又はそれ以外の図示されないサブチャネルを通って流れることをもたらす。サブチャネル９４ａ、９４ｂ、．．．は、軸方向にも径方向にも延び、そしてそれに伴い冷却チャネル８４に対して略平行に延びる。サブチャネル９４における冷却流体は磁石支持体５４、そしてそれに伴い永久磁石５６を冷却する。
【００７３】
永久磁石５６の径方向外側にステータ積層鉄心９６が配置されている。ステータ積層鉄心９６は、ステータ冷却チャネル９８における冷却流体によって冷却される。ステータ冷却チャネル９８は、ステータ積層鉄心の全幅に延在しないことが可能であり、特にコイルヘッド１００ａ、１００ｂはステータ冷却チャネル９８も延在する軸方向長さ上になければならないというわけではない。
【００７４】
図６は、本発明による電気モータモジュール３８の別の実施形態を示し、この電気モータモジュールは同時に、本発明による電気モータの独立した実施形態を示す。図５による電気モータはインナーロータであるが、図６による電気モータ３８は、永久磁石５６がステータ積層鉄心９６の径方向外側に配置されているアウターロータである。ステータ積層鉄心９６ａ、９６ｂは、ロータシャフト４０と管状部材１０２との間の空間に係合し、管状部材は第１スリーブ区分１０４と第２スリーブ区分１０６とを有する。管状部材１０２は、ロータハブと称されてもよいウェブ１０８に取り付けられている。管状部材１０２とウェブ１０８とはＴ字形ロータエレメントをなす。
【００７５】
ロータシャフト４０は、供給分岐チャネル１１０を有し、この供給分岐チャネルによって冷却流体８６を冷却チャネル８４に送ることができる。仕切り壁９２ａ、９２ｂ、９２ｃは、分岐チャネル１１０からの冷却流体が、まず冷却チャネル８４内に一部を残し、次いで第１ウェブチャネル１１２へ流れ込み、そこから管状部材１０２における図示されないチャネルへ流れ込むことができることをもたらす。そこで冷却流体が熱せられ、ウェブ１０８における第２ウェブチャネル１１４を通って流れ、チャネル８４に戻る。排出分岐チャネル１１５を介して、冷却流体がロータ４２からステータハウジング１２１とロータシャフト４０との間のシャフトリングチャネル１２９に流れ、そこから冷却流体排出部１１８に流れ込む。
【００７６】
冷却流体８６は、冷却流体供給部１２０を介して供給分岐チャネル１１０に到達し、冷却流体供給部１２０は、同様にステータハウジング１２１に、この事例ではステータキャップ５０ｂ１に形成されている。冷却流体供給部１２０は、第１シャフトシール１２２と第２シャフトシール１２４とを備える。これに加えて、この実施形態では、第２シャフトシール１２４は、回転軸受６２ｂ．１をシールするために用いられる。しかし当然のことながら、第２シャフトシールを別の位置に配置することも可能である。
【００７７】
図７ａは、モジュール３８．１のロータ４２の等角図を示す。管状部材１０２がねじ１２６．１、１２６．２でウェブ１０８（図７ｂを参照）に取り付けられていることが見て取れる。
【００７８】
図７ｂは、ウェブチャネル１１２、１１４を示し、これらのウェブチャネル間にウェブリングチャネル１２８が配置されている。冷却流体は、ウェブリングチャネル１２８から開いた（ｏｆｆｅｎｅ）部材１０２へ流れ、そしてそこから戻り、それにより第２ウェブチャネル１１４に到達する。
【００７９】
図８は、アウターロータ形の２つの電気モータモジュール３８．１、３８．２から構成されている本発明による電気モータ１８に沿う横断面を示す。
【００８０】
図９ａは、ステータキャップ５０と、冷却流体のための流入部１３２及び冷却流体のための流出部１３３を有し、かつ冷却接続パイプ１３０を具備するステータ支持体５２とからなるステータハウジング１２１の一部を示す。図９において、電気モータ１８の冷却接続パイプが同様に図示されており、ここではその他の何度も現れるコンポーネントに数字の接尾辞「ａ」及び「ｂ」と「１」及び「２」が付される。これらの数字は、何度も現れる対象物を可能な限り簡単に同じように呼ぶために用いられる。冷却接続パイプ１３０によって、アウターロータである電気モータのステータ電磁石１３４（図７及び図９を参照）が冷却される。
【００８１】
図９ｂは、シャフトリングチャネル１２９を示すためのステータキャップ５０とロータシャフト４０とに沿う横断面を示す。
【００８２】
図１０は、シャフト連結構造４６が複数歯に形成されている電気モータモジュール３８の別の実施形態を示す。
【符号の説明】
【００８３】
１０  電気自動車
１２  第１軸
１４  第２軸
１６  ホイール
１８  電気モータ
２０  ディファレンシャル
２２  バッテリ
２４  バッテリユニット
２６  車両床
２８  ボディ
３０  車両シート
３２  助手席
３４  床
３６  車室
３８  電気モータモジュール
４０  ロータシャフト
４２  ロータ
４４  モジュールハウジング
４６  シャフト連結構造
４８  ハウジングリング
５０  ステータキャップ
５２  ステータ支持体
５４  磁石支持体
５６  永久磁石
５８  凸部
６０  軸受座面
６２  回転軸受
６４  転動体
６６  転動体
６８  回転支承部
７０  ハウジング連結構造
７２  連結クランプ
７４  内面
７６  回転エンコーダ
７７  切替クラッチ
７８  ブレーキ
７９  連結ギヤ
８０  回転エンコーダ連結構造
８１  クラッチ連結構造
８２  ブレーキ連結構造
８４  冷却チャネル
８６  冷却流体
８８  冷却流体供給部
９０  シールブッシュ
９２  仕切り壁
９４  サブチャネル
９６  ステータ積層鉄心
９８  ステータ冷却チャネル
１００  コイルヘッド
１０２  管状部材
１０４  第１スリーブ区分
１０６  第２スリーブ区分
１０８  ウェブ
１１０  供給分岐チャネル
１１２  ウェブチャネル
１１４  第２ウェブチャネル
１１５  排出分岐チャネル
１１６  ステータ
１１８  冷却流体排出部
１２０  冷却流体供給部
１２１  ステータハウジング（ステータキャップ５０とステータ支持体５２とからなる）
１２２  第１シャフトシール
１２４  第２シャフトシール
１２６  ねじ
１２８  ウェブリングチャネル
１２９  シャフトリングチャネル
１３０  冷却接続パイプ
１３２  流入部
１３３  流出部
１３４  ステータ電磁石
Ａ  軸距離
Ｄ  回転軸線
Ｄ１８  モータ回転軸
Ｅ  角度測定平面
ｉ，ｊ  連続添え字
Ｋｉ  接触面
Ｌ１  回転支承部の軸方向構造長さ
Ｌ２  連結構造のシャフトの軸方向構造長さ
Ｌ３  連結構造のハウジングの軸方向構造長さ
ｍｌ  左側バッテリ質量
ｍｒ  右側バッテリ質量
Ｑ  中央パーセンタイル
Ｑ１，Ｑ２  直方体
Ｓ１０  車両質量重心
Ｓ１８  電気モータ質量重心
Ｓ２２  バッテリ質量重心
【図１ａ】
2021516940.tif 000003
【図１ｂ】
2021516940.tif 000004
【図１ｃ】
2021516940.tif 000005
【図１ｄ】
2021516940.tif 000006
【図２ａ】
2021516940.tif 000007
【図２ｂ】
2021516940.tif 000008
【図３ａ】
2021516940.tif 000009
【図３ｂ】
2021516940.tif 000010
【図４ａ】
2021516940.tif 000011
【図４ｂ】
2021516940.tif 000012
【図５】
2021516940.tif 000013
【図６】
2021516940.tif 000014
【図７ａ】
2021516940.tif 000015
【図７ｂ】
2021516940.tif 000016
【図８】
2021516940.tif 000017
【図９ａ】
2021516940.tif 000018
【図９ｂ】
2021516940.tif 000019
【図１０】
2021516940.tif 000020
【国際調査報告】
2021516940.tif 000021
2021516940.tif 000022
2021516940.tif 000023
2021516940.tif 000024
2021516940.tif 000025
2021516940.tif 000026
2021516940.tif 000027
2021516940.tif 000028
2021516940.tif 000029
2021516940.tif 000030
2021516940.tif 000031
2021516940.tif 000032