DE102012018033A1 - Drive device for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung (10) für einen Kraftwagen, mit wenigstens einer elektrischen Maschine (12), welche ein Statorelement (14) als erstes Maschinenelement (14) und ein um eine Drehachse (18) relativ zu dem Statorelement (14) drehbares Rotorelement (16) als zweites Maschinenelement (16) umfasst, wobei durch wenigstens eines der Maschinenelemente (14, 16) zumindest ein Aufnahmeraum (50) wenigstens in radialer Richtung nach außen begrenzt ist, in dem wenigstens eine Komponente (52) der Antriebseinrichtung zumindest teilweise aufgenommen ist, wobei die Komponente (52) als Dämpfungselement (52) zum Dämpfen von Torsionsschwingungen ausgebildet ist, sowie einen Kraftwagen mit einer solchen Antriebseinrichtung (10).The invention relates to a drive device (10) for a motor vehicle, with at least one electrical machine (12) which has a stator element (14) as the first machine element (14) and a rotor element rotatable about an axis of rotation (18) relative to the stator element (14) (16) as a second machine element (16), with at least one of the machine elements (14, 16) delimiting at least one receiving space (50) at least in the radial direction outward, in which at least one component (52) of the drive device is at least partially received is, wherein the component (52) is designed as a damping element (52) for damping torsional vibrations, and a motor vehicle with such a drive device (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie einen Kraftwagen.The invention relates to a drive device for a motor vehicle according to the preamble of claim 1 and a motor vehicle.
Eine solche Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen ist der
Die
Des Weiteren ist aus der
Auch die
Der
Aus der
Schließlich offenbart die
Durch die Integration der wenigstens einen Komponente in den Aufnahmeraum kann insbesondere der Bauraumbedarf der Antriebseinrichtung in axialer Richtung gering gehalten werden. Jedoch hat es sich gezeigt, dass der Fahrkomfort eines Kraftwagens, welcher mittels einer solchen Antriebseinrichtung angetrieben wird, verbesserungswürdig ist.By integrating the at least one component into the receiving space, in particular the space requirement of the drive device in the axial direction can be kept low. However, it has been shown that the ride comfort of a motor vehicle, which is driven by means of such a drive device, is in need of improvement.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebseinrichtung sowie einen Kraftwagen mit einer solchen Antriebseinrichtung derart weiterzuentwickeln, dass die Antriebseinrichtung einen besonders geringen Bauraumbedarf aufweist und die Realisierung eines besonders hohen Fahrkomforts ermöglicht.It is therefore an object of the present invention, a drive device and a motor vehicle with such a drive device further such that the drive device has a particularly low space requirement and allows the realization of a particularly high ride comfort.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Patenanspruchs 1 sowie durch einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patenanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a drive device having the features of patent claim 1 and by a motor vehicle having the features of patent claim 7. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.
Eine solche Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, umfasst wenigstens eine elektrische Maschine mit einem Statorelement als erstem Maschinenelement und mit einem Rotorelement als zweitem Maschinenelement. Das Rotorelement ist dabei um eine Drehachse relativ zu dem Statorelement drehbar. Durch wenigstens eines der Maschinenelemente ist zumindest ein Aufnahmeraum wenigstens in radialer Richtung nach außen begrenzt, wobei in dem Aufnahmeraum eine Komponente der Antriebseinrichtung zumindest teilweise aufgenommen ist.Such a drive device for a motor vehicle, in particular a passenger car, comprises at least one electric machine with a stator element as the first machine element and with a rotor element as the second machine element. The rotor element is rotatable about an axis of rotation relative to the stator. By at least one of the machine elements at least one receiving space is limited at least in the radial direction to the outside, wherein in the receiving space, a component of the drive device is at least partially accommodated.
Zur Realisierung eines besonders geringen Bauraumbedarfs sowie eines besonders komfortablen Fahrverhaltens ist die Komponente als Dämpfungselement zum Dämpfen von Torsionsschwingungen ausgebildet. Mittels des Dämpfungselements können somit Drehungleichförmigkeiten gedämpft werden, was insbesondere Fahrzeuginsassen des Kraftwagens hinsichtlich des realisierbaren Fahrkomforts zugute kommt. Gleichzeitig kann insbesondere der Bauraumbedarf der Antriebseinrichtung in axialer Richtung gering gehalten werden, da das Dämpfungselement in axialer Richtung zumindest teilweise innerhalb des Aufnahmeraums angeordnet ist und sich nicht etwa vollständig in axialer Richtung an die elektrische Maschine anschließt.To realize a particularly low space requirement and a particularly comfortable driving behavior, the component is designed as a damping element for damping torsional vibrations. By means of the damping element thus rotational irregularities can be damped, which in particular vehicle occupants of the motor vehicle benefits in terms of realizable ride comfort. At the same time, in particular The space requirement of the drive device in the axial direction are kept low because the damping element is arranged in the axial direction at least partially within the receiving space and not completely connected in the axial direction of the electric machine.
Aufgrund des nur geringen axialen Bauraumbedarfs ist eine besonders kompakte Bauweise der Antriebseinrichtung realisiert, so dass sich diese insbesondere für einen Quereinbau im Kraftwagen eignet. Bei einem solchen Quereinbau erstreckt sich die Drehachse in Fahrzeugquerrichtung, das heißt zumindest im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsrichtung. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung ist jedoch auch ohne weiteres für einen Längseinbau geeignet, bei welchem sich die Drehachse zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt.Due to the small axial space requirement, a particularly compact design of the drive device is realized, so that this is particularly suitable for transverse installation in motor vehicles. In such a transverse installation, the axis of rotation extends in the vehicle transverse direction, that is, at least substantially transversely to the vehicle longitudinal direction. However, the drive device according to the invention is also readily suitable for longitudinal installation, in which the axis of rotation extends at least substantially in the vehicle longitudinal direction.
Zusätzlich zum Dämpfungselement kann auch wenigstens eine weitere Komponente in dem Aufnahmeraum zumindest teilweise angeordnet sein. Bei einer solchen, weiteren Komponente handelt es sich beispielsweise um ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe. Die Getriebeübersetzung des Getriebes, insbesondere des Planetengetriebes, ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine tendenziell geringe Drehmomentendichte des Getriebes durch einen Betrieb bei relativ hohen Drehzahlen kompensiert werden kann, aber Grenzen der mechanischen Festigkeit des Rotorelements nicht überschritten werden.In addition to the damping element, at least one further component can also be arranged at least partially in the receiving space. Such a further component is, for example, a transmission, in particular a planetary gear. The gear ratio of the transmission, in particular of the planetary gear, is preferably designed such that a tendency of low torque density of the transmission can be compensated by operating at relatively high speeds, but limits of the mechanical strength of the rotor element are not exceeded.
Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei der weiteren Komponente auch um eine Kupplung, insbesondere eine form- und/oder kraftschlüssige Kupplung zur bedarfsgerechten An- oder Abkopplung von Antriebselementen handeln. Hierbei handelt es sich beispielsweise eine Klauen- oder Reibscheibenkupplung. Die Kupplung ist zwischen einer Koppelstellung und einer Lösestellung verstellbar. In der Koppelstellung sind zwei insbesondere um die Drehachse relativ zueinander drehbare Getriebeelemente miteinander gekoppelt, so dass zwischen den miteinander gekoppelten Getriebeelementen Drehmomente übertragen werden. In der Lösestellung sind die Getriebeelemente voneinander entkoppelt, so dass sie sich relativ zueinander drehen können.Alternatively or additionally, the further component may also be a coupling, in particular a positive and / or non-positive coupling for the demand-dependent coupling or uncoupling of drive elements. This is, for example, a claw or friction disc clutch. The coupling is adjustable between a coupling position and a release position. In the coupling position, two gear elements which are rotatable relative to one another, in particular relative to one another, are coupled to one another, so that torques are transmitted between the coupled gear elements. In the release position, the gear elements are decoupled from each other so that they can rotate relative to each other.
Bei der weiteren Komponente kann es sich auch um ein anderweitiges Getriebe, beispielsweise eine Stirnradstufe zur Wandlung von Drehmomenten handeln, mittels welcher von der elektrischen Maschine und/oder von einer Verbrennungskraftmaschine der Antriebseinrichtung bereitgestellte und über das Getriebe zu übertragende Drehmomente gewandelt werden können.The further component may also be another gearbox, for example a spur gear stage for converting torques, by means of which torques provided by the electric machine and / or by an internal combustion engine of the drive device and to be transmitted via the gearbox can be converted.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Dämpfungselement wenigstens ein Fliehkraftpendel zum Dämpfen von Torsionsschwingungen bzw. Drehschwingungen auf. Ein solches Fliehkraftpendel ermöglicht eine besonders effiziente Dämpfung von Torsions- bzw. Drehschwingungen, so dass die Antriebseinrichtung ein besonders komfortables Fahrverhalten aufweist.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the damping element has at least one centrifugal pendulum for damping torsional vibrations or torsional vibrations. Such a centrifugal pendulum allows a particularly efficient damping of torsional or torsional vibrations, so that the drive device has a particularly comfortable driving behavior.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Dämpfungselement als sogenannter Torsionsdämpfer ausgebildet und umfasst zumindest ein elastisches Element, insbesondere ein Federelement, und wenigstens zwei koaxial zueinander angeordnete Dämpfungsteile. Die Dämpfungsteile sind um eine gemeinsame Drehachse relativ zueinander verdrehbar und über das elastische Element aneinander abstützbar bzw. abgestützt. Bei dieser Drehachse, um die die Dämpfungsteile relativ zueinander drehbar sind, kann es sich um die Drehachse handeln, um die auch das Rotorelement und das Statorelement relativ zueinander drehbar sind.In a further embodiment of the invention, the damping element is designed as a so-called torsion damper and comprises at least one elastic element, in particular a spring element, and at least two coaxially arranged damping parts. The damping parts are rotatable relative to one another about a common axis of rotation and can be supported or supported on one another via the elastic element. In this axis of rotation about which the damping parts are rotatable relative to each other, it may be the axis of rotation about which also the rotor element and the stator element are rotatable relative to each other.
Infolge der Abstützung bzw. Abstützbarkeit der Dämpfungsteile über das elastische Element aneinander können zwischen den Dämpfungsteilen Drehmomente übertragen werden, wobei Drehungleichförmigkeiten zwischen den Dämpfungsteilen mittels des Federelements gedämpft werden. Der Torsionsdämpfer weist dabei einen nur sehr geringen Bauraumbedarf insbesondere in axialer Richtung auf.As a result of the support or Abstützbarkeit the damping parts via the elastic member to each other torques can be transmitted between the damping parts, wherein rotational irregularities between the damping parts are damped by means of the spring element. The torsion damper in this case has only a very small space requirement, in particular in the axial direction.
Zur Realisierung einer sehr hohen Laufruhe und somit eines besonders hohen Fahrkomforts der Antriebseinrichtung ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Dämpfungsteile jeweils mit wenigstens einer um Drehachse drehbaren Schwungmasse drehfest verbunden sind. Dadurch ist ein Zwei-Massen-Schwungrad geschaffen, mittels welchem ein besonders hoher Fahrkomfort der Antriebseinrichtung realisierbar ist.To realize a very high smoothness and thus a particularly high ride comfort of the drive device, it is provided in a further embodiment of the invention that the damping parts are rotatably connected in each case with at least one rotating about rotating axis flywheel. As a result, a two-mass flywheel is created, by means of which a particularly high ride comfort of the drive device can be realized.
Bei der Komponente, die bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung zumindest teilweise in den Aufnahmeraum integriert ist, handelt es sich somit um eine sogenannte Komfortbaugruppe zum Ausgleichen von Drehungleichförmigkeiten.The component which is at least partially integrated into the receiving space in the drive device according to the invention is therefore a so-called comfort module for compensating for rotational irregularities.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in dem Aufnahmeraum eine um die Drehachse drehbare und vom Rotorelement antreibbare Welle angeordnet, welche über das Dämpfungselement antreibbar ist. Bei der Welle handelt es sich vorzugsweise um eine Abtriebswelle der Antriebseinrichtung, über welche wenigstens ein Rad des Kraftwagens antreibbar ist. Die Welle ist mittels des Dämpfungselements von einem die Welle antreibenden Antriebselement schwingungstechnisch entkoppelt bzw. entkoppelbar, so dass ein sehr guter Fahrkomfort realisierbar ist.In a further, particularly advantageous embodiment of the invention, a shaft rotatable about the rotation axis and drivable by the rotor element is arranged in the receiving space, which can be driven via the damping element. The shaft is preferably an output shaft of the drive device, via which at least one wheel of the motor vehicle can be driven. The shaft is decoupled or decoupled by means of the damping element of a driving the shaft drive element, so that a very good ride comfort can be realized.
Diese schwingungstechnische Entkopplung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich bei dem Antriebselement um eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, der Antriebseinrichtung handelt. Eine solche Verbrennungskraftmaschine weist technisch bedingt eine zumindest im Wesentlichen pulsierende Drehmomentenabgabe auf. Diese pulsierende Drehmomentenabgabe kann mittels des Dämpfungselements gedämpft und somit geglättet werden, was zu einem sehr hohen Fahrkomfort führt. This vibrational decoupling is particularly advantageous if it is the drive element to an internal combustion engine, in particular a reciprocating internal combustion engine, the drive device. For technical reasons, such an internal combustion engine has an at least substantially pulsating torque output. This pulsating torque output can be attenuated by means of the damping element and thus smoothed, which leads to a very high ride comfort.
Insbesondere eine als 3-Zylinder-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine weist relativ hohe, verbrennungsmotorische Drehungleichförmigkeiten auf, welche mittels des Dämpfungselements bauraumgünstig, effektiv und effizient zu dämpfen sind.In particular, designed as a 3-cylinder internal combustion engine reciprocating internal combustion engine has relatively high, internal combustion engine rotational irregularities, which are space-efficient, effective and efficient to damp by means of the damping element.
Zur Erfindung gehört auch ein Kraftwagen mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftwagens anzusehen und umgekehrt.The invention also includes a motor vehicle with a drive device according to the invention. Advantageous embodiments of the drive device according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the motor vehicle according to the invention and vice versa.
Durch die Integration des Dämpfungselements in den Aufnahmeraum und die daraus resultierende, sehr kompakte Bauweise der Antriebseinrichtung können Package-Probleme bei einem erfindungsgemäßen Kraftwagen vermieden und/oder gelöst werden. Ferner weist der Kraftwagen, insbesondere für Fahrzeuginsassen des Kraftwagens, einen sehr hohen Fahrtkomfort auf, da Drehungleichförmigkeiten insbesondere der Verbrennungskraftmaschine gedämpft werden können.The integration of the damping element in the receiving space and the resulting, very compact design of the drive device package problems can be avoided and / or solved in a motor vehicle according to the invention. Furthermore, the motor vehicle, in particular for vehicle occupants of the motor vehicle, a very high level of comfort, since rotational irregularities in particular of the internal combustion engine can be damped.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgenden in der Figurenbeschreibung genannten und/oder an den Figuren alleine gezeigten Merkmalen und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the following features and feature combinations mentioned in the description of the figures and / or figures alone are usable not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone, without the scope of To leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Die Antriebseinrichtung
Wie aus
Dazu ist ein Zahnrad
Wie anhand von
Mittels des Planetengetriebes
Durch diese zumindest teilweise Integration des Planetengetriebes
Durch das erste Rotorelement
Der Torsionsdämpfer
Mit dem zweiten Dämpfungsteil
Über die Kurbelwelle stellt die Verbrennungskraftmaschine Drehmomente zum Antreiben des Personenkraftwagens bereit. Technisch bedingt erfolgt eine Abgabe der Drehmomente über die Kurbelwelle zumindest im Wesentlichen pulsierend, so dass es zu Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle kommt.About the crankshaft provides the internal combustion engine torques for driving the passenger car ready. For technical reasons, a delivery of the torques via the crankshaft is at least substantially pulsating, so that rotational nonuniformities of the crankshaft occur.
Um diese Drehungleichförmigkeiten zwischen der Kurbelwelle und der Welle
Treibt die Verbrennungskraftmaschine den Kraftwagen an, so kann die erste elektrische Maschine
Hierdurch ist beispielsweise eine sogenannte Lastpunktverschiebung darstellbar, wobei die Verbrennungskraftmaschine mit einer höheren Last betrieben wird als zum Antreiben des Personenkraftwagens eigentlich erforderlich wäre. Dies kann jedoch zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führen, da die Verbrennungskraftmaschine dann in einem kraftstoffverbrauchsgünstigeren Betriebspunkt ihres Kernfelds betrieben wird.As a result, for example, a so-called load point shift can be displayed, wherein the internal combustion engine is operated at a higher load than would actually be required for driving the passenger car. However, this can lead to lower fuel consumption, since the internal combustion engine is then operated at a fuel consumption favorable operating point of its core field.
Befindet sich die Verbrennungskraftmaschine in einem Schubbetrieb, so wird die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine über die Räder des Personenkraftwagens angetrieben. Dabei wird auch das erste Rotorelement
Die elektrische Maschine
Um die elektrische Maschine
In der Koppelstellung sind die elektrische Maschine
In der Lösestellung kann kein Drehmoment zwischen dem Zahnrad
Durch die zumindest teilweise Integration des Torsionsdämpfers
Bei dem Torsionsdämpfer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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