DE102012211489A1 - Drive device e.g. hybrid drive device for hybrid vehicle, has coupling unit for coupling rotor with train, and coupling unit and rotor connected with each other such that coupling state of coupling unit is adjusted by axial shift of rotor - Google Patents

Drive device e.g. hybrid drive device for hybrid vehicle, has coupling unit for coupling rotor with train, and coupling unit and rotor connected with each other such that coupling state of coupling unit is adjusted by axial shift of rotor Download PDF

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Abstract

The device has a wheel drive train (1) i.e. single wheel drive mechanism, and an electromotor (8) with a stator (10) and a cone-shaped rotor (9) that is rotatably mounted opposite to the stator around motor axles. A coupling unit (12) i.e. form-fitting or frictionally engaged coupling clutch, kinematically couples the rotor with the drive train in switchable manner. The coupling unit and the rotor are connected with each other in such a manner that coupling state of the coupling unit is adjusted by axial shift of the rotor. The stator is formed with a complementary conic internal bore.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Radantriebsstrang, einem Elektromotor mit einem Rotor und einer Koppelungseinrichtung zur Koppelung des Rotors mit jenem Radantriebsstrang in schaltbarer Weise.The invention relates to a drive device for a motor vehicle with a wheel drive train, an electric motor with a rotor and a coupling device for coupling the rotor with that wheel drive train in a switchable manner.

Aus DE 103 53 256 B3 ist eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die einen ersten Elektromotor und einen zweiten Elektromotor, sowie eine Brennkraftmaschine umfasst. Einer der beiden Elektromotoren ist über eine als Leistungsausgang fungierende Motorwelle permanent an das Differentialgetriebe eines Radantriebsstrangs angekoppelt. Der andere Elektromotor ist permanent mit der Brennkraftmaschine gekoppelt. Zwischen den beiden Elektromotoren ist eine Koppelungseinrichtung vorgesehen. Durch diese Koppelungseinrichtung wird es möglich, die Antriebsverbindung zwischen dem permanent an den Radantriebsstrang angebundenen Elektromotor und dem zweiten Elektromotor selektiv aufzuheben bzw. herzustellen. Jener mit der Brennkraftmaschine gekoppelte Elektromotor kann dann über die Brennkraftmaschine generatorisch betrieben werden. Out DE 103 53 256 B3 a drive device for a motor vehicle is known which comprises a first electric motor and a second electric motor, as well as an internal combustion engine. One of the two electric motors is permanently coupled to the differential gear of a wheel drive train via a motor shaft acting as a power output. The other electric motor is permanently coupled to the internal combustion engine. Between the two electric motors, a coupling device is provided. By this coupling device, it is possible to selectively cancel or produce the drive connection between the permanently coupled to the wheel drive electric motor and the second electric motor. The electric motor coupled to the internal combustion engine can then be operated as a generator via the internal combustion engine.

Bei Elektroantrieben von Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Hybridantrieben besteht der Bedarf, den Elektroantrieb in bestimmten Betriebssituationen vom Antriebsstrang abzukoppeln. Beispielsweise können dann beim verbrennungsmotorischen Fahren Schleppverluste des elektrischen Antriebs vermieden werden.In electric drives of motor vehicles, especially in hybrid drives, there is a need to decouple the electric drive in certain operating situations from the drive train. For example, then drag losses of the electric drive can be avoided in internal combustion engine driving.

Zum An- und Abkoppeln des elektrischen Antriebs bei Hybridfahrzeugen sind mechanische Systeme bekannt, welche durch einen Aktuator (z.B. einen Hubmagneten, oder ein mechanisches Ausrücksystem wie bei Kupplungen) eine Koppelungseinrichtung, z.B. eine Reibkupplung, oder eine Klauenkupplung öffnen bzw. schließen. Weiterhin sind Lösungen bekannt, welche den elektromotorischen Antrieb durch einen Freilauf an den Antriebsstrang ankoppeln und bei Nicht-Betrieb abkoppeln.For coupling and decoupling the electric drive in hybrid vehicles, mechanical systems are known which use an actuator (e.g., a solenoid, or a mechanical release system such as clutches) to provide coupling means, e.g. a friction clutch, or a jaw clutch open or close. Furthermore, solutions are known which couple the electric motor drive by a freewheel to the drive train and decouple when not in operation.

Bei Systemen mit einem zusätzlichen Aktuator besteht der Nachteil in den zusätzlichen Kosten die der Aktuator verursacht. Bei Systemen mit Freilauf besteht der Nachteil durch die Funktionseinschränkung. So kann z.B. kann über einen Freilauf nicht rekuperiert werden.In systems with an additional actuator, the disadvantage is the additional cost that the actuator causes. In systems with freewheel the disadvantage is the function restriction. Thus, e.g. can not be recuperated via a freewheel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromotorische Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die sich durch einen robusten Aufbau und ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet. The invention has for its object to provide an electric motor drive device for a motor vehicle, which is characterized by a robust design and advantageous mechanical performance.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit:

  • – einem Radantriebsstrang,
  • – einem Elektromotor mit einem Stator und einem gegenüber diesem um eine Motorachse drehbar gelagerten Rotor, und
  • – einer Koppelungseinrichtung zur kinematischen Koppelung des Rotors mit dem Radantriebsstrang in schaltbarer Weise,
  • – wobei die Koppelungseinrichtung ein einstellbar positionierbares Stellorgan umfasst, durch dessen Positionierung der Koppelungszustand der Koppelungseinrichtung festlegbar ist, und die Positionierung des Stellorgans durch axiale Verlagerung des Rotors erfolgt.
This object is achieved by a drive device for a motor vehicle with:
  • A wheel drive train,
  • - An electric motor with a stator and a rotatable relative to this about a motor shaft rotor, and
  • A coupling device for kinematic coupling of the rotor to the wheel drive train in a switchable manner,
  • - Wherein the coupling means comprises an adjustably positionable actuator, by the positioning of the coupling state of the coupling device can be fixed, and the positioning of the actuator takes place by axial displacement of the rotor.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, über die am Rotor selbst angreifenden Kräfte die Koppelungseinrichtung zu betätigen und den Rotor selektiv an den Radantriebsstrang anzukoppeln, oder von diesem abzukoppeln. Die schaltbare Koppelungseinrichtung kann eine Trennkupplung sein, welche das angetriebene Rad vollständig vom jeweiligen Antriebsmotor trennt. This advantageously makes it possible to actuate the coupling device via the forces acting on the rotor itself and to couple the rotor selectively to the wheel drive train, or decouple it from this. The switchable coupling device may be a separating clutch, which completely separates the driven wheel from the respective drive motor.

Durch das erfindungsgemäße Lösungskonzept wird es möglich, auf einen zusätzlichen Aktuator zu verzichten und dennoch den vollen Funktionsumfang einer schaltbaren Koppelungseinrichtung zur Verfügung zu stellen. The solution according to the invention makes it possible to dispense with an additional actuator and nevertheless to provide the full range of functions of a switchable coupling device.

Die Erfindung schafft eine Möglichkeit durch welche sich bei elektrischen oder hybriden Antrieben die E-Maschine selbsttätig an den Antriebsstrang ankoppeln oder vom Antriebsstrang abkoppeln lässt. The invention provides a possibility by which the electric motor can be automatically coupled to the drive train or decoupled from the drive train in the case of electric or hybrid drives.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Motor derart gestaltet, dass dieser einen konischen Rotor sowie einen entsprechenden Stator mit konischer Bohrung umfasst. Ist dieser Motor stromlos, so drückt eine Feder den Rotor in eine Freilaufstellung. Wird der Motor bestromt wird der Rotor aufgrund seiner Geometrie vom elektrischen Feld in den Stator gezogen. Hierdurch wird die Koppelungseinrichtung in einen Koppelungszustand verbracht. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the motor is designed such that it comprises a conical rotor and a corresponding conical bore stator. If this motor is de-energized, so a spring pushes the rotor in a freewheeling position. When the motor is energized, the rotor is pulled by the electric field into the stator due to its geometry. As a result, the coupling device is brought into a coupling state.

Der erfindungsgemäße Mechanismus wird zum Ankoppeln der E-Maschine genutzt. Dabei wird eine Kraft zum Schließen des Koppelelements durch den in den Stator gezogenen Rotor erzeugt. Der Rotor ist auf der Antriebswelle axial verschiebbar aber drehfest gelagert, so dass Drehmoment auf die Antriebswelle übertragen werden kann. Zum Öffnen der Koppelungseinrichtung befindet sich eine Feder auf der Antriebswelle. Diese drückt den Rotor aus dem Stator wenn dieser nicht bestromt ist. Die Koppelungseinrichtung wird somit geöffnet.The mechanism according to the invention is used for coupling the electric motor. In this case, a force for closing the coupling element is generated by the drawn into the stator rotor. The rotor is axially displaceable on the drive shaft but rotatably mounted so that torque can be transmitted to the drive shaft. To open the coupling device is a spring on the drive shaft. This pushes the rotor out of the stator when it is not energized. The coupling device is thus opened.

Idealerweise kann der Rotor bereits in Drehung versetzt werden bevor er vollständig in den Stator gezogen wird. Damit ist es möglich, die Antriebsdrehzahl an die Abtriebsdrehzahl anzugleichen bevor die Koppelungseinrichtung geschlossen wird. Die Stärke der Bestromung steht hierbei im Verhältnis zur Federkraft und muss immer zusätzlich aufgebracht werden. Ideally, the rotor may already be rotated before it is fully pulled into the stator. This makes it possible to match the drive speed to the output speed before the coupling device is closed. The strength of the current supply is in relation to the spring force and must always be additionally applied.

Die Koppelungseinrichtung kann so ausgebildet werden, dass diese eine kraft- und/oder formschlüssige Koppelung des Ein- und Ausgangs ermöglicht. Insbesondere kann die Koppelungseinrichtung mit einer Synchronisationseinrichtung versehen werden durch welche ähnlich wie bei Schaltgetrieben zunächst eine reibschlüssige Koppelung und dann eine formschlüssige Koppelung beispielsweise durch eine Klauenkupplung erfolgt. Falls der zur Drehung des Rotors benötigte Strom den Rotor teilweise oder vollständig in den Stator zieht, muss die dadurch entstehende Axialkraft zum Schließen des Koppelelements berücksichtigt werden.The coupling device can be designed so that this allows a positive and / or positive coupling of the input and output. In particular, the coupling device can be provided with a synchronization device by means of which, similar to manual transmissions, first a frictional coupling and then a positive coupling takes place, for example, by a dog clutch. If the current required for the rotation of the rotor pulls the rotor partially or completely into the stator, the resulting axial force must be considered for closing the coupling element.

Im Falle einer formschlüssig koppelnden Koppelungseinrichtung wird vorzugsweise zusätzlich eine Reibeinrichtung vorgesehen, welche, wie bei einer Getriebesynchronisierung den Formschluss verhindert solange An- und Abtriebsdrehzahl voneinander verschieden sind und gleichzeitig eine Kraft zum Schließen des Koppelelements anliegt. Der Motor muss zusätzlich zu dem Trägheitsmoment das entstehende Reibmoment aufbringen.In the case of a positively coupling coupling device, a friction device is preferably additionally provided, which, as in a transmission synchronization prevents the form-fitting as long as input and output speed are different from each other and at the same time bears a force to close the coupling element. In addition to the moment of inertia, the motor must apply the friction torque that is generated.

Das erfindungsgemäße Konzept kann so umgesetzt werden, dass dieses sowohl für Rechtsals auch Linkslauf geeignet ist. Die E-Maschine kann Drehmoment abgeben und aufnehmen (Rekuperieren). Durch das erfindungsgemäße Konzept ergibt sich ein Entfall eines zusätzlichen Aktuators bei vollem Funktionsumfang. Das Ankoppeln des Motors ist bei beliebiger Abtriebsdrehzahl (inkl. Stillstand) möglich. Die Erfindung stellt eine Möglichkeit dar, dass sich bei elektrischen oder hybriden Antrieben die E-Maschine selbsttätig an den Antriebsstrang ankoppelt oder vom Antriebsstrang abkoppelt. Durch die axiale Verschiebbarkeit des Rotors entsteht ein Freiheitsgrad der erfindungsgemäß zur Betätigung eines Koppelelements herangezogen wird.The inventive concept can be implemented so that this is suitable for both legal and anti-clockwise rotation. The electric motor can deliver and record torque (recuperation). The concept according to the invention results in the omission of an additional actuator with full functionality. The coupling of the motor is possible at any output speed (including standstill). The invention represents a possibility that couples in electric or hybrid drives, the electric motor automatically to the drive train or decoupled from the drive train. The axial displaceability of the rotor creates a degree of freedom which is used according to the invention for actuating a coupling element.

Der Radantriebsstrang kann so ausgebildet werden, dass dieser ein Achsgetriebe umfasst zur Aufteilung der Antriebsleistung auf eine linke und auf eine rechte Radantriebswelle. Alternativ hierzu kann der Radantriebsstrang auch so gestaltet werden, dass der Radantriebsstrang eine Einzelradantriebsmechanik bildet. The wheel drive train can be designed such that it comprises an axle drive for distributing the drive power to a left and to a right wheel drive shaft. Alternatively, the wheel drive train can also be designed so that the wheel drive train forms a Einzelradantriebsmechanik.

Bei beiden vorgenannten Varianten des Radantriebsstranges ist es möglich, wenigstens ein Zwischengetriebe vorzusehen, das kinematisch in einem Zwischenbereich zwischen dem Elektromotor und dem Achsgetriebe vorgesehen ist und eine „Übersetzung ins Langsame“, d.h. eine Drehmomentenerhöhung bewirkt. Dieses Zwischengetriebe kann dabei zwischen der Koppelungseinrichtung und dem Achsgetriebe oder auch zwischen dem Elektromotor und der Koppelungseinrichtung vorgesehen werden. Auch der Einsatz von zwei Zwischengetrieben an den vorgenannten Positionen ist möglich. Letztere Variante erweist sich besonders vorteilhaft, da dann die Koppelungseinrichtung in einem Systemabschnitt mit mittleren Drehmomenten und mittleren Drehzahlen sitzt und beim Öffnen der Koppelungseinrichtung der intern schnell drehende Getriebeteil abgekoppelt ist.In both of the aforementioned variants of the wheel drive train, it is possible to provide at least one intermediate gear which is kinematically provided in an intermediate region between the electric motor and the axle gear and a "translation to the slow", i. causes a torque increase. This intermediate gear can be provided between the coupling device and the axle drive or between the electric motor and the coupling device. The use of two intermediate gears to the above positions is possible. The latter variant proves to be particularly advantageous, since then the coupling device is seated in a system section with average torques and average speeds and disconnected when opening the coupling device of the internally rapidly rotating gear part.

Die Koppelungseinrichtung kann als formschlüssig koppelnde Kupplung, z.B. als ggf. vollsynchronisierte Klauenkupplung oder Schiebemuffenkupplung ausgeführt sein. Weiterhin kann die Koppelungseinrichtung auch als reibschlüssig koppelnde Kupplung ausgebildet sein.The coupling device can be used as a form-fitting coupling, e.g. be executed as possibly fully synchronized jaw clutch or sliding sleeve coupling. Furthermore, the coupling device can also be designed as a frictionally coupling coupling.

Die Antriebseinrichtung bildet gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung Bestandteil eines Hybridantriebssystems und umfasst auch eine Brennkraftmaschine, die unter Zwischenschaltung eines Getriebes selektiv an den Radantriebsstrang ankoppelbar ist.According to a particular aspect of the present invention, the drive device forms part of a hybrid drive system and also comprises an internal combustion engine which can be selectively coupled to the wheel drive train with the interposition of a transmission.

Erfindungsgemäß wird eine spezielle E-Maschine mit konisch ausgebildetem, axial verlagerbarem Rotor, der in einen Stator mit konischer Öffnung über die Kraftwirkung des magnetischen Feldes des Stators verlagerbar bzw. anordbar ist in einem Antriebstrang eines Fahrzeuges eingesetzt. Der E-Motor kann insbesondere in einem Hybridantriebstrang mit Verbrennungskraftmaschine (VKM), E-Maschine und Getriebe verwendet werden, wobei dieser E-Motor aufgrund der Verlagerbarkeit des konischen Rotors ohne einen separaten Aktor axial gegen eine Axialkraft in den Stator verlagerbar und damit in den Antriebstrang über ein Koppelelement (z.B. Synchronisierung) einkoppelbar ist. In der gekoppelten Stellung kann der Rotor gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verriegelt werden, so dass auch Rekuperieren möglich ist.According to the invention, a special electric machine with a conically designed, axially displaceable rotor which can be displaced or arranged in a stator with a conical opening via the force effect of the magnetic field of the stator is used in a drive train of a vehicle. The electric motor can be used in particular in a hybrid powertrain with internal combustion engine (VKM), e-machine and gear, said electric motor due to the displaceability of the conical rotor without a separate actuator axially against an axial force in the stator displaced and thus in the Drive train via a coupling element (eg synchronization) can be coupled. In the coupled position, the rotor can be locked according to a particularly preferred embodiment of the invention, so that recuperation is possible.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:Further details and features of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the drawings. It shows:

1 eine Schemadarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung mit einem Elektromotor mit einem axial verlagerbaren Rotor der über eine durch den Rotor selbst betätigte Koppelungseinrichtung selektiv an ein Differentialgetriebe ankoppelbar ist; 1 a schematic representation of a first embodiment of a drive device according to the invention with an electric motor with an axially displaceable rotor which is selectively coupled via a coupling device actuated by the rotor itself to a differential gear;

2 eine Schemadarstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung bei welcher der Elektromotor durch axiale Verlagerung des Rotors desselben selektiv an einen Einzelradantriebsstrang ankoppelbar ist. 2 a schematic representation of a second embodiment of an inventive Drive device in which the electric motor thereof by axial displacement of the rotor thereof can be selectively coupled to a Einzelradantriebsstrang.

In 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Diese umfasst einen Radantriebsstrang 1 der hier ein Achsgetriebe 2 aufweist über welches die an einer Eingangswelle 3 anliegende Antriebsleistung auf eine linke und auf eine rechte Radantriebswelle 4, 5 aufgeteilt wird. Über die linke Radantriebswelle 4 wird ein linkes Antriebsrad 6 angetrieben. Über die rechte Radantriebswelle 5 wird ein rechtes Antriebsrad 7 angetrieben. Die Antriebseinrichtung umfasst weiterhin einen Elektromotor 8 mit einem Rotor 9 und einem Stator 10.In 1 a first embodiment of a drive device according to the invention for a motor vehicle is shown. This includes a wheel drive train 1 the here a axle drive 2 has over which at an input shaft 3 applied drive power to a left and right wheel drive shaft 4 . 5 is split. About the left wheel drive shaft 4 becomes a left drive wheel 6 driven. About the right wheel drive shaft 5 becomes a right drive wheel 7 driven. The drive device further comprises an electric motor 8th with a rotor 9 and a stator 10 ,

In einem Zwischenbereich zwischen dem Elektromotor 8 und dem Achsgetriebe 2 ist eine Koppelungseinrichtung 12 vorgesehen, zur Koppelung wenigstens des Rotors 9, mit dem Radantriebsstrang 1 in schaltbarer Weise. Die Koppelungseinrichtung 12 umfasst ein hier nur schematisch angedeutetes einstellbar positionierbares Stellorgan 13 nach dessen Maßgabe der Koppelungszustand der Koppelungseinrichtung 12 festlegbar ist. Die Positionierung des Stellorgans 13 erfolgt erfindungsgemäß durch gesteuerte Herbeiführung einer Axialverlagerung des Rotors 9 innerhalb des Stators 10. In an intermediate area between the electric motor 8th and the axle drive 2 is a coupling device 12 provided for coupling at least the rotor 9 , with the wheel drive train 1 in a switchable way. The coupling device 12 includes an adjustable positionable actuator which is only schematically indicated here 13 according to the condition of the coupling state of the coupling device 12 is determinable. The positioning of the actuator 13 takes place according to the invention by controlled induction of an axial displacement of the rotor 9 inside the stator 10 ,

Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Rotor 9 des Elektromotors 8 wie erkennbar konisch ausgebildet und auch die Innenbohrung des Stators 10 ist entsprechend konisch ausgebildet. In the embodiment shown here, the rotor 9 of the electric motor 8th as recognizable conical and also the inner bore of the stator 10 is designed conically.

Der Radantriebsstrang 1 umfasst wie bereits ausgeführt ein Achsgetriebe 2 zur Aufteilung der Antriebsleistung auf die linke und auf die rechte Radantriebswelle 6, 7. Weiterhin umfasst der Radantriebsstrang 1 ein erstes Zwischengetriebe 15a das kinematisch in einem Zwischenbereich zwischen der Koppelungseinrichtung 12 und dem Achsgetriebe 2 vorgesehen ist. Zudem umfasst die Antriebseinrichtung ein zweites Zwischengetriebe 15b das zwischen dem Elektromotor 8 und der Koppelungseinrichtung 12 vorgesehen ist. Die beiden Zwischengetriebe 15a, 15b sind hier als Planetengetriebe ausgeführt und fungieren als Übersetzungsgetriebe die als solche die Abtriebsdrehzahl reduzieren und das Ausgangsdrehmoment erhöhen. Bei beiden Zwischengetrieben 15a, 15b erfolgt der Abtrieb über den Planetenradträger 15ac, 15bc und der Antrieb über das Sonnenrad 15as, 15bs.The wheel drive train 1 includes as already stated an axle drive 2 for splitting the drive power to the left and to the right wheel drive shaft 6 . 7 , Furthermore, the wheel drive train includes 1 a first intermediate gear 15a kinematically in an intermediate region between the coupling device 12 and the axle drive 2 is provided. In addition, the drive device comprises a second intermediate gear 15b that between the electric motor 8th and the coupling device 12 is provided. The two intermediate gears 15a . 15b are here designed as a planetary gear and act as a transmission that as such reduce the output speed and increase the output torque. For both intermediate gears 15a . 15b the output takes place via the planet carrier 15ac . 15bc and the drive via the sun gear 15as . 15BS ,

Die Betätigung der Koppelungseinrichtung 12 erfolgt durch eine spezielle Gebermechanik 16. Diese Gebermechanik 16 ist so aufgebaut, dass diese die Axialbewegung des Rotors 9 in eine die Koppelungseinrichtung 12 betätigende Stellbewegung konvertiert. Die Axialbewegung des Rotors 9 wird durch entsprechende Spannungsbeaufschlagung der Statorwicklungen herbeigeführt. Die Verlagerung des Rotors 9 erfolgt gegen die Rückstellkraft einer Rückstellfeder 11. Die Rückstellfeder 11 ist so ausgelegt, dass der Rotor 8 auch ohne ausgeprägte axiale Verlagerung zunächst in Drehung versetzt werden kann, so dass der Rotor 9 mit dem Antriebsstrang 1 ggf. zunächst synchronisiert werden kann. Durch eine ggf. nur temporär sprunghafte Erhöhung des Magnetfeldes im Stator 10 kann der bereits synchronlaufende Rotor 9 dann axial verlagert werden und die Koppelungseinrichtung 12 einrücken. Nach Reduktion des Luftspaltes kann bei geringerer Spannungsbeaufschlagung das Antriebsmoment generiert werden.The actuation of the coupling device 12 is done by a special encoder mechanism 16 , This encoder mechanics 16 is constructed so that this the axial movement of the rotor 9 in a coupling device 12 actuating actuating movement converted. The axial movement of the rotor 9 is brought about by appropriate voltage application of the stator windings. The displacement of the rotor 9 takes place against the restoring force of a return spring 11 , The return spring 11 is designed so that the rotor 8th Even without pronounced axial displacement initially can be set in rotation, so that the rotor 9 with the drive train 1 if necessary, it can be synchronized first. By a possibly only temporarily erratic increase in the magnetic field in the stator 10 can the already synchronous rotor 9 then be displaced axially and the coupling device 12 Indent. After reduction of the air gap, the drive torque can be generated with less voltage applied.

Die maximale Axialverlagerung des Rotors 9 kann durch eine Anschlageinrichtung festgelegt werden. Bei Erreichen einer durch die Anschlageinrichtung vorgegebenen axialen Endstellung verbleibt zwischen dem Rotor 9 und dem Stator 10 ein für den Umlauf des Rotors 9 ausreichender Luftspalt. The maximum axial displacement of the rotor 9 can be determined by a stop device. Upon reaching an axial end position predetermined by the stop device, it remains between the rotor 9 and the stator 10 one for the circulation of the rotor 9 sufficient air gap.

Die Gebermechanik 16 selbst kann so aufgebaut sein, dass durch diese infolge der axialen Verlagerung des Rotors 9 ein hier durch schematisch angedeutetes Geberorgan 17 positioniert wird das wiederum mit der Koppelungseinrichtung 12 gekoppelt ist und diese entsprechend betätigt. Neben rein mechanischen Systemen, bei welchen die Positionierung des Geberorgans 17 z.B. durch Gabeln oder Schaltklauen erfolgt sind auch Systeme möglich, bei welchen auf fluidmechanischem Wege, z.B. durch eine hydrostatische Mechanik ein Arbeitsmedium verlagert wird, wobei durch dieses Arbeitsmedium dann die Koppelungseinrichtung betätigt wird. The encoder mechanics 16 itself can be constructed so that by this due to the axial displacement of the rotor 9 a here by schematically indicated donor organ 17 this is in turn positioned with the coupling device 12 is coupled and actuated accordingly. In addition to purely mechanical systems, in which the positioning of the donor organ 17 For example, by forks or shift dogs are also possible systems in which fluidmechanischem ways, eg by a hydrostatic mechanism, a working fluid is displaced, which is then actuated by this working medium, the coupling device.

Die Koppelungseinrichtung 12 kann als form- oder reibschlüssig koppelnde Kupplung ausgebildet werden. Bei einer Ausführung als reibschlüssig koppelnde Kupplung kann auf zusätzliche Maßnahmen zur Systemsynchronisation verzichtet werden. Bei der Ausführung der Koppelungseinrichtung als formschlüssig koppelnde Kupplung erfolgt vorzugsweise über die elektronische Ansteuerung des Elektromotors 8 zunächst eine hinreichende Synchronisation mit dem Abtriebsstrang 1. The coupling device 12 can be designed as a positive or frictional coupling coupling. In one embodiment, as frictionally coupling coupling can be dispensed with additional measures for system synchronization. In the execution of the coupling device as a form-fitting coupling coupling is preferably carried out via the electronic control of the electric motor 8th initially a sufficient synchronization with the output train 1 ,

Die Antriebseinrichtung ist hier als Hybridantriebseinrichtung ausgebildet und umfasst zudem eine Brennkraftmaschine 18, die ggf. unter Einbindung eines Schaltgetriebes und einer weiteren Kupplungseinrichtung ebenfalls selektiv an den Radantriebsstrang 1 ankoppelbar ist. Die Antriebsverbindung zu dieser Brennkraftmaschine 18 wird über eine Antriebswelle 3 bewerkstelligt die hier koaxial durch den Elektromotor 8 und dessen Rotor 9, sowie auch durch die Koppelungseinrichtung 12 hindurchgeführt ist. An diese Antriebswelle erfolgt hier die selektive Ankoppelung des Elektromotors 8 unter Einsatz der durch den Rotor 9 betätigten Koppelungseinrichtung 12.The drive device is designed here as a hybrid drive device and also includes an internal combustion engine 18 , optionally also with the involvement of a gearbox and a further coupling device selectively to the wheel drive train 1 can be coupled. The drive connection to this internal combustion engine 18 is via a drive shaft 3 accomplishes the here coaxial by the electric motor 8th and its rotor 9 , as well as by the coupling device 12 passed through. At this drive shaft here is the selective Coupling of the electric motor 8th using the through the rotor 9 operated coupling device 12 ,

Die Spannungsversorgung des Elektromotors 8 erfolgt über eine zentrale Energiespeichereinrichtung BAT. Die Leistungssteuerung erfolgt über eine elektronische Steuereinheit ECU die als solche operativ mit einer Leistungsstufe LE gekoppelt ist. The power supply of the electric motor 8th takes place via a central energy storage device BAT. The power control takes place via an electronic control unit ECU which as such is operatively coupled to a power level LE.

Der Elektromotor 8 ist vorzugsweise als sog. Drehfeldmotor ausgebildet. Der Läufer 9 kann insbesondere als Permanentmagnetläufer ausgebildet sein. The electric motor 8th is preferably designed as a so-called. Rotary field motor. The runner 9 can be designed in particular as a permanent magnet rotor.

Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Antriebseinrichtung einen Hybridantriebstrang, mit einer Brennkraftmaschine (VKM), einer eigenen Trennkupplung, einem Getriebe und einem Elektromotor 8. Die Brennkraftmaschine VKM ist über einen direkten Durchtrieb mit dem Antriebsdifferential 2 gekoppelt. Der elektromotorische Antrieb ist über die erfindungsgemäß betätigbare Koppelungseinrichtung 12 selektiv mit dem Eingang des Antriebsdifferentials 2 koppelbar.In the embodiment shown here, the drive device forms a hybrid powertrain, with an internal combustion engine (VKM), a separate clutch, a transmission and an electric motor 8th , The internal combustion engine VKM is via a direct drive with the drive differential 2 coupled. The electromotive drive is via the invention operable coupling device 12 selectively with the input of the drive differential 2 coupled.

Die in 2 dargestellte Variante unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 1 hinsichtlich der Gestaltung des Radantriebsstranges 1. Dieser ist hier als Einzelradantriebsstrang ausgebildet. Zudem erfolgt der Radantrieb hier rein elektromotorisch.In the 2 variant shown differs from the embodiment according to 1 in terms of the design of the Radantriebsstranges 1 , This is designed here as a Einzelradantriebsstrang. In addition, the wheel drive is here purely electric motor.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Antriebseinrichtung einen Elektromotor 8 mit einem axial innerhalb des Stators 10 verlagerbaren Rotor 9.Also in this embodiment, the drive means comprises an electric motor 8th with an axially inside the stator 10 displaceable rotor 9 ,

Über die in einem Zwischenbereich zwischen dem Elektromotor 8 und der Radantriebswelle 4a vorgesehene Koppelungseinrichtung 12, ist der Rotor 9 mit dem Radantriebsstrang 1 in schaltbarer Weise koppelbar. Die Koppelungseinrichtung 12 umfasst auch hier ein hier nur schematisch angedeutetes einstellbar positionierbares Stellorgan 13 nach dessen Maßgabe der Koppelungszustand der Koppelungseinrichtung 12 festlegbar ist. Die Positionierung des Stellorgans 13 erfolgt wiederum erfindungsgemäß durch gesteuerte Herbeiführung einer Axialverlagerung des Rotors 9 innerhalb des Stators 10.About in an intermediate area between the electric motor 8th and the wheel drive shaft 4a provided coupling device 12 , is the rotor 9 with the wheel drive train 1 can be coupled in a switchable manner. The coupling device 12 here also includes an adjustably positionable actuator which is indicated only schematically here 13 according to the condition of the coupling state of the coupling device 12 is determinable. The positioning of the actuator 13 in turn according to the invention by controlled induction of an axial displacement of the rotor 9 inside the stator 10 ,

Auch bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Radantriebsstrang 1 ein erstes Zwischengetriebe 15a das kinematisch in einem Zwischenbereich zwischen der Koppelungseinrichtung 12 und der Radantriebswelle 4a vorgesehen ist. Zudem umfasst die Antriebseinrichtung ein zweites Zwischengetriebe 15b das zwischen dem Elektromotor 8 und der Koppelungseinrichtung 12 vorgesehen ist.Also in the embodiment shown here, the wheel drive train comprises 1 a first intermediate gear 15a kinematically in an intermediate region between the coupling device 12 and the wheel drive shaft 4a is provided. In addition, the drive device comprises a second intermediate gear 15b that between the electric motor 8th and the coupling device 12 is provided.

Die Betätigung der Koppelungseinrichtung 12 erfolgt wie ausgeführt durch eine spezielle Gebermechanik 16. Diese Gebermechanik 16 ist so aufgebaut, dass diese den Rotor 9 mit der Koppelungseinrichtung derart koppelt, dass durch axiale Verlagerung des Rotors 9 der Koppelungszustand der Koppelungseinrichtung 12 einstellbar ist. Diese axiale Verlagerung wird durch entsprechende Spannungsbeaufschlagung des Stators 10 des Elektromotors 8 über die Leistungsstufe LE erreicht. The actuation of the coupling device 12 as stated by a special encoder mechanism 16 , This encoder mechanics 16 is constructed so that this the rotor 9 coupled with the coupling device such that by axial displacement of the rotor 9 the coupling state of the coupling device 12 is adjustable. This axial displacement is by appropriate voltage application of the stator 10 of the electric motor 8th reached via the power level LE.

Die Koppelungseinrichtung 12 kann so aufgebaut sein, dass diese nach Einrücken und Anliegen eines Lastmomentes sich in einem ggf. selbst sichernden oder verstärkenden Eingriffszustand hält. Zur Aufhebung dieses Eingriffszustands wird temporär die Spannungsbeaufschlagung des Elektromotors 8 bzw. des Stators 10 so abgewickelt, dass sich der Rotor 9 unter Wirkung der Rückstellfeder 11 zurückbewegt. Bei Verbringung der Koppelungseinrichtung 12 in einen Freigabezustand ist dann beispielsweise der elektromotorische Antrieb vom Radantriebsstrang abgekoppelt und liefert keine Reibungsverluste. Zur Ankoppelung des Rotors 9 an den Radantriebsstrang wird dann der Stator 10 wieder derart mit Spannung beaufschlagt, dass der Rotor 9 axial gegen die Kraft der Rückstellfeder 11 verlagert wird und dabei die Koppelungseinrichtung 12 in Eingriff bringt.The coupling device 12 can be constructed so that it holds after engaging and concern of a load torque in an optionally self-locking or reinforcing engagement state. To cancel this intervention state is temporarily the voltage application of the electric motor 8th or the stator 10 handled so that the rotor 9 under the action of the return spring 11 moved back. When moving the coupling device 12 in a release state then, for example, the electric motor drive is decoupled from the wheel drive train and provides no friction losses. For coupling the rotor 9 to the wheel drive train then the stator 10 again so energized that the rotor 9 axially against the force of the return spring 11 is shifted and thereby the coupling device 12 engages.

Die Konizität des Rotors 9, die Rückstellkraft der Rückstellfeder 11 und auch die Luftspaltmaße im aus- und eingerückten Zustand sind in besonderer Weise aufeinander abgestimmt. So ist die Rückstellkraft der Rückstellfeder 11 im ausgerückten Zustand so groß, dass der in diesem Zustand frei laufende Rotor noch über das über den großen Luftspalt wirksame Drehfeld in Drehung versetzt werden kann. Durch temporäre Erhöhung des Statorfeldes wird dann der Rotor 9 axial in den Stator eingezogen und erreicht dort unter Wirkung eines Anschlages ein für den Arbeitsbetrieb vorgesehenes Luftspaltmaß. Dieses Luftspaltmaß und die dann wirksame Rückstellkraft sind so aufeinander abgestimmt, dass der Rotor 9 in dieser Arbeitsposition verbleibt, bis das Statorfeld unter einen Minimalpegel abgesenkt wird. Bei Ausführung des Elektromotors 9 als Motor mit einem Permanentmagnetrotor, oder bei Ausführung des Rotors als unabhängig vom Drehfeld erregten Rotor ist es möglich, die Axialposition des Rotors durch die Feldstärke des im Stator 10 herrschenden Feldes einzustellen und die Motordrehzahl dann über die Umlauffrequenz des Drehfeldes einzustellen. The conicity of the rotor 9 , the restoring force of the return spring 11 and the air gap dimensions in the off and engaged state are matched to each other in a special way. So the restoring force of the return spring 11 in the disengaged state so large that the rotor running freely in this state can still be set in rotation via the effective over the large air gap rotating field. By temporary increase of the stator field then the rotor 9 pulled axially into the stator and reached there under the action of a stop provided for the working operation air gap. This air gap and the then effective restoring force are coordinated so that the rotor 9 remains in this working position until the stator field is lowered below a minimum level. When the electric motor is running 9 As a motor with a permanent magnet rotor, or when the rotor is designed as independent of the rotating field excited rotor, it is possible to control the axial position of the rotor by the field strength of the stator 10 Adjust the dominant field and then set the engine speed on the rotational frequency of the rotating field.

Durch Einsatz einer Verriegelungseinrichtung wird es möglich, den Rotor 9 in der eingezogenen Stellung zu sichern. Durch diese Maßnahme wird es möglich im Schubbetrieb den Elektromotor 8 als Generator zu betreiben.By using a locking device, it becomes possible to use the rotor 9 secure in the retracted position. By this measure, it is possible in overrun the electric motor 8th to operate as a generator.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Radantriebsstrang  wheel transmission
22
Achsgetriebe  transaxles
33
Eingangswelle  input shaft
44
Radantriebswelle  wheel drive shaft
55
Radantriebswelle  wheel drive shaft
66
Antriebsrad  drive wheel
7 7
Antriebsrad drive wheel
88th
Elektromotor  electric motor
99
Rotor rotor
1010
Stator  stator
1111
Rückstellfeder  Return spring
1212
Koppelungseinrichtung  coupling device
13 13
Stellorgan actuator
15a 15a
Zwischengetriebe intermediate gear
15b 15b
Zwischengetriebe intermediate gear
15ac 15ac
Planetenradträgerplanet
15bc 15bc
Planetenradträgerplanet
15as15as
Sonnenrad  sun
15bs15BS
Sonnenrad sun
1616
Gebermechanik  donors mechanics
1717
Geberorgan  donor organ
1818
Brennkraftmaschine  Internal combustion engine
BAT BAT
Energiespeichereinrichtung Energy storage device
ECU ECU
Steuereinheit control unit
LELE
Leistungsstufe  power stage
VKM VKM
Brennkraftmaschine Internal combustion engine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10353256 B3 [0002] DE 10353256 B3 [0002]

Claims (10)

Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit: – einem Radantriebsstrang (1), – einem Elektromotor (8) mit einem Stator (10) und einem gegenüber diesem um eine Motorachse drehbar gelagerten Rotor (9), und – einer Koppelungseinrichtung (12) zur kinematischen Koppelung des Rotors (9) mit dem Radantriebsstrang (1) in schaltbarer Weise, – wobei die Koppelungseinrichtung (12) und der Rotor (9) derart miteinander verbunden sind, dass der Koppelungszustand der Koppelungseinrichtung (12) durch axiale Verlagerung des Rotors (9) einstellbar ist. Drive device for a motor vehicle with: - a wheel drive train ( 1 ), - an electric motor ( 8th ) with a stator ( 10 ) and with respect to this about a motor shaft rotatably mounted rotor ( 9 ), and - a coupling device ( 12 ) for the kinematic coupling of the rotor ( 9 ) with the wheel drive train ( 1 ) in a switchable manner, - wherein the coupling device ( 12 ) and the rotor ( 9 ) are interconnected such that the coupling state of the coupling device ( 12 ) by axial displacement of the rotor ( 9 ) is adjustable. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (9) als konischer Rotor (9) und der Stator (10) als Stator (10) mit einer komplementären konischen Innenbohrung ausgeführt ist.Drive device according to claim 1, characterized in that the rotor ( 9 ) as a conical rotor ( 9 ) and the stator ( 10 ) as a stator ( 10 ) is designed with a complementary conical inner bore. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radantriebsstrang (1) ein Achsgetriebe (2) umfasst zur Aufteilung der Antriebsleistung auf eine linke und auf eine rechte Radantriebswelle (4, 5).Drive device according to claim 1 or 2, characterized in that the wheel drive train ( 1 ) an axle drive ( 2 ) for dividing the drive power to a left and a right wheel drive shaft ( 4 . 5 ). Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radantriebsstrang als Einzelradantriebsmechanik ausgeführt ist.Drive device according to claim 1 or 2, characterized in that the wheel drive train is designed as a Einzelradantriebsmechanik. Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Radantriebsstrang (1) ein Zwischengetriebe (15b) umfasst das kinematisch in einem Zwischenbereich zwischen dem Elektromotor (8) und dem Achsgetriebe (2) oder einer Radantriebswelle (4a) vorgesehen ist.Drive device according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the wheel drive train ( 1 ) an intermediate gear ( 15b ) includes kinematically in an intermediate region between the electric motor ( 8th ) and the axle drive ( 2 ) or a wheel drive shaft ( 4a ) is provided. Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Zwischengetriebe (15a) umfasst, das zwischen der Koppelungseinrichtung (12) und dem Achsgetriebe (2) oder einer Radantriebswelle (4a) vorgesehen ist.Drive device according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that this an intermediate gear ( 15a ) connected between the coupling device ( 12 ) and the axle drive ( 2 ) or a wheel drive shaft ( 4a ) is provided. Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischengetriebe (15b) zwischen dem zweiten Elektromotor (10) und der Koppelungseinrichtung (12) vorgesehen ist.Drive device according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the intermediate gear ( 15b ) between the second electric motor ( 10 ) and the coupling device ( 12 ) is provided. Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlageinrichtung vorgesehen ist, zur Begrenzung axialen Verlagerung des Rotors (9) innerhalb des Stators (10).Drive device according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that a stop device is provided for limiting axial displacement of the rotor ( 9 ) within the stator ( 10 ). Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelungseinrichtung (12) als form- oder reibschlüssig koppelnde Kupplung ausgebildet ist.Drive device according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the coupling device ( 12 ) is designed as a positive or frictional coupling coupling. Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstelleinrichtung vorgesehen ist, zum Zurückdrängen des Rotors (9) in eine Neutralstellung in welcher die Koppelungseinrichtung (12) einen Freigabezustand einnimmt. Drive device according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that a restoring device is provided for pushing back the rotor ( 9 ) in a neutral position in which the coupling device ( 12 ) assumes a release state.
DE201210211489 2012-07-03 2012-07-03 Drive device e.g. hybrid drive device for hybrid vehicle, has coupling unit for coupling rotor with train, and coupling unit and rotor connected with each other such that coupling state of coupling unit is adjusted by axial shift of rotor Withdrawn DE102012211489A1 (en)

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