DE102016220630A1

DE102016220630A1 - Antriebseinrichtung zum Antreiben einer elektrischen Achse

Info

Publication number: DE102016220630A1
Application number: DE102016220630.3A
Authority: DE
Inventors: Karl-Juergen Roth; Andreas Illmann; Jan Allgeier; Ralf Wegst; Kurt Reutlinger; David Bauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2018-04-26
Also published as: FR3057821A1; FR3057821B1; CN107962943A

Abstract

Es sind schon Antriebseinrichtungen zum Antreiben einer elektrischen Achse bekannt. Diese Antriebseinrichtungen umfassen jeweils eine elektrische Maschine, die als Asynchronmotor ausgebildet ist und bauartbedingt eine vergleichsweise hohe Drehzahl und ein vergleichsweise kleines Drehmoment bereitstellen kann. Über den Rotor der elektrischen Maschine ist ein Antriebsmoment auf zwei Abtriebswellen der elektrischen Maschine zum Antreiben zweier Antriebswellen der elektrischen Achse übertragbar. Im Übertragungspfad zwischen der elektrischen Maschine und den Abtriebswellen ist ein Differentialgetriebe und ein Planetengetriebe vorgesehen. Die elektrische Maschine und das Differentialgetriebe sind in einem Antriebsgehäuse der Antriebseinrichtung angeordnet. Das Differentialgetriebe umfasst ein Differentialgehäuse und zwei Differentialabtriebswellen .Die Drehzahl der elektrischen Maschine wird im Planetengetriebe untersetzt, so dass die Differentialabtriebswellen eine geringere Drehzahl aufweisen als der Rotor der elektrischen Maschine. Um von der hohen Drehzahl der elektrischen Maschine auf die Raddrehzahl eines Fahrzeugs zu kommen, muss das Planetengetriebe der Antriebseinrichtung drei Übersetzungsstufen bereitstellen, die einen bestimmten Bauraum beanspruchen und vergleichsweise teuer sind.Bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist weniger Bauraum für die Antriebseinrichtung erforderlich und es werden die Herstellungskosten verringert.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Differentialgehäuse (11) am Rotor (5) der elektrischen Maschine (2) befestigt und an jeder Differentialabtriebswelle (12) des Differentialgetriebes (3) ein einstufiges Planetengetriebe (4) angekoppelt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Antriebseinrichtung zum Antreiben einer elektrischen Achse nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon eine Antriebseinrichtung zum Antreiben einer elektrischen Achse aus der DE 10 2013 016 441 A1 bekannt. Diese Antriebseinrichtung umfasst eine elektrische Maschine, die als Asynchronmotor ausgebildet ist und bauartbedingt eine vergleichsweise hohe Drehzahl und ein vergleichsweise kleines Drehmoment bereitstellen kann. Über den Rotor der elektrischen Maschine ist ein Antriebsmoment auf zwei Abtriebswellen der elektrischen Maschine zum Antreiben zweier Antriebswellen der elektrischen Achse übertragbar. Im Übertragungspfad zwischen der elektrischen Maschine und den Abtriebswellen ist ein Differentialgetriebe und ein Planetengetriebe vorgesehen. Die elektrische Maschine und das Differentialgetriebe sind in einem Antriebsgehäuse der Antriebseinrichtung angeordnet. Das Differentialgetriebe umfasst ein Differentialgehäuse und zwei Differentialabtriebswellen. Die Drehzahl der elektrischen Maschine wird im Planetengetriebe untersetzt, so dass die Differentialabtriebswellen eine geringere Drehzahl aufweisen als der Rotor der elektrischen Maschine. Um von der hohen Drehzahl der elektrischen Maschine auf die Raddrehzahl eines Fahrzeugs zu kommen, muss das Planetengetriebe der Antriebseinrichtung drei Übersetzungsstufen bereitstellen, die einen bestimmten Bauraum beanspruchen und vergleichsweise teuer sind.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass weniger Bauraum für die Antriebseinrichtung erforderlich ist und die Herstellungskosten verringert sind.
Erfindungsgemäß erfolgt die Untersetzung der Drehzahl nicht im Übertragungspfad zwischen der elektrischen Maschine und dem Differentialgetriebe, sondern erst im Anschluss an die Differentialabtriebswellen des Differentialgetriebes, indem das Differentialgehäuse am Rotor der elektrischen Maschine befestigt und an jeder Differentialabtriebswelle des Differentialgetriebes ein einstufiges Planetengetriebe angekoppelt ist. Die zwei einstufigen Planetengetriebe sind gegenüber dem einen Planetengetriebe im Stand der Technik kleiner ausgebildet und zusammen kostengünstiger als das eine dreistufige Planetengetriebe, da sie jeweils nur für das halbe Drehmoment auszulegen sind. Die einstufigen Planetengetriebe haben auch hinsichtlich der Geräusche und des Wirkungsgrades Vorteile gegenüber dem mehrstufigen Planetengetriebe.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Antriebseinrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn am Differentialgehäuse ein Befestigungsabschnitt, insbesondere ein Flanschabschnitt, ausgebildet ist, der an einem Befestigungsabschnitt des Rotors, insbesondere einem Gegenflanschabschnitt, befestigt ist. Auf diese Weise ist das Differenzialgehäuse direkt durch den Rotor der elektrischen Maschine angetrieben.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der Rotor der elektrischen Maschine einen Hohlraum umschließt, in dem das Differentialgetriebe zumindest teilweise angeordnet ist. Auf diese Weise wird der Hohlraum des Rotors als Bauraum genutzt, so dass die Antriebseinrichtung insgesamt weniger Bauraum benötigt als im Stand der Technik.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn der Rotor der elektrischen Maschine und das Differentialgehäuse eine gemeinsame Drehachse aufweisen und in zwei gemeinsamen Drehlagern gelagert sind, die jeweils an einem Lagerschild des Antriebsgehäuses abgestützt sind. Durch diese Anordnung drehen das Differentialgehäuse und die Differentialabtriebswellen mit der gleichen Drehzahl wie der Rotor der elektrischen Maschine.
Auch vorteilhaft ist, wenn das Differentialgehäuse zwei Lagerstutzen aufweist, an deren Außenseite jeweils eines der Drehlager und an deren Innenseite jeweils eine der Differentialabtriebswellen vorgesehen ist. An den Lagerstutzen sind auf diese Weise sowohl das Differentialgehäuse und der Rotor der elektrischen Maschine als auch die Differentialabtriebswellen drehgelagert.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn die Lagerschilde jeweils eine Vertiefung zur Aufnahme eines der Planentengetriebe aufweisen, wobei die Vertiefungen der Lagerschilde jeweils in den Hohlraum des Rotors der elektrischen Maschine hineinreichen. Auf diese Weise werden die Planetengetriebe in den Lagerschilden integriert und dabei zumindest teilweise im Hohlraum des Rotors der elektrischen Maschine untergebracht, so dass insgesamt eine sehr kompakte Antriebseinrichtung erreicht wird.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die Differentialabtriebswellen des Differentialgetriebes jeweils mit einem Sonnenrad des jeweiligen Planetengetriebes gekoppelt sind. Auf diese Weise kann die Drehzahl der Differentialabtriebswellen im jeweiligen Planetengetriebe über eine entsprechende Untersetzung im Planetengetriebe verringert werden.
Vorteilhaft ist, wenn die Planentengetriebe jeweils einen Planetenräder tragenden Planetenträger und jeweils ein Hohlrad aufweisen, wobei der Planetenträger mit einer der Abtriebswellen der Antriebseinrichtung verbunden und das Hohlrad am jeweiligen Lagerschild befestigt ist. Auf diese Weise wird eine Untersetzung der Drehzahl der Differentialabtriebswellen auf eine verringerte Drehzahl der Abtriebswellen der Antriebseinrichtung erreicht.
Außerdem vorteilhaft ist, dass das Differentialgetriebe zwei Achswellenräder und zwei Ausgleichskegelräder umfasst, wobei jedes Achswellenrad des Differentialgetriebes über eine der Differentialabtriebswellen und eines der Planetengetriebe mit einer der Abtriebswellen der Antriebseinrichtung verbindbar ist und die Ausgleichskegelräder im Differentialgehäuse senkrecht zu der Drehachse des Differentialgehäuses drehbar gelagert sind und mit den beiden Achswellenrädern kämmen.
Weiter vorteilhaft ist, wenn die elektrische Maschine eine permanentmagneterregte Synchronmaschine mit einer Polzahl im Bereich zwischen 12 und 24 ist, da auf diese Weise eine elektrische Maschine erreicht wird, die bei niedrigeren Drehzahlen als im Stand der Technik ein höheres maximales Drehmoment als im Stand der Technik erzeugt. Im Stand der Technik wird dagegen eine elektrische Maschine eingesetzt, die im Vergleich zur Erfindung bei höheren Drehzahlen ein kleineres maximales Drehmoment bereitstellt.
Das Drehmoment der elektrischen Maschine ist derart auszulegen, dass eine Untersetzung der Drehzahl von der elektrischen Maschine zu den Antriebsrädern über eine einzige Getriebestufe, beispielsweise mit einer Untersetzung im Bereich zwischen vier und sechs, ausreichend ist. Derartige elektrische Maschinen haben einen Rotor mit großem Innendurchmesser, so dass ein großer Hohlraum innerhalb des Rotors gebildet ist. Dieser Hohlraum wird erfindungsgemäß dazu genutzt, um darin das Differentialgetriebe und zumindest abschnittsweise die Planetengetriebe platzsparend anzuordnen.
Figurenliste

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Zeichnung zeigt im Schnitt eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung zum Antreiben einer elektrischen Achse.
Die Antriebseinrichtung 1 umfasst eine elektrische Maschine 2, ein Differentialgetriebe 3 und zwei einstufige Planetengetriebe 4. Über einen Rotor 5 der elektrischen Maschine 2 ist ein Antriebsmoment gleichmäßig auf zwei Abtriebswellen 6 der Antriebseinrichtung 1 zum Antreiben zweier koaxialer Antriebswellen 7 der elektrischen Achse übertragbar. Am Ende der Antriebswellen 7 ist jeweils ein Rad 8 eines Fahrzeugs vorgesehen.
Im mechanischen Übertragungspfad zwischen der elektrischen Maschine 2 und den koaxialen Abtriebswellen 6 der Antriebseinrichtung 1 sind das Differentialgetriebe 3 und zwei Planetengetriebe 4 vorgesehen. Die beiden Planetengetriebe 4 weisen zwei identische Planetensätze auf. Die elektrische Maschine 2 und das Differentialgetriebe 3 sind in einem Antriebsgehäuse 10 der Antriebseinrichtung 1 angeordnet, das beispielsweise einen Kühlmantel 10.1 mit Kühlkanälen 9 umfasst, durch die ein Kühlfluid zum Kühlen der Antriebseinrichtung 1 leitbar ist. Ein Stator 14 der elektrischen Maschine 2 liegt mit seinem Außenumfang an dem Kühlmantel 10.1 des Antriebsgehäuses 10 an.
Das Differentialgetriebe 3 weist ein Differentialgehäuse 11 und zwei Differentialabtriebswellen 12 auf.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Differentialgehäuse 11 am Rotor 5 der elektrischen Maschine 2 befestigt und an jeder Differentialabtriebswelle 12 des Differentialgetriebes 3 eines der einstufigen Planetengetriebe 4 angekoppelt ist.
Am Differentialgehäuse 11 ist ein Befestigungsabschnitt 15, beispielsweise ein Flanschabschnitt, ausgebildet, der an einem Befestigungsabschnitt 16 des Rotors 5, beispielsweise einem Gegenflanschabschnitt, befestigt ist. Nach dem Ausführungsbeispiel ist der Flanschabschnitt 15 des Differentialgehäuses 11 an dem Gegenflanschabschnitt 16 des Rotors 5 angeschraubt.
Der Rotor 5 der elektrischen Maschine 2 umschließt einen Hohlraum 17, in dem das Differentialgetriebe 3 derart angeordnet ist, dass der Rotor 5 der elektrischen Maschine 2 und das Differentialgehäuse 11 des Differentialgetriebes 3 eine gemeinsame Drehachse 18 aufweisen und in zwei gemeinsamen Drehlagern 19 gelagert sind. Das Differentialgetriebe 3 ist nach dem Ausführungsbeispiel vollständig in dem Hohlraum 17 vorgesehen, kann aber auch nur teilweise in dem Hohlraum 17 angeordnet sein.
Die elektrische Maschine ist beispielsweise eine permanentmagneterregte Synchronmaschine mit einer Polzahl im Bereich zwischen 12 und 24. Auf diese Weise ergibt sich ein Rotor 5, bei dem der Hohlraum 17 in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 18 besonders groß ist. Das Drehmoment der elektrischen Maschine ist derart auszulegen, dass eine Untersetzung der Drehzahl über eine einzige Getriebestufe im jeweiligen Planetengetriebe 4 ausreichend ist, beispielsweise mit einer Untersetzung im Bereich zwischen vier und sechs.
Das Differentialgetriebe 3 ist beispielsweise in axialer Richtung bezüglich der Drehachse 18 gesehen mittig am Rotor 5 und/oder im Antriebsgehäuse 10 angeordnet. Die Drehlager 19 sind jeweils an einem Lagerschild 20 des Antriebsgehäuses 10 abgestützt. Die Lagerschilde 20 sind deckelförmig ausgebildet, verschließen den zylinderförmigen Kühlmantel 10.1 des Antriebsgehäuses 10 an seinen Stirnseiten und sind dazu an dem Kühlmantel 10.1 des Antriebsgehäuses 10 befestigt, beispielsweise angeflanscht. Außerdem haben die Lagerschilde 20 jeweils eine Vertiefung 23 zur Aufnahme eines der Planentengetriebe 4. Die Vertiefungen 23 der Lagerschilde 20 reichen jeweils in den Hohlraum 17 des Rotors 5 der elektrischen Maschine 1 hinein und sind von einem Lagerschilddeckel 24 verschlossen, um die Planetengetriebe in ihrer Vertiefung 23 einzuschließen. Auf diese Weise können die Planetensätze des Planetengetriebes 4 in einem Ölbad laufen.
Das Differentialgehäuse 11 weist zwei Lagerstutzen 25 auf, an deren dem Rotor 5 zugewandten Außenseite jeweils eines der Drehlager 19 und an deren Innenseite jeweils eine der Differentialabtriebswellen 12 vorgesehen ist. Die Differentialabtriebswellen 12 des Differentialgetriebes 3 sind jeweils mit einem Sonnenrad 26 des jeweiligen Planetengetriebes 4 gekoppelt.
Die beiden einstufigen Planentengetriebe 4 weisen eine Untersetzung auf im Bereich zwischen vier und sechs, haben jeweils einen Planetenräder 27 tragenden Planetenträger 28 und jeweils ein Hohlrad 29. Der Planetenträger 28 der Planetengetriebe 4 ist jeweils mit einer der Abtriebswellen 6 der Antriebseinrichtung verbunden bzw. gekoppelt. Das Hohlrad 29 der Planetengetriebe 4 ist jeweils an seinem Lagerschild 20 befestigt, beispielsweise durch eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung, wie z.B. eine Press- oder Schrumpfverbindung. Auch andere Verbindungen, wie beispielsweise Nieten, Schrauben, Kleben oder Schweißen sind selbstverständlich möglich. Desweiteren kann das Hohlrad 29 auch einstückig mit dem Lagerschild 20 hergestellt werden.
Das Differentialgetriebe 3 umfasst zwei Achswellenräder 32 und zwei Ausgleichskegelräder 33. Dabei ist jedes Achswellenrad 32 des Differentialgetriebes 3 über eine der Differentialabtriebswellen 12 und eines der Planetengetriebe 4 mit einer der Abtriebswellen 6 der Antriebseinrichtung 1 verbindbar. Die Ausgleichskegelräder 33 sind im Differentialgehäuse 11 senkrecht zu der Drehachse 18 des Differentialgehäuses 11 drehbar gelagert und kämmen mit den beiden Achswellenrädern 32.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013016441 A1 [0002]

Claims

Antriebseinrichtung (1) zum Antreiben einer elektrischen Achse, mit einer elektrischen Maschine (2), über deren Rotor (5) ein Antriebsmoment auf zwei Abtriebswellen (6) der Antriebseinrichtung (1) zum Antreiben zweier Antriebswellen (7) der elektrischen Achse übertragbar ist, wobei im Übertragungspfad zwischen der elektrischen Maschine (2) und den Abtriebswellen (6) der Antriebseinrichtung (1) ein Differentialgetriebe (3) und zumindest ein Planetengetriebe (4) vorgesehen ist, wobei die elektrische Maschine (2) und das Differentialgetriebe (3) in einem Antriebsgehäuse (10) der Antriebseinrichtung (1) angeordnet sind und wobei das Differentialgetriebe (3) ein Differentialgehäuse (11) und zwei Differentialabtriebswellen (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgehäuse (11) am Rotor (5) der elektrischen Maschine (2) befestigt und an jeder Differentialabtriebswelle (12) des Differentialgetriebes (3) ein einstufiges Planetengetriebe (4) angekoppelt ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Differentialgehäuse (11) ein Befestigungsabschnitt (15), insbesondere ein Flanschabschnitt, ausgebildet ist, der an einem Befestigungsabschnitt (16) des Rotors (5), insbesondere einem Gegenflanschabschnitt, befestigt ist.
Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) der elektrischen Maschine (2) einen Hohlraum (17) umschließt, in dem das Differentialgetriebe (3) zumindest teilweise angeordnet ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) der elektrischen Maschine (2) und das Differentialgehäuse (11) eine gemeinsame Drehachse (18) aufweisen und in zwei gemeinsamen Drehlagern (19) gelagert sind, die jeweils an einem Lagerschild (20) des Antriebsgehäuses (10) abgestützt sind.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgehäuse (11) zwei Lagerstutzen (25) aufweist, an deren Außenseite jeweils eines der Drehlager (19) und an deren Innenseite jeweils eine der Differentialabtriebswellen (12) vorgesehen ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschilde (20) jeweils eine Vertiefung (23) zur Aufnahme eines der Planentengetriebe (4) aufweisen, wobei die Vertiefungen (23) der Lagerschilde (20) jeweils in den Hohlraum (17) des Rotors (5) der elektrischen Maschine (2) hineinreichen.
Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialabtriebswellen (12) des Differentialgetriebes (3) jeweils mit einem Sonnenrad (26) des jeweiligen Planetengetriebes (4) gekoppelt sind.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Planentengetriebe (4) jeweils einen Planetenräder (27) tragenden Planetenträger (28) und jeweils ein Hohlrad (29) aufweisen, wobei der Planetenträger (28) mit einer der Abtriebswellen (6) der Antriebseinrichtung (1) verbunden und das Hohlrad (29) am jeweiligen Lagerschild (20) befestigt ist.
Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe (3) zwei Achswellenräder (32) und zwei Ausgleichskegelräder (33) umfasst, wobei jedes Achswellenrad (32) des Differentialgetriebes (3) über eine der Differentialabtriebswellen (12) und eines der Planetengetriebe (4) mit einer der Abtriebswellen (6) der Antriebseinrichtung (1) verbindbar ist und die Ausgleichskegelräder (33) im Differentialgehäuse (11) senkrecht zu der Drehachse (18) des Differentialgehäuses (11) drehbar gelagert sind und mit den beiden Achswellenrädern (32) kämmen.
Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (2) eine permanentmagneterregte Synchronmaschine mit einer Polzahl im Bereich zwischen 12 und 24 ist.