DE102016222844A1

DE102016222844A1 - Reibungsoptimiertes elektrisches Antriebssystem

Info

Publication number: DE102016222844A1
Application number: DE102016222844.7A
Authority: DE
Inventors: Jörg Hornischer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2018-05-24
Also published as: CN108081938B; US20180145557A1; US10439470B2; CN108081938A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein zwei elektrische Maschinen aufweisendes elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, das eine spezielle Lagerung der Rotoren der elektrischen Maschinen aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einem solchen Antriebssystem ausgestattetes Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein zwei elektrische Maschinen aufweisendes elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, das eine spezielle Lagerung der Rotoren der elektrischen Maschinen aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einem solchen Antriebssystem ausgestattetes Kraftfahrzeug.
Die Rotoren von elektrischen Maschinen werden üblicher Weise mit zwei Wälzlagern, jeweils eines an einem Wellenende, gelagert. Meistens ist zwischen E-Maschine und Gelenkwelle noch ein Getriebe angeordnet.
Bei einem elektrischen Achsantrieb mit zwei E-Maschinen fallen somit immer Reibungsverluste in allen vier Lagern an.
DE 42 36 124 A1 offenbart ein Elektrofahrzeug, dessen Antriebseinheit zwei auf einer Achse angeordnete Elektromotoren aufweist, die jeweils über ein Planetengetriebe mit einem Antriebsrad verbunden sind. Die Antriebswellen der beiden Elektromotoren sind über eine Differentialvorrichtung miteinander verbunden. Die beiden Antriebswellen sind jeweils mit zwei Wälzlagern gelagert.
DE 37 25 620 C2 lehrt eine Antriebs- und Bremseinrichtung mit Bremsenergie-Rückgewinnung für Kraftfahrzeuge, insbesondere allradgetriebene Kraftfahrzeuge, bei der jedes angetriebene Fahrzeugrad einen auch als Generator arbeitenden Elektromotor aufweist. Die angetriebenen Fahrzeugräder sind vorzugsweise über Einsteg-Planetengetriebe mit Stützbremse mit den Antriebsmotoren verbunden. Die beiden Elektromotoren einer Achse sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, das am Wagenkasten elastisch gelagert ist. Das Gehäuse der Stützbremsen ist jeweils auf einem Wälzlager am Motorgehäuse gelagert.
Aus DE 10 2009 033 531 A1 ist eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei der eine hohle Portalachse zwei elektrische Maschinen aufnimmt, die jeweils einem Rad des Fahrzeugs zugeordnet sind. Zwischen der elektrischen Maschine und dem ihr zugeordneten Fahrzeugrad ist ein Untersetzungsgetriebe angeordnet, das über eine Gelenkwelle an das zugeordnete Fahrzeugrad angebunden ist. Die Lagerung der Rotoren der beiden elektrischen Maschinen ist nicht näher beschrieben.
Es bestand die Aufgabe, ein Antriebssystem mit zwei E-Maschinen für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, in dem auftretende Reibungsverluste verringert sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der begleitenden Zeichnung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem umfasst zwei elektrische Maschinen, die jeweils dafür konfiguriert sind, ein Drehmoment auf eine Achse oder ein Rad des Kraftfahrzeugs aufzubringen. Die Wellen der Rotoren der beiden elektrischen Maschinen sind fluchtend zueinander angeordnet. Die sich zwischen den beiden elektrischen Maschinen befindenden Enden der Wellen der Rotoren der beiden elektrischen Maschinen überlappen koaxial. Hierzu ist mindestens ein Ende einer Welle bzw. Rotorwelle hohl ausgebildet und weist einen Innendurchmesser auf, der größer ist als der Außendurchmesser des korrespondierenden Endes der anderen Welle bzw. Rotorwelle. Das hohle Ende der einen Welle nimmt das Ende der anderen Welle auf und ein Lager ist radial zwischen den beiden Enden angeordnet.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung werden die Begriffe „Welle“, „Rotorwelle“ oder „Welle des Rotors“ synonym zueinander verwendet.
In einer Ausführungsform vergrößert sich der Außendurchmesser der Welle mit dem hohlen Ende zum hohlen Ende hin. Hierdurch lässt sich ein größerer Innendurchmesser des hohlen Endes der Welle realisieren. In einer Ausführungsform ist der Außendurchmesser der anderen Welle über deren Länge konstant.
In einer anderen Ausführungsform verringert sich der Außendurchmesser der Welle ohne hohles Ende zu dem Ende hin, das von dem hohlen Ende der anderen Welle aufgenommen wird. In einer Ausführungsform ist der Außendurchmesser der anderen Welle über deren Länge konstant.
In einer weiteren Ausführungsform vergrößert sich der Außendurchmesser der Welle mit dem hohlen Ende zum hohlen Ende hin und der Außendurchmesser der anderen Welle verringert sich zu dem Ende hin, das von dem hohlen Ende aufgenommen wird.
Die Änderungen der Außendurchmesser der Rotorwellen können jeweils stetig verlaufen oder es können Absätze ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform ist das Lager zwischen den beiden koaxial überlappenden Enden der Rotorwellen ein Wälzlager. In einer anderen Ausführungsform ist das Lager zwischen den beiden koaxial überlappenden Enden der Rotorwellen ein Gleitlager.
Das radial äußere Ende der beiden koaxial überlappenden Enden der Rotorwellen ist in einer Ausführungsform in einem Wälzlager gelagert.
Die beiden koaxial überlappenden Enden der Rotorwellen sind also in einer Ausführungsform des Antriebssystems durch zwei radial verschachtelt angeordnete Lager gelagert. Dabei kann es sich um zwei radial verschachtelte Wälzlager handeln oder um eine Kombination eines inneren Gleitlagers und eines äußeren Wälzlagers.
Wenn beide elektrischen Maschinen mit der gleichen Drehzahl drehen, z.B. bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs, tritt nur im radial äußeren Lager eine Relativbewegung und damit Reibung auf. Nur bei unterschiedlichen Drehzahlen der beiden E-Maschinen, z.B. bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs oder Drehmomentverteilung (elektrischem Torque Vectoring), tritt eine Relativbewegung und damit Reibung im radial inneren Lager auf.
Die voneinander abgewandten Enden der Rotorwellen der beiden elektrischen Maschinen sind in einer Ausführungsform jeweils radial in einem Planetengetriebe fixiert. Dabei sind viele Varianten möglich. In einer Ausführungsform ist das jeweilige Ende der Rotorwelle im Sonnenrad des Planetengetriebes fixiert. In einer anderen Ausführungsform ist das jeweilige Ende der Rotorwelle im Planetenträger des Planetengetriebes fixiert. Durch die Fixierung in einem Planetengetriebe entfallen die üblicherweise zur Lagerung der entsprechenden Wellenenden benötigten Wälzlager.
In einer Ausführungsform des Antriebssystems ist das Planetengetriebe zwischen einer elektrischen Maschine und einer Gelenkwelle angeordnet, die mit einem Fahrzeugrad verbunden ist und das von der elektrischen Maschine erzeugte Drehmoment auf das Fahrzeugrad überträgt.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebssystems liegt darin, dass die Anzahl der Stellen, an denen Reibung in der radialen Lagerung der Rotoren der elektrischen Maschinen entsteht, verringert wird. Dadurch verringern sich insgesamt die im Antriebssystem auftretende Reibung und die damit verbundenen Verluste. Somit wird die elektrische Reichweite erhöht bzw. der elektrische Verbrauch reduziert.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebssystems besteht in der Einsparung von Bauteilen. Je nach Ausführungsform werden gegenüber Antriebssystemen, in denen die Rotoren der elektrischen Maschinen in konventioneller Weise gelagert sind, zwei oder drei Wälzlager eingespart, was Gewicht, Platzbedarf bzw. Bauraum und Kosten des Antriebssystems reduziert.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert.

1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems.

Das Antriebssystem umfasst eine erste elektrische Maschine 1 mit einem Stator 11 und einem Rotor 12 auf einer Welle 13 und eine zweite elektrische Maschine 2 mit einem Stator 21 und einem Rotor 22 auf einer Welle 23.
Die Wellen 13 und 23 sind fluchtend zueinander angeordnet. Das der ersten elektrischen Maschine 1 zugewandte Ende der Welle 23 ist hohl und überlappt koaxial mit dem der zweiten elektrischen Maschine 2 zugewandten Ende der Welle 13.
Radial zwischen den koaxial überlappenden Enden der Wellen 13 und 23 befindet sich ein inneres Lager 3, in dem die Welle 13 gelagert ist. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Lager 3 ein Wälzlager. In anderen Ausführungsformen ist das Lager 3 ein Gleitlager. Das hohle Ende der Welle 23 ist in einem Wälzlager 4 gelagert. Die Lager 3 und 4 bilden eine radial verschachtelte Lageranordnung für die koaxial überlappenden Enden der Wellen 13 und 23.
Wenn sich die Wellen 13 und 23 beider elektrischen Maschinen 1 und 2 mit der gleichen Drehzahl drehen, tritt nur im radial äußeren Lager 4 eine Relativbewegung und damit Reibung auf. Nur bei unterschiedlichen Drehzahlen der Wellen 13 und 23 beider elektrischen Maschinen 1 und 2 tritt auch eine Relativbewegung im radial inneren Lager 3 und damit Reibung auf. Daher lässt sich das Lager 3 vorteilhaft auch als Gleitlager ausführen, das einen geringeren Platzbedarf als ein Wälzlager hat.
Das von der zweiten elektrischen Maschine 2 abgewandte Ende der Welle 13 ist radial in einem ersten Planetengetriebe 5 gelagert. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Ende der Welle 13 im Sonnenrad des Planetengetriebes 5 fixiert.
Das von der ersten elektrischen Maschine 1 abgewandte Ende der Welle 23 ist radial in einem zweiten Planetengetriebe 6 gelagert. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Ende der Welle 23 im Sonnenrad des Planetengetriebes 6 fixiert.
In einer anderen Ausführungsform sind die jeweiligen Enden der Rotorwellen 13 und 23 in den Planetenträgern der Planetengetriebe 5 bzw. 6 fixiert. Durch die Fixierung in einem Planetengetriebe entfallen die üblicherweise zur Lagerung der entsprechenden Wellenenden benötigten Wälzlager. Damit lassen sich gegenüber einem Antriebssystem mit konventioneller Lagerung der Rotorwellen 13 und 23 zwei Wälzlager einsparen.
Das erste Planetengetriebe 5 verbindet die Welle 13 mit einer ersten Gelenkwelle 7, die mit einem ersten Rad (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs in Verbindung steht. In analoger Weise verbindet das zweite Planetengetriebe 6 die Welle 23 mit einer zweiten Gelenkwelle 8, die mit einem zweiten Rad (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs in Verbindung steht. Die elektrischen Maschinen 1 und 2 treiben zwei Räder des Kraftfahrzeugs an, die sich auf einer gemeinsamen Achse befinden.
Bezugszeichenliste

1:: erste E-Maschine
11:: Stator der ersten E-Maschine
12:: Rotor der ersten E-Maschine
13:: Rotorwelle der ersten E-Maschine
2:: zweite E-Maschine
21:: Stator der zweiten E-Maschine
22:: Rotor der zweiten E-Maschine
23:: Rotorwelle der zweiten E-Maschine
3:: radial inneres Lager
4:: radial äußeres Lager
5:: erstes Planetengetriebe
6:: zweites Planetengetriebe
7:: erste Gelenkwelle
8:: zweite Gelenkwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4236124 A1 [0004]
DE 3725620 C2 [0005]
DE 102009033531 A1 [0006]

Claims

Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, welches zwei elektrische Maschinen (1,2) mit jeweils einem Stator (11, 21), einem Rotor (12, 22) und einer Rotorwelle (13, 23) umfasst, wobei die zwei elektrischen Maschinen jeweils dafür konfiguriert sind, ein Drehmoment auf eine Achse oder ein Rad des Kraftfahrzeugs aufzubringen, worin die Rotorwellen (13, 23) der beiden elektrischen Maschinen (1,2) fluchtend angeordnet sind und die sich zwischen den beiden elektrischen Maschinen (1,2) befindenden Enden der Rotorwellen (13,23) der beiden elektrischen Maschinen (1,2) koaxial überlappen und ein Lager (3) radial zwischen den beiden Enden der Rotorwellen (13,23) angeordnet ist.
Antriebssystem nach Anspruch 1, worin mindestens ein Ende einer Rotorwelle (23) hohl ausgebildet ist und einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser des korrespondierenden Endes der anderen Rotorwelle (13) und das hohle Ende der einen Rotorwelle (23) das Ende der anderen Rotorwelle (13) aufnimmt.
Antriebssystem nach Anspruch 2, worin sich der Außendurchmesser der Rotorwelle (23) mit dem hohlen Ende zum hohlen Ende hin vergrößert.
Antriebssystem nach Anspruch 3, worin der Außendurchmesser der anderen Rotorwelle (13) über deren Länge konstant ist.
Antriebssystem nach Anspruch 2, worin sich der Außendurchmesser der anderen Rotorwelle (13) zu dem Ende hin verringert, das von dem hohlen Ende der Rotorwelle (23) mit mindestens einem hohlen Ende aufgenommen wird.
Antriebssystem nach Anspruch 5, worin der Außendurchmesser der Rotorwelle (23) mit mindestens einem hohlen Ende über deren Länge konstant ist.
Antriebssystem nach Anspruch 2, worin sich der Außendurchmesser der Rotorwelle (23) mit mindestens einem hohlen Ende zum hohlen Ende hin vergrößert und der Außendurchmesser der anderen Rotorwelle (13) sich zu dem Ende hin, das von dem hohlen Ende der Rotorwelle (23) mit mindestens einem hohlen Ende aufgenommen wird, verringert.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Lager (3) zwischen den beiden koaxial überlappenden Enden der Rotorwellen (13, 23) ein Wälzlager ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Lager (3) zwischen den beiden koaxial überlappenden Enden der Rotorwellen (13, 23) ein Gleitlager ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das radial äußere Ende der beiden koaxial überlappenden Enden der Rotorwellen (13, 23) in einem Wälzlager (4) gelagert ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin die voneinander abgewandten Enden der Rotorwellen (13,23) der beiden elektrischen Maschinen (1,2) jeweils radial in einem Planetengetriebe (5,6) fixiert sind.
Antriebssystem nach Anspruch 11, worin das jeweilige Ende der Rotorwelle (13,23) im Sonnenrad des Planetengetriebes (5,6) radial fixiert ist.
Antriebssystem nach Anspruch 11, worin das jeweilige Ende der Rotorwelle (13,23) im Planetenträger des Planetengetriebes (5,6) radial fixiert ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, worin das Planetengetriebe (5,6) zwischen einer elektrischen Maschine (1,2) und einer Gelenkwelle (7,8) angeordnet ist, welche mit einem Rad des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
Kraftfahrzeug mit mindestens einem Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14.