DE102017123587A1

DE102017123587A1 - Elektrische Antriebseinrichtung und Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102017123587A1
Application number: DE102017123587.6A
Authority: DE
Inventors: Wael Mohamed; Falk Heilfort
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2019-04-11
Anticipated expiration: 2037-10-12
Also published as: DE102017123587B4

Abstract

Eine elektrische Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug wenigstens ein Rad (R) und mindestens einen Nebenaggregat (N) aufweist, und wobei die elektrische Antriebseinrichtung einen Stator (3) aufweist, wobei dem Stator ein erster Rotor (5.1) zugeordnet ist welche kraftübertragend mit dem wenigstens einen Rad verbunden ist, und wobei dem Stator ein zweiter Rotor (5.2) zugeordnet ist welcher vermittels einer Koppeleinrichtung (K) kraftübertragend mit dem oder den Nebenaggregaten verbunden ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rotor in axialer Richtung neben dem zweiten Rotor angeordnet und die Länge (L1) des ersten Rotors wenigstens doppelt so groß wie die Länge (L2) des zweiten Rotors ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise Nebenaggregate auf, beispielsweise eine Wasserpumpe oder einen Klimakompressor. Im Stillstand des Kraftfahrzeuges müssen diese Nebenaggregate weiterhin angetrieben werden. Dazu wird üblicherweise derselbe Antrieb verwendet, welcher auch das bzw. die Räder des Kraftfahrzeuges antreibt, beispielsweise ein Verbrennungsmotor oder ein Elektromotor.
Weiterhin ist es bereits bekannt, dem bzw. den Nebenaggregaten separate Betriebseinrichtungen zuzuordnen, beispielsweise einen Elektromotor. Dadurch kann das eigentliche Antriebsaggregat des Kraftfahrzeuges im Stillstand abgestellt werden. Diese Lösung erhöht jedoch das Gewicht und den Bauraum im Kraftfahrzeug.
Aus der US 6,501,190 B1 ist eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die einen Stator und zwei koaxial ineinander angeordnete Rotoren aufweist. Dabei ist der eine Rotor zum Antrieb eines Nebenaggregates vorgesehen, während der andere Rotor als Generator dem Verbrennungsmotor zum Antrieb des Kraftfahrzeuges zugeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine flexible und nur wenig Bauraum beanspruchende Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug mit einem Nebenaggregat und einem Rad bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Der hauptsächlich mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht in einfachen und platzsparenden Aufbau der elektrischen Antriebseinrichtung. Indem beide Rotoren innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet und einem einzigen Stator zugeordnet sind, ergibt sich eine besonders klein bauende elektrische Antriebseinrichtung. Dennoch ermöglicht die in axialer Richtung gesehen nebeneinander angeordneten beiden Rotoren eine besonders flexible Konfiguration. Insbesondere wird durch die stark unterschiedliche Länge der Rotoren sichergestellt, dass eine entsprechende Antriebskraft für die Räder des Kraftfahrzeuges bereitstellbar ist. Demgegenüber reicht für den Betrieb der Nebenaggregate üblicherweise eine kleine Elektromaschine aus. Abhängig von der benötigten elektrischen Antriebsleistung für die Nebenaggregate bzw. für die Räder des Fahrzeuges kann die Länge des ersten und zweiten Rotors entsprechend gewählt werden.
Vorzugsweise ist die Rotorwelle des einen Rotors zumindest teilweise koaxial innerhalb der Rotorwelle des anderen Rotors geführt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Lagerung der jeweiligen Rotoren der elektrischen Antriebseinrichtung.
Mit Vorteil wird vorgeschlagen, dass an einem axialen Emde der elektrischen Antriebseinrichtung beide Rotorwellen aus dem Gehäuse herausgeführt sind. Dies ermöglicht einen einfachen Zugang zum ersten und zum zweiten Rotor der Elektromaschine.
Besonders vorteilhaft ist es, eine Koppeleinrichtung vorzusehen, welche die beiden herausgeführten Rotorwellen mechanisch miteinander koppelt. Diese Koppeleinrichtung ist beispielsweise als Kupplung, Freilauf oder Klaue ausgebildet und ermöglicht eine mechanische Verbindung der beiden Rotoren. Anders ausgedrückt ergibt sich durch diese Verblockung aus den zwei voneinander getrennten Rotoren ein einziger Rotor.
Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher dargestellt. Dabei zeigt die Fig. einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
Dargestellt ist eine elektrische Antriebseinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebseinrichtung umfasst ein Gehäuse 2 mit einem darin angeordneten Stator 3. Zur Leistungserhöhung weist das Gehäuse zudem eine Kühleinrichtung 4 auf.
In dieser Ausführungsform sind innerhalb des Gehäuses 2 ein erster Rotor 5.1 und ein zweiter Rotor 5.2 angeordnet. Der erste Rotor 5.1 und der zweite Rotor 5.2 sind in axialer Richtung nebeneinander und benachbart zueinander angeordnet. Somit ist in axialer Richtung der elektrischen Antriebseinrichtung 1 gesehen nur ein kleiner Zwischenraum zwischen dem ersten Rotor 5.1 und dem zweiten Rotor 5.2 vorgesehen. Mithin ist die aktive Länge der elektrischen Antriebseinrichtung 1 vollständig nutzbar.
Dabei ist der erste Rotor 5.1 in axialer Richtung gesehen wesentlich länger als der zweite Rotor 5.2, nämlich mindestens doppelt so lang.
Der erste Rotor 5.1 ist dabei kraftübertragend mit wenigstens einem Rad R des Kraftfahrzeuges verbunden. Dazu weist die erste Rotorwelle 6.1 des ersten Rotors 5.1 eine Ausnehmung auf, in der im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Welle W eingreift, welche mit einem (nicht dargestellten) Getriebe verbunden ist, zum Antrieb des bzw. der Räder R des Kraftfahrzeuges.
Der zweite Rotor 5.2 weist eine zweite Rotorwelle 6.2 auf, welche die erste Rotorwelle 6.1 des ersten Rotors 5.1 - über die axiale Längserstreckung des zweiten Rotors 5.2 gesehen - überdeckt. Anders ausgedrückt durchgreift die Rotorwelle 6.1 die gesamte Länge des Stators 3, wohingegen die Rotorwelle 6.2 nur einen Teil der Länge des Stators 3 durchgreift. Dabei ist, wie ausgeführt, die in axialer Richtung der elektrischen Antriebseinrichtung 1 gesehene Länge L1 des ersten Rotors 5.1 mindestens doppelt so groß wie die Länge L2 des zweiten Rotors 5.2.
Weiterhin sind dem Gehäuse 2 an seinen beiden Enden zwei Deckel zugeordnet, welche jeweils ein Lager zur Lagerung der Rotorwellen tragen. Dabei weist der erste Deckel ein erstes Lager 7.1 auf, in dem die erste Rotorwelle 6.1 des ersten Rotors 5.1 drehbar gelagert ist. Der zweite Deckel weist ein zweites Lager 7.2 auf, in dem die zweite Rotorwelle 6.2 des zweiten Rotors 5.2 drehbar gelagert ist. Dabei ist die Rotorwelle 6.1 des ersten Rotors 5.1 anteilig über die Länge L2, radial gesehen, innerhalb der zweiten Rotorwelle 6.2 des zweiten Rotors 5.2 drehbar gelagert.
In axialer Richtung der elektrischen Antriebseinrichtung 1 gesehen treten aus dem zweiten Deckel sowohl die erste Rotorwelle 6.1 als auch die zweite Rotorwelle 6.2 aus. Die zweite Rotorwelle 6.2 überdeckt, in axialer Richtung gesehen, die erste Rotorwelle 6.1 und ist damit radial gesehen außerhalb der ersten Rotorwelle 6.1 angeordnet. Insoweit ist die zweite Rotorwelle 6.2 vermittels eines Koppelmechanismus K kraftübertragend mit dem oder den Nebenaggregaten N verbunden. Der Koppelmechanismus K ist beispielsweise als Zahnradanordnung oder als Riementrieb ausgestaltet und ermöglicht etwa den Antrieb einer Wasserpumpe, eines Klimaaggregats oder eines Luftpressers.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zudem mittels einer Verbindungseinrichtung V eine mechanische Verkopplung der beiden Rotorwellen möglich. Vorliegend ist die Verbindungseinrichtung V als Kupplung ausgebildet. Wenn die Kupplung geöffnet ist, ist der erste Rotor 5.1 unabhängig vom zweiten Rotor 5.2 betreibbar. Beispielsweise treibt der erste Rotor 5.1 das oder die Räder R des Kraftfahrzeuges an, während der zweite Rotor 5.2 die Nebenaggregate N des Kraftfahrzeugs antreibt. Wenn die Kupplung geschlossen ist, sind der erste Rotor 5.1 und der zweite Rotor 5.2 mechanisch miteinander verkoppelt. Dadurch wird die maximale Leistung der elektrischen Antriebseinrichtung 1 zum Antrieb des oder der Räder R des Kraftfahrzeuges nutzbar.
Wenn das Kraftfahrzeug stillsteht, beispielsweise vor einer Ampel, und der Stator 3 weiter mit elektrischem Strom versorgt wird, entsteht sowohl am ersten Rotor 5.1 als auch am zweiten Rotor 5.2 ein entsprechendes mechanisches Drehmoment. Hier wird nun eine dem jeweiligen Rad R zugeordnete Bremse betätigt, um das Rad R zu halten. In dem Fall, dass die Kupplung geöffnet ist, entspricht das von der betätigten Bremse jeweils auf ein Rad R aufgebrachte Moment gerade dem antreibenden Drehmoment des ersten Rotors 5.1. Somit steht das Kraftfahrzeug still, obwohl die elektrische Antriebseinrichtung 1 bestromt wird und an dem oder den Rädern R ein entsprechendes Drehmoment bereitstellt. Hier sind also keine aufwändigen Kupplungen oder Schaltvorgänge notwendig, um den ersten Rotor 5.1 von den Rädern R des Kraftfahrzeuges abzukoppeln.
Beim Anfahren des Kraftfahrzeuges wird die einem jeweiligen Rad R zugeordnete Bremse gelöst. Nunmehr wird das weiterhin vom Rotor 5.1 bereitgestellte Moment an dem bzw. den Rädern R anliegen, und so das Kraftfahrzeug antreiben.
Für einen besonders kraftvollen bzw. schnellen Anfahrvorgang des Fahrzeuges wird zusätzlich die Verbindungseinrichtung V geschlossen. Damit liegen das Drehmoment des ersten Rotors 5.1 und des zweiten Rotors 5.2 gemeinsam an dem bzw. den Rädern R an.
Unabhängig davon rotiert stets der zweite Rotor 5.2, da die elektrische Antriebseinrichtung 1 ja fortlaufend mit elektrischem Strom versorgt wird. Somit sind die vermittels des Koppelmechanismus K angetriebenen Nebenaggregate N stets in Betrieb.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6501190 B1 [0004]

Claims

Elektrische Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug wenigstens ein Rad (R) und mindestens einen Nebenaggregat (N) aufweist, und wobei die elektrische Antriebseinrichtung einen Stator (3) aufweist, wobei dem Stator ein erster Rotor (5.1) zugeordnet ist welche kraftübertragend mit dem wenigstens einen Rad verbunden ist, und wobei dem Stator ein zweiter Rotor (5.2) zugeordnet ist welcher vermittels einer Koppeleinrichtung (K) kraftübertragend mit dem oder den Nebenaggregaten verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rotor in axialer Richtung neben dem zweiten Rotor angeordnet und die Länge (L1) des ersten Rotors wenigstens doppelt so groß wie die Länge (L2) des zweiten Rotors ist.
Elektrische Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rotorwelle eines Rotors zumindest abschnittsweise koaxial innerhalb der Rotorwelle des anderen Rotors geführt ist.
Elektrische Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, wobei an einem axialen Ende der elektrischen Antriebseinrichtung die erste Rotorwelle und die zweite Rotorwelle aus dem Gehäuse (2) der elektrischen Antriebseinrichtung herausgeführt sind.
Elektrische Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, wobei benachbart zur elektrischen Antriebseinrichtung eine Verbindungseinrichtung (V) vorgesehen ist, um die beiden herausgeführten Rotorwellen mechanisch miteinander zu verkoppeln.
Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im Stillstand des Kraftfahrzeuges die elektrische Antriebseinrichtung betrieben wird, während eine dem jeweiligen Rad zugeordnete Bremse betätigt wird um den ersten Rotor am Rotieren zu hindern und so das Kraftfahrzeug im Stillstand zu halten, während der zweite Rotor rotiert und den oder die Nebenaggregate antreibt.
Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Einrichtung nach Anspruch 5, wobei beim Anfahren des Kraftfahrzeuges die oder jede Bremse gelöst wird, womit zusätzlich der erste Rotor rotiert und das Kraftfahrzeug antreibt.
Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, wobei weiterhin beim Anfahren eine gegebenenfalls vorhandene Verbindungseinrichtung geschlossen wird um den ersten Rotor mit dem zweiten Rotor mechanisch zu verkoppeln.