DE102017213653A1

DE102017213653A1 - Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102017213653A1
Application number: DE102017213653.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kriener
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2017-08-07
Publication date: 2019-02-07

Abstract

Eine Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, umfassend einen Elektromotor als Antriebsmotor des Elektro- oder Hybridfahrzeuges und eine Rotorwelle (1) des Elektromotors, wobei der Elektromotor einen Stator und einen Rotor (2) umfasst, wobei die Rotorwelle (1) eine Schrägverzahnung (3) aufweist zur Übertragung eines Drehmoments von der Rotorwelle (1) auf ein nachfolgendes Getriebeelement, so dass durch die Schrägverzahnung (3) im Betrieb eine erste axiale Kraft (F) auf die Rotorwelle (1) aufgebracht wird, wobei der Rotor (2) und/oder der Stator geschrägt ausgebildet ist, so dass der Elektromotor eine zweite axiale Kraft (F) auf die Rotorwelle (1) aufbringt, die der ersten axialen Kraft (F) entgegengesetzt ist und ein Elektro- oder Hybridfahrzeug umfassend eine solche Antriebsvorrichtung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, umfassend einen Elektromotor als Antriebsmotor des Elektro- oder Hybridfahrzeuges und eine Rotorwelle des Elektromotors. Die Erfindung betrifft auch ein Elektro- oder Hybridfahrzeug umfassend eine solche Antriebsvorrichtung.
Stand der Technik
Es ist bekannt das Elektro- und Hybridfahrzeuge Elektromotoren als Antriebsmotoren verwenden und dem Elektromotor nachfolgend ein Getriebe zur Übersetzung des Drehmoments des Elektromotors einsetzen können, insbesondere einen Untersetzungsmechanismus um das Antriebsdrehmoment auf dem Weg vom Antriebsmotor zu Rädern des Fahrzeuges beispielsweise zu erhöhen.
Auf einer Eingangswelle eines solchen Getriebes kann eine schrägverzahnte Stirnradstufe vorgesehen sein, was jedoch zum Auftreten von hohen axialen Kräften an der Eingangswelle führen kann. Die Lagerung einer solchen Getriebe-Eingangswelle ist auf Grund dieser axialen Lasten aufwändig - sie erfordert hierdurch im Wesentlichen eine höhere Anzahl und größere Ausführung der Lager und führt auch zu höheren Belastungen von diese Lasten aufnehmenden Gehäusebauteilen.
Es ist daher wünschenswert die axialen Kräfte die durch eine derartige Schrägverzahnung in eine Getriebe-Eingangswelle eingebracht werden zu reduzieren.
Die Druckschrift DE 10128407 B4 zeigt eine Antriebsvorrichtung, mit einem Elektromotor, einer Elektromotorwelle, die mit dem Elektromotor verbunden und durch erste und zweite Wellenauflageeinrichtungen gehalten ist, einem ersten Antriebsgegenzahnrad mit einer Schrägverzahnung, das auf der Elektromotorwelle zwischen der ersten und der zweiten Wellenauflageeinrichtung vorgesehen ist, und einem ersten Abtriebsgegenzahnrad zum Kämmen mit dem ersten Antriebsgegenzahnrad, wobei ein Ausgang des Elektromotors durch das erste Antriebsgegenzahnrad und das erste Abtriebsgegenzahnrad auf Räder übertragen wird, wobei das erste Antriebsgegenzahnrad an einer Position näher an einer von der ersten und zweiten Wellenauflageeinrichtung angeordnet ist, und wobei ein Schrägwinkel des ersten Antriebsgegenzahnrads in einer Richtung gewählt ist, in welcher sich eine Reaktionskraft eines Drehmoments, das durch eine Schubkraft in der Wellenauflageeinrichtung erzeugt ist, und eine Reaktionskraft einer Radialkraft gegenseitig aufheben.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug der genannten Art in dieser Hinsicht zu verbessern und insbesondere eine Antriebsvorrichtung anzugeben, die nur geringe oder keine axialen Kräfte an einer Getriebe-Eingangswelle verursacht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, umfassend einen Elektromotor als Antriebsmotor des Elektro- oder Hybrid-fahrzeuges und eine Rotorwelle des Elektromotors, wobei der Elektromotor einen Stator und einen Rotor umfasst, wobei die Rotorwelle eine Schrägverzahnung aufweist zur Übertragung eines Drehmoments von der Rotorwelle auf ein nachfolgendes Getriebeelement, so dass durch die Schrägverzahnung im Betrieb eine erste axiale Kraft auf die Rotorwelle aufgebracht wird, wobei der Rotor und/oder der Stator geschrägt ausgebildet ist, so dass der Elektromotor eine zweite axiale Kraft auf die Rotorwelle aufbringt, die der ersten axialen Kraft entgegengesetzt ist.
Erfindungsgemäß wird somit eine Rotorwelle eines Elektromotors als Getriebe-Eingangswelle, die eine Schrägverzahnung aufweist, genutzt. Auf diese Rotorwelle wird zusätzlich zur ersten axialen Kraft, die durch diese Schrägverzahnung ausgelöst wird, eine zweite axiale Kraft mittels des Elektromotors selbst aufgebracht, die der ersten axialen Kraft entgegengesetzt ist und somit die gesamte axiale Kraft in der Rotorwelle reduziert oder aufhebt.
Die zweite axiale Kraft wird durch eine geschrägte Ausführung des Elektromotors, also des Stators und/oder des Rotors erzielt. Bevorzugt ist der Rotor geschrägt ausgeführt, also mit Funktionselementen ausgerüstet die nicht parallel zur Achse des Rotors ausgebildet sind, sondern insbesondere schräg bzw. diagonal zur Rotorachse, bei konstantem Abstand zur Achse, also beispielsweise auf der Mantelfläche des Rotors, liegen, so dass es bei einer Rotation des Rotors zu einem axialen Moment an der Rotorwelle kommt.
Die Schrägverzahnung kann an der Motorwelle einstückig ausgebildet sein oder auch als drehfest mit der Rotorwelle verbundenes Bauteil.
Insbesondere kann die Rotorwelle einstückig oder drehfest verbunden ein Stirnrad aufweisen und die Schrägverzahnung auf dem Stirnrad der Rotorwelle ausgebildet sein.
Zur Ausbildung eines geschrägten Rotors und/oder Stators, umfasst der Rotor und/oder der Stator bevorzugt umfänglich verteilte Dauermagneten, die entlang der axialen Richtung des Rotors in kontinuierlich zunehmenden oder abnehmenden Winkeln verdreht oder versetzt angeordnet sind.
Alternativ oder zusätzlich weist der Rotor und/oder der Stator bevorzugt umfänglich verteilte Aussparungen auf, wobei die Aussparungen entlang der axialen Richtung des Rotors in kontinuierlich zunehmenden oder abnehmenden Winkeln verdreht oder versetzt angeordnet sind. Die Aussparungen können der Aufnahme der Dauermagnete dienen und/oder zu einer Änderung des Magnetflusses durch die Ausbildung entsprechender geschrägter Luftspalte führen.
Bevorzugt ist der Rotor oder der Stator um 360 Grad dividiert durch die Anzahl der Statornuten geschrägt, also entsprechend der „Zähnezahl“ des Elektromotors, oder das doppelte, oder das dreifache, wobei insbesondere der Stator 48 Statornuten aufweist und die Schrägung 7,5 Grad oder 15 Grad oder 22,5 Grad beträgt.
Erfindungsgemäß kann ein Elektro- oder Hybridfahrzeug eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung umfassen und ein Untersetzungsgetriebe oder Übersetzungsgetriebe mit einem schrägverzahnten Eingangsstirnrad, wobei das Eingangsstirnrad das nachfolgende Getriebeelement für die Antriebsvorrichtung darstellt und mit der Schrägverzahnung, gegebenenfalls der Schrägverzahnung auf dem Stirnrad der Antriebsvorrichtung, kämmt.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In Fig. ist eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug dargestellt.
Die Antriebsvorrichtung umfassend einen Elektromotor als Antriebsmotor, dessen Stator in Fig. nicht dargestellt ist, aber radial außen um den Rotor 2 angeordnet ist. Radial innerhalb des Rotors 2 verläuft koaxial zum Rotor 2 eine Rotorwelle 1 des Elektromotors, die als Hohlwelle ausgeführt ist.
Die Rotorwelle 1 dient als Eingangswelle eines nachfolgenden Getriebeelements, da die Rotorwelle 1 eine Schrägverzahnung 3 zur Übertragung des Motor-Drehmoments auf ein nachfolgendes Getriebe aufweist. Die Schrägverzahnung 3 ist einstückig an der Rotorwelle 1 ausgeführt, könnte jedoch auch beispielsweise an einem drehfest mit der Rotorwelle 1 verbundenen Stirnrad ausgebildet sein.
Durch die Schrägverzahnung 3 wird im Betrieb der Antriebsvorrichtung eine erste axiale Kraft F_AV auf die Rotorwelle 1 aufgebracht, die abhängig von der Drehrichtung der Rotorwelle 1 axial vom Elektromotor weg - so wie in Fig. eingezeichnet - oder zum Elektromotor hin verlaufen kann.
Der Rotor 2 des Elektromotors ist geschrägt ausgebildet, so dass der Elektromotor eine zweite axiale Kraft F_AM auf die Rotorwelle 1 aufbringt, die der ersten axialen Kraft F_AV entgegengesetzt ist. Die Schrägung des Rotors - oder des Stators - ist daher so ausgebildet, dass die zweite axiale Kraft F_AM der ersten axialen Kraft F_AV stets entgegen gerichtet ist, bei beiden Drehrichtungen des Elektromotors. Die resultierende axiale Gesamtkraft an der Rotorwelle 1 ist hierdurch gering oder sogar Null. Die Lager 4 der Rotorwelle 1 können kleiner dimensioniert sein. Es reichen im dargestellten Beispiel zwei Lager 4. Der Wirkungsgrad, das Rastmoment und NVH Verhalten (Noise Vibration Harshness) des Elektromotors können hierdurch verbessert werden.
Bezugszeichenliste

1: Rotorwelle
2: Rotor
3: Schrägverzahnung
4: Lager
F_AV: erste axiale Kraft
F_AM: zweite axiale Kraft

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 10128407 B4 [0005]

Claims

Antriebsvorrichtung für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, umfassend einen Elektromotor als Antriebsmotor des Elektro- oder Hybridfahrzeuges und eine Rotorwelle (1) des Elektromotors, wobei der Elektromotor einen Stator und einen Rotor (2) umfasst, wobei die Rotorwelle (1) eine Schrägverzahnung (3) aufweist zur Übertragung eines Drehmoments von der Rotorwelle (1) auf ein nachfolgendes Getriebeelement, so dass durch die Schrägverzahnung (3) im Betrieb eine erste axiale Kraft (F_AV) auf die Rotorwelle (1) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) und/oder der Stator geschrägt ausgebildet ist, so dass der Elektromotor eine zweite axiale Kraft (F_AM) auf die Rotorwelle (1) aufbringt, die der ersten axialen Kraft (F_AV) entgegengesetzt ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) und/oder der Stator umfänglich verteilte Dauermagneten umfasst, die entlang der axialen Richtung des Rotors (2) in kontinuierlich zunehmenden oder abnehmenden Winkeln verdreht oder versetzt angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) und/oder der Stator umfänglich verteilte Aussparungen aufweist, wobei die Aussparungen entlang der axialen Richtung des Rotors (2) in kontinuierlich zunehmenden oder abnehmenden Winkeln verdreht oder versetzt angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) oder der Stator um 360 Grad dividiert durch die Anzahl der Statornuten geschrägt ist, oder das doppelte, oder das dreifache, wobei insbesondere der Stator 48 Statornuten aufweist und die Schrägung 7,5 Grad oder 15 Grad oder 22,5 Grad beträgt.
Antriebsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) ein Stirnrad aufweist, wobei die Schrägverzahnung (3) auf dem Stirnrad ausgebildet ist.
Elektro- oder Hybridfahrzeug umfassend eine Antriebsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche und ein Untersetzungsgetriebe oder Übersetzungsgetriebe mit einem schrägverzahnten Eingangsstirnrad, wobei das Eingangsstirnrad das nachfolgende Getriebeelement für die Antriebsvorrichtung darstellt und mit der Schrägverzahnung (3), gegebenenfalls der Schrägverzahnung (3) auf dem Stirnrad der Antriebsvorrichtung, kämmt.