-
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, mit deren Hilfe ein Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann.
-
Aus
US 2005/0006967 A1 ist eine Antriebseinheit zum elektrischen Antreiben eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei der eine zu einer Antriebswelle radial versetzte Motorwelle eines Elektromotors über zwei untersetzende Stirnradverzahnungen mit einem Differentialgetriebe der Antriebswelle verzahnt ist.
-
Es besteht ein ständiges Bedürfnis den Wirkungsgrad und den Bauraumbedarf einer elektrischen Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs zur reduzieren.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmenanzugeben, die eine effiziente und bauraumsparende Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
-
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
-
Erfindungsgemäß ist eine Antriebseinheit zum elektrischen Antreiben eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit einer Antriebswelle zum Antrieb eines Antriebrads, einer elektrischen Maschine zur elektrischen Erzeugung eines Antriebsdrehmoments, einer im Wesentlichen achsparallel zur Antriebswelle angeordneten Motorwelle zur Übertragung des in der elektrischen Maschine erzeugten Antriebsdrehmoments und einem, insbesondere als Kegelscheibenumschlingungsgetriebe ausgestalteten, Stufenlosgetriebe, wobei das Stufenlosgetriebe einen mit der Motorwelle gekoppelten Eingangsscheibensatz und einen über ein Zugmittel mit dem Eingangsscheibensatz und mit der Antriebswelle gekoppelten Ausgangsscheibensatz aufweist, wobei der Ausgangsscheibensatz eine in axialer Richtung zur Antriebswelle unbewegliche ausgangsseitige Festscheibe und eine ausgangsseitige Losscheibeneinheit zur wahlweisen Veränderung eines Axialabstands einer relativ zu der Antriebswelle axial verlagerbaren ausgangsseitige Losscheibe zu der ausgangsseitige Festscheibe aufweist, wobei die ausgangsseitige Losscheibeneinheit zumindest teilweise in einem gemeinsamen Axialbereich mit der elektrischen Maschine angeordnet ist.
-
Durch das Stufenlosgetriebe kann die Übersetzung zwischen der Motorwelle und der Antriebswelle stufenlos variiert werden, so dass es bei einer bestimmten gewünschten Drehzahl der Antriebswelle die elektrische Maschine nahe am optimalen Betriebspunkt mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann. Der Wirkungsgrad der Antriebseinheit ist dadurch verbessert. Zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses ist es nicht erforderlich für einen Schaltvorgang den Drehmomentfluss zu unterbrechen, so dass eine zugkraftunterbrechungsfreie Anpassung des Übersetzungsverhältnisses erfolgen kann, die als komfortabel empfunden wird. Das insbesondere als Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe ausgestaltete Stufenlosgetriebe, das auch als CVT-Getriebe („CVT“ = continuously variable transmission) bezeichnet wird, kann die Motorwelle und die Antriebswelle über ein unverzahntes Zugmittel, insbesondere Keilriemen, koppeln, wobei das Zugmittel bei einem plötzlichen Drehmomentstoß durchrutschen kann und dadurch eine Beschädigung von Komponenten der Antriebseinheit durch den Drehmomentstoß vermieden werden kann. Durch die im Wesentlichen achsparallele Anordnung der elektrischen Maschine und der Motorwelle zu der Antriebswelle ist es nicht erforderlich die elektrische Maschine koaxial zu der Antriebswelle vorzusehen, so dass es prinzipiell möglich ist die axiale Erstreckung der Antriebswelle gering zu halten. Insbesondere bei einem Kleinwagen mit einer geringen Fahrzeugbreite kann die elektrische Antriebsmöglichkeit in dem zu Verfügung stehenden begrenzten Bauraum realisiert werden.
-
Zudem ist es möglich die elektrische Maschine etwas in das Stufenlosgetriebe einzustecken und zu verschachteln. In einer die Motorwelle und die Antriebwelle umfassenden Ebene in radialer Richtung betrachtet kann zumindest ein Teil der ausgangsseitigen Losscheibeneinheit einen Teil der elektrischen Maschine überdecken. Dies führt zu einem kompakteren Aufbau, bei dem axialer Bauraum eingespart werden kann. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass aufgrund der für die axialen Verlagerung der Losscheibe vorgesehenen Aktorik die Losscheibeneinheit eine größere axiale Erstreckung als die Festscheibe aufweist. Wenn die Losscheibeneinheiten des Eingangsscheibensatzes und des Ausgangsscheibensatzes an unterschiedlichen Axialseiten vorgesehen sind, kann die elektrische Maschine benachbart zu der schmalen Festscheibe des Eingangsscheibensatzes angeordnet werden, wodurch die elektrische Maschine zu einem Teil in einem gemeinsamen Axialbereich mit der Losscheibeneinheit des Ausgangsscheibensatzes positioniert werden kann. Dadurch wird an der Festscheibe des Ausgangsscheibensatzes in einem gemeinsamen Axialbereich mit der Losscheibeneinheit des Eingangsscheibensatzes freier Bauraum geschaffen, in dem weitere Komponenten angeordnet werden können, wodurch der gesamte Bauraumbedarf des Antriebseinheit reduziert werden kann. Ein ansonsten nur schwer nutzbarer Bauraum zwischen der elektrischen Maschine und der Antriebswelle kann von der ausgangsseitigen Losscheibeneinheit besser ausgenutzt werden. Durch die Anordnung der ausgansseitigen Losscheibeneinheit des Stufenlosgetriebes neben der elektrischen Maschine ist eine effiziente und bauraumsparende Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs ermöglicht.
-
Das insbesondere als Kegelscheibenumschlingungsgetriebe ausgestaltete Stufenlosgetriebe, auch als CVT-Getriebe („CVT“ = continuously variable transmission) bezeichnet, kann durch eine Veränderung des axialen Abstands einer eingangsseitigen Kegelscheibe zur korrespondierend ausgestalteten eingangsseitigen Gegenscheibe und eine korrespondierende Veränderung des axialen Abstands einer ausgangsseitigen Kegelscheibe zur korrespondierend ausgestalteten ausgangsseitigen Gegenscheibe das Übersetzungsverhältnis und damit das übertragene Drehmoment und die übertragene Drehzahl stufenlos ändern. Das minimale und das maximale Übersetzungsverhältnis des Stufenlosgetriebes sind durch den minimalen und den maximalen wirksamen Durchmesser des eingangsseitigen und ausgangsseitigen Kegelscheibensatzes an dem Umschlingungsmittel definiert. Die Welle des eingangsseitigen Kegelscheibensatzes kann mit der Motorwelle der elektrischen Maschine gekoppelt sein oder die Motorwelle ausbilden. Die Welle des ausgangsseitigen Kegelscheibensatzes kann mit der Antriebswelle gekoppelt sein oder die Antriebswelle ausbilden.
-
Insbesondere weist die elektrische Maschine einen elektrisch betreibbaren Stator und einen mit der Motorwelle verbundenen Rotor auf, wobei der Stator einen, insbesondere als Eisenpaket ausgestalteten, Ständer und in dem Ständer vorgesehene stromdurchfließbare Statorwicklungen aufweist und die ausgangsseitige Losscheibeneinheit zumindest teilweise in einem gemeinsamen Axialbereich mit dem Ständer und/oder mit den Statorwicklungen angeordnet ist. Falls der Rotor in axialer Richtung kürzer als der Stator ausgestaltet sein sollte, wird für den gemeinsamen Axialbereich der elektrischen Maschine mit der ausgangsseitigen Losscheibeneinheit auf den Ständer und/oder die Statorwicklungen abgestellt.
-
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass Wicklungsköpfe der Statorwicklungen in axialer Richtung aus dem Ständer herausragen und die ausgangsseitige Losscheibeneinheit zumindest teilweise in einem gemeinsamen Axialbereich mit den Wicklungsköpfen zu dem Ständer axial versetzt angeordnet ist. Durch die herausragenden Wicklungsköpfe kann die elektromagnetische Wirkung des Stators maximiert werden und eine einfache elektrische Kontaktierung erreicht werden. Gleichzeitig kann sich bei der Außenabmessung der elektrischen Maschine zwischen dem Ständer und dem aus dem Ständer herausragenden Wicklungsköpfe der Statorwicklungen eine Stufe ergeben, dessen Bauraum für die kollisionsfreie Positionierung der ausgangsseitigen Losscheibeneinheit genutzt werden kann. Es ist sogar möglich, dass die ausgangsseitigen Losscheibeneinheit so nah zu den Wicklungsköpfen angeordnet ist, dass in axialer Richtung des Stators betrachtet ein Teil des Ständers und ein Teil der ausgangsseitigen Losscheibeneinheit sich überdecken. Dies führt zu einem besonders kompakten und bauraumsparenden Aufbau der Antriebseinheit, bei dem der Abstand der Motorwelle zur Antriebswelle minimiert werden kann.
-
Besonders bevorzugt weist die ausgangsseitige Losscheibeneinheit ein Gehäuse zur Führung der axial verlagerbaren ausgangsseitigen Losscheibe auf, wobei das Gehäuse, insbesondere zumindest ein Großteil des Gehäuses, in einem gemeinsamen Axialbereich mit der elektrischen Maschine angeordnet ist. Insbesondere in einer axial maximal weit beabstandeten Relativlage der Losscheibe zu der Festscheibe kann die Losscheibe in einem gemeinsamen Axialbereich mit der elektrischen Maschine positioniert sein, wobei es prinzipiell möglich ist, dass die Losscheibe in einer axial möglichst nahen Relativlage zur Festscheibe axial außerhalb des von der elektrischen Maschine eingenommenen Axialbereichs angeordnet ist. Das in axialer Richtung feststehende Gehäuse ist hierbei in jeder Relativlage der Losscheibe zumindest teilweise in einem gemeinsamen Axialbereich mit der elektrischen Maschine angeordnet.
-
Insbesondere weist der Eingangsscheibensatz eine in axialer Richtung zur Motorwelle unbewegliche eingangsseitige Festscheibe und eine eingangsseitige Losscheibeneinheit zur wahlweisen Veränderung eines Axialabstands einer relativ zu der Motorwelle axial verlagerbaren eingangsseitige Losscheibe zu der eingangsseitige Festscheibe auf, wobei die eingangsseitige Losscheibeneinheit an einer von der elektrischen Maschine weg weisenden Axialseite des Eingangsscheibensatzes vorgesehen ist. Die Losscheibeneinheiten des Eingangsscheibensatzes und des Ausgangsscheibensatzes können an unterschiedlichen Seiten des Stufenlosgetriebes vorgesehen sein. Dadurch kann die breitere ausgangsseitige Losscheibeneinheit gegenüberliegend zu der schmäleren eingangsseitigen Festscheibe positioniert sein, so dass die elektrische Maschine zu einem Teil in einem gemeinsamen Axialbereich mit der ausgangsseitigen Losscheibeneinheit angeordnet werden kann.
-
Vorzugsweise ist der Ausgangsscheibensatz mittelbar über eine Untersetzungsstufe mit der Antriebswelle gekoppelt, wobei die Untersetzungsstufe zumindest teilweise in einem gemeinsamen Axialbereich mit dem Eingangsscheibensatz, insbesondere der eingangsseitige Losscheibeneinheit, angeordnet ist. Die Untersetzungsstufe kann eine weitere feste Übersetzung beziehungsweise Untersetzung bereitstellen, so dass mit der elektrischen Maschine besser ein gewünschter Drehzahlbereich der Antriebswelle realisiert werden kann. Durch die Positionierung der Untersetzungsstufe neben dem Eingangsscheibensatz kann der axiale Bauraumbedarf reduziert sein.
-
Besonders bevorzugt ist der Ausgangsscheibensatz mittelbar über ein Differenzialgetriebe mit zwei zu jeweils einem Antriebsrad führenden Antriebswelle gekoppelt, wobei das Differenzialgetriebe zumindest teilweise in einem gemeinsamen Axialbereich mit dem Eingangsscheibensatz, insbesondere der eingangsseitigen Losscheibeneinheit, angeordnet ist. Durch das Differentialgetriebe kann eine automatische Anpassung der erforderlichen Drehzahlen der mit der jeweiligen Antriebswelle gekoppelten Antriebsräder bei einer Kurvenfahrt erreicht werden. Durch die Positionierung des Differenzialgetriebe neben dem Eingangsscheibensatz kann der axiale Bauraumbedarf reduziert sein.
-
Insbesondere ist der Ausgangsscheibensatz koaxial zur Antriebswelle angeordnet, wobei insbesondere der Ausgangsscheibensatz eine mit der ausgangsseitigen Festscheibe verbundene Hohlwelle zum Hindurchführen der Antriebswelle aufweist. Dadurch ist es möglich mit nur genau einem Planetengetriebe eine feste Drehzahluntersetzung zwischen dem Ausgangsscheibensatz und der Antriebswelle zu erreichen. Die Bauteileanzahl kann dadurch gering gehalten werden.
-
Vorzugsweise ist der Eingangsscheibensatz koaxial zur Motorwelle angeordnet, wobei der Eingangsscheibensatz eine mit der eingangsseitigen Festscheibe verbundene Hohlwelle zum Hindurchführen der Motorwelle aufweist und der Eingangsscheibensatz mittelbar über eine Voruntersetzungsstufe mit der Motorwelle gekoppelt ist. Dadurch ist es möglich mit nur genau einem Planetengetriebe eine feste Drehzahluntersetzung zwischen der Motorwelle und dem Eingangsscheibensatz zu erreichen. Die Bauteileanzahl kann dadurch gering gehalten werden. Hierbei ist es möglich entweder nur die eingangsseitige Voruntersetzungsstufe oder nur die ausgangsseitige Untersetzungsstufe vorzusehen oder sowohl die eingangsseitige Voruntersetzungsstufe als auch die ausgangsseitige Untersetzungsstufe gleichzeitig vorzusehen.
-
Besonders bevorzugt ist die Voruntersetzungsstufe zumindest teilweise in einem gemeinsamen Axialbereich mit einer im Drehmomentfluss zwischen dem Ausgangscheibensatz und der Antriebswelle vorgesehene Untersetzungsstufe und/oder Differentialgetriebe angeordnet. Durch die Positionierung der Voruntersetzungsstufe neben der Untersetzungsstufe und/oder neben dem Differentialgetriebe kann der axiale Bauraumbedarf reduziert sein.
-
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine schematische Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Antriebseinheit,
- 2: eine schematische Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Antriebseinheit und
- 3: eine schematische Schnittansicht der Antriebseinheit aus 1.
-
Die in Fig. und 3 dargestellte Antriebseinheit 10 eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs weist eine elektrische Maschine 12 mit einem Stator 14 und einem Rotor 16 auf. Der Rotor 16 kann einen Ständer 17 aufweisen, der eine geringere axiale Erstreckung als der Rotor 16 aufweist und in dem stromdurchflossene Statorwicklungen eingelassen sind. Die Statorwicklungen können aus dem Ständer 17 in axialer Richtung abstehende Wicklungsköpfe 18 aufweisen. Der Rotor 16 ist mit einer Motorwelle 20 drehfest verbunden, die wiederum mit einem Eingangsscheibensatz 24 eines als Kegelscheibenumschlingungsgetriebe ausgestalteten Stufenlosgetriebes 26 gekoppelt ist.
-
Der Eingangsscheibensatz 24 weist eine mit der Motorwelle 20 drehfest verbundene eingangsseitige Festscheibe 30 und eine eingangsseitige Losscheibeneinheit 32 auf. Die eingangsseitige Losscheibeneinheit 32 weist eine relativ zu der eingangsseitigen Festscheibe 30 axial verlagerbare eingangsseitige Losscheibe 34 auf, die mit Hilfe eines in einer eingangsseitigen Druckkammer 36 aufgebauten hydraulischen Drucks gegebenenfalls gegen die Federkraft einer Rückstellfeder verlagert werden kann, um ein zwischen der eingangsseitigen Festscheibe 30 und der eingangsseitige Losscheibe 34 verpresstes als Keilriemen ausgestaltetes Zugmittel 38 zur stufenlosen Änderung eines Übersetzungsverhältnisses des Stufenlosgetriebes 26 auf einen anderen Wirkradius zu verlagern.
-
Über das Zugmittel 38 ist ein Ausgangsscheibensatz 40 an dem Eingangsscheibensatz 24 angekoppelt. Der Ausgangsscheibensatz 40 weist eine mit einer ausgangsseitigen Hohlwelle 42 verbundene ausgangsseitige Festscheibe 44 und eine ausgangsseitige Losscheibeneinheit 46 auf. Eine ausgangsseitige Losscheibeneinheit 46 weist eine relativ zu der ausgangsseitigen Festscheibe 44 axial verlagerbare ausgangsseitige Losscheibe 48 auf, die das Zugmittel 38 zwischen der ausgangsseitige Festscheibe 44 und der ausgangsseitige Losscheibe 48 verpressen kann. Die ausgangsseitige Hohlwelle 42 ist über eine als genau ein Planetengetriebe ausgestaltete Untersetzungsstufe 50 mit einem Differenzialgetriebe 52 gekoppelt, von dem zwei Antriebswellen 54 abgehen. Mit der jeweiligen Antriebswelle 54 ist jeweils ein Antriebsrad 56 gekoppelt.
-
Die eingangsseitige Losscheibeneinheit 32 und die ausgangsseitige Losscheibeneinheit 46 sind an unterschiedlichen Seiten des Stufenlosgetriebes 26 vorgesehen, wobei die elektrische Maschine 12 benachbart zur eingangsseitigen Festscheibe 30 positioniert ist. Dadurch kann die ausgangsseitige Losscheibeneinheit 46 zumindest mit einem Gehäuse 58 in einem gemeinsamen Axialbereich mit der elektrischen Maschine 12 bauraumsparend angeordnet sein. Zumindest kann das Gehäuse 58 und die aus dem Ständer 17 des Stators 14 herausragenden Wicklungsköpfe 18 zumindest teilweise in einem gemeinsamen Axialbereich angeordnet sein, so dass in einer die Motorwelle 20 und die Antriebswelle 54 umfassenden Ebene in radialer Richtung betrachtet ein Teil der ausgangsseitige Losscheibeneinheit 46 und ein Teil der elektrischen Maschine 12 sich überdecken.
-
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der Antriebseinheit 10 ist im Vergleich zu der in 1 dargestellten Ausführungsform der Antriebseinheit 10 eingangsseitig eine Voruntersetzungsstufe 22 zwischen der Motorwelle 20 und dem Eingangsscheibensatz 24 vorgesehen. Hierzu ist die Motorwelle 20 über die Voruntersetzungsstufe 22 mit einer eingangsseitigen Hohlwelle 28 des Eingangsscheibensatzes 24 gekoppelt, durch welche die Motorwelle 20 hindurchgeführt ist. Die eingangsseitige Hohlwelle 28 ist mit einem Ausgang der als genau ein Planetengetriebe ausgestalteten Voruntersetzungsstufe 22 und der eingangsseitigen Festscheibe 30 verbunden. Die Voruntersetzungsstufe 22 ist hierbei in einem gemeinsamen Axialbereich mit der Untersetzungsstufe 50 und/oder dem Differenzialgetriebe 52 bauraumsparend angeordnet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Antriebseinheit
- 12
- elektrische Maschine
- 14
- Stator
- 16
- Rotor
- 17
- Ständer
- 18
- Wicklungsköpfe
- 20
- Motorwelle
- 22
- Voruntersetzungsstufe
- 24
- Eingangsscheibensatz
- 26
- Stufenlosgetriebe
- 28
- eingangsseitige Hohlwelle
- 30
- eingangsseitige Festscheibe
- 32
- eingangsseitige Losscheibeneinheit
- 34
- eingangsseitige Losscheibe
- 36
- eingangsseitige Druckkammer
- 38
- Zugmittel
- 40
- Ausgangsscheibensatz
- 42
- ausgangsseitige Hohlwelle
- 44
- ausgangsseitige Festscheibe
- 46
- ausgangsseitige Losscheibeneinheit
- 48
- ausgangsseitige Losscheibe
- 50
- Untersetzungsstufe
- 52
- Differenzialgetriebe
- 54
- Antriebswelle
- 56
- Antriebsrad
- 58
- Gehäuse
-
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
-
- US 2005/0006967 A1 [0002]
