DE102018127881A1 - Drive device for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine (1) mit einer Rotorwelle (10), die über eine erste und zweite Kupplung (2a, 2b) mit einer Getriebevorrichtung (3) verbindbar ist, wobei die Getriebevorrichtung (3) einen Planetenradsatz (4), einen Stufenplanetenradsatz (5) sowie ein Differentialgetriebe (6) aufweist, wobei der Planetenradsatz (4) ein erstes Sonnenrad (7a), ein erstes Hohlrad (8a) und mehrere Planetenräder (4a) aufweist, die an einem ersten Planetenträger (9a) drehbar gelagert sind und mit dem ersten Sonnenrad (7a) sowie dem ersten Hohlrad (8a) im Zahneingriff stehen, wobei der Stufenplanetenradsatz (5) mehrere Stufenplanetenräder (5a) aufweist, die drehbar an einem zweiten Planetenträger (9b) gelagert sind, wobei jedes Stufenplanetenrad (5a) ein erstes und zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad (5b, 5c) aufweist, wobei das erste Zahnrad (5b) mit einem zweiten Sonnenrad (7b) im Zahneigriff steht, wobei das zweite Zahnrad (5c) mit einem zweiten Hohlrad (8b) im Zahneingriff steht, und wobei der zweite Planetenträger (9b) mit dem Differentialgetriebe (6) wirkverbunden ist, wobei die beiden Hohlräder (8a, 8b) gehäusefest ausgebildet sind, wobei ferner das erste Sonnenrad (7a) mit der ersten Kupplung (2a) wirkverbunden ist, und wobei der erste Planetenträger (9a) mit der zweiten Kupplung (2b) und dem zweiten Sonnenrad (7a) wirkverbunden ist.The invention relates to a drive device for a motor vehicle, comprising an electrical machine (1) with a rotor shaft (10) which can be connected to a transmission device (3) via a first and second coupling (2a, 2b), the transmission device (3) A planetary gear set (4), a stepped planetary gear set (5) and a differential gear (6), the planetary gear set (4) having a first sun gear (7a), a first ring gear (8a) and a plurality of planet gears (4a) which are connected to a first Planet carriers (9a) are rotatably mounted and mesh with the first sun gear (7a) and the first ring gear (8a), the stepped planet gear set (5) having a plurality of stepped planet gears (5a) which are rotatably mounted on a second planet carrier (9b) , wherein each step planet gear (5a) has a first and second rotationally fixedly connected gear (5b, 5c), the first gear (5b) being in mesh with a second sun gear (7b) where the second gear (5c) is in mesh with a second ring gear (8b), and the second planet carrier (9b) is operatively connected to the differential gear (6), the two ring gears (8a, 8b) being fixed to the housing, furthermore the first sun gear (7a) is operatively connected to the first clutch (2a), and the first planet carrier (9a) is operatively connected to the second clutch (2b) and the second sun gear (7a).
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine.The invention relates to a drive device for a motor vehicle, comprising an electrical machine.
Aus der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Antriebsvorrichtung zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.The object of the present invention is to provide an alternative drive device. The object is achieved by the subject matter of
Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine elektrische Maschine mit einer Rotorwelle, die über eine erste und zweite Kupplung mit einer Getriebevorrichtung verbindbar ist, wobei die Getriebevorrichtung einen Planetenradsatz, einen Stufenplanetenradsatz sowie ein Differentialgetriebe aufweist, wobei der Planetenradsatz ein erstes Sonnenrad, ein erstes Hohlrad und mehrere Planetenräder aufweist, die an einem ersten Planetenträger drehbar gelagert sind und mit dem ersten Sonnenrad sowie dem ersten Hohlrad im Zahneingriff stehen, wobei der Stufenplanetenradsatz mehrere Stufenplanetenräder aufweist, die drehbar an einem zweiten Planetenträger gelagert sind, wobei jedes Stufenplanetenrad ein erstes und zweites drehfest miteinander verbundenes Zahnrad aufweist, wobei das erste Zahnrad mit einem zweiten Sonnenrad im Zahneigriff steht, wobei das zweite Zahnrad mit einem zweiten Hohlrad im Zahneingriff steht, und wobei der zweite Planetenträger mit dem Differentialgetriebe wirkverbunden ist, wobei die beiden Hohlräder gehäusefest ausgebildet sind, wobei ferner das erste Sonnenrad mit der ersten Kupplung wirkverbunden ist, und wobei der erste Planetenträger mit der zweiten Kupplung und dem zweiten Sonnenrad wirkverbunden ist.A drive device according to the invention for a motor vehicle comprises an electrical machine with a rotor shaft which can be connected to a transmission device via a first and a second clutch, the transmission device having a planetary gear set, a stepped planetary gear set and a differential gear, the planetary gear set comprising a first sun gear and a first ring gear and has a plurality of planet gears, which are rotatably mounted on a first planet carrier and mesh with the first sun gear and the first ring gear, the stepped planet gear set having a plurality of stepped planet gears, which are rotatably mounted on a second planet carrier, each stepped planet gear having a first and a second rotationally fixed interconnected gear, the first gear being in mesh with a second sun gear, the second gear in meshing with a second ring gear, and in which the second planet carrier with the Differential gear is operatively connected, wherein the two ring gears are fixed to the housing, wherein the first sun gear is also operatively connected to the first clutch, and wherein the first planet carrier is operatively connected to the second clutch and the second sun gear.
Unter dem Begriff „wirkverbunden“ ist zu verstehen, dass zwei Getriebeelemente direkt miteinander verbunden sein können, oder dass sich zwischen zwei Getriebeelementen noch weitere Getriebeelemente befinden, beispielsweise ein oder mehrere Wellen oder Zahnräder. Insbesondere ist der erste Planetenträger drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbunden. Die beiden Hohlräder sind gehäusefest und somit drehfest mit einem Gehäuse der Getriebevorrichtung verbunden.The term “operatively connected” is to be understood to mean that two gear elements can be directly connected to one another, or that there are further gear elements between two gear elements, for example one or more shafts or gear wheels. In particular, the first planet carrier is rotatably connected to the second sun gear. The two ring gears are fixed to the housing and are thus connected in a rotationally fixed manner to a housing of the transmission device.
Die beiden Kupplungen sind im Leistungsfluss zwischen der Rotorwelle und dem Planetenradsatz angeordnet und dazu vorgesehen, die elektrische Maschine mit der Getriebevorrichtung, insbesondere mit dem Planetenradsatz zu verbinden. Das Differentialgetriebe verteilt die Antriebsleistung und das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine auf eine erste und zweite Abtriebswelle. Die jeweilige Abtriebswelle ist insbesondere mit einem jeweiligen Rad des Kraftfahrzeugs verbunden, wobei die beiden Abtriebswellen eine Antriebsachse des Kraftfahrzeugs bilden.The two clutches are arranged in the power flow between the rotor shaft and the planetary gear set and are intended to connect the electrical machine to the transmission device, in particular to the planetary gear set. The differential gear distributes the drive power and the drive torque of the electrical machine to a first and second output shaft. The respective output shaft is connected in particular to a respective wheel of the motor vehicle, the two output shafts forming a drive axle of the motor vehicle.
Die elektrische Maschine weist einen gehäusefesten Stator und einen drehbaren Rotor auf, wobei der Rotor über die Rotorwelle mit den beiden Kupplungen wirkverbunden ist. Mithin dient die Rotorwelle als Antriebswelle, die zwischen der elektrischen Maschine und den beiden Kupplungen angeordnet ist. Insbesondere ist ein Aktuator zur Betätigung der beiden Kupplungen vorgesehen, wobei der Aktuator ein Öffnen und Schließen der jeweiligen Kupplung einleitet. Der Aktuator kann hydraulisch, elektromechanisch, elektromagnetisch oder beispielsweise auch pneumatisch betätigbar ausgebildet sein.The electrical machine has a stator fixed to the housing and a rotatable rotor, the rotor being operatively connected to the two clutches via the rotor shaft. The rotor shaft thus serves as the drive shaft, which is arranged between the electrical machine and the two clutches. In particular, an actuator is provided for actuating the two clutches, the actuator initiating opening and closing of the respective clutch. The actuator can be designed to be hydraulically, electromechanically, electromagnetically or, for example, pneumatically actuated.
Ein Schließen der ersten Kupplung und ein Öffnen der zweiten Kupplung realisiert eine erste Getriebeübersetzung, wobei ein Schließen der zweiten Kupplung und ein Öffnen der ersten Kupplung eine zweite Getriebeübersetzung realisiert, und wobei ein Öffnen beider Kupplungen eine Leistungsabschaltung realisiert.Closing the first clutch and opening the second clutch realizes a first gear ratio, wherein closing the second clutch and opening the first clutch realizes a second gear ratio, and opening both clutches realizes a power cut-off.
Unter einer „Kupplung“ ist eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand aufweist. Insbesondere sind die beiden Kupplungen als lastschaltbare Kupplungen ausgebildet. Vorzugsweise sind die beiden Kupplungen zu einer Doppelkupplungsvorrichtung zusammengefasst. Alternativ sind die beiden Kupplungen formschlüssig ausgebildet.A “clutch” is to be understood as a device that has at least one open and one closed state. In particular, the two clutches are designed as power shift clutches. The two clutches are preferably combined to form a double clutch device. Alternatively, the two couplings are designed to be form-fitting.
Eine lastschaltbare Kupplung ist eine reibschlüssige Kupplung, die unter Last zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen Zustand schaltbar ist. Im geöffneten Zustand überträgt die jeweilige Kupplung kein Drehmoment. Somit überträgt die jeweilige Kupplung nur in einem zumindest teilweise geschlossenen Zustand ein Drehmoment zwischen zwei mit dieser jeweiligen Kupplung wirkverbundenen Wellen, wobei die beiden Wellen im geschlossenen Zustand dieser jeweiligen Kupplung drehfest miteinander verbunden sind. Im geschlossenen Zustand der ersten Kupplung sind die Rotorwelle und das erste Sonnenrad drehfest miteinander verbunden. Demgegenüber sind im geschlossenen Zustand der zweiten Kupplung die Rotorwelle, der erste Planetenträger und das zweite Sonnenrad drehfest miteinander verbunden.A powershift clutch is a friction clutch that can be switched between open and closed under load. In the open state, the respective clutch does not transmit any torque. The respective clutch thus only transmits at least partially in one closed state, a torque between two shafts operatively connected to this respective clutch, the two shafts being non-rotatably connected to one another in the closed state of this respective clutch. In the closed state of the first clutch, the rotor shaft and the first sun gear are connected to one another in a rotationally fixed manner. In contrast, in the closed state of the second clutch, the rotor shaft, the first planet carrier and the second sun gear are connected to one another in a rotationally fixed manner.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Differentialgetriebe als Kegelraddifferential ausgebildet. An einem Differentialkorb des Differentialgetriebes sind zwei Ausgleichsräder drehbar gelagert, die mit zwei Kegelräder im Zahneingriff stehen. Das erste Kegelrad ist drehfest mit der ersten Abtriebswelle verbunden. Ferner ist das zweite Kegelrad drehfest mit der zweiten Abtriebswelle verbunden.According to a preferred embodiment of the invention, the differential gear is designed as a bevel gear differential. Two differential gears are rotatably mounted on a differential cage of the differential gear, which mesh with two bevel gears. The first bevel gear is rotatably connected to the first output shaft. Furthermore, the second bevel gear is rotatably connected to the second output shaft.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Differentialgetriebe als Stirnraddifferential ausgebildet und weist zwei Planetenradsätze mit jeweils mehreren ersten und zweiten Planetenrädern auf. Die jeweiligen Planetenräder des Differentialgetriebes sind an einem Differentialkorb des Differentialgetriebes drehbar gelagert, wobei der Differentialkorb als Planetenträger ausgebildet ist. Die ersten Planetenräder des Differentialgetriebes stehen mit einem ersten Stirnrad, das mit der ersten Abtriebswelle drehfest verbunden ist, im Zahneingriff, wobei die zweiten Planetenräder des Differentialgetriebes mit einem zweiten Stirnrad, das mit der zweiten Abtriebswelle drehfest verbunden ist, im Zahneingriff stehen. Ferner stehen die ersten Planetenräder des Differentialgetriebes paarweise mit den zweiten Planetenrädern des Differentialgetriebes im Zahneingriff.According to an alternative embodiment of the invention, the differential gear is designed as a spur gear differential and has two planetary gear sets, each with a plurality of first and second planetary gears. The respective planet gears of the differential gear are rotatably mounted on a differential cage of the differential gear, the differential cage being designed as a planet carrier. The first planet gears of the differential gear mesh with a first spur gear, which is non-rotatably connected to the first output shaft, the second planet gears of the differential gear mesh with a second spur gear, which is non-rotatably connected to the second output shaft. Furthermore, the first planet gears of the differential gear are in pairs with the second planet gears of the differential gear.
Zwei miteinander im Zahneingriff stehende Zahnräder sind zur Übertragung eines Drehmoments und einer Drehzahl von dem einen Zahnrad auf das andere Zahnrad vorgesehen. Unter einem Zahnrad sind beispielsweise eine Verzahnung, ein Sonnenrad, ein Hohlrad, ein Planetenrad und ein Ritzel zu verstehen.Two gearwheels that mesh with one another are provided for transmitting a torque and a speed from one gearwheel to the other gearwheel. A gearwheel is to be understood, for example, as a toothing, a sun gear, a ring gear, a planet gear and a pinion.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Differentialgetriebe achsparallel zum Planetenradsatz und zum Stufenplanetenradsatz angeordnet.According to a preferred embodiment of the invention, the differential gear is arranged axially parallel to the planetary gear set and to the stepped planetary gear set.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Differentialgetriebe koaxial zum Planetenradsatz und zum Stufenplanetenradsatz angeordnet.According to a further preferred embodiment of the invention, the differential gear is arranged coaxially with the planetary gear set and with the stepped planetary gear set.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Differentialgetriebe quer zum Planetenradsatz und zum Stufenplanetenradsatz angeordnet. Mithin sind die beiden Abtriebswellen des Differentialgetriebes quer und somit um 90° verdreht zum Planetenradsatz und zum Stufenplanetenradsatz ausgebildet.According to a further preferred embodiment of the invention, the differential gear is arranged transversely to the planetary gear set and to the step planetary gear set. Thus, the two output shafts of the differential gear are transverse and thus rotated by 90 ° to the planetary gear set and to the stepped planetary gear set.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Planetenträger über einen Winkeltrieb mit dem Differentialgetriebe wirkverbunden. Insbesondere ist der zweite Planetenträger mit einem Zahnrad verbunden, wobei das Zahnrad mit einem weiteren Zahnrad am Differentialgetriebe im Zahneingriff steht. Das Zahnrad am Differentialgetriebe ist beispielsweise mit einem Differentialkorb des Differentialgetriebes wirkverbunden. Die beiden Zahnräder bilden somit den Winkeltrieb und ermöglichen die Anordnung des Differentialgetriebes quer zur elektrischen Maschine und zum Planetenradsatz sowie zum Stufenplanetenradsatz.According to a preferred embodiment of the invention, the second planet carrier is operatively connected to the differential gear via an angular drive. In particular, the second planet carrier is connected to a gearwheel, the gearwheel meshing with another gearwheel on the differential gear. The gearwheel on the differential gear is, for example, operatively connected to a differential carrier of the differential gear. The two gears thus form the angular drive and enable the arrangement of the differential gear transverse to the electrical machine and to the planetary gear set and to the stepped planetary gear set.
Vorzugsweise ist die elektrische Maschine achsparallel zum Planetenradsatz und zum Stufenplanetenradsatz angeordnet. Mit anderen Worten ist die Rotorwelle achsparallel zum Planetenradsatz und zum Stufenplanetenradsatz ausgebildet.The electrical machine is preferably arranged axially parallel to the planetary gear set and to the stepped planetary gear set. In other words, the rotor shaft is axially parallel to the planetary gear set and to the stepped planetary gear set.
Alternativ ist die elektrische Maschine koaxial zum Planetenradsatz und zum Stufenplanetenradsatz angeordnet. Mit anderen Worten drehen die Rotorwelle sowie der Planetenradsatz und der Stufenplanetenradsatz um eine gemeinsame Drehachse.Alternatively, the electrical machine is arranged coaxially with the planetary gear set and with the stepped planetary gear set. In other words, the rotor shaft and the planetary gear set and the stepped planetary gear set rotate about a common axis of rotation.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Rotorwelle ein erstes und zweites drehfest daran angeordnetes Ritzel auf, wobei das erste Ritzel mit der ersten Kupplung wirkverbunden ist, und wobei das zweite Ritzel mit der zweiten Kupplung wirkverbunden ist. Mithin ist die Rotorwelle als Doppelritzelwelle ausgebildet. Vorzugsweise weist das erste Ritzel einen kleineren Durchmesser als das zweite Ritzel auf. Insbesondere steht das jeweilige Ritzel mit einem jeweiligen verzahnten Kupplungselement der jeweiligen Kupplung im Zahneingriff.According to a preferred embodiment, the rotor shaft has a first and a second pinion arranged in a rotationally fixed manner thereon, the first pinion being operatively connected to the first clutch, and the second pinion being operatively connected to the second clutch. The rotor shaft is therefore designed as a double pinion shaft. The first pinion preferably has a smaller diameter than the second pinion. In particular, the respective pinion meshes with a respective toothed coupling element of the respective coupling.
Bevorzugt ist der zweite Planetenträger drehfest mit einem Abtriebszahnrad verbunden, wobei das Abtriebszahnrad mit einer Verzahnung eines Differentialkorbs des Differentialgetriebes im Zahneingriff steht. Mithin wird über den Zahneingriff zwischen dem Abtriebszahnrad und der Verzahnung am Differentialkorb Antriebsleistung in das achsparallel zur elektrischen Maschine angeordnete Differentialgetriebe eingespeist. Insbesondere ist das Abtriebszahnrad achsparallel zum Differentialgetriebe angeordnet. Vorzugsweise ist das Abtriebszahnrad auf einer gemeinsamen Achse mit der elektrischen Maschine und somit auch mit der Rotorwelle angeordnet. Alternativ ist das Abtriebszahnrad achsparallel zur elektrischen Maschine und somit auch zur Rotorwelle angeordnet.The second planet carrier is preferably connected in a rotationally fixed manner to an output gearwheel, the output gearwheel being in meshing engagement with a toothing of a differential carrier of the differential gear. Drive power is therefore fed into the differential gear arranged parallel to the axis of the electrical machine via the tooth mesh between the driven gear and the teeth on the differential cage. In particular, the driven gear is arranged axially parallel to the differential gear. The output gearwheel is preferably arranged on a common axis with the electrical machine and thus also with the rotor shaft. Alternatively, the driven gear is axially parallel arranged to the electrical machine and thus also to the rotor shaft.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung vier bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
-
1 eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, -
2 eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, -
3 eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und -
4 eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
-
1 1 shows a simplified schematic illustration to illustrate the structure of a drive device according to the invention in accordance with a first exemplary embodiment, -
2nd 1 shows a simplified schematic illustration to illustrate the structure of a drive device according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment, -
3rd a simplified schematic representation to illustrate the structure of a drive device according to the invention according to a third embodiment, and -
4th a simplified schematic representation to illustrate the structure of a drive device according to the invention according to a fourth embodiment.
Gemäß den
Die Getriebevorrichtung
Gemäß
Gemäß
Gemäß
Gemäß
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- elektrische Maschineelectrical machine
- 2a, 2b2a, 2b
- Kupplungclutch
- 33rd
- GetriebevorrichtungGear device
- 44th
- PlanetenradsatzPlanetary gear set
- 4a4a
- PlanetenradPlanet gear
- 55
- StufenplanetenradsatzStepped planetary gear set
- 5a5a
- StufenplanetenradStepped planet gear
- 5b, 5c5b, 5c
- Zahnradgear
- 66
- DifferentialgetriebeDifferential gear
- 7a, 7b7a, 7b
- SonnenradSun gear
- 8a, 8b8a, 8b
- HohlradRing gear
- 9a, 9b9a, 9b
- PlanetenträgerPlanet carrier
- 1010th
- RotorwelleRotor shaft
- 10a, 10b10a, 10b
- Ritzelpinion
- 1111
- AbtriebszahnradOutput gear
- 1212
- VerzahnungGearing
- 1313
- DifferentialkorbDifferential cage
- 1414
- WinkeltriebAngular drive
- 1515
- erste Drehachsefirst axis of rotation
- 1616
- zweite Drehachsesecond axis of rotation
- 17a, 17b17a, 17b
- AbtriebswelleOutput shaft
- 1818th
- dritte Drehachsethird axis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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2018
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