DE102019132941A1 - Antriebseinheit und Antriebsanordnung - Google Patents

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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, sowie eine Antriebsanordnung.Die Antriebseinheit (1) umfasst eine erste elektrische Rotationsmaschine (10) sowie eine zweite elektrische Rotationsmaschine (20) und eine erste Welle (40) sowie eine zweite Welle (41), wobei ein Rotor (11) der ersten elektrischen Rotationsmaschine (10) drehfest mit der ersten Welle (40) verbunden ist und ein Rotor (21) der zweiten elektrischen Rotationsmaschine (20) drehfest mit der zweiten Welle (41) verbunden ist und wobei die Antriebseinheit (1) weiterhin eine Trennkupplung (50) aufweist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass eine der beiden elektrischen Rotationsmaschinen (10, 20) zumindest bereichsweise radial sowie axial innerhalb eines von der jeweils anderen elektrischen Rotationsmaschine (10, 20) radial begrenzten Raums angeordnet ist.Mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit sowie der Antriebsanordnung lässt sich ein optimaler Betrieb kostengünstig und besonders bauraumsparend gewährleisten.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, sowie eine Antriebsanordnung.
  • Aus dem Stand der Technik sind diverse Antriebseinheiten bekannt, die in Antriebsanordnungen oder Antriebssträngen integriert sind.
  • Die DE 11 2015 006 071 T5 offenbart ein Hybridfahrzeugantriebssystem mit einem Generator, der unter Verwendung der Leistung eines Verbrennungsmotors elektrische Energie generieren kann; einem Elektromotor, der durch elektrische Energie angetrieben wird, um Räder anzutreiben; einem Gehäuse, das den Generator und den Elektromotor aufnimmt, und mit einer Leistungssteuereinheit zum Steuern des Generators und des Elektromotor. Der Generator und der Elektromotor sind dabei nebeneinander auf einer gleichen Achse in dem Gehäuse angeordnet.
  • In der WO 2019 101 264 A1 ist ein Antriebsstrang für ein Hybridkraftfahrzeug offenbart. Der Antriebsstrang umfasst eine Getriebeeingangswelle, die über einen ersten Teilantriebsstrang mit einer ersten elektrischen Maschine und einer Verbrennungskraftmaschine zur Drehmomentübertragung in Wirkbeziehung steht und die über einen zweiten Teilantriebsstrang mit einer zweiten elektrischen Maschine zur Drehmomentübertragung in Wirkbeziehung steht. Die beiden elektrischen Maschinen sind dabei koaxial sowie axial benachbart zueinander angeordnet.
  • Die US 2016 / 0218584 A1 beschreibt eine Steuerungseinheit, welche zur Steuerung elektrischer Maschinen dient, wobei die Steuerungseinheit an einem Gehäuse der die elektrischen Maschinen umfassenden Antriebseinheit montiert ist. Die Antriebseinheit umfasst dabei zwei elektrische Maschinen, welche koaxial sowie axial benachbart zueinander angeordnet sind.
  • Eine Antriebseinheit mit mehreren elektrischen Rotationsmaschinen in einer Antriebsanordnung zu integrieren, die für ein Hybridkraftahrzeug vorgesehen ist, unterliegt besonders in axialer Richtung strengen Bauraumanforderungen. Insbesondere bei Einsatz einer derartigen Antriebseinheit in sogenannten Front-Quer-Anordnungen in Kraftfahrzeugen, in welchen die elektrischen Rotationsmaschinen und die Verbrennungskraftmaschine als Frontantriebe eingesetzt werden und eine jeweilige Rotationsachse einer elektrischen Rotationsmaschine und der Verbrennungskraftmaschine quer zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, ist eine axial besonders kurz bauende Antriebsanordnung vorteilhaft.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit sowie eine damit ausgestattete Antriebsanordnung zur Verfügung zu stellen, die in kostengünstiger Ausgestaltung sowie bauraumsparender Weise einen optimalen Betrieb gewährleisten.
  • Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Antriebseinheit nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Antriebseinheit sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben.
  • Ergänzend wird eine Antriebsanordnung, welches die Antriebseinheit aufweist, gemäß Anspruch 9 zur Verfügung gestellt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Antriebsanordnung ist im Unteranspruch 10 angegeben.
  • Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
  • Die Begriffe „axial“ und „radial“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Rotationsachse der Antriebseinheit, die der Rotationsachse zumindest einer der von der Antriebseinheit umfassten elektrischen Rotationsmaschinen entspricht.
  • Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges. Die Antriebseinheit umfasst eine erste elektrische Rotationsmaschine sowie eine zweite elektrische Rotationsmaschine und eine erste Welle sowie eine zweite Welle, wobei ein Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine drehfest mit der ersten Welle verbunden ist und ein Rotor der zweiten elektrischen Rotationsmaschine drehfest mit der zweiten Welle verbunden ist. Die Antriebseinheit weist weiterhin eine Trennkupplung auf, mit der der Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine zur Drehmomentübertragung mit der zweiten Welle verbindbar oder verbunden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine der beiden elektrischen Rotationsmaschinen zumindest bereichsweise radial sowie axial innerhalb eines von der jeweils anderen elektrischen Rotationsmaschine radial begrenzten Raums angeordnet ist.
  • In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die radial innen angeordnete elektrische Rotationsmaschine radial sowie axial vollständig innerhalb eines von der jeweils anderen elektrischen Rotationsmaschine radial begrenzten Raums angeordnet ist.
  • Die Trennkupplung ist in einem von der ersten elektrischen Rotationsmaschine zur zweiten Welle verlaufenden Drehmoment-Übertragungspfad angeordnet bzw. dazu eingerichtet, diesen Drehmoment-Übertragungspfad zu öffnen und zu schließen. Die Antriebseinheit kann ein Betätigungssystem zur Betätigung der Trennkupplung umfassen, wobei ein Ausrücklager des Betätigungssystems einreihig oder zweireihig ausführbar ist.
  • Vorteilhafterweise sind die Drehachsen der Rotoren der elektrischen Rotationsmaschinen koaxial positioniert.
  • Die radiale Verschachtelung der beiden elektrischen Rotationsmaschinen bewirkt den Vorteil, dass bei der Herstellung der einzelnen Bleche des Rotor-Pakets und des Stator-Pakets beider elektrischer Rotationsmaschinen aus einer Platine mit einem Stanz-Hub sowohl ein Blech des Rotors der radial inneren elektrischen Rotationsmaschine als auch des Stators der radial inneren elektrischen Rotationsmaschine und auch des Stators der radial äußeren elektrischen Rotationsmaschine sowie des Rotors der radial äußeren elektrischen Rotationsmaschine ausgeschnitten werden kann.
  • Der Rotor der radial äußeren elektrischen Rotationsmaschine kann zwecks seiner Verbindung zur zweiten Welle von einem Rotorträger getragen sein, welcher mit der zweiten Welle verbunden ist, wobei der Rotor dabei insbesondere kraft- und/oder formschlüssig mit dem Rotorträger verbunden ist und der Rotorträger kraft- und/oder formschlüssig mit der zweiten Welle verbunden ist.
  • Zwecks drehbarer Lagerung der ersten Welle und/oder der zweiten Welle kann die Antriebseinheit ein Zentrallager bzw. eine zentrale Lagereinheit aufweisen, welches ein- oder mehrteilig ausgestaltet ist, und mittels welchem die erste Welle und/oder die zweite Welle an einem Gehäuse der Antriebseinheit gelagert sind. Der Rotorträger der radial äußeren elektrischen Rotationsmaschine kann dabei unmittelbar über das Zentrallager gelagert sein oder mittelbar über die zweite Welle am Zentrallager gelagert sein. Das Zentrallager ist beispielsweise als Rollen-, Kugel- oder Schrägkugellager ausgestaltet.
  • Die Antriebseinheit kann ein Befestigungselement umfassen, welches mit der ersten oder zweiten Welle verschraubt ist, zwecks Sicherung der Position des Rotorträgers der radial äußeren elektrischen Rotationsmaschine in Bezug zur Position der zweiten Welle.
  • Vorteilhafterweise kann die radial innere elektrische Rotationsmaschine als Generator betrieben werden. Der Rotor der radial inneren elektrischen Rotationsmaschine ist relativ klein ausgeführt und hat somit ein geringeres Massenträgheitsmoment als der Rotor der radial äußeren Rotationsmaschine.
  • Entsprechend kann die radial äußere elektrische Rotationsmaschine vorteilhafterweise als Antriebseinheit eingesetzt werden, da der Rotor dieser elektrischen Rotationsmaschine relativ groß ist und ein entsprechend großes Drehmoment erzeugen kann.
  • Damit ist nicht ausgeschlossen, dass sowohl die radial innere elektrische Rotationsmaschine als auch die radial äußere elektrische Rotationsmaschine zwecks Antrieb eines mit der Antriebseinheit ausgestatteten Kraftfahrzeugs einsetzbar ist. Beispielsweise kann die radial innere elektrische Rotationsmaschine dazu eingesetzt werden, Drehmoment an eine Eingangsseite der Antriebseinheit zu leiten, sodass ein Start einer an die Eingangsseite anschließbaren Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann. Alternativ kann auch eine oder können auch beide elektrischen Rotationsmaschinen Drehmoment zur Verfügung stellen und zusammen mit einer angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine einen Hybrid-Betrieb der Antriebseinheit realisieren.
  • In einer Ausführungsform ist die erste elektrische Rotationsmaschine zumindest bereichsweise radial sowie axial innerhalb eines von der zweiten elektrischen Rotationsmaschine radial begrenzten Raums angeordnet.
  • Dabei ist die erste elektrische Rotationsmaschine als Innenläufermotor ausgebildet und die zweite elektrische Rotationsmaschine als Außenläufermotor ausgebildet, wobei der Stator der ersten elektrischen Rotationsmaschine sowie der Stator der zweiten elektrischen Rotationsmaschine mechanisch aneinander fixiert sind. Entsprechend ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine innerhalb eines vom Stator der zweiten elektrischen Rotationsmaschine radial begrenzten Raums angeordnet ist.
  • Gemäß einer ergänzenden Ausführungsform der Erfindung sind die Statoren der beiden elektrischen Rotationsmaschinen auf einem gemeinsamen Stator-Träger angeordnet.
  • Der Stator-Träger ist wiederum an einem Gehäuse der Antriebseinheit fixiert. Insbesondere kann dieser Stator-Träger hinsichtlich seiner radialen Position zwischen den Statoren der beiden elektrischen Rotationsmaschinen angeordnet sein und mit diesen mechanisch verbunden sein, sodass der Stator-Träger beide Statoren fixiert.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die Statoren der beiden elektrischen Rotationsmaschinen integrale Bestandteile einer Stator-Einheit.
  • Diese Stator-Einheit kann wiederum an einem Gehäuse der Antriebseinheit fixiert sein. Diese alternative Ausgestaltungsform nutzt also keinen extra Stator-Träger zwischen den einzelnen Statoren, sondern umfasst eine kompakte Einheit, die lediglich durch die beiden Statoren ausgebildet ist.
  • Die Fixierung der Stator-Einheit an einem Gehäuse der Antriebseinheit kann durch mehrere Schraubverbindungen realisiert sein. Eine jeweilige Schraube einer Schraubverbindung ist dabei insbesondere in axialer Richtung durch die Stator-Einheit durchgeführt und in einem Gehäuse der Antriebseinheit verschraubt.
  • In einer Ausführungsform der Antriebseinheit umfasst diese ein erstes Gehäuse sowie ein zweites Gehäuse, welche zusammen einen Gehäuseinnenraum definieren, in welchem die beiden elektrischen Rotationsmaschinen angeordnet sind und in welchem die erste Welle und die zweite Welle zumindest bereichsweise angeordnet sind.
  • Insbesondere sind ein gemeinsamer Stator-Träger oder eine Stator-Einheit mit dem ersten Gehäuse mechanisch verbunden, wobei die Rotoren der beiden elektrischen Rotationsmaschinen am zweiten Gehäuse gelagert sind.
  • Insbesondere kann die zweite Welle am zweiten Gehäuse gelagert sein, wobei die erste Welle am ersten Gehäuse und an der zweiten Welle gelagert sein kann.
  • Zudem kann eine Leistungselektronik zur Steuerung der elektrischen Rotationsmaschinen vom zweiten Gehäuse getragen sein.
  • In einer konstruktiv vorteilhaften Ausführungsform sind die beiden Wellen koaxial angeordnet.
  • Zu diesem Zweck ist insbesondere vorgesehen, dass sie zweite Welle als Hohlwelle ausgestaltet ist und die erste Welle abschnittsweise innerhalb der zweiten Welle verläuft.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Antriebseinheit eine erste Übersetzungsstufe, wobei die erste Übersetzungsstufe durch ein Anschlusselement der Antriebseinheit, welches ein innenverzahntes Zahnrad umfasst, und die erste Welle, welche ein Element mit einer Außenverzahnung aufweist, ausgebildet ist, wobei die Verzahnung des innenverzahnten Zahnrades sowie die Außenverzahnung zwecks Übertragung der Drehbewegung vom Anschlusselement auf die erste Welle miteinander kämmen.
  • Entsprechend ist die erfindungsgemäße Antriebseinheit als ein sogenanntes HybridGetriebe ausgestaltet. Das bedeutet also, dass die Antriebseinheit neben den elektrischen Rotationsmaschinen und den Wellen auch ein Getriebe umfasst. Insbesondere kann das Element mit der Außenverzahnung ein drehfest auf der ersten Welle angeordnetes Zahnrad sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist die Antriebseinheit eine zweite Übersetzungsstufe auf, welche durch eine Verzahnung, insbesondere eine Außenverzahnung, der zweiten Welle und ein erstes, mit der Verzahnung der zweiten Welle kämmendes, Zahnrad ausgebildet ist.
  • In einer Ausführungsform, in der die Antriebseinheit ein Getriebe aufweist, kann das erste Zahnrad drehfest mit einer Zwischenwelle des Getriebes gekoppelt sein.
  • Dieses Getriebe kann im Abtriebsbereich ein Differenzial-Getriebe umfassen. Dabei kann eine Außenverzahnung der Zwischenwelle mit einem Eingangs-Zahnrad des Differenzial-Getriebes kämmen, wodurch eine dritte Übersetzungsstufe realisiert wird. Die zweite Welle fungiert somit hier als Getriebeeingangswelle und steht mit dem Getriebe in Wirkverbindung, so dass ein von der zweiten Welle zur Verfügung gestelltes Drehmoment bzw. die von der zweiten Welle realisierte Drehbewegung über das Getriebe über- oder untersetzt an eine weitere Getriebeeinheit eines Kraftfahrzeugs geleitet werden kann, oder auch direkt auf Antriebsräder eines Kraftfahrzeuges geleitet werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Antriebseinheit weist den Vorteil auf, dass durch die axiale Schachtelung der elektrischen Rotationsmaschinen axial deutlich weniger Bauraum benötigt wird als in herkömmlichen Antriebseinheiten mit zwei elektrischen Rotationsmaschinen.
  • Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine Antriebsanordnung zur Verfügung gestellt, die eine erfindungsgemäße Antriebseinheit sowie eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, wobei ein Abtriebselement der Verbrennungskraftmaschine drehfest mit dem Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine gekoppelt oder koppelbar ist.
  • Im Betrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, mit einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung, umfassend eine erfindungsgemäße Antriebseinheit sowie eine Verbrennungskraftmaschine, werden z.B. folgende Fahrbetriebsmodi ermöglicht:
    • - Elektrisches Fahren und Rekuperieren:
      • Die Trennkupplung ist geöffnet, wodurch die zweite elektrische Rotationsmaschine von der ersten elektrischen Rotationsmaschine und der Verbrennungskraftmaschine abgekoppelt ist. Die zweite elektrische Rotationsmaschine wird somit separat als Traktionsmaschine oder als Generator angesteuert. Die Verbrennungskraftmaschine und die erste elektrische Rotationsmaschine sind nicht in Betrieb.
    • - Seriell Fahren und Laden:
      • Die Trennkupplung ist geöffnet. Die Verbrennungskraftmaschine wird mittels der ersten elektrischen Rotationsmaschine gestartet, wobei die Verbrennungskraftmaschine die erste elektrische Rotationsmaschine antreiben kann und folglich die erste elektrische Rotationsmaschine als Generator angesteuert wird, um die Batterie des Kraftfahrzeugs zu laden. Die zweite elektrische Rotationsmaschine wird als Traktionsmaschine angesteuert.
    • - Parallel Hybridantrieb, Laden und Boosten:
      • Die Trennkupplung ist geschlossen, wodurch die erste elektrische Rotationsmaschine, die zweite elektrische Rotationsmaschine sowie die Verbrennungskraftmaschine miteinander gekoppelt sind. Das Kraftfahrzeug wird mittels der
  • Verbrennungskraftmaschine und / oder einer oder beider elektrischen Rotationsmaschinen angetrieben. Die beiden elektrischen Rotationsmaschinen können hier als Traktionsmaschine oder als Generator angesteuert werden.
  • In weiterer Ausgestaltung umfasst die Antriebsanordnung auch wenigstens eine Radantriebswelle, an welcher Räder eines mit der Antriebsanordnung ausgestalteten Kraftfahrzeugs anzuordnen sind, und welche über das Getriebe der Antriebseinheit mit der zweiten Welle der Antriebseinheit verbunden ist, sodass eine von der zweiten Welle realisierte Drehbewegung durch das Getriebe auf die Radantriebswelle und damit auf die Räder übertragen werden kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Antriebsanordnung umfasst die Antriebsanordnung einen mit dem Anschlusselement der Antriebseinheit drehfest verbundenen Schwingungsdämpfer sowie ein mechanisch an die Verbrennungskraftmaschine angeschlossenes Gehäuseelement, wobei der Schwingungsdämpfer in dem Gehäuseelementangeordnet ist.
  • Das Gehäuseelement ist dabei vorteilhafterweise an das zweite Gehäuse der Antriebseinheit angeschlossen.
  • Im Gehäuseelement kann ein Pumpenaktor eines Kühlkreislaufs der Antriebseinheit gelagert sein.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, die Zwischenwelle und/oder die Radantriebswelle axial einerseits im Gehäuseelement und andererseits im zweiten Gehäuse zu lagern.
  • Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in
    • 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung mit erfindungsgemäßer Antriebseinheit,
    • 2: einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung in geschnittener Seitenansicht,
    • 3: einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Antriebseinheit im Bereich der elektrischen Rotationsmaschinen und
    • 4: einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit im Bereich der elektrischen Rotationsmaschinen in einer alternativen Ausführungsform.
  • In 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 100 mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 dargestellt. Die Antriebseinheit 1 umfasst eine erste elektrische Rotationsmaschine 10, eine zweite elektrische Rotationsmaschine 20, eine erste Welle 40 sowie eine zweite Welle 41.
  • Des Weiteren umfasst die Antriebsanordnung 100 eine Verbrennungskraftmaschine 110 und einen Schwingungsdämpfer 101, wobei ein Abtriebselement 111 der Verbrennungskraftmaschine 110 mit dem Schwingungsdämpfer 101 gekoppelt ist. Der Schwingungsdämpfer 101 ist außerdem mit einem Anschlusselement 4 der Antriebsanordnung 1 verbunden, welches als eine Eingangsseite 2 der Antriebsanordnung 1 fungiert. Die Verbrennungskraftmaschine 110 ist damit über den Schwingungsdämpfer 110 mit der Antriebsanordnung 1 gekoppelt.
  • Das Anschlusselement 4 ist mit der ersten Welle 40 derart gekoppelt, dass eine erste Übersetzungsstufe 70 zwischen dem Anschlusselement 4 und der ersten Welle 40 ausgebildet ist.
  • Ein Rotor 11 der ersten elektrische Rotationsmaschine 10 ist mit der ersten Welle 40 drehfest verbunden und ein Rotor 21 der zweiten elektrische Rotationsmaschine 20 ist mit der zweiten Welle 41 drehfest verbunden. Die Verbindung des Rotors 11 der ersten elektrischen Rotationsmaschine 10 mit der ersten Welle 40 ist derart realisiert, dass der Rotor 11 der ersten elektrische Rotationsmaschine 10 direkt auf der ersten Welle 40 angeordnet ist. Der Rotor 21 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 20 ist hingegen von einem Rotorträger 30 getragen und der Rotorträger 30 ist mit der zweiten Welle 41 verbunden.
  • Die erste elektrische Rotationsmaschine 10 ist radial sowie bereichsweise axial innerhalb eines von der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 20 radial begrenzten Raums angeordnet. Dabei ist die erste elektrische Rotationsmaschine 10 als Innenläufermotor ausgebildet und die zweite elektrische Rotationsmaschine 20 als Außenläufermotor ausgebildet, wobei ein Stator 12 der ersten elektrischen Rotationsmaschine 10 sowie ein Stator 22 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 20 mechanisch aneinander fixiert sind.
  • Eine Trennkupplung 50 der Antriebseinheit 1 ist mit ihrer Eingangsseite 51 mit der ersten Welle 40 verbunden und mit ihrer Ausgangsseite 52 mit der zweiten Welle 41 verbunden. Die Trennkupplung 50 dient somit zur Drehmomentübertragung zwischen der ersten Welle 40 und der zweiten Welle 41. Entsprechend kann mittels der Trennkupplung 50 ein Drehmoment-Übertagungspfad zwischen dem Rotor 11 der ersten elektrischen Rotationsmaschine 10 und dem Rotor 21 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 20 geöffnet oder geschlossen werden.
  • Die zweite Welle 41 ist als Hohlwelle ausgestaltet und die erste Welle 40 verläuft abschnittsweise radial innerhalb der zweiten Welle 41. Die beiden Wellen 40, 41 verlaufen somit koaxial zueinander, wobei auch die Rotoren 11, 21 der beiden elektrischen Rotationsmaschinen 10, 20 koaxial zueinander und koaxial zu den Wellen 40, 41 angeordnet sind.
  • Die zweite Welle 41 ist über eine zweite Übersetzungsstufe 71 mit einer Zwischenwelle 81 verbunden. Die Zwischenwelle 81 verläuft dabei parallel zur zweiten Welle 41.
  • Die Zwischenwelle 81 ist über eine dritte Übersetzungsstufe 72 mit einem Eingangselement eines Differentialgetriebes 80 der Antriebseinheit 1 zwecks Übertragung von Drehmoment verbunden. Das Differentialgetriebe 80 bildet eine Ausgangsseite 3 der Antriebseinheit 1.
  • Eine Radantriebswelle 103, an welcher Räder eines mit der Antriebsanordnung 100 ausgestatteten Kraftfahrzeugs anzuordnen sind, bildet den Ausgang des Differentialgetriebes 80, so dass eine von der zweiten Welle 41 realisierte Drehbewegung über die zweite Übersetzungsstufe 71 und die dritte Übersetzungsstufe 72 sowie über das Differenzialgetriebe 80 auf die Radantriebswelle 103 und damit auf die Räder übertragen werden kann.
  • Ein von der Verbrennungskraftmaschine 110 bereitgestelltes Drehmoment wird über den Schwingungsdämpfer 101 und über die erste Übersetzungsstufe 70 an die erste Welle 40 der Antriebseinheit 1 übertragen. Ist die Trennkupplung 50 dabei geöffnet, wird das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 110 lediglich an den Rotor 11 der ersten elektrischen Rotationsmaschine 10 geleitet. Derart kann die erste elektrische Rotationsmaschine 10 im Generatorbetrieb zum Laden einer Batterie genutzt werden. Ist die Trennkupplung 50 geschlossen, wird das von der Verbrennungskraftmaschine 110 bereitgestellte Drehmoment von der ersten Welle 40 auf die zweite Welle 41 übertragen. Von der zweiten Welle 41 wird das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 110 über die zweite Übersetzungsstufe 71 auf die Zwischenwelle 81 und über die dritte Übersetzungsstufe 72 in das Differentialgetriebe 80 geleitet. Über das Differentialgetriebe 80 gelangt das Drehmoment mittels der Radantriebswelle 103 an Räder eines mit der Antriebsanordnung 100 ausgestatteten Kraftfahrzeugs.
  • Ein vom Rotor 11 der ersten elektrischen Rotationsmaschine 10 bereitgestelltes Drehmoment kann bei geöffneter Trennkupplung 50 über die erste Übersetzungsstufe 70 an die Verbrennungskraftmaschine 110 übertragen werden. Bei geschlossener Trennkupplung 50 über die zweite Übersetzungsstufe 71 und die dritte Übersetzungsstufe 72 an das Differentialgetriebe 80 und damit an die Radantriebswelle 103 übertragen.
  • Ein vom Rotor 21 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 20 bereitgestelltes Drehmoment wird unabhängig einer Schaltung der Trennkupplung 50 über die zweite Übersetzungsstufe 71 und die dritte Übersetzungsstufe 72 an das Differentialgetriebe 80 und damit an die Radantriebswelle 103 übertragen.
  • Die Antriebsanordnung 100 kann entsprechend in einer Vielzahl an Fahrbetriebsmodi betrieben werden.
  • 2 zeigt einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 100 in geschnittener Seitenansicht.
  • Die 2 ist eine detailliertere Darstellung einzelner der in 1 angedeuteten Komponenten, wobei in 2 die Verbrennungskraftmaschine nicht gezeigt ist und das an den Schwingungsdämpfer 101 gekoppelte Abtriebselement 111 der Verbrennungskraftmaschine nur teilweise dargestellt ist.
  • In 2 sind ein erstes Gehäuse 60, ein zweites Gehäuse 61 sowie ein Gehäuseelement 62 erkennbar, welche miteinander verbunden sind und ein Gesamt-Gehäuse der Antriebsanordnung 100 bzw. der Antriebseinheit 1 ausbilden. Das erste und zweite Gehäuse 60, 61 dienen der Aufnahme der beiden elektrischen Rotationsmaschinen 10, 20, wobei das Gehäuseelement 62 dazu dient, das erste Gehäuse 60 und das zweite Gehäuse 61 mit einem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) zu koppeln. Das erste Gehäuse 60 ist dazu in axialer Richtung fest mit dem zweiten Gehäuse 61 verbunden, wobei das Gehäuseelement 62 auf der dem ersten Gehäuse 60 axial gegenüberliegenden Seite des zweiten Gehäuses 61 mit dem zweiten Gehäuse 61 fest verbunden ist.
  • Die erste Welle 40 ist mit ihrem ersten axialen Endbereich 42 über ein einreihiges Stützlager 92 im ersten Gehäuse 60 gelagert und mit ihrem zweiten axialen Endbereich 43 über ein Nadellager 91 radial innen an einem zweiten axialen Endbereich 45 der zweiten Welle 41 gelagert.
  • Die zweite Welle 41 ist mit ihrem ersten axialen Endbereich 44 über eine zentrale Lagereinheit 90 am zweiten Gehäuse 61 gelagert. Diese zentrale Lagereinheit 90 umfasst zwei koaxial angeordnete Wälzlager, die axial dicht nebeneinander positioniert sind.
  • Weiterhin ist ein die Statoren 12, 22 der elektrischen Rotationsmaschinen 10, 20 tragender gemeinsamer Stator-Träger 32 fest mit dem ersten Gehäuse 60 verbunden, so dass die Statoren 12, 22 der elektrischen Rotationsmaschinen 10, 20 vom ersten Gehäuse 60 getragen sind. Der Rotorträger 30 des Rotors 21 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 20 ist mittels eines Wälzlagers der zentralen Lagereinheit 90 am zweiten Gehäuse 61 gelagert. Mit dem Rotorträger 30 ist zudem ein Geberelement eines Rotorlagesensors 34 verbunden, wobei ein Detektorelement des Rotorlagesensors 34 mit dem zweiten Gehäuse 61 verbunden ist, so dass eine Detektion einer Winkelposition und/oder einer Drehgeschwindigkeit des Rotors 21 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 20 bzw. des Rotorträgers 30 von dem Rotorlagesensor 34 durchführbar ist.
  • Außerdem sind die Zwischenwelle 81 und die Radantriebswelle 103 jeweils auf ihrer den elektrischen Rotationsmaschinen 10, 20 zugewandten axialen Seite im zweiten Gehäuse 61 gelagert und an deren gegenüberliegenden axialen Seite im Gehäuseelement 62 gelagert. Das Anschlusselement 4 der Antriebseinheit 1 ist über eine zweireihige Lagereinheit 93 am Gehäuseelement 62 gelagert. Diese zweireihige Lagereinheit 93 umfasst zwei koaxial angeordnete Wälzlager, die axial dicht nebeneinander positioniert sind. Der Schwingungsdämpfer 101 ist im Gehäuseelement 62 angeordnet.
  • Die zentrale Lagereinheit 90 sowie das zweireihige Lagereinheit 93 sind dabei zur Verdeutlichung ihrer möglichen Ausgestaltungsformen jeweils in unterschiedlichen, möglichen Ausführungen dargestellt. Die zentrale Lagereinheit 90 ist mit Kegelrollenlagern und mit Schrägkugellagern gezeigt, wobei die zweireihige Lagereinheit 93 mit Kegelrollenlagern gezeigt ist. Allerdings können auch hier, wie zur zentralen Lagereinheit 90 erwähnt, andere Lager eingesetzt werden, wie z.B. Schrägkugellager.
  • Des Weiteren ist eine Leistungselektronik 102 radial außen auf dem ersten und zweiten Gehäuse 60, 61 angeordnet, wobei die Leistungselektronik 102 zur Steuerung der elektrischen Rotationsmaschinen 10, 20 eingerichtet ist. Zwischen dem zweiten Gehäuse 61 und der Leistungselektronik 102 ist zudem ein Wärmetauscher 105 eines Kühlkreislaufs zur Kühlung zumindest einer der elektrischen Rotationsmaschinen 10, 20 am zweiten Gehäuse 61 angeordnet. Ein Pumpenaktor 104 dieses Kühlkreislaufs ist vom Gehäuseelement 62 getragen.
  • 2 zeigt außerdem einen detaillierten Aufbau der Übersetzungsstufen 70, 71, 72. Die erste Übersetzungsstufe 70 ist derart ausgebildet, dass das Anschlusselement 4 ein innenverzahntes Zahnrad 5 umfasst, welches mit einer Außenverzahnung 46 am zweiten axialen Endbereich 43 der ersten Welle 40 kämmt.
  • Die zweite Welle 41 weist ebenfalls eine Außenverzahnung 47 an deren zweitem axialen Endbereich 45 auf, mit welcher sie mit einem ersten Zahnrad 82 in Eingriff steht, wobei das erste Zahnrad 82 drehfest auf der Zwischenwelle 81 angeordnet ist, so dass die zweite Übersetzungsstufe 71 zwischen der zweiten Welle 41 und der Zwischenwelle 81 ausgebildet ist.
  • Eine Außenverzahnung 84 der Zwischenwelle 81 steht mit einem zweiten Zahnrad 83 als Eingangselement des Differentialgetriebes 80 in Eingriff, wodurch die dritte Übersetzungsstufe 72 zwischen der Zwischenwelle 81 und dem Differentialgetriebe 80 ausgebildet ist.
  • Die Trennkupplung 50 entspricht einer reibschlüssig schließbaren Lamellenkupplung, deren Eingangsseite 51 durch Innenlamellen ausgebildet ist, welche axial neben dem Rotor 11 der ersten elektrischen Rotationsmaschine 10 auf der ersten Welle 40 angeordnet sind, wobei Außenlamellen der Trennkupplung 50 als deren Ausgangsseite 52 mit der zweiten Welle 41 verbunden sind.
  • Radial außerhalb der zentralen Lagereinheit 90 ist ein Betätigungssystem 53 zur Betätigung der Trennkupplung 50 am zweiten Gehäuse 61 angeordnet, wobei ein Drucktopf des Betätigungssystems 53 axial durch den Rotorträger 30 hindurch greift, um eine vom Betätigungssystem 53 bereitgestellte Betätigungskraft an die Trennkupplung 50 zwecks deren Schließung zu übertragen.
  • Weiterhin ist eine Sicherungsschraube 35 vorgesehen, welche am ersten axialen Endbereich 44 der zweiten Welle 41 in diese eingeschraubt ist, so dass ein Schraubenkopf der Sicherungsschraube 35 eine axial wirkende Vorspannkraft auf den Rotorträger 30 und die beiden Wälzlager der zentralen Lagereinheit 90 wirkt, wodurch die axiale Position des Rotorträgers 30 und der zentralen Lagereinheit 90 in Bezug zur zweiten Welle 41 gesichert ist.
  • In 3 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 im Bereich der elektrischen Rotationsmaschinen 10, 20 dargestellt.
  • Der Ausschnitt zeigt eine Antriebseinheit 1, identisch zur Ausführungsform der Antriebseinheit 1 aus 2.
  • Zu sehen ist in 3, dass der gemeinsame Stator-Träger 32 mittels einer Trägerschraube 33 mit dem ersten Gehäuse 60 verbunden ist. Dazu ist die Trägerschraube 33 axial durch einen radial verlaufenden Abschnitt des gemeinsamen Stator-Trägers 32 geführt und in axialer Richtung im ersten Gehäuse 60 verschraubt. Zudem ist der auf der radialen Innenseite des gemeinsamen Stator-Trägers 32 getragene Stator 12 der ersten elektrischen Rotationsmaschine 10 axial versetzt zum auf der radialen Außenseite des gemeinsamen Stator-Trägers 32 getragenen Stator 22 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 20.
  • Alternativ zur Antriebseinheit 1 aus 3 zeigt 4 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 im Bereich der elektrischen Rotationsmaschinen 10, 20 in einer alternativen Ausführungsform.
  • Unterschiedlich zur 3 ist hier, dass die Statoren 12, 22 der beiden elektrischen Rotationsmaschinen 10, 20 integrale Bestandteile einer Stator-Einheit 31 sind. Diese Stator-Einheit 31 ist am ersten Gehäuse 60 durch eine Trägerschraube 33 fixiert, die in axialer Richtung durch die gesamte Stator-Einheit 31 hindurchgeführt ist und im ersten Gehäuse 60 in axialer Richtung verschraubt ist. Diese alternative Ausführungsform nutzt also keinen extra Stator-Träger zwischen den einzelnen Statoren 12, 22, sondern umfasst eine kompakte Einheit, die lediglich durch die beiden Statoren 12, 22 ausgebildet ist.
  • Mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit sowie der Antriebsanordnung lässt sich in kostengünstiger Ausgestaltung sowie bauraumsparender Weise ein optimaler Betrieb gewährleisten.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebseinheit
    2
    Eingangsseite der Antriebseinheit
    3
    Ausgangsseite der Antriebseinheit
    4
    Anschlusselement der Antriebseinheit
    5
    innenverzahntes Zahnrad des Anschlusselements
    10
    erste elektrische Rotationsmaschine
    11
    Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine
    12
    Stator der ersten elektrischen Rotationsmaschine
    20
    zweite elektrische Rotationsmaschine
    21
    Rotor der zweiten elektrischen Rotationsmaschine
    22
    Stator der zweiten elektrischen Rotationsmaschine
    30
    Rotorträger der zweiten elektrischen Rotationsmaschine
    31
    Stator-Einheit
    32
    gemeinsamer Stator-Träger
    33
    Trägerschraube
    34
    Rotorlagesensor
    35
    Sicherungsschraube
    40
    erste Welle
    41
    zweite Welle
    42
    erster axialer Endbereich der ersten Welle
    43
    zweiter axialer Endbereich der ersten Welle
    44
    erster axialer Endbereich der zweiten Welle
    45
    zweiter axialer Endbereich der zweiten Welle
    46
    Außenverzahnung der ersten Welle
    47
    Außenverzahnung der zweiten Welle
    50
    Trennkupplung
    51
    Eingangsseite der Trennkupplung
    52
    Ausgangsseite der Trennkupplung
    53
    Betätigungssystem
    60
    erstes Gehäuse
    61
    zweites Gehäuse
    62
    Gehäuseelement
    70
    erste Übersetzungsstufe
    71
    zweite Übersetzungsstufe
    72
    dritte Übersetzungsstufe
    80
    Differentialgetriebe
    81
    Zwischenwelle
    82
    erstes Zahnrad
    83
    zweites Zahnrad
    84
    Außenverzahnung der Zwischenwelle
    90
    zentrale Lagereinheit
    91
    Nadellager
    92
    Stützlager
    93
    zweireihige Lagereinheit
    100
    Antriebsanordnung
    101
    Schwingungsdämpfer
    102
    Leistungselektronik
    103
    Radantriebswelle
    104
    Pumpenaktor
    105
    Wärmetauscher
    110
    Verbrennungskraftmaschine
    111
    Abtriebselement der Verbrennungskraftmaschine
  • 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
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    • WO 2019101264 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Antriebseinheit (1) für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, mit einer ersten elektrischen Rotationsmaschine (10) sowie einer zweiten elektrischen Rotationsmaschine (20) und einer ersten Welle (40) sowie einer zweiten Welle (41), wobei ein Rotor (11) der ersten elektrischen Rotationsmaschine (10) drehfest mit der ersten Welle (40) verbunden ist und ein Rotor (21) der zweiten elektrischen Rotationsmaschine (20) drehfest mit der zweiten Welle (41) verbunden ist und wobei die Antriebseinheit (1) weiterhin eine Trennkupplung (50) aufweist, mit der der Rotor (11) der ersten elektrischen Rotationsmaschine (10) zur Drehmomentübertragung mit der zweiten Welle (41) verbindbar oder verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden elektrischen Rotationsmaschinen (10, 20) zumindest bereichsweise radial sowie axial innerhalb eines von der jeweils anderen elektrischen Rotationsmaschine (10, 20) radial begrenzten Raums angeordnet ist.
  2. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Rotationsmaschine (10) zumindest bereichsweise radial sowie axial innerhalb eines von der zweiten elektrischen Rotationsmaschine (20) radial begrenzten Raums angeordnet ist.
  3. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Rotationsmaschine (10) als Innenläufermotor ausgebildet ist und die zweite elektrische Rotationsmaschine (20) als Außenläufermotor ausgebildet ist, wobei der Stator (12) der ersten elektrischen Rotationsmaschine (10) sowie der Stator (22) der zweiten elektrischen Rotationsmaschine (20) mechanisch aneinander fixiert sind.
  4. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Statoren (12, 22) der beiden elektrischen Rotationsmaschinen (10, 20) auf einem gemeinsamen Stator-Träger (32) angeordnet sind.
  5. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Statoren (12, 22) der beiden elektrischen Rotationsmaschinen (10, 20) integrale Bestandteile einer Stator-Einheit (31) sind.
  6. Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wellen (40, 41) koaxial angeordnet sind.
  7. Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (1) eine erste Übersetzungsstufe (70) umfasst, wobei die erste Übersetzungsstufe (70) durch ein Anschlusselement (4) der Antriebseinheit (1), welches ein innenverzahntes Zahnrad (5) umfasst, und die erste Welle (40), welche ein Element mit einer Außenverzahnung (46) aufweist, ausgebildet ist, wobei die Verzahnung des innenverzahnten Zahnrades (5) sowie die Außenverzahnung (46) zwecks Übertragung der Drehbewegung vom Anschlusselement (4) auf die erste Welle (40) miteinander kämmen.
  8. Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (1) eine zweite Übersetzungsstufe (71) aufweist, welche durch eine Verzahnung, insbesondere eine Außenverzahnung (47), der zweiten Welle (41) und ein erstes, mit der Verzahnung der zweiten Welle (41) kämmendes, Zahnrad (82) ausgebildet ist.
  9. Antriebsanordnung (100) mit einer Antriebseinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie mit einer Verbrennungskraftmaschine (110), die mittels eines Abtriebselements (111) der Verbrennungskraftmaschine (110) drehfest mit dem Rotor (11) der ersten elektrischen Rotationsmaschine (10) gekoppelt oder koppelbar ist.
  10. Antriebsanordnung (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung (100) einen mit dem Anschlusselement (4) der Antriebseinheit (1) drehfest verbundenen Schwingungsdämpfer (101) sowie ein mechanisch an die Verbrennungskraftmaschine (110) angeschlossenes Gehäuseelement (62) umfasst, wobei der Schwingungsdämpfer (101) in dem Gehäuseelement (62) angeordnet ist.
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