DE102019207784A1

DE102019207784A1 - Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug in einem Gehäuse

Info

Publication number: DE102019207784A1
Application number: DE102019207784.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias WESA; Martin Christians
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2020-12-03

Abstract

Es wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug in einem Gehäuse (1), mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einem Stator (2) und einem Rotor (3) vorgeschlagen, welcher über zumindest ein Übersetzungsgetriebe und ein Differentialgetriebe (4) mit Abtriebswellen (5, 6) zum Antrieb von Fahrzeugrädern in Wirkverbindung steht, wobei der Rotor (3) koaxial zu den Abtriebswellen (5, 6) angeordnet ist und wobei das Differentialgetriebe (4) radial innerhalb des Rotors (3) angeordnet ist. Ferner wird ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb in einem Gehäuse (1) vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 198 41 159 A1 ist eine elektrische Antriebsanordnung in einem Gehäuse für ein Fahrzeug bekannt. Die Antriebsanordnung umfasst einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, der über zumindest ein nachgeschaltetes, Antriebswellen umfassendes Ausgleichsgetriebe mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges in Wirkverbindung steht. Es hat sich gezeigt, dass immer größere Leistungsanforderungen an den elektrischen Antrieb bestehen, um durch den Antrieb ein möglichst hohes Abtriebsmoment realisieren zu können. Hierzu ist es erforderlich die elektrischen Maschinen größer zu dimensionieren, sodass jedoch auch in nachteiliger Weise der Bauraumbedarf steigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb und ein Fahrzeug mit dem Antrieb der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welche möglichst bauraumgünstig einen effizienten und kostengünstigen Antrieb realisieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 beziehungsweise 9 gelöst, wobei sich vorteilhafte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
Somit wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug in einem Gehäuse vorgeschlagen, wobei zumindest eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor vorgesehen sind, wobei der Rotor über zumindest ein Übersetzungsgetriebe und ein Differentialgetriebe mit Abtriebswellen zum Antrieb von Fahrzeugrädern in Wirkverbindung steht und wobei der Rotor koaxial zu den Abtriebswellen angeordnet ist. Um eine besonders kompakte Antriebseinheit zur besseren Integration in ein Fahrzeug mit einem effizienten und somit eine hohe Leistungsdichte und Dauerleistung aufweisenden Antrieb vorzusehen, wird das Differentialgetriebe radial innerhalb des Rotors angeordnet.
Durch die radial geschachtelte Bauweise wird zum einen ein besonders bauraumsparender Antrieb mit geringer axialer Breite realisiert, wobei vorzugweise eine Hochdrehmomentmaschine mit einem einen großen Innendurchmesser aufweisenden Rotor verwendet wird, um das Differentialgetriebe im Inneren der elektrischen Maschine unterzubringen. Die Erhöhung des Innendurchmessers der elektrischen Maschine kann beispielsweise durch die Verwendung eines Hallbach Array oder dergleichen realisiert werden.
Mit Hilfe des zum Beispiel im Innendurchmesser des Rotors gelagerten Differentialkorbes des Differentialgetriebes kann die Aufteilung des Antriebsmomentes auf die beiden Abtriebswellen bauraumgünstig vorgenommen werden, die beispielsweise die Fahrzeugräder antreiben.
Im Rahmen einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Übersetzungsgetriebe zumindest ein Planetengetrieberadsatz oder dergleichen vorgesehen ist. Hierbei ist es grundsätzlich möglich, dass mehrere Planetengetriebe eingesetzt werden, die miteinander verbunden bzw. gekoppelt sind. Durch die Verwendung eines Planetengetrieberadsatzes wird eine Drehmomenterhöhung realisiert.
Vorzugsweise kann bei der Verwendung eines Planetengetrieberadsatzes der Rotor der elektrischen Maschine mit einem Sonnenrad als Antrieb des Planetengetrieberadsatzes verbunden sein, wobei ein Hohlrad des Planetengetrieberadsatzes zur Abstützung mit dem Gehäuse verbunden ist. Ein Planetenradträger beziehungsweise Steg des Planetengetrieberadsatzes bildet den Abtrieb und ist mit dem Differentialkorb des Differentialgetriebes verbunden. Es sind auch andere Anbindungsmöglichkeiten des Planetengetrieberadsatzes möglich. Beispielsweise ist es auch denkbar, dass ein Stufenplanet bei dem Planetengetrieberadsatz verwendet wird, um die Übersetzung weiter erhöhen zu können.
Im Rahmen einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Planetengetrieberadsatz koaxial zu den Abtriebswellen angeordnet ist. Durch diese bevorzugte Anordnungsweise ergibt sich eine weitere Drehmomenterhöhung und somit geringere Verluste durch Reduzierung benötigter Getriebestufen. Beispielsweise kann eine axiale Fixierung am Planetenradträger des Planetengetriebes realisiert werden, um die Axialkräfte am Gehäuse abstützen zu können, sodass keine Verkippung der Zahnräder des Planetengetrieberadsatzes erfolgen kann. Durch die koaxiale Anordnung des Planetengetrieberadsatzes ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass der Planetengetrieberadsatz axial neben dem Rotor der elektrischen Maschine und dem Differentialgetriebe in dem Gehäuse angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine kompakte Bauweise von Differentialgetriebe, elektrischer Maschine und Planetengetrieberadsatz realisiert, sodass aufgrund der Kompaktheit eine einfache und effektive Kühlung und Schmierung der vorgenannten Komponenten realisiert werden kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass auch ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit dem vorbeschriebenen elektrischen Antrieb beansprucht wird, sodass sich die vorbeschriebenen Vorteile und weitere Vorteile ergeben. Vorzugsweise kann der Antrieb als Achsantrieb bei dem Fahrzeug genutzt werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

1 eine rein schematische Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes für ein Fahrzeug; und
2 eine geschnittene Ansicht des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes.

In den 1 und 2 ist beispielhaft eine mögliche Ausführungsvariante eines elektrischen Fahrzeugantriebes in einem Gehäuse 1 zum Antrieb nicht weiter dargestellter Fahrzeugräder als Achsantriebe eines Fahrzeuges dargestellt.
Der erfindungsgemäße elektrische Antrieb beziehungsweise Fahrzeugantrieb umfasst in dem Gehäuse 1 zumindest eine elektrische Maschine mit einem Stator 2 und einem Rotor 3. Der Rotor 3 steht über zumindest ein Übersetzungsgetriebe und ein Differentialgetriebe 4 mit Abtriebswellen 5, 6 zum Antrieb der Fahrzeugräder in Wirkverbindung. Als Übersetzungsgetriebe ist beispielhaft ein Planetengetrieberadsatz PS vorgesehen. Der Rotor 3 und der Planetengetrieberadsatz PS sind jeweils koaxial zu den Abtriebswellen 5, 6 angeordnet.
Um eine effektive und bauraumsparende Anordnung bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Fahrzeugantrieb zu realisieren, ist vorgesehen, dass das Differentialgetriebe 4 radial innerhalb des Rotors 3 angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise durch die radial verschachtelte Anordnung des Differentialgetriebes 4 innerhalb des Rotors 3.
Der Innendurchmesser des Rotors 3 ist derart gewählt, dass ein Differentialkorb 7 des Differentialgetriebes 4 im Inneren des Rotors 3 untergebracht ist. Auf diese Weise erfolgt eine radiale Lagerung des Differentialgetriebes 4 im Rotor 3. Zum Antrieb ist der Rotor 3 der elektrischen Maschine mit dem Planetengetrieberadsatz PS verbunden und der Planetengetrieberadsatz PS ist wiederum mit dem Differentialkorb 7 des Differentialgetriebes 4 verbunden.
Als elektrische Maschine kann bei dieser kompakten Anordnung eine Hochdrehmomentmaschine mit einer Leistung von etwa 250 kW eingesetzt werden. Hieraus resultiert eine hohe Leistungsdichte von etwa 15 kW pro Liter.
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, ist der Rotor 3 der elektrischen Maschine mit einem Sonnenrad 8 des Planetengetrieberadsatzes PS verbunden, wobei ein Hohlrad 9 des Planetengetrieberadsatzes PS mit dem Gehäuse 1 verbunden ist und wobei ein Planetenradträger 10 des Planetengetrieberadsatzes PS mit dem Differentialkorb 7 des Differentialgetriebes 4 verbunden ist. Somit bildet das Sonnenrad 8 den Antrieb beziehungsweise Eingang des Planetengetrieberadsatzes PS und der Planetenradträger 10 beziehungsweise der Steg des Planetengetrieberadsatzes PS den Ausgang beziehungsweise Abtrieb.
Der koaxial zu den Abtriebswellen 5, 6 angeordnete Planetengetrieberadsatz PS ist zudem axial neben dem Rotor 3 der elektrischen Maschine und dem Differentialgetriebe 4 in dem Gehäuse 1 angeordnet. Demzufolge ist eine axial versetzte Anordnung des Planetengetrieberadsatzes PS vorgesehen.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Stator
3: Rotor
4: Differentialgetriebe
5: erste Abtriebswelle
6: zweite Abtriebswelle
7: Differentialkorb
8: Sonnenrad
9: Hohlrad
10: Planetenradträger
PS: Planetengetrieberadsatz

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 19841159 A1 [0002]

Claims

Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug in einem Gehäuse (1), mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einem Stator (2) und einem Rotor (3), welcher über zumindest ein Übersetzungsgetriebe und ein Differentialgetriebe (4) mit Abtriebswellen (5, 6) zum Antrieb von Fahrzeugrädern in Wirkverbindung steht, wobei der Rotor (3) koaxial zu den Abtriebswellen (5, 6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe (4) radial innerhalb des Rotors (3) angeordnet ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Rotors (3) derart gewählt ist, dass ein Differentialkorb (7) des Differentialgetriebes (4) im Inneren des Rotors (3) gelagert ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) der elektrischen Maschine mit dem Übersetzungsgetriebe verbunden ist und das Übersetzungsgetriebe mit einem Differentialkorb (7) des Differentialgetriebes (4) verbunden ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Übersetzungsgetriebe zumindest ein Planetengetrieberadsatz (PS) vorgesehen ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) der elektrischen Maschine mit einem Sonnenrad (8) des Planetengetrieberadsatzes (PS) verbunden ist, dass ein Hohlrad (9) des Planetengetrieberadsatzes (PS) mit dem Gehäuse (1) verbunden ist und dass ein Planetenradträger (10) des Planetengetrieberadsatzes (PS) mit einem Differentialkorb (7) des Differentialgetriebes (4) verbunden ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetengetrieberadsatz (PS) einen Stufenplaneten aufweist.
Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetengetrieberadsatz (PS) koaxial zu den Abtriebswellen (5, 6) angeordnet ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetengetrieberadsatz (PS) axial neben dem Rotor (3) der elektrischen Maschine und dem Differentialgetriebe (4) in dem Gehäuse (1) angeordnet ist.
Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb in einem Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.