DE102020108232A1 - Antriebseinheit und Antriebsanordnung - Google Patents
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- B60K6/26—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 characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
- B60K2006/266—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 characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators with two coaxial motors or generators
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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 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, und sowohl die erste elektrische Rotationsmaschine (10) als auch die zweite elektrische Rotationsmaschine (20) jeweils als Innenläufermotor ausgebildet 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 Elektromotors. 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.
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EP 1502791 B1 undEP1847411 B1 offenbaren jeweils ein Hybridgetriebe für ein Hybridfahrzeug, mit einer Mehrzahl von elektrischen Rotationsmaschinen. Die elektrischen Maschinen sind radial verschachtelt angeordnet, Dabei ist die radial äußere elektrische Rotationsmaschine als Außenläufer konzipiert. - Eine Antriebseinheit mit mehreren elektrischen Rotationsmaschinen in einer Antriebsanordnung zu integrieren, die für ein Hybridkraftfahrzeug 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 9 angegeben. Ergänzend wird eine Antriebsanordnung, welches die Antriebseinheit aufweist, gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.
- 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. Eine der beiden elektrischen Rotationsmaschinen ist zumindest bereichsweise radial sowie axial innerhalb eines von der jeweils anderen elektrischen Rotationsmaschine radial begrenzten Raums angeordnet.
- Sowohl die erste elektrische Rotationsmaschine als auch die zweite elektrische Rotationsmaschine ist jeweils als Innenläufermotor ausgebildet.
- 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.
- 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.
- In einer konstruktiv vorteilhaften sowie bauraumsparenden Ausführungsform sind die beiden Wellen koaxial angeordnet. Zu diesem Zweck ist insbesondere vorgesehen, dass die zweite Welle als Hohlwelle ausgestaltet ist und die erste Welle abschnittsweise innerhalb der zweiten Welle verläuft.
- Insbesondere kann die erste elektrische Rotationsmaschine für einen Generatorbetrieb eingerichtet sein. Das heißt, dass vorteilhafterweise die radial innere elektrische Rotationsmaschine als Generator betrieben werden kann. 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 zweite elektrische Rotationsmaschine für einen Antriebsmotorbetrieb eingerichtet sein. Das bedeutet, dass die radial äußere elektrische Rotationsmaschine vorteilhafterweise als Antriebseinheit eingesetzt werden kann, da der Rotor dieser elektrischen Rotationsmaschine relativ groß ist und ein entsprechend großes Drehmoment erzeugen kann.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Rotor der zweiten elektrischen Rotationsmaschine von einem Rotorträger getragen ist, der drehfest mit der zweiten Welle verbunden ist. Insbesondere ist der Rotor der zweiten elektrischen Rotationsmaschine dabei kraft- und/oder formschlüssig mit dem Rotorträger verbunden, und der Rotorträger ist kraft- und/oder formschlüssig mit der zweiten Welle verbunden.
- 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, bei gleichzeitiger materialsparender Bauweise.
- Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit, bei dem ein Blech des Rotors und/ oder eines Stators der ersten elektrischen Rotationsmaschine sowie ein Blech des Rotors und/ oder eines Stators der zweiten elektrischen Rotationsmaschine zusammen mit einem Stanzvorgang aus einer Blech-Platine gefertigt werden. Entsprechend ist eine sehr materialeffiziente Herstellung der zu einem Blechpaket des jeweiligen Rotors oder Stators zusammenzufassenden Bleche realisierbar. Dies wird ermöglicht auf Grund dessen, dass die Bleche der Rotoren sowie Statoren der elektrischen Rotationsmaschinen hinsichtlich ihrer Größen nicht interferieren bzw. im Zuschnitt der Bleche eine radiale Verschachtelung ineinander aufweisen können.
- 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.
- 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 Antriebsanordnung mit Antriebseinheit, und in -
2 : einen Ausschnitt der Antriebseinheit im Bereich der elektrischen Rotationsmaschinen. - In
1 ist eine schematische Darstellung einer Antriebsanordnung100 mit einer Antriebseinheit1 dargestellt. - Die Antriebseinheit
1 umfasst eine erste elektrische Rotationsmaschine10 , eine zweite elektrische Rotationsmaschine20 , eine erste Welle40 sowie eine zweite Welle41 . - Des Weiteren umfasst die Antriebsanordnung
100 eine Verbrennungskraftmaschine110 und einen Schwingungsdämpfer101 , wobei ein Abtriebselement111 der Verbrennungskraftmaschine110 mit dem Schwingungsdämpfer101 gekoppelt ist. Der Schwingungsdämpfer101 ist außerdem mit einem Anschlusselement4 der Antriebsanordnung1 verbunden, welches als eine Eingangsseite2 der Antriebsanordnung1 fungiert. Die Verbrennungskraftmaschine110 ist damit über den Schwingungsdämpfer110 mit der Antriebsanordnung1 gekoppelt. - Das Anschlusselement
4 ist mit der ersten Welle40 derart gekoppelt, dass eine erste Übersetzungsstufe70 zwischen dem Anschlusselement4 und der ersten Welle40 ausgebildet ist. - Ein Rotor
11 der ersten elektrische Rotationsmaschine10 ist mit der ersten Welle40 drehfest verbunden und ein Rotor21 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine20 ist mit der zweiten Welle41 drehfest verbunden. Die Verbindung des Rotors11 der ersten elektrischen Rotationsmaschine10 mit der ersten Welle40 ist derart realisiert, dass der Rotor11 der ersten elektrische Rotationsmaschine10 direkt auf der ersten Welle40 angeordnet ist. Der Rotor21 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine20 ist hingegen von einem Rotorträger30 getragen und der Rotorträger30 ist mit der zweiten Welle41 verbunden. - Die beiden Wellen 40,41 sind koaxial auf einer gemeinsamen Rotationsachse
6 angeordnet. Die erste elektrische Rotationsmaschine10 ist radial sowie bereichsweise axial innerhalb eines von der zweiten elektrischen Rotationsmaschine20 radial begrenzten Raums angeordnet. Dabei ist die erste elektrische Rotationsmaschine10 als Innenläufermotor ausgebildet und auch die zweite elektrische Rotationsmaschine20 ist als Innenläufermotor ausgebildet. - Eine Trennkupplung
50 der Antriebseinheit1 ist mit ihrer Eingangsseite51 mit der ersten Welle40 verbunden und mit ihrer Ausgangsseite52 mit der zweiten Welle41 verbunden. Die Trennkupplung50 dient somit zur Drehmomentübertragung zwischen der ersten Welle40 und der zweiten Welle41 . Entsprechend kann mittels der Trennkupplung50 ein Drehmoment-Übertragungspfad zwischen dem Rotor11 der ersten elektrischen Rotationsmaschine10 und dem Rotor21 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine20 geöffnet oder geschlossen werden. - Die zweite Welle
41 ist als Hohlwelle ausgestaltet und die erste Welle40 verläuft abschnittsweise radial innerhalb der zweiten Welle41 . Die beiden Wellen40 ,41 verlaufen somit koaxial zueinander, wobei auch die Rotoren11 ,21 der beiden elektrischen Rotationsmaschinen10 ,20 koaxial zueinander und koaxial zu den Wellen40 ,41 angeordnet sind. - Die zweite Welle
41 ist über eine zweite Übersetzungsstufe71 mit einer Zwischenwelle81 verbunden. Die Zwischenwelle81 verläuft dabei parallel zur zweiten Welle41 . - Die Zwischenwelle
81 ist über eine dritte Übersetzungsstufe72 mit einem Eingangselement eines Differentialgetriebes80 der Antriebseinheit1 zwecks Übertragung von Drehmoment verbunden. Das Differentialgetriebe80 bildet eine Ausgangsseite3 der Antriebseinheit1 . - Eine Radantriebswelle 103, an welcher Räder eines mit der Antriebsanordnung
100 ausgestatteten Kraftfahrzeugs anzuordnen sind, bildet den Ausgang des Differentialgetriebes80 , so dass eine von der zweiten Welle41 realisierte Drehbewegung über die zweite Übersetzungsstufe71 und die dritte Übersetzungsstufe72 sowie über das Differenzialgetriebe80 auf die Radantriebswelle 103 und damit auf die Räder übertragen werden kann. - Ein von der Verbrennungskraftmaschine
110 bereitgestelltes Drehmoment wird über den Schwingungsdämpfer101 und über die erste Übersetzungsstufe70 an die erste Welle40 der Antriebseinheit1 übertragen. Ist die Trennkupplung50 dabei geöffnet, wird das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine110 lediglich an den Rotor11 der ersten elektrischen Rotationsmaschine10 geleitet. Derart kann die erste elektrische Rotationsmaschine10 im Generatorbetrieb zum Laden einer Batterie genutzt werden. Ist die Trennkupplung50 geschlossen, wird das von der Verbrennungskraftmaschine110 bereitgestellte Drehmoment von der ersten Welle40 auf die zweite Welle41 übertragen. Von der zweiten Welle41 wird das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine110 über die zweite Übersetzungsstufe71 auf die Zwischenwelle81 und über die dritte Übersetzungsstufe72 in das Differentialgetriebe80 geleitet. Über das Differentialgetriebe80 gelangt das Drehmoment mittels der Radantriebswelle 103 an Räder eines mit der Antriebsanordnung100 ausgestatteten Kraftfahrzeugs. - Ein vom Rotor
11 der ersten elektrischen Rotationsmaschine10 bereitgestelltes Drehmoment kann bei geöffneter Trennkupplung50 über die erste Übersetzungsstufe70 an die Verbrennungskraftmaschine110 übertragen werden. Bei geschlossener Trennkupplung50 wird Drehmoment über die zweite Übersetzungsstufe71 und die dritte Übersetzungsstufe72 an das Differentialgetriebe80 und damit an die Radantriebswelle 103 übertragen. - Ein vom Rotor
21 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine20 bereitgestelltes Drehmoment wird unabhängig einer Schaltung der Trennkupplung50 über die zweite Übersetzungsstufe71 und die dritte Übersetzungsstufe72 an das Differentialgetriebe80 und damit an die Radantriebswelle 103 übertragen. - Die Antriebsanordnung
100 kann entsprechend in einer Vielzahl an Fahrbetriebsmodi betrieben werden. -
1 zeigt außerdem einen detaillierten Aufbau der Übersetzungsstufen70 ,71 ,72 . Die erste Übersetzungsstufe70 ist derart ausgebildet, dass das Anschlusselement4 ein innenverzahntes Zahnrad5 umfasst, welches mit einer Außenverzahnung46 am zweiten axialen Endbereich43 der ersten Welle40 kämmt. Die zweite Welle41 weist ebenfalls eine Außenverzahnung47 an deren zweitem axialen Endbereich45 auf, mit welcher sie mit einem ersten Zahnrad82 in Eingriff steht, wobei das erste Zahnrad82 drehfest auf der Zwischenwelle81 angeordnet ist, so dass die zweite Übersetzungsstufe71 zwischen der zweiten Welle41 und der Zwischenwelle81 ausgebildet ist. Eine Außenverzahnung84 der Zwischenwelle81 steht mit einem zweiten Zahnrad83 als Eingangselement des Differentialgetriebes80 in Eingriff, wodurch die dritte Übersetzungsstufe72 zwischen der Zwischenwelle81 und dem Differentialgetriebe80 ausgebildet ist. - In
2 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit1 im Bereich der elektrischen Rotationsmaschinen10 ,20 dargestellt. - Die erste Welle
40 ist mit ihrem ersten axialen Endbereich42 über ein einreihiges Stützlager92 im Gehäuse60 gelagert und mit ihrem zweiten axialen Endbereich43 über ein Nadellager91 radial innen an einem zweiten axialen Endbereich45 der zweiten Welle41 gelagert. Die zweite Welle41 ist mit ihrem ersten axialen Endbereich44 über eine zentrale Lagereinheit90 im Gehäuse60 gelagert. Diese zentrale Lagereinheit90 umfasst zwei koaxial angeordnete Wälzlager, die axial dicht nebeneinander positioniert sind. - Die Statoren
12 ,22 der elektrischen Rotationsmaschinen10 ,20 sind vom Gehäuse60 getragen. Der Rotorträger30 des Rotors21 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine20 ist mittels eines Wälzlagers der zentralen Lagereinheit90 am Gehäuse60 gelagert. Mit dem Rotorträger30 ist zudem ein Geberelement eines Rotorlagesensors 34 verbunden, wobei ein Detektorelement des Rotorlagesensors 34 mit dem Gehäuse60 verbunden ist, so dass eine Detektion einer Winkelposition und/oder einer Drehgeschwindigkeit des Rotors21 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine20 bzw. des Rotorträgers30 von dem Rotorlagesensor 34 durchführbar ist. - Die Trennkupplung
50 entspricht einer reibschlüssig schließbaren Lamellenkupplung, deren Eingangsseite51 durch Innenlamellen ausgebildet ist, welche axial neben dem Rotor11 der ersten elektrischen Rotationsmaschine10 auf der ersten Welle40 angeordnet sind, wobei Außenlamellen der Trennkupplung50 als deren Ausgangsseite52 mit der zweiten Welle41 verbunden sind. Radial außerhalb der zentralen Lagereinheit90 ist ein Betätigungssystem53 zur Betätigung der Trennkupplung50 am Gehäuse60 angeordnet, wobei ein Drucktopf des Betätigungssystems53 axial durch den Rotorträger30 hindurchgreift, um eine vom Betätigungssystem53 bereitgestellte Betätigungskraft an die Trennkupplung50 zwecks deren Schließung zu übertragen. - 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
- 6
- Rotationsachse
- 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
- 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
- Gehäuse
- 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
- 100
- Antriebsanordnung
- 101
- Schwingungsdämpfer
- 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]
- EP 1502791 B1 [0006]
- EP 1847411 B1 [0006]
Claims (10)
- Antriebseinheit (1) für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, 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, und 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, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste elektrische Rotationsmaschine (10) als auch die zweite elektrische Rotationsmaschine (20) jeweils als Innenläufermotor ausgebildet ist.
- 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. - Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wellen (40, 41) koaxial angeordnet sind.
- Antriebseinheit (1) nach einem der
Ansprüche 2 und3 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Rotationsmaschine (10) für einen Generatorbetrieb eingerichtet ist. - Antriebseinheit (1) nach einem der
Ansprüche 2 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Rotationsmaschine (20) für einen Antriebsmotorbetrieb eingerichtet ist. - Antriebseinheit (1) nach einem der
Ansprüche 2 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor der zweiten elektrischen Rotationsmaschine (20) von einem Rotorträger getragen ist, der drehfest mit der zweiten Welle (41) verbunden ist. - 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.
- 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.
- Verfahren zur Herstellung einer Antriebseinheit (1) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis8 , bei dem ein Blech des Rotors (11) und/ oder eines Stators (12) der ersten elektrischen Rotationsmaschine (10) sowie ein Blech des Rotors (21) und/ oder eines Stators (22) der zweiten elektrischen Rotationsmaschine (20) zusammen mit einem Stanzvorgang aus einer Blech-Platine gefertigt werden. - Antriebsanordnung (100) mit einer Antriebseinheit (1) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis8 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.
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