DE102020200477A1

DE102020200477A1 - Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020200477A1
Application number: DE102020200477.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias WESA; Andreas Jung
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2021-07-22

Abstract

Es wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine (EM) mit einer Rotorwelle (1) als Antriebswelle vorgeschlagen, die über zumindest ein Übersetzungsgetriebe (2) mit zumindest einer Abtriebswelle (4, 5) gekoppelt ist, wobei die Rotorwelle (1) und die Abtriebswelle (4, 5) koaxial angeordnet sind, und mit zumindest einer Ölpumpe (6) zur Schmier- und/oder Kühlölversorgung in einem Gehäuse (7), wobei die Ölpumpe (6) hinsichtlich ihrer Antriebsachse koaxial zu den Abtriebswellen (4, 5) und der Rotorwelle (1) angeordnet ist. Ferner wird ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einer Rotorwelle als Antriebswelle gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2013 204 766 A1 ist eine elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung für ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Fahrzeugachse, an welcher Fahrzeugräder anbringbar sind und einen Elektromotor, der mit einem Getriebe zum Übertragen eines Drehmomentes auf die Fahrzeugachse gekoppelt ist. Zum Kühlen der Komponenten der Vorrichtung ist ein gemeinsamer Kühlkreislauf vorgesehen. Der Kühlkreislauf ist mit einer externen Ölpumpe verbunden, welche Öl aus einem Ölsumpf durch den Kühlkreis pumpt. Die Ölpumpe wird drehzahlunabhängig von der Fahrzeugachse von einem zusätzlichen Elektromotor angetrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug mit dem Antrieb vorzuschlagen, bei denen eine Ölpumpe zur Schmier- und Kühlölversorgung möglichst bauraumneutral und funktionsoptimiert angeordnet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 beziehungsweise 10 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
Somit wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug, zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einer Rotorwelle als Antriebswelle vorgeschlagen, die über zumindest ein Übersetzungsgetriebe oder dergleichen zum Antrieb mit zumindest einer Abtriebswelle gekoppelt ist, wobei die Rotorwelle und die Abtriebswelle koaxial zueinander angeordnet sind. Ferner ist zumindest eine Ölpumpe zur Schmier- und/oder Kühlölversorgung in einem Gehäuse vorgesehen. Um eine möglichst bauraumoptimierte und funktionsoptimierte Ausführung des elektrischen Antriebes zu realisieren, ist vorgesehen, dass die Ölpumpe mit ihrer bzw. bezüglich ihrer Antriebsachse koaxial zu der Abtriebswelle und der Rotorwelle angeordnet ist.
Auf diese Weise ist bei dem elektrischen Antrieb die Ölpumpe bauraumsparend in das Gehäuse integriert angeordnet und kann somit beispielsweise als Baueinheit vormontiert werden. Durch die koaxiale Anordnung der Ölpumpe entspricht die zentrale Rotationsachse des elektrischen Antriebes der Antriebsachse bzw. Antriebswelle der Ölpumpe, wodurch eine besonders bauraumoptimierte Anordnung geschaffen wird. Aufgrund der bauraumsparenden Anordnung ergibt sich ein gewisser Freiraum für die Auslegung der Ölpumpe hinsichtlich ihrer Leistung beziehungsweise Abmessungen, sodass auch eine optimierte Betriebsweise der Ölpumpe ermöglicht wird.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Pumpenrad der Ölpumpe mit der Rotorwelle verbunden wird. Auf diese Weise wird eine schnelldrehende Anbindung der Ölpumpe mit der mit höherer Drehzahl drehenden Rotorwelle der elektrischen Maschine realisiert. Durch eine schneller drehende Anbindung, beispielsweise durch die Anbindung an der Rotorwelle, ergibt sich bei der Schmier- und Kühlölversorgung der Vorteil, dass von Anfang an ein hoher Öldruck zur Schmier- und Kühlölversorgung durch die Ölpumpe aufgebracht werden kann, welches den weiteren Vorteil ergibt, dass die Ölpumpe hinsichtlich ihrer Leistung sehr klein dimensioniert werden kann. Zudem könnte auch eine zusätzliche Ölversorgung für ein hydraulisches System, beispielsweise für die Betätigung von Schaltelementen über die Ölpumpe erfolgen.
Eine langsamer drehende Anbindung kann bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb dadurch realisiert werden, dass das Pumpenrad der Ölpumpe mit der mit geringerer Drehzahl als die Rotorwelle drehenden Abtriebswelle verbunden wird. Bei einer langsam drehenden Anbindung, beispielsweise an einer der Abtriebswellen, ergibt sich aufgrund der eher geringen Drehzahl der Ölpumpe eine schmierungs- und schleppmomentoptimierte Betriebsweise.
Eine besonders bauraumsparende Anordnung wird bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb dadurch realisiert, dass die Ölpumpe radial gesehen zwischen der Rotorwelle und der beziehungsweise den Abtriebswellen angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist die Anordnung der Ölpumpe radial innerhalb der Rotorwelle, sodass quasi eine radial geschachtelte Bauweise von Rotorwelle und Ölpumpe realisiert wird. Auf diese Weise kann der radial innenliegende Bauraum der Rotorwelle besonders effektiv genutzt werden.
Unabhängig von den jeweiligen Ausführungen kann als Ölpumpe eine Sichel-, Polygon-, Flügelzellenpumpe oder dergleichen je nach vorhandenem Bauraum eingesetzt werden.
Als Übersetzungsgetriebe kann jede Art von Getriebe eingesetzt werden, wie zum Beispiel Stirnradübersetzungsstufen, Planetengetriebestufen oder dergleichen. Vorzugsweise ist dem jeweiligen Übersetzungsgetriebe ein Abtriebsdifferential als Stirnraddifferential oder als Kegelraddifferential oder dergleichen nachgeschaltet, sodass über das Abtriebsdifferential zwei Abtriebswellen angetrieben werden.
Im Rahmen einer nächsten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die in das Gehäuse integrierte Ölpumpe in einem Zwischengehäuse angeordnet ist, welches zum Beispiel durch entsprechend voneinander axial beabstandete Zwischengehäusewände gebildet wird. Demzufolge kann die Ölpumpe und damit auch die Schmier- und/oder Kühlölversorgung innerhalb des Zwischengetriebegehäuses angeordnet werden. Beispielsweise kann auch eine Zwischengehäusewand als Gehäusedeckel oder Zwischendeckel ausgeführt werden.
Die vorgesehene Ölpumpe kann über zumindest eine Saugleitung mit einem Ölsumpf des Gehäuses verbunden werden, wobei druckseitig beispielsweise eine zweiteilig aufgebaute Schmier- und Kühlölversorgung realisiert wird. Dies beispielsweise dadurch, dass die Ölpumpe über zumindest eine erste radial nach innen verlaufende Druckleitung mit einem Ölkanal und mit einem zweiten radial nach außen verlaufenden Druckkanal verbunden ist.
Zum Beispiel kann der erste Druckkanal mit einem axialverlaufenden Ölkanal in der Abtriebswelle verbunden werden, sodass zum Beispiel eine Ölversorgung des axial versetzt angeordneten Übersetzungsgetriebes oder dergleichen realisiert wird. Über den zweiten Druckkanal kann beispielsweise eine Statorölversorgung sowie eine gehäuseseitige Lagerölversorgung realisiert werden. Es ist auch denkbar, dass die Druckkanäle durch Steckrohre oder dergleichen realisiert werden. Vorzugsweise können die Druckkanäle und die Saugleitung der Ölpumpe axial versetzt zueinander angeordnet werden, um somit Bauraum einzusparen.
Insgesamt kann mit der vorgeschlagenen Schmier- und/oder Kühlölversorgung einerseits eine Ölversorgung der gehäuseseitigen Lagerung sowie des Stators und des Rotors der elektrischen Maschine und andererseits eine Ölversorgung des gesamten Getriebes einschließlich des Abtriebsdifferentials und auch weiterer Getriebekomponenten, wie zum Beispiel der Schaltelemente oder dergleichen, realisiert werden. Es ist auch möglich, dass die Druckkanäle mit einem Ölkühler verbunden werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft und beansprucht ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit dem vorbeschriebenen elektrischen Antrieb, sodass sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile hieraus ergeben. Vorzugsweise wird ein Kraftfahrzeug mit dem elektrischen Antrieb als Achsantrieb ausgeführt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
Es zeigen:

1 eine Prinzipansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes für ein Fahrzeug;
2 eine schematische Schnittansicht der ersten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes;
3 eine Prinzipansicht einer zweiten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes; und
4 eine schematische Schnittansicht der zweiten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes.

In den 1 bis 4 sind verschiedene Ausführungsvarianten eines elektrischen Antriebes für ein Fahrzeug lediglich beispielhaft gezeigt. Der elektrische Antrieb umfasst in den dargestellten Ausführungsvarianten zum Beispiel eine elektrische Maschine EM mit einem Stator 18 und einem Rotor mit einer Rotorwelle 1 als Antriebswelle, die beispielhaft über zumindest ein Übersetzungsgetriebe 2 mit einem lediglich beispielhaft angedeuteten Abtriebsdifferential 3 zum Antrieb von einer ersten und einer zweiten Abtriebswelle 4, 5 gekoppelt ist. Als Übersetzungsgetriebe 2 kann jede Getriebeart eingesetzt werden. Vorzugsweise ist das Übersetzungsgetriebe 2 koaxial zu der Rotorwelle 1 und einer Ölpumpe 6 sowie zu den Abtriebswellen 4, 5 angeordnet, wobei das Übersetzungsgetriebe 2 bevorzugt axial neben der elektrischen Maschine EM platziert ist. Es ist auch denkbar, dass auf ein Abtriebsdifferential 3 verzichtet wird und beispielsweise nur eine Abtriebswelle 4, 5 angetrieben wird.
Ferner ist bei dem dargestellten elektrischen Antrieb vorgesehen, dass die Rotorwelle 1 und die Abtriebswellen 4, 5 koaxial zueinander beziehungsweise zu einer zentralen Rotationsachse 10 angeordnet sind. Des Weiteren ist die Ölpumpe 6 zur Schmier- und/oder Kühlölversorgung in einem lediglich angedeuteten Gehäuse 7 vorgesehen, wobei die Schmier- und/oder Kühlölversorgung durch Pfeile in den 2 und 4 angedeutet ist.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb ist die Ölpumpe 6 bezüglich ihrer Antriebsachse koaxial zu den Abtriebswellen 4, 5 und der Rotorwelle 1 angeordnet. Demzufolge entspricht die Antriebsachse der Ölpumpe 6 der gemeinsamen Rotationsachse 10 von Abtriebswellen 4, 5 und der Rotorwelle 1 beziehungsweise des elektrischen Antriebes.
Unabhängig von den Ausführungsvarianten umfasst die Ölpumpe 6 ein Pumpenrad 9, 9A, welches je nach Ausführung mit der Rotorwelle 1 oder mit der Abtriebswelle 5 antriebsmäßig verbunden ist. Die Ölpumpe 6 ist radial gesehen zwischen der Rotorwelle 1 und den Abtriebswellen 4, 5 angeordnet und zwar in der Weise, dass die Ölpumpe 6 radial innerhalb der Rotorwelle 1 angeordnet ist und somit mit der Rotorwelle 1 radial verschachtelt ist.
In den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes dargestellt, bei der das Pumpenrad 9 mit der Rotorwelle 1 verbunden ist, wobei dadurch eine schnelldrehende Anbindung der Ölpumpe 6 realisiert wird, da die Rotorwelle 1 üblicherweise mit höheren Drehzahlen als die Abtriebswellen 4, 5 betrieben wird. Das Pumpenrad 9 kann auf beliebige Art und Weise mit der Rotorwelle 1 verbunden werden. Es ist auch denkbar, dass das Pumpenrad 9 und die Rotorwelle 1 einteilig ausgeführt sind.
In den 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes dargestellt, bei der das Pumpenrad 9A vorzugsweise mit der zweiten Abtriebswelle 5 verbunden ist. Auf diese Weise wird eine langsamer drehende Anbindung der Ölpumpe 6 realisiert, da die Abtriebswelle 5 üblicherweise mit geringeren Drehzahlen als die Rotorwelle 1 betrieben wird.
Unabhängig von der ersten und zweiten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Ölpumpe 6 in einem in das Gehäuse 7 integriertes Zwischengehäuse 11 angeordnet ist, wobei das Zwischengehäuse 11 durch zwei axial voneinander beabstandeten Zwischengehäusewänden 12, 13 gebildet wird. Vorzugsweise kann zum Beispiel die in den Zeichnungen dargestellte rechte Zwischengehäusewand 13 auch als Gehäusedeckel ausgeführt sein.
Die Ölpumpe 6 ist über eine Saugleitung 14 mit einem Ölsumpf des Gehäuses 7 verbunden. Ferner ist die Ölpumpe 6 über einen ersten radial nach innen verlaufenden Druckkanal 15 mit einem als Axialbohrung ausgeführten Ölkanal 17 der Abtriebswelle 5 zur Ölversorgung verbunden. Zudem ist die Ölpumpe 6 mit einem zweiten nach radial außen verlaufenden Druckkanal 16 zum Beispiel zur Stator- und Lagerölversorgung verbunden.
In den Figuren ist beispielhaft ein Übersetzungsgetriebe 2 und ein Abtriebsdifferential 3 dargestellt, sodass die Antriebsleistung über das Übersetzungsgetriebe 2 auf das Abtriebsdifferential 3 übertragen wird und die beiden Abtriebswellen 4, 5 antreibt. Als Abtriebsdifferential 3 kann beispielsweise ein Kegelrad- oder auch ein Stirnraddifferential eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Rotorwelle
2: Übersetzungsgetriebe
3: Abtriebsdifferential
4: erste Abtriebswelle
5: zweite Abtriebswelle
6: Ölpumpe
7: Gehäuse
9, 9A: Pumpenrad
10: Rotationsachse
11: Zwischengehäuse
12: Zwischengehäusewand
13: Zwischengehäusewand
14: Saugleitung
15: erster Druckkanal beziehungsweise Druckleitung
16: zweiter Druckkanal beziehungsweise Druckleitung
17: Ölkanal als Axialbohrung in der Abtriebswelle
18: Stator
EM: elektrische Maschine

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 102013204766 A1 [0002]

Claims

Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine (EM) mit einer Rotorwelle (1) als Antriebswelle, die über zumindest ein Übersetzungsgetriebe (2) mit zumindest einer Abtriebswelle (4, 5) gekoppelt ist, wobei die Rotorwelle (1) und die Abtriebswelle (4, 5) koaxial angeordnet sind, und mit zumindest einer Ölpumpe (6) zur Schmier- und/oder Kühlölversorgung in einem Gehäuse (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe (6) bezüglich ihrer Antriebsachse koaxial zu den Abtriebswellen (4, 5) und der Rotorwelle (1) angeordnet ist.
. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pumpenrad (9, 9A) der Ölpumpe (6) mit der Rotorwelle (1) verbunden ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pumpenrad (9, 9A) mit der Abtriebswelle (4, 5) verbunden ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe (6) radial gesehen zwischen der Rotorwelle (1) und den Abtriebswellen (4, 5) angeordnet ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe (6) radial innerhalb der Rotorwelle (1) angeordnet ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe (6) in einem in das Gehäuse (7) integriertes Zwischengehäuse (11) angeordnet ist, wobei das Zwischengehäuse (11) durch zwei axial voneinander beabstandeten Zwischengehäusewänden (12, 13) gebildet wird.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Zwischengehäusewände (13) als Gehäusedeckel des Gehäuses (7) ausgeführt ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölpumpe (6) über zumindest eine Saugleitung (14) mit einem Ölsumpf des Gehäuses (7) verbunden ist, dass die Ölpumpe (6) über zumindest eine erste radial nach innen verlaufende Druckleitung (15) mit einem Ölkanal (16) der Abtriebswellen (4, 5) zur Ölversorgung und mit einem zweiten radial nach außen verlaufenden Druckkanal (16) zur Statorölversorgung verbunden ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe (2) über ein Abtriebsdifferential (3) zum Antrieb einer ersten Abtriebswelle (4) und einer zweiten Abtriebswelle (5) gekoppelt ist.
Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb nach einer der vorangehenden Ansprüche.