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Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung für ein solches Fahrzeug sowie ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer Antriebsvorrichtung oder einer Getriebeanordnung.
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Aus der
DE 10 2015 002 405 A1 geht ein Fahrzeug mit zumindest zwei Elektromotoren und einer Steuereinrichtung hervor, wobei die Elektromotoren, welche zumindest eine Welle antreiben. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, eine an der zumindest einen Welle bereitzustellende Leistung auf die zumindest zwei Elektromotoren in Abhängigkeit von der bereitzustellenden Leistung zu verteilen. Der jeweilige Elektromotor ist beispielsweise mit einem Getriebe verbunden, wobei die Elektromotoren und die Getriebe zu einem Antriebsstrang zusammengefasst sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Getriebeanordnung und eine Antriebsvorrichtung für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Leistungsdichte der Getriebeanordnung bei gleichzeitig eingespartem Bauraum verbessert wird. Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst mindestens eine erste elektrische Maschine mit einer ersten zentralen Längsachse und eine zweite elektrische Maschine mit einer zweiten Längsachse, wobei die mindestens zwei elektrischen Maschinen in einem gemeinsamen Getriebegehäuse angeordnet sind, wobei zumindest die erste und zweite zentrale Längsachse achsparallel auf einer im Wesentlichen senkrecht zu einer Abtriebsachse ausgerichteten gemeinsamen Kreisbahn angeordnet sind, wobei jede elektrische Maschine zumindest eine erste Übersetzungsstufe und eine zweite Übersetzungsstufe aufweist, und wobei die zweiten Übersetzungsstufen mit einem Differential antriebswirksam verbunden sind. Somit kann die Kreisbahn entweder koaxial oder parallel zur Abtriebsachse angeordnet sein, wobei die Kreisbahn auf einer Ebene liegt, die im Wesentlichen senkrecht zur Abtriebsachse ausgerichtet ist.
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Auf der Abtriebsachse der Getriebeanordnung ist zumindest eine, vorzugsweise zwei mit dem Differential wirkverbundene und koaxial zur Abtriebsachse ausgebildete Abtriebswellen angeordnet, die wiederum mit einem jeweiligen Rad des Fahrzeugs zumindest mittelbar antriebswirksam verbunden sind. Die Abtriebsachse ist bevorzugt mittig im Getriebegehäuse bzw. im Bauraum des Getriebegehäuses angeordnet, sodass die verschiedenen Bauteile der Getriebeanordnung, und zwar insbesondere die mindestens zwei elektrischen Maschinen um die Abtriebsachse herum angeordnet sind.
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Die Kreisbahn, auf der die zentralen Längsachsen angeordnet sind, ist ein Anordnungskreis mit konstantem Radius bzw. Durchmesser, sodass die zentralen Längsachsen der elektrischen Maschinen mit gleichem Abstand zur Abtriebsachse im Getriebegehäuse parallel zueinander angeordnet sind, wobei jede zentrale Längsachse in einem jeweiligen Kreissegment der Kreisbahn angeordnet ist. Je größer die Zahl der auf der Kreisbahn angeordneten zentralen Längsachsen bzw. Bauteile, desto größer ist die Anzahl der Kreissegmente bzw. desto kleiner sind die Winkelbereiche bzw. die Teilwinkel der Kreissegmente, auf denen das jeweilige Bauteil bzw. die jeweilige zentrale Längsachse angeordnet ist. Mit anderen Worten ist jede elektrische Maschine auf einem Kreissegment der Kreisbahn angeordnet, wobei der Winkelbereich des jeweiligen Kreissegments bei einer gleichmäßigen Verteilung der Bauteile im Getriebegehäuse bei nur zwei elektrischen Maschinen beispielsweise 180° beträgt. Bei drei elektrischen Maschinen beträgt dieser beispielsweise 120° und bei vier elektrischen Maschinen beispielsweise 90°.
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Die zentralen Längsachsen der elektrischen Maschinen verlaufen vorzugsweise durch das Zentrum des von der jeweiligen elektrischen Maschine erforderlichen bzw. genutzten Bauraums. Dieser kann je nach Bauart und -form der jeweiligen elektrischen Maschine variieren, sodass die Getriebeanordnung, insbesondere die Übersetzungsstufen derart ausgelegt sind, dass die zentralen Längsachsen auf der Kreisbahn liegen bzw. die Kreisbahn senkrecht kreuzen. Mithin ist die Ebene der Kreisbahn senkrecht zur Abtriebsachse angeordnet, wobei die erste und zweite zentrale Längsachse parallel zur Abtriebsachse ausgerichtet sind.
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Vorzugsweise sind die erste zentrale Längsachse koaxial zu einer ersten Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine und die zweite Längsachse koaxial zu einer zweiten Rotorwelle der zweiten elektrischen Maschine angeordnet. Jede elektrische Maschine besteht zumindest aus einem ortsfesten Stator, sowie einem relativ dazu drehbaren Rotor, der zumindest mittelbar mit der jeweiligen Rotorwelle verbunden ist. Die Rotorwelle kann wiederum die Antriebswelle sein oder mit einer Antriebswelle drehfest verbunden sein, die ein Drehmoment und eine Drehzahl an die jeweilige erste Übersetzungsstufe überträgt. Die Antriebswelle ist als Getriebeeingangswelle der jeweiligen ersten Übersetzungsstufe ausgebildet. Mithin liegt die Rotorwelle der jeweiligen elektrischen Maschine auf der Kreisbahn bzw. kreuzt die Kreisbahn senkrecht.
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Durch die Anordnung mehrerer elektrischer Maschinen in einem gemeinsamen Hauptgehäuse können die elektrischen Maschinen vergleichsweise klein, das heißt mit kleinem Durchmesser ausgebildet sein, sodass in der Folge eine höhere Maschinendrehzahl bzw. eine Rotorumfangsgeschwindigkeit der jeweiligen elektrischen Maschine realisierbar ist. Je größer die Anzahl der elektrischen Maschinen in der Getriebeanordnung, desto besser kann zudem ein Drehmomentverlust aufgrund des vergleichsweise geringeren Maschinendurchmessers kompensiert werden. Durch das Differential erfolgt eine Antriebsleistungssummation aller Antriebsleistungen der elektrischen Maschinen, sodass alle elektrischen Maschinen einzeln oder gemeinsam auf den Abtrieb einwirken können.
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Die elektrischen Maschinen sind bevorzugt auf derselben Getriebeseite angeordnet. Dadurch wird eine gleiche Drehrichtung der Rotorwellen sowie eine Doppelnutzung von Getriebeteilen erreicht. Die elektrischen Maschinen können dabei identisch, das heißt in gleicher Größe, Leistung und/oder Bauart ausgebildet sein. Alternativ ist denkbar, dass die elektrischen Maschinen je nach Anforderung an die Getriebeanordnung unterschiedliche Leistungen, erforderliche Bauraumvolumen und/oder Bauarten aufweisen.
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Das Getriebegehäuse ist vorzugsweise im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet, wobei die Längsachse des Getriebegehäuses bzw. des von dem Getriebegehäuse erforderlichen Bauraums vorzugsweise koaxial zur Abtriebsachse angeordnet ist. Alternativ ist das Getriebegehäuse im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet, wobei die Längsachse des quaderförmigen Getriebegehäuses bzw. des von dem Getriebegehäuse erforderlichen Bauraums in diesem Fall ebenfalls koaxial zur Abtriebsachse angeordnet ist.
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Das Differential ist im Leistungsfluss nach den Übersetzungsstufen koaxial zur Abtriebsachse bzw. auf der Abtriebsachse angeordnet und verbindet vorzugsweise zwei Abtriebswellen miteinander, die jeweils mit zumindest einem jeweiligen Rad des Fahrzeugs wirkverbunden sind. Das Differential wird sowohl von der letzten Übersetzungsstufe der ersten elektrischen Maschine als auch von der letzten Übersetzungsstufe der zweiten elektrischen Maschine mit einem Drehmoment sowie einer Drehzahl beaufschlagt, wobei dadurch am Differential eine Leistungssummation erfolgt.
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Die erste Übersetzungsstufe der ersten elektrischen Maschine kann eine erste Übersetzung aufweisen, wobei die erste Übersetzungsstufe der zweiten elektrischen Maschine eine zweite Übersetzung aufweisen kann, die je nach Anforderung an die Getriebeanordnung gleich oder unterschiedlich ausgeführt sind. Zudem kann die zweite Übersetzungsstufe der ersten elektrischen Maschine eine erste Übersetzung aufweisen, wobei die zweite Übersetzungsstufe der zweiten elektrischen Maschine eine zweite Übersetzung aufweisen kann, die analog zur ersten Übersetzungsstufe je nach Anforderung an die Getriebeanordnung gleich oder unterschiedlich ausgeführt sein können. Eine Variation der Übersetzungsverhältnisse der ersten und/oder zweiten Übersetzungsstufe der ersten und/oder zweiten elektrischen Maschine hat den Vorteil, dass der Antrieb effizienter gestaltet werden kann und die Getriebeanordnung ferner hinsichtlich akustischen Aspekten ausgelegt werden kann.
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Vorzugsweise ist die jeweilige erste Übersetzungsstufe ein Planetengetriebe mit zumindest einem Planetenradsatz. Demnach weist das Planetengetriebe ein Sonnenrad und ein Hohlrad auf, wobei räumlich zwischen dem Sonnen- und Hohlrad zumindest ein Planetenradsatz mit einer Mehrzahl von drehbar an einem Planetenträger gelagerten Planetenrädern angeordnet ist. Nach einem Ausführungsbeispiel ist die Rotorwelle der jeweiligen elektrischen Maschine drehfest mit dem Sonnenrad verbunden, wobei das Hohlrad ortsfest angeordnet ist. Der Planetenträger ist drehfest mit einer mit der zweiten Übersetzungsstufe der jeweiligen elektrischen Maschine wirkverbundenen Zwischenwelle verbunden, um ein Drehmoment und eine Drehzahl auf die jeweilige zweite Übersetzungsstufe zu übertragen. In diesem Fall ist das jeweilige Planetengetriebe als Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Alternativ ist denkbar, die Planetengetriebe als Plus-Planetenradsatz, Stufenplanetenradsatz oder als andere Planetenradsatzform auszubilden.
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Die zweite Übersetzungsstufe der jeweiligen elektrischen Maschine ist wirksam mit dem Differential verbunden, sodass die zweite Übersetzungsstufe zur Summation der Antriebsleistung gemeinsam genutzt wird bzw. gemeinsam mit dem nachgeschalteten Differential wechselwirkt. Weist die Getriebeanordnung drei oder mehr Übersetzungsstufen auf, wirken stets die letzten Übersetzungsstufen der jeweiligen elektrischen Maschine gemeinsam mit dem Differential zusammen. Beispielsweise können zwischen der ersten elektrischen Maschine und dem Differential drei Übersetzungsstufen und zwischen der zweiten elektrischen Maschine und dem Differential vier Übersetzungsstufen vorgesehen sein, wobei in diesem Beispiel die dritte Übersetzungsstufe der ersten elektrischen Maschine und die vierte Übersetzungsstufe der zweiten elektrischen Maschine zur Leistungssummation gemeinsam genutzt bzw. gemeinsam direkt mit dem Differential wirkverbunden sind.
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Aufgrund der erfolgenden Antriebsleistungssummation können die elektrischen Maschinen vergleichsweise kompaktbauend, insbesondere mit vergleichsweise geringem Durchmesser ausgebildet werden. Ferner wird das Leistungsgewicht der Getriebeanordnung erhöht und gleichzeitig aufgrund der um die Abtriebsachse angeordneten Getriebebauteile der erforderliche Bauraum der Getriebeanordnung reduziert, sodass im Umkehrschluss größere Batterien zur elektrischen Versorgung der Getriebeanordnung zum Einsatz kommen können, die die Reichweite des zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs erhöhen. An Stelle eines größeren Batterievolumens kann der eingesparte Bauraum zur Vergrößerung des Fahrzeuginnenraums, insbesondere des Kofferraumvolumens des Fahrzeugs genutzt werden.
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Die Getriebeanordnung kann parallel oder quer zur Fahrzeuglängsachse angeordnet sein, wobei insbesondere ein Quereinbau der Getriebeanordnung bzw. ein Quereinbau der elektrischen Maschinen im Fahrzeug im Gegensatz zu einer Reihenanordnung von elektrischen Maschinen, die entlang einer Abtriebsachse aufgereiht sind, des geringen erforderlichen Bauraums vorteilhaft ist. Bei einer Längsanordnung der Getriebeanordnung, das heißt parallel zur Fahrzeuglängsachse, sind die mit dem Differential verbundenen Abtriebswellen quer bzw. senkrecht zur Abtriebsachse angeordnet. Bei einer Queranordnung der Getriebeanordnung, das heißt quer zur Fahrzeuglängsachse, sind die mit dem Differential verbundenen Abtriebswellen parallel, vorzugsweise koaxial zur Abtriebsachse angeordnet.
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Bevorzugt umfasst die Getriebeanordnung ferner zumindest eine Leistungselektronik mit einer dritten zentralen Längsachse, wobei auch die dritte zentrale Längsachse auf der gemeinsamen Kreisbahn angeordnet ist. Mit anderen Worten weist die Getriebeanordnung nach einem Ausführungsbeispiel zumindest zwei elektrische Maschinen sowie zumindest eine Leistungselektronik mit jeweiligen zentralen Längsachsen auf, die auf der Kreisbahn liegen, sodass die elektrischen Maschinen und die jeweilige Leistungselektronik um die Abtriebsachse herum im gemeinsamen Getriebegehäuse angeordnet sind. Vorzugsweise sind die zentralen Längsachsen gleichmäßig verteilt um die Abtriebsachse herum auf der Kreisbahn angeordnet, sodass sich bei zwei elektrischen Maschinen und einer Leistungselektronik bei gleichmäßiger Verteilung eine Winkelteilung auf der Kreisbahn von 120° ergibt. Mithin sind die drei Längsachsen um 120° versetzt auf der Kreisbahn angeordnet bzw. die Längsachsen kreuzen die Kreisbahn um 120° beabstandet zueinander.
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Ferner ist denkbar, dass sich die Leistungselektronik über zwei Kreissegmente erstreckt. Dies ist dann von Vorteil, wenn die Leistungselektronik beispielsweise in Schwerkraftrichtung oberhalb der elektrischen Maschinen angeordnet ist, wobei die Leistungselektronik in diesem Fall flach bauend ausgebildet werden kann, um vertikalen Bauraum einzusparen. Indem die zwei elektrischen Maschinen in Schwerkraftrichtung unterhalb der Leistungselektronik angeordnet sind, wird zudem der Schwerpunkt der Getriebeanordnung und folglich des Fahrzeugs vertikal nach unten verlagert und dadurch die Fahreigenschaften des Fahrzeugs verbessert.
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Nach einem Ausführungsbeispiel umfasst die Getriebeanordnung ferner mindestens eine Kupplungseinheit, die dazu eingerichtet ist, zumindest eine der beiden elektrischen Maschinen vom Abtrieb zu entkoppeln. Je nach Leistungsanforderung ist dabei die über die Kupplungseinheit koppelbare elektrische Maschine bzw. die über eine jeweilige Kupplungseinheit koppelbaren elektrischen Maschinen wahlweise vom Abtrieb abkoppelbar, um den Antrieb des Fahrzeugs entsprechend effizienter zu gestalten. Zudem kann durch das Hinzukoppeln einer oder mehrerer vorher entkoppelten elektrischer Maschinen an den Abtrieb eine sogenannte Drehmoment-Boost-Funktion erreicht werden. Mit anderen Worten ist zumindest eine elektrische Maschine vom Abtrieb abkoppelbar, wohingegen zumindest eine elektrische Maschine stets drehzahlfest mit dem Abtrieb antriebswirksam verbunden ist. Durch Entkopplung oder Hinzukopplung zumindest einer elektrischen Maschine vom bzw. zum Abtrieb ist ein Wirkungsgrad des Antriebs anpassbar und optimierbar.
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Die jeweilige Kupplungseinheit ist des Weiteren bevorzugt elektromechanisch, magnetisch und/oder hydraulisch schaltbar. Insbesondere ist die jeweilige Kupplungseinheit als Lamellenkupplung oder als Klauenkupplung ausgebildet und kann von der jeweiligen Leistungselektronik oder einer separaten Steuereinheit zumindest mittelbar betätigt, also geöffnet oder geschlossen werden. Die Kupplungseinheit kann in einem unbetätigten Zustand in einer geöffneten Stellung oder in einer geschlossenen Stellung vorliegen. Eine in einem unbetätigten Zustand in einer geöffneten Stellung vorliegende Kupplungseinheit ist aus energetischer Sicht vorteilhaft. Demgegenüber ist eine in einem unbetätigten Zustand in einer geschlossenen Stellung vorliegende Kupplungseinheit bei einer fehlerhaften Funktionsweise und somit aus Sicherheitsgründen von Vorteil.
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Vorzugsweise ist die jeweilige Kupplungseinheit im Leistungsfluss zwischen der ersten und zweiten Übersetzungsstufe angeordnet. Mit anderen Worten ist eine Kupplungseinheit zwischen der mit der ersten elektrischen Maschine wirkverbundenen ersten und zweiten Übersetzungsstufe und/oder eine Kupplungseinheit zwischen der mit der zweiten elektrischen Maschine wirkverbundenen ersten und zweiten Übersetzungsstufe angeordnet. Eine Anordnung zwischen zwei Übersetzungsstufen ist vorteilhaft, um Verlustleistungen durch mitbewegte bzw. mitgeschleppte Getriebeteile des Antriebsstrangs zu vermeiden. Sind mehr als zwei Übersetzungsstufen vorgesehen, kann die jeweilige Kupplungseinheit auch zwischen einer zweiten und dritten Übersetzungsstufe oder zwischen einer dritten und vierten Übersetzungsstufe, und so weiter, angeordnet sein.
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Alternativ oder ergänzend zur Kupplungseinheit ist die erste Übersetzungsstufe der ersten elektrischen Maschine und/oder die erste Übersetzungsstufe der zweiten elektrischen Maschine als Mehrgangeinheit ausgebildet, die zur Schaltung zwischen zumindest zwei Gangstufen eingerichtet ist. Ferner alternativ oder ergänzend ist die zweite Übersetzungsstufe der ersten elektrischen Maschine und/oder die zweite Übersetzungsstufe der zweiten elektrischen Maschine als Mehrgangeinheit ausgebildet, die zur Schaltung zwischen zumindest zwei Gangstufen eingerichtet ist. Die jeweilige Mehrgangeinheit weist somit mehrere Übersetzungsverhältnisse auf, wobei die Mehrgangeinheit dazu eingerichtet ist wenigstens zwischen einem ersten und zweiten Übersetzungsverhältnis zu schalten. Der Vorteil der Mehrgangeinheit besteht im Wesentlichen darin, das Abtriebsmoment der jeweiligen elektrischen Maschine im Lastpfad während eines Schaltvorganges zu stützen.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Getriebeanordnung bevorzugt einen Ölsumpf, wobei der Ölsumpf in Schwerkraftrichtung unterhalb der elektrischen Maschinen angeordnet ist. Der Ölsumpf ist insbesondere zur Bereitstellung von Kühl- und/oder Schmiermittel vorgesehen, sodass eine Kühlung und/oder Schmierung der elektrischen Maschinen realisiert wird, die in diesem Fall nass in einem Ölraum laufen. Mithin sind die elektrischen Maschinen zur Förderung und Abführung eines Kühl- und/ oder Schmiermittels fluidisch mit dem Ölsumpf verbunden. Zudem kann über den Ölsumpf und eine entsprechende Verbindung die jeweilige Leistungselektronik gekühlt werden. Der Ölsumpf kann ferner eine Ölpumpe sowie einen Ölfilter umfassen. Der Ölsumpf kann eine vierte zentrale Längsachse aufweisen, die ebenfalls auf der gemeinsamen Kreisbahn angeordnet ist. Die vierte Längsachse kann dabei durch den Schwerpunkt oder durch das Zentrum des erforderlichen Bauraums des Ölsumpfs verlaufen. Alternativ kann der Ölsumpf auch unabhängig von der Kreisbahn in der Getriebeanordnung angeordnet sein, jedoch stets im in Schwerkraftrichtung unteren Drittel des Bauraums der Getriebeanordnung sowie unterhalb der elektrischen Maschinen.
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Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst zumindest eine Getriebeanordnung gemäß der vorher beschriebenen Art. Ein erfindungsgemäßes zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine solche Antriebsvorrichtung oder eine Getriebeanordnung gemäß der vorher beschriebenen Art. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Automobil (z.B. ein Personenkraftfahrwagen mit einem Gewicht von weniger als 3,5 t), Bus oder Lastkraftwagen (Bus und Lastkraftwagen z.B. mit einem Gewicht von über 3,5 t).
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Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung gelten sinngemäß ebenfalls für die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung sowie für das erfindungsgemäße zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeug.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine schematische Querschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung gemäß 1,
- 3 eine schematische Teillängsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung Fahrzeugs gemäß 1 und 2,
- 4 eine stark vereinfachte Darstellung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung Fahrzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 5 eine stark vereinfachte Darstellung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung Fahrzeugs gemäß einer dritten Ausführungsform, und
- 6 eine schematische Querschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform.
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1 zeigt ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug 1, das eine Antriebsvorrichtung mit einer Getriebeanordnung 16 umfasst. Gemäß dem vorliegenden Beispiel ist das Fahrzeug 1 als Elektrofahrzeug mit einer ersten Achse 17a und einer zweiten Achse 17b ausgebildet, wobei die Getriebeanordnung 16 an der ersten Achse 17a antriebswirksam angeordnet ist.
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Die Getriebeanordnung 16 umfasst gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 bis 3 eine erste elektrische Maschine 3a mit einer ersten zentralen Längsachse 9a, eine zweite elektrische Maschine 3b mit einer zweiten zentralen Längsachse 9b, eine erste Leistungselektronik 4a mit einer dritten zentralen Längsachse 9c sowie eine zweite Leistungselektronik 4b mit einer vierten zentralen Längsachse 9d, wobei die beiden elektrischen Maschinen 3a, 3b und die Leistungselektroniken 4a, 4b in einem gemeinsamen Getriebegehäuse 2 angeordnet sind. Die erste Leistungselektronik 4a ist vorliegend in nicht näher dargestellter Art und Weise elektrisch und steuerungstechnisch mit der ersten elektrischen Maschine 3a verbunden, wobei die zweite Leistungselektronik 4b elektrisch und steuerungstechnisch mit der zweiten elektrischen Maschine 3b verbunden ist.
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Mittig durch den Bauraum des Getriebegehäuses 2 erstreckt sich eine Abtriebsachse 5, die koaxial zu einer ersten und zweiten Abtriebswelle 13a, 13b angeordnet ist, wobei die Abtriebswellen 13a, 13b einerseits mit einem Differential 8 und andererseits mit einem jeweiligen Rad 18a, 18b der ersten Achse 17a verbunden sind. Wie in dem Querschnitt der Getriebeanordnung 16 in 2 deutlich dargestellt ist, ist eine Kreisbahn 10 in einer Ebene senkrecht zur Abtriebsachse 5 angeordnet, wobei die Kreisbahn 10 einen konstanten Radius aufweist. Die Kreisbahn 10 weist einen - hier nicht näher dargestellten - Mittelpunkt auf, der vorliegend auf der Abtriebsachse 5 liegt. Mithin ist die Kreisbahn 10 vorliegend koaxial zur Abtriebsachse 5 angeordnet. Auch eine parallele Anordnung der Kreisbahn 10 relativ zur Abtriebsachse 5 ist denkbar, sodass der Mittelpunkt der Kreisbahn 10 nicht auf der Abtriebsachse 5, sondern beabstandet dazu liegt. Die zentralen Längsachsen 9a, 9b der elektrischen Maschinen 3a, 3b sowie die zentralen Längsachsen 9c, 9d der Leistungselektroniken 4a, 4b sind gemeinsam auf der Kreisbahn 10 angeordnet bzw. kreuzen die Kreisbahn 10 senkrecht dazu. Mit anderen Worten sind die Längsachsen 9a, 9b, 9c, 9d parallel zur Abtriebsachse 5 angeordnet.
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Nach 2 ist die Kreisbahn 10 in vier Kreissegmente 19a, 19b, 19c, 19d unterteilt, wobei die erste elektrische Maschine 3a im ersten Kreissegment 19a, die zweite elektrische Maschine 3b im zweiten Kreissegment 19b, die erste Leistungselektronik 4a im dritten Kreissegment 19c und die zweite Leistungselektronik 4b im vierten Kreissegment 19d angeordnet ist. Die zentralen Längsachsen 9a, 9b, 9c, 9d sind gleichmäßig beabstandet, das heißt um einen Winkel von 90° zueinander versetzt an der Kreisbahn 10 angeordnet. Je nach Ausbildung der einzelnen Bestandteile und Bauteile der Getriebeanordnung 16 kann eine beliebige Aufteilung der Kreisbahn 10 in beliebig ausgebildete Kreissegmente 19a, 19b, 19c, 19d erfolgen. Auch die Anzahl der Bauteile, die in der Getriebeanordnung 16 angeordnet werden, und somit die Anzahl der die Kreisbahn 10 kreuzenden zentralen Längsachsen bzw. die Anzahl der Kreissegmente kann beliebig variieren, wobei die Längsachsen stets auf der Kreisbahn 10 angeordnet sind. Beispielsweise kann an Stelle von zwei Leistungselektroniken 4a, 4b nur eine Leistungselektronik 4a vorgesehen sein, die dazu eingerichtet ist, alle elektrischen Maschinen 3a, 3b zu steuern, wobei das freie Kreissegment 19d durch ein weiteres beliebiges Bauteil ersetzt werden kann, wie beispielsweise eine weitere elektrische Maschine. In diesem Fall weist die Kreisbahn drei Kreissegmente 19a, 19b, 19c auf, wobei in jedem Kreissegment 19a, 19b, 19c eine jeweilige zentrale Längsachse 9a, 9b, 9c auf der Kreisbahn 10 angeordnet ist.
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Nachfolgend wird anhand 3 die Verbindung der elektrischen Maschinen 3a, 3b an die Abtriebswellen 13a, 13b näher erläutert. Nach 3 in Kombination mit 1 weist die erste elektrische Maschine 3a eine als Planetengetriebe mit einem Planetenradsatz ausgebildete erste Übersetzungsstufe 6a und eine zweite Übersetzungsstufe 7a auf, wobei die zweite elektrische Maschine 3b ebenfalls eine als Planetengetriebe mit einem Planetenradsatz ausgebildete erste Übersetzungsstufe 6b und eine zweite Übersetzungsstufe 7b aufweist. Im vorliegenden Fall weist jede elektrische Maschine 3a, 3b somit eine erste Übersetzungsstufe 6a, 6b und eine zweite Übersetzungsstufe 7a, 7b auf, wobei je nach Auslegung der jeweiligen elektrischen Maschine 3a, 3b auch mehr als zwei Übersetzungsstufen 6a, 7a, 6b, 7b denkbar sind. Sind, wie im vorliegenden Beispiel, zwei Übersetzungsstufen 6a, 7a, 6b, 7b je elektrische Maschine 3a, 3b vorgesehen, so sind die jeweiligen zweiten Übersetzungsstufen 7a, 7b mit dem Differential 8 antriebswirksam verbunden. Das Differential ist im Leistungsfluss nach den zweiten Übersetzungsstufen 7a, 7b koaxial zur Abtriebsachse 5 angeordnet und verbindet die beiden Abtriebswellen 13a, 13b miteinander. Mithin wird das Differential 8 sowohl von der letzten Übersetzungsstufe 7a der ersten elektrischen Maschine 3a als auch von der letzten Übersetzungsstufe 7b der zweiten elektrischen Maschine 3b mit einem Drehmoment sowie einer Drehzahl beaufschlagt, wobei dadurch am Differential 8 eine Leistungssummation erfolgt, die an die Abtriebswellen 13a, 13b übertragen wird.
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Beide elektrische Maschinen 3a, 3b weisen jeweils, wie in 4 und 5 beispielhaft dargestellt, einen Stator 25 und einen Rotor 26 auf, wobei der Rotor 26 der jeweiligen elektrischen Maschine 3a, 3b mit einer Rotorwelle 11a, 11b verbunden ist, und wobei die erste zentrale Längsachse 9a koaxial zur ersten Rotorwelle 11a der ersten elektrischen Maschine 3a und die zweite Längsachse 9b koaxial zur zweiten Rotorwelle 11b der zweiten elektrischen Maschine 3b angeordnet sind. Die Rotorwellen 11a, 11b sind drehfest mit einem Sonnenrad 21 der jeweiligen ersten Übersetzungsstufe 6a, 6b verbunden, wobei über das Sonnenrad 21 ein Drehmoment sowie eine Drehzahl über räumlich zwischen dem Sonnenrad 21 und einem gehäusefesten Hohlrad 22 auf einen drehfest mit einer Zwischenwelle 20 verbundenen Planetenträger 24 überträgt, wobei am Planetenträger 24 mehrere Planetenräder 23 drehbar angeordnet sind, die mit dem Sonnenrad 21 und dem Hohlrad 22 in Zahneingriff stehen.
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Die jeweilige Zwischenwelle 20 ist zudem mit einem in 4 und 5 dargestellten Zahnrad 12 der jeweiligen zweiten Übersetzungsstufe 7a, 7b drehfest verbunden, die das Drehmoment und die Drehzahl aus der ersten Übersetzungsstufe 6a, 6b in die zweite Übersetzungsstufe 7a, 7b und anschließend in das Differential 8 überträgt. Mit anderen Worten sind beide elektrische Maschinen 3a, 3b direkt mit dem Abtrieb, das heißt mit den Abtriebswellen 13a, 13b verbunden. Die Übersetzungen der Übersetzungsstufen 6a, 6b, 7a, 7b können in Abhängigkeit der Ausbildung der elektrischen Maschinen 3a, 3b sowie den Anforderungen an die Getriebeanordnung 16 beliebig ausgestaltet werden. So kann die erste Übersetzungsstufe 6a der ersten elektrischen Maschine 3a, die erste Übersetzungsstufe 6b der zweiten elektrischen Maschine 3b, die zweite Übersetzungsstufe 7a der ersten elektrischen Maschine 3a und/oder die zweite Übersetzungsstufe 7b der zweiten elektrischen Maschine 3b als Mehrgangeinheit ausgebildet sein, die zur Schaltung zwischen zumindest zwei Gangstufen eingerichtet ist. Somit kann mit der jeweiligen elektrischen Maschine 3a, 3b in Abhängigkeit der Bauweise der jeweiligen als Mehrganggetriebe ausgebildeten Übersetzungsstufe 6a, 6b, 7a, 7b eine Antriebsleistung mit einer Vielzahl von Gangstufen bzw. Übersetzungsverhältnissen beliebig und betriebssituationsgerecht auf das Differential 8 und auf die Abtriebswellen 13a, 13b übertragen werden. Auch die elektrischen Maschinen 3a, 3b können ja nach Anforderungen identisch oder unterschiedlich, das heißt mit unterschiedlichen Leistungen, Drehmomenten, Drehzahlen, Bauarten und/oder Größen ausgebildet werden.
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Die Getriebeanordnung 16 gemäß einer zweiten Ausführungsbeispiel nach 4 ist im Wesentlichen identisch zur ersten Ausführungsform nach 1 bis 3 ausgebildet. Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht in einer Kupplungseinheit 15, die im Leistungsfluss zwischen der ersten und zweiten Übersetzungsstufe 6b, 7b der zweiten elektrischen Maschine 3b an der Zwischenwelle 20 angeordnet und vorliegend dazu eingerichtet ist, die zweite elektrische Maschine 3b bei Bedarf vom Abtrieb zu entkoppeln. Dadurch kann der Antrieb des Fahrzeugs 1 effizienter gestaltet werden, wobei insbesondere der Wirkungsgrad des Antriebs verbessert wird. Es ist denkbar, auch in beiden Antriebssträngen, das heißt sowohl im Leistungsfluss zwischen der ersten und zweiten Übersetzungsstufe 6b, 7b der zweiten elektrischen Maschine 3b als auch im Leistungsfluss zwischen der ersten und zweiten Übersetzungsstufe 6a, 7a der ersten elektrischen Maschine 3a eine Kupplungseinheit 15 vorzusehen, wobei für den Antrieb stets eine Kupplungseinheit 15 in einem geschlossenen Zustand vorliegen muss, um ein Antriebsmoment auf die Abtriebswellen 13a, 13b zu übertragen und dadurch das Fahrzeug 1 anzutreiben.
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Auch eine in 5 gezeigte dritte Ausführungsform der Getriebeanordnung 16 ist im Wesentlichen identisch zur ersten Ausführungsform nach 1 bis 3 und zur zweiten Ausführungsform nach 4 ausgebildet. Der Unterschied besteht im Wesentlichen darin, dass die - hier stark schematisch dargestellte - Kupplungseinheit 15 im Leistungsfluss zwischen der ersten und zweiten Übersetzungsstufe 6a, 7a der ersten elektrischen Maschine 3a an der Zwischenwelle 20 angeordnet ist. Die Kupplungseinheit 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, die zweite elektrische Maschine 3b bei Bedarf vom Abtrieb zu entkoppeln.
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6 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Getriebeanordnung 16, wobei vorliegend im Querschnitt gezeigt ist, dass die Getriebeanordnung 16 zwei elektrische Maschinen 3a, 3b aufweist, die in Schwerkraftrichtung zum einen oberhalb einer einzigen Leistungselektronik 4a sowie zum anderen oberhalb eines Ölsumpfes 14 angeordnet sind. Die erste elektrische Maschine 3a weist eine erste zentrale Längsachse 9a, die zweite elektrische Maschine 3b eine zweite zentrale Längsachse 9b, die Leistungselektronik 4a eine dritte zentrale Längsachse 9c und der Ölsumpf 14 eine vierte zentrale Längsachse 9d auf, wobei die beiden elektrischen Maschinen 3a, 3b, die Leistungselektronik 4a sowie der Ölsumpf 14 gemeinsam im Getriebegehäuse 2 angeordnet sind. Der Ölsumpf 14 ist in Schwerkraftrichtung unterhalb der elektrischen Maschinen 3a, 3b sowie etwa im unteren Drittel der Getriebeanordnung 16 angeordnet. Die Leistungselektronik 4a ist vorliegend elektrisch und steuerungstechnisch mit den beiden elektrischen Maschinen 3a, 3b sowie dem Ölsumpf 14 verbunden.
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Der Ölsumpf 14 ist, was hier nicht näher gezeigt ist, fluidisch mit der elektrischen Maschinen 3a, 3b sowie mit der der Leistungselektronik 4a verbunden und stellt ein Kühl- und/oder Schmiermittel zur Kühlung bzw. Schmierung der elektrischen Maschinen 3a, 3b sowie zur Kühlung der Leistungselektronik 4a bereit und fördert das Kühl- bzw. Schmiermittel entsprechend zu den elektrischen Maschinen 3a, 3b bzw. der Leistungselektronik 4a. Im Ölsumpf 14 kann eine - nicht dargestellte - Ölpumpe mit einem Ölfilter angeordnet sein, wobei die Ölpumpe vorliegend durch die Leistungselektronik 4a gesteuert und gegebenenfalls geregelt wird.
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Nach 6 ist die Kreisbahn 10 in vier Kreissegmente 19a, 19b, 19c, 19d unterteilt, wobei die erste elektrische Maschine 3a im ersten Kreissegment 19a, die zweite elektrische Maschine 3b im zweiten Kreissegment 19b, die Leistungselektronik 4a im dritten Kreissegment 19c und der Ölsumpf 14 im vierten Kreissegment 19d angeordnet ist. Die zentralen Längsachsen 9a, 9b, 9c, 9d sind in Abhängigkeit des erforderlichen Bauraums der Bauteile 3a, 3b, 4a, 14 beabstandet zueinander, jedoch stets auf der Kreisbahn 10 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Getriebegehäuse
- 3a
- Erste elektrische Maschine
- 3b
- Zweite elektrische Maschine
- 4a
- Erste Leistungselektronik
- 4b
- Zweite Leistungselektronik
- 5
- Abtriebsachse
- 6a
- Erste Übersetzungsstufe der ersten elektrischen Maschine
- 6b
- Erste Übersetzungsstufe der zweiten elektrischen Maschine
- 7a
- Zweite Übersetzungsstufe der ersten elektrischen Maschine
- 7b
- Zweite Übersetzungsstufe der zweiten elektrischen Maschine
- 8
- Differential
- 9a
- Erste zentrale Längsachse
- 9b
- Zweite zentrale Längsachse
- 9c
- Dritte zentrale Längsachse
- 9d
- Vierte zentrale Längsachse
- 10
- Anordnungskreis
- 11a
- Erste Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine
- 11 b
- Zweite Rotorwelle der zweiten elektrischen Maschine
- 12
- Zahnrad
- 13a
- Erste Abtriebswelle
- 13b
- Zweite Abtriebswelle
- 14
- Ölsumpf
- 15
- Kupplungseinheit
- 16
- Getriebeanordnung
- 17a
- Erste Achse
- 17b
- Zweite Achse
- 18a
- Erstes Rad
- 18b
- Zweites Rad
- 19a
- Erstes Kreissegment
- 19b
- Zweites Kreissegment
- 19c
- Drittes Kreissegment
- 19d
- Viertes Kreissegment
- 20
- Zwischenwelle
- 21
- Sonnenrad
- 22
- Hohlrad
- 23
- Planetenrad
- 24
- Planetenträger
- 25
- Stator
- 26
- Rotor
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015002405 A1 [0002]
