DE102021133267A1

DE102021133267A1 - Electrical drive of a vehicle

Info

Publication number: DE102021133267A1
Application number: DE102021133267.2A
Authority: DE
Inventors: Thorsten BIERMANN; Ivo Agner; Götz Rathke; Christian Lutz; Peter Welker
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2023-06-15
Also published as: WO2023110012A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb eines Fahrzeuges, umfassend zwei elektrische Traktionsmaschinen (2, 3; 18, 19), die über je eine Getriebereduktionsstufe (7, 8) zwei Fahrzeugräder (11, 12) antreiben. Bei einem elektrischen Antrieb, der in einem kompakten axialen Bauraum integriert ist und über ein sehr hohes Drehmoment- und Leistungsgewicht verfügt, sind die zwei funktionstechnisch voneinander getrennten elektrischen Traktionsmaschinen (2, 3; 18, 19) mit einer gemeinsamen Multiphaseneinrichtung (20) zur Strom- bzw. Spannungsversorgung der beiden elektrischen Traktionsmaschinen (2, 3; 18, 19) verbunden, wobei die Multiphaseneinrichtung (20) mehr als drei Phasen (21a, b, c; 22a, b, c) zur unabhängigen Einstellung der Betriebsparameter der beiden elektrischen Traktionsmaschinen (2, 3; 18, 19) aufweist.The invention relates to an electric drive for a vehicle, comprising two electric traction machines (2, 3; 18, 19) which each drive two vehicle wheels (11, 12) via a gear reduction stage (7, 8). In an electric drive that is integrated in a compact axial installation space and has a very high torque and power-to-weight ratio, the two functionally separate electric traction machines (2, 3; 18, 19) are connected to a common multi-phase device (20) for electricity - Connected or voltage supply of the two electric traction machines (2, 3; 18, 19), wherein the multi-phase device (20) has more than three phases (21a, b, c; 22a, b, c) for the independent adjustment of the operating parameters of the two electric Traction machines (2, 3; 18, 19).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb eines Fahrzeuges, welcher zwei elektrische Traktionsmaschinen umfasst, die über je eine Getriebereduktionsstufe zwei Fahrzeugräder antreiben.The invention relates to an electric drive of a vehicle, which comprises two electric traction machines, which drive two vehicle wheels via a gear reduction stage in each case.

Aus der DE 202 13 670 U1 ist eine direkt angetriebene Antriebsachse mit zwei Antriebsmotoren bekannt, wobei an der Achse zwei getrennt arbeitende und über eine gemeinsame Steuerung in ihrem Arbeitsverhalten gesteuerten Asynchronmotoren angeordnet sind und die Motorwellen der beiden Asynchronmotoren jeweils über eine Planetengetriebestufe mit den die nachgeschaltete Abtriebswelle antreibenden, je ein Fahrzeugrad treibenden Antriebswellen verbunden sind.From the DE 202 13 670 U1 a directly driven drive axle with two drive motors is known, with two separately working asynchronous motors whose working behavior is controlled by a common controller being arranged on the axle and the motor shafts of the two asynchronous motors each via a planetary gear stage with the downstream output shaft driving one vehicle wheel each drive shafts are connected.

Weiterhin ist es bekannt, dass Antriebssysteme, die zwei Antriebsmotoren umfassen, über zwei getrennte Leistungselektronikeinheiten mit Strom versorgt werden. Jede Leistungselektronikeinheit verfügt dabei über jeweils eigenständige Komponenten.Furthermore, it is known that drive systems that include two drive motors are supplied with power via two separate electronic power units. Each power electronics unit has its own independent components.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb eines Fahrzeuges anzugeben, der in einem kompakten axialen Bauraum integriert ist und über ein sehr hohes Drehmoment- und Leistungsgewicht verfügt.The invention is based on the object of specifying an electric drive for a vehicle that is integrated in a compact axial space and has a very high torque and power-to-weight ratio.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.The object is solved by the subject matter of claim 1.

Der eingangs erläuterte elektrische Antrieb eines Fahrzeuges umfasst zwei elektrische Traktionsmaschinen, die über je eine Getriebereduktionsstufe zwei Fahrzeugräder antreiben. Bei diesem elektrischen Antrieb sind die zwei funktionstechnisch voneinander getrennten elektrischen Traktionsmaschinen mit einer gemeinsamen Multiphaseneinrichtung zur Strom- bzw. Spannungsversorgung der beiden elektrischen Traktionsmaschinen verbunden, wobei die Multiphaseneinrichtung mehr als drei Phasen zur unabhängigen Einstellung der Betriebsparameter der beiden elektrischen Traktionsmaschinen aufweist. Die Verwendung nur einer Strom- bzw. Spannungsversorgungseinrichtung ermöglicht eine Verkleinerung der Baugröße des Antriebs bei gleichzeitiger Gewichtsverringerung. Die Multiphaseneinrichtung ist dabei als entkoppelte Schnittstelle zwischen einer Energiequelle und den elektrischen Traktionsmaschinen einsetzbar, wobei durch die Entkopplung die Verwendung einer beliebigen Anzahl von Traktionsmaschinen betrieben werden können, da die Anzahl der Phasen der Multifunktionseinrichtung beliebig variiert werden kann.The electric drive of a vehicle explained at the outset comprises two electric traction machines which each drive two vehicle wheels via a gear reduction stage. In this electric drive, the two functionally separate electric traction machines are connected to a common multi-phase device for supplying current or voltage to the two electric traction machines, with the multi-phase device having more than three phases for independently setting the operating parameters of the two electric traction machines. The use of only one current or voltage supply device allows the size of the drive to be reduced while at the same time reducing the weight. The multiphase device can be used as a decoupled interface between an energy source and the electric traction machines, with the decoupling allowing the use of any number of traction machines since the number of phases of the multifunction device can be varied as desired.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Phasen der Multiphaseneinrichtung durch voneinander getrennte elektrische Leiter gebildet, die in eine erste Phasengruppe zur Versorgung der ersten elektrischen Traktionsmaschine und eine zweite Phasengruppe zur Versorgung der zweiten elektrischen Traktionsmaschine zusammengefasst, wobei durch Anlegen von unterschiedlichen Stromstärken bzw. Frequenzen an die Phasengruppen unterschiedliche Drehmomente bzw. Drehzahlen an den beiden elektrischen Traktionsmaschinen generierbar sind. Durch die Zusammenfassung der Phasen in einzelne Phasengruppen ist für jede elektrische Traktionsmaschine ein eigener Regelkreis notwendig. Für die beiden Regelkreise sind zwei Gebersensoriken notwendig. Die Phasen der Multiphaseneinrichtung können aber trotzdem unabhängig voneinander einzeln angesteuert werden. Die Zusammenfassung der Phasen in Phasengruppen reduziert den Montageaufwand des elektrischen Antriebes.According to one embodiment, the phases of the multiphase device are formed by separate electrical conductors, which are combined into a first phase group for supplying the first electrical traction machine and a second phase group for supplying the second electrical traction machine, with different current intensities or frequencies being applied to the phase groups different torques or speeds can be generated on the two electric traction machines. Due to the combination of the phases in individual phase groups, a separate control circuit is required for each electric traction machine. Two encoder sensors are required for the two control loops. However, the phases of the multiphase device can nevertheless be controlled individually, independently of one another. Combining the phases in phase groups reduces the effort required to assemble the electric drive.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die gemeinsame Multiphaseneinrichtung derart ausgebildet, dass zur unabhängigen Einstellung der Betriebsparameter der/die an jeder Phasengruppe anliegende Wechselstrom bzw. Wechselspannung unabhängig voneinander modellierbar sind. Infolge der individuellen Modulation von Wechselstrom bzw. Wechselspannung der Phasen ist eine elektrische Traktionsmaschine unabhängig von der anderen betreibbar. Dies ist insbesondere in Kurvenfahrten des Fahrzeuges von Vorteil, da hier an den elektrischen Traktionsmaschinen unterschiedliche Betriebsgrößen, wie Drehzahl und Drehmoment, anliegen müssen.According to a further embodiment, the common multiphase device is designed in such a way that the alternating current or alternating voltage applied to each phase group can be modeled independently of one another for the independent setting of the operating parameters. As a result of the individual modulation of alternating current or alternating voltage of the phases, one electric traction machine can be operated independently of the other. This is particularly advantageous when the vehicle is cornering, since different operating variables, such as speed and torque, must be present at the electric traction machines.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Phasengruppen zur Bereitstellung unterschiedlicher elektrischer Leistungen ausgebildet. Dies lässt sich durch die geometrischen Eigenschaften der einzelnen Leitungen beeinflussen.According to a further embodiment, the phase groups are designed to provide different electrical powers. This can be influenced by the geometric properties of the individual lines.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Multiphaseneinrichtung als regelbarer 6- phasige Leistungselektronikeinheit ausgebildet. Mittels einem solchen intelligenten 6-phasigen Leistungselektronikeinheit können jeweils drei Phasen zu jeweils einer Phasengruppe zusammengefasst werden, die dann jeweils eine elektrische Traktionsmaschine ansteuern. Dadurch werden zwei separate drei-phasige Leistungselektronikeinheiten ersetzt und Bauraum, Kosten und Gewicht des Antriebes reduziert. Eine Multiphaseneinrichtung als Leistungselektronikeinheit zeichnet sich dadurch aus. Dass sie nur einen DC-Eingang (Gleichstrom mit Plus- und Minus-Pol) hat, der über Filter und Kondensator zu den Leistungsschaltern führt und diese Leistungselektronikeinheit in einen separaten oder in einem in die Motor-/Getriebeeinheit integriertem Gehäuse untergebracht ist.According to a further embodiment, the multiphase device is designed as a controllable 6-phase power electronics unit. Using such an intelligent 6-phase power electronics unit, three phases can each be combined into a phase group, which then each control an electric traction machine. This replaces two separate three-phase power electronics units and reduces the installation space, costs and weight of the drive. A multiphase device as a power electronics unit is characterized by this. That it only has one DC input (direct current with plus and minus pole) that leads to the circuit breakers via filters and capacitors and that this power electronics unit is housed in a separate housing or in one that is integrated into the motor/gear unit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Rotorwellen der beiden elektrischen Traktionsmaschinen mechanisch voneinander entkoppelt. Auf Grund dessen, dass die Rotorwellen der elektrischen Traktionsmaschinen drehentkoppelt sind, wird für jedes Rad ein selektiver Antriebskreis realisiert. Dadurch kann die Positionierung des Antriebes im vorhandenen radialen Bauraum des Fahrzeuges variabler gestaltet werden.According to a further embodiment, the rotor shafts of the two electric traction machines are mechanically decoupled from one another. Due to the fact that the rotor shafts of the electric traction machines are rotationally decoupled, a selective drive circuit is implemented for each wheel. As a result, the positioning of the drive in the existing radial installation space of the vehicle can be designed more variably.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind Rotor und Stator der elektrischen Traktionsmaschinen koaxial flächig zueinander angeordnet. Eine solche Anordnung benötigt nur wenig axialen Bauraum, was zur Reduzierung der Baugröße des Antriebs führt.According to a further embodiment, the rotor and stator of the electric traction machines are arranged coaxially with one another over a large area. Such an arrangement requires little axial space, which leads to a reduction in the size of the drive.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die koaxial zueinander angeordneten Rotoren der elektrischen Traktionsmaschinen über ein Lager gegeneinander gekoppelt. Dadurch werden die auf die beiden Rotoren wirkenden Axialkräfte der elektrischen Traktionsmaschinen gegeneinander abgestützt. Diese Kräfte können durch asymmetrische Luftspalte und Schrägverzahnungskräfte an den Zahnrädern entstehen.According to a further embodiment, the rotors of the electric traction machines, which are arranged coaxially to one another, are coupled to one another via a bearing. As a result, the axial forces of the electric traction machines acting on the two rotors are supported against one another. These forces can arise from asymmetrical air gaps and helical gearing forces on the gears.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die funktionstechnisch voneinander getrennten elektrischen Traktionsmaschinen in einem gemeinsamen Gehäuse positioniert, wobei das Lager der beiden koaxial zueinander angeordneten Rotoren der elektrischen Traktionsmaschinen mit einem Potentialausgleich ausgestattet ist. Mittels dieses Potentialausgleiches wird ein Auftreten einer Differenzspannung zwischen den beiden elektrischen Traktionsmaschinen verhindert. Diese Maßnahme dient gleichzeitig dem Schutz der Multiphaseneinrichtung.According to a further embodiment, the functionally separate electrical traction machines are positioned in a common housing, with the bearing of the two rotors of the electrical traction machines, which are arranged coaxially to one another, being equipped with equipotential bonding. This equipotential bonding prevents the occurrence of a differential voltage between the two electric traction machines. This measure also serves to protect the multiphase device.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Getriebereduktionsstufen als Planetenradgetriebe oder Stirnräderketten ausgebildet. Durch solche Getriebereduktionsstufen wird die Drehzahl der Fahrzeugräder gegenüber der Drehzahl der elektrischen Traktionsmaschinen reduziert, wobei das Drehmoment erhöht wird.According to a further embodiment, the gear reduction stages are designed as planetary gears or spur gear chains. Such gear reduction stages reduce the speed of the vehicle wheels compared to the speed of the electric traction machines, with the torque being increased.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Abtrieb der Getriebereduktionsstufen koaxial oder parallel zur Mittelachse der elektrischen Traktionsmaschinen angeordnet. Die koaxiale Bauweise erlaubt eine optimale Gestaltung der Getriebereduktionsstufe hinsichtlich Effizienz und Drehmomentgewicht. Die parallele Bauweise erlaubt eine flexiblere Positionierung der elektrischen Traktionsmaschinen zu den Positionen der Räder.According to a further embodiment, the output of the gear reduction stages is arranged coaxially or parallel to the central axis of the electric traction machines. The coaxial design allows the gear reduction stage to be optimally designed in terms of efficiency and torque weight. The parallel construction allows a more flexible positioning of the electric traction machines to the positions of the wheels.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform verfügt jede Reduzierstufe über eine Abkoppeleinheit. Durch die Betätigung der Abkoppeleinheiten können die Fahrzeugräder von dem elektrischen Antrieb getrennt werden. In Abhängigkeit von der Positionierung der Abkoppeleinheit im Antriebsstrang können die Verluste im Antriebsstrang gestaltet werden. Eine Abkoppeleinheit am Getriebeausgang bietet das höchstmögliche Potenzial hinsichtlich Effizienz im abgekoppelten Zustand, allerdings muss hier auch das größtmögliche Drehmoment übertragen werden, was zu einer größeren und schwereren Gestaltung der Abkoppeleinheit führt. Einen Kompromiss zwischen Effizienz und Drehmomentkapazität bietet die Positionierung an der Zwischenwelle einer Stirnräderkette oder dem Hohlrad eines Planetenradgetriebes.According to a further embodiment, each reduction stage has a decoupling unit. By actuating the decoupling units, the vehicle wheels can be separated from the electric drive. Depending on the positioning of the decoupling unit in the drive train, the losses in the drive train can be designed. A decoupling unit at the transmission output offers the highest possible potential in terms of efficiency in the decoupled state, but the greatest possible torque must also be transmitted here, which leads to a larger and heavier design of the decoupling unit. Positioning on the intermediate shaft of a spur gear chain or the ring gear of a planetary gear set offers a compromise between efficiency and torque capacity.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Mehrere davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.The invention permits numerous embodiments. Several of them will be explained in more detail with reference to the figures shown in the drawing.

Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes,
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes,
5 ein elektrisches Ersatzschaltbild mit einer 6-poligen Leistungselektronikeinheit.

Show it:

1 a first embodiment of the electric drive according to the invention,
2 another embodiment of the electric drive according to the invention,
3 another embodiment of the electric drive according to the invention,
4 another embodiment of the electric drive according to the invention,
5 an electrical equivalent circuit diagram with a 6-pole power electronics unit.

In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes dargestellt. Der elektrische Antrieb 1 umfasst zwei elektrische Traktionsmaschinen 2, 3, die axial in Reihe angeordnet sind, so dass die Rotorwellen 4, 5 der beiden elektrische Traktionsmaschinen 2, 3 koaxial zueinander liegen und in einem gemeinsamen Axiallager 6 gegeneinander abgestützt sind. Jede Rotorwelle 4, 5 ist an jeweils eine Getriebereduktionsstufe 7, 8 in Form eines Planetenradgetriebes geführt, welches mit einer Getriebeausgangswelle 9, 10 jeweils an einem Fahrzeugrad 11, 12 angreift. An einem Hohlrad 13 jeder Getriebereduktionsstufe 9, 10 greift eine Abkoppeleinheit 14 an, mit welcher das Fahrzeugrad 11, 12 vom elektrischen Antrieb 1 getrennt werden kann.In 1 a first exemplary embodiment of the electric drive according to the invention is shown. The electric drive 1 comprises two electric traction machines 2, 3, which are arranged axially in series, so that the rotor shafts 4, 5 of the two electric traction machines 2, 3 are coaxial with one another and are supported against one another in a common axial bearing 6. Each rotor shaft 4, 5 is guided to a gear reduction stage 7, 8 in the form of a planetary gear, which engages with a gear output shaft 9, 10 on a vehicle wheel 11, 12 in each case. A ring gear 13 of each gear reduction stage 9, 10 is engaged by a decoupling unit 14, with which the vehicle wheel 11, 12 can be separated from the electric drive 1.

Die in 1 dargestellten elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3 sind als Axialflussmaschinen in einer I-Anordnung ausgeführt, in welcher ein Rotor 15 innenliegend und die Statoren 16 axial flächig außenliegend angeordnet sind. Ein elektrischer Antrieb 17 mit elektrischen Traktionsmaschinen 18, 19, die in einer alternativen H-Anordnung ausgeführt sind, ist in 2 gezeigt. Bei dieser Ausführung umgreift der Rotor 15 die innenliegenden Statoren 16, die axial flächig innerhalb des Rotors 15 positioniert sind.In the 1 The electric traction machines 2, 3 shown are designed as axial flow machines in an I-arrangement, in which a rotor 15 is arranged on the inside and the stators 16 are arranged on the outside in an axially flat manner. An electric drive 17 with electric traction machines 18, 19, which are designed in an alternative H-arrangement, is in 2 shown. In this embodiment, the rotor 15 surrounds the internal stators 16, which are positioned axially flat within the rotor 15.

In beiden Fällen liegen Rotor 15 und Stator 16 axial flächig zueinander, wobei bei der I-Anordnung der scheibenförmige Rotor 15 innen und die scheibenförmigen Statoren 16 außen liegen, während bei der H-Anordnung der Rotor 15 den mittig platzierten scheibenförmigen Stator 16 umgreift. In beiden Fällen liegt keine mechanisch starre Drehkopplung der Rotorwellen 4, 5 der beiden elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3; 18, 19 vor.In both cases, the rotor 15 and stator 16 are axially flat to one another, with the disc-shaped rotor 15 in the I-arrangement being on the inside and the disc-shaped stators 16 on the outside, while in the H-arrangement the rotor 15 surrounds the disc-shaped stator 16 placed in the middle. In both cases there is no mechanically rigid rotary coupling of the rotor shafts 4, 5 of the two electric traction machines 2, 3; 18, 19 before.

Die beschriebenen elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3; 18, 19 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 27 untergebracht. Um die Ausbildung einer Differenzspannung zwischen den elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3; 18, 19 zu verhindern, ist das Axiallager 6 mit einem elektrischen Potentialausgleich ausgestattet. Dieser Potentialausgleich dient gleichzeitig zum Schutz der Multiphaseneinrichtung 20, welche ebenfalls im Gehäuse 27 angeordnet sein kann.The described electric traction machines 2, 3; 18, 19 are accommodated in a common housing 27. To the formation of a differential voltage between the electric traction machines 2, 3; 18, 19 to prevent the axial bearing 6 is equipped with an electrical equipotential bonding. At the same time, this equipotential bonding serves to protect the multiphase device 20 , which can also be arranged in the housing 27 .

Sowohl in der 1 als auch in der 2 ist jede elektrischen Traktionsmaschine 2, 3; 18, 19 mit einer intelligenten Multiphaseneinrichtung 20 gekoppelt, die als 6-phasige Leistungselektronik ausgebildet ist. Die Multiphaseneinrichtung 20 wandelt eine von einer Energiequelle bereitgestellte/n Gleichspannung bzw. Gleichstrom in eine Wechselspannung bzw. Wechselstrom um. Die sechs Phasen 21 a, b ,c; 22a, b, c der Multiphaseneinrichtung 20 sind zu Phasengruppen 21, 22 zusammengefasst, in welchen jeweils drei Phasen 21 a, b, c bzw. 22a, b, c verlaufen. Die an den drei Phasen 21 a, b ,c; 22a, b, c einer Phasengruppe 21, 22 anliegende Wechselspannung bzw. anliegender Wechselstrom sind dabei um 120° phasenversetzt. Die Phasengruppe 21 ist mit den nicht weiter dargestellten Wicklungen des Stators 16 der elektrischen Traktionsmaschine 3 und die Phasengruppe 22 mit den nicht weiter dargestellten drei Wicklungen des Stators 16 der Traktionsmaschine 2 elektrisch verbunden.Both in the 1 as well as in the 2 is each electric traction machine 2, 3; 18, 19 coupled to an intelligent multi-phase device 20, which is designed as a 6-phase power electronics. The multiphase device 20 converts a DC voltage or direct current provided by an energy source into an AC voltage or alternating current. The six phases 21a, b, c; 22a, b, c of the multiphase device 20 are combined into phase groups 21, 22, in which three phases 21a, b, c or 22a, b, c run. The three phases 21 a, b, c; 22a, b, c of a phase group 21, 22 applied AC voltage or applied alternating current are phase-shifted by 120 °. The phase group 21 is electrically connected to the windings, not shown, of the stator 16 of the electric traction machine 3 and the phase group 22 to the three windings, not shown, of the stator 16 of the traction machine 2 .

In den 3 und 4 sind weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Antriebes gezeigt. Dabei entsprechen die Steuerungen der elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3 bzw. 18, 19 den im Zusammenhang mit 1 bzw. 2 gemachten Aussagen. Der Unterschied zu beiden 1 und 2 besteht in einem mechanisch separierten Verbau der beiden elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3; 18, 19, wobei auf eine Abstützung der Motorwellen 4, 5 über ein gemeinsames Axiallager verzichtet wird. Außerdem wird anstelle des Planetenradgetriebes 29, 30 jeweils ein Stirnrädergetriebe 25, 26 verwendet. Dabei sind gemäß 3 die Traktionsmaschinen 2, 3 in einer I-Anordnung ausgebildet, während 4 die elektrischen Traktionsmaschinen 17, 18 in einer H-Anordnung zeigt. Die jeweils mechanisch ungekoppelten Rotorwellen 4,5 der elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3; 17, 18 sind koaxial zueinander ausgebildet und mit jeweils einer der Stirnräderketten 25, 26 verbunden.In the 3 and 4 further embodiments of the drive according to the invention are shown. The controls of the electric traction machines 2, 3 and 18, 19 correspond to those in connection with 1 or. 2 statements made. The difference between the two 1 and 2 consists of a mechanically separated installation of the two electric traction machines 2, 3; 18, 19, wherein the motor shafts 4, 5 are not supported by a common axial bearing. In addition, a spur gear 25, 26 is used instead of the planetary gear 29, 30 respectively. According to 3 the traction machines 2, 3 formed in an I-arrangement, while 4 shows the electric traction machines 17, 18 in an H-arrangement. The respective mechanically uncoupled rotor shafts 4.5 of the electric traction machines 2, 3; 17, 18 are formed coaxially with one another and are each connected to one of the spur gear chains 25, 26.

Da die Rotorwellen 4, 5 der beiden elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3 bzw. 18, 19 mechanisch nicht gekoppelt sind, bildet jede elektrische Traktionsmaschine 2, 3 bzw. 18, 19 jeweils einen achs- oder radselektiven Antrieb. Dabei wird davon ausgegangen, dass die zwei Traktionsmaschinen 2, 3; 18, 19 entweder auf zwei getrennten Achsen oder zusammen auf einer Achse positioniert sind. Die elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3 bzw. 18, 19 werden daher aus Sicht des Multiphaseneinrichtung 20 als zwei unabhängige 3-Phasen-Maschinen betrachtet, welche die Rotorwellen 4, 5 der beiden elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3; 18, 19 unabhängig voneinander ansteuert, um an den Rotorwellen 4, 5 verschiedene Betriebsparameter einzustellen.Since the rotor shafts 4, 5 of the two electric traction machines 2, 3 or 18, 19 are not mechanically coupled, each electric traction machine 2, 3 or 18, 19 forms an axle-selective or wheel-selective drive. It is assumed that the two traction machines 2, 3; 18, 19 are positioned either on two separate axes or together on one axis. The electric traction machines 2, 3 and 18, 19 are therefore considered from the point of view of the multiphase device 20 as two independent 3-phase machines, which the rotor shafts 4, 5 of the two electric traction machines 2, 3; 18, 19 controls independently in order to set different operating parameters on the rotor shafts 4, 5.

In 5 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild mit der 6-poligen Leistungselektronikeinheit als Multiphaseneinrichtung 20 dargestellt, wobei die Leistungselektronikeinheit 20 näher ausgestaltet ist. Die sechsphasige Leistungselektronikeinheit umfasst einen DC-Eingang 25 für eine Gleichspannung oder einen Gleichstrom, welche über ein EMI-Filter 31 und einen Kondensator 32 an sechs Leistungsschalter 33, 34, 35, 36, 37, 38 geführt sind. Jeder Leistungsschalter 33, 34, 35, 36, 37, 38 ist mit je einem Gate-Treiberblock 39, 40, 41, 42, 43, 44 verbunden, welche von einer gemeinsamen Steuereinheit 45 angesteuert werden. Diese Steuereinheit 45 kann als Microcontroller oder ASIC ausgebildet sein, in welchen die beiden Regelkreise 23, 24 zur unabhängigen Regelung von Drehzahl und Drehmoment der elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3; 18, 19 implementiert sind. Von jedem Leistungsschalter 33, 34, 35, 36, 37, 38 geht eine Phase 21 a, b, c; 22a, b, c ab. Die zeitliche Ansteuerung der drei Wechselstrom-Phasen 21 a, b, c; 22a, b, c, die an jeder elektrischen Traktionsmaschine 2, 3; 18, 19 anliegen, sind zueinander um 120° versetzt.In 5 an electrical equivalent circuit diagram is shown with the 6-pole power electronics unit as a multiphase device 20, the power electronics unit 20 being configured in more detail. The six-phase power electronics unit includes a DC input 25 for a DC voltage or a direct current, which is routed to six power switches 33, 34, 35, 36, 37, 38 via an EMI filter 31 and a capacitor 32. Each power switch 33, 34, 35, 36, 37, 38 is connected to a respective gate driver block 39, 40, 41, 42, 43, 44, which are controlled by a common control unit 45. This control unit 45 can be designed as a microcontroller or ASIC, in which the two control circuits 23, 24 for independent control of the speed and torque of the electric traction machines 2, 3; 18, 19 are implemented. A phase 21 a, b, c; 22a,b,c off. The timing of the three AC phases 21 a, b, c; 22a, b, c attached to each electric traction machine 2, 3; 18, 19 are offset from one another by 120°.

Die Leistungsschalter 33, 34, 35, 36, 37, 38 werden unabhängig voneinander von der Steuereinheit 45 angesteuert und wandeln die Gleichspannung bzw. den Gleichstrom in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom um, welche an den Phasen 21a, b, c; 22a, b, c anliegen und über einen AC-Ausgang an die elektrischen Motoren 2, 3, 18, 19 weitergegeben werden. Hinter jedem Leistungsschalter 33, 34, 35, 36, 37, 38 ist für jede Phase 21a, b, c; 22a, b, c ein Stromsensor 46, 47, 48, 49, 50, 51 vorgesehen, welcher den Wechselstrom in jeder einzelnen Phase 21a, b, c; 22a, b, c misst und an die Steuereinheit 45 zurückmeldet. An der Rotorwelle 4, 5 jeder elektrischen Traktionsmaschine 2, 3; 18, 19 ist je ein Rotorlagesensor 52, 53 angeordnet, der mit der Steuereinheit 45 gekoppelt ist.The power switches 33, 34, 35, 36, 37, 38 are controlled independently of one another by the control unit 45 and convert the DC voltage or the direct current into an AC voltage or an alternating current, which is applied to the phases 21a, b, c; 22a, b, c and are passed on to the electric motors 2, 3, 18, 19 via an AC output. Behind each circuit breaker 33, 34, 35, 36, 37, 38 is for each phase 21a, b, c; 22a, b, c, a current sensor 46, 47, 48, 49, 50, 51 is provided, which measures the alternating current in each individual phase 21a, b, c; 22a, b, c and reports back to the control unit 45. at the rotor shaft 4, 5 of each electric traction machine 2, 3; 18, 19, a rotor position sensor 52, 53 is arranged, which is coupled to the control unit 45.

Dabei werden die sechs Phasen 21a, b ,c sowie 22a, b, c getrennt voneinander angesteuert. Die Regelung der beiden elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3; 18, 19 erfolgt über zwei getrennte Regelkreise 23, 24, die Bestandteil der Multiphaseneinrichtung 20 sind Die beiden elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3; 18, 19 werden über die getrennten Phasen 21a, b ,c; 22a, b, c mit einem Wechselstrom bzw. einer Wechselspannung beaufschlagt. Jeder Regelkreis 23, 24 bestimmt dabei in Abhängigkeit der Sensormessungen die Größe von Wechselstrom bzw. Wechselspannung, die an jeder elektrischen Traktionsmaschine 2, 3; 18, 19 anliegen sollen. Über die Einstellung von unterschiedlichen Wechselstromstromstärken und -frequenzen an den Phasengruppen 21, 22 werden unterschiedliche Betriebsparameter, wie Drehmomente bzw. Drehzahlen an den elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3; 18, 19 generiert, die auf die Räder 11, 12 des Fahrzeuges übertragen werden. Zur optionalen Realisierung einer aktiven Drehmomentverteilung (Torque Vectoring) wird ein den Regelkreisen 23, 24 übergeordneter weiterer Regelkreis benötigt.The six phases 21a, b, c and 22a, b, c are controlled separately from one another. The control of the two electric traction machines 2, 3; 18, 19 takes place via two separate control circuits 23, 24, which are part of the multiphase device 20. The two electric traction machines 2, 3; 18, 19 via the separate phases 21a, b, c; 22a, b, c applied with an alternating current or an alternating voltage. Depending on the sensor measurements, each control circuit 23, 24 determines the size of the alternating current or alternating voltage that is applied to each electric traction machine 2, 3; 18, 19 should fit. By setting different AC current strengths and frequencies on the phase groups 21, 22, different operating parameters such as torques or speeds on the electric traction machines 2, 3; 18, 19 generated, which are transmitted to the wheels 11, 12 of the vehicle. For the optional implementation of an active torque distribution (torque vectoring), a control circuits 23, 24 superordinate further control circuit is required.

BezugszeichenlisteReference List

11: elektrischer Antriebelectric drive
22: elektrische Traktionsmaschineelectric traction machine
33: elektrische Traktionsmaschineelectric traction machine
44: Rotorwellerotor shaft
55: Rotorwellerotor shaft
66: Axiallagerthrust bearing
77: Getriebereduktionsstufegear reduction stage
88th: Getriebereduktionsstufegear reduction stage
99: Getriebeausgangswelletransmission output shaft
1010: Getriebeausgangswelletransmission output shaft
1111: Fahrzeugradvehicle wheel
1212: Fahrzeugradvehicle wheel
1313: Hohlradring gear
1414: Abkoppeleinheitdecoupling unit
1515: Rotorrotor
1616: Statorstator
1717: Elektrischer AntriebElectric drive
1818: Elektrische TraktionsmaschineElectric traction machine
1919: Elektrische TraktionsmaschineElectric traction machine
2020: Multiphaseneinrichtungmultiphase device
2121: Phasengruppe Stromschiene mit drei PhasenPhase group Busbar with three phases
2222: Phasengruppe Stromschiene mit drei PhasenPhase group Busbar with three phases
2323: Regelkreiscontrol loop
2424: Regelkreiscontrol loop
2525: Stirnräderkettespur gear chain
2626: Stirnräderkettespur gear chain
2727: GehäuseHousing
2828: Planetenradgetriebeplanetary gear
2929: Planetenradgetriebeplanetary gear
3030: DC-EingangDC input
3131: EMI-FilterEMI filter
3232: Kondensatorcapacitor
3333: Leistungsschaltercircuit breaker
3434: Leistungsschaltercircuit breaker
3535: Leistungsschaltercircuit breaker
3636: Leistungsschaltercircuit breaker
3737: Leistungsschaltercircuit breaker
3838: Leistungsschaltercircuit breaker
3939: Gate-Treiberblockgate driver block
4040: Gate-Treiberblockgate driver block
4141: Gate-Treiberblockgate driver block
4242: Gate-Treiberblockgate driver block
4343: Gate-Treiberblockgate driver block
4444: Gate-Treiberblockgate driver block
4545: Steuereinheitcontrol unit
4646: Stromsensorcurrent sensor
4747: Stromsensorcurrent sensor
4848: Stromsensorcurrent sensor
4949: Stromsensorcurrent sensor
5050: Stromsensorcurrent sensor
5151: Stromsensorcurrent sensor
5252: Rotorlagesensorrotor position sensor
5353: Rotorlagesensorrotor position sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 20213670 U1 [0002]

Claims

Electric drive of a vehicle, comprising two electric traction machines (2, 3; 18, 19) which each drive two vehicle wheels (11, 12) via a gear reduction stage (7, 8), characterized in that the two functionally separate electric traction machines ( 2, 3; 18, 19) are connected to a common multi-phase device (20) for supplying current or voltage to the two electric traction machines (2, 3; 18, 19), the multi-phase device (20) having more than three phases (21a, b, c; 22a, b, c) for the independent setting of the operating parameters of the two electric traction machines (2, 3; 18, 19).

Electric drive after claim 1 , characterized in that the phases (21a, b, c; 22a, b, c) of the multiphase device (2, 3; 18, 19) are formed by separate electrical conductors, which are divided into a first phase group (21) for supplying the first electric traction machine (3; 19) and a second phase group (22) for supplying the second electric traction machine (2, 18) are combined, different torques or Speeds on the two electric traction machines (2, 3; 18, 19) can be generated.

Electric drive after claim 1 and 2 , characterized in that the common multi-phase device (20) is designed in such a way that the alternating current or alternating voltage applied to each phase group (21, 22) can be modeled independently of one another for the independent adjustment of the operating parameters.

Electric drive after claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the phase groups (21, 22) are designed to provide different electrical power.

Electric drive according to at least one of the preceding claims, characterized in that the multi-phase device (20) is designed as a controllable 6-phase electronic power unit.

Electric drive according to at least one of the preceding claims, characterized in that the rotor shafts (4, 5) of the two electric traction machines (2, 3; 18, 19) are mechanically decoupled from one another.

Electric drive according to at least one of the preceding claims, characterized in that the rotor (15) and stator (16) of the electric traction machines (2, 3; 18, 19) are arranged coaxially over a large area in relation to one another.

Electric drive according to at least one of the preceding claims, characterized in that the rotors (15) of the electric traction machines (2, 3; 18, 19) which are arranged coaxially to one another are supported by a bearing (6) to support the axial forces acting on the rotors (15). are coupled to each other.

Electric drive according to at least one of the preceding claims, characterized in that the functionally separate electric traction machines (2, 3; 18, 19) are positioned in a common housing (27), the bearing (6) of the two coaxially arranged rotors (15) of the electric traction machines (2, 3; 18, 19) is equipped with equipotential bonding.

Electric drive according to at least one of the preceding claims, characterized in that the gear reduction stages (7, 8) are designed as planetary gears (28, 29) or spur gear chains (25, 26).