DE102021206649A1 - Drive assembly for a vehicle and vehicle with the drive assembly - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Antriebsanordnung 2 für ein Fahrzeug 1, mit einer ersten elektrischen Maschine 3 zur Erzeugung eines ersten Antriebsmoments, wobei die erste elektrische Maschine 3 einen ersten Rotor 7 aufweist, welcher mit einer ersten Antriebswelle 5 antriebstechnisch verbunden ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine 4 zur Erzeugung eines zweiten Antriebsmoments, wobei die zweite elektrische Maschine 4 einen zweiten Rotor 8 aufweist, welcher mit einer zweiten Antriebswelle 6 antriebstechnisch verbundenen ist, mit einem Planetengetriebe 15 zur Übersetzung des ersten und des zweiten Antriebsmoments auf mindestens eine Abtriebswelle 21, 22, wobei die erste Antriebswelle 4 einen ersten Getriebeeingang und die zweite Antriebswelle 6 einen zweiten Getriebeeingang in das Planetengetriebe 15 bildet, vorgeschlagen, wobei der erste und der zweite Rotor 7, 8 in Bezug auf eine Hauptdrehachse 100 koaxial zueinander angeordnet, wobei die erste und die zweite elektrische Maschine 3, 4 einen gemeinsamen Stator 9 für den ersten und den zweiten Rotor 7, 8 aufweisen.A drive arrangement 2 for a vehicle 1 is provided, with a first electrical machine 3 for generating a first drive torque, the first electrical machine 3 having a first rotor 7, which is drive-connected to a first drive shaft 5, with a second electrical machine 4 for generating a second drive torque, the second electric machine 4 having a second rotor 8, which is drivingly connected to a second drive shaft 6, with a planetary gear 15 for translating the first and the second drive torque to at least one output shaft 21, 22, the first drive shaft 4 forms a first transmission input and the second drive shaft 6 forms a second transmission input into the planetary gear 15, the first and the second rotor 7, 8 being arranged coaxially with respect to a main axis of rotation 100, the first and the second electric machine 3, 4 one mean Same stator 9 for the first and the second rotor 7, 8 have.
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit der Antriebsanordnung.The invention relates to a drive assembly for a vehicle having the features of the preamble of
Es sind elektrische Antriebstränge in Fahrzeugen bekannt, welche hybridisch, insbesondere in Kombination mit einer Brennkraftmaschine, oder rein elektrisch ausgeführt sein können. Dabei weisen die elektrischen Antriebsstränge mindestens einen Elektromotor auf, welcher über mindestens ein Getriebe leistungsverzweigt ist. Weiterhin kann ein weiterer Elektromotor derart in den Antriebsstrang eingebunden sein, sodass die Drehmomente der beiden Elektromotoren addiert werden und somit die Antriebsleistung des Fahrzeugs verbessert werden kann.Electric drive trains are known in vehicles, which can be hybrid, in particular in combination with an internal combustion engine, or purely electric. The electric drive trains have at least one electric motor, which is power-split via at least one transmission. Furthermore, a further electric motor can be integrated into the drive train in such a way that the torques of the two electric motors are added and the drive power of the vehicle can thus be improved.
Die Druckschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welche sich durch eine hohe Effizienz und einen geringen Bauraumbedarf auszeichnet.The invention is based on the object of proposing a drive arrangement of the type mentioned at the outset, which is characterized by high efficiency and low installation space requirements.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und beigefügten Figuren hervor.This object is achieved by a drive assembly having the features of
Gegenstand der Erfindung ist eine Antriebsanordnung, welche für ein Fahrzeug ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere dient die Antriebsanordnung zum elektrischen Antrieb des Fahrzeugs.The subject matter of the invention is a drive arrangement which is designed and/or suitable for a vehicle. In particular, the drive arrangement serves to drive the vehicle electrically.
Die Antriebsanordnung weist eine erste und eine zweite elektrische Maschine auf, welche jeweils zur Erzeugung eines Antriebsmoments ausgebildet und/oder geeignet ist. Die erste und die zweite elektrische Maschine können jeweils sowohl in einem Motorbetrieb als auch in einem Generatorbetrieb betrieben werden. Insbesondere können die erste und die zweite elektrische Maschine unterschiedlich dimensioniert sein. Vorzugsweise können die erste und die zweite elektrische Maschine unterschiedliche Drehzahlwerte und/oder Drehmomentwerte bereitstellen.The drive arrangement has a first and a second electric machine, each of which is designed and/or suitable for generating a drive torque. The first and the second electric machine can each be operated both in a motor mode and in a generator mode. In particular, the first and the second electric machine can be dimensioned differently. The first and the second electric machine can preferably provide different speed values and/or torque values.
Die Antriebsanordnung weist eine erste Antriebswelle auf, welche antriebstechnisch mit einem ersten Rotor der ersten elektrischen Maschine verbunden ist, sowie eine zweite Antriebswelle, welche antriebstechnisch mit einem zweiten Rotor der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist. Insbesondere ist die erste Antriebswelle drehfest mit dem ersten Rotor und die zweite Antriebswelle drehfest mit dem zweiten Rotor verbunden. Beispielsweise können die erste Antriebswelle und der erste Rotor und/oder die zweite Antriebswelle und der zweite Rotor zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sein. Alternativ können die erste Antriebswelle und der erste Rotor und/oder die zweite Antriebswelle und der zweite Rotor jedoch auch aus einem gemeinsamen Materialabschnitt, vorzugsweise einstückig, gefertigt sein.The drive arrangement has a first drive shaft, which is drivingly connected to a first rotor of the first electric machine, and a second drive shaft, which is drivingly connected to a second rotor of the second electric machine. In particular, the first drive shaft is non-rotatably connected to the first rotor and the second drive shaft is non-rotatably connected to the second rotor. For example, the first drive shaft and the first rotor and/or the second drive shaft and the second rotor can be positively and/or non-positively connected to one another at least in the circumferential direction. Alternatively, however, the first drive shaft and the first rotor and/or the second drive shaft and the second rotor can also be manufactured from a common material section, preferably in one piece.
Die Antriebsanordnung weist ein Planetengetriebe auf, welches zur Übersetzung des ersten und des zweiten Antriebsmoments auf mindestens oder genau eine Abtriebswelle ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere dient das Planetengetriebe dazu die beiden Antriebsmomente sowohl in einem kombinierten Betrieb als auch in einem Einzelbetrieb der beiden elektrischen Maschinen auf die Abtriebswelle zu übersetzen, um unterschiedliche Drehzahlen und/oder Drehmomente über ein Differenzialgetriebe an den Fahrzeugrädern des Fahrzeugs, insbesondere einer Antriebsachse, umzusetzen. Hierzu bildet die erste Antriebswelle einen ersten Getriebeeingang und die zweite Antriebswelle einen zweiten Getriebeeingang in das Planetengetriebe. Die Abtriebswelle ist vorzugsweise mit einem Getriebeausgang des Planetengetriebes getriebetechnisch verbunden. Bevorzugt ist die mindestens eine Abtriebswelle zur Fortbewegung des Fahrzeugs mit den Fahrzeugrädern der Antriebsachse verbunden. Optional kann dem Planetengetriebe mindestens ein Getriebe zur Drehmomentverteilung und/oder Drehmomentumwandlung auf die mindestens eine Abtriebswelle nachgeordnet sein.The drive arrangement has a planetary gear, which is designed and/or suitable for translating the first and the second drive torque to at least or exactly one output shaft. In particular, the planetary gear serves to transfer the two drive torques to the output shaft both in combined operation and in individual operation of the two electric machines in order to convert different speeds and/or torques via a differential gear on the vehicle wheels of the vehicle, in particular a drive axle. For this purpose, the first drive shaft forms a first transmission input and the second drive shaft forms a second transmission input into the planetary gear. The output shaft is preferably geared to a gear output of the planetary gear. The at least one output shaft is preferably connected to the vehicle wheels of the drive axle in order to move the vehicle forward. Optionally, at least one gear for torque distribution and/or torque conversion to the at least one output shaft can be arranged downstream of the planetary gear.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der erste und der zweite Rotor in Bezug auf eine Hauptdrehachse koaxial zueinander angeordnet. Insbesondere ist die Hauptdrehachse durch eine Rotationsachse der ersten und/oder der zweiten Antriebswelle definiert. Vorzugsweise sind die erste und die zweite elektrische Maschine in Bezug auf die Hauptdrehachse koaxial zueinander angeordnet. Die erste und die zweite elektrische Maschine weisen dabei einen gemeinsamen Stator für den ersten und den zweiten Rotor auf. Insbesondere ist der Stator derart ausgebildet und/oder zu den beiden Rotoren angeordnet, sodass die beiden elektrischen Maschinen unabhängig voneinander betrieben werden können. Vorzugsweise ist der Stator in Bezug auf die Hauptdrehachse radial zwischen den beiden Rotoren angeordnet.In the context of the invention, it is proposed that the first and the second rotor be arranged coaxially to one another with respect to a main axis of rotation. In particular, the main axis of rotation is defined by an axis of rotation of the first and/or the second drive shaft. Preferably, the first and the second electrical machine with respect to the Main axis of rotation arranged coaxially to each other. The first and the second electric machine have a common stator for the first and the second rotor. In particular, the stator is designed and/or arranged in relation to the two rotors in such a way that the two electrical machines can be operated independently of one another. The stator is preferably arranged radially between the two rotors in relation to the main axis of rotation.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass durch die Verwendung eines gemeinsamen Stators eine kompakte Anordnung, insbesondere eine Hochintegration der Elektromaschinen realisiert werden kann. Zudem kann durch die Verwendung nur eines Stators die Anzahl an Bauteilen sowie das Gesamtgewicht der Antriebsanordnung reduziert und somit kostengünstig produziert werden. Weiterhin wird eine elektrische Antriebsanordnung vorgeschlagen, welche durch die Verwendung von zwei elektrischen Maschinen über den kompletten Betriebsbereich hinsichtlich Kühlung und Wirkungsgrad deutlich effizienter betrieben werden kann.The advantage of the invention consists in particular in the fact that a compact arrangement, in particular high integration of the electric machines, can be implemented by using a common stator. In addition, by using only one stator, the number of components and the overall weight of the drive arrangement can be reduced and can therefore be produced cost-effectively. Furthermore, an electrical drive arrangement is proposed which can be operated much more efficiently in terms of cooling and efficiency over the entire operating range by using two electrical machines.
In einer konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste elektrische Maschine als ein Innenläufer ausgebildet ist, wobei der erste Rotor radial innerhalb des Stators angeordnet ist. Die zweite elektrische Maschine ist als ein Außenläufer ausgebildet, wobei der zweite Rotor radial außerhalb des Stators angeordnet ist. Insbesondere ist der erste Rotor der ersten elektrischen Maschine radial innerhalb des zweiten Rotors der zweiten elektrischen Maschine angeordnet. Vorzugsweise ist der Stator zumindest abschnittsweise innerhalb des außenliegenden Rotors angeordnet und der innenliegende Rotor zumindest abschnittsweise innerhalb des Stators angeordnet. Vorzugsweise kann die elektrische Maschine mit kleineren Durchmesser, insbesondere der Innenläufer, mit höherer Drehzahl und die elektrische Maschine mit größerem Durchmesser, insbesondere der Außenläufer, mit größerem Drehmoment betrieben werden. Durch die „verschachtelte“ Anordnung der beiden Rotoren mit dem gemeinsamen Stator, kann eine Antriebsanordnung vorgeschlagen werden, welche sich durch eine besonders kompakte Ausführung der beiden elektrischen Maschinen hinsichtlich axialen und radialen Bauraum auszeichnet.In a specific embodiment, it is provided that the first electrical machine is designed as an internal rotor, with the first rotor being arranged radially inside the stator. The second electrical machine is designed as an external rotor, with the second rotor being arranged radially outside of the stator. In particular, the first rotor of the first electrical machine is arranged radially inside the second rotor of the second electrical machine. The stator is preferably arranged at least in sections inside the outer rotor and the inner rotor is arranged at least in sections inside the stator. The electric machine with a smaller diameter, in particular the inner rotor, can preferably be operated at a higher speed and the electric machine with a larger diameter, in particular the outer rotor, can be operated with a greater torque. Due to the "nested" arrangement of the two rotors with the common stator, a drive arrangement can be proposed which is characterized by a particularly compact design of the two electrical machines with regard to axial and radial installation space.
In einer weiteren konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Antriebswelle jeweils als Hohlwelle ausgebildet sind, wobei die Abtriebswelle zumindest abschnittweise koaxial durch die beiden Hohlwellen geführt ist. Insbesondere ist die Abtriebswelle zumindest abschnittsweise koaxial durch die erste Antriebswelle geführt und/oder radial innerhalb der ersten Antriebwelle angeordnet. Insbesondere ist die erste Antriebswelle zumindest abschnittsweise koaxial durch die zweite Antriebswelle geführt und/oder radial innerhalb der zweiten Antriebwelle angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Abtriebswelle koaxial und/oder konzentrisch zu der ersten und der zweiten Antriebswelle angeordnet. Im Speziellen ist die Abtriebswelle koaxial durch die beiden Hohlwellen zu einem Fahrzeugrad der Antriebsachse geführt. Durch die koaxiale Anordnung wird eine Antriebsanordnung vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders kompakte und symmetrische Bauform auszeichnet.In a further specific implementation, it is provided that the first and the second drive shaft are each designed as a hollow shaft, with the output shaft being guided coaxially through the two hollow shafts at least in sections. In particular, the output shaft is at least partially guided coaxially through the first drive shaft and/or arranged radially inside the first drive shaft. In particular, the first drive shaft is at least partially guided coaxially through the second drive shaft and/or arranged radially inside the second drive shaft. The output shaft is particularly preferably arranged coaxially and/or concentrically with respect to the first and the second drive shaft. In particular, the output shaft is guided coaxially through the two hollow shafts to a vehicle wheel of the drive axle. Due to the coaxial arrangement, a drive arrangement is proposed which is characterized by a particularly compact and symmetrical design.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der Stator eine erste und eine zweite Statorwicklung aufweist. Insbesondere weist der Stator einen Statorkern mit mehreren radial nach innen gerichteten ersten Statorzähnen und mehreren radial nach außen gerichteten zweiten Statorzähnen auf, wobei die erste Statorwicklung auf die ersten Statorzähne und die zweite Statorwicklung auf die zweiten Statorzähne gewickelt ist. Dabei steht der erste Rotor mit der ersten Statorwicklung und der zweite Rotor mit der zweiten Statorwicklung in Wirkverbindung. Insbesondere wirken die erste und die zweite Statorwicklung bei einem Stromdurchfluss als Elektromagnete, wobei das Antriebsmoment für die Drehung des ersten Rotors durch das Zusammenwirken der ersten Statorwicklung des Stators mit dem ersten Rotor und das Antriebsmoment für die Drehung des zweiten Rotors durch das Zusammenwirken der zweiten Statorwicklung des Stators mit dem zweiten Rotor erzeugt wird. Es wird somit eine Antriebsanordnung vorgeschlagen, welche einen unabhängigen Betrieb der ersten und der zweiten elektrischen Maschine unter Verwendung eines gemeinsamen Stators ermöglicht.In a further specification, it is provided that the stator has a first and a second stator winding. In particular, the stator has a stator core with a plurality of radially inwardly directed first stator teeth and a plurality of radially outwardly directed second stator teeth, the first stator winding being wound on the first stator teeth and the second stator winding being wound on the second stator teeth. The first rotor is operatively connected to the first stator winding and the second rotor is operatively connected to the second stator winding. In particular, the first and the second stator winding act as electromagnets when current flows through, the drive torque for the rotation of the first rotor being generated by the interaction of the first stator winding of the stator with the first rotor and the drive torque for the rotation of the second rotor being generated by the interaction of the second stator winding of the stator is generated with the second rotor. A drive arrangement is thus proposed which enables independent operation of the first and the second electric machine using a common stator.
In einer möglichen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite elektrische Maschine eine gemeinsame Leistungselektronik aufweisen, wobei die erste und die zweite Statorwicklung an die Leistungselektronik angebunden sind. Insbesondere ist die Leistungselektronik ausgebildet, eine Stromversorgung der ersten und der zweiten elektrischen Maschine zu steuern und/oder zu regeln. Durch die Verwendung einer gemeinsamen Leistungselektronik für die beiden elektrischen Maschinen, kann die Antriebsanordnung mit der Hälfte an elektrischen Komponenten realisiert werden, sodass die Antriebsanordnung hinsichtlich Kosten und Bauraum weiter optimiert wird. Alternativ kann jedoch auch jeder elektrischen Maschine eine separate Leistungselektronik zugeordnet sein, wobei die erste Statorwicklung an eine erste Leistungselektronik und die zweite Statorwicklung an eine zweite Leistungselektronik angebunden ist.In one possible development, it is provided that the first and the second electric machine have common power electronics, with the first and the second stator winding being connected to the power electronics. In particular, the power electronics are designed to control and/or regulate a power supply of the first and the second electric machine. By using common power electronics for the two electrical machines, the drive arrangement can be implemented with half the number of electrical components, so that the drive arrangement is further optimized in terms of costs and installation space. Alternatively, however, separate power electronics can also be assigned to each electrical machine, with the first stator winding being connected to first power electronics and the second stator winding being connected to second power electronics.
In einer ersten möglichen Realisierung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Statorwicklung in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse versetzt zueinander angeordnet sind. Insbesondere erstreckt sich die erste Statorwicklung in Bezug auf die Hauptdrehachse in einer ersten Radialebene und die zweite Statorwicklung in einer zweiten Radialebene, wobei die beiden Radialebenen in axialer Richtung beabstandet zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Statorwicklung in axialer Richtung betrachtet hintereinander und/oder beabstandet angeordnet, wobei der erste Rotor radial gegenüberliegend der ersten Statorwicklung und der zweite Rotor radial gegenüberliegend der zweiten Statorwicklung angeordnet ist. Durch den axialen Versatz der Statorwicklungen kann sichergestellt werden, dass sich die durch die erste und zweite Statorwicklung erzeugten Magnetfelder sich gegenseitig nicht oder nur geringfügig beeinflussen.In a first possible realization it is provided that the first and the second stator winding are arranged offset to one another in the axial direction in relation to the main axis of rotation. In particular, the first stator winding extends in relation to the main axis of rotation in a first radial plane and the second stator winding in a second radial plane, the two radial planes being arranged at a distance from one another in the axial direction. The first and second stator windings are preferably arranged one behind the other and/or spaced apart when viewed in the axial direction, the first rotor being arranged radially opposite the first stator winding and the second rotor being arranged radially opposite the second stator winding. The axial offset of the stator windings makes it possible to ensure that the magnetic fields generated by the first and second stator windings do not affect one another, or only slightly.
In einer alternativen Realisierung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Statorwicklung in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse gleichauf zueinander angeordnet sind. Insbesondere erstrecken sich die erste und die zweite Statorwicklung in Bezug auf die Hauptdrehachse in einer gemeinsamen Radialebene. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Statorwicklung konzentrisch zueinander angeordnet und/oder in radialer Richtung einander gegenüberliegend angeordnet. Es wird somit eine Antriebsanordnung vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders kompakte Ausgestaltung mit einem geringen axialen Bauraum auszeichnet.In an alternative implementation, it is provided that the first and the second stator winding are arranged parallel to one another in the axial direction in relation to the main axis of rotation. In particular, the first and the second stator winding extend in a common radial plane in relation to the main axis of rotation. The first and second stator windings are preferably arranged concentrically with one another and/or arranged opposite one another in the radial direction. A drive arrangement is thus proposed which is characterized by a particularly compact configuration with a small amount of axial space.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Planetengetriebe ein Sonnenrad, mehrere durch einen Planetenradträger getragene Planetenräder und ein Hohlrad aufweist. Insbesondere ist das Planetengetriebe koaxial zu der Hauptdrehachse bzw. der ersten und der zweiten elektrischen Maschine angeordnet. Die erste Antriebswelle ist zur Bildung des ersten Getriebeeingangs drehfest mit dem Sonnenrad verbunden. Insbesondere ist das Sonnenrad als ein separates Sonnenrad ausgebildet, welches drehfest, insbesondere form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig mit der ersten Antriebswelle verbunden ist. Alternativ kann die erste Antriebswelle jedoch auch einen Sonnenradabschnitt aufweisen, wobei das Sonnenrad durch eine am Außenumfang der ersten Antriebswelle angeordnete Sonnenradverzahnung gebildet ist. Die zweite Antriebswelle ist zur Bildung des zweiten Getriebeeingangs drehfest mit dem Hohlrad verbunden. Insbesondere ist das Hohlrad als ein separates Hohlrad ausgebildet, welches drehfest, insbesondere form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig mit der zweiten Antriebswelle verbunden ist. Alternativ kann die zweite Antriebswelle jedoch auch einen Hohlradabschnitt aufweisen, wobei das Hohlrad durch eine am Innenumfang der zweiten Antriebswelle angeordnete Hohlradverzahnung gebildet ist. Insbesondere ist der Getriebeausgang durch den Planetenträger gebildet. Der Planetenträger kann dabei drehfest mit der mindestens einen Abtriebswelle verbunden sein. Alternativ können der Planetenträger und die mindestens eine Abtriebswelle jedoch getriebetechnisch miteinander verbunden sein. Es wird somit eine Antriebsanordnung vorgeschlagen, bei der in Verbindung mit dem Planetengetriebe auf Schaltelemente verzichtet werden kann und dennoch unterschiedliche Übersetzungen über die Drehzahlunterschiede der beiden elektrischen Maschinen über das Planetengetriebe abgebildet werden können.In a further embodiment it is provided that the planetary gear has a sun wheel, several planet wheels carried by a planet wheel carrier and a ring gear. In particular, the planetary gear is arranged coaxially to the main axis of rotation or the first and the second electric machine. The first drive shaft is connected to the sun gear in a rotationally fixed manner to form the first transmission input. In particular, the sun gear is designed as a separate sun gear which is connected to the first drive shaft in a rotationally fixed manner, in particular in a form-fitting and/or force-fitting and/or material-locking manner. Alternatively, however, the first drive shaft can also have a sun gear section, the sun gear being formed by sun gear teeth arranged on the outer circumference of the first drive shaft. The second drive shaft is connected to the ring gear in a torque-proof manner to form the second transmission input. In particular, the ring gear is designed as a separate ring gear, which is non-rotatably, in particular positively and/or non-positively and/or integrally connected to the second drive shaft. Alternatively, however, the second drive shaft can also have a ring gear section, with the ring gear being formed by ring gear teeth arranged on the inner circumference of the second drive shaft. In particular, the transmission output is formed by the planet carrier. The planetary carrier can be connected in a rotationally fixed manner to the at least one output shaft. Alternatively, however, the planetary carrier and the at least one output shaft can be connected to one another in terms of transmission technology. A drive arrangement is thus proposed in which switching elements can be dispensed with in connection with the planetary gear and nevertheless different translations via the speed differences of the two electrical machines can be mapped via the planetary gear.
In einer konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass in einem ersten Betriebsmodus wahlweise die erste oder die zweite elektrische Maschine betrieben wird. Insbesondere wird in einem Betrieb der ersten elektrischen Maschine das Sonnenrad angetrieben und das Hohlrad festgehalten. Insbesondere wird in einem Betrieb der zweiten elektrischen Maschine das Hohlrad angetrieben und das Sonnenrad festgehalten. Prinzipiell kann das Fixieren des Hohlrads bzw. des Sonnenrads durch eine Selbsthemmung des Planetengetriebes erfolgen. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die erste und/oder die zweite Antriebswelle nur in einer Drehrichtung frei drehen und in einer Gegendrehrichtung blockiert sind. Weiterhin werden die erste und die zweite elektrische Maschine in einem zweiten Betriebsmodus zur Umsetzung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben. Insbesondere dient das Planetengetriebe als Summiergetriebe, wenn jeweils die erste und die zweite elektrische Maschine angetrieben werden. Vorzugsweise kann in dem zweiten Betriebsmodus die Abtriebsdrehzahl und/oder das Abtriebsmoment an der Abtriebswelle durch eine Änderung der Drehzahl an der ersten und/oder der zweiten elektrischen Maschine stufenlos geändert werden. Im Speziellen sind die erste und die zweite elektrische Maschine über das Planetengetriebe drehmomentsubtrahierend und/oder drehzahladdierend gekoppelt. Vorzugsweise sind die Drehzahlen und/oder Drehmomente für den Betrieb der beiden elektrischen Maschinen derart aufeinander abgestimmt, dass die Effizienz möglichst hoch und/oder die Verlustleistung möglichst gering ist. Anders gesagt, werden die beiden elektrischen Maschinen jeweils mit einer Drehzahl und/oder einem Drehmoment betrieben, bei dem die Summe der einzelnen Verlustleistungen möglichst gering ist. Es wird somit eine Antriebsanordnung vorgeschlagen, welche sich durch einen besonders effizienten Betrieb auszeichnet.In a specific implementation, it is provided that in a first operating mode either the first or the second electrical machine is operated. In particular, when the first electric machine is in operation, the sun gear is driven and the ring gear is fixed. In particular, when the second electrical machine is in operation, the ring gear is driven and the sun gear is held in place. In principle, the ring gear or the sun gear can be fixed by self-locking of the planetary gear. Alternatively, however, it can also be provided that the first and/or the second drive shaft only rotates freely in one direction of rotation and is blocked in an opposite direction of rotation. Furthermore, the first and the second electric machine are operated in a second operating mode to implement different gear ratios at different speeds. In particular, the planetary gear serves as a summing gear when the first and the second electric machine are driven. In the second operating mode, the output speed and/or the output torque on the output shaft can preferably be changed steplessly by changing the speed on the first and/or the second electrical machine. In particular, the first and the second electric machine are coupled via the planetary gear in a torque-subtracting and/or speed-adding manner. The speeds and/or torques for the operation of the two electrical machines are preferably matched to one another in such a way that the efficiency is as high as possible and/or the power loss is as low as possible. In other words, the two electrical machines are each operated with a speed and/or a torque at which the sum of the individual power losses is as low as possible. A drive arrangement is thus proposed which is characterized by particularly efficient operation.
In einer möglichen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Antriebsanordnung mindestens eine Freilaufeinrichtung aufweist, wobei die Freilaufeinrichtung den ersten und den zweiten Getriebeeingang in einer Drehrichtung freigibt und in einer Gegendrehrichtung blockiert. Insbesondere hat die Freilaufeinrichtung die Funktion in dem ersten Betriebsmodus den Getriebeeingang zu blockieren, welcher nicht durch die elektrische Maschine angetrieben wird. Anders ausgedrückt, verhindert die Freilaufeinrichtung in dem ersten Betriebsmodus eine Drehung des Hohlrads wenn das Sonnenrad angetrieben wird und eine Drehung des Sonnenrads, wenn das Hohlrad angetrieben wird. Somit können die erste und die zweite Antriebswelle nur in einer Drehrichtung angetrieben werden, wohingegen die erste und die zweite Antriebswelle in einer Gegendrehrichtung durch die Freilaufeinrichtung blockiert werden.In a possible development it is provided that the drive assembly has at least one freewheel device, the freewheel a direction releases the first and the second transmission input in one direction of rotation and blocks it in an opposite direction of rotation. In particular, the function of the freewheel device in the first operating mode is to block the transmission input that is not being driven by the electric machine. In other words, in the first mode of operation, the freewheel device prevents rotation of the ring gear when the sun gear is driven and rotation of the sun gear when the ring gear is driven. Thus, the first and the second drive shaft can only be driven in one direction of rotation, whereas the first and the second drive shaft are blocked in an opposite direction of rotation by the freewheel device.
In einer alternativen oder optional ergänzenden Realisierung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite elektrische Maschine in einem weiteren Betriebsmodus zur Umsetzung eines Low-Range-Getriebes, auch als „Untersetzungsgetriebe“ bezeichnet, gegengleich angetrieben werden. Insbesondere dient das Low-Range-Getriebe zur Bereitstellung eines hohen Abtriebsmoments bei gleichzeitig geringer Abtriebsdrehzahl an der Abtriebswelle. Bevorzugt werden die beiden elektrischen Maschinen in dem weiteren Betriebsmodus betrieben, wenn das Fahrzeug unter hoher Last und/oder in steilen Geländer fortbewegt wird. Insbesondere wird hierzu die eine elektrische Maschine rechtsdrehend und die andere elektrische Maschine linksdrehend angetrieben. Im Speziellen weist die Antriebsanordnung zur Umsetzung des Low-Range-Getriebes keine Freilaufeinrichtung auf. Es wird somit eine Antriebsanordnung vorgeschlagen, welche sich durch eine kompakte Ausgestaltung und einer hohen Funktionalität auszeichnet.In an alternative or optionally supplementary implementation, it is provided that the first and the second electric machine are driven in opposite directions in a further operating mode for implementing a low-range gear, also referred to as a “reduction gear”. In particular, the low-range gearbox serves to provide a high output torque with a simultaneously low output speed on the output shaft. The two electrical machines are preferably operated in the further operating mode when the vehicle is being moved under high load and/or on steep terrain. For this purpose, in particular, one electrical machine is driven in a clockwise direction and the other electrical machine is driven in a counter-clockwise direction. In particular, the drive arrangement for implementing the low-range transmission has no freewheel device. A drive arrangement is thus proposed which is characterized by a compact configuration and high functionality.
In einer möglichen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Antriebsanordnung ein Differenzialgetriebe aufweist. Insbesondere dient das Differenzialgetriebe dazu, dass Antriebsmoment am Getriebeausgang auf die Fahrzeugräder des Fahrzeugs bzw. der Antriebsachse zu verteilen. Hierzu ist das Planetengetriebe getriebetechnisch mit dem Differenzialgetriebe verbunden ist, sodass ein Abtriebsmoment über das Differenzialgetriebe auf die beiden Fahrzeugräder verteilt wird. Insbesondere weist das Differenzialgetriebe eine erste und eine zweite Abtriebswelle auf, wobei die eine Abtriebswelle mit einem ersten Fahrzeugrad und die zweite Abtriebswelle mit einem zweiten Fahrzeugrad verbunden ist. Im Speziellen ist eine der beiden Abtriebswellen koaxial durch die als Hohlwelle ausgebildete erste Antriebswelle zu dem zugehörigen Fahrzeugrad hingeführt.In a possible development, it is provided that the drive arrangement has a differential gear. In particular, the differential gear serves to distribute the drive torque at the gear output to the vehicle wheels of the vehicle or the drive axle. For this purpose, the planetary gear is connected to the differential gear in terms of transmission technology, so that an output torque is distributed to the two vehicle wheels via the differential gear. In particular, the differential gear has a first and a second output shaft, with one output shaft being connected to a first vehicle wheel and the second output shaft being connected to a second vehicle wheel. In particular, one of the two output shafts is guided coaxially through the first drive shaft, which is designed as a hollow shaft, to the associated vehicle wheel.
In einer weiteren möglichen Konkretisierung ist vorgesehen, dass mindestens oder genau eine der beiden elektrischen Maschinen über die zugehörige Antriebswelle antriebstechnisch mit einem Nebenaggregat verbunden ist. Insbesondere kann das Nebenaggregat als ein Klimaanlagenkompressor, ein Bremskraftverstärker oder eine Hydraulikpumpe ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass an die erste und/oder die zweite Antriebswelle ein oder mehrere Nebenaggregate antriebstechnisch angebunden sind und mit kinetischer Energie versorgt werden. Beispielsweise können an die Antriebswelle des Innenläufers ein oder mehrere Nebenaggregate angebunden sein, welche mit einer hohen Drehzahl betrieben werden müssen. Alternativ oder optional ergänzend können an die Antriebswelle des Außenläufers ein oder mehrere Nebenaggregate angebunden sein, welche mit einem hohen Drehmoment betrieben werden müssen. Es kann somit eine Antriebsanordnung vorgeschlagen werden, welche sich durch eine besonders platzsparende und effiziente Anbindung von Nebenaggregaten auszeichnet.In a further possible specification, it is provided that at least or exactly one of the two electrical machines is connected to an auxiliary unit via the associated drive shaft in terms of drive technology. In particular, the ancillary unit can be designed as an air conditioning compressor, a brake booster or a hydraulic pump. Provision can be made for one or more auxiliary units to be connected to the first and/or the second drive shaft in terms of drive technology and to be supplied with kinetic energy. For example, one or more ancillary units can be connected to the drive shaft of the inner rotor, which must be operated at a high speed. Alternatively or optionally in addition, one or more ancillary units, which have to be operated with a high torque, can be connected to the drive shaft of the external rotor. A drive arrangement can thus be proposed which is characterized by a particularly space-saving and efficient connection of auxiliary units.
In einer möglichen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Nebenaggregat als eine Kühl-Schmierölpumpe ausgebildet, wobei die Kühl-Schmierölpumpe mit der ersten Antriebswelle des Innenläufers verbunden und/oder verbindbar ist. Insbesondere kann die Kühl-Schmierölpumpe somit zur effizienten Kühlung und/oder Schmierung mit hohen Drehzahlen betrieben werden. Zudem kann die Kühl-Schmierölpumpe zusätzlich ohne eigenen Motor und Steuerung variabel innerhalb der Antriebsanordnung angeordnet werden.In a possible further development it is provided that the ancillary unit is designed as a cooling/lubricating oil pump, wherein the cooling/lubricating oil pump is and/or can be connected to the first drive shaft of the internal rotor. In particular, the cooling/lubricating oil pump can thus be operated at high speeds for efficient cooling and/or lubrication. In addition, the cooling/lubricating oil pump can also be arranged variably within the drive arrangement without its own motor and controller.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit der Antriebsanordnung, wie diese bereits zuvor beschrieben wurde. Insbesondere ist das Fahrzeug als ein Elektrofahrzeug ausgebildet, wobei die Antriebsanordnung eine elektrische Antriebsachse des Elektrofahrzeugs bildet. Die Antriebsanordnung kann wahlweise einen Frontantrieb oder einen Heckantrieb des Fahrzeugs bilden. Optional kann das Fahrzeug jedoch auch zur Bildung eines Allradantriebs eine weitere baugleiche Antriebsanordnung aufweisen, wobei die eine Antriebsanordnung einen Frontantrieb und die andere Antriebsanordnung einen Heckantrieb des Fahrzeugs bildet.A further object of the invention relates to a vehicle with the drive arrangement as has already been described above. In particular, the vehicle is designed as an electric vehicle, with the drive arrangement forming an electric drive axle of the electric vehicle. The drive arrangement can optionally form a front-wheel drive or a rear-wheel drive of the vehicle. Optionally, however, the vehicle can also have a further structurally identical drive arrangement to form an all-wheel drive, with one drive arrangement forming a front-wheel drive and the other drive arrangement forming a rear-wheel drive of the vehicle.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Antriebsanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung in einer ersten Ausführung; -
3 die Antriebsanordnung ingleicher Darstellung wie 2 in einer zweiten Ausführung.
-
1 a schematic representation of a vehicle with a drive arrangement as an embodiment of the invention; -
2 a schematic representation of the drive arrangement in a first embodiment; -
3 the drive arrangement in the same representation as2 in a second version.
Die Antriebsanordnung 2 weist eine erste und eine zweite elektrische Maschine 3, 4 auf. Die erste elektrische Maschine 3 ist ausgebildet, ein erstes Antriebsmoment zu erzeugen und die zweite elektrische Maschine 4 ist ausgebildet, ein zweites Antriebsmoment zu erzeugen. Die beiden elektrischen Maschinen 3, 4 sind in Bezug auf eine Hauptdrehachse 100 koaxial zueinander angeordnet.The
Die Antriebsanordnung 2 weist eine erste und eine zweite Antriebswelle 5, 6 auf, welche in Bezug auf die Hauptdrehachse 100 koaxial zueinander angeordnet sind. Die erste Antriebswelle 5 ist drehfest mit einem ersten Rotor 7 der ersten elektrischen Maschine 3 und die zweite Antriebswelle 5 ist drehfest mit einem zweiten Rotor 8 der zweiten elektrischen Maschine 4 verbunden. Die beiden elektrischen Maschinen 3, 4 weisen zudem einen gemeinsamen Stator 9 mit einer ersten und einer zweiten Statorwicklung 10, 11 auf, wobei der erste Rotor 7 mit der ersten Statorwicklung 10 und der zweite Rotor 8 mit der zweiten Statorwicklung 11 zusammenwirkt. Der Stator 9 ist koaxial zu der Hauptdrehachse 100 angeordnet, wobei der erste Rotor 7 radial innerhalb und der zweite Rotor 8 radial außerhalb des Stators angeordnet ist. Anders ausgedrückt, ist die erste elektrische Maschine 3 als ein Innenläufer und die zweite elektrische Maschine 4 als ein Außenläufer ausgebildet.The
In diesem Ausführungsbeispiel weisen die erste und die zweite elektrische Maschine 3, 4 eine gemeinsame Leistungselektronik 12 auf, wobei die erste und die zweite elektrische Maschine 3, 4 gemeinsam an die Leistungselektronik 12 angeschlossen und mit Strom gespeist werden. Der Vorteil der Anordnung mit zwei unabhängigen Statorwicklungen 10, 11 besteht darin, dass die beiden elektrischen Maschinen 3, 4 bzw. die beiden Rotoren 7, 8 unabhängig voneinander betrieben werden können und sich gegenseitig nur wenig beeinflussen. Durch die Verwendung nur einer Leistungselektronik 12 können zudem weitere elektrische Komponenten eingespart werden.In this exemplary embodiment, the first and the second
Zur Übersetzung des ersten und des zweiten Antriebsmoments auf zwei Fahrzeugräder 13, 14 des Fahrzeugs 1 weist die Antriebsanordnung 2 ein Planetengetriebe 15 und eine Differenzialgetriebe 16 auf, welche in Bezug auf die Hauptdrehachse 100 koaxial zu den beiden elektrischen Maschinen 3, 4 angeordnet sind.To transfer the first and the second drive torque to two
Das Planetengetriebe 15 weist ein Sonnenrad 17, ein Hohlrad 18 sowie einen mehrere Planetenräder 20 tragenden Planetenträger 19 auf. Die erste Antriebswelle 5 bildet einen ersten Getriebeeingang in das Planetengetriebe 15, wobei die erste Antriebswelle 5 hierzu drehfest mit dem Sonnenrad 17 verbunden ist. Die zweite Antriebswelle 5 bildet einen zweiten Getriebeeingang in das Planetengetriebe 15, wobei die zweite Antriebswelle 6 hierzu drehfest mit dem Hohlrad 18 verbunden ist. Die Planetenräder 20 stehen einerseits mit dem Sonnenrad 17 und andererseits mit dem Hohlrad 18 kämmend in Eingriff, wobei der Planetenträger 19 einen Getriebeausgang aus dem Planetengetriebe 15 bildet und getriebetechnisch mit dem Differenzialgetriebe 16 verbunden ist.The
Das Differenzialgetriebe 16 dient zur Verteilung eines Abtriebsmoments auf zwei Abtriebswellen 21, 22, wobei eine erste Abtriebswelle 21 mit dem ersten Fahrzeugrad 13 und eine zweite Abtriebswelle 22 mit dem zweiten Fahrzeugrad 14 antriebstechnisch verbunden ist. Die beiden Abtriebswellen 21, 22 definieren dabei mit ihrer Rotationsachse die Hauptdrehachse 100, wobei die zweite Abtriebswelle 22 koaxial und/oder konzentrisch durch die beiden Antriebswellen 5, 6 sowie die beiden elektrischen Maschinen 3, 4 geführt ist.The
Hierzu sind die erste und die zweite Antriebswelle 5, 6 jeweils als Hohlwelle ausgebildet, wobei die erste Antriebswelle 5 radial innerhalb der zweiten Antriebswelle 6 angeordnet ist. Dabei trägt die erste Antriebswelle 5 an ihrem Außenumfang einerseits das Sonnenrad 17 und andererseits den ersten Rotor 7. Beispielsweise können das Sonnenrad 17 und/oder der erste Rotor 7 mit der ersten Antriebswelle 5 einstückig verbunden sein. Die zweite Antriebswelle 5 trägt an ihrem Innenumfang einerseits das Hohlrad 18 und andererseits den zweiten Rotor 8. Beispielsweise können das Hohlrad 18 und/oder der zweite Rotor 8 mit der zweiten Antriebswelle 6 einstückig verbunden sein.For this purpose, the first and the
Heutige E-Maschinen-Konzepte (bspw. E-Achsen etc.) haben den Nachteil, dass bei Verwendung einer einzelnen elektrischen Maschine, diese über den kompletten Betriebsbereich betrieben werden muss und damit immer ein Kompromiss zwischen Hochdrehzahl vs. Kühlung und Leistung vs. Wirkungsgrad erforderlich ist. Es wird daher vorgeschlagen, die beiden elektrischen Maschinen 3, 4 derart aufeinander abzustimmen, dass diese hinsichtlich Effizienz, Leistung und Kühlung optimal betrieben werden können. Beispielsweise können die erste und die zweite elektrische Maschine 3, 4 einzeln oder in Kombination betrieben werden. Zudem kann durch die Nutzung eines gemeinsamen Stators 9 Bauteile, Bauraum und Kosten eingespart werden. Ein weiter Vorteil besteht zudem in einer variablen Dimensionierung der elektrischen Maschinen 3, 4 sowie des Planetengetriebes 15 in axialer und radialer Richtung in Bezug auf die Hauptrehachse 100.Today's e-machine concepts (e.g. e-axles, etc.) have the disadvantage that when using a single electric machine, it has to be operated over the entire operating range and there is always a compromise between high speed vs. cooling and power vs. efficiency is required. It is therefore proposed that the two
Bei einem Einzelbetrieb der ersten elektrischen Maschine 3 wird das erste Antriebsmoment über das Sonnenrad 17 auf den Planetenträger 19 übertragen, wobei das Hohlrad 6 feststeht. Bei einem Einzelbetrieb der zweiten elektrischen Maschine 4 wird das zweite Antriebsmoment über das Hohlrad 18 auf den Planetenträger 19 übertragen, wobei das Sonnenrad 17 feststeht. Der erforderliche Selbsthemmungseffekt des Planetengetriebes 15 beim Antrieb über nur eine elektrische Maschine 3, 4 kann durch das Planetengetriebe 15 selbst oder auch über den Einsatz von Freiläufen, nicht dargestellt, realisiert werden, wobei die elektrischen Maschinen 3, 4 damit nur in einer Drehrichtung drehen und in einer Gegendrehrichtung durch den jeweiligen Freilauf blockiert werden.When the first
Bei einem kombinierten Betrieb dient das Planetengetriebe 15 als Summiergetriebe, wobei die Drehzahlen und/oder Drehmomente der beiden elektrischen Maschinen 3, 4 zusammengefasst bzw. summiert werden. Weiterhin können unterschiedliche Übersetzungen über die Drehzahlunterschiede (positiv/negativ) der beiden elektrischen Maschinen 3, 4 abgebildet werden. Sofern kein Freilauf eingesetzt wird, kann auch über Drehrichtungsumkehr zwischen den beiden elektrischen Maschinen 3, 4 (einmal rechtsdrehend / einmal linksdrehend) ein Low-Range-Getriebe umgesetzt werden, um über das Planetengetriebe 15 sehr langsame Abtriebsdrehzahlen bei hohen Antriebsmomenten an dem Getriebeausgang zu realisieren. Durch die verschachtelte Anordnung der beiden elektrischen Maschinen 3, 4 (einmal Außenläufer, einmal Innenläufer) in Verbindung mit dem Planetengetriebe 15 kann somit auf zusätzliche Schaltelemente verzichtet werden, um unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse am Getriebeausgang umzusetzen.In a combined operation, the
Die Antriebsanordnung 2 weist ein Nebenaggregat 23 auf, welches ohne eigenen E-Motor und Steuerung (Steuergerät/Software) variabel innerhalb der Antriebsanordnung 2 angeordnet werden kann. Das Nebenaggregat 23 kann beispielsweise als eine Kühl-Schmierölpumpe ausgebildet sein, wobei eine der beiden elektrischen Maschinen 3, 4, insbesondere die jeweilige Antriebswelle 5, 6, einen Pumpenantrieb bildet. Beispielsweise ist das Nebenaggregat 23 mit der ersten Antriebswelle 5 verbunden, wobei die erste elektrische Maschine 3 zum Antrieb des Nebenaggregats 23 mit einer hohen Drehzahl betrieben werden kann. Alternativ kann jedoch auch der Innenläufer (erste elektrische Maschine 3) ohne Nebenaggregat für langsame Geschwindigkeiten bei hoher Effizienz betrieben werden und der Außenläufer (zweite elektrische Maschine 4) mit Pumpe/Kühlung/Schmierung (Nebenaggregat 23) für hohe Geschwindigkeiten betrieben werden.The
Die
Gemäß
Gemäß
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- Antriebsanordnungdrive arrangement
- 33
- erste elektrische Maschinefirst electric machine
- 44
- zweite elektrische Maschinesecond electric machine
- 55
- erste Antriebswellefirst driveshaft
- 66
- zweite Antriebswellesecond driveshaft
- 77
- erster Rotorfirst rotor
- 88th
- zweiter Rotorsecond rotor
- 99
- Statorstator
- 1010
- erste Statorwicklungfirst stator winding
- 1111
- zweite Statorwicklungsecond stator winding
- 1212
- Leistungselektronikpower electronics
- 1313
- erstes Fahrzeugradfirst vehicle wheel
- 1414
- zweites Fahrzeugradsecond vehicle wheel
- 1515
- Planetengetriebeplanetary gear
- 1616
- Differenzialgetriebedifferential gear
- 1717
- Sonnenradsun gear
- 1818
- Hohlradring gear
- 1919
- Planetenträgerplanet carrier
- 2020
- Planetenräderplanet gears
- 2121
- erste Abtriebswellefirst output shaft
- 2222
- zweite Abtriebswellesecond output shaft
- 2323
- Nebenaggregat ancillary unit
- 100100
- Hauptdrehachsemain axis of rotation
- 101101
- erste Radialebenefirst radial plane
- 102102
- zweite Radialebenesecond radial plane
- 103103
- gemeinsame Radialebenecommon radial plane
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102011013759 A1 [0003]DE 102011013759 A1 [0003]
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US20130190961A1 (en) | 2010-09-16 | 2013-07-25 | Shanghai Zhongke Shenjiang Electric Vehicle Co., Ltd. | Dual-rotor motor for electric automobile, associated stepless speed change system with planet gear and control method |
-
2021
- 2021-06-28 DE DE102021206649.6A patent/DE102021206649A1/en active Pending
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---|---|---|---|
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