DE102022208150A1 - Electric drive device for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Elektrische Antriebsvorrichtung aufweisend eine einzige elektrische Maschine (EM), die über eine Getriebeeingangswelle (1) mit einem schaltbaren Planetengetriebe antriebswirksam verbunden ist, wobei das Planetengetriebe ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B) und ein drittes Schaltelement (C) zum Schalten von drei Gängen, einen Stufenplanetenradsatz (SP) und einen Planetenradsatz (MP) aufweist, wobei der Planetenradsatz eine mit der Getriebeeingangswelle (1) drehfest verbundene Sonnenradwelle (SR), eine mittels des zweiten Schaltelements (B) mit einem Gehäuse (G) drehfest verbindbare Hohlradwelle (HR) und eine Stegwelle (ST) aufweist, wobei der Stufenplanetenradsatz (SP) eine mittels des dritten Schaltelements (C) mit der Hohlradwelle (HR) des Planetenradsatzes (MP) drehfest verbindbare Sonnenradwelle (SR1), eine mit einer Getriebeausgangswelle (2) drehfest verbunden erste Hohlradwelle (HR1), eine mit der Stegwelle (ST) des Planetenradsatzes (MP) drehfest verbundene zweite Hohlradwelle (HR2) und eine mehrere Stufenplanetenräder aufnehmende sowie mittels des ersten Schaltelements (A) mit dem Gehäuse (G) drehfest verbindbare Stegwelle (ST1) aufweist, wobei zumindest die Getriebeeingangswelle (1), die Getriebeausgangswelle (2) und das schaltbare Planetengetriebe auf einer gemeinsamen ersten Rotationsachse (A1) angeordnet sind.Electric drive device comprising a single electric machine (EM), which is connected to a switchable planetary gear for driving purposes via a transmission input shaft (1), the planetary gear having a first switching element (A), a second switching element (B) and a third switching element (C). Shifting three gears, a stepped planetary gear set (SP) and a planetary gear set (MP), the planetary gear set having a sun gear shaft (SR) which is non-rotatably connected to the transmission input shaft (1), and a sun gear shaft (SR) which is rotatably connected to a housing (G) by means of the second switching element (B). connectable ring gear shaft (HR) and a web shaft (ST), the stepped planetary gear set (SP) having a sun gear shaft (SR1) which can be connected in a rotationally fixed manner to the ring gear shaft (HR) of the planetary gear set (MP) by means of the third switching element (C), a sun gear shaft (SR1) which can be connected to a transmission output shaft ( 2) a first ring gear shaft (HR1) which is connected in a rotationally fixed manner to the web shaft (ST) of the planetary gear set (MP), a second ring gear shaft (HR2) which is connected in a rotationally fixed manner to the web shaft (ST) of the planetary gear set (MP) and a which accommodates several stepped planetary gears and which can be connected in a rotationally fixed manner to the housing (G) by means of the first switching element (A). Web shaft (ST1), wherein at least the transmission input shaft (1), the transmission output shaft (2) and the switchable planetary gear are arranged on a common first axis of rotation (A1).
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug mit einer solchen elektrischen Antriebsvorrichtung.The invention relates to an electric drive device for a vehicle and a vehicle with such an electric drive device.
Aus der Druckschrift
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Antriebsvorrichtung mit einem 3-Gang-Getriebe vorzuschlagen. Insbesondere soll die Antriebsvorrichtung effizient und kompakt ausgebildet sein, wobei das Getriebe der Antriebsvorrichtung eine erhöhte Wandlung sowie Spreizung aufweisen soll. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Figuren.The object of the present invention is to propose an alternative drive device with a 3-speed transmission. In particular, the drive device should be designed to be efficient and compact, with the transmission of the drive device should have increased conversion and spread. The task is solved by a drive device with the features of
Eine erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst eine einzige elektrische Maschine, die über eine Getriebeeingangswelle mit einem schaltbaren Planetengetriebe antriebswirksam verbunden ist, wobei das Planetengetriebe ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement und ein drittes Schaltelement zum Schalten von drei Gängen durch Schließen von zwei der drei Schaltelemente, einen Stufenplanetenradsatz und einen Planetenradsatz aufweist, wobei der Planetenradsatz eine mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbundene Sonnenradwelle, eine mittels des zweiten Schaltelements mit einem Gehäuse drehfest verbindbare Hohlradwelle und eine Stegwelle aufweist, wobei der Stufenplanetenradsatz eine mittels des dritten Schaltelements mit der Hohlradwelle des Planetenradsatzes drehfest verbindbare Sonnenradwelle, eine mit einer Getriebeausgangswelle drehfest verbunden erste Hohlradwelle, eine mit der Stegwelle des Planetenradsatzes drehfest verbundene zweite Hohlradwelle und eine mehrere Stufenplanetenräder aufnehmende sowie mittels des ersten Schaltelements mit dem Gehäuse drehfest verbindbare Stegwelle aufweist, wobei zumindest die Getriebeeingangswelle, die Getriebeausgangswelle und das schaltbare Planetengetriebe auf einer gemeinsamen ersten Rotationsachse angeordnet sind, wobei ein erstes Zahnrad des jeweiligen Stufenplanetenrades mit der ersten Hohlradwelle und der Sonnenradwelle des Stufenplanetenradsatzes im Zahneingriff steht, wobei ein zweites Zahnrad des jeweiligen Stufenplanetenrades mit dem ersten Zahnrad des jeweiligen Stufenplanetenrades drehfest verbunden ist und mit der zweiten Hohlradwelle des Stufenplanetenradsatzes im Zahneingriff steht.An electric drive device according to the invention for a vehicle comprises a single electric machine which is connected in a driving manner via a transmission input shaft to a switchable planetary gear, the planetary gear having a first switching element, a second switching element and a third switching element for switching three gears by closing two of the three Shifting elements, a stepped planetary gear set and a planetary gear set, the planetary gear set having a sun gear shaft which is connected in a rotationally fixed manner to the transmission input shaft, a ring gear shaft which can be connected in a rotationally fixed manner to a housing by means of the second switching element, and a web shaft, wherein the stepped planetary gear set is rotatably connected to the ring gear shaft of the planetary gear set by means of the third switching element connectable sun gear shaft, a first ring gear shaft which is connected in a rotationally fixed manner to a transmission output shaft, a second ring gear shaft which is connected in a rotationally fixed manner to the web shaft of the planetary gear set, and a web shaft which accommodates a plurality of stepped planet gears and which can be connected in a rotationally fixed manner to the housing by means of the first switching element, wherein at least the transmission input shaft, the transmission output shaft and the switchable Planetary gears are arranged on a common first axis of rotation, a first gear of the respective stepped planetary gear being in meshing engagement with the first ring gear shaft and the sun gear shaft of the stepped planetary gear set, a second gear of the respective stepped planetary gear being connected in a rotationally fixed manner to the first gear of the respective stepped planetary gear and to the second The ring gear shaft of the stepped planetary gear set is in mesh.
Mithin weist die Antriebsvorrichtung genau eine elektrische Maschine, die als Antriebsmotor zum Antrieb des Fahrzeugs und als Generator zur Rekuperation von elektrischer Energie betreibbar ist, wobei die elektrische Maschine einen Rotor und einen Stator umfasst, wobei der Rotor antriebswirksam mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist. Ferner ist die elektrische Maschine mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden.The drive device therefore has exactly one electrical machine that can be operated as a drive motor for driving the vehicle and as a generator for recuperating electrical energy, the electrical machine comprising a rotor and a stator, the rotor being connected to the transmission input shaft for driving purposes. Furthermore, the electrical machine is electrically connected to an electrical energy storage device.
Unter einer „antriebswirksamen Verbindung“ einer Welle oder einer Vorrichtung mit einer anderen Welle oder mit einer anderen Vorrichtung ist zu verstehen, dass diese Wellen oder Vorrichtungen entweder unmittelbar miteinander verbunden sind, beispielsweise drehfest miteinander verbunden sind, oder mittelbar über mindestens ein weiteres Bauteil, insbesondere über weitere Wellen und Zahnräder miteinander verbunden sein können.A “drive-effective connection” of a shaft or a device with another shaft or with another device is to be understood as meaning that these shafts or devices are either directly connected to one another, for example connected to one another in a rotationally fixed manner, or indirectly via at least one further component, in particular can be connected to each other via additional shafts and gears.
Beispielsweise ist die Rotorwelle der elektrischen Maschine direkt oder über mindestens eine weitere Welle mit der Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden. Beispielsweise ist die Rotorwelle der elektrischen Maschine über mindestens eine weitere Welle, über mehrere Zahnräder und/oder über ein Zugmittel mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden. Die elektrische Maschine kann auf der ersten Rotationsachse angeordnet sein und somit koaxial zu der Getriebeeingangswelle ausgebildet sein, wobei dann die Rotorwelle mit der Getriebeeingangswelle vorzugsweise drehfest verbunden ist. Alternativ kann die elektrische Maschine achsparallel zu der Getriebeeingangswelle ausgebildet sein, wobei dann die Rotorwelle mit der Getriebeeingangswelle mittelbar verbunden ist.For example, the rotor shaft of the electric machine is connected in a drive-effective manner to the transmission input shaft directly or via at least one further shaft. For example, the rotor shaft of the electric machine is connected in a drive-effective manner to the second transmission input shaft via at least one further shaft, via several gear wheels and/or via a traction means. The electric machine can be arranged on the first axis of rotation and thus be designed coaxially with the transmission input shaft, in which case the rotor shaft is preferably connected in a rotationally fixed manner to the transmission input shaft. Alternatively, the electric machine can be designed axially parallel to the transmission input shaft, in which case the rotor shaft is indirectly connected to the transmission input shaft.
Unter einer „Welle“ ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Getriebeelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden. Zwei drehfest miteinander verbundene Wellen können einteilig ausgebildet sein.A “shaft” does not only mean, for example, a cylindrical, rotatably mounted gear element for transmitting torque, but rather it also refers to general connecting elements that connect individual components or elements to one another, in particular connecting elements that connect several elements to one another in a rotationally fixed manner the. Two shafts that are connected to one another in a rotationally fixed manner can be designed in one piece.
Die elektrische Antriebsvorrichtung weist genau drei Schaltelemente auf. Insbesondere sind zwei der drei Schaltelemente als Bremsen ausgebildet. Unter einem „als Bremse ausgebildeten Schaltelement“ ist eine schaltbare Vorrichtung zu verstehen, die in einem geschlossenen Zustand eine Welle des Planetengetriebes mit einem Gehäuse des Planetengetriebes drehfest verbindet, sodass dann diese Welle stationär festgelegt und somit an einer Rotation gehindert ist. In einem geöffneten Zustand des als Bremse ausgebildeten Schaltelements ist die Welle von dem Gehäuse entkoppelt, wodurch diese Welle frei rotieren kann. Unter einem „Gehäuse“ ist auch ein Bauteil zu verstehen, dass drehfest mit einem Teil des Gehäuses drehfest verbunden ist. Insbesondere ist eines der drei Schaltelemente als Kupplung zwischen zwei Wellen des Planetengetriebes ausgebildet und verbindet zwei Wellen im geschlossenen Zustand miteinander, wobei die beiden Wellen im geöffneten Zustand voneinander entkoppelt werden. Jedes Schaltelement ist von einem jeweiligen Aktuator schaltbar. Mithin werden drei Aktuatoren zum Schalten der drei Schaltelemente benötigt. Die Schaltelemente sind als Gangschaltelemente ausgebildet und somit zum Schalten von Gängen eingerichtet.The electric drive device has exactly three switching elements. In particular, two of the three switching elements are designed as brakes. A “switching element designed as a brake” is to be understood as meaning a switchable device which, in a closed state, connects a shaft of the planetary gear with a housing of the planetary gear in a rotationally fixed manner, so that this shaft is then fixed in a stationary manner and is therefore prevented from rotating. In an open state of the switching element designed as a brake, the shaft is decoupled from the housing, whereby this shaft can rotate freely. A “housing” also means a component that is connected to a part of the housing in a rotationally fixed manner. In particular, one of the three switching elements is designed as a coupling between two shafts of the planetary gear and connects two shafts to one another in the closed state, with the two shafts being decoupled from one another in the open state. Each switching element can be switched by a respective actuator. Three actuators are therefore required to switch the three switching elements. The switching elements are designed as gear shifting elements and are therefore set up to shift gears.
Der Planetenradsatz ist vorzugsweise als Minusplanetenradsatz ausgebildet und setzt sich aus den Elementen Sonnenradwelle, Hohlradwelle und Stegwelle zusammen, wobei die Stegwelle mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit der Sonnenradwelle als auch mit der Hohlradwelle kämmen, also im Zahneingriff stehen. Insbesondere kann ein Minusplanetenradsatz durch Vertauschung der Anbindungen von Hohlradwelle und Stegwelle sowie der betragsmäßigen Erhöhung der Standübersetzung um Eins zu einem Plusplanetenradsatz umgeformt werden. Beispielsweise kann der Planetenradsatz als Plusplanetenradsatz ausgebildet sein, wobei dann ebenfalls die Elemente Sonnenradwelle, Hohlradwelle und Stegwelle vorhanden sind, wobei die Stegwelle mindestens ein Planetenradpaar führt, bei welchem das eine Planetenrad mit der innenliegenden Sonnenradwelle und das andere Planetenrad mit der umliegenden Hohlradwelle im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder untereinander kämmen.The planetary gear set is preferably designed as a negative planetary gear set and is composed of the elements sun gear shaft, ring gear shaft and web shaft, with the web shaft rotatably supporting several planet gears, each of which meshes with both the sun gear shaft and the ring gear shaft, i.e. are in tooth mesh. In particular, a minus planetary gear set can be converted into a plus planetary gear set by swapping the connections of the ring gear shaft and the web shaft and increasing the amount of the stationary gear ratio by one. For example, the planetary gear set can be designed as a plus planetary gear set, in which case the elements sun gear shaft, ring gear shaft and web shaft are also present, the web shaft guiding at least one pair of planet gears, in which one planet gear meshes with the internal sun gear shaft and the other planet gear meshes with the surrounding ring gear shaft , as well as the planet gears mesh with each other.
Der Stufenplanetenradsatz setzt sich aus den Elementen Sonnenradwelle, erste Hohlradwelle, zweite Hohlradwelle und Stegwelle zusammen, wobei die Stegwelle mehrere Stufenplanetenräder drehbar gelagert führt, wobei jedes Stufenplanetenrad zwei miteinander drehfest verbundene Zahnräder aufweist. Mit anderen Worten weist jedes Stufenplanetenrad zwei drehfest miteinander verbundene Verzahnungsabschnitte auf, die unterschiedliche Durchmesser haben. Der erste Verzahnungsabschnitt bzw. das erste Zahnrad kämmt mit der ersten Hohlradwelle und der Sonnenradwelle, wobei der zweite Verzahnungsabschnitt bzw. das zweite Zahnrad mit der zweiten Hohlradwelle kämmt. Bevorzugt weist das zweite Zahnrad einen größeren Durchmesser als das erste Zahnrad auf, wodurch eine höhere Übersetzung erzielbar ist.The stepped planetary gear set is composed of the elements sun gear shaft, first ring gear shaft, second ring gear shaft and web shaft, with the web shaft rotatably supporting several stepped planetary gears, with each stepped planetary gear having two gears which are connected to one another in a rotationally fixed manner. In other words, each stepped planetary gear has two toothed sections which are connected to one another in a rotationally fixed manner and which have different diameters. The first toothed section or the first gear meshes with the first ring gear shaft and the sun gear shaft, wherein the second toothed section or the second gear meshes with the second ring gear shaft. The second gear preferably has a larger diameter than the first gear, whereby a higher gear ratio can be achieved.
Durch die Kombination der elektrischen Maschine mit dem Planetenradsatz, dem Stufenplanetenradsatz und den drei Schaltelementen wird eine besonders effiziente Antriebsvorrichtung mit drei Gängen und einer erhöhten Wandlung und Spreizung geschaffen. Wenn das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement geschlossen sind sowie das zweite Schaltelement geöffnet ist, ist ein erster Gang mit einer ersten Übersetzung realisiert, wobei dann die Stegwelle des Stufenplanetenradsatzes mit dem Gehäuse drehfest verbunden ist und die Sonnenradwelle des Stufenplanetenradsatzes mit der Hohlradwelle des Planetenradsatzes drehfest verbunden ist. Wenn das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement geschlossen sind sowie das dritte Schaltelement geöffnet ist, ist ein zweiter Gang mit einer zweiten Übersetzung realisiert, wobei dann die Stegwelle des Stufenplanetenradsatzes und die Hohlradwelle des Planetenradsatzes jeweils mit dem Gehäuse drehfest verbunden sind. Wenn das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement geschlossen sind sowie das erste Schaltelement geöffnet ist, ist ein dritter Gang mit einer dritten Übersetzung realisiert, wobei dann die Hohlradwelle des Planetenradsatzes mit dem Gehäuse drehfest verbunden ist und die Sonnenradwelle des Stufenplanetenradsatzes mit der Hohlradwelle des Planetenradsatzes und somit auch mit dem Gehäuse drehfest verbunden ist.The combination of the electric machine with the planetary gear set, the stepped planetary gear set and the three switching elements creates a particularly efficient drive device with three gears and increased conversion and spread. When the first switching element and the third switching element are closed and the second switching element is open, a first gear with a first translation is realized, in which case the web shaft of the stepped planetary gear set is connected to the housing in a rotationally fixed manner and the sun gear shaft of the stepped planetary gear set is rotationally fixed to the ring gear shaft of the planetary gear set connected is. If the first switching element and the second switching element are closed and the third switching element is open, a second gear with a second translation is realized, in which case the web shaft of the stepped planetary gear set and the ring gear shaft of the planetary gear set are each connected to the housing in a rotationally fixed manner. If the second switching element and the third switching element are closed and the first switching element is open, a third gear with a third gear ratio is realized, in which case the ring gear shaft of the planetary gear set is non-rotatably connected to the housing and the sun gear shaft of the stepped planetary gear set is connected to the ring gear shaft of the planetary gear set and is therefore also connected to the housing in a rotationally fixed manner.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind alle drei Schaltelemente als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildet und axial zwischen der elektrischen Maschine und dem Stufenplanetenradsatz angeordnet. Beispielsweise ist das zweite Schaltelement radial außerhalb des Planetenradsatzes angeordnet und überlappt somit axial mit dem Planetenradsatz, wodurch die Antriebsvorrichtung axial kompakter ausgebildet werden kann. Beispielsweise sind das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement axial zwischen dem Planetenradsatz und dem Stufenplanetenradsatz angeordnet. Beispielsweise ist ein reibschlüssiges Schaltelement als Lamellenschaltelement oder Konuskupplung ausgebildet. Durch reibschlüssige Schaltelemente können Lastschaltungen realisiert werden, also ein Schließen und Öffnen des Schaltelements während an der Welle eine Antriebsleistung, insbesondere ein Drehmoment anliegt. Sofern das reibschlüssige Schaltelement zur Kopplung einer Welle mit einem Gehäuse vorgesehen ist, wird die Welle beim Schließen des reibschlüssigen Schaltelements am Gehäuse abgebremst, bis die Welle keine Drehzahl mehr aufweist. Wenn das reibschlüssige Schaltelement zur Kopplung zweier Welle vorgesehen ist, werden die Drehzahlen der Wellen beim Schließen des reibschlüssigen Schaltelements synchronisiert, sodass die beiden Wellen im geschlossenen Zustand mit derselben Drehzahl rotieren.According to a preferred embodiment, all three switching elements are designed as frictional switching elements and are arranged axially between the electric machine and the stepped planetary gear set. For example, the second switching element is arranged radially outside the planetary gear set and thus overlaps axially with the planetary gear set, whereby the drive device can be made axially more compact. For example, the first switching element and the third switching element are arranged axially between the planetary gear set and the stepped planetary gear set. For example, a frictional switching element is designed as a multi-plate switching element or cone clutch. Frictional switching elements can be used to implement load switching, i.e. closing and opening of the switching element while drive power, in particular torque, is applied to the shaft. If the frictional Switching element is provided for coupling a shaft to a housing, the shaft is braked when the frictional switching element closes on the housing until the shaft no longer has a speed. If the frictional switching element is provided for coupling two shafts, the speeds of the shafts are synchronized when the frictional switching element is closed, so that the two shafts rotate at the same speed in the closed state.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet und axial zwischen dem Planetenradsatz und dem Stufenplanetenradsatz angeordnet. Bevorzugt ist das dritte Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet und axial zwischen dem Planetenradsatz und dem Stufenplanetenradsatz angeordnet. Ferner bevorzugt ist das zweite Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet und axial zwischen der elektrischen Maschine und dem Planetenradsatz angeordnet. Beispielsweise sind alle drei Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Beispielsweise ist ein formschlüssiges Schaltelement als Klauenkupplung ausgebildet. Durch formschlüssige Schaltelemente kann die Effizienz der Antriebsvorrichtung aufgrund verminderter Schleppverluste erhöht werden. Insbesondere sind formschlüssige Schaltelemente kompakter sowie wirkungsgradoptimiert ausgebildet und haben einen Kostenvorteil gegenüber reibschlüssigen Schaltelementen. Jedoch ist eine Lastschaltung mit formschlüssigen Schaltelementen nicht möglich. Daher muss vor dem Schließen eines formschlüssigen Schaltelements eine Synchronisation erfolgen.According to a preferred embodiment, the first switching element is designed as a positive switching element and is arranged axially between the planetary gear set and the stepped planetary gear set. The third switching element is preferably designed as a positive switching element and is arranged axially between the planetary gear set and the stepped planetary gear set. Furthermore, the second switching element is preferably designed as a positive switching element and is arranged axially between the electric machine and the planetary gear set. For example, all three switching elements are designed as positive switching elements. For example, a positive switching element is designed as a claw clutch. Through positive switching elements, the efficiency of the drive device can be increased due to reduced drag losses. In particular, positive-locking switching elements are designed to be more compact and optimized in terms of efficiency and have a cost advantage over friction-locking switching elements. However, load switching with positive switching elements is not possible. Therefore, synchronization must take place before a positive switching element is closed.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Planetenradsatz zumindest teilweise oder vollständig radial innerhalb der elektrischen Maschine angeordnet. Dazu ist die elektrische Maschine auf der ersten Rotationsachse angeordnet. Insbesondere wird die Antriebsvorrichtung dadurch axial kompakter ausgebildet. Ferner kann auch mindestens ein Schaltelement zumindest teilweise oder vollständig radial innerhalb der elektrischen Maschine angeordnet sein.According to a preferred embodiment, the planetary gear set is arranged at least partially or completely radially within the electric machine. For this purpose, the electrical machine is arranged on the first axis of rotation. In particular, the drive device is thereby designed to be axially more compact. Furthermore, at least one switching element can also be arranged at least partially or completely radially within the electrical machine.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die elektrische Antriebsvorrichtung ein Differential mit einem Differentialeingang und zwei Differentialausgangswellen auf, wobei der Differentialeingang zumindest mittelbar mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist. Beispielsweise ist der Differentialeingang als Differentialeingangswelle ausgebildet und drehfest mit der Getriebeausgangswelle verbunden. Die über den Differentialeingang in das Differential eingespeiste Antriebsleistung wird auf die beiden Differentialausgangswellen verteilt, wobei die jeweilige Differentialausgangswelle mit einem jeweiligen Antriebsrad einer elektrischen Antriebsachse des Fahrzeugs antriebswirksam verbunden ist.According to a preferred embodiment, the electric drive device has a differential with a differential input and two differential output shafts, the differential input being at least indirectly connected to the transmission output shaft. For example, the differential input is designed as a differential input shaft and is connected to the transmission output shaft in a rotationally fixed manner. The drive power fed into the differential via the differential input is distributed to the two differential output shafts, the respective differential output shaft being connected in a driving manner to a respective drive wheel of an electric drive axle of the vehicle.
Vorzugsweise ist das Differential als Kegelraddifferential ausgebildet. Ein als Kegelraddifferential ausgebildetes Differential weist zwei radseitige Abtriebselemente auf, insbesondere ein erstes Abtriebsrad und zweites Abtriebsrad. Die beiden Abtriebsräder kämmen jeweils mit einem Ausgleichselement. Die Ausgleichselemente sind in einem Differentialkorb um ihre eigene Achse drehbar gelagert. Das jeweilige Abtriebsrad ist mit der jeweiligen Abtriebswelle drehfest verbunden. Der Antrieb des Differentials erfolgt über den Differentialkorb. Ferner sind auch alternative Ausbildungsformen des Differentials denkbar, beispielsweise als Stirnraddifferential bzw. Planetendifferential, insbesondere Plusplanetendifferential.The differential is preferably designed as a bevel gear differential. A differential designed as a bevel gear differential has two wheel-side output elements, in particular a first output gear and a second output gear. The two driven wheels each mesh with a compensating element. The compensating elements are mounted in a differential cage so that they can rotate about their own axis. The respective output gear is connected to the respective output shaft in a rotationally fixed manner. The differential is driven via the differential carrier. Furthermore, alternative forms of design of the differential are also conceivable, for example as a spur gear differential or planetary differential, in particular a plus planetary differential.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Differential auf der ersten Rotationsachse angeordnet, wobei die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle als Hohlwellen ausgebildet sind, und wobei sich eine der beiden Differentialausgangswellen axial durch das Planetengetriebe erstreckt. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung insbesondere in radialer Richtung kompakter ausgebildet. Bevorzugt ist das Differential zumindest teilweise oder vollständig radial innerhalb der elektrischen Maschine angeordnet. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung insbesondere in axialer Richtung kompakter ausgebildet.According to a preferred embodiment, the differential is arranged on the first axis of rotation, with the transmission input shaft and the transmission output shaft being designed as hollow shafts, and with one of the two differential output shafts extending axially through the planetary gear. As a result, the drive device is designed to be more compact, particularly in the radial direction. The differential is preferably arranged at least partially or completely radially within the electrical machine. As a result, the drive device is designed to be more compact, particularly in the axial direction.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Differential auf einer zweiten Rotationsachse angeordnet, wobei die zweite Rotationsachse achsparallel zur ersten Rotationsachse ausgebildet ist, wobei der Differentialeingang über eine Stirnradstufe mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung insbesondere in axialer Richtung kompakter ausgebildet, wobei über die Stirnradstufe eine Übersetzung erhöht werden kann. Insbesondere weist die Stirnradstufe zwei miteinander im Zahneingriff stehende Stirnräder auf, wobei das eine Stirnrad auf der ersten Rotationsachse angeordnet ist, wobei das andere Stirnrad auf der anderen Rotationsachse angeordnet ist.According to a preferred embodiment, the differential is arranged on a second axis of rotation, the second axis of rotation being designed axially parallel to the first axis of rotation, the differential input being connected to the transmission output shaft via a spur gear stage. As a result, the drive device is designed to be more compact, particularly in the axial direction, with a gear ratio being able to be increased via the spur gear stage. In particular, the spur gear stage has two spur gears that mesh with one another, one spur gear being arranged on the first axis of rotation, the other spur gear being arranged on the other axis of rotation.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Differential auf einer zweiten Rotationsachse angeordnet, wobei die zweite Rotationsachse achsparallel zur ersten Rotationsachse ausgebildet ist, wobei eine Zwischenwelle auf einer dritten Rotationsachse angeordnet ist, wobei die Zwischenwelle achsparallel zur ersten und zweiten Rotationsachse ausgebildet ist, wobei der Differentialeingang über eine erste Stirnradstufe mit der Zwischenwelle verbunden ist, wobei die Zwischenwelle über eine zweite Stirnradstufe mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung insbesondere in axialer Richtung kompakter ausgebildet, wobei über die beiden Stirnradstufen eine Übersetzung stärker erhöht werden kann als über eine Stirnradstufe. Insbesondere weist jede der beiden Stirnradstufen zwei miteinander im Zahneingriff stehende Stirnräder auf, wobei ein jeweiliges Stirnrad der jeweiligen Stirnradstufe mit der Zwischenwelle drehfest verbunden ist.According to a preferred embodiment, the differential is arranged on a second axis of rotation, wherein the second axis of rotation is designed axially parallel to the first axis of rotation, with an intermediate shaft being arranged on a third axis of rotation, wherein the intermediate shaft is designed axially parallel to the first and second axes of rotation, the differential input via a first spur gear stage is connected to the intermediate shaft, the intermediate shaft being connected to the transmission output shaft via a second spur gear stage connected is. As a result, the drive device is designed to be more compact, particularly in the axial direction, with the two spur gear stages allowing a gear ratio to be increased more than with one spur gear stage. In particular, each of the two spur gear stages has two spur gears that mesh with one another, with a respective spur gear of the respective spur gear stage being connected in a rotationally fixed manner to the intermediate shaft.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Differential als integrales Differential ausgebildet. Unter einem „integralen Differential“ ist ein Differential mit einem ersten Planetenradsatz und einem mit dem ersten Planetenradsatz wirkverbundenen zweiten Planetenradsatz zu verstehen. Der erste Planetenradsatz ist mit der Getriebeausgangswelle, mit dem zweiten Planetenradsatz sowie zumindest mittelbar mit der ersten Differentialausgangswelle antriebswirksam verbunden. Der zweite Planetenradsatz ist zudem mit der zweiten Differentialausgangswelle antriebswirksam verbunden und stützt sich an einem ortsfesten Bauelement, insbesondere an einem Gehäusebauteil ab. Mittels eines solchen integralen Differentials ist das Eingangsmoment an der Getriebeausgangswelle wandelbar und in einem definierten Verhältnis auf die beiden Differentialausgangswellen aufteilbar. Vorzugsweise wird das Eingangsmoment hälftig auf die Differentialausgangswellen übertragen.According to a preferred embodiment, the differential is designed as an integral differential. An “integral differential” is to be understood as meaning a differential with a first planetary gear set and a second planetary gear set that is operatively connected to the first planetary gear set. The first planetary gear set is drivingly connected to the transmission output shaft, to the second planetary gear set and at least indirectly to the first differential output shaft. The second planetary gear set is also connected in a driving manner to the second differential output shaft and is supported on a stationary component, in particular on a housing component. By means of such an integral differential, the input torque on the transmission output shaft can be changed and divided into the two differential output shafts in a defined ratio. Preferably, half of the input torque is transmitted to the differential output shafts.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung. Insbesondere ist das Fahrzeug als Elektrofahrzeug ausgebildet und weist eine elektrische Antriebsachse mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung auf. Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße Fahrzeug.A vehicle according to the invention comprises a drive device according to the invention. In particular, the vehicle is designed as an electric vehicle and has an electric drive axle with the drive device according to the invention. The above definitions and statements on technical effects, advantages and advantageous embodiments of the drive device according to the invention also apply mutatis mutandis to the vehicle according to the invention.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt, wobei gleiche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
-
1 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsvorrichtung; -
2 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform; -
3 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; -
4 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform; -
5 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform; -
6 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform; -
7 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform; -
8 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform; -
9 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform; -
10 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform; und -
11 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform.
-
1 a highly abstracted schematic view of a vehicle with an electric drive device according to the invention; -
2 a highly abstracted schematic view of a drive device according to the invention according to a first embodiment; -
3 a highly abstracted schematic view of a drive device according to the invention according to a second embodiment; -
4 a highly abstracted schematic view of a drive device according to the invention according to a third embodiment; -
5 a highly abstracted schematic view of a drive device according to the invention according to a fourth embodiment; -
6 a highly abstracted schematic view of a drive device according to the invention according to a fifth embodiment; -
7 a highly abstracted schematic view of a drive device according to the invention according to a sixth embodiment; -
8th a highly abstracted schematic view of a drive device according to the invention according to a seventh embodiment; -
9 a highly abstracted schematic view of a drive device according to the invention according to an eighth embodiment; -
10 a highly abstracted schematic view of a drive device according to the invention according to a ninth embodiment; and -
11 a highly abstracted schematic view of a drive device according to the invention according to a tenth embodiment.
Der als Minusplanetenradsatz ausgebildete Planetenradsatz MP umfasst eine mit der Getriebeeingangswelle 1 drehfest verbundene Sonnenradwelle SR, eine mittels des zweiten Schaltelements B mit einem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbindbare Hohlradwelle HR und eine Stegwelle ST mit mehreren drehbar daran angeordneten Planetenrädern, wobei jedes Planetenrad mit der Sonnenradwelle SR und der Hohlradwelle HR im Zahneingriff steht. Die elektrische Maschine EM, die Getriebeeingangswelle 1, die Getriebeausgangswelle 2 und das schaltbare Planetengetriebe sind auf einer gemeinsamen Rotationsachse A1 angeordnet und somit koaxial zueinander ausgebildet.The planetary gear set MP designed as a negative planetary gear set comprises a sun gear shaft SR which is connected in a rotationally fixed manner to the
Der Stufenplanetenradsatz SP weist eine mittels des dritten Schaltelements C mit der Hohlradwelle HR des Planetenradsatzes MP drehfest verbindbare Sonnenradwelle SR1, eine mit der Getriebeausgangswelle 2 drehfest verbunden erste Hohlradwelle HR1, eine mit der Stegwelle ST des Planetenradsatzes MP drehfest verbundene zweite Hohlradwelle HR2 und eine mittels des ersten Schaltelements A mit dem Gehäuse G des Planetengetriebes drehfest verbindbare Stegwelle ST1 auf. An der Stegwelle ST1 sind mehrere Stufenplanetenräder drehbar angeordnet. Ein erstes Zahnrad Z1 des jeweiligen Stufenplanetenrades steht mit der ersten Hohlradwelle HR1 und der Sonnenradwelle SR1 des Stufenplanetenradsatzes SP im Zahneingriff, wobei ein zweites Zahnrad Z2 des jeweiligen Stufenplanetenrades mit dem ersten Zahnrad Z1 des jeweiligen Stufenplanetenrades drehfest verbunden ist und mit der zweiten Hohlradwelle HR2 des Stufenplanetenradsatzes SP im Zahneingriff steht. Das zweite Zahnrad Z2 weist einen größeren Durchmesser als das erste Zahnrad Z1 auf.The stepped planetary gear set SP has a sun gear shaft SR1 which can be connected in a rotationally fixed manner to the ring gear shaft HR of the planetary gear set MP by means of the third switching element C, a first ring gear shaft HR1 which is connected in a rotationally fixed manner to the
Vorliegend sind alle drei Schaltelemente A, B, C als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildet und axial zwischen der elektrischen Maschine EM und dem Stufenplanetenradsatz SP angeordnet. Vorliegend sind das erste und zweite Schaltelement A, B axial zwischen dem Planetenradsatz MP und dem Stufenplanetenradsatz SP angeordnet, wobei das zweite Schaltelement B radial außerhalb des Planetenradsatzes MP angeordnet ist und somit axial mit dem Planetenradsatz MP überlappt. Beispielsweise sind alle drei Schaltelemente A, B, C als Lamellenkupplungen ausgebildet und ermöglichen eine Lastschaltbarkeit in Zug- und Schubrichtung. Insbesondere sind das erste und zweite Schaltelement A, B jeweils als Bremsen ausgebildet und zum stationären Festlegen der jeweiligen Welle vorgesehen.In the present case, all three switching elements A, B, C are designed as frictional switching elements and are arranged axially between the electric machine EM and the stepped planetary gear set SP. In the present case, the first and second switching elements A, B are arranged axially between the planetary gear set MP and the stepped planetary gear set SP, with the second switching element B being arranged radially outside the planetary gear set MP and thus overlapping axially with the planetary gear set MP. For example, all three switching elements A, B, C are designed as multi-plate clutches and enable power shifting in the pull and push directions. In particular, the first and second switching elements A, B are each designed as brakes and are intended for stationary fixing of the respective shaft.
Wenn das erste Schaltelement A und das dritte Schaltelement C geschlossen sind sowie das zweite Schaltelement B geöffnet ist, ist ein erster Gang mit einer ersten Übersetzung realisiert, wobei dann die Stegwelle ST1 des Stufenplanetenradsatzes SP mit dem Gehäuse G drehfest verbunden ist und die Sonnenradwelle SR1 des Stufenplanetenradsatzes SP mit der Hohlradwelle HR des Planetenradsatzes MP drehfest verbunden ist.If the first switching element A and the third switching element C are closed and the second switching element B is open, a first gear with a first gear ratio is achieved, in which case the web shaft ST1 of the stepped planetary gear set SP is connected in a rotationally fixed manner to the housing G and the sun gear shaft SR1 of the Stepped planetary gear set SP is connected in a rotationally fixed manner to the ring gear shaft HR of the planetary gear set MP.
Wenn das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B geschlossen sind sowie das dritte Schaltelement C geöffnet ist, ist ein zweiter Gang mit einer zweiten Übersetzung realisiert, wobei dann die Stegwelle ST1 des Stufenplanetenradsatzes SP und die Hohlradwelle HR des Planetenradsatzes MP jeweils mit dem Gehäuse G drehfest verbunden sind.If the first switching element A and the second switching element B are closed and the third switching element C is open, a second gear with a second translation is realized, in which case the web shaft ST1 of the stepped planetary gear set SP and the ring gear shaft HR of the planetary gear set MP are each connected to the housing G are connected in a rotationally fixed manner.
Wenn das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C geschlossen sind sowie das erste Schaltelement A geöffnet ist, ist ein dritter Gang mit einer dritten Übersetzung realisiert, wobei dann die Hohlradwelle HR des Planetenradsatzes MP mit dem Gehäuse G drehfest verbunden ist und die Sonnenradwelle SR1 des Stufenplanetenradsatzes SP mit der Hohlradwelle HR des Planetenradsatzes MP und somit auch mit dem Gehäuse G drehfest verbunden ist.If the second switching element B and the third switching element C are closed and the first switching element A is open, a third gear with a third gear ratio is realized, in which case the ring gear shaft HR of the planetary gear set MP is connected in a rotationally fixed manner to the housing G and the sun gear shaft SR1 of the Stepped planetary gear set SP is connected in a rotationally fixed manner to the ring gear shaft HR of the planetary gear set MP and thus also to the housing G.
Gemäß einer axialen Reihenfolge sind der Planetenradsatz MP und das zweite Schaltelement B an der elektrischen Maschine EM axial angrenzend angeordnet, wobei das dritte Schaltelement C an dem Minusplanetenradsatz MP und dem zweiten Schaltelement B axial angrenzend angeordnet ist, wobei das erste Schaltelement A an dem dritten Schaltelement C axial angrenzend angeordnet ist, wobei der Stufenplanetenradsatz SP an dem ersten Schaltelement A axial angrenzend angeordnet ist. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung kompakt ausgebildet.According to an axial sequence, the planetary gear set MP and the second switching element B are arranged axially adjacent to the electric machine EM, with the third switching element C being arranged axially adjacent to the negative planetary gear set MP and the second switching element B, with the first switching element A being arranged on the third switching element C is arranged axially adjacent, wherein the stepped planetary gear set SP is arranged axially adjacent to the first switching element A. This makes the drive device compact.
Mittels des ersten Planetenradsatzes 30 ist ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Differentialausgangswelle 5 übertragbar. Ein dem ersten Abtriebsmoment entgegengesetzt wirkendes Abstützmoment des ersten Planetenradsatzes 30 wird auf den zweiten Planetenradsatz 40 übertragen und ist im zweiten Planetenradsatz 40 derart wandelbar, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Differentialausgangswelle 6 übertragbar ist. Mit anderen Worten wird mittels des integralen Differentials eine über das Sonnenrad 31 des ersten Planetenradsatzes 30 eingespeiste Antriebsleistung auf die beiden Differentialausgangswellen 5, 6 aufgeteilt. Vorliegend erstreckt sich die erste Differentialausgangswelle 5 durch das Planetengetriebe und die elektrische Maschine EM. Die zweite Differentialausgangswelle 6 erstreckt sich von der Antriebsvorrichtung weg in die entgegengesetzte Richtung. Alternativ kann das erste Schaltelement A, das zweite Schaltelement B und/oder das dritte Schaltelement C als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß
Die erste Stirnradstufe 8 besteht aus einem ersten Festrad F11, das auf der dritten Rotationsachse A3 angeordnet und mit der Zwischenwelle 10 drehfest verbunden ist, und einem zweiten Festrad F12, das auf der zweiten Rotationsachse A2 angeordnet und mit dem Differentialeingang 4 drehfest verbunden ist. Das Differential 3 ist wie in der Ausführungsform gemäß
BezugszeichenReference symbols
- 11
- GetriebeeingangswelleTransmission input shaft
- 22
- GetriebeausgangswelleTransmission output shaft
- 33
- Differentialdifferential
- 3a3a
- erstes Abtriebsradfirst driven gear
- 3b3b
- zweites Abtriebsradsecond driven gear
- 3c3c
- erstes Ausgleichselementfirst compensating element
- 3d3d
- zweites Ausgleichselementsecond compensating element
- 44
- DifferentialeingangDifferential input
- 55
- DifferentialausgangswelleDifferential output shaft
- 66
- DifferentialausgangswelleDifferential output shaft
- 77
- StirnradstufeSpur gear stage
- 88th
- erste Stirnradstufefirst spur gear stage
- 99
- zweite Stirnradstufesecond spur gear stage
- 1010
- ZwischenwelleIntermediate shaft
- 3030
- erster Planetenradsatzfirst planetary gear set
- 3131
- Sonnenradsun gear
- 3232
- Hohlradring gear
- 3333
- StegwelleBridge shaft
- 3434
- PlanetenradPlanetary gear
- 4040
- zweiter Planetenradsatzsecond planetary gear set
- 4141
- Sonnenradsun gear
- 4242
- Hohlradring gear
- 4343
- StegwelleBridge shaft
- 4444
- PlanetenradPlanetary gear
- GG
- GehäuseHousing
- MPMP
- PlanetenradsatzPlanetary gear set
- SRS.R
- Sonnenradwellesun gear shaft
- HRMR
- Hohlradwellering gear shaft
- STST
- StegwelleBridge shaft
- SPSP
- StufenplanetenradsatzStepped planetary gear set
- SR1SR1
- Sonnenradwellesun gear shaft
- HR1HR1
- erste Hohlradwellefirst ring gear shaft
- HR2HR2
- zweite Hohlradwellesecond ring gear shaft
- ST1ST1
- StegwelleBridge shaft
- Z1Z1
- erstes Zahnradfirst gear
- Z2Z2
- zweites Zahnradsecond gear
- 100100
- Fahrzeugvehicle
- 101101
- erste Antriebsachsefirst drive axle
- 102102
- zweite Antriebsachsesecond drive axle
- R1R1
- Radwheel
- R2R2
- Radwheel
- R3R3
- Radwheel
- R4R4
- Radwheel
- EME.M
- elektrische Maschineelectric machine
- F1F1
- erstes Festradfirst fixed gear
- F2F2
- zweites Festradsecond fixed gear
- F11Q11
- erstes Festradfirst fixed gear
- F12F12
- zweites Festradsecond fixed gear
- F21F21
- erstes Festradfirst fixed gear
- F22F22
- zweites Festradsecond fixed gear
- AA
- erstes Schaltelementfirst switching element
- Bb
- zweites Schaltelementsecond switching element
- CC
- drittes Schaltelementthird switching element
- A1A1
- erste Rotationsachsefirst axis of rotation
- A2A2
- zweite Rotationsachsesecond axis of rotation
- A3A3
- dritte Rotationsachsethird axis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2014/139744 A1 [0002]WO 2014/139744 A1 [0002]
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Citations (2)
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WO2014139744A1 (en) | 2013-03-12 | 2014-09-18 | Zf Friedrichshafen Ag | Powertrain for a vehicle and method for carrying out load changes |
DE102004039446B4 (en) | 2003-08-14 | 2015-11-26 | Aisin Aw Co., Ltd. | Automatically shiftable transmission |
-
2022
- 2022-08-05 DE DE102022208150.1A patent/DE102022208150A1/en active Pending
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Legal Events
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R012 | Request for examination validly filed | ||
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