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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf den Bereich der Elektrofahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine integrierte elektrische Planetenantriebseinheit zum Antrieb eines Rades eines Elektrofahrzeugs.
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Herkömmlicherweise enthalten elektrische Antriebseinheiten in Elektrofahrzeugen (EVs) einen einzelnen Elektromotor, der mit einer Differentialbaugruppe gekoppelt ist, die den Antrieb auf zwei Räder einer entsprechenden Achse aufteilt. Der Antrieb umfasst in der Regel eine Planetengetriebeanordnung, um die Drehzahl vor der Eingabe in das Differential zu reduzieren.
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Das Vorhandensein eines Differentials bei den konventionellen elektrischen Antriebseinheiten führt zu einer ungleichmäßigen Traktion auf den beiden Rädern. Um den Drehmomentanforderungen gerecht zu werden, sind Kupplungen für Torque Vectoring vorgesehen. Eine solche Anordnung ist jedoch aufgrund von Schlupf in den Kupplungen ineffizient.
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Darüber hinaus wäre es unter Berücksichtigung von Effizienz, Drehmomentdichte, Kompaktheit und Stabilität wünschenswert, eine alternative Anordnung der elektrischen Antriebe zu haben, um diese Aspekte zu verbessern.
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Das Patentdokument offenbart
US7815535B2 einen Antrieb zum Verleihen von Drehung um eine Achse, der einen Axialströmungsmotor mit einem Stator und einem Rotor umfasst, wobei sich ein Umlaufgetriebe zwischen dem Rotor des Axialflussmotors und einem Abtriebsflansch des Antriebs befindet. Die Anordnung des Umlaufgetriebes innerhalb und umgeben vom Motor macht den Antrieb entlang seiner Achse kompakt.
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Während das vorgelegte Patentdokument einen kompakten Antrieb offenbart, der ein Umlaufgetriebe enthält, besteht die Möglichkeit, einen weiter verbesserten Antrieb bereitzustellen, der auch das oben genannte Problem der ungleichen Traktion auf den Rädern adressiert.
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Es besteht daher die Notwendigkeit, eine einfache und kostengünstige Lösung zu haben, die die oben genannten Probleme überwindet und zur Verbesserung der elektrischen Planetenantriebseinheit beiträgt.
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Ein allgemeiner Zweck der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine einfache und kostengünstige Lösung zur Verbesserung der elektrischen Antriebseinheit für Elektrofahrzeuge bereitzustellen.
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Ein Zweck der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine unabhängige Steuerung des Drehmoments und der Drehzahl für jedes Rad bereitzustellen, um den unterschiedlichen Anforderungen unter verschiedenen Bedingungen gerecht zu werden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine elektrische Antriebseinheit mit reduziertem Gewicht zu schaffen.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine elektrische Antriebseinheit bereitzustellen, die weniger Platz einnimmt.
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Ein weiterer Zweck der vorliegenden Offenbarung besteht darin, das Erfordernis eines Differentials zu den elektrischen Antriebseinheiten von Elektrofahrzeugen zu beseitigen.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine elektrische Antriebseinheit bereitzustellen, die es ermöglicht, die Traktion bei Bedarf zu verstärken, z. B. beim Beschleunigen und Bergauffahren.
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Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich allgemein auf den Bereich der Elektrofahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine integrierte elektrische Planetenantriebseinheit zum Antrieb eines Rades eines Elektrofahrzeugs.
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In einem Aspekt umfasst eine elektrische Antriebseinheit für ein Rad eines Elektrofahrzeugs ein Hohlrad in einer festen Konfiguration, einen Planetenträger, der eine Vielzahl von Planetenrädern im Eingriff mit dem Hohlrad trägt, ein Sonnenrad im Eingriff mit der Vielzahl von Planetenrädern und gekoppelt an das Rad des Elektrofahrzeugs zur Kraftübertragung auf das Rad.
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In gewisser Weise ist ein Satz von Magneten in den Planetenträger integriert, damit der Planetenträger als Rotor fungiert. Ferner ist mindestens ein Stator mit Wicklungen vorgesehen und so konfiguriert, dass er elektrischen Strom empfängt, was zu einer Drehung des Planetenträgers und einer daraus resultierenden Übertragung von Energie führt, die durch die Kombination des mindestens einen Stators und des Rotors auf das Sonnenrad und auf das Rad davon erzeugt wird.
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In einer Ausführungsform kann die elektrische Antriebseinheit mit einer Steuerung gekoppelt sein, die konfiguriert ist, um die Zufuhr des elektrischen Stroms zum Stator zu steuern und ein Torque Vectoring durchzuführen, indem die Zufuhr des elektrischen Stroms gesteuert wird.
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In einer Ausführungsform kann es zwei Statoren geben, von denen sich einer auf jeder Seite des Planetenträgers befindet. Die Steuerung kann den elektrischen Strom selektiv an einen oder beide Statoren liefern, abhängig von dem Drehmoment, das an das Rad abgegeben werden muss.
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In einer Ausführungsform kann die elektrische Antriebseinheit ein Gehäuse aufweisen und das Hohlrad kann an dem Gehäuse befestigt sein, um die feste Konfiguration des Hohlrads bereitzustellen.
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit mindestens zwei elektrischen Antriebseinheiten, wie oben beschrieben. Die mindestens zwei elektrischen Antriebseinheiten sind mit mindestens zwei Rädern des Fahrzeugs, eines für jedes Rad, gekoppelt, um unabhängig voneinander Traktionskraft für jedes der mindestens zwei Räder bereitzustellen.
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Das Fahrzeug weist ferner eine Steuerung auf, die mit den mindestens zwei elektrischen Antriebseinheiten operativ gekoppelt ist, um die Versorgung des mindestens einen Stators der mindestens zwei elektrischen Antriebseinheiten mit elektrischem Strom zu steuern. Der Regler ist so konfiguriert, dass er Torque Vectoring durchführt, indem er die Zufuhr des elektrischen Stroms an mindestens einen Stator der mindestens zwei elektrischen Antriebseinheiten steuert.
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In einer Ausführungsform kann jede der mindestens zwei elektrischen Antriebseinheiten zwei Statoren aufweisen, von denen sich einer auf jeder Seite des entsprechenden Planetenträgers befindet. Die Steuerung kann den elektrischen Strom selektiv einem oder beiden Statoren der elektrischen Antriebseinheiten zuführen, je nachdem, welches Drehmoment an die Räder abgegeben werden muss.
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In einer Ausführungsform führt die Kopplung einer unabhängigen elektrischen Antriebseinheit an jedes Rad zu einer Eliminierung des Differentials zwischen den Rädern.
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Verschiedene Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des erfindungsgemäßen Gegenstands werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungsfiguren, in denen gleiche Ziffern gleiche Komponenten darstellen, deutlicher.
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Die beigefügten Zeichnungen dienen dazu, ein besseres Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln, und sind Bestandteil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung.
- 1A veranschaulicht eine beispielhafte perspektivische Ansicht der offenbarten elektrischen Antriebseinheit mit einem einzigen Stator, die Magnete zeigt, die in einen Planetenträger eingebettet sind und durch einen teilweise gebrochenen Stator sichtbar gemacht werden, gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
- 1 B zeigt eine beispielhafte Schnittansicht der elektrischen Antriebseinheit nach 1A zeigt Anordnung des Planetengetriebes der Antriebseinheit gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung
- 2A veranschaulicht eine beispielhafte perspektivische Ansicht der elektrischen Antriebseinheit mit Doppelstator, in Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung.
- 2B veranschaulicht eine beispielhafte Schnittansicht der elektrischen Antriebseinheit nach 2A, in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
- 3A und 3B veranschaulichen beispielhafte Blockdiagramme von elektrischen Antriebseinheiten mit einem bzw. doppelten Stator, die ihre Kopplung mit den Rädern eines Fahrzeugs und mit einem Steuergerät gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigen.
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Es folgt eine detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Offenbarung, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Die Ausführungsformen sind so detailliert, dass sie die Offenbarung klar kommunizieren. Die angebotene Detailgenauigkeit ist jedoch nicht dazu gedacht, die erwarteten Variationen von Ausführungsformen einzuschränken; Vielmehr sollen alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen erfasst werden, die unter den Sinn und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
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Die hierin erläuterten Ausführungsformen beziehen sich auf eine integrierte elektrische Antriebseinheit zum Antrieb eines Rades eines Elektrofahrzeugs. Die integrierte elektrische Antriebseinheit umfasst ein Planetengetriebe, dessen Planetenträger mit Magneten integriert ist, um als Rotor zu fungieren (auch Planetenrotor genannt). Ein oder mehrere Statoren mit Wicklungen zur Aufnahme von elektrischem Strom sind benachbart zum Planetenträger vorgesehen, so dass die Kombination aus einem oder mehreren Statoren und dem Planetenrotor als Motor arbeitet. Die Kraft des Motors wird über einen Satz Planetengetriebe, die auf dem Planetenträger montiert sind, auf ein Sonnenrad übertragen, das mit einem Rad des Fahrzeugs gekoppelt ist. In einem Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit ist ein Hohlrad befestigt und die Planetenräder stehen im Eingriff mit dem Hohlrad.
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Eine Steuerung ist vorgesehen, um elektrischen Strom zu den Statoren zu steuern, wie z. B. durch selektive Stromzufuhr zu einem oder beiden der beiden Statoren, um unterschiedliche Leistungs-/Traktionsanforderungen zu erfüllen, oder durch Bereitstellen von Differenzstrom an zwei elektrische Antriebseinheiten, die mit zwei Rädern des Fahrzeugs gekoppelt sind, um Torque Vectoring zu erreichen.
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Beziehen wir uns nun auf die 1A bis 2B, wo beispielhafte Ansichten der offenbarten elektrischen Antriebseinheit gezeigt sind, kann die elektrische Antriebseinheit 100 ein Hohlrad 102 aufweisen, das in einer festen Konfiguration vorgesehen ist, wie z. B. durch Befestigung an einem Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit 100 einen Planetenträger 104, der mit mehreren Planetenrädern 106 und einem Sonnenrad 108 konfiguriert ist. Die Planetenräder 106 können sowohl mit dem Hohlrad 102 als auch mit dem Sonnenrad 109 in Eingriff stehen. Ein Satz von Magneten, wie z.B. Magnete 110-1, 110-2...... 110-N (zusammenfassend als Magnete 110 bezeichnet) in den Planetenträger 104 eingebettet sind, wie in den 1A und 2A. Der Planetenträger 104 mit den Magneten 110 kann als Rotor, im Folgenden als Rotor 114 bezeichnet, der elektrischen Antriebseinheit 100 fungieren. Die elektrische Antriebseinheit 100 kann ferner einen oder mehrere Statoren 112 mit elektrischer Wicklung zur Aufnahme von elektrischem Strom aufweisen. Das Einspeisen von Strom in die Wicklungen kann zu einer Drehung des Planetenrotors 114 aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld, das aufgrund des elektrischen Stroms in den Wicklungen erzeugt wird, und dem Magnetfeld der Magnete im Planetenrotor 114 führen. Die Drehbewegung und das Drehmoment können über die Planetenräder 106 und das Sonnenrad 108, das beispielsweise durch eine Antriebswelle mit dem Rad gekoppelt ist, auf das Rad übertragen werden.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann es nur einen Stator 112 geben, wie in den 1A und 1 B, oder es können zwei Statoren, wie z. B. Statoren 112-1 und 112-2, vorhanden sein, wie in den 2A und 2B, eine auf jeder Seite des Rotors 114 angeordnet. Das Bereitstellen von zwei Statoren 112 ist insofern vorteilhaft, als bei geringem Leistungsbedarf, wie z. B. bei Reisegeschwindigkeit, nur ein Stator verwendet werden kann, d. h. mit Strom gespeist wird, und wenn der Leistungsbedarf hoch ist, wie z. B. beim Beschleunigen oder beim Bergauffahren, beide Statoren 112 mit Strom versorgt werden können, um die Leistungsabgabe zu erhöhen.
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3A und 3B zeigen die Anwendung der offenbarten elektrischen Antriebseinheit 100 auf ein Fahrzeug, wobei eine elektrische Antriebseinheit 100 mit jedem Rad des Fahrzeugs gekoppelt ist. Beispielsweise ist die elektrische Antriebseinheit 100-1 mit einem rechten Seitenrad 306-1 und die elektrische Antriebseinheit 100-2 mit einem linken Seitenrad 306-2 einer Achse des Fahrzeugs gekoppelt. Die elektrische Stromversorgung der elektrischen Antriebseinheiten 100-1 und 100-2 aus einer Batterie 304 kann durch eine Steuerung 302 gesteuert werden, die mit der Batterie 304 und den beiden elektrischen Antriebseinheiten 100-1 und 100-2 gekoppelt werden kann.
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Beispielsweise kann die Steuerung 302 die Zufuhr von elektrischem Strom zu den Statoren 112-1 und 112-2 steuern, die sich auf die elektrischen Antriebseinheiten 100-1 und 100-2 beziehen, die mit dem rechten Seitenrad 306-1 und dem linken Seitenrad 306-2 gekoppelt sind, um Torque Vectoring durchzuführen. Die elektrischen Antriebseinheiten 100 des Rades 306, die ein höheres Drehmoment benötigen, können mit höherem Strom versorgt werden als die elektrische Antriebseinheit 100 des anderen Rades 306. Wenn die elektrische Antriebseinheit eine Doppelstatorkonfiguration aufweist, wie sie in 3B kann die Steuerung 302 auch selektiv den elektrischen Strom einem oder beiden Statoren 112 jeder der beiden elektrischen Antriebseinheiten 100 zuführen, basierend auf dem Drehmoment-/Traktionsbedarf. Wie ersichtlich ist, ist kein Differential erforderlich, wenn die Räder 306 mit unabhängigen elektrischen Antriebseinheiten 100 gekoppelt sind.
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Somit bietet die vorliegende Offenbarung eine einfache und kostengünstige Lösung zur Verbesserung der elektrischen Antriebseinheit 100 für zusätzliches Drehmoment bei höherem Wirkungsgrad für ein Elektrofahrzeug.
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Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung ausgestaltet werden, ohne von ihrem grundlegenden Schutzumfang abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Versionen oder Beispiele beschränkt, die enthalten sind, um es einer Person mit durchschnittlichem Fachwissen auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit Informationen und Kenntnissen kombiniert werden, die der Person mit durchschnittlichem Fachwissen auf dem Gebiet zur Verfügung stehen.
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Ein allgemeiner Vorteil der vorliegenden Offenbarung besteht darin, dass sie eine einfache und kostengünstige Lösung zur Verbesserung der elektrischen Antriebseinheit für Elektrofahrzeuge bietet.
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Die vorliegende Offenbarung bietet eine unabhängige Kontrolle über das Drehmoment und die Drehzahl für jedes Rad, um den unterschiedlichen Anforderungen unter verschiedenen Bedingungen gerecht zu werden.
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Die vorliegende Offenbarung sieht eine elektrische Antriebseinheit mit reduziertem Gewicht vor.
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Die vorliegende Offenbarung sieht eine elektrische Antriebseinheit vor, die weniger Platz einnimmt.
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Mit der vorliegenden Offenbarung entfällt das Erfordernis eines Differentials zu den elektrischen Antriebseinheiten von Elektrofahrzeugen.
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Die vorliegende Offenbarung stellt eine elektrische Antriebseinheit bereit, die es ermöglicht, die Traktion bei Bedarf zu verstärken, z. B. beim Beschleunigen und Bergauffahren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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