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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem mit Differentiallenksystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Fahrzeug mit einem derartigen Antriebssystem gemäß Anspruch 10.
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Hintergrund
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Ein elektrischer Antrieb kann als Quelle für Antriebsleistung bei einem Fahrzeug verwendet werden, wie beispielsweise bei einer Geländearbeitsmaschine, bei einem auf der Straße fahrenden Lastwagen oder bei einem Automobil. Ein elektrischer Antrieb kann die Antriebsleistung liefern, die durch einen Verbrennungsmotor geliefert wurde, oder der elektrischen Antrieb kann die gesamte Antriebsleistung für das Fahrzeug liefern. Die Verwendung eines elektrischen Antriebs, um den Verbrennungsmotor zu unterstützen oder zu ersetzen kann die Emissionen verringern, die während des Betriebs des Fahrzeugs erzeugt werden. Zusätzlich kann der elektrische Antrieb die Brennstoffausnutzung des Fahrzeugs verbessern.
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Ein elektrischer Antrieb weist typischerweise eine Quelle für elektrische Leistung auf, und einen elektrischen Motor, der mit einer oder mehreren mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen am Fahrzeug verbunden ist. Die elektrische Leistungsquelle, die beispielsweise eine Batterie oder ein Motor sein kann, liefert die Leistung, die zum Betrieb des Elektromotors verwendet wird, um ein Ausgangsdrehmoment zu erzeugen. Das Ausgangsdrehmoment wird zu den mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen am Fahrzeug übertragen, um dadurch das Fahrzeug anzutreiben.
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Einige Fahrzeuge, wie beispielsweise Raupenarbeitsmaschinen, können ein Differentiallenksystem aufweisen, welches zwischen dem Elektromotor und den mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen an dem Fahrzeug angeordnet ist. Ein Differentiallenksystem kann eine oder mehrere Planetengetriebeanordnungen und einen Lenkmotor aufweisen. Das Differentiallenksystem ist dahingehend wirksam, dass es die Relativgeschwindigkeiten der mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen verändert, um dadurch die Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu verändern. Wenn eine mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung auf einer Seite des Fahrzeugs mit einer geringeren Geschwindigkeit bzw. Drehzahl angetrieben wird, als eine mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung auf der anderen Seite des Fahrzeugs wird das Fahrzeug dazu tendieren, sich zu der sich langsamer bewegenden mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen hin zu drehen.
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Bei einem typischen elektrischen Antrieb, wie beispielsweise bei dem elektrischen Antrieb, der in der
US 6 024 182 A beschrieben wird, wird das Ausgangsdrehmoment eines Elektromotors von dem Elektromotor zu einem Differentialsystem durch ein Getriebeübertragungssystem übertragen, welches beispielsweise eine Anordnung mit gerade verzahnten oder schräg verzahnten Zahnrädern aufweisen kann. Jedoch ist die Anwendung einer Anordnung mit schräg verzahnten oder gerade verzahnten Zahnrädern ein ineffizientes Verfahren zur Übertragung von Drehmoment des Motors zu den mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen. Ein Teil des Drehmomentes, welches durch den Elektromotor erzeugt wird, kann bei der Übertragung des Drehmomentes verloren gehen. Diese Getriebeverluste verringern den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs und den Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, den Wirkungsgrad eines elektrischen Antriebs und den Gesamtwirkungsgrad eines Fahrzeugs mit einem derartigen Antriebssystem im Vergleich zum Stand der Technik zu verbessern.
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Ein elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug mit Differentiallenksystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus
DE 37 28 171 A1 bekannt.
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Die oben dargelegte Aufgabe wir dadurch gelöst, dass das hier beschriebene elektrische Antriebssystem für ein Fahrzeug mit Differentiallenksystem zusätzlich die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 aufweist. Die Aufgabe wird auch durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst.
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Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Beschreibung mit eingeschlossen sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der Prinzipien der Erfindung. In den Zeichnungen stellen die Figuren folgendes dar:
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1 eine schematische und diagrammartige Darstellung eines elektrischen Antriebssystems gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
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2 eine Schnittansicht eines elektrischen Antriebssystems gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird nun im Detail auf ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, welches in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist. Wo immer es möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um sich auf die gleichen oder ähnliche Teile zu beziehen.
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Wie schematisch in 1 veranschaulicht, kann ein Fahrzeug 20 ein elektrisches Antriebssystem 26 aufweisen. Das elektrische Antriebssystem 26 kann betriebsmässig mit einer ersten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 22 und mit einer zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 24 in Eingriff sein. Die ersten und zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen 22 und 24 können beispielsweise Raupen, Riemen, Räder oder irgendeine andere mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung sein, die dem Fachmann leicht offensichtlich sind.
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Wie ebenfalls in 1 gezeigt, weist das elektrische Antriebssystem 26 ein Gehäuse 38 und einen Elektromotor 28 auf, der eine Ausgangswelle 30 hat. Das Fahrzeug 20 kann eine (nicht gezeigte) elektrische Leistungsquelle aufweisen, die beispielsweise eine Batterie oder ein Motor sein kann, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor mit einem Generator. Ansprechend auf das Anlegen von elektrischer Leistung übt der Elektromotor 28 ein Drehmoment auf die Ausgangswelle 30 aus. Die Größe und die Richtung des ausgeübten Drehmomentes hängt von der Größe und der Polarität der elektrischen Leistung ab, die an den Elektromotor 28 angelegt wird.
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Ansprechend auf das angelegte Drehmoment kann die Ausgangswelle 30 beginnen, sich zu drehen. Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist die Ausgangswelle 30 des Elektromotors 28 konfiguriert, um sich um eine Drehachse zu drehen, die mit einer Referenzachse 32 ausgerichtet ist. Die Drehzahl, mit der sich die Ausgangswelle 30 dreht, hängt von verschiedenen Faktoren ab, die beispielsweise die Größe des Drehmomentes mit einschließen, welches durch den Elektromotor 28 ausgeübt wird, und die Belastung der Ausgangswelle 30.
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Mit Bezug auf 1 weist das elektrische Antriebssystem 26 auch ein Differentiallenksystem 40 auf, weiter ein erstes Ausgangsglied 34 und ein zweites Ausgangsglied 36. Das erste Ausgangsglied 34 ist betriebsmässig mit der ersten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 22 verbunden. Das zweite Ausgangsglied 36 ist betriebsmässig mit der zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 24 verbunden.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann der elektrische Antrieb 26 ein erstes Kettenrad 66 und ein zweites Kettenrad 68 aufweisen. Das erste Kettenrad 66 kann mit dem ersten Ausgangsglied 34 verbunden sein und konfiguriert sein, um mit der ersten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 22 in Eingriff zu sein. Das zweite Kettenrad 68 kann mit dem zweiten Ausgangsglied 36 verbunden sein und konfiguriert sein, um mit der zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 24 in Eingriff zu sein. Die ersten und zweiten Kettenräder 66 und 68 treiben die ersten und zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen 22 und 24 ansprechend auf die Drehung der ersten und zweiten Ausgangsglieder 34 und 36 an.
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In dem in den 1 und 2 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsbeispiel weist das Differentiallenksystem 40 eine erste Planetengetriebeanordnung 42, eine zweite Planetengetriebeanordnung 44 und eine dritte Planetengetriebeanordnung 46 auf. Der Fachmann wird erkennen, dass das Differentiallenksystem 40 im Rahmen des durch die Ansprüche definierten Schutzumfangs eine Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen haben kann.
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Jede der ersten, zweiten und dritten Planetengetriebeanordnungen 42, 44 und 46 weist ein Sonnenrad 50, einen Planetenradsatz 52 und ein Hohlrad 54 auf. Jedes Sonnenrad 50 ist konfiguriert, um sich um eine Achse zu drehen und mit dem jeweiligen Planetenradsatz 52 in Eingriff zu stehen. Der Planetenradsatz 52 läuft um das Sonnenrad 50 um und steht in Eingriff mit dem jeweiligen Hohlrad 54. Jedes Hohlrad 54 kann konfiguriert sein, um sich um die Drehachse des Sonnenrades 50 zu drehen, oder jedes Hohlrad 54 kann relativ zum Gehäuse 38 festgelegt sein, um zu verhindern, dass sich das Hohlrad 54 dreht.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist die Drehachse von sowohl den ersten als auch den zweiten als auch den dritten Planetengetriebeanordnungen 42, 44 und 46 im wesentlichen mit der Referenzachse 32 ausgerichtet. Zusätzlich ist die Drehachse von jedem Sonnenrad 50 und jeder Planetenradsatz 52 der ersten, zweiten und dritten Planetengetriebeanordnungen 42, 44 und 46 im wesentlichen mit der Referenzachse 32 ausgerichtet. Somit ist die Drehachse von jeder der ersten, zweiten und dritten Planetengetriebeanordnungen 42, 44 und 46 im wesentlichen mit der Drehachse der Ausgangswelle 30 des Elektromotors 28 ausgerichtet.
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Eine vierte Planetengetriebeanordnung 48 kann zwischen der Ausgangswelle 30 und der ersten Planetengetriebeanordnung 42 positioniert sein. Die vierte Planetengetriebeanordnung 48 weist auch ein Sonnenrad 50 auf, weiter einen Planetenradsatz 52 und ein Hohlrad 54. Das Sonnenrad 50 steht in Eingriff mit dem Planetenradsatz 52, und der Planetenradsatz 52 steht in Eingriff mit dem Hohlrad 54. Die Drehachse der vierten Planetengetriebeanordnung 48 kann auch im wesentlichen mit der Referenzachse 32 ausgerichtet sein.
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Wie der Fachmann erkennen wird, nimmt eine Planetengetriebeanordnung eine hereinkommende Drehung mit einer ersten Drehzahl auf und erzeugt eine entsprechende Ausgangsdrehung mit einer zweiten Drehzahl. Die Veränderung der Drehzahl zwischen dem Eingang und dem Ausgang hängt von der Anzahl der Zähne des Sonnenrades 50, des Planetenradsatzes 52 und des Hohlrades 54 ab. Die Veränderung der Drehzahl hängt auch von den Zahnrädern ab, die verwendet werden, um die hereinkommende Drehung aufzunehmen, und von dem Zahnrad, welches ausgewählt wird, um die Ausgangsdrehung zu liefern.
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Die hereinkommende Drehung kann zu einer Planetengetriebeanordnung durch eines oder zwei Teile des Sonnenrades 50, des Planetenradsatzes 52 und des Hohlrades 54 geliefert werden. Wenn nur ein Teil, d. h. das Sonnenrad 50, der Planetenradsatz 52 oder das Hohlrad 54, die hereinkommende Drehung aufnimmt, dann kann ein Teil des Sonnenrades 50, des Planetenradsatzes 52 und des Hohlrades 54 an dem Gehäuse 38 festgelegt sein. Die Ausgangsdrehung wird im Rest des Sonnenrades 50, des Planetenradsatzes 52 und des Hohlrades 54 erzeugt.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die vierte Planetengetriebeanordnung 48 konfiguriert, um die Drehzahl der Ausgangswelle 30 des Elektromotors 28 zu reduzieren. Die Ausgabe der vierten Planetengetriebeanordnung 48 wird als Eingang für das Differentiallenksystem 40 verwendet. In dieser Weise kann das durch den Elektromotor 28 erzeugte Drehmoment zu dem Differentiallenksystem 40 mit verringerter Drehzahl übertragen werden.
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Wie gezeigt, ist die Ausgangswelle 30 des Elektromotors 28 mit dem Sonnenrad 50 der vierten Planetengetriebeanordnung 48 verbunden. Das Hohlrad 54 der vierten Planetengetriebeanordnung 48 ist an einem Gehäuse 38 befestigt. Der Planetenradsatz 52 der vierten Planetengetriebeanordnung 48 ist mit dem Planetenradsatz 52 der ersten Planetengetriebeanordnung 42 verbunden.
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Eine Drehung der Ausgangswelle 30 bewirkt eine entsprechende Drehung des Sonnenrades 50. Die Drehung des Sonnenrades 50 bewirkt, dass der Planetenradsatz 52 um das Sonnenrad 50 mit verringerter Drehzahl umläuft. Das Ausmaß der Reduktion der Drehzahl hängt von der Anzahl der Zähne des Sonnenrades, des Planetenradsatzes 52 und des Hohlrades 54 der vierten Planetengetriebeanordnung 48 ab. Die verringerte Drehzahl des Planetenradsatzes 52 der vierten Planetengetriebeanordnung wird auf das Differentiallenksystem 40 als eine hereinkommende Drehung für den Planetenradsatz 52 der ersten Planetengetriebeanordnung 42 übertragen.
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Wie in 1 gezeigt, ist die erste Planetengetriebeanordnung 42 sowohl mit der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 als auch mit der dritten Planetengetriebeanordnung 46 verbunden. Das Hohlrad 54 der ersten Planetengetriebeanordnung 52 ist mit dem Planetenradsatz 52 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 verbunden. Ein Reaktionsglied bzw. eine Verbindungswelle (folgend Verbindungswelle) verbindet das Sonnenrad 50 der ersten Planetengetriebeanordnung 42 mit den Zahnrädern 50 der zweiten und dritten Planetengetriebeanordnungen 44 und 46. Wie gezeigt, kann die Ausgangswelle 30 des Elektromotors 28 hohl sein und eine Öffnung aufweisen, durch die sich die Verbindungswelle erstreckt. In dieser Weise kann die Drehachse der Verbindungswelle 56 auch im wesentlichen mit der Referenzachse 32 ausgerichtet sein.
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Die erste Planetengetriebeanordnung 42 sieht eine hereinkommende Drehung sowohl für die zweite Planetengetriebeanordnung 44 als auch für die dritte Planetengetriebeanordnung 46 vor. Eine Drehung des Planetenradsatzes 52 der ersten Planetengetriebeanordnung 42 bewirkt eine entsprechende Drehung des assoziierten Sonnenrades 50 und der Verbindungswelle 56. Die Drehung der Verbindungswelle 56 sieht eine hereinkommende Drehung für die Sonnenräder 50 von sowohl den zweiten als auch den dritten Planetengetriebeanordnungen 44 und 46 vor.
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Die Drehung der Sonnenräder 50 der zweiten und dritten Planetengetriebeanordnungen 44 und 46 bewirkt, dass die Planetenradsätze 52 um die Sonnenräder 50 umlaufen. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die ersten, zweiten und dritten Planetengetriebeanordnungen 42, 44 und 46 so konfiguriert, dass wenn die Hohlräder 54 der zweiten und dritten Planetengetriebeanordnung 44 und 46 stationär gehalten werden, die Planetenradsätze 52 um die Sonnenräder 50 mit der gleichen Drehzahl umlaufen werden. Der Fachmann wird erkennen, dass die Planetengetriebeanordnungen 42, 44 und 46 eine Vielzahl von Getriebereduktionsverhältnissen haben können, und zwar abhängig von den erwarteten Betriebszuständen des Fahrzeugs 20.
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Die Drehzahl der Planetenradsätze 52 der zweiten und dritten Planetengetriebeanordnungen 44 und 46 sieht die Ausgangsdrehung der zweiten und dritten Planetengetriebeanordnungen 44 und 46 vor. Die Drehzahl des Planetenradsatzes 52 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 wird auf das erste Ausgangsglied 34 übertragen, um dadurch die erste mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung 22 mit einer entsprechenden Drehzahl anzutreiben. Die Drehzahl des Planetenradsatzes 52 der dritten Planetengetriebeanordnung 46 wird auf das zweite Ausgangsglied 36 übertragen, um dadurch die zweite mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung 24 mit einer entsprechenden Geschwindigkeit bzw. Drehzahl anzutreiben.
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Die Drehzahl der Planetenradsätze 52 der zweiten und dritten Planetengetriebeanordnungen 44 und 46 kann verändert werden durch Vorsehen einer zusätzlichen Eingangsgrößsse für ein Hohlrad oder beide Hohlräder 54 in den zweiten und dritten Planetengetriebeanordnungen 44 und 46. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das Hohlrad 54 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 so konfiguriert, dass es sich um die Referenzachse 32 dreht, während das Hohlrad 54 der dritten Planetengetriebeanordnung 44 an dem Gehäuse 38 befestigt ist. Alternativ kann das Hohlrad 54 der dritten Planetengetriebeanordnung 46 so konfiguriert sein, dass es sich um die Referenzachse 32 dreht, und das Hohlrad 54 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 kann am Gehäuse 38 festgelegt sein, oder beide Hohlräder 54 können konfiguriert sein, um sich um die Referenzachse 32 zu drehen.
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Wie in 1 veranschaulicht kann das Fahrzeug 20 auch einen Lenkmotor 70 aufweisen, der eine zusätzliche Eingabe in das Differentiallenksystem 40 liefert. Der Lenkmotor 70 ist dahingehend betreibbar, dass er eine Ausgangswelle 72 dreht. Der Lenkmotor 70 kann beispielsweise ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor sein.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Ausgangswelle 72 mit dem Hohlrad 54 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 durch einen Satz von Transferzahnrädern bzw. Übertragungszahnrädern 74 und ein Eingriffsrad 76 verbunden. Die Drehung der Ausgangswelle 72 in einer ersten Richtung wird bewirken, dass sich das Hohlrad 54 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 in einer ersten Richtung dreht. Die Drehung der Ausgangswelle 72 in einer zweiten Richtung wird bewirken, dass sich das Hohlrad 54 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 in der entgegengesetzten Richtung dreht.
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Der Betrieb des Lenkmotors 70 kann durch ein Eingangssignal S1 geregelt werden. Das Eingangssignal S1 kann durch eine (nicht gezeigte) Steuervorrichtung ansprechend auf einer Anweisung von einem Bediener erzeugt werden, um das Fahrzeug in einer gewissen Richtung mit einem gewissen Lenkradius zu lenken. Die Steuerung kann den Lenkmotor 70 dahingehend steuern, dass er eine erwünschte Richtung und Geschwindigkeit der Drehung der Ausgangswelle 30 erzeugt.
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Wie ebenfalls in 1 veranschaulicht, kann eine erste Bremse 58 konfiguriert sein, um mit dem ersten Ausgangsglied 34 in Eingriff zu kommen, und eine zweite Bremse 60 kann konfiguriert sein, um mit dem zweiten Ausgangsglieder 36 in Eingriff zu kommen. Die ersten und zweiten Bremsen 58 und 60 können betätigt werden, um die Drehzahl der ersten und zweiten Ausgangsglieder 34 bzw. 36 zu reduzieren. Die ersten und zweiten Bremsen 58 und 60 können daher betätigt werden, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 20 zu verringern. Zusätzlich können die ersten und zweiten Bremsen 58 und 60 jeweils mit den ersten und zweiten Ausgangsgliedern 34 bzw. 36 in Eingriff sein, wenn das Fahrzeug 20 stationär ist, um dadurch zu verhindern, dass sich das Fahrzeug 20 bewegt.
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Wie weiterhin in 1 gezeigt, kann eine erste Endantriebsanordnung 62 zwischen dem ersten Ausgangsglied 34 und dem ersten Kettenrad 66 angeordnet sein, und eine zweite Endantriebsanordnung 64 kann zwischen dem zweiten Ausgangsglied 36 und dem zweiten Kettenrad 68 angeordnet sein. Jede Endantriebsanordnung 62 und 64 kann eine Planetengetriebeanordnung sein, die ein Sonnenrad 50, einen Planetenradsatz 52 und ein Hohlrad 54 aufweist. Die Drehachse von jeder Endantriebsanordnung 62 und 64 kann im wesentlichen mit der Referenzachse 32 ausgerichtet sein.
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Jede Endantriebsanordnung 66 und 68 kann eine Getriebereduktion zwischen den ersten und zweiten Ausgangsgliedern 34 und 36 und den ersten und zweiten Kettenrädern 66 und 68 vorsehen. Beispielsweise kann die Getriebereduktion der ersten und zweiten Endantriebe 62 und 64 5:1 sein. Der Fachmann wird erkennen, dass die Endantriebe 62 und 64 irgend eine Getriebereduktion vorsehen können, um die Betriebsanforderungen des Fahrzeugs 20 zu erfüllen.
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2 veranschaulicht eine beispielhafte Konfiguration des elektrischen Antriebs 26. Wie gezeigt können die ersten, zweiten und vierten Planetengetriebeanordnungen 42, 44 und 48 in dem Gehäuse 38 von einer ersten Seite 78 eingebaut werden. Die erste Bremse 58, der erste Endantrieb 62 und das erste Kettenrad 66 können auch auf der ersten Seite 78 eingebaut werden. Der Elektromotor 28 und die dritte Planetengetriebeanordnung 46 können von einer zweiten Seite 80 des Gehäuses 38 eingebaut werden. Die zweite Bremse 60, der zweite Endantrieb 62 und das zweite Kettenrad 68 können auch von der zweiten Seite 80 eingebaut werden. Der Lenkmotor 70, das Transferzahnrad 74 und das Eingriffszahnrad 76 (siehe 1) können dann mit dem Gehäuse 38 verbunden werden, um mit dem Differentiallenksystem 40 in Eingriff zu kommen. Der Fachmann wird erkennen, dass diese Einbauschritte in irgend einer Reihenfolge ausgeführt werden können, die die Montage des elektrischen Antriebs 26 erleichtern kann.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Ein elektrischer Antrieb gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in einem Fahrzeug 20 vorgesehen werden, um das Fahrzeug 20 anzutreiben. Das Fahrzeug 20 kann beispielsweise eine Arbeitsmaschine sein, wie beispielsweise eine Raupenmaschine. Der Fachmann wird erkennen, dass der elektrischen Antrieb 26 in anderen Arten von Fahrzeugen vorgesehen werden kann, wie beispielsweise in anderen Arbeitsmaschine oder in Geländelastwägen oder Automobilen.
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Das Fahrzeug 20 kann einen Verbrennungsmotor oder eine elektrische Speichervorrichtung aufweisen, die elektrische Leistung zu dem elektrischen Antrieb 26 liefert. Eine Steuerung kann die Erzeugung und/oder die Versorgung von elektrischer Leistung zum elektrischen Antrieb 26 ansprechend auf Anweisungen von einem Bediener regeln. Beispielsweise kann die Lieferung von elektrischer Leistung zum elektrischen Antrieb 26 vergrößert werden, wenn der Bediener einer Anweisung zur Steigerung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs liefert.
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Ansprechend auf das Anlegen von elektrische Leistung an den elektrischen Antrieb 26 übt der Elektromotor 28 ein Drehmoment auf die Ausgangswelle 30 aus. Die Größe und Polarität der elektrischen Leistung, die an den Elektromotor 28 angelegt wird, bestimmt die Richtung und die Größe des Drehmomentes, das auf die Ausgangswelle 30 ausgeübt wird. Das Drehmoment, welches von dem Elektromotor 28 ausgeübt wird, bewirkt, dass die Ausgangswelle 30 sich dreht.
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Die Drehzahl der Ausgangswelle 30 wird durch die vierte Planetengetriebeanordnung 48 zu einer Ausgangsdrehung des Planetenradsatzes 52 reduziert. Die Drehung des Planetenradsatzes 52 der vierten Planetengetriebeanordnung 48 wird als eine Eingangsgrösse zu dem ersten Planetenradsatz 52 der ersten Planetengetriebeanordnung 52 in dem Differentiallenksystem 40 geliefert. Die Drehzahl des Planetenradsatzes 52 der ersten Planetengetriebeanordnung 52 bewirkt eine entsprechende Drehung des Sonnenrades 50 der ersten Planetengetriebeanordnung 42 und des Verbindungsgliedes 56.
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Die Drehung des Verbindungsgliedes 56 treibt die Sonnenräder 50 der zweiten und dritten Planetengetriebeanordnungen 44 und 46 an. Die Drehung der Sonnenräder 50 der zweiten und dritten Planetengetriebeanordnungen 44 und 46 bewirkt, dass die Planetenradsätze 52 von sowohl den zweiten als auch dritten Planetengetriebeanordnungen 44 und 46 sich drehen. Die Drehung des Planetenradsatzes 52 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 wird durch den ersten Endantrieb 62 und das erste Kettenrad 66 übertragen, um dadurch die erste mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung 22 anzutreiben. Die Drehung des Planetenradsatzes 52 der dritten Planetengetriebeanordnung 46 wird durch den zweiten Endantrieb 64 und das zweite Kettenrad 68 übertragen, um dadurch die zweite mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung 24 anzutreiben.
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Wenn der Bediener das Fahrzeug anweist, auf einer geraden Linie zu fahren, wird der Lenkmotor 70 stationär gehalten. Der Lenkmotor 70 übt ein Widerstandsdrehmoment gegen das Hohlrad 54 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 aus, um dadurch zu verhindern, dass sich das Hohlrad 54 dreht. Entsprechend werden sich die Planetenradsätze 52 der zweiten und dritten Planetengetriebeanordnungen 44 und 46 im wesentlichen mit der gleichen Drehzahl drehen. Dies hat zur Folge, dass die ersten und zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen 22 und 24 im wesentlichen mit der gleichen Drehzahl angetrieben werden. Wenn das Hohlrad 54 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 stationär ist, wird das Fahrzeug 20 im wesentlichen auf einer geraden Linie fahren.
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Wenn der Bediener anweist, dass das Fahrzeug in eine gewisse Richtung lenken soll, wird der Lenkmotor 70 betrieben, um eine zusätzliche Eingangsgrösse in das Differentiallenksystem 40 zu liefern. Der Lenkmotor 70 kann bewirken, dass sich das Hohlrad 54 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 mit einer gewissen Drehzahl in eine erste Richtung dreht, um zu bewirken, dass das Fahrzeug 20 in einer ersten Richtung mit einem gewissen Lenkradius lenkt. Der Lenkmotor 70 kann auch bewirken, dass sich das Hohlrad 54 der zweiten Planetengetriebeanordnung 40 in einer zweiten Richtung mit einer gewissen Drehzahl dreht, um zu bewirken, dass das Fahrzeug 20 mit einem gewissen Lenkradius in eine zweite Richtung lenkt.
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Die Drehung des Hohlrades 54 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 in einer ersten Richtung kann die Drehzahl des Planetenradsatzes 52 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 relativ zur Drehzahl des Planetenradsatzes 52 der dritten Planetengetriebeanordnung 46 verringern. Diese Verringerung der relativen Drehzahlen bewirkt, dass das erste Ausgangsglied 34 sich langsamer dreht als das zweite Ausgangsglied 36. Somit wird die erste mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung 22 mit einer langsameren Geschwindigkeit angetrieben als die zweite mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung 24. Dies wird bewirken, dass das Fahrzeug 20 wiederum in die Richtung der ersten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 22 lenkt.
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Die Drehung des Hohlrades 54 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 in einer zweiten Richtung kann die Drehzahl des Planetenradsatzes 52 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 relativ zur Drehzahl des Planetenradsatzes 53 der dritten Planetengetriebeanordnung 46 vergrößern. Diese Veränderung der relativen Drehzahl bewirkt, dass sich das erste Ausgangsglied 34 schneller als das zweite Ausgangsglied 36 dreht. Somit wird die erste mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung 22 mit einer größeren Geschwindigkeit angetrieben als die zweite mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung. Dies wird bewirken, dass das Fahrzeug 20 in der Richtung der zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 24 lenkt.
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Die Lenkrate bzw. Auslenkung des Fahrzeugs 20 wird durch die Größe der Differenz der relativen Drehzahlen der ersten und zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen 22 und 94 bestimmt. Die Vergrößerung der Drehzahl des Hohlrades 54 der zweiten Planetengetriebeanordnung 44 wird die Größe der Differenz der Drehzahl zwischen den ersten und zweiten Ausgangsgliedern 34 und 36 vergrößern. Somit wird eine Steigerung der Drehzahl der Ausgangswelle 72 des Lenkmotors 70 eine Steigerung der Lenkrate des Fahrzeugs 20 zur Folge haben.
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Wie aus der vorangegangenen Beschreibung offensichtlich wird, sieht die vorliegende Erfindung einen elektrischen Antrieb 26 vor, bei dem die Drehachse eines Elektromotors 28 im wesentlichen mit der Drehachse eines Differentialsystems 40 mit Planetengetrieben ausgerichtet ist. Durch Ausrichtung der Drehachsen in dieser Weise kann das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 28 direkt an das Differentiallenksystem 40 geliefert werden, und zwar ohne die Notwendigkeit einer Übertragungsanordnung mit gerade oder schräg verzahnten Zahnrädern. Dies hat eine Verringerung der Getriebeverluste zur Folge, die mit der Übertragung von Drehmomentes von dem Elektromotor 28 zu einer mit dem Erdboden in Eingriff stehenden Vorrichtung assoziiert sind. Somit wird der beschriebene elektrische Antrieb 26 den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs 26 und des Fahrzeugs 20 steigern.
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Zusätzlich kann die gesamte Größe des elektrischen Antriebs 26 verringert werden, wenn man den elektrischen Antrieb 26 so konfiguriert, wie hier beschrieben. Die Reduktion der Größe des elektrischen Antriebes kann zusätzlichen Raum im Fahrzeug frei machen. Der zusätzliche freie Raum kann verwendet werden, um andere Komponenten oder Systeme im Fahrzeug 20 aufzunehmen.
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Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem elektrischen Antriebssystem der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Rahmen des durch die Ansprüche definierten Schutzumfang abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann bei der Betrachtung der Beschreibung und der praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden.
