DE3619368A1 - Getriebe fuer ein elektrofahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf mechanische Getriebe für Elektrofahrzeuge und betrifft insbesondere ein Getriebe mit einem Drehzahluntersetzer und einem Gangschalter.

Das Triebwerk für einen elektrischen Antrieb eines Land­ fahrzeuges besteht aus einem motorgeriebenen Wechselstrom­ erzeuger oder -generator, einer elektrischen Stromrichter­ ausrüstung, Motoren und zugeordneten elektronischen Reg­ lern und einem mechanischen Getriebe zwischen den Motoren und einer Traktionsvorrichtung. Die Traktionsvorrichtung erfordert ein hohes Drehmoment mit Eingangsdrehzahlen von null bis zu einigen hundert Umdrehungen pro Minute in je­ der Richtung. Um kleinere und leichtere Elektromotoren verwenden zu können, ist es erwünscht, schnellaufende Mo­ toren zu haben, die ausreichende Leistung erzeugen, um das Fahrzeug vorwärts und rückwärts zu beschleunigen, um das Fahrzeug zu wenden und um das Fahrzeug einen Berg hinaufzu­ treiben. Es ist deshalb ein Getriebe erforderlich, das eine Drehzahluntersetzung erzeugt. Zusätzlich zu einer Drehzahluntersetzung ist ein Drehzahlumschalter in dem Ge­ triebe erwünscht, um maximales Drehmoment bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten zu erzeugen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Getriebe zu schaffen, das eine Drehzahluntersetzung und eine Drehzahlumschaltung zwischen einem oder mehreren Elektromotoren und einer Aus­ gangswelle vornimmt.

Ein Getriebe für ein Elektrofahrzeug, mit einer Ausgangs­ welle, die eine zentrale Achse hat, mit einem Trägerrad, das um die zentrale Achse drehbar ist, mit einer Überhol­ kupplung, die in Antriebsbeziehung zwischen die Ausgangs­ welle und das Trägerrad geschaltet ist, mit mehreren Pla­ netenräderachsen, die sich von umfangsversetzen Positionen an dem Trägerrad aus erstrecken, mit mehreren Planetenrä­ dern, die jeweils auf den Planetenradachsen drehbar befe­ stigt sind, mit einem Sonnenrad, das mit der Ausgangswelle verbunden ist und mit jedem Planetenrad kämmt, mit einem Hohlrad, das um die zentrale Achse drehbar ist und mit je­ dem Planetenrad kämmt, und mit einem Getriebgehäuse, ist ge­ mäß der Erfindung gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Blockieren der Drehung des Hohlrades in bezug auf das Ge­ häuse und durch einen Elektromotor, der an dem Gehäuse be­ festigt ist und eine Motorwelle hat, die in Antriebsbezie­ hung mit dem Trägerrad angeordnet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in Seitenansicht und teilweise im Querschnitt ein Getriebe nach der Erfindung, und

Fig. 2 einen Querschnitt des Getriebes nach der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht und teil­ weise im Querschnitt ein Getriebe gemäß einer Ausführungs­ form der Erfindung. Dieses Getriebe weist eine Ausgangswelle 10 auf, die eine zentrale Achse 12 hat. Ein Trägerrad 14 ist drehbar um die zentrale Achse 12 angeordnet und mit der Ausgangswelle 10 in Antriebsbeziehung durch eine Überhol­ kupplung 16 gekuppelt. Mehrere Planetenradachsen 18 und 20 stehen an umfangsmäßig versetzten Stellen von dem Trägerrad 14 vor. Planetenräder 22 und 24 sind jeweils auf diesen Pla­ netenradachsen drehbar befestigt. Ein Haltering 26 ist an einem Ende jeder Planetenradachse befestigt. Ein Sonnenrad 28 ist mit der Ausgangswelle 10 verbunden und so angeordnet, daß es mit jedem Planetenrad kämmt. Ein Hohlrad 30 ist dreh­ bar um die zentrale Achse angeordnet und kämmt ebenfalls mit jedem Planetenrad. Ein Flansch 32 erstreckt sich von dem Hohlrad 30 radial nach außen. Eine Bremsvorrichtung 34, die Bremsklötze 36 aufweist, ist über einem Teil des sich radial erstreckenden Flansches 32 angeordnet, um die Dre­ hung des Hohlrades 30 in bezug auf das Getriebegehäuse 38 zu blockieren. Die Bremsvorrichtung 34 ist in bekannter Technik aufgebaut. Eine zweite Bremsvorrichtung 52 ist an einem Ende der Ausgangswelle 10 vorgesehen. Die zweite Bremsvorrichtung 52 ist ebenfalls in bekannter Technik auf­ gebaut. Sie verhindert die Bewegung des Fahrzeuges, wenn es geparkt ist, und kann auch als Notbremse dienen. Motoren 40 und 42 mit Wellen 44 bzw. 46 sind an dem Gehäuse 38 be­ festigt. Die Motorwellen 44 und 46 haben Ritzel 48 bzw. 50, die mit Zähnen 54 längs des Umfangs des Trägerrades 14 kämmen.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Getriebes nach der Linie II-II in Fig. 1. Ein Teil des Gehäuses 38 ist in Fig. 2 weggeschnitten, um die Antriebsbeziehung zwischen dem Motor­ ritzel 48 und den Zähnen 54 am Umfang des Trägerzahnrades 14 sichtbar zu machen. Ebenso ist der sich radial erstrek­ kende Flansch 32 weggeschnitten worden, um den Bremsklotz 36 sichtbar zu machen. In dieser Ansicht sind vier Planeten­ räder dargestellt. Es ist jedoch klar, daß sich die Erfin­ dung nicht auf diese besondere Anzahl von Planetenrädern beschränkt. Weiter sind zwar zwei Motoren in den Fig. 1 und 2 dargestellt, die Erfindung ist jedoch gleichermaßen zur Verwendung mit einem einzelnen Motor oder mit einer größe­ ren Anzahl von Motoren geeignet.

Das Getriebe nach den Fig. 1 und 2 arbeitet mit schnellau­ fenden Motoren und bewirkt eine Drehzahluntersetzung mit einem Drehzahlumschalter. Die Motorwellenritzel sind so di­ mensioniert, daß eine hohe Drehzahluntersetzung zwischen der Motorwelle und der Ausgangswelle 10 des Getriebes erzeugt wird. Zur Anfangsbeschleunigung des Fahrzeuges ist die Brem­ se 34 gelöst, so daß sich das Hohlrad 30 frei drehen kann. Für diese Betriebsart wird das Drehmoment von dem Trägerrad 14 über die Überholkupplung 16 auf die Ausgangswelle 10 übertragen. Das ergibt eine Drehrichtung der Ausgangswelle 10, die zum Antreiben des Fahrzeuges in einer ersten Rich­ tung benutzt werden kann. Wenn die Getriebeausgangswelle 10 durch das Trägerrad 14 über die Überholkupplung 16 angetrie­ ben wird, wird die maximale Drehzahluntersetzung erzielt. Beim Anfahren, bei der Drehzahl null, wird das Anzugsdreh­ moment der Motoren mit dem Zähnezahlverhältnis zwischen dem Trägerrad und den Motorritzeln multipliziert, um das Anfahr­ drehmoment für die Fahrzeugtraktionsvorrichtung zu erzeugen. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeuges zunimmt, erreichen die Elektromotoren die maximale Betriebsdrehzahl, bevor das Fahrzeug die maximale Geschwindigkeit erreicht. An diesem Punkt erfolgt in dem Getriebe eine Drehzahlumschaltung.

Die Drehzahlumschaltung erfolgt, indem die Bremse 34 be­ nutzt wird, um eine Reibungskraft auf den sich radial er­ streckenden Flansch 32 an dem Hohlrad 30 auszuüben. Wenn das Hohlrad abgebremst wird, üben die Planetenräder, die das Trägerrad 14 trägt, Drehmoment auf das Sonnenrad 28 aus, durch das die Ausgangswelle 10 gedreht wird. Das Sonnenrad 28 und die Planetenräder sind so ausgelegt, daß die Dreh­ zahl des Sonnenrades relativ zu dem Trägerrad größer wird, wenn die Bremse 34 angezogen wird, um die Drehung des Hohl­ rades 30 zu verringern. Für einen Dauerbetrieb bei maximaler Drehzahl wird ausreichend Bremsdrehmoment ausgeübt, um die Drehung des Hohlrades 30 zu verhindern. Die Drehzahlum­ schaltungsplanetenradanordnung ist so ausgelegt, daß die maximal zulässige Drehzahl der Motoren der maximal ge­ wünschten Geschwindigkeit des Fahrzeuges entspricht. Als Beispiel sei angenommen, daß (1) die maximal zulässige Mo­ tordrehzahl 24 000 U/min beträgt, (2) die maximal gewünschte Geschwindigkeit des Fahrzeuges 97 km/h (60 Meilen pro Stun­ de) beträgt, und (3) die Planetenradumschaltung so ausgelegt ist, daß die Drehzahl der Ausgangswelle 10 durch Anziehen der Bremse 34 um einen Faktor drei erhöht wird. Für diesen Fall wird das Getriebe so ausgelegt, daß eine Fahrzeugge­ schwindigkeit von 97 km/h (60 Meilen pro Stunde) erzeugt wird, wobei die Motoren mit 24 000 U/min laufen und die Lei­ stung über das Trägerrad 14, die Planetenräder 22 und 24 und das Sonnenrad 28 übertragen wird. Für diesen Fall wird die Bremse 34 angezogen, um die Drehung des Hohlrades 30 zu verhindern. Die Geschwindigkeit des Fahrzeuges zwischen 97 und 32 km/h (60 und 20 Meilen pro Stunde) wird gesteuert, indem die Drehzahl der Motoren verändert wird. Bei 32 km/h (20 Meilen pro Stunde) würde bei angezogener Bremse 34 die Motordrehzahl 8000 U/min betragen. Um das maximale Drehmo­ ment bei 32 km/h (20 Meilen pro Stunde) oder weniger zu er­ zeugen, wird die Bremse 34 gelöst und die Motordrehzahl ver­ größert, um die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit aufrecht­ zuerhalten. Für diesen Fall wird das Drehmoment über die Überholkupplung 16 übertragen.

Die Rückwärtsbewegung des Fahrzeuges erfolgt durch Rückwärts­ drehung der Motoren. Da die Kupplung 16 eine Überhol- oder Freilaufkupplung ist, erfolgt die Rückwärtsdrehung der Aus­ gangswelle 10 nur dann, wenn die Bremse 34 eine Reibungs­ kraft auf den Flansch 32 ausübt. Dynamisches Bremsen kann erfolgen, indem die Motoren als Generatoren betrieben wer­ den, wobei die Energie in einer zugeordneten Widerstandsgrup­ pe verbraucht wird.

Das beschriebene Getriebe ist mit schnellaufenden Hochlei­ stungsmotoren kompatibel, die leicht und kompakt sind. Diese Motoren können gekühlt werden, indem Öl auf die Wickelköpfe gesprüht wird, da die aktive Länge der Motoren gering ist. Eine geringe aktive Länge wird durch die hohe Drehzahl von mehreren Motoren ermöglicht. Die Drehzahlum­ schaltung ergibt das maximale Ausgangswellendrehmoment bei niedrigen Geschwindigkeiten für eine bestimmte Nennlei­ stung der Antriebsmotoren bei deren Maximaldrehzahl.

Claims (5)

1. Getriebe für ein Elektrofahrzeug, mit einer Ausgangs­ welle, die eine zentrale Achse hat, mit einem Trägerrad, das drehbar um die zentrale Achse angeordnet ist, mit einer Überholkupplung, die in Antriebsbeziehung zwischen die Aus­ gangswelle und das Trägerrad geschaltet ist, mit mehreren Planetenradachsen, die sich von umfangsversetzten Stellen an dem Trägerrad aus erstrecken, mit mehreren Planetenrä­ dern, die auf den Planetenradachsen jeweils drehbar befe­ stigt sind, mit einem Sonnenrad, das mit der Ausgangswelle verbunden ist und mit jedem Planetenrad kämmt, mit einem Hohlrad, das drehbar um die zentrale Achse angeordnet ist und mit jedem Planetenrad kämmt, und mit einem Getriebege­ häuse, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (34) zum Blockieren der Drehung des Hohlrades (30) in bezug auf das Gehäuse (38) und durch einen Elektromotor (40), der an dem Gehäuse (38) befestigt ist und eine Motorwelle (44) hat, die in Antriebsbeziehung mit dem Trägerrad (14) ange­ ordnet ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Flansch (32) von dem Hohlrad (30) radial nach außen erstreckt und daß die Einrichtung zum Blockieren der Drehung des Hohlrades (30) eine Bremse (34) zum Ausüben von Reibungskräften auf den Flansch (32) aufweist, wobei die Bremse in einer festen Position in bezug auf das Gehäuse (38) befestigt ist.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (30) mehrere Umfangszähne (54) hat und daß die Motorwelle (44) ein Ritzel (48) aufweist, das mit den Zähnen (54) kämmt.

4. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Blockieren der Drehung des Hohlrades (30) in bezug auf das Gehäuse (38) eine Bremse (34) auf­ weist, die in einer festen Position in bezug auf das Gehäu­ se (38) befestigt ist.

5. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein zweiter Elektromotor (42) an dem Ge­ häuse (38) befestigt ist und eine zweite Motorwelle (46) hat, die in Antriebsbeziehung mit dem Trägerrad (14) angeordnet ist, wobei das Hohlrad (30) mehrere Umfangszähne (54) auf­ weist und wobei jede Motorwelle (44, 46) mit einem Ritzel (48, 50) versehen ist, die mit den Zähnen (54) kämmen.