EP4208361A1 - Antriebseinheit und antriebsanordnung - Google Patents

Antriebseinheit und antriebsanordnung

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Publication number
EP4208361A1
EP4208361A1 EP21748786.7A EP21748786A EP4208361A1 EP 4208361 A1 EP4208361 A1 EP 4208361A1 EP 21748786 A EP21748786 A EP 21748786A EP 4208361 A1 EP4208361 A1 EP 4208361A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotary machine
drive unit
machine
electric
drive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21748786.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Voit
Steffen Lehmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4208361A1 publication Critical patent/EP4208361A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
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    • B60K11/02—Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/405—Housings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/006—Structural association of a motor or generator with the drive train of a motor vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
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    • B60K2006/264—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators with outer rotor and inner stator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a drive unit for a drive train of an electrically driven motor vehicle, in particular a hybrid motor vehicle, and a drive arrangement.
  • DE 11 2015 006 071 T5 discloses a hybrid vehicle drive system with a generator that can generate electrical energy using the power of an internal combustion engine; an electric motor driven by electric power to drive wheels; a case accommodating the generator and the electric motor, and a power control unit for controlling the generator and the electric motor.
  • the generator and the electric motor are arranged side by side on the same axis in the housing.
  • WO 2019 101 264 A1 discloses a drive train for a hybrid motor vehicle.
  • the drive train includes a transmission input shaft that is operatively related via a first drive train to a first electric machine and an internal combustion engine for torque transmission and is operatively related to a second drive train with a second electric machine for torque transmission.
  • the two electrical machines are arranged coaxially and axially adjacent to one another.
  • EP 1502791 B1 and EP1847411 B1 each disclose a hybrid transmission for a hybrid vehicle having a plurality of rotary electric machines.
  • the electrical machines are arranged in a radially nested manner.
  • the radially outer electrical rotary machine is designed as an external rotor.
  • a motor vehicle drive system is also known from DE 10 19 132 941.
  • This application relates to a drive unit for a drive train of an electrically drivable motor vehicle, in particular a hybrid motor vehicle, with a first electric rotary machine and a second electric rotary machine and a first shaft and a second shaft, a rotor of the first electric rotary machine being non-rotatably connected to the first shaft and a rotor of the second electric rotary machine is non-rotatably connected to the second shaft, and the drive unit also has a separating clutch with which the rotor of the first electric rotary machine can be connected or is connected to the second shaft for torque transmission.
  • This embodiment has the advantage, especially in vehicles that are designed for permanent ferry operation at speeds of more than 130 km/h, that parallel operation of the drive units or a purely internal combustion engine vehicle drive can then be implemented, since the efficiency of an electric drive increases with increasing speed usually decreases.
  • the object of the present invention is to provide a drive unit and a drive arrangement equipped therewith that ensure optimal operation in a cost-effective design and in a manner that saves installation space.
  • axial and radial always refer to the axis of rotation of an electric rotary machine of the drive unit.
  • the invention relates to a drive unit for a drive train of an electrically drivable motor vehicle, with a first electric rotary machine set up for generator operation and a second electric rotary machine set up for drive motor operation and a gearbox, with a rotor of the first electric rotary machine for direct mechanical coupling to an output element an internal combustion engine is configured.
  • a rotor of the second electric rotary machine is rotatably coupled to an input of the transmission or connectable. No torque-transmitting connection is set up between the first rotary electric machine and the transmission.
  • the drive unit can be referred to as a so-called hybrid transmission.
  • This means that the drive unit is set up to create a direct mechanical, torque-locking and in particular permanent connection, such as a fixed screw connection, or to implement a torque transmission path only between the first electrical machine and the internal combustion engine. It is irrelevant if machine elements that cannot influence the magnitude of the torque to be transmitted or the transmitted speed are arranged between the first electric rotary machine or its rotor and the internal combustion engine or its output side.
  • a torque transmission from the electric rotary machine and/or from the internal combustion engine to the transmission is structurally impossible.
  • the first rotary electric machine can be operated in generator mode by supplying torque from the internal combustion engine.
  • the electrical energy generated in this way can be made available to the second electrical rotary machine either directly or by being temporarily stored in a battery to drive the vehicle, with the rotation of the rotor of the second electrical rotary machine being stepped up or down by means of the gearbox, and so on Drive wheels of a motor vehicle equipped with the drive unit can be driven.
  • the entire drive unit can be designed without a clutch. Accordingly, a particularly compact design of a hybrid vehicle drive train can be implemented.
  • a stator of the first electric rotary machine is firmly connected to the housing of the drive unit or is also formed by this in some areas.
  • the internal combustion engine is connected to the first electric rotary machine, which is designed as a generator, advantageously by means of a drive shaft in a torque-locking manner, it being provided in particular that there is no transmission between the internal combustion engine and the first electric rotary machine.
  • the first electrical rotary machine can be designed as an internal rotor machine.
  • the first electric rotary machine is designed as an external rotor machine.
  • the rotor of the first electric rotary machine is coupled directly to the crankshaft of the internal combustion engine, in particular is screwed.
  • the second electric rotary machine is designed as an internal rotor machine or as an external rotor machine.
  • a configuration of the rotor of the first electrical rotary machine as an internal rotor is particularly suitable when the comparably low mass moment of inertia is sufficient to reduce small rotational irregularities or torque fluctuations of the internal combustion engine.
  • One of the two electrical rotary machines can be arranged at least in some areas radially and axially within a space that is radially delimited by the respective other electrical rotary machine. As a result, an axially particularly compact embodiment is possible.
  • the first electric rotary machine has a rotor which is designed as an internal rotor and the second electric rotary machine has a rotor which is also designed as an internal rotor.
  • both rotors can also be designed as external rotors.
  • the rotor of the first electrical rotary machine can advantageously be designed as a flywheel for the operation of the internal combustion engine.
  • the moment of inertia of the rotor of the first electric machine can be used here for the operation of the internal combustion engine. This allows rotational irregularities or
  • This embodiment is particularly suitable when the rotor of the first electrical rotary machine is implemented as an external rotor and has a correspondingly large mass moment of inertia.
  • the mass moment of inertia of the rotor of the first electric rotary machine can be used in particular when the internal combustion engine is started.
  • the axes of rotation of the rotors of the electrical rotary machines can be arranged axis-parallel or coaxially. In a special embodiment, it is provided that the axes of rotation of the rotors of the electrical rotary machines are arranged coaxially.
  • the first electric rotary machine is arranged in a generator space that is spatially separated from the transmission.
  • This generator space has the advantage that its temperature can be controlled essentially independently of the transmission or of the second electric rotary machine.
  • at least partial filling of the generator space with a medium such as oil or water can be provided if the first electric rotary machine is implemented with oil cooling or water cooling.
  • the generator room can also be designed as a drying room. This is possible in particular when the first rotary electric machine is equipped with a water-cooled stator, and as a result no additional cooling is required. This configuration has the advantage that no leaks in the generator chamber can occur and consequently no pressure losses due to a necessary distribution of the medium, combined with an increase in efficiency.
  • the transmission can be arranged in a transmission space, in which case, in particular, the second rotary electric machine can also be placed in the transmission space.
  • the second electrical rotary machine can also be spatially separated from the transmission.
  • the arrangement of a respective electrical rotary machine in a dry room also has advantages with regard to assembly, since fewer or no measures for sealing with respect to the transmission then have to be taken.
  • the transmission includes a first gear ratio and a second gear ratio coupled thereto.
  • the transmission stages are formed in particular by gearwheel pairs, which can also be designed as components of a planetary gear or epicyclic gear.
  • the transmission can also have only one gear ratio, or have more than two gear ratios.
  • the transmission can have a differential gear which is coupled in a torque-locking manner to the second gear ratio.
  • Output elements of the differential gear can be drive shafts and also drive elements of a motor vehicle equipped with the drive unit.
  • the output wheel of the first transmission stage and the drive wheel of the second transmission stage can be arranged on an intermediate shaft of the transmission, so that a particularly low-wear torque transmission is possible.
  • the first electric rotary machine and/or the second electric rotary machine can be set up for cooling by means of a liquid.
  • oil or water cooling or a cooling combination thereof can be provided.
  • sealing in relation to the oil-filled gear chamber is advantageously to be carried out.
  • separate cooling of the two electric rotary machines has the advantage that when the first electric rotary machine is not used as a generator, its cooling mode can be switched off or reduced, so that energy losses are minimized .
  • the two electrical rotary machines can be connected to one another in an electrically conductive manner or can be connected to one another by means of an electrical storage device.
  • the two electrical rotary machines can also be electrotechnically coupled to one another indirectly via power electronics.
  • electrical energy is first generated during operation of the internal combustion engine and this is charged in an electrical storage device, such as a battery, from which it can be made available to the second electrical rotary machine at a later point in time to implement motor operation .
  • an electrical storage device such as a battery
  • Another aspect of the present invention is a drive assembly with a described drive unit and with an internal combustion engine by means an output element of the internal combustion engine is rotationally test coupled directly to the rotor of the first rotary electric machine.
  • the drive arrangement is thus designed in such a way that neither a clutch nor a vibration damper are arranged between the first electric rotary machine and the internal combustion engine.
  • the drive arrangement has the advantage that it can be designed in such a way that it takes up very little space and is inexpensive, since there is no need for space-intensive and cost-increasing units, such as a clutch or a vibration damper, between the internal combustion engine and the first electric rotary machine.
  • no gear stages or gear ratios and/or no splines are arranged between the rotor of the first electric rotary machine and the internal combustion engine.
  • the drive arrangement described thus allows a purely serial operation of the drive units and thus also the operation of a hybrid vehicle in the so-called “range extender mode", in which chemical energy from fuel is converted into electrical energy and is available to drive the vehicle in order to extend the range is provided.
  • the rotor of the first electric rotary machine can function as a flywheel for the internal combustion engine if the rotor of the first electric rotary machine has a sufficiently large mass moment of inertia.
  • the drive arrangement described can be used particularly advantageously for vehicles that are set up for permanent ferry operation at less than 130 km/h. These vehicles can easily do without an internal combustion engine vehicle drive, while at the same time ensuring that the vehicle is driven by the second rotary electric machine. Accordingly, a separating clutch for mechanically coupling the output of the internal combustion engine to the transmission or the drive axles and an actuating unit required for this can also be dispensed with.
  • the second electrical rotary machine is controlled as a traction machine or as a generator.
  • the internal combustion engine and the first rotary electric machine are not in operation.
  • the internal combustion engine is started by means of the first electric rotary machine, the internal combustion engine being able to drive the first electric rotary machine and consequently the first electric rotary machine being controlled as a generator in order to charge the battery of the motor vehicle.
  • the second electric rotary machine is controlled as a traction machine.
  • the driving strategy in the so-called "range extender mode” is aimed at extending the range of the vehicle, which draws electrical energy from the vehicle battery for the majority of its use, by the internal combustion engine driving the first electric rotary machine and thus mechanical in electrical energy is converted.
  • Fig. 3 a sectional view of the drive assembly with drive unit of the second embodiment
  • the drive units 1 shown in these figures comprise a first rotary electric machine 20 and a second rotary electric machine 30 arranged in a housing 10.
  • the first electric rotary machine 20 of the drive unit 1 shown in FIG. 1 is designed as an external rotor machine, so that the rotor 21 of the first electric rotary machine 20 is arranged radially outside of the stator 22 of the first electric rotary machine 20 .
  • the first electric rotary machine 20 of the drive unit 1 shown in FIG. 2 is designed as an internal rotor machine, so that the rotor 21 of the first electric rotary machine 20 is arranged radially inside the stator 22 of the first electric rotary machine 20 .
  • the second electric rotary machine is designed as an internal rotor machine, so that the rotor 31 of the second electric rotary machine 30 is arranged radially inside the stator 32 of the second electric rotary machine 30 .
  • the axis of rotation 23 of the first electric rotary machine 20 and the axis of rotation 33 of the second electric rotary machine 30 are arranged coaxially.
  • the rotor 21 of the first electric rotary machine 20 is coupled directly to an output element 71 of the internal combustion engine 70 .
  • this driven element 71 can be the crankshaft of the internal combustion engine 70 .
  • the rotor 31 of the second electrical rotary machine 30 is connected in a torque-proof manner to a shaft 42 which forms an input 41 of a gear 40 .
  • This transmission 40 comprises a first gear stage 43 and a second gear stage 44.
  • the first gear stage 43 is implemented via a first gear wheel 51 on the shaft 42 and a second gear wheel 52 meshing therewith on an intermediate shaft 50.
  • the shaft 42 is mounted in the housing 10 by means of pivot bearings.
  • the second transmission stage 44 is implemented via a third gear 53, which is arranged on the intermediate shaft 50, and a drive element 61 of a differential gear 60, which has external teeth with which the teeth of the third gear 53 mesh.
  • torque made available by the second rotary electric machine 30 can be transmitted via the transmission 40 to the differential gear 60 , from which the torque is fed to the wheel drive shafts 62 .
  • first electrical rotary machine 20 there is an electrical connection between the first electrical rotary machine 20 and the second electrical rotary machine 30, with this electrical connection 90 advantageously having a battery, not shown here, as an electrical storage device and/or power electronics, not shown here.
  • the drive arrangement 2 makes it possible that when the internal combustion engine 70 is in operation, the first electric rotary machine 20 is driven as a generator and correspondingly converts mechanical energy into electrical energy.
  • This electrical energy can be made available via the electrical connection 90 to the second electrical rotary machine 30, which in electric motor operation converts the electrical energy into mechanical energy and generates a torque.
  • This torque can be used to drive a motor vehicle.
  • the drive arrangement 2 makes it possible to increase the range in the electric motor ferry operation in a simple, space-saving manner, with the conversion of chemical energy in the internal combustion engine 70, but with an optimal efficiency of the internal combustion engine 70.
  • FIG. 3 shows the drive unit 1 shown in the schematic illustration in FIG. 2 in a sectional view.
  • power electronics 110 are shown in FIG. 3, which are arranged on the upper side of drive unit 1, connected to housing 10.
  • a parking lock 111 a parking lock 111
  • an oil container 112 and a high-voltage terminal 113 for electrical connection of the electric rotary machines 20,30.
  • FIG. 4 shows a possibility of cooling and lubricating the drive unit 1 in a schematic manner.
  • a cooling fluid inlet 120 is shown here, which is set up to supply a cooling fluid from a cooler to the power electronics and then also to the transmission. From there, the cooling fluid enters a second cooling fluid circuit 122 assigned to the stator of the second electric rotary machine, and then via an overflow path 124 into a first cooling fluid circuit 121, which is assigned to the stator of the first electric rotary machine. The cooling fluid can in turn be fed back into the external cooler via a cooling fluid outlet 123 .
  • the lubrication is implemented, among other things, by an oil collector 130 from which oil thrown off by the differential gear 80 is collected. From there, the oil through an oil distribution 131, in particular through the shaft, a
  • Return 132 are supplied, which transports the oil into a sump.
  • the oil from the oil collector is advantageously distributed to all necessary points (e.g.
  • Bearings/gears supplied via oil distribution for lubrication and cooling.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, sowie eine Antriebsanordnung. Die Antriebseinheit (1) ist für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs eingerichtet, mit einer für einen Generatorbetrieb eingerichteten ersten elektrischen Rotationsmaschine (20) sowie einer zweiten, für einen Antriebsmotorbetrieb eingerichteten elektrischen Rotationsmaschine (30) und einem Getriebe (40), wobei ein Rotor (21) der ersten elektrischen Rotationsmaschine (20) zur unmittelbaren mechanischen Kopplung mit einem Abtriebselement (71) einer Verbrennungskraftmaschine (70) ausgestaltet ist, und ein Rotor (31) der zweiten elektrischen Rotationsmaschine (30) drehfest mit einem Eingang (41) des Getriebes (40) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei zwischen der ersten elektrischen Rotationsmaschine (20) und dem Getriebe (40) keine Drehmoment übertragende Verbindung eingerichtet ist.

Description

Antriebseinheit und Antriebsanordnunq
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, sowie eine Antriebsanordnung.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Antriebseinheiten bekannt, die in Antriebsanordnungen oder Antriebssträngen integriert sind, und eine Verbrennungskraftmaschine und zwei Elektromaschinen einsetzen. Ein entsprechender Aufbau ist bspw. aus US 2016/0218584 A1 bekannt.
Die DE 11 2015 006 071 T5 offenbart ein Hybridfahrzeugantriebssystem mit einem Generator, der unter Verwendung der Leistung eines Verbrennungsmotors elektrische Energie generieren kann; einem Elektromotor, der durch elektrische Energie angetrieben wird, um Räder anzutreiben; einem Gehäuse, das den Generator und den Elektromotor aufnimmt, und mit einer Leistungssteuereinheit zum Steuern des Generators und des Elektromotors. Der Generator und der Elektromotor sind dabei nebeneinander auf einer gleichen Achse in dem Gehäuse angeordnet.
In der WO 2019 101 264 A1 ist ein Antriebsstrang für ein Hybridkraftfahrzeug offenbart. Der Antriebsstrang umfasst eine Getriebeeingangswelle, die über einen ersten Teilantriebsstrang mit einer ersten elektrischen Maschine und einer Verbrennungskraftmaschine zur Drehmomentübertragung in Wirkbeziehung steht und die über einen zweiten Teilantriebsstrang mit einer zweiten elektrischen Maschine zur Drehmomentübertragung in Wirkbeziehung steht. Die beiden elektrischen Maschinen sind dabei koaxial sowie axial benachbart zueinander angeordnet.
EP 1502791 B1 und EP1847411 B1 offenbaren jeweils ein Hybridgetriebe für ein Hybridfahrzeug, mit einer Mehrzahl von elektrischen Rotationsmaschinen. Die elektrischen Maschinen sind radial verschachtelt angeordnet, Dabei ist die radial äußere elektrische Rotationsmaschine als Außenläufer konzipiert. Ein Kraftfahrzeugantriebssystem ist auch aus DE 10 19 132 941 bekannt. Diese Anmeldung betrifft eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeugs, mit einer ersten elektrischen Rotationsmaschine sowie einer zweiten elektrischen Rotationsmaschine und einer ersten Welle sowie einer zweiten Welle, wobei ein Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine drehfest mit der ersten Welle verbunden ist und ein Rotor der zweiten elektrischen Rotationsmaschine drehfest mit der zweiten Welle verbunden ist und wobei die Antriebseinheit weiterhin eine Trennkupplung aufweist, mit der der Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine zur Drehmomentübertragung mit der zweiten Welle verbindbar oder verbunden ist.
Das Unternehmen Nissan hat eine „E-Power“-Konfiguration vorgestellt, bei der zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und den angetriebenen Rädern sowohl ein Generator, als auch ein Elektromotor eingesetzt sind.
Bei den bislang vorgestellten Hybridgetrieben mit zwei elektrischen Rotationsmaschinen besteht üblicherweise die Möglichkeit, den Abtrieb der Verbrennungskraftmaschine mechanisch mit dem Antrieb des mit dem Hybridgetriebe ausgestatteten Fahrzeugs, wie zum Beispiel mit einer Antriebsachse, zu koppeln. Dafür wird in vielen Ausgestaltungen eine Trennkupplung genutzt.
Dieser Ausführungsform hat insbesondere bei Fahrzeugen, die für einen dauerhaften Fährbetrieb mit Geschwindigkeiten von mehr als 130 km/h ausgestaltet sind, den Vorteil, dass dann ein Parallelbetrieb der Antriebsaggregate oder auch ein rein verbrennungsmotorischer Fahrzeugantrieb realisierbar ist, da der Wirkungsgrad eines elektrischen Antriebs bei steigender Geschwindigkeit üblicherweise sinkt.
Eine Antriebseinheit mit mehreren elektrischen Rotationsmaschinen in einer Antriebsanordnung zu integrieren, die für ein Hybridkraftfahrzeug vorgesehen ist, unterliegt jedoch strengen Bauraumanforderungen.
Insbesondere bei Einsatz einer derartigen Antriebseinheit in sogenannten Front-Quer- Anordnungen in Kraftfahrzeugen, in welchen die elektrischen Rotationsmaschinen und die Verbrennungskraftmaschine als Frontantriebe eingesetzt werden und eine jeweilige Rotationsachse einer elektrischen Rotationsmaschine und der Verbrennungskraftmaschine quer zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, ist eine axial besonders kurz bauende Antriebsanordnung vorteilhaft.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit sowie eine damit ausgestattete Antriebsanordnung zur Verfügung zu stellen, die einen optimalen Betrieb in kostengünstiger Ausgestaltung sowie bauraumsparender Weise gewährleisten.
Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Antriebseinheit nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Antriebseinheit sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben. Ergänzend wird eine Antriebsanordnung, welche die Antriebseinheit aufweist, gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.
Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Begriffe „axial“ und „radial“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Rotationsachse einer elektrischen Rotationsmaschine der Antriebeinheit.
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einer für einen Generatorbetrieb eingerichteten ersten elektrischen Rotationsmaschine sowie einer zweiten, für einen Antriebsmotorbetrieb eingerichteten elektrischen Rotationsmaschine und einem Getriebe, wobei ein Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine zur unmittelbaren mechanischen Kopplung mit einem Abtriebselement einer Verbrennungskraftmaschine ausgestaltet ist. Ein Rotor der zweiten elektrischen Rotationsmaschine ist drehfest mit einem Eingang des Getriebes gekoppelt oder koppelbar. Zwischen der ersten elektrischen Rotationsmaschine und dem Getriebe ist keine Drehmoment übertragende Verbindung eingerichtet.
Die Antriebseinheit kann als ein sogenanntes Hybrid-Getriebe bezeichnet werden. Das bedeutet, dass die Antriebseinheit dazu eingerichtet ist, lediglich zwischen der ersten elektrischen Maschine und der Verbrennungskraftmaschine eine unmittelbare mechanische, drehmomentschlüssige und insbesondere dauerhafte Verbindung, wie zum Beispiel eine feste Schraubverbindung, herzustellen bzw. einen Drehmoment- Übertragungspfad zu realisieren. Es ist dabei unerheblich, wenn Maschinenelemente, mit denen kein Einfluss auf die Größe des zu übertragenden Drehmoments bzw. der übertragenen Drehzahl genommen werden kann, zwischen der ersten elektrischen Rotationsmaschine bzw. deren Rotor und der Verbrennungskraftmaschine bzw. dessen Abtriebsseite angeordnet sind.
Eine Drehmoment-Übertragung von der elektrischen Rotationsmaschine und/oder von der Verbrennungskraftmaschine auf das Getriebe ist konstruktiv ausgeschlossen.
Mit der Verbrennungskraftmaschine kann die erste elektrische Rotationsmaschine durch Zuführung von Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine im Generatorbetrieb betrieben werden. Die dabei generierte elektrische Energie kann der zweiten elektrischen Rotationsmaschine entweder unmittelbar, oder durch Zwischenspeicherung in einer Batterie, zum Antrieb des Fahrzeuges zur Verfügung gestellt werden, wobei die Rotation des Rotors der zweiten elektrischen Rotationsmaschine mittels dem Getriebe über- bzw. untersetzt wird, und so Antriebsräder eines mit der Antriebseinheit ausgestatteten Kraftfahrzeugs angetrieben werden können.
Aufgrund dessen, dass keine Kupplung sowie keine weiteren Drehmoment übertragenden Elemente zwischen der ersten elektrischen Rotationsmaschine und dem Getriebe bzw. zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe vorhanden sind, ergeben sich Vorteile hinsichtlich des Bauraums als auch des Aufwandes bei der Herstellung der benötigten Einzelteile und ihrer Montage.
In besonderer Ausführungsform kann die gesamte Antriebseinheit ohne Kupplung ausgeführt sein. Es lässt sich entsprechend eine besonders kompakte Ausführung eines Hybrid- Fahrzeugantriebsstrangs realisieren.
Ein Stator der ersten elektrischen Rotationsmaschine ist mit dem Gehäuse der Antriebseinheit fest verbunden oder auch von diesem bereichsweise ausgebildet.
Die Verbrennungskraftmaschine steht mit der ersten elektrischen Rotationsmaschine, die als Generator ausgelegt ist, vorteilhafterweise mittels einer Antriebswelle drehmomentschlüssig in Verbindung, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass keine Übersetzung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der ersten elektrischen Rotationsmaschine vorhanden ist.
Es wird somit insgesamt ein Zwei-Elektromaschinen-Getriebe für serielle Fahrzeuge mit zwei insbesondere koaxial zueinander angeordneten elektrischen Rotationsmaschinen zur Verfügung gestellt, wobei eine der beiden elektrischen Rotationsmaschinen als Generator und die andere als Fahrmaschine ausgeführt ist. Es findet keine Koppelung der Verbrennungskraftmaschine an die Fahrzeugräder statt, sodass die Anordnung einer sonst üblichen Kupplung entfällt, genauso wie eine Betätigungseinheit zur Betätigung der Kupplung.
Insbesondere kann die erste elektrische Rotationsmaschine als Innenläufer-Maschine ausgebildet sein.
In alternativer Ausführungsform ist die erste elektrische Rotationsmaschine als Aussenläufer-Maschine ausgebildet.
In beiden Ausführungsformen ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass der Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine unmittelbar mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist, insbesondere verschraubt ist.
Alternativ oder hinzukommend kann vorgesehen sein, dass die zweite elektrische Rotationsmaschine als Innenläufer-Maschine oder als Außenläufer-Maschine ausgebildet ist. Eine Ausgestaltung des Rotors der ersten elektrischen Rotationsmaschine als Innenläufer kommt insbesondere dann in Betracht, wenn das vergleichbar geringe Massenträgheitsmoment ausreicht, um geringe Drehungleichförmigkeiten bzw. Drehmomentschwankungen der Verbrennungskraftmaschine zu reduzieren.
Eine der beiden elektrischen Rotationsmaschinen kann zumindest bereichsweise radial sowie axial innerhalb eines von der jeweils anderen elektrischen Rotationsmaschine radial begrenzten Raums angeordnet sein. Dadurch wird eine axial besonders kompakte Ausführungsform möglich.
Um möglichst viele Gleichteile einsetzen zu können, ist es von Vorteil, wenn die erste elektrische Rotationsmaschine einen Rotor besitzt, der als Innenläufer ausgebildet ist und die zweite elektrische Rotationsmaschine einen Rotor besitzt, der ebenfalls als Innenläufer ausgebildet ist. Alternativ können beide Rotoren auch als Außenläufer ausgebildet sein.
Der Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine kann vorteilhafterweise als Schwungrad für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ausgestaltet sein. Entsprechend kann hier das Massenträgheitsmoment des Rotors der ersten elektrischen Maschine für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine genutzt werden. Dadurch lassen sich Drehungleichförmigkeiten bzw.
Drehmomentschwankungen der Verbrennungskraftmaschine reduzieren. Diese Ausführungsform kommt insbesondere dann in Betracht, wenn der Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine als Außenläufer umgesetzt ist und ein entsprechend großes Massenträgheitsmoment aufweist.
Des Weiteren kann das Massenträgheitsmoment des Rotors der ersten elektrischen Rotationsmaschine insbesondere beim Start der Verbrennungskraftmaschine genutzt werden.
Die Drehachsen der Rotoren der elektrischen Rotationsmaschinen können achsparallel oder koaxial angeordnet sein. In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drehachsen der Rotoren der elektrischen Rotationsmaschinen koaxial angeordnet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Antriebseinheit ist vorgesehen, dass die erste elektrische Rotationsmaschine in einem Generatorraum angeordnet ist, der vom Getriebe räumlich getrennt ist.
Dieser Generatorraum weist den Vorteil auf, dass er im Wesentlichen unabhängig vom Getriebe bzw. von der zweiten elektrischen Rotationsmaschine temperiert werden kann. Insbesondere kann eine zumindest teilweise Befüllung des Generatorraums mit einem Medium, wie zum Beispiel Öl oder Wasser, vorgesehen sein, wenn die erste elektrische Rotationsmaschine mit einer Ölkühlung bzw. Wasserkühlung umgesetzt ist.
In alternativer Ausführungsform kann der Generatorraum auch als ein Trockenraum ausgeführt sein. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die erste elektrische Rotationsmaschine mit einem wassergekühlten Stator ausgestattet ist, und demzufolge keine zusätzliche Kühlung erforderlich ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass keine Leckagen des Generatorraums auftreten können und demzufolge auch keine Druckverluste durch eine erforderliche Verteilung des Mediums, verbunden mit einer Erhöhung des Wirkungsgrades. Das Getriebe kann in einem Getrieberaum angeordnet sein, wobei insbesondere die zweite elektrische Rotationsmaschine ebenfalls im Getrieberaum platziert sein kann.
Des Weiteren kann auch die zweite elektrische Rotationsmaschine räumlich vom Getriebe getrennt sein.
Die Anordnung einer jeweiligen elektrischen Rotationsmaschine in einem Trockenraum weist auch hinsichtlich der Montage Vorteile auf, da dann weniger bzw. keine Maßnahmen zur Abdichtung gegenüber dem Getriebe ergriffen werden müssen.
Vorteilhafterweise umfasst das Getriebe eine erste Übersetzungsstufe sowie eine damit gekoppelte zweite Übersetzungsstufe. Die Übersetzungsstufen sind insbesondere durch Zahnradpaare ausgebildet, welche auch als Bestandteile eines Planetengetriebes bzw. Umlaufrädergetriebes ausgeführt sein können.
In alternativen Ausführungsformen kann das Getriebe auch nur eine Übersetzungsstufe aufweisen, oder aber mehr als zwei Übersetzungsstufen aufweisen.
Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass auch eine Untersetzung durch die Übersetzungsstufen realisiert wird.
Des Weiteren kann das Getriebe ein Differenzialgetriebe aufweisen, welches mit der zweiten Übersetzungsstufe drehmoment-schlüssig gekoppelt ist. Abtriebselemente des Differenzialgetriebes können Antriebswellen und auch Antriebselemente eines mit der Antriebseinheit ausgestatteten Kraftfahrzeugs sein.
Das Abtriebsrad der ersten Übersetzungsstufe sowie das Antriebsrad der zweiten Übersetzungsstufe können auf einer Zwischenwelle des Getriebes angeordnet sein, so dass eine besonders verschleißarme Drehmoment-Weitergabe möglich ist.
Zwecks Erhöhung der Effizienz der Antriebseinheit kann die erste elektrische Rotationsmaschine und/oder die zweite elektrische Rotationsmaschine zur Kühlung mittels einer Flüssigkeit eingerichtet sein.
Insbesondere kann eine Öl- oder auch Wasserkühlung oder eine daraus kombinierte Kühlung vorgesehen sein. Bei reiner Wasserkühlung der zweiten elektrischen Rotationsmaschine ist vorteilhafterweise eine Abdichtung in Bezug zum ölgefüllten Getrieberaum vorzunehmen.
Insbesondere bei Fahrzeugen mit einem hohen elektrischen Fahranteil und seltenem Generator-Betrieb führt eine getrennte Kühlung der beiden elektrischen Rotationsmaschinen zu dem Vorteil, dass bei Nicht-Nutzung der ersten elektrischen Rotationsmaschine als Generator deren Kühlbetrieb ausgeschaltet oder vermindert werden kann, so dass energetische Verluste minimiert werden. Zur Realisierung unterschiedlicher Betriebsmodi können die beiden elektrischen Rotationsmaschinen miteinander elektrisch leitfähig verbunden sein oder mittels eines elektrischen Speichers miteinander verbunden sein.
In einer weiteren Ausführungsform können die beiden elektrischen Rotationsmaschinen auch mittelbar über eine Leistungselektronik elektrotechnisch miteinander gekoppelt sein.
In der erstgenannten Ausführungsform besteht entsprechend eine direkte elektrische Verbindung zwischen den beiden elektrischen Rotationsmaschinen, so dass im Generator-Betrieb von der ersten elektrischen Rotationsmaschine generierte elektrische Energie, gegebenenfalls über eine Leistungselektronik, der zweiten elektrischen Rotationsmaschine zur Realisierung eines Motorbetriebs zur Verfügung gestellt werden kann.
Derart muss bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine nicht auf gespeicherte elektrische Energie zurückgegriffen werden.
Bei der zweiten genannten Alternative wird bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zunächst elektrische Energie generiert und diese in einem elektrischen Speicher, wie zum Beispiel in einer Batterie, geladen, von der sie zu einem späteren Zeitpunkt der zweiten elektrischen Rotationsmaschine zur Realisierung des Motorbetriebs zur Verfügung gestellt werden kann.
Generell ist dabei auch ein kombinatorischer Betrieb der beiden genannten Alternativen möglich, nämlich eine gleichzeitige elektrische Speisung der zweiten elektrischen Rotationsmaschine durch den Generator-Betrieb der ersten elektrischen Rotationsmaschine und eine Ladung des elektrischen Speichers. Dadurch lässt sich zudem eine Lastpunktanhebung bzw. Lastpunktverschiebung realisieren, die für einen höheren Wirkungsgrad im Betrieb der Antriebseinheit sorgt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Antriebsanordnung mit einer beschriebenen Antriebseinheit sowie mit einer Verbrennungskraftmaschine, die mittels eines Abtriebselements der Verbrennungskraftmaschine drehtest mit dem Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine unmittelbar gekoppelt ist.
Somit ist die Antriebsanordnung derart ausgeführt, dass zwischen der ersten elektrischen Rotationsmaschine und der Verbrennungskraftmaschine weder eine Kupplung, noch ein Schwingungsdämpfer angeordnet sind.
Die Antriebsanordnung hat den Vorteil, dass sie derart sehr bauraum- und kostengünstig ausgeführt werden kann, da auf bauraum-intensive sowie kostentreibende Aggregate, wie zum Beispiel eine Kupplung oder auch ein Schwingungsdämpfer, zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der ersten elektrischen Rotationsmaschine verzichtet werden kann.
Insbesondere ist vorgesehen, dass keine Zahnradstufen bzw.-Übersetzungen und/oder keine Steckverzahnung zwischen dem Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine und der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sind.
Aufgrund dessen, dass keine mechanische Verbindung des Abtriebselement der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe hinsichtlich der Übertragung eines von der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung gestellten Drehmoments existiert, müssen schwingungsbehaftete Drehbewegungen bzw. Drehmoment-Schwankungen der Verbrennungskraftmaschine auch nicht gedämpft werden, sodass auch die Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers am Ausgang der Verbrennungskraftmaschine nicht notwendig ist.
Die beschriebene Antriebsanordnung erlaubt somit einen rein seriellen Betrieb der Antriebsaggregate und somit auch den Betrieb eins Hybridfahrzeugs im sogenannten „Range-Extender-Modus“, bei dem chemische Energie von Kraftstoff in elektrische Energie umgewandelt wird und zum Antrieb des Fahrzeuges zwecks Verlängerung der Reichweite zur Verfügung gestellt wird.
Insbesondere kann der Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine als Schwungrad für die Verbrennungskraftmaschine fungieren, wenn der Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine ein ausreichend großes Massenträgheitsmoment aufweist. Die beschriebene Antriebsanordnung ist insbesondere vorteilhaft für Fahrzeuge anzuwenden, die für einen dauerhaften Fährbetrieb von weniger als 130 km/h eingerichtet sind. Diese Fahrzeuge können leicht auf einen verbrennungsmotorischen Fahrzeugantrieb verzichten, bei gleichzeitiger Gewährleistung des Antriebs des Fahrzeuges durch die zweite elektrische Rotationsmaschine. Entsprechend kann auch auf eine Trennkupplung zur mechanischen Kopplung des Abtriebs der Verbrennungskraftmaschine mit dem Getriebe bzw. den Antriebsachsen sowie eine dafür benötigte Betätigungseinheit verzichtet werden.
Im Betrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, mit einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung, umfassend eine erfindungsgemäße Antriebseinheit sowie eine Verbrennungskraftmaschine, werden z.B. folgende Fahrbetriebsmodi ermöglicht:
Elektrisches Fahren und Rekuperieren:
Die zweite elektrische Rotationsmaschine wird als Traktionsmaschine oder als Generator angesteuert. Die Verbrennungskraftmaschine und die erste elektrische Rotationsmaschine sind nicht in Betrieb.
Seriell Fahren und Laden:
Die Verbrennungskraftmaschine wird mittels der ersten elektrischen Rotationsmaschine gestartet, wobei die Verbrennungskraftmaschine die erste elektrische Rotationsmaschine antreiben kann und folglich die erste elektrische Rotationsmaschine als Generator angesteuert wird, um die Batterie des Kraftfahrzeugs zu laden. Die zweite elektrische Rotationsmaschine wird als Traktionsmaschine angesteuert.
Die Fahrstrategie im sogenannten „Range-Extender-Betrieb“ ist darauf ausgerichtet, die Reichweite des Fahrzeuges, welches die überwiegende Zeit seiner Nutzung zum Antrieb elektrische Energie aus der Fahrzeugbatterie bezieht, zu verlängern, indem die Verbrennungskraftmaschine die erste elektrische Rotationsmaschine antreibt und somit mechanische in elektrische Energie umgewandelt wird. Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer Antriebsanordnung mit Antriebseinheit in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Antriebsanordnung mit Antriebseinheit in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 3: eine Schnittdarstellung der Antriebsanordnung mit Antriebseinheit der zweiten Ausführungsform, und
Fig. 4: eine schematische Darstellung des Kühlsystems der Antriebsanordnung mit Antriebseinheit.
Zunächst werden die Antriebseinheit 1 und die Antriebsanordnung 2 anhand der schematischen Darstellungen in den Figuren 1 und 2 erläutert.
Die in diesen Figuren dargestellten Antriebseinheiten 1 umfassen in einem Gehäuse 10 angeordnet eine erste elektrische Rotationsmaschine 20 sowie eine zweite elektrische Rotationsmaschine 30.
Die erste elektrische Rotationsmaschine 20 der in Figur 1 dargestellten Antriebseinheit 1 ist als Außenläufermaschine konzipiert, so dass der Rotor 21 der ersten elektrischen Rotationsmaschine 20 radial außerhalb des Stators 22 der ersten elektrischen Rotationsmaschine 20 angeordnet ist.
Die erste elektrische Rotationsmaschine 20 der in Figur 2 dargestellten Antriebseinheit 1 ist als Innenläufermaschine konzipiert, so dass der Rotor 21 der ersten elektrischen Rotationsmaschine 20 radial innerhalb des Stators 22 der ersten elektrischen Rotationsmaschine 20 angeordnet ist. In beiden in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die zweite elektrische Rotationsmaschine als Innenläufermaschine konzipiert, sodass der Rotor 31 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 30 radial innerhalb des Stators 32 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 30 angeordnet ist.
In beiden in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Drehachse 23 der ersten elektrischen Rotationsmaschine 20 sowie die Drehachse 33 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 30 koaxial angeordnet.
Zur Ausbildung der Antriebsanordnung 2 ist der Rotor 21 der ersten elektrischen Rotationsmaschine 20 unmittelbar mit einem Abtriebselement 71 der Verbrennungskraftmaschine 70 gekoppelt. Insbesondere kann dieses Abtriebselement 71 die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 70 sein.
Das bedeutet, dass die Verbrennungskraftmaschine 70 bzw. deren Abtriebselement 71 mittels einer unmittelbaren Verbindung 80 und demzufolge ohne Veränderung des Drehmomentes, insbesondere ohne Zwischenschaltung einer Kupplung oder auch eines Getriebes sowie insbesondere ohne Zwischenschaltung eines im Umfang spielbehafteten Drehmoment-Übertragungselements, mit dem Rotor 21 der ersten elektrischen Rotationsmaschine 20 gekoppelt ist.
Dies erlaubt die Ausführung der Antriebseinheit 1 bzw. der Antriebsanordnung 2 in insbesondere axial sehr platzsparender Bauweise.
Der Rotor 31 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 30 ist drehfest mit einer Welle 42, die einen Eingang 41 eines Getriebes 40 ausbildet, verbunden.
Dadurch lässt sich von der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 30 zur Verfügung gestelltes Drehmoment an das dargestellte Getriebe 40 übertragen.
Dieses Getriebe 40 umfasst eine erste Übersetzungsstufe 43 sowie eine zweite Übersetzungsstufe 44. Die erste Übersetzungsstufe 43 ist über ein erstes Zahnrad 51 auf der Welle 42 sowie ein damit kämmendes zweites Zahnrad 52 auf einer Zwischenwelle 50 realisiert. Die Welle 42 ist mittels Drehlagern im Gehäuse 10 gelagert. Die zweite Übersetzungsstufe 44 ist über ein drittes Zahnrad 53, welches auf der Zwischenwelle 50 angeordnet ist, und ein Antriebselement 61 eines Differenzialgetriebes 60 realisiert, welches eine Außenverzahnung aufweist, mit der die Verzahnung des dritten Zahnrades 53 kämmt.
Derart kann von der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 30 zur Verfügung gestelltes Drehmoment über das Getriebe 40 auf das Differenzialgetriebe 60 übertragen werden, von dem das Drehmoment den Radantriebswellen 62 zugeleitet wird.
Zwischen der ersten elektrischen Rotationsmaschine 20 und der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 30 besteht eine elektrische Verbindung wobei in dieser elektrischen Verbindung 90 vorteilhafterweise eine hier nicht dargestellte Batterie als elektrischer Speicher und/ oder eine hier nicht dargestellte Leistungselektronik vorhanden ist.
Die Antriebsanordnung 2 ermöglicht es, dass bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 70 die erste elektrische Rotationsmaschine 20 als Generator angetrieben wird und entsprechend mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Diese elektrische Energie kann über die elektrische Verbindung 90 der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 30 zur Verfügung gestellt werden, die im Elektromotor-Betrieb die elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt und ein Drehmoment erzeugt. Dieses Drehmoment kann zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs genutzt werden.
Es ist dabei nicht vorgesehen, dass von der ersten elektrischen Rotationsmaschine 20 Drehmoment elektromotorisch zur Verfügung gestellt wird und zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs genutzt wird. Entsprechend werden auch keine Drehmomentbeeinflussenden Übertragungselemente zwischen der ersten elektrischen Rotationsmaschine 20 und einem Abtrieb und/oder zwischen der ersten elektrischen Rotationsmaschine 20 und der Verbrennungskraftmaschine 70 benötigt, sodass die derart ausgeführte Antriebsanordnung 2 einen sehr geringen Bauraumbedarf aufweist. Bei einer vorteilhaften Ausführung mit elektrischem Speicher kann von der ersten elektrischen Rotationsmaschine 20 generierte elektrische Energie zwischengespeichert werden, bevor sie von der zweiten elektrischen Rotationsmaschine 30 in mechanische Energie umgesetzt wird.
Dadurch lässt sich zudem eine Lastpunktanhebung bzw. Lastpunktverschiebung realisieren, die für einen höheren Wirkungsgrad im Betrieb der Antriebseinheit sorgt.
Die Antriebsanordnung 2 ermöglicht derart in einfacher, bauraumsparender Weise die Vergrößerung der Reichweite im elektromotorischen Fährbetrieb, unter Umsetzung chemischer Energie in der Verbrennungskraftmaschine 70, allerdings bei einem optimalen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 70.
Figur 3 zeigt die in der schematischen Darstellung in Figur 2 ersichtliche Antriebseinheit 1 in Schnittansicht.
Zusätzlich zu den bereits zu Figur 2 erwähnten Bauteilen bzw. Aggregaten ist in Figur 3 ersichtlich, dass die erste elektrische Rotationsmaschine 20, die als Generator konzipiert ist, in einem Generatorraum 100 angeordnet ist, welcher im Wesentlichen räumlich von einem Getrieberaum 45, in dem die Elemente des Getriebes 40 angeordnet sind, getrennt ist.
Dies ermöglicht eine getrennte Schmierung und/oder Kühlung der Komponenten in den beiden Räumen 45,100.
Des Weiteren ist in Figur 3 eine Leistungselektronik 110 dargestellt, welche an der Oberseite der Antriebseinheit 1 , mit dem Gehäuse 10 verbunden, angeordnet ist.
Weitere Komponenten der in Figur 3 dargestellten Antriebseinheit sind eine Parksperre 111 , sowie ein Ölauffangbehälter 112 und ein Hochvoltterminal 113 zum elektrischen Anschluss der elektrischen Rotationsmaschinen 20,30.
Figur 4 zeigt in schematischer Weise eine Möglichkeit der Kühlung sowie Schmierung der Antriebseinheit 1. Dargestellt ist hier ein Kühlfluideinlass 120, der dazu eingerichtet ist, aus einem Kühler der Leistungselektronik und danach auch dem Getriebe ein Kühlfluid zuzuleiten. Von dort gelangt das Kühlfluid in einen dem Stator der zweiten elektrischen Rotationsmaschine zugeordneten zweiten Kühlfluidumlauf 122, und danach über eine Überlaufstrecke 124 in einen ersten Kühlfluidumlauf 121 , der dem Stator der ersten elektrischen Rotationsmaschine zugeordnet ist. Über einen Kühlfluidauslass 123 kann das Kühlfluid wiederum in den externen Kühler zurückgeleitet werden.
Die Schmierung wird unter anderem durch einen Ölauffang 130 realisiert, von dem Öl, welches vom Differenzialgetriebe 80 abgeschleudert wird, aufgefangen wird. Von dort kann das Öl durch eine Ölverteilung 131 , insbesondere durch die Welle, einem
Rücklauf 132 zugeführt werden, welcher das Öl in einen Sumpf transportiert. Das Öl aus dem Ölauffang wird vorteilhaft allen nötigen Stellen (z.B.
Lager/Verzahnungen) über Ölverteilung zur Schmierung und Kühlung zugeführt. Mit der hier vorgeschlagenen Antriebseinheit sowie der Antriebsanordnung lässt sich ein optimaler Betrieb in kostengünstiger Ausgestaltung sowie bauraumsparender Weise gewährleisten.
Bezuqszeichenliste
1 Antriebseinheit
2 Antriebsanordnung
10 Gehäuse
20 erste elektrische Rotationsmaschine
21 Rotor der ersten elektrischen Rotationsmaschine
22 Stator der ersten elektrischen Rotationsmaschine
23 Drehachse der ersten elektrischen Rotationsmaschine
30 zweite elektrische Rotationsmaschine
31 Rotor der zweiten elektrischen Rotationsmaschine
32 Stator der zweiten elektrischen Rotationsmaschine
33 Drehachse der zweiten elektrischen Rotationsmaschine
40 Getriebe
41 Eingang des Getriebes
42 Welle
43 erste Übersetzungsstufe
44 zweite Übersetzungsstufe
45 Getrieberaum
50 Zwischenwelle
51 erstes Zahnrad
52 zweites Zahnrad
53 drittes Zahnrad
60 Differenzialgetriebe
61 Antriebselement des Differenzialgetriebes
62 Radantriebswelle
70 Verbrennungskraftmaschine
71 Abtriebselement der Verbrennungskraftmaschine
80 Unmittelbare Verbindung
90 Elektrische Verbindung
100 Generatorraum 110 Leistungselektromk
111 Parksperre
112 Ölauffangbehälter
113 Hochvoltterminal 120 Kühlfluideinlass
121 erster Kühlfluidumlauf
122 zweiter Kühlfluidumlauf
123 Kühlfluidauslass
124 Überlaufstrecke 130 Ölauffang
131 Ölverteilung
132 Ölrücklauf in Sumpf

Claims

Patentansprüche
1 . Antriebseinheit (1 ) für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einer für einen Generatorbetrieb eingerichteten ersten elektrischen Rotationsmaschine (20) sowie einer zweiten, für einen Antriebsmotorbetrieb eingerichteten elektrischen Rotationsmaschine (30) und einem Getriebe (40), wobei ein Rotor (21 ) der ersten elektrischen Rotationsmaschine (20) zur unmittelbaren mechanischen Kopplung mit einem Abtriebselement (71 ) einer Verbrennungskraftmaschine (70) ausgestaltet ist, und ein Rotor (31 ) der zweiten elektrischen Rotationsmaschine (30) drehfest mit einem Eingang (41 ) des Getriebes (40) gekoppelt oder koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten elektrischen Rotationsmaschine (20) und dem Getriebe (40) keine Drehmoment übertragende Verbindung eingerichtet ist.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Rotationsmaschine (20) als Innenläufer-Maschine ausgebildet ist.
3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Rotationsmaschine (20) als Aussenläufer-Maschine ausgebildet ist.
4. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (21 ) der ersten elektrischen Rotationsmaschine (20) als Schwungrad für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (70) ausgestaltet ist.
5. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen (23,33) der Rotoren (21 ,31 ) der elektrischen Rotationsmaschinen (20,30) achsparallel oder koaxial angeordnet sind.
6. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Rotationsmaschine (20) in einem Generatorraum (100) angeordnet ist, der vom Getriebe (40) räumlich getrennt ist.
7. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (40) zumindest eine oder mehrere Übersetzungsstufen umfasst.
8. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Rotationsmaschine und/oder die zweite elektrische Rotationsmaschine (30) zur Kühlung mittels einer Flüssigkeit eingerichtet ist.
9. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden elektrischen Rotationsmaschinen (20,30) miteinander elektrisch leitfähig direkt oder über eine Leistungselektronik verbunden sind oder mittels eines elektrischen Speichers miteinander verbunden sind.
10. Antriebsanordnung (2) mit einer Antriebseinheit (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 sowie mit einer Verbrennungskraftmaschine (70), die mittels eines Abtriebselements (71 ) der Verbrennungskraftmaschine (70) drehfest mit dem Rotor (21 ) der ersten elektrischen Rotationsmaschine (20) unmittelbar gekoppelt ist.
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