WO2011138181A1 - Electric drive unit - Google Patents

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WO2011138181A1
WO2011138181A1 PCT/EP2011/056435 EP2011056435W WO2011138181A1 WO 2011138181 A1 WO2011138181 A1 WO 2011138181A1 EP 2011056435 W EP2011056435 W EP 2011056435W WO 2011138181 A1 WO2011138181 A1 WO 2011138181A1
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WO
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drive unit
electric drive
electric
unit according
combustion engine
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PCT/EP2011/056435
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German (de)
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Andreas Inhoff
Ullrich Hesse
Walter Zipp
Original Assignee
Ipetronik Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • Y02T10/62Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to an electric drive unit for a motor vehicle having a combustion engine according to the preamble of claim 1 and a motor vehicle according to the preamble of claim 22.
  • Combustion engine as well as an electric machine have, as well as in vehicles with pure electric drive, the electric machine is operated as needed as a motor or as a generator.
  • the electromagnetically active components of the electric machine are firmly divided into a rotor and a stator.
  • Object of the present invention is therefore to provide an electric drive unit for a motor vehicle having a motor vehicle, which is inexpensive to produce and which is particularly versatile.
  • an electric drive unit for a motor vehicle having a motor vehicle is proposed, which has the features of claim 1.
  • the electric drive unit is intended for use in a motor vehicle having an internal combustion engine and has an electric machine which has an inner element and an outer element arranged coaxially therewith, wherein at least the inner element is rotatably mounted to the outer element. It is also conceivable that both elements are rotatably mounted to each other, so that both the outer and the inner member is optionally used as a stator or as a rotor Furthermore, the electric drive unit with a
  • Electric machine connected to the drive range, which is at least indirectly coupled to the engine and thus by the internal combustion engine
  • the electric drive unit has an output region connected to the electric machine, which can be coupled to drive at least one wheel at least indirectly thereto.
  • the drive region thus serves to drive at least one wheel and is connected for this purpose at least via intermediate shafts or the like with this.
  • the driving area and the driven area so to speak, include the electric machine, i. in that the drive region and the output region are arranged along an axis of rotation of the electric machine, wherein the drive region is arranged on one side of the electric machine and
  • the drive unit knows at least one coupling means for releasing and producing a non-rotatable connection between it
  • the outer element and the inner element are arranged coaxially to each other, that is, on a common axis, but that the two elements in the direction of
  • the outer member of the electric machine may be formed as a rear member with respect to the rotation axis of the electric machine.
  • the electric machine penetrates in this embodiment, for example, a drive shaft, wherein the front element and the rear element preferably have substantially the same diameter.
  • the term "outer element” and “inner element” in this embodiment does not limit the arrangement of the part.
  • the electric drive unit according to the present invention can be easily integrated into the driveline of a motor vehicle and, alin or in combination with the internal combustion engine, enables a variety of modes that enable efficient energy management of the vehicle.
  • the electric drive unit can work both as a motor and as a generator. It is also advantageous that the electric drive unit optionally a purely internal combustion engine driving and a pure
  • the Eiektromaschine supports the engine during the propulsion of the motor vehicle by working as a motor, so that the overall performance of the motor vehicle ⁇ is increased. It is conceivable, but, conversely, that the Eiektromaschine when accelerating the vehicle operates by the internal combustion engine in the generator operation, and ⁇ taps off a portion of the acceleration performance.
  • the electric drive unit can also be used as a starter for the motor vehicle.
  • the electric drive unit can be integrated in almost any motor vehicle with internal combustion engine, especially in cars, but also in trucks, land vehicles, garbage trucks or the like.
  • the electric drive unit preferably has fixing means for selective
  • the fixing means are preferably designed as suitable brakes or blocking devices which block either the inner member or the outer member rotationally fixed, ie prevent at least temporarily from rotating.
  • Particularly preferred is also an electric drive unit, in which the
  • Output section is connected to the inner element of the Eiektromaschine or in other words is associated with the inner element.
  • the output area is assigned to the outer element of the electric machine, i. E. communicates with this.
  • the output area is assigned to the outer element of the electric machine, i. E. communicates with this.
  • Drive area to be connected to the inner element of the Eiektromaschine, or the drive area is connected to the outer element of the Eiektromaschine
  • the coupling means is rotatably connected to the outer element and engages in the activated state for producing a rotationally fixed connection between the drive region and the output region on the inner element.
  • the Kuppiungsmittel is rotatably connected to the inner member and engages in the activated state for producing a rotationally fixed connection between the drive portion and the output portion of the outer member.
  • the coupling means is simultaneously designed to release a rotationally fixed connection between the output region and the drive region of the electric motor, so that the output region and the drive region can rotate independently of one another at different rotational speeds.
  • the coupling means is simultaneously designed to release a rotationally fixed connection between the output region and the drive region of the electric motor, so that the output region and the drive region can rotate independently of one another at different rotational speeds.
  • Coupling means are formed quasi two-part and comprise a first Kupplungsseiement and a second coupling element, wherein the first coupling element passes through the inner element on the drive side and the second coupling element passes through the inner element on the output side.
  • the inner element or the outer element is at least indirectly displaceable by the internal combustion engine, so for example by the transmission output in rotary motion, while the other element for driving at least one wheel of the
  • Motor vehicle is formed. This also makes it possible in an advantageous manner that the inner element and the outer element optionally as a stator or as a rotor can serve. Here, it is preferably still provided that the inner member and the outer member are rotatably mounted to each other.
  • a further embodiment may be configured such that the inner element is designed as a rotor and the outer element as a stator and the inner element can be coupled to the internal combustion engine and to at least one wheel, i. that is, the inner member is connected to the drive portion and the driven portion, while the outer member is not connected to either member.
  • the outer element is connected to the output region, so that therefore both the inner element and the outer element are connected to the output region.
  • an electric machine whose inner element has permanent magnets and whose outer element has a winding package.
  • the winding package of the outer element is preferably fed via sliding contacts, which in the blocked operation, ie when the coupling means are activated and connect the inner member and the outer member rotationally fixed, displaced away from the shaft, in particular pivoted away or folded away.
  • the sliding contacts are thus preferably displaceable from a first to a second functional position, when the inner element and the outer element form a rigid drive to realize a pure internal combustion engine operation.
  • the sliding contacts have the additional advantage that no complex electrical control of the electric machine is needed.
  • the inner element of the electric machine can be coupled to the transmission output.
  • the outer element is then preferably connected to the differential and is designed in this way for driving at least one wheel of the motor vehicle.
  • Electric drive unit between the engine or between the transmission and the differential is particularly advantageous because in this way a single electric drive unit is sufficient to realize a variety of functions and modes.
  • the inner element of the electric machine with a Wiengeienkwelle associated with a wheel is connectable.
  • the electric machine can be operated as a motor and as a generator, wherein obtained in the generator mode
  • Energy can feed a battery and / or at least one other drive machine or the like can be fed.
  • connection adapter element of a spezieilen wheelset is connectable, so that the electric drive unit is at least partially, preferably completely integrated into a wheelset.
  • the outer element of the electric machine is then
  • a motor vehicle with an internal combustion engine, a transmission and a differential with the features of claim 22 is proposed.
  • the motor vehicle is characterized in that it has a cooperating with the internal combustion engine electric drive unit according to one of claims 1 to 21. This results in the advantages already outlined above.
  • the electric drive unit is arranged in the drive train of the vehicle between the internal combustion engine or the transmission and the differential.
  • an electric drive unit is arranged in the drive train of the vehicle between the differential and an associated wheel.
  • One element of the electric machine of the electric drive unit is then preferably connected to the differential and the other element to the funnelgeienkwelle.
  • the electric drive unit is integrated as an intermediate element in a shaft driven by the internal combustion engine.
  • Drive unit is at least partially, but preferably completely integrated into a wheel, which has a rim and a hub, which are rotatably connected to each other.
  • the drive unit then preferably has switchable clutch center integrated in the wheelset! for non-rotatable connection of the inner and the Preferably, the inner member is connected to the hub and the outer member to the rim of the wheelset.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a in a wheelset
  • Fig. 2 is a schematic plan view of a motor vehicle with an intermediate
  • Fig. 3 is a schematic representation of two arranged between the differential and the universal joint of the wheels electrical
  • Fig. 4 is a schematic detail view of the electric drive unit
  • Fig. 5 is a schematic detail view of the electric drive unit
  • Fig. 6 is a schematic detail view of the electric drive unit
  • Fig. 7 is a schematic detail view of the electrical Anträebsaku
  • Fig. 8 is a schematic detail view of the electric drive unit
  • Fig. 9 is a schematic detail view of the electric drive unit
  • FIG. 1 shows an electric drive unit 1 according to a first embodiment of the invention.
  • the electric drive unit 1 comprises an electric machine 3 which has an inner element 5 and a coaxially arranged outer, ie radial
  • the electric drive unit 1 has fixations which effect a selective blocking of a rotational movement of the inner element 5 or of the outer element 7, so that the inner element 5 and the outer element 7 can be selectively operated as a rotor and as a stator, as will be described later is explained.
  • a braking device 9 which serves to prevent rotational movement of the inner member 5, so that when an activation or actuation of the braking device 9, the inner member 5 of the electric machine 3 to the stator.
  • the brake device 9 is attached to the suspension 11 and engages a peripheral circumferential projection of the shaft extension 13, which is connected to the Achswellenantrieb or with the universal joint shaft 15, which in turn connected to the differential, not shown here via the transmission to the engine is. If the brake device 9 is released and a switchable coupling 17 is activated, which connects the funnelgelenkweile 15 with the inner member 5, 15, a rotational movement of the inner member 5 can be effected via the engine, the transmission, the differential and the Achswellenantrieb.
  • the electric drive unit 1 is integrated into a special wheel set 19 at least in regions, namely, in particular, with the electric machine 3 in FIG. 1 according to a first embodiment.
  • the wheel set 19 comprises a rim 21, which carries a tire 23 and a hub 25, wherein the hub 25 and the rim 21 are rotatably connected to each other via a bearing 27, in particular a rolling bearing.
  • FIG. 1 makes it clear that the hub 25 is formed by the radially inward-lying element of the bearing 27.
  • the wheelset 19 is connectable via an adapter element 29 to the wheel hub 31 of any vehicle.
  • the adapter element 29 is designed such and in particular has a pitch circle number and corresponding diameter, which are tuned to a particular vehicle type, so that the special wheelset 19 with almost any vehicle is connectable.
  • the adapter element 29 is fittingly inserted into the hub 25 and against an axial displacement relative to the hub 25th secured.
  • the Adaptereiement 29 and the hub 25 are preferably connected to each other preferably non-rotatably.
  • FIG. 1 makes it clear that the outer member 7 of the electric drive unit 1 is disposed on an inner surface of the rim 21, the outer member 7 extending annularly on the inner surface of the rim 21.
  • the inner element 5 is arranged on the wheel hub 31 or directly on the hub 25.
  • the electric ant iebshim 1 has a drive region A, which is in the embodiment of FIG. 1 with the inner element 5 in conjunction and essentially by the universal joint shaft 15, the shaft extension 13 the
  • the electric drive unit 1 has an output region B, which is connected to the outer element 7 and is essentially formed by the rim 21.
  • the electric drive unit 1 further comprises a coupling means 33, which can solve or establish a rotationally fixed connection between the drive portion A and the output portion B de electric drive unit 1, whereby simultaneously a rotationally fixed connection between the inner member 5 and the outer member 7 is effected.
  • the coupling means 33 is non-rotatably connected to the output area B, namely connected to the rim 21 and switchable, so that upon activation of the coupling means 33 this acts on an end face 35 of the adapter element 29, ie on the drive region A and thus a rotationally fixed connection between the can create both elements.
  • the suspension Ii is connected via a bearing 37 with the switchable coupling 17 having shaft extension 13, so that when a dissolved
  • the inner element 5 preferably has a permanent magnet or is designed as such, while the outer element 7 preferably as a Wickiungsever is designed, which can be fed via sliding contacts. If that
  • Coupling means 33 is activated and thus a relative rotational movement between the inner member 5 and the outer member 7 is excluded, the sliding contacts can be swiveled away or -geklappt, whereby unnecessary wear, friction and noise are avoided, If the coupling means 33 is thus activated, the inner member 5 is rigidly connected to the outer member 7 and forms a rigid drive.
  • the electric machine 3 virtually forms a wheel hub motor, but the inner element 5 and the outer element 7 can optionally function as a rotor or as a stator.
  • the inner element 5 and the outer element 7 thus form a "double rotor".
  • the fixing means, which allow a blocking of the inner element 5 and the outer element 7, are described in US Pat
  • Blocking of the inner member 5 can cause, and by the vehicle brake, not shown in Fig. 1, which can cause a blocking of the outer member 7.
  • Front-wheel drive has. The same can of course also apply to a vehicle with rear-wheel drive or four-wheel drive. Numerous operating modes can be realized by the electric drive unit 1 according to the invention, in particular by the combination of the electric machine 3 and its (indirect) connection to the internal combustion engine and the shiftable clutch 17 and the braking device 9
  • Vehicle overall system achieve high efficiencies. This is especially true for the choice of favorable operating points of the internal combustion engine for any speed to be traveled. Especially for agricultural vehicles, the concept supports practical applications. So offers the generator operation of the wheel hub motors rival vehicle with a very powerful mobile power source. Similarly, the wheel hub motors allow finely controlled maneuvering at very slow speeds. Also for refuse vehicles, the electric drive unit 1 is suitable according to the invention.
  • the electric drive unit 1 in conjunction with the internal combustion engine of the motor vehicle, not shown here, it is possible in an advantageous manner that the wheelset 19 is driven exclusively by the internal combustion engine.
  • the Kupplungsmittei 33 are activated, which engage the end face 35 of the adapter element 29 and thus prevent a relative rotational movement between the inner member 5 and the outer member 7.
  • the inner member 5 and the outer member 7 then form a rigid drive.
  • this also allows a pure electromotive driving operation.
  • the Kupplungsmittei 33 is released, so that is a
  • the switchable coupling 17 is closed and the braking device 9 is activated, whereby a rotational movement of the axle drive or the
  • Combustion engine preferably still and is additionally blocked against towing by the braking device 9.
  • the electric machine 3 is preferably powered by a battery, not shown in FIG. 1.
  • the electric drive unit 1 and in particular the electric machine 3 can be used in a further operating mode as a generator and feed a battery or power other consumers.
  • the outer member 7 is prevented from rotating by corresponding fixing means, not shown here, in particular by a vehicle brake integrated in the rim 21, so that therefore a rotational movement of the rim 21 with the tire 23 is avoided.
  • the fixing means are as mentioned preferably integrated in the rim 21 of the vehicle and also serve as a vehicle brake. In this mode of operation, the outer element 7 acts as a stator.
  • the switchable coupling 17 is activated and the braking device 9 is released, so that the inner element 5 is set on the universal joint shaft 15 by the internal combustion engine in a rotary motion and thus acts as a rotor.
  • a current is induced in the electric machine 3, which in turn induces the battery or other consumers, in particular
  • the electric drive unit 1 can be used at standstill of the vehicle as a starter for the internal combustion engine.
  • the outer member 7 must be prevented by the vehicle brake to a rotational movement, so that the outer element 7 acts as a stator.
  • the inner element 5 assumes the function of the rotor in this operating mode.
  • the electric machine is then operated as a motor by appropriate activation and power supply by a battery, in particular via sliding contacts. It is understood that for this purpose the coupling means 33 must be solved.
  • the inner element 5 acting as a rotor can then be used as a handle for the internal combustion engine. According to the present invention, it is also possible to operate the electric drive unit 1 in combination with the internal combustion engine in further operating modes, as set forth below,
  • the present invention obviates this need, as will be explained below.
  • Starting speed can be raised without the engine is off.
  • an electromagnetic force is exerted on the outer member 7, which is then set in rotary motion.
  • the electric machine 3 operates in generator mode in this operating mode.
  • the starting mode described above is particularly advantageous because it allows the engine without the need for a sliding clutch when starting up to an optimal engine speed can be increased.
  • the internal combustion engine drives the motor vehicle through the inner element 5, while the electric machine 3 operates in external rotor or hub motor mode, ie additionally via the battery
  • the outer element 7 then rotates by the electromagnetic forces of the electric motor 3 at a higher speed than the inner element 5.
  • both the inner element 5 and the outer element 7 act as a rotor, whereby an increase in the Speed of the wheelset 19 and thus an increase in the total drive power results .
  • the electric machine 3 supports the engine in this operating mode.
  • activated switchable coupling means 17 and dissolved brake device 9 is another operating mode can be realized in which the rotational speeds of the engine and the electric machine 3 are "subtracted", so that is part of the drive power of the engine in the propulsion of the vehicle and another part of the drive power of the internal combustion engine is recuperated by the electric machine 3, ie in the
  • the excess drive power of the internal combustion engine i. the recovered through the recuperation of electricity can either be fed into the battery or other electric motors are supplied, such as smaller wheel hub motors on the vehicle rear axle, which serve only as a traction help.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of an electric drive unit 1 arranged in a motor vehicle 39 in the drive train of a motor vehicle between the engine / transmission unit 41 and the differential gear 43 is.
  • the electric drive unit 1 is integrated as an intermediate element in the shaft 45 between the engine / transmission unit 41 and the differential 43, as it were.
  • the electric drive unit 1 in turn has fixing means for
  • coupling means 47 are provided for non-rotatably connecting a drive region A to a drive region B.
  • the drive region A is connected to the inner element 5 and the output region B is connected to the outer element B.
  • the Kuppiungsmittel 47 is formed here purely by way of example as a double coupling element and will also be referred to in the following. Contrary to the
  • the double coupling member 47 is rotatably connected to the drive portion A and thus connected to the inner member 5 of the electric machine 3 and engages in the activated state of the outer member 7, which is connected to the output portion B.
  • the drive region A coincides in principle with the transmission output 49 of the engine / transmission unit 41, while the output region B is formed by the shaft 45.
  • the double coupling element 47 has not only the function of producing or releasing a non-rotatable connection between the drive and the driven region, but by means of an axial displacement of the double
  • Coupling member 47 for example by means of a mechanical device in the transmission, along a rotation axis D of the electric machine 3 can also
  • the coupling means for the rotationally fixed connection of the drive region A to the output region B of the inner element 5 with the outer element 7 are to be activated, so that the double coupling element 47 so axially along the axis of rotation D in the direction of
  • Electric machine 3 must be moved, that a relative rotational movement between the drive portion A and the output portion B and thus between the inner member 5 and the outer member 7 is no longer possible and they form a rigid drive.
  • the sliding contacts abutting the outer element 5 or its winding packages are folded away, so that wear and possible noise development are avoided.
  • the wheels 51 are set in motion via the engine / gear unit 41, the shaft 45, the differential 43, and the universal joint shafts 15. It is understood that in contrast to the embodiment shown in Fig. 1 in the embodiment of FIG. 2, no special wheelsets 19 are imperative, as shown in FIG. 1.
  • the electric drive unit 1 according to the embodiment of FIG. 2 allows drive of the wheels 51 exclusively by the electric machine 3.
  • the fixing means for selectively preventing rotational movement of the inner and outer members are activated such that the outer member 7 as a rotor and the inner element 5 acts as a stator.
  • the double coupling element 47 is displaced in the direction of the internal combustion engine / embossing unit 41 in the direction of the axis of rotation D, so that it is no longer possible to move the inner element 5 relative to the transmission unit 41.
  • the inner element 5 thereby becomes the stator, while the outer element 7 acts as a rotor, which is connected to the output region B and the electric machine 3, as an external rotor motor, drives the shaft 45, which causes a rotational movement of the wheels 51.
  • the electric drive unit 1 can also be used as a generator when the vehicle is at a standstill.
  • the fixing means for selectively preventing a rotational movement of the inner member 5 or the outer member 7 are designed such that the outer member 7 acts as a stator, for example by the vehicle brakes are activated on the wheels 51. Furthermore, that is double
  • Coupling element 47 in a "neutral" position or not activated, so that so that the inner member 5 driven by the gear output 49 rotates, so that the inner member 5 forms an inner rotor, which coincides with the speed of the
  • Transmission output 49 rotates.
  • a current is induced in the electric machine 3, which in particular is supplied to one battery or to another
  • the coupling means 47 may not be activated in this operating state, so that the drive region A and the output region B are decoupled from each other.
  • the electric drive unit 1 serves as a starter of the internal combustion engine, wherein the electric machine 3 is operated as a motor and starts the internal combustion engine.
  • the outer member 7 acts as a stator, which is effected by appropriately provided fixing means, in particular by the vehicle brake, while the inner member 5 is freely rotatably mounted in the inner member 5.
  • the coupling means 47 must in turn be deactivated, so that the drive region A and the
  • Output range B are decoupled from each other.
  • a power supply via the sliding contacts to the outer member 7 a rotational movement of the inner member 5 is effected in accordance with a motor operation, so that the electric machine 3 operates in this operating mode quasi as an internal rotor motor.
  • the internal combustion engine can then be started in the manner of a conventional starter.
  • Embodiment of FIG. 2 readily possible.
  • the drive area A and the output area B must be decoupled from each other, the Kupplungsmittei 47 thus be deactivated and a relative
  • Rotary movement between the inner member 5 and the outer member 7 may be possible.
  • the double coupling element 47 is arranged in a Neutraisteliung, so that therefore both the inner Eiement 5 and the outer member 7 of the electric machine 3 act as a rotor, wherein the inner member 5 is driven via the engine / transmission unit 41 and the outer Eiement 7 on the one hand by the rotational movement of the inner member 5 and additionally by a power supply to the outer member 5 is displaced in a relative movement to the inner member 5, whereby the outer member 7 rotates faster than the inner member. 5
  • the engine can drive the vehicle, while the rotational speed of the Eiektromaschine 3, that is, the rotational speed of the outer member 7 is lower than that of the inner member 5, so that the output rotational speed at the time
  • the excess drive power of the motor can be recuperated by the electric machine, which operates in generator mode and can supply the generated power to, for example, a battery or the like, thereby enabling the internal combustion engine to operate at a particularly favorable operating point be driven.
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the invention, in which between the differential 43 and the Wiengeienkwellen 15 which are connected to the wheels 51, not shown in Fig. 3, in each case an electric drive unit 1 is arranged.
  • the electric drive unit 1 in turn comprises a drive region A and an output region B as well as an electric machine 3 with an inner element 5 and an outer element 7. Contrary to the first two exemplary embodiments but not the inner member 5, but the outer member 7 connected to the drive portion A, while the inner member 5 is connected to the output portion B.
  • the electric drive unit 1 preferably has fixing means for selectively preventing it
  • the drive and the driven area are again decoupled from each other in the deactivated state of the coupling means 47 and only by the activation of the coupling means 47, namely by an axial displacement along the axis of rotation D in the direction of Eiektromaschine 3 rotatably coupled.
  • the coupling means 47 is preferably designed as a double coupling element and non-rotatably connected to the output region B, that is to say connected to the inner element 5.
  • fixatives and the coupling agents may also be in the double
  • Coupling 47 be united.
  • the embodiment of FIG. 3 and the rest of the Fig. 2 is particularly advantageous because a larger unsprung mass of the vehicle is avoided by the arrangement of the electric drive unit 1 in the drive train of the vehicle, since the electric drive unit 1 rather the sprung mass of Vehicle influenced.
  • the inner element 5 is designed to drive a wheel 51 of the motor vehicle 39, whereas in the two other embodiments the outer element 5 is designed to drive at least one wheel 51.
  • the outer element 5 is designed to drive at least one wheel 51.
  • the outer element 7 is an electric drive unit 1 connected to the differential 43 and from there via the shaft 45 to the internal combustion engine / transmission unit 41, not shown in FIG.
  • the area between the differential and the Eiektromaschine 3 thus forms quasi the drive section A.
  • the electric drive unit 1 allows both the inner member 5 and the outer member 7 of the electric machine 3 to function selectively as a rotor and as a stator, depending on the desired mode of operation. For this purpose, only an axial displacement of the double coupling element 47 in the direction of the axis of rotation D corresponding to the desired operating mode is necessary,
  • the double coupling member 47 is as mentioned preferably rotatably connected to the inner member 5 and thus allows by an axial displacement along the inner member 5 in the direction of the differential 43 a rotationally fixed connection between the inner member 5 and the outer member 7, so that these two Elements form a rigid connection, so a rigid drive.
  • the wheels 51 are exclusively by the
  • the outer element 7 is prevented from rotating by suitable fixing means, which for example can also be integrated in the double coupling element 47, so that the outer element 7 forms a stator.
  • suitable fixing means which for example can also be integrated in the double coupling element 47, so that the outer element 7 forms a stator.
  • the double coupling element 47 engages in an axial displacement in the direction of the differential 43 at this, so that the drive region A is blocked in this mode of operation are the
  • the electric drive unit 1 can be used as a generator by the inner element 5 at a rotational movement by suitable
  • Fixiermitte In particular, is prevented by the vehicle brake and the outer member 7 rotates indirectly driven by the internal combustion engine via the shaft 45 and the differential 43 to the inner member 5 around, so that a current is induced in the electric machine 3, which in this Operating mode preferably a battery or the like feeds.
  • the element acting as a stator should be fixed by suitable means, since otherwise it experiences electromagnetic forces due to the rotation of the rotor, which can cause it to rotate.
  • the electric Ant iebshim 1 serves as a starter of the engine by acting as an electric motor, in which in particular the outer member 7 to the non-rotatably fixed inner member 5 rotates so that the electric machine 3 functions as an external rotor motor.
  • the inner element 5 is preferably in this operating condition by the appropriate
  • Fixing in particular fixed by the vehicle brake.
  • the speed is reduced during driving of the motor vehicle by the internal combustion engine drives the vehicle, wherein the outer member 7 is rotated by the internal combustion engine in a rotary motion, while the electric machine 3 at the same time a part of the drive power of
  • Electric machine 3 fed whereby a speed difference arises, through which the engine can be driven in a favorable operating point.
  • both the inner element 5 and the outer element 7 can have suitable fixing devices, in particular brakes or the like blocking devices, so that the inner element 5 or the outer element 7 can act either as a stator or as a rotor, Es is understood that the drive of the electric drive unit 1 is not necessarily on the It is also conceivable that the drive or the coupling with another electric drive unit or the like is conceivable.
  • either the inner or the outer element is offset indirectly via the drive region A by the internal combustion engine into a rotational movement.
  • FIGS. 4 and 5 show the electric drive unit 1 according to FIGS. 2 and 3 in an enlarged view with different switching states of the switchable coupling means 47.
  • the Kupplungsmittei 47 is purely exemplary rotationally fixed to the drive portion A and thus connected to the inner member 5.
  • Der Antriebsmotor 6 ist mit dem Antriebswelle Aown.
  • the outer element 7 is connected to the output area B.
  • the coupling means 47 is in a deactivated state, whereby the drive region A and the output region B are decoupled from each other, so that no bridging of the electric machine 3 takes place and the two elements 5 and 7 consequently do not form a rigid unit, but rather relative Rotary movements can perform to each other.
  • the double coupling element 47 is shown in a closed or activated functional division by being displaced in the direction of the electric machine 3 along the axis of rotation D and thus engaging the inner element 5 and the outer element 7 form two elements a rigid unit and a drive of the wheels 51 only by means of the internal combustion engine 41 is possible.
  • the drive region A is non-rotatably connected to the output region B of the electric drive unit 1.
  • the drive region A is assigned here purely by way of example to the inner element 5. It is equally conceivable that the output region B is assigned to the inner element 5 and the drive region A to the outer element 7.
  • Fig. 6 shows a further embodiment of the invention. Purely by way of example is the drive portion A of the electric drive unit 1, the inner element 5 of
  • the output region B is assigned both the inner element 5 and also the outer element 7. While the inner member is formed quasi integral with the output portion B, the outer member 7 is non-rotatable with the
  • Output range B connected.
  • the inner and the outer element are rotatably mounted and thus both can be used either as a rotor or as a stator.
  • a coupling means 53 is provided, which on the output side, the shaft 45 passes through, the coupling means 53 is thus formed virtually integral with the output region B and cooperates exclusively with the inner member 5.
  • FIG. 6 shows the coupling means 47 in an open functional division, in which the drive region A and the output region B are decoupled from one another, as well as the inner and the outer element.
  • the electric machine 3 can operate in generator mode and thus serve as a generator, provided that the vehicle brake is applied and the outer member 7 is thus fixed. Furthermore, in this operating state is the
  • the coupling means 47 is disposed in the output region B between the inner member 5 and the connection point 54 of the outer member 7 with the output portion B.
  • a purely electric motor operation is possible by the embodiment of FIG. 6 by the inner member 5 is fixed with the coupling means 47 open by suitable, not shown in the figure means and thus acts as a stator.
  • the outer element 7 and thus connected to the wheels 51 output area B then performs under power supply from a rotational movement, which drive the wheels.
  • the electric machine 3 then works as an external rotor motor.
  • a further embodiment of the invention is shown, in which the outer member 7 is formed as a fixed stator which is rotatably held in a suitable bearing, not shown.
  • the coupling means is here formed in two parts and comprises a first coupling element 55a and a second
  • Coupling element 55b Both Kupplungsseiemente 55a and 55b are associated with the inner element 5 and enforce this, wherein the first Kupplungseiement 55a, the inner element 5 in the drive region A and the second coupling element 55b, the inner element 5 in the output region B passes.
  • Output range B connected and the electric motor 3 is bridged to the internal combustion engine drive.
  • the outer member 7 by supplying power to the outer member 7, it is possible to increase the rotational speed so that the rotational speeds of the internal combustion engine and the electric machine 3 are "added.” It is also possible to operate the electric machine 3 as a generator in this operating state that the speed of the internal combustion engine by a recuperation in the
  • Electric machine 3 can be reduced.
  • the electric machine 3 can therefore work in generator mode at standstill of the vehicle.
  • the electric drive unit 1 is then as a generator available. Furthermore, in this operating state, the electric drive unit 1 can serve as a starter.
  • FIG. 9 shows a further exemplary embodiment according to the invention, which in principle represents a combination of the exemplary embodiments according to FIGS. 6-8.
  • the coupling means is divided into two and has two coupling elements 55a and 55b.
  • the outer member 7 and the inner member 5 are rotatably mounted and may optionally serve as a rotor or as a stator.
  • the outer member comprises a circumferential circumferential projection 57, which passes through a brake member 59.
  • the drive region A is coupled in a rotationally fixed manner to the output region B, and the electric machine 3 is bridged, so that pure internal combustion engine operation can be achieved.
  • the clutch 61 is opened and the brake member 59 is activated, the Eiektromaschine 3 can operate simultaneously in the generator mode and thus serves as a generator.
  • a generator operation of the Eiektromaschine 3 is also possible when the vehicle is at rest, when the first Kupplungseiement 55 a closed, the second Kupplungseiement 55 b open, the clutch 61 is opened and the
  • Bremselement 59 is closed.
  • Embodiment according to FIGS. 2 to 5 are operated. It is therefore also referred to the description of the individual operating modes executed there.
  • the embodiment of the invention of Fig. 9 further allows an operating mode during an ICE drive in which the outer element is replaced by a recuperation, i. So a current return, for example, in a battery, accelerate and at a later time by a
  • a power feedback for example, in separately arranged wheel hub motors can decelerate on another axis, whereby the main shaft is accelerated to the inner member 5. Due to the rotational movement of the inner element 5 and the resulting electromagnetic forces, the outer element 7 mitbeatt with the brake 59 and clutch 61 open, so that the outer element forms a flywheel, which as
  • Energy storage is because a current can be recuperated by the movement of the outer member 7.
  • the outer element 7 thus serves in this operating mode as a flywheel energy storage.
  • the inner element 5 is used as flywheel energy storage.
  • Embodiment may be provided that to use the permanent magnet of the inner member 5 as a flywheel energy storage. As a result, are high
  • FIGS. 6 to 9 can be arranged in almost any part of the drive train of a vehicle and in the form of a vehicle
  • the electric machine is used as a generator by the present invention when the vehicle is stationary and the vehicle brake fixed, which is considered advantageous especially in agriculture.
  • the electric drive unit 1 fulfills a starter function, so that when the vehicle is stationary and the vehicle brake is stationary, the electric machine 3 can start the combustion engine 41.
  • the vehicle can only be driven by the electric machine 3 or it erfoigt a drive exclusively via the internal combustion engine.
  • the electric machine can also be used to support the internal combustion engine. Overall, a plurality of operating modes can be realized by the present invention, which allow a particularly efficient energy management of the vehicle.

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Abstract

An electric drive unit (1) for a motor vehicle (39) which has an internal combustion engine (41) is proposed, having: an electric machine (3), having an internal element (5) and an external element (7) which is arranged coaxially with respect to the latter, wherein at least the internal element (5) is mounted rotatably with respect to the external element (7); a drive region (A) which is connected to the electric machine (3) and which can be at least indirectly coupled to the internal combustion engine (41); an output region (B) which is connected to the electric machine (3) and which, in order to drive at least one wheel (51), can be coupled at least indirectly thereto, and coupling means (33, 47, 53, 55a, 55b) for releasing and forming a rotationally fixed connection between the drive region (A) and the output region (B) of the electric drive unit (1).

Description

Elektrische Antriebseinheit  Electric drive unit
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit für ein einen Verbrennungsmotor aufweisendes Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 22. The invention relates to an electric drive unit for a motor vehicle having a combustion engine according to the preamble of claim 1 and a motor vehicle according to the preamble of claim 22.
Im Bereich der Antriebstechnik von Kraftfahrzeugen ist es bekannt, Verbrennungsmotoren und Elektromotoren zu so genannten Hybridantrieben zu vereinen, da sie sich unter verschiedenen Betriebsbedingungen hinsichtlich ihrer Leistungscharakteristik besonders gut ergänzen. In Kraftfahrzeugen, die sowohl einen In the field of drive technology of motor vehicles, it is known to combine internal combustion engines and electric motors into so-called hybrid drives, since they complement each other very well under various operating conditions with regard to their performance characteristics. In motor vehicles, both a
Verbrennungsmotor als auch eine Elektromaschine aufweisen, ebenso wie bei Fahrzeugen mit reinem Elektroantrieb wird die Elektromaschine je nach Bedarf als Motor oder als Generator betrieben. Die elektromagnetisch wirksamen Komponenten der Elektromaschine sind dabei fest aufgeteilt in einen Rotor und in einen Stator. Die Elektromaschinen der bekannten Art, die mit einem Verbrennungsmotor eines Combustion engine as well as an electric machine have, as well as in vehicles with pure electric drive, the electric machine is operated as needed as a motor or as a generator. The electromagnetically active components of the electric machine are firmly divided into a rotor and a stator. The electric machines of the known type, with an internal combustion engine of a
Kraftfahrzeugs zusammenwirken, weisen insgesamt nur eine begrenzte Flexibilität in ihrer Anwehdung auf. Motor vehicle cooperate, all in all, only a limited flexibility in their Anwehdung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektrische Antriebseinheit für ein einen Verbrennungsmotor aufweisendes Kraftfahrzeug zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und die besonders vielseitig einsetzbar ist. Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird eine elektrische Antriebseinheit für ein einen Verbrennungsmotor aufweisendes Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Object of the present invention is therefore to provide an electric drive unit for a motor vehicle having a motor vehicle, which is inexpensive to produce and which is particularly versatile. To solve the above object, an electric drive unit for a motor vehicle having a motor vehicle is proposed, which has the features of claim 1.
Die elektrische Antriebseinheit ist zum Einsatz in einem einen Verbrennungsmotor aufweisenden Kraftfahrzeug vorgesehen und weist eine Elektromaschine auf, die ein inneres Element und ein koaxial dazu angeordnetes äußeres Element aufweist, wobei zumindest das innere Element drehbar zu dem äußeren Element gelagert ist. Denkbar ist es auch, dass beide Elemente drehbar zueinander gelagert sind, so dass sowohl das äußere als auch das innere Element wahlweise als Stator oder als Rotor einsetzbar ist Weiterhin weist die elektrische Antriebseinheit einen mit der The electric drive unit is intended for use in a motor vehicle having an internal combustion engine and has an electric machine which has an inner element and an outer element arranged coaxially therewith, wherein at least the inner element is rotatably mounted to the outer element. It is also conceivable that both elements are rotatably mounted to each other, so that both the outer and the inner member is optionally used as a stator or as a rotor Furthermore, the electric drive unit with a
Elektromaschine verbundenen Antriebsbereich auf, der mit dem Verbrennungsmotor zumindest mittelbar koppelbar ist und somit durch den Verbrennungsmotor Electric machine connected to the drive range, which is at least indirectly coupled to the engine and thus by the internal combustion engine
angetrieben wird. Außerdem weist die elektrische Antriebseinheit einen mit der Elektromaschine verbundenen Abtriebsbereich auf, der zum Antreiben wenigstens eines Rads zumindest mittelbar mit diesem koppelbar ist. Der Antriebsbereich dient somit zum Antreiben wenigstens eines Rads und ist zu diesem Zweck zumindest über Zwischenwellen oder dergleichen mit diesem verbunden. Der Antriebsbereich und der Abtriebsbereich schließen die Elektromaschine quasi ein, d.h. dass der Antriebsbereich und der Abtriebsbereich entlang einer Drehachse der Elektromaschine angeordnet sind, wobei der Antriebsbereich auf einer Seite der Elektromaschine und der is driven. In addition, the electric drive unit has an output region connected to the electric machine, which can be coupled to drive at least one wheel at least indirectly thereto. The drive region thus serves to drive at least one wheel and is connected for this purpose at least via intermediate shafts or the like with this. The driving area and the driven area, so to speak, include the electric machine, i. in that the drive region and the output region are arranged along an axis of rotation of the electric machine, wherein the drive region is arranged on one side of the electric machine and
Abtriebsbereich auf der gegenüberliegenden Seite der Elektromaschine angeordnet sind. Gemäß der Erfindung weißt die Antriebseinheit wenigstens ein Kupplungsmittel zum Lösen und Herstellen einer drehfesten Verbindung zwischen ihrem Abtriebsbereich are arranged on the opposite side of the electric machine. According to the invention, the drive unit knows at least one coupling means for releasing and producing a non-rotatable connection between it
Antriebsbereich und ihrem Abtriebsbereich auf. Drive range and its output range on.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist noch vorgesehen, dass das äußere Element und das innere Element koaxial zueinander, also auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, dass jedoch die beiden Elemente in Richtung der In one embodiment of the invention, it is also provided that the outer element and the inner element are arranged coaxially to each other, that is, on a common axis, but that the two elements in the direction of
gemeinsamen Achse, insbesondere der Drehachse der Elektromaschine gesehen, hintereinander angeordnet sind. In diesem Fall kann das innere Element common axis, in particular the axis of rotation of the electric machine seen, are arranged one behind the other. In this case, the inner element
beispielsweise als ein vorderes Element und das äußere Element der Elektromaschine als ein hinteres Element in Bezug auf die Drehachse der Elektromaschine ausgebildet sein. Die Elektromaschine durchsetzt bei dieser Ausführungsform beispielsweise eine Antriebswelle, wobei das vordere Element und das hintere Element vorzugsweise im Wesentlichen gleiche Durchmesser aufweisen. Die Bezeichnung„äußeres Element" und„inneres Element" wirkt bei dieser Ausführungsform nicht beschränkend in Bezug auf die Anordnung der Teiie. for example, as a front member and the outer member of the electric machine may be formed as a rear member with respect to the rotation axis of the electric machine. The electric machine penetrates in this embodiment, for example, a drive shaft, wherein the front element and the rear element preferably have substantially the same diameter. The term "outer element" and "inner element" in this embodiment does not limit the arrangement of the part.
Die elektrische Antriebseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich in einfacher Art und Weise in den Triebstrang eines Kraftfahrzeugs integrieren und ermöglicht aliein oder in Kombination mit dem Verbrennungsmotor eine Vielzahl von Betriebsarten, die ein effizientes Energiemanagement des Fahrzeugs ermöglichen. Beispielsweise kann die elektrische Antriebseinheit sowohl als Motor als auch als Generator arbeiten. Vorteilhaft ist auch, dass die elektrische Antriebseinheit wahlweise einen rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb und einen rein The electric drive unit according to the present invention can be easily integrated into the driveline of a motor vehicle and, alin or in combination with the internal combustion engine, enables a variety of modes that enable efficient energy management of the vehicle. For example, the electric drive unit can work both as a motor and as a generator. It is also advantageous that the electric drive unit optionally a purely internal combustion engine driving and a pure
elektrischen Fahrbetrieb ermöglicht, wobei bei dem rein verbrennungsmotorischen Betrieb besonders vorteilhaft ist, dass durch die Kupplungsmittel ein Schlupf verhindert wird. Durch die elektrische Antriebseinheit ist es weiterhin möglich, dass die Eiektromaschine den Verbrennungsmotor beim Vortrieb des Kraftfahrzeugs unterstützt, indem er als Motor arbeitet, so dass die Gesamtleistung des Kraftfahr¬ zeugs erhöht wird. Denkbar ist es aber umgekehrt auch, dass die Eiektromaschine beim Beschleunigen des Fahrzeugs durch den Verbrennungsmotor im Generator¬ betrieb arbeitet und einen Teil der Beschleunigungsleistung abgreift. Die elektrische Antriebseinheit kann darüber hinaus auch als Anlasser für das Kraftfahrzeug genutzt werden. Eine Realisierung der oben ausgeführten Betriebsarten der elektrischen Antriebseinheit in Kombination mit dem Verbrennungsmotor ist insbesondere dadurch möglich, dass wahlweise das innere Element oder das äußere Element die Rolle des Stators oder des Rotors übernimmt. Weiterhin lässt sich ein rein allows electrical driving operation, wherein in the pure combustion engine operation is particularly advantageous that slippage is prevented by the coupling means. By the electric drive unit, it is also possible that the Eiektromaschine supports the engine during the propulsion of the motor vehicle by working as a motor, so that the overall performance of the motor vehicle ¬ is increased. It is conceivable, but, conversely, that the Eiektromaschine when accelerating the vehicle operates by the internal combustion engine in the generator operation, and ¬ taps off a portion of the acceleration performance. The electric drive unit can also be used as a starter for the motor vehicle. A realization of the above-mentioned modes of operation of the electric drive unit in combination with the internal combustion engine is in particular possible in that optionally the inner element or the outer element takes over the role of the stator or the rotor. Furthermore, a pure
verbrennungsmotorischer Betrieb durch das oder die Kupplungsmittel realisieren, welches den Abtriebsbereich der Antriebseinheit drehfest ihrem Antriebsbereich verbindet und so einen starren Durchtrieb zwischen dem Verbrennungsmotor und den Rädern schafft. Schließlich kann die elektrische Antriebseinheit in nahezu jedes beliebige Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor integriert werden, insbesondere in PKW, aber auch in LKW, Landfahrzeuge, Müllfahrzeuge oder dergleichen. realize internal combustion engine operation by the one or more coupling means, which rotatably connects the output region of the drive unit to its drive region and thus creates a rigid drive between the engine and the wheels. Finally, the electric drive unit can be integrated in almost any motor vehicle with internal combustion engine, especially in cars, but also in trucks, land vehicles, garbage trucks or the like.
Die elektrische Antriebseinheit weist vorzugsweise Fixiermittel zum selektiven The electric drive unit preferably has fixing means for selective
Verhindern einer Drehbewegung des inneren oder des äußeren Elements auf, so dass das innere Element und das äußere Element wahlweise als Rotor oder als Stator betreibbar sind. Die Fixiermittel sind vorzugsweise als geeignete Bremsen oder Blockiervorrichtungen ausgebildet, die entweder das innere Element oder das äußere Element drehfest blockieren, d.h. zumindest temporär an einer Drehbewegung hindern. Besonders bevorzugt wird auch eine elektrische Antriebseinheit, bei der der Preventing rotation of the inner or outer member so that the inner member and the outer member are selectively operable as a rotor or as a stator. The fixing means are preferably designed as suitable brakes or blocking devices which block either the inner member or the outer member rotationally fixed, ie prevent at least temporarily from rotating. Particularly preferred is also an electric drive unit, in which the
Abtriebsbereich mit dem inneren Element der Eiektromaschine verbunden ist oder anders ausgedrückt dem inneren Element zugeordnet ist. Denkbar ist es jedoch genauso, dass der Abtriebsbereich dem äußeren Element der Eiektromaschine zugeordnet ist, d.h. mit diesem in Verbindung steht. Genauso kann der Output section is connected to the inner element of the Eiektromaschine or in other words is associated with the inner element. However, it is conceivable that the output area is assigned to the outer element of the electric machine, i. E. communicates with this. Likewise, the
Antriebsbereich mit dem inneren Element der Eiektromaschine verbunden sein, oder aber der Antriebsbereich ist mit dem äußeren Element der Eiektromaschine Drive area to be connected to the inner element of the Eiektromaschine, or the drive area is connected to the outer element of the Eiektromaschine
verbunden. Es sind also mehrere Konstellationen denkbar, in denen die Elemente der Eiektromaschine dem An- und Abtriebsbereich zugeordnet sein können. connected. So there are several constellations conceivable in which the elements of Eiektromaschine can be assigned to the input and output range.
Vorzugsweise ist noch vorgesehen, dass das Kupplungsmittel drehfest mit dem äußeren Element verbunden ist und im aktivierten Zustand zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen dem Antriebsbereich und dem Abtriebsbereich an dem inneren Element angreift. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Kuppiungsmittel drehfest mit dem inneren Element verbunden ist und im aktivierten Zustand zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen dem Antriebsbereich und dem Abtriebsbereich an dem äußeren Element angreift. Es versteht, sich, dass das Kupplungsmittel gleichzeitig dazu ausgelegt ist, eine drehfeste Verbindung zwischen dem Abtriebsbereich und dem Antriebsbereich der Eiektromaschine zu lösen, so dass der Abtriebsbereich und der Antriebsbereich unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren können. Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Preferably, it is also provided that the coupling means is rotatably connected to the outer element and engages in the activated state for producing a rotationally fixed connection between the drive region and the output region on the inner element. In another embodiment of the invention, however, can also be provided that the Kuppiungsmittel is rotatably connected to the inner member and engages in the activated state for producing a rotationally fixed connection between the drive portion and the output portion of the outer member. It is understood that the coupling means is simultaneously designed to release a rotationally fixed connection between the output region and the drive region of the electric motor, so that the output region and the drive region can rotate independently of one another at different rotational speeds. In a further embodiment it can be provided that the
Kuppiungsmittel das innere Element antriebsseitig oder abtriebsseitig durchsetzt. Schließlich wird noch eine weitere Ausführungsform bevorzugt, bei der die Coupling the inner element on the drive side or driven side passes through. Finally, another embodiment is preferred in which the
Kupplungsmittel quasi zweiteilig ausgebildet sind und ein erstes Kupplungseiement und ein zweites Kupplungselement umfassen, wobei das erste Kupplungselement das innere Element antriebsseitig durchsetzt und das zweite Kupplungselement das innere Element abtriebsseitig durchsetzt. Coupling means are formed quasi two-part and comprise a first Kupplungsseiement and a second coupling element, wherein the first coupling element passes through the inner element on the drive side and the second coupling element passes through the inner element on the output side.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das innere Element oder das äußere Element zumindest indirekt durch den Verbrennungsmotor, also beispielsweise durch den Getriebeabtrieb in Drehbewegung versetzbar ist, während das jeweils andere Element zum Antrieb wenigstens eines Rads des In a preferred embodiment of the invention it is provided that the inner element or the outer element is at least indirectly displaceable by the internal combustion engine, so for example by the transmission output in rotary motion, while the other element for driving at least one wheel of the
Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Auch hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, dass das innere Element und das äußere Element wahlweise als Stator oder als Rotor dienen können. Hierbei ist vorzugsweise noch vorgesehen, dass das innere Element und das äußere Element drehbar zueinander gelagert sind. Motor vehicle is formed. This also makes it possible in an advantageous manner that the inner element and the outer element optionally as a stator or as a rotor can serve. Here, it is preferably still provided that the inner member and the outer member are rotatably mounted to each other.
Eine weitere Ausführungsform kann so ausgebildet sein, dass das innere Element als Rotor und das äußere Element als Stator ausgebildet ist und das innere Element mit dem Verbrennungsmotor und mit wenigstens einem Rad koppelbar ist, d.h. also dass das innere Element mit dem Antriebsbereich und mit dem Abtriebsbereich verbunden ist, während das äußere Element mit keinem der beiden Elemente verbunden ist. Denkbar ist es bei dieser Ausführungsform jedoch auch, dass das äußere Element mit dem Abtriebsbereich verbunden ist, so dass also sowohl das innere Element als auch das äußere Element mit dem Abtriebsbereich verbunden sind. A further embodiment may be configured such that the inner element is designed as a rotor and the outer element as a stator and the inner element can be coupled to the internal combustion engine and to at least one wheel, i. that is, the inner member is connected to the drive portion and the driven portion, while the outer member is not connected to either member. However, it is also conceivable in this embodiment that the outer element is connected to the output region, so that therefore both the inner element and the outer element are connected to the output region.
Besonders bevorzugt wird eine Elektromaschine, deren inneres Element Permanentmagneten und deren äußeres Element ein Wicklungspaket aufweist. Das Wicklungspaket des äußeren Elements wird vorzugsweise über Schleifkontakte gespeist, die im blockierten Betrieb, wenn also die Kupplungsmittel aktiviert sind und das innere Element und das äußere Element drehfest verbinden, von der Welle wegverlagert, insbesondere weggeschwenkt oder weggeklappt werden. Die Schleifkontakte sind also vorzugsweise von einer ersten in eine zweite Funktionsstellung verlagerbar, wenn das innere Element und das äußere Element einen starren Durchtrieb bilden, um einen reinen verbrennungsmotorischen Betrieb zu realisieren. Durch das Wegklappen der Schleifkontakte werden ein unnötiger Verschleiß, Reibung und unerwünschte Particularly preferred is an electric machine whose inner element has permanent magnets and whose outer element has a winding package. The winding package of the outer element is preferably fed via sliding contacts, which in the blocked operation, ie when the coupling means are activated and connect the inner member and the outer member rotationally fixed, displaced away from the shaft, in particular pivoted away or folded away. The sliding contacts are thus preferably displaceable from a first to a second functional position, when the inner element and the outer element form a rigid drive to realize a pure internal combustion engine operation. By folding away the sliding contacts are unnecessary wear, friction and unwanted
Geräusche vermieden, wenn der Elektromotor nicht zum Einsatz kommt. Die Schleifkontakte haben darüber hinaus den Vorteil, dass keine aufwändige elektrische Ansteuerung der Elektromaschine benötigt wird. Noise is avoided when the electric motor is not used. The sliding contacts have the additional advantage that no complex electrical control of the electric machine is needed.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das innere Element der Elektromaschine mit dem Getriebeabtrieb koppelbar ist. Das äußere Element ist dann vorzugsweise mit dem Differential verbunden und ist auf diese Weise zum Antrieb wenigstens eines Rads des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Die Anordnung der In one embodiment of the invention it is provided that the inner element of the electric machine can be coupled to the transmission output. The outer element is then preferably connected to the differential and is designed in this way for driving at least one wheel of the motor vehicle. The arrangement of
elektrischen Antriebseinheit zwischen dem Verbrennungsmotor bzw. zwischen dem Getriebe und dem Differential ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise eine einzige elektrische Antriebseinheit ausreicht, um einen Vielzahl von Funktionen und Betriebsarten zu realisieren. Electric drive unit between the engine or between the transmission and the differential is particularly advantageous because in this way a single electric drive unit is sufficient to realize a variety of functions and modes.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das innere Element der Elektromaschine mit einer einem Rad zugeordneten Kreuzgeienkwelle verbindbar ist. Schließlich ist noch besonders vorteilhaft, dass die Elektromaschine als Motor und als Generator betreibbar ist, wobei im Generatorbetrieb gewonnene In a further embodiment of the invention, it is provided that the inner element of the electric machine with a Kreuzgeienkwelle associated with a wheel is connectable. Finally, it is particularly advantageous that the electric machine can be operated as a motor and as a generator, wherein obtained in the generator mode
Energie eine Batterie speisen kann und/oder wenigstens einer weiteren Antriebsmaschine oder dergleichen zuführbar ist. Energy can feed a battery and / or at least one other drive machine or the like can be fed.
Schließlich ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das innere Element der Elektromaschine mit einer Nabe und einem damit Finally, in a further embodiment of the invention, it is provided that the inner element of the electric machine with a hub and a so
verbundenen Adapterelement eines spezieilen Radsatzes verbindbar ist, so dass die elektrische Antriebseinheit zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig in einen Radsatz integrierbar ist. Das äußere Element der Elektromaschine ist dann connected adapter element of a spezieilen wheelset is connectable, so that the electric drive unit is at least partially, preferably completely integrated into a wheelset. The outer element of the electric machine is then
vorzugsweise mit der Felge des Radsatzes verbindbar. preferably connectable to the rim of the wheelset.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird auch ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem Getriebe und einem Differential mit den Merkmalen des Anspruchs 22 vorgeschlagen. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass es eine mit dem Verbrennungsmotor zusammenwirkende elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 21 aufweist. Hierdurch ergeben sich die oben bereits ausgeführten Vorteile. To solve the above object, a motor vehicle with an internal combustion engine, a transmission and a differential with the features of claim 22 is proposed. The motor vehicle is characterized in that it has a cooperating with the internal combustion engine electric drive unit according to one of claims 1 to 21. This results in the advantages already outlined above.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Antriebseinheit in dem Antriebsstrang des Fahrzeugs zwischen dem Verbrennungsmotor oder dem Getriebe und dem Differential angeordnet ist. In a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the electric drive unit is arranged in the drive train of the vehicle between the internal combustion engine or the transmission and the differential.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass jeweils eine elektrische Antriebseinheit im Antriebsstrang des Fahrzeugs zwischen dem Differential und einem zugeordneten Rad angeordnet ist. Ein Element der Elektromaschine der elektrischen Antriebseinheit ist dann vorzugsweise mit dem Differential und das andere Element mit der Kreuzgeienkwelle verbunden. Insgesamt ist es besonders vorteilhaft, dass die elektrische Antriebseinheit als Zwischenelement in eine durch den Verbrennungsmotor angetriebene Welle integriert ist. In a further embodiment of the invention it is provided that in each case an electric drive unit is arranged in the drive train of the vehicle between the differential and an associated wheel. One element of the electric machine of the electric drive unit is then preferably connected to the differential and the other element to the Kreuzgeienkwelle. Overall, it is particularly advantageous that the electric drive unit is integrated as an intermediate element in a shaft driven by the internal combustion engine.
Weiterhin kann eine Ausführungsform vorgesehen sein, bei der die elektrische Furthermore, an embodiment may be provided in which the electrical
Antriebseinheit zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig in einen Radsatz integriert ist, der eine Felge und eine Nabe aufweist, die drehbeweglich miteinander verbunden sind. Die Antriebseinheit weist dann vorzugsweise in den Radsatz integrierte schaltbare Kupplungsmitte! zum drehfesten Verbinden des inneren und des äußeren Elements auf, Vorzugsweise ist das innere Element mit der Nabe und das äußere Element mit der Felge des Radsatzes verbunden. Drive unit is at least partially, but preferably completely integrated into a wheel, which has a rim and a hub, which are rotatably connected to each other. The drive unit then preferably has switchable clutch center integrated in the wheelset! for non-rotatable connection of the inner and the Preferably, the inner member is connected to the hub and the outer member to the rim of the wheelset.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer in einen Radsatz Fig. 1 is a schematic sectional view of a in a wheelset
integrierten elektrischen Antriebseinheit gemäß einer ersten  integrated electric drive unit according to a first
Ausführungsform der Erfindung;  Embodiment of the invention;
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einer zwischen Fig. 2 is a schematic plan view of a motor vehicle with an intermediate
Getriebe und Differential angeordneten elektrischen Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;  Transmission and differential arranged electric drive unit according to a second embodiment of the invention;
Fig. 3 eine schematische Darstellung zweier zwischen dem Differential und den Kreuzgelenkwellen der Räder angeordneten elektrischen Fig. 3 is a schematic representation of two arranged between the differential and the universal joint of the wheels electrical
Antriebseinheiten gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;  Drive units according to a third embodiment of the invention;
Fig. 4 eine schematische Detailansicht der elektrischen Antriebseinheit Fig. 4 is a schematic detail view of the electric drive unit
gemäß Fig. 3 in einem ersten Betriebszustand;  according to FIG. 3 in a first operating state;
Fig. 5 eine schematische Detailansicht der elektrischen Antriebseinheit Fig. 5 is a schematic detail view of the electric drive unit
gemäß Fig. 3 in einem zweiten Betriebszustand;  in a second operating state according to FIG. 3;
Fig. 6 eine schematische Detailansicht der elektrischen Antriebseinheit Fig. 6 is a schematic detail view of the electric drive unit
gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Betriebszustand,  according to a fourth embodiment of the invention in a first operating state,
Fig. 7 eine schematische Detailansicht der elektrischen Anträebseinheit Fig. 7 is a schematic detail view of the electrical Anträebseinheit
gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung in einem zweiten Betriebszustand;  according to the fourth embodiment of the invention in a second operating condition;
Fig. 8 eine schematische Detailansicht der elektrischen Antriebseinheit Fig. 8 is a schematic detail view of the electric drive unit
gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, und  according to a fifth embodiment of the invention, and
Fig. 9 eine schematische Detailansicht der elektrischen Antriebseinheit Fig. 9 is a schematic detail view of the electric drive unit
gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 1 zeigt eine elektrische Antriebseinheit 1 nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die elektrische Antriebseinheit 1 umfasst eine Elektromaschine 3, die ein inneres Element 5 und ein dazu koaxial angeordnetes äußeres, d.h. radial according to a sixth embodiment of the invention. Fig. 1 shows an electric drive unit 1 according to a first embodiment of the invention. The electric drive unit 1 comprises an electric machine 3 which has an inner element 5 and a coaxially arranged outer, ie radial
außenliegendes Element 7 aufweist. Weiterhin weist die elektrische Antriebseinheit 1 Fixierungen auf, die ein selektives Blockieren einer Drehbewegung des inneren Elements 5 oder des äußeren Elements 7 bewirken, so dass das innere Element 5 und das äußere Element 7 wahlweise als Rotor und als Stator betreibbar sind, wie später noch näher erläutert wird. outer element 7 has. Furthermore, the electric drive unit 1 has fixations which effect a selective blocking of a rotational movement of the inner element 5 or of the outer element 7, so that the inner element 5 and the outer element 7 can be selectively operated as a rotor and as a stator, as will be described later is explained.
Von den Fixiermitteln ist hier lediglich eine Bremsvorrichtung 9 erkennbar, die zum Verhindern einer Drehbewegung des inneren Elements 5 dient, so dass also bei einer Aktivierung oder Betätigung der Bremsvorrichtung 9 das innere Element 5 der Elektromaschine 3 zum Stator wird. Die Bremsvorrichtung 9 ist an der Radaufhängung 11 befestigt und greift an einem in Umfangsrichtung umlaufenden Vorsprung des Wellenfortsatzes 13 an, der mit dem Achswellenantrieb bzw. mit der Kreuzgelenkwelle 15 verbunden ist, die wiederum mit dem hier nicht dargestellten Differential über das Getriebe mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist. Sofern die Bremsvorrichtung 9 gelöst ist und eine schaltbare Kupplung 17 aktiviert ist, welche die Kreuzgelenkweile 15 mit dem inneren Element 5 verbindet, kann über den Verbrennungsmotor, das Getriebe, das Differential und den Achswellenantrieb 15 eine Drehbewegung des inneren Elements 5 bewirkt werden. Of the fixing means here only a braking device 9 can be seen, which serves to prevent rotational movement of the inner member 5, so that when an activation or actuation of the braking device 9, the inner member 5 of the electric machine 3 to the stator. The brake device 9 is attached to the suspension 11 and engages a peripheral circumferential projection of the shaft extension 13, which is connected to the Achswellenantrieb or with the universal joint shaft 15, which in turn connected to the differential, not shown here via the transmission to the engine is. If the brake device 9 is released and a switchable coupling 17 is activated, which connects the Kreuzgelenkweile 15 with the inner member 5, 15, a rotational movement of the inner member 5 can be effected via the engine, the transmission, the differential and the Achswellenantrieb.
Die elektrische Antriebseinheit 1 ist in Fig. 1 gemäß einer ersten Ausführungsform zumindest bereichsweise, nämlich insbesondere mit der Elektromaschine 3 in einen speziellen Radsatz 19 integriert. Der Radsatz 19 umfasst eine Felge 21, die einen Reifen 23 trägt und eine Nabe 25, wobei die Nabe 25 und die Felge 21 über ein Lager 27, insbesondere ein Wälzlager, drehbar miteinander verbunden sind. Die Fig. 1 macht deutlich, dass die Nabe 25 durch das radial inneniiegende Element des Lagers 27 gebildet wird. The electric drive unit 1 is integrated into a special wheel set 19 at least in regions, namely, in particular, with the electric machine 3 in FIG. 1 according to a first embodiment. The wheel set 19 comprises a rim 21, which carries a tire 23 and a hub 25, wherein the hub 25 and the rim 21 are rotatably connected to each other via a bearing 27, in particular a rolling bearing. FIG. 1 makes it clear that the hub 25 is formed by the radially inward-lying element of the bearing 27.
Der Radsatz 19 ist über ein Adapterelement 29 mit der Radnabe 31 eines beliebigen Fahrzeugs verbindbar. Hierzu ist das Adapterelement 29 derart ausgebildet und weist insbesondere eine Lochkreiszahl und entsprechende Durchmesser auf, die auf einen bestimmten Fahrzeugtyp abgestimmt sind, so dass der spezielle Radsatz 19 mit nahezu jedem beliebigen Fahrzeug verbindbar ist. Das Adapterelement 29 ist passend in die Nabe 25 einführbar und gegen eine axiale Verschiebung gegenüber der Nabe 25 gesichert. Das Adaptereiement 29 und die Nabe 25 sind im Übrigen vorzugsweise drehfest miteinander verbunden. The wheelset 19 is connectable via an adapter element 29 to the wheel hub 31 of any vehicle. For this purpose, the adapter element 29 is designed such and in particular has a pitch circle number and corresponding diameter, which are tuned to a particular vehicle type, so that the special wheelset 19 with almost any vehicle is connectable. The adapter element 29 is fittingly inserted into the hub 25 and against an axial displacement relative to the hub 25th secured. The Adaptereiement 29 and the hub 25 are preferably connected to each other preferably non-rotatably.
Darüber hinaus macht die Fig. 1 deutlich, dass das äußere Element 7 der elektrischen Antriebseinheit 1 an einer Innenfläche der Felge 21 angeordnet ist, wobei das äußere Element 7 sich ringförmig an der Innenfläche der Felge 21 erstreckt. Das innere Element 5 ist hingegen an dem Adapterelement 29 befestigt Denkbar ist es selbstverständlich auch, dass das innere Element 5 an der Radnabe 31 oder unmittelbar an der Nabe 25 angeordnet ist. Durch das Lager 27, welches die Nabe 25 und damit das Adapterelement 29 drehbar mit der Feige 21 verbindet, ist auch das innere Element 5 relativ zu dem äußeren Element 7 drehbar gelagert. In addition, FIG. 1 makes it clear that the outer member 7 of the electric drive unit 1 is disposed on an inner surface of the rim 21, the outer member 7 extending annularly on the inner surface of the rim 21. Conversely, it is conceivable that the inner element 5 is arranged on the wheel hub 31 or directly on the hub 25. By the bearing 27, which connects the hub 25 and thus the adapter element 29 rotatably connected to the Fig 21, and the inner member 5 is rotatably mounted relative to the outer member 7.
Die elektrische Ant iebseinheit 1 weist einen Antriebsbereich A auf, der bei der Ausführungsform nach Fig. 1 mit dem inneren Element 5 in Verbindung steht und im Wesentlichen durch die Kreuzgelenkwelle 15, den Wellenfortsatz 13 das The electric ant iebseinheit 1 has a drive region A, which is in the embodiment of FIG. 1 with the inner element 5 in conjunction and essentially by the universal joint shaft 15, the shaft extension 13 the
Adapterelement 29 und die Nabe 25 gebildet wird. Weiterhin weist die elektrische Antriebseinheit 1 einen Abtriebsbereich B auf, der mit dem äußeren Element 7 verbunden ist und im Wesentlichen durch die Felge 21 gebildet wird. Adapter element 29 and the hub 25 is formed. Furthermore, the electric drive unit 1 has an output region B, which is connected to the outer element 7 and is essentially formed by the rim 21.
Die elektrische Antriebseinheit 1 umfasst weiterhin ein Kupplungsmittel 33, das eine drehfeste Verbindung zwischen dem Antriebsbereich A und dem Abtriebsbereich B de elektrischen Antriebseinheit 1 lösen oder herstellen kann, wodurch gleichzeitig eine drehfeste Verbindung zwischen dem inneren Element 5 und dem äußeren Element 7 bewirkt wird. Hierzu ist das Kupplungsmittel 33 drehfest mit dem Abtriebsbereich B, nämlich mit der Felge 21 verbunden und schaltbar ausgelegt, so dass bei Aktivieren des Kupplungsmittels 33 dieses an einer Stirnseite 35 des Adapterelements 29, also an dem Antriebsbereich A angreift und somit eine drehfeste Verbindung zwischen den beiden Elementen schaffen kann. The electric drive unit 1 further comprises a coupling means 33, which can solve or establish a rotationally fixed connection between the drive portion A and the output portion B de electric drive unit 1, whereby simultaneously a rotationally fixed connection between the inner member 5 and the outer member 7 is effected. For this purpose, the coupling means 33 is non-rotatably connected to the output area B, namely connected to the rim 21 and switchable, so that upon activation of the coupling means 33 this acts on an end face 35 of the adapter element 29, ie on the drive region A and thus a rotationally fixed connection between the can create both elements.
Die Radaufhängung Ii ist über ein Lager 37 mit dem die schaltbare Kupplung 17 aufweisenden Wellenfortsatz 13 verbunden, so dass bei einer gelösten The suspension Ii is connected via a bearing 37 with the switchable coupling 17 having shaft extension 13, so that when a dissolved
Bremsvorrichtung 9 und einer aktivierten Kupplung 17 eine Drehbewegung des Wellenfortsatzes 13, des Adapterelements 29 und der Nabe 25 und damit des inneren Elements 5 resultiert, sofern der Verbrennungsmotor läuft. Braking device 9 and an activated clutch 17, a rotational movement of the shaft extension 13, the adapter element 29 and the hub 25 and thus the inner member 5 results, if the engine is running.
Das innere Element 5 weist vorzugsweise einen Permanentmagneten auf bzw. ist als solcher ausgelegt, während das äußere Element 7 vorzugsweise als Wickiungspaket ausgelegt ist, welches über Schleifkontakte gespeist werden kann. Sofern das The inner element 5 preferably has a permanent magnet or is designed as such, while the outer element 7 preferably as a Wickiungspaket is designed, which can be fed via sliding contacts. If that
Kupplungsmittel 33 aktiviert ist und damit eine relative Drehbewegung zwischen dem inneren Element 5 und dem äußeren Element 7 ausgeschlossen ist, können die Schleifkontakte weggeschwenkt oder -geklappt werden, wodurch ein unnötiger Verschleiß, Reibung und Geräusche vermieden werden, Sofern das Kupplungsmittel 33 also aktiviert ist, ist das innere Element 5 mit dem äußeren Element 7 starr verbunden und bildet einen starren Durchtrieb. Coupling means 33 is activated and thus a relative rotational movement between the inner member 5 and the outer member 7 is excluded, the sliding contacts can be swiveled away or -geklappt, whereby unnecessary wear, friction and noise are avoided, If the coupling means 33 is thus activated, the inner member 5 is rigidly connected to the outer member 7 and forms a rigid drive.
Insgesamt zeigt sich, dass die Elektromaschine 3 quasi einen Radnabenmotor bildet, wobei jedoch das innere Element 5 und das äußere Element 7 wahlweise als Rotor oder als Stator fungieren können. Das innere Element 5 und das äußere Element 7 bilden somit einen„Doppelrotor", Die Fixiermittel, welche eine Blockierung des inneren Elements 5 und das äußere Element 7 zulassen, werden in der Overall, it turns out that the electric machine 3 virtually forms a wheel hub motor, but the inner element 5 and the outer element 7 can optionally function as a rotor or as a stator. The inner element 5 and the outer element 7 thus form a "double rotor". The fixing means, which allow a blocking of the inner element 5 and the outer element 7, are described in US Pat
Ausführungsform nach Fig. 1 durch die Bremsvorrichtung 9 gebildet, die eine Embodiment of FIG. 1 formed by the braking device 9, a
Blockierung des inneren Elements 5 bewirken kann, und durch die in Fig. 1 nicht dargestellte Fahrzeugbremse, die eine Blockierung des äußeren Elements 7 bewirken kann. Blocking of the inner member 5 can cause, and by the vehicle brake, not shown in Fig. 1, which can cause a blocking of the outer member 7.
Die Anordnung der Elektromaschine, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, erhöht das Gewicht eines Rads und hat somit einen Einfluss auf die ungefederte Masse des Fahrzeugs, Daher müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden, damit das Fahrverhalten aufgrund der schwereren Räder nicht beeinträchtigt wird. Derartige Maßnahmen sind bereits im Stand der Technik in Zusammenhang mit herkömmlichen Radnabenmotoren diskutiert worden, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden soll. The arrangement of the electric machine, as shown in Fig. 1, increases the weight of a wheel and thus has an influence on the unsprung mass of the vehicle, therefore, appropriate measures must be taken so that the driving performance is not affected due to the heavier wheels. Such measures have already been discussed in the prior art in connection with conventional wheel hub motors, so that will not be discussed further here.
Vorzugsweise werden nur die beiden„normalen" Vorderreifen eines Fahrzeugs jeweils durch einen in Fig, 1 gezeigten Radsatz 19 ersetzt, sofern das Fahrzeug einen Preferably, only the two "normal" front tires of a vehicle are replaced by a wheel set 19 shown in Fig. 1, if the vehicle has a
Frontantrieb aufweist. Entsprechendes kann selbstverständlich auch für ein Fahrzeug mit Hinterantrieb oder Allradantrieb gelten. Durch die elektrische Antriebseinheit 1 gemäß der Erfindung lassen sich zahlreiche Betriebsmodi realisieren, insbesondere durch die Kombination der Elektromaschine 3 und deren (indirekter) Verbindung zum Verbrennungsmotor sowie die schaltbare Kupplung 17 und die Bremsvorrichtung 9. Mit Hilfe dieser vielfältigen Optionen lassen sich im Energiemanagement des Front-wheel drive has. The same can of course also apply to a vehicle with rear-wheel drive or four-wheel drive. Numerous operating modes can be realized by the electric drive unit 1 according to the invention, in particular by the combination of the electric machine 3 and its (indirect) connection to the internal combustion engine and the shiftable clutch 17 and the braking device 9
Fahrzeuggesamtsystems hohe Effizienzen erreichen. Dies gilt speziell für die Wahl von günstigen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors für jede beliebige zu fahrende Geschwindigkeit. Insbesondere bei Agrarfahrzeugen unterstützt das Konzept praxisgerechte Anwendungen. So bietet der Generatorbetrieb der Radnabenmotoren bei stilistehendem Fahrzeug eine sehr leistungsstarke mobile Stromquelle. Ebenso erlauben die Radnabenmotoren ein fein dosierbares Rangieren bei sehr langsamen Fahrgeschwindigkeiten. Auch für Müllfahrzeuge ist die elektrische Antriebseinheit 1 gemäß der Erfindung geeignet. Vehicle overall system achieve high efficiencies. This is especially true for the choice of favorable operating points of the internal combustion engine for any speed to be traveled. Especially for agricultural vehicles, the concept supports practical applications. So offers the generator operation of the wheel hub motors Stylish vehicle with a very powerful mobile power source. Similarly, the wheel hub motors allow finely controlled maneuvering at very slow speeds. Also for refuse vehicles, the electric drive unit 1 is suitable according to the invention.
Durch die elektrische Antriebseinheit 1 in Verbindung mit dem hier nicht dargestellten Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs ist es in vorteilhafter Weise möglich, dass der Radsatz 19 ausschließlich über den Verbrennungsmotor angetrieben wird. Hierzu sind die Kupplungsmittei 33 aktiviert, wobei diese an der Stirnseite 35 des Adapterelements 29 angreifen und somit eine relative Drehbewegung zwischen dem inneren Element 5 und dem äußeren Element 7 verhindern. Das innere Element 5 und das äußere Element 7 bilden dann einen starren Durchtrieb. By the electric drive unit 1 in conjunction with the internal combustion engine of the motor vehicle, not shown here, it is possible in an advantageous manner that the wheelset 19 is driven exclusively by the internal combustion engine. For this purpose, the Kupplungsmittei 33 are activated, which engage the end face 35 of the adapter element 29 and thus prevent a relative rotational movement between the inner member 5 and the outer member 7. The inner member 5 and the outer member 7 then form a rigid drive.
Weiterhin ist in diesem rein verbrennungsmotorischen ßetriebsmodus vorgesehen, dass die schaltbare Kupplung 17 aktiviert ist, so dass also eine drehfeste Verbindung zwischen dem inneren Element 5 und der Kreuzgelenkwelle 15 besteht. Schließlich muss noch die Bremsvorrichtung 9 gelöst sein, so dass eine Relativbewegung des inneren Elements 5 relativ zu der Radaufhängung 11 stattfinden kann. Sodann wird ein Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs ausschließlich durch den Verbrennungsmotor bewirkt, wobei eine Kraftübertragung von dem Verbrennungsmotor über das Getriebe und das Differential und der Kreuzgelenkwelie zu dem Radsatz 19 erfolgt. Furthermore, it is provided in this purely internal combustion engine operating mode that the switchable coupling 17 is activated, so that therefore a rotationally fixed connection between the inner element 5 and the universal joint shaft 15 is made. Finally, the braking device 9 still has to be loosened so that a relative movement of the inner element 5 relative to the suspension 11 can take place. Then, a driving operation of the motor vehicle is effected exclusively by the internal combustion engine, whereby a power transmission from the internal combustion engine via the transmission and the differential and the Kreuzgelenkwelie to the wheel 19 takes place.
Besonders vorteilhaft ist es, dass durch die drehfeste Verbindung zwischen dem Antriebsbereich A und dem Abtriebsbereich B und somit auch zwischen dem inneren Element 5 und dem äußeren Element 7 durch die schaltbaren Kupplungsmittei 33 ein Fährbetrieb des Kraftfahrzeugs durch den Verbrennungsmotor ohne Schlupf erfolgen kann, da eine relative Drehbewegung zwischen dem inneren Element 5 und dem äußeren Element 7 gänzlich vermieden wird. It is particularly advantageous that through the non-rotatable connection between the drive region A and the output region B and thus between the inner member 5 and the outer member 7 through the switchable Kupplungsmittei 33 a ferry operation of the motor vehicle by the engine without slippage can be done as a relative rotational movement between the inner member 5 and the outer member 7 is completely avoided.
Andererseits ist dadurch auch ein reiner elektromotorischer Fahrbetrieb möglich. In diesem Betriebsmodus ist das Kupplungsmittei 33 gelöst, so dass also eine On the other hand, this also allows a pure electromotive driving operation. In this mode of operation, the Kupplungsmittei 33 is released, so that is a
Relativbewegung zwischen dem Antriebsbereich A und dem Abtriebsbereich B bzw. zwischen dem Achswelienantrieb 15 und der Felge 21 oder noch anders ausgedrückt zwischen dem inneren Element 5 und dem äußeren Element 7 stattfinden kann . Relative movement between the drive region A and the output region B or between the axle drive 15 and the rim 21 or, to put it another way, between the inner element 5 and the outer element 7 can take place.
Weiterhin ist die schaltbare Kupplung 17 geschlossen und die Bremsvorrichtung 9 ist aktiviert, wodurch eine Drehbewegung des Achswellenantriebs bzw. der Furthermore, the switchable coupling 17 is closed and the braking device 9 is activated, whereby a rotational movement of the axle drive or the
Kreuzgelenkwelle 15 und damit des inneren Elements 5 vermieden wird, so dass das innere Eiement 5 also als Stator wirkt, während das äußere Element 7 durch die elektromagnetischen Kräfte der Elektromaschine 3 eine Drehbewegung vollzieht und somit als (Außen-)Rotor wirkt, wodurch das Kraftfahrzeug angetrieben wird. Die Bremsvorrichtung 9 verhindert wie gesagt auch eine Drehbewegung der Universal joint shaft 15 and thus of the inner element 5 is avoided, so that the inner Eiement 5 thus acts as a stator, while the outer member 7 performs a rotational movement by the electromagnetic forces of the electric machine 3 and thus acts as (outer) rotor, whereby the motor vehicle is driven. The braking device 9 prevents, as I said, a rotational movement of the
Kreuzgelenkwelle 15, um den Verbrennungsmotor gegen ein Anschleppen zu sichern. Es versteht sich, dass die Fahrzeugbremse für den oben beschriebenen Fahrbetrieb des Fahrzeugs gelöst sein muss. In diesem Betriebsmodus steht der Universal joint shaft 15 to secure the combustion engine against towing. It is understood that the vehicle brake must be solved for the above-described driving operation of the vehicle. In this mode of operation is the
Verbrennungsmotor vorzugsweise still und ist gegen ein Anschleppen zusätzlich durch die Brems-vorrichtung 9 blockiert. Die Elektromaschine 3 wird vorzugsweise von einer in der Fig. 1 nicht gezeigten Batterie gespeist. Combustion engine preferably still and is additionally blocked against towing by the braking device 9. The electric machine 3 is preferably powered by a battery, not shown in FIG. 1.
Bei einem Stillstand des Kraftfahrzeugs kann die elektrische Antriebseinheit 1 und insbesondere die Elektromaschine 3 in einem weiteren Betriebsmodus als Generator verwendet werden und eine Batterie speisen oder andere Verbraucher mit Strom versorgen. Hierzu wird das äußere Element 7 an einer Drehbewegung durch entsprechende hier nicht dargestellte Fixiermittel, insbesondere durch eine in die Felge 21 integrierte Fahrzeugbremse gehindert, so dass also auch eine Drehbewegung der Felge 21 mit dem Reifen 23 vermieden wird. Die Fixiermittel sind wie gesagt vorzugsweise in die Felge 21 des Fahrzeugs integriert und dienen gleichzeitig als Fahrzeugbremse. In diesem Betriebsmodus wirkt das äußere Element 7 als Stator. Weiterhin ist die schaltbare Kupplung 17 aktiviert und die Bremsvorrichtung 9 gelöst, so dass das innere Element 5 über die Kreuzgelenkwelle 15 durch den Verbrennungsmotor in eine Drehbewegung versetzt wird und somit als Rotor wirkt. Durch die Drehbewegung des inneren Elements 5 in dem magnetischen Feld des äußeren stillstehenden Elements 7 wird in der Elektromaschine 3 ein Strom induziert, der wiederum die Batterie oder auch weitere Verbraucher, insbesondere At a standstill of the motor vehicle, the electric drive unit 1 and in particular the electric machine 3 can be used in a further operating mode as a generator and feed a battery or power other consumers. For this purpose, the outer member 7 is prevented from rotating by corresponding fixing means, not shown here, in particular by a vehicle brake integrated in the rim 21, so that therefore a rotational movement of the rim 21 with the tire 23 is avoided. The fixing means are as mentioned preferably integrated in the rim 21 of the vehicle and also serve as a vehicle brake. In this mode of operation, the outer element 7 acts as a stator. Furthermore, the switchable coupling 17 is activated and the braking device 9 is released, so that the inner element 5 is set on the universal joint shaft 15 by the internal combustion engine in a rotary motion and thus acts as a rotor. As a result of the rotational movement of the inner element 5 in the magnetic field of the outer stationary element 7, a current is induced in the electric machine 3, which in turn induces the battery or other consumers, in particular
Antriebsmaschinen speisen kann. Drive machines can feed.
In einem weiteren Betriebsmodus kann die elektrische Antriebseinheit 1 im Stillstand des Fahrzeugs als Anlasser für den Verbrennungsmotor verwendet werden. Hierzu muss das äußere Element 7 durch die Fahrzeugbremse an einer Drehbewegung gehindert werden, so dass das äußere Eiement 7 als Stator wirkt. Das innere Element 5 übernimmt in diesem Betriebsmodus hingegen die Funktion des Rotors, Durch eine entsprechende Ansteuerung und Stromzuführung durch eine Batterie, insbesondere über Schleifkontakte, wird die Elektromaschine dann als Motor betrieben. Es versteht sich, dass hierzu die Kupplungsmittel 33 gelöst sein müssen. Das als Rotor wirkende innere Element 5 kann dann als Anfasser für den Verbrennungsmotor genutzt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es darüber hinaus möglich, die elektrische Antriebseinheit 1 in Kombination mit dem Verbrennungsmotor in weiteren Betriebsmodi zu betreiben, wie nachfolgend dargelegt ist, In a further operating mode, the electric drive unit 1 can be used at standstill of the vehicle as a starter for the internal combustion engine. For this purpose, the outer member 7 must be prevented by the vehicle brake to a rotational movement, so that the outer element 7 acts as a stator. By contrast, the inner element 5 assumes the function of the rotor in this operating mode. The electric machine is then operated as a motor by appropriate activation and power supply by a battery, in particular via sliding contacts. It is understood that for this purpose the coupling means 33 must be solved. The inner element 5 acting as a rotor can then be used as a handle for the internal combustion engine. According to the present invention, it is also possible to operate the electric drive unit 1 in combination with the internal combustion engine in further operating modes, as set forth below,
Durch die vorliegende Erfindung ist es auch möglich, den Anfahrvorgang eines Kraftfahrzeugs zu optimieren, indem ein Anfahren ohne eine schleifende Kupplung oder einen hydraulischen Drehmomentwandler ermöglicht wird. Diese By means of the present invention, it is also possible to optimize the starting process of a motor vehicle by making it possible to start off without a sliding coupling or a hydraulic torque converter. These
Anwendungsmöglichkeit der elektrischen Antriebseinheit 1 ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise wie gesagt das Anfahren mittels einer schleifenden Kupplung hinfällig ist. Üblicherweise ist bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe beim Anfahren ein Schleifenlassen der Kupplung unverzichtbar, um den Drehzahlbereich des Application possibility of the electric drive unit 1 is particularly advantageous because in this way, as mentioned, the startup by means of a sliding coupling is obsolete. Usually, in vehicles with manual transmission when starting a clutch release is indispensable to the speed range of
Verbrennungsmotors bis zur Leerlaufdrehzah! zu überbrücken, da sonst der Internal combustion engine up to Leerlaufdrehzah! to bridge, otherwise the
Verbrennungsmotor„abgewürgt" wird. Durch die vorliegende Erfindung kann dieses Erfordernis umgangen werden, wie nachfolgend erläutert wird. The present invention obviates this need, as will be explained below.
Im Anfahrbetriebsmodus läuft der Verbrennungsmotor beispielsweise mit einer geeigneten konstanten Drehzahl von beispielsweise n=1.500 min'1, während das schaltbare Kupplungsmittel 33 geöffnet, die schaltbare Kupplung 17 geschlossen und die Bremsvorrichtung 9 gelöst ist, so dass eine Drehbewegung des inneren Elements 5 relativ zu dem äußeren Element 7 stattfinden kann. Durch die relative Drehbewegung des Antriebsbereichs A gegenüber dem Abtriebsbereich B bzw. die relative In the starting mode of operation of the internal combustion engine, for example, runs at a suitable constant speed of for example n = 1,500 min '1 , while the switchable coupling means 33 is opened, the switchable clutch 17 is closed and the braking device 9 is released, so that a rotational movement of the inner member 5 relative to the outer element 7 can take place. By the relative rotational movement of the drive portion A relative to the output range B or the relative
Drehbewegung zwischen dem inneren Element 5 gegenüber dem äußeren Element 7 kann der Verbrennungsmotor ohne schleifende Kupplung auf die gewünschte Rotary movement between the inner member 5 relative to the outer member 7, the internal combustion engine without slipping clutch to the desired
Anfahrdrehzahl hochgefahren werden, ohne dass der Verbrennungsmotor aus geht. Durch das drehende innere Element 5 wird eine elektromagnetische Kraft auf das äußere Element 7 ausgeübt, welches daraufhin in Drehbewegung versetzt wird. Die Elektromaschine 3 arbeitet in diesem Betriebsmodus im Generatorbetrieb. Über die Rekuperation der Elektromaschine 3, d.h. über die Regelung der Stromrückspeisung der Elektromaschine 3 im Generatorbetrieb kann das auf das Rad wirkende Starting speed can be raised without the engine is off. By the rotating inner member 5, an electromagnetic force is exerted on the outer member 7, which is then set in rotary motion. The electric machine 3 operates in generator mode in this operating mode. About the recuperation of the electric machine 3, i. on the regulation of the power feedback of the electric machine 3 in the generator mode acting on the wheel
Anfahrtsdrehmoment geregelt werden. Approach torque to be regulated.
Insgesamt ist der oben beschriebene Anfahrbetriebszustand besonders vorteilhaft, weil dadurch der Verbrennungsmotor ohne die Notwendigkeit einer schleifenden Kupplung beim Anfahren auf eine optimale Motordrehzahl hochgefahren werden kann. Durch einen kombinierten Betrieb der elektrischen Antriebseinheit 1 und einem Overall, the starting mode described above is particularly advantageous because it allows the engine without the need for a sliding clutch when starting up to an optimal engine speed can be increased. By a combined operation of the electric drive unit 1 and a
Verbrennungsmotor ist es darüber hinaus in einem weiteren realisierbaren Betriebsmodus möglich, im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs bei geöffneten Kupplungsmitteln 33 und einer gelösten Bremsvorrichtung 9 sowie einer aktivierten schaltbaren Internal combustion engine, it is also possible in a further feasible operating mode, while driving the motor vehicle with open coupling means 33 and a dissolved brake device 9 and an activated switchable
Kupplung 17 die Drehzahl des Verbrennungsmotors und die Drehzahl der Elektro- maschine 3 zu„addieren". Der Verbrennungsmotor treibt in diesem Betriebsmodus das Kraftfahrzeug durch das innere Element 5 an, während die Elektromaschine 3 im Außenläufer- oder Radnabenmotorbetrieb arbeitet, also zusätzlich über die Batterie gespeist wird. Das äußere Element 7 dreht sich dann durch die elektromagnetischen Kräfte des Elektromotors 3 mit einer höheren Drehzahl als das innere Element 5. In diesem Betriebsmodus wirken also sowohl das innere Element 5 als auch das äußere Element 7 als Rotor, wodurch eine Erhöhung der Drehzahl des Radsatzes 19 und damit eine Erhöhung der Gesamtantriebsleistung resultiert. Die Elektromaschine 3 unterstützt in diesem Betriebsmodus den Verbrennungsmotor. In this operating mode, the internal combustion engine drives the motor vehicle through the inner element 5, while the electric machine 3 operates in external rotor or hub motor mode, ie additionally via the battery The outer element 7 then rotates by the electromagnetic forces of the electric motor 3 at a higher speed than the inner element 5. In this mode of operation, therefore, both the inner element 5 and the outer element 7 act as a rotor, whereby an increase in the Speed of the wheelset 19 and thus an increase in the total drive power results .The electric machine 3 supports the engine in this operating mode.
Wiederum bei nicht aktiviertem Kupplungsmittel 33, aktivierter schaltbarer Kupplungsmittel 17 und gelöster Bremsvorrichtung 9 ist ein weiterer Betriebsmodus realisierbar, bei dem die Drehzahlen des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine 3 „subtrahiert" werden, so dass also ein Teil der Antriebsleistung des Verbrennungsmotors in den Vortrieb des Fahrzeugs und ein anderer Teil der Antriebsleistung des Verbrennungsmotors von der Elektromaschine 3 rekuperiert wird, d.h. also im Again, with the clutch 33 not activated, activated switchable coupling means 17 and dissolved brake device 9 is another operating mode can be realized in which the rotational speeds of the engine and the electric machine 3 are "subtracted", so that is part of the drive power of the engine in the propulsion of the vehicle and another part of the drive power of the internal combustion engine is recuperated by the electric machine 3, ie in the
Generatorbetrieb der Elektromaschine 3 in eine Batterie oder dergleichen Generator operation of the electric machine 3 in a battery or the like
zurückgespeist wird. In diesem Betriebsmodus läuft somit der Verbrennungsmotor, der das Fahrzeug über das innere Element 5 antreibt, während gleichzeitig die is fed back. In this mode of operation thus runs the internal combustion engine, which drives the vehicle via the inner element 5, while the
Elektromaschine 3 überschüssige Antriebsleistung„absorbiert". Durch die relative Drehbewegung zwischen dem inneren Element 5 und dem äußeren Element 7 ergibt sich die resultierende Antriebsdrehzahl eines Rads als Differenz zwischen der Electric machine 3 excess drive power "absorbed." By the relative rotational movement between the inner member 5 and the outer member 7 results in the resulting input speed of a wheel as the difference between the
Verbrennungsmotordrehzahl und der Drehzahl der Elektromaschine 3, so dass der Verbrennungsmotor an einem besonders günstigen Betriebspunkt gefahren werden kann. Die überschüssige Antriebsleistung des Verbrennungsmotors, d.h. der durch die Rekuperation zurückgewonnene Strom kann entweder in die Batterie eingespeist werden oder weiteren Elektromotoren zugeführt werden, wie beispielsweise kleineren Radnabenmotoren an der Fahrzeughinterachse, die lediglich als Anfahrhilfe dienen. Engine speed and the speed of the electric machine 3, so that the engine can be driven at a particularly favorable operating point. The excess drive power of the internal combustion engine, i. the recovered through the recuperation of electricity can either be fed into the battery or other electric motors are supplied, such as smaller wheel hub motors on the vehicle rear axle, which serve only as a traction help.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Antriebseinheit 1, die in einem Kraftfahrzeug 39 in dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen der Verbrennungsmotor-/Getriebeeinheit 41 und dem Differentialgetriebe 43 angeordnet ist. Die elektrische Antriebseinheit 1 ist quasi als Zwischenelement in die Welle 45 zwischen der Verbrennungsmotor-/Getriebeeinheit 41 und dem Differential 43 integriert. Die elektrische Antriebseinheit 1 weist wiederum Fixiermittel zum FIG. 2 shows a further embodiment of an electric drive unit 1 arranged in a motor vehicle 39 in the drive train of a motor vehicle between the engine / transmission unit 41 and the differential gear 43 is. The electric drive unit 1 is integrated as an intermediate element in the shaft 45 between the engine / transmission unit 41 and the differential 43, as it were. The electric drive unit 1 in turn has fixing means for
selektiven Verhindern einer Drehbewegung des inneren Elements 5 oder des äußeren Elements 7 auf, so dass das innere Element 5 und das äußere Element 7 wahlweise als Rotor oder als Stator betreibbar sind. selectively preventing rotational movement of the inner member 5 or the outer member 7, so that the inner member 5 and the outer member 7 are selectively operable as a rotor or as a stator.
Weiterhin sind Kuppiungsmittel 47 zum drehfesten Verbinden eines Antriebsbereichs A mit einem Antriebsbereich B vorgesehen. Der Antriebsbereich A ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit dem inneren Element 5 und der Abtriebsbereich B mit dem äußeren Element B verbunden. Somit wird durch die Betätigung des Kupplungsmittels 47 auch eine drehfeste Verbindung zwischen dem inneren Element 5 und dem äußeren Element 7 bewirkt oder bei einer Deaktivierung des Kupplungsmittels 33 gelöst, so dass das innere Element 5 und das äußere Element 7 einen starren Furthermore, coupling means 47 are provided for non-rotatably connecting a drive region A to a drive region B. In the present exemplary embodiment, the drive region A is connected to the inner element 5 and the output region B is connected to the outer element B. Thus, by the operation of the coupling means 47 and a rotationally fixed connection between the inner member 5 and the outer member 7 is effected or released upon deactivation of the coupling means 33, so that the inner member 5 and the outer member 7 is a rigid
Durchtrieb bilden können, sofern dies für einen bestimmten Betriebsmodus Through drive can form, if this is for a particular operating mode
wünschenswert ist. is desirable.
Das Kuppiungsmittel 47 ist hier rein beispielhaft als doppeltes Kupplungselement ausgebildet und wird im Folgenden auch so bezeichnet. Entgegen der The Kuppiungsmittel 47 is formed here purely by way of example as a double coupling element and will also be referred to in the following. Contrary to the
Ausführungsform nach Fig. 1 ist das doppelte Kupplungselement 47 drehfest mit dem Antriebsbereich A und folglich mit dem inneren Element 5 der Elektromaschine 3 verbunden und greift im aktivierten Zustand an dem äußeren Element 7 an, weiches mit dem Abtriebsbereich B verbunden ist. Der Antriebsbereich A fällt in Fig. 2 im Prinzip mit dem Getriebeabtrieb 49 der Verbrennungsmotor-/Getriebeeinheit 41 zusammen, während der Abtriebsbereich B durch die Weile 45 gebildet wird. Embodiment of Fig. 1, the double coupling member 47 is rotatably connected to the drive portion A and thus connected to the inner member 5 of the electric machine 3 and engages in the activated state of the outer member 7, which is connected to the output portion B. In FIG. 2, the drive region A coincides in principle with the transmission output 49 of the engine / transmission unit 41, while the output region B is formed by the shaft 45.
Das doppelte Kupplungselement 47 hat vorliegend nicht nur die Funktion, eine drehfeste Verbindung zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebsbereich herzustellen oder zu lösen, sondern durch ein axiales Verschieben des doppelten In the present case, the double coupling element 47 has not only the function of producing or releasing a non-rotatable connection between the drive and the driven region, but by means of an axial displacement of the double
Kupplungselements 47, beispielsweise mittels einer mechanischen Vorrichtung im Getriebe, entlang einer Drehachse D der Elektromaschine 3 kann auch der Coupling member 47, for example by means of a mechanical device in the transmission, along a rotation axis D of the electric machine 3 can also
Verbrennungsmotor 41 und das innere Element 5 blockiert werden, so dass ein rein elektrischer Fahrbetrieb mittels der Elektromaschine 3 möglich ist, bei dem das innere Element 5 als Stator wirkt. Das doppelte Kupplungselement 47 wirkt dann gleichzeitig als Fixiermittel für das innere Element 5. Es soll an dieser Stelle noch einmal deutlich gemacht werden, dass der Antriebsbereich A und der Abtriebsbereich B der elektrischen Antriebseinheit 1 quasi durch die Elektromaschine 3, insbesondere durch das innere und das äußere Element voneinander entkoppelt sind. Erst durch die Aktivierung des Kupplungsmittels 47 kann diese Entkopplung aufgehoben werden und eine starrer Durchtrieb zwischen dem Antriebs- und dem Antriebsbereich geschaffen werden, die Elektromaschine 3 also quasi überbrückt werden. Bei der Überbrückung der Elektromaschine 3 wird das Fahrzeug ausschließlich durch den Verbrennungsmotor angetrieben. Combustion engine 41 and the inner member 5 are blocked, so that a purely electric driving operation by means of the electric machine 3 is possible, in which the inner member 5 acts as a stator. The double coupling element 47 then simultaneously acts as a fixing means for the inner element 5. It should be made clear at this point once again that the drive region A and the output region B of the electric drive unit 1 are quasi decoupled from each other by the electric machine 3, in particular by the inner and the outer element. Only by the activation of the coupling means 47, this decoupling can be canceled and a rigid drive between the drive and the drive area are created, the electric machine 3 are thus virtually bypassed. When bridging the electric machine 3, the vehicle is driven exclusively by the internal combustion engine.
Die Fig. 2 macht deutlich, dass das innere Element 5 der Elektromaschine 3 mit dem Getriebeabtrieb 49 über das doppelte Kupplungselement 47 verbunden ist, während das äußere Element 7 über die Welle 45 mit dem Differentiai 43 verbunden und somit dazu ausgelegt ist, die Räder 51 anzutreiben. 2 makes it clear that the inner element 5 of the electric machine 3 is connected to the transmission output 49 via the double coupling element 47, while the outer element 7 is connected via the shaft 45 to the differentia 43 and thus adapted to the wheels 51 drive.
Auch mit der elektrischen Antriebseinheit 1 gemäß der in Fig. 2 gezeigten Also with the electric drive unit 1 according to that shown in Fig. 2
Ausführungsform, bei der die Antriebseinheit 1 im Antriebsstrang zwischen der Verbrennungsmotor-/Getriebeeinheit 41 und dem Differential 43 angeordnet ist, sind sämtliche in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Betriebsmodi realisierbar. Embodiment in which the drive unit 1 is arranged in the drive train between the engine / transmission unit 41 and the differential 43, all operating modes described in connection with FIG. 1 can be realized.
Für einen Betriebsmodus, bei dem das Fahrzeug im Fahrbetrieb ausschließlich über den Verbrennungsmotor angetrieben werden soll, sind die Kupplungsmittel zum drehfesten Verbinden des Antriebsbereichs A mit dem Abtriebsbereich B des inneren Elements 5 mit dem äußeren Element 7 zu aktivieren, so dass also das doppelte Kupplungselement 47 derart axial entlang der Drehachse D in Richtung der For an operating mode in which the vehicle is to be driven while driving exclusively via the internal combustion engine, the coupling means for the rotationally fixed connection of the drive region A to the output region B of the inner element 5 with the outer element 7 are to be activated, so that the double coupling element 47 so axially along the axis of rotation D in the direction of
Elektromaschine 3 verschoben werden muss, dass eine relative Drehbewegung zwischen dem Antriebsbereich A und dem Abtriebsbereich B und damit zwischen dem inneren Element 5 und dem äußeren Element 7 nicht mehr möglich ist und diese einen starren Durchtrieb bilden. Electric machine 3 must be moved, that a relative rotational movement between the drive portion A and the output portion B and thus between the inner member 5 and the outer member 7 is no longer possible and they form a rigid drive.
Vorzugsweise ist in diesem Betriebsmodus wiederum vorgesehen, dass die an dem äußeren Element 5 bzw. an dessen Wicklungspaketen anliegenden Schleifkontakte weggeklappt sind, so dass ein Verschleiß und eine möglich Geräuschentwicklung vermieden werden. In diesem Betriebsmodus werden über die Verbrennungsmotor- /Getriebeeinheit 41, die Welle 45, das Differential 43 und die Kreuzgelenkwellen 15 die Räder 51 in Bewegung gesetzt. Es versteht sich, dass im Gegensatz zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 keine speziellen Radsätze 19 zwingend notwendig sind, wie sie in der Fig. 1 dargestellt sind. In einem weiteren Betriebsmodus ermöglicht die elektrische Antriebseinheit 1 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 einen Antrieb der Räder 51 ausschließlich durch die Elektromaschäne 3. Hierzu sind die Fixiermittel zum selektiven Verhindern einer Drehbewegung des inneren und des äußeren Elements derart aktiviert, dass das äußere Element 7 als Rotor und das innere Element 5 als Stator wirkt. Hierzu ist das das doppelte Kuppiungseiement 47 in Richtung der Verbrennungsmotor-/Geträebe- einheit 41 in Richtung der Drehachse D verlagert, so dass eine Reiativbewegung des inneren Elements 5 zu der Getriebeeinheit 41 nicht mehr möglich ist. Der Preferably, in this operating mode, it is again provided that the sliding contacts abutting the outer element 5 or its winding packages are folded away, so that wear and possible noise development are avoided. In this mode of operation, the wheels 51 are set in motion via the engine / gear unit 41, the shaft 45, the differential 43, and the universal joint shafts 15. It is understood that in contrast to the embodiment shown in Fig. 1 in the embodiment of FIG. 2, no special wheelsets 19 are imperative, as shown in FIG. 1. In another operating mode, the electric drive unit 1 according to the embodiment of FIG. 2 allows drive of the wheels 51 exclusively by the electric machine 3. For this purpose, the fixing means for selectively preventing rotational movement of the inner and outer members are activated such that the outer member 7 as a rotor and the inner element 5 acts as a stator. For this purpose, the double coupling element 47 is displaced in the direction of the internal combustion engine / embossing unit 41 in the direction of the axis of rotation D, so that it is no longer possible to move the inner element 5 relative to the transmission unit 41. Of the
Verbrennungsmotor ist in diesem Betriebszustand vorzugsweise abgeschaltet. Das innere Element 5 wird dadurch zum Stator, während das äußere Element 7 als Rotor fungiert, der mit dem Abtriebsbereich B verbunden ist und die Elektromaschine 3 quasi als Außenläufermotor die Welle 45 antreibt, was eine Drehbewegung der Räder 51 bewirkt. Internal combustion engine is preferably switched off in this operating state. The inner element 5 thereby becomes the stator, while the outer element 7 acts as a rotor, which is connected to the output region B and the electric machine 3, as an external rotor motor, drives the shaft 45, which causes a rotational movement of the wheels 51.
Durch die vorteilhafte Anordnung der elektrischen Antriebseinheit 1 zwischen der Vebrennungsmotor-/Getriebeeinheit 41 und dem Differential 43 ist es in vorteilhafter Weise möglich, zwei Räder 51 durch eine einzige elektrische Antriebseinheit 1 gleichzeitig anzutreiben. Um in diesem Betriebsmodus eine Drehbewegung des als Außenrotor wirkenden äußeren Elements 7 zu bewirken, wird den Wicklungspaketen des äußeren Elements 7 vorzugsweise über Schleifkontakte von einer Batterie aus Strom zugeführt. Due to the advantageous arrangement of the electric drive unit 1 between the Vebrennungsmotor- / gear unit 41 and the differential 43, it is possible in an advantageous manner to drive two wheels 51 by a single electric drive unit 1 at the same time. In order to bring about a rotational movement of the outer element 7 acting as an outer rotor in this operating mode, current is supplied to the winding packages of the outer element 7 preferably via sliding contacts from a battery.
Die elektrische Antriebseinheit 1 ist bei einem Stillstand des Fahrzeugs auch als Generator nutzbar. Hierbei sind die Fixierungsmittel zum selektiven Verhindern einer Drehbewegung des inneren Elements 5 oder des äußeren Elements 7 derart ausgelegt, dass das äußere Element 7 als Stator wirkt, beispielsweise indem die Fahrzeugbremsen an den Rädern 51 aktiviert sind. Weiterhin ist das doppelte The electric drive unit 1 can also be used as a generator when the vehicle is at a standstill. Here, the fixing means for selectively preventing a rotational movement of the inner member 5 or the outer member 7 are designed such that the outer member 7 acts as a stator, for example by the vehicle brakes are activated on the wheels 51. Furthermore, that is double
Kupplungselement 47 in einer„neutralen" Position bzw. nicht aktiviert, so dass sich also das innere Element 5 angetrieben durch den Getriebeabtrieb 49 dreht. Das innere Element 5 bildet also einen Innenrotor, der sich mit der Drehzahl des Coupling element 47 in a "neutral" position or not activated, so that so that the inner member 5 driven by the gear output 49 rotates, so that the inner member 5 forms an inner rotor, which coincides with the speed of the
Getriebeabtriebs 49 dreht. Durch die Drehbewegung des inneren Elements 5 in dem Magnetfeld des äußeren Elements 7 wird ein Strom in der Elektromaschine 3 induziert, der insbesondere einer Batterie zugeführt oder einer weiteren Transmission output 49 rotates. As a result of the rotational movement of the inner element 5 in the magnetic field of the outer element 7, a current is induced in the electric machine 3, which in particular is supplied to one battery or to another
Antriebsmaschine zugeführt werden kann. Es versteht sich, dass die Kupplungsmittel 47 in diesem Betriebszustand nicht aktiviert sein dürfen, so dass der Antriebsbereich A und der Abtriebsbereich B voneinander entkoppelt sind. In einem anderen Betriebszustand ist es möglich, dass die elektrische Antriebseinheit 1 als Anlasser des Verbrennungsmotors dient, wobei die Elektromaschine 3 als Motor betrieben wird und den Verbrennungsmotor startet. Zu diesem Zweck fungiert das äußere Element 7 als Stator, was durch entsprechend vorgesehene Fixiermittel, insbesondere durch die Fahrzeugbremse bewirkt wird, während das innere Element 5 frei drehbeweglich in dem inneren Element 5 gelagert ist. Die Kopplungsmittel 47 müssen wiederum deaktiviert sein, so dass der Antriebsbereich A und der Drive machine can be supplied. It is understood that the coupling means 47 may not be activated in this operating state, so that the drive region A and the output region B are decoupled from each other. In another operating state, it is possible that the electric drive unit 1 serves as a starter of the internal combustion engine, wherein the electric machine 3 is operated as a motor and starts the internal combustion engine. For this purpose, the outer member 7 acts as a stator, which is effected by appropriately provided fixing means, in particular by the vehicle brake, while the inner member 5 is freely rotatably mounted in the inner member 5. The coupling means 47 must in turn be deactivated, so that the drive region A and the
Abtriebsbereich B voneinander entkoppelt sind. Durch eine Stromzufuhr über die Schleifkontakte an das äußere Element 7 wird entsprechend einem Motorbetrieb eine Drehbewegung des inneren Elements 5 bewirkt, so dass die Elektromaschine 3 in diesem Betriebsmodus quasi als Innenläufermotor arbeitet. Durch die Drehbewegung des inneren Elements 5 kann dann der Verbrennungsmotor nach der Art eines herkömmlichen Anlassers gestartet werden. Output range B are decoupled from each other. By a power supply via the sliding contacts to the outer member 7, a rotational movement of the inner member 5 is effected in accordance with a motor operation, so that the electric machine 3 operates in this operating mode quasi as an internal rotor motor. By the rotational movement of the inner member 5, the internal combustion engine can then be started in the manner of a conventional starter.
Auch die unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläuterte kombinierte Anwendung der elektrischen Antriebseinheit 1 mit dem Verbrennungsmotor 41 ist bei der Also explained with reference to FIG. 1 combined use of the electric drive unit 1 with the internal combustion engine 41 is in the
Ausführungsform gemäß Fig. 2 ohne Weiteres möglich. Somit kann ein Anfahren ohne eine schleifende Kuppiung oder einen hydraulischen Drehmomentwandler realisiert werden, indem der Verbrennungsmotor auf einen geeigneten konstanten Drehzahlwert von beispielsweise n=1.500 min 1 hochgefahren wird, wobei das Anfahrmoment bzw. das auf die Reifen wirksame Moment über die ekuperation der Elektromaschine 3 geregelt wird, d.h. also über den Anteil des zurückgespeisten Stromes im Embodiment of FIG. 2 readily possible. Thus, a start without a sliding Kuppiung or a hydraulic torque converter can be realized by the internal combustion engine is raised to a suitable constant speed value, for example, n = 1,500 min 1 , wherein the starting torque or the torque acting on the tire via the ekuperation of the electric machine is regulated, that is, the proportion of the electricity fed back in
Generatorbetrieb der Elektromaschine 3 in die Batterie. Generator operation of the electric machine 3 in the battery.
Hierzu müssen der Antriebsbereich A und der Abtriebsbereich B voneinander entkoppelt, das Kupplungsmittei 47 also deaktiviert sein und eine relative For this purpose, the drive area A and the output area B must be decoupled from each other, the Kupplungsmittei 47 thus be deactivated and a relative
Drehbewegung zwischen dem inneren Element 5 und dem äußeren Element 7 möglich sein. Rotary movement between the inner member 5 and the outer member 7 may be possible.
Darüber hinaus ist wiederum eine„Addition" oder„Subtraktion" der Drehzahlen des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine 3 im Fahrbetrieb möglich. Hierzu ist das doppelte Kupplungselement 47 in einer Neutraisteliung angeordnet, so dass also sowohl das innere Eiement 5 als auch das äußere Element 7 der Elektromaschine 3 als Rotor wirken, wobei das innere Element 5 über die Verbrennungsmotor- /Getriebeeinheit 41 angetrieben wird und das äußere Eiement 7 einerseits durch die Drehbewegung des inneren Elements 5 und zusätzlich durch eine Stromzufuhr zu dem äußeren Element 5 in eine Relativbewegung zu dem inneren Element 5 versetzt wird, wodurch sich das äußere Element 7 schneller dreht als das innere Element 5. In addition, in turn, an "addition" or "subtraction" of the rotational speeds of the internal combustion engine and the electric machine 3 while driving is possible. For this purpose, the double coupling element 47 is arranged in a Neutraisteliung, so that therefore both the inner Eiement 5 and the outer member 7 of the electric machine 3 act as a rotor, wherein the inner member 5 is driven via the engine / transmission unit 41 and the outer Eiement 7 on the one hand by the rotational movement of the inner member 5 and additionally by a power supply to the outer member 5 is displaced in a relative movement to the inner member 5, whereby the outer member 7 rotates faster than the inner member. 5
Hierdurch wird die Gesamtantriebsleistung des Verbrennungsmotors durch die As a result, the total drive power of the internal combustion engine through the
Eiektromaschine 3 verstärkt, da sich die Drehzahl der Räder aus der Drehzahl des Getriebeabtriebs 49 plus der durch die Stromzufuhr bewirkte vergrößerte Drehzahl des äußeren Elements 7 gegenüber dem inneren Element 5 ergibt. Eugenktromaschine 3 amplified, since the speed of the wheels of the speed of the transmission output 49 plus the power supplied by the increased rotational speed of the outer member 7 relative to the inner member 5 results.
Bei einer„Subtraktion" der Drehzahlen im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs kann hingegen der Verbrennungsmotor das Fahrzeug antreiben, während die Drehzahl der Eiektromaschine 3, d.h. die Drehzahl des äußeren Elements 7 geringer ist als die des inneren Elements 5, so dass sich die Abtriebsdrehzahl an der Weile 45 als Differenz zwischen der Verbrenn ungsmotordrehzahi und der Elektromaschinendrehzahl ergäbt. Die überschüssige Antriebsleistung des Motors kann durch die Eiektromaschine rekuperiert werden, der hierfür im Generatorbetrieb arbeitet und den erzeugten Strom beispielsweise einer Batterie oder dergleichen zuführen kann. Hierdurch kann der Verbrennungsmotor an einem besonders günstigen Betriebspunkt gefahren werden. In a "subtraction" of the rotational speeds while driving the motor vehicle, however, the engine can drive the vehicle, while the rotational speed of the Eiektromaschine 3, that is, the rotational speed of the outer member 7 is lower than that of the inner member 5, so that the output rotational speed at the time The excess drive power of the motor can be recuperated by the electric machine, which operates in generator mode and can supply the generated power to, for example, a battery or the like, thereby enabling the internal combustion engine to operate at a particularly favorable operating point be driven.
Ebenso ist es wiederum denkbar, dass eine„Addition" der Drehzahlen derart erfolgt, dass der Verbrennungsmotor das Fahrzeug antreibt, während die Eiektromaschine 3 zusätzlich über eine hier nicht dargestellte Batterie gespeist wird. Hierdurch ergibt sich eine Erhöhung der Drehzahl der Räder 51 und somit eine Erhöhung der Likewise, it is again conceivable that an "addition" of the rotational speeds takes place in such a way that the internal combustion engine drives the vehicle, while the electric machine 3 is additionally supplied with power via a battery (not shown here), resulting in an increase in the rotational speed of the wheels 51 and thus in a Increase the
Gesamtantriebsleistung. Total power.
Insgesamt wird deutlich, dass sich mit der elektrischen Antriebseinheit 1 in der Ausführungsform nach Fig. 2 eine Vielzahl von Betriebsmodi realisieren lassen, so dass durch die vielfältigen Optionen insbesondere durch die Kombination des Overall, it is clear that can be implemented with the electric drive unit 1 in the embodiment of FIG. 2, a variety of operating modes, so that by the various options in particular by the combination of
Verbrennungsmotor mit der elektrischen Antriebseinheit 1 ein besonders effizientes Energiemanagement des Fahrzeuggesamtsystems gewährleistet ist. Insbesondere ist es dadurch möglich den Verbrennungsmotor bei jeder zu fahrenden Geschwindigkeit an seinem günstigsten Betriebspunkt einzustellen. Internal combustion engine with the electric drive unit 1 a particularly efficient energy management of the vehicle overall system is ensured. In particular, this makes it possible to set the internal combustion engine at its lowest operating point at any speed to be traveled.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der zwischen dem Differential 43 und den Kreuzgeienkwellen 15, die mit den in Fig. 3 nicht dargestellten Rädern 51 verbunden sind, jeweils eine elektrische Antriebseinheit 1 angeordnet ist. Die elektrische Antriebseinheit 1 umfasst wiederum einen Antriebsbereich A und einen Abtriebsbereich B sowie eine Eiektromaschine 3 mit einem inneren Element 5 und einem äußeren Element 7. Entgegen den ersten beiden Ausführungsbeispielen ist jedoch nicht das innere Element 5, sondern das äußere Element 7 mit dem Antriebsbereich A verbunden, während das innere Element 5 mit dem Abtriebsbereich B verbunden ist. Wie auch bei der Ausführungsform gemäß Fig, 2 weist die elektrische Antriebseinheit 1 vorzugsweise Fixiermittel zum selektiven Verhindern einer Fig. 3 shows a further embodiment of the invention, in which between the differential 43 and the Kreuzgeienkwellen 15 which are connected to the wheels 51, not shown in Fig. 3, in each case an electric drive unit 1 is arranged. The electric drive unit 1 in turn comprises a drive region A and an output region B as well as an electric machine 3 with an inner element 5 and an outer element 7. Contrary to the first two exemplary embodiments but not the inner member 5, but the outer member 7 connected to the drive portion A, while the inner member 5 is connected to the output portion B. As in the embodiment according to FIG. 2, the electric drive unit 1 preferably has fixing means for selectively preventing it
Drehbewegung des inneren Elements 5 oder des äußeren Elements 7 auf, so dass das innere Element und das äußere Element wahlweise als Rotor oder als Stator betreibbar sind, ebenso wie Kupplungsmittel 47 zum lösen und herstellen einer drehfesten Verbindung zwischen dem Antriebsbereich A und dem Abtriebsbereich B, d.h. zum drehfesten Verbinden des inneren Elements 5 mit dem äußeren Element 7. Der Antriebs- und der Abtriebsbereich sind wiederum im deaktivierten Zustand des Kupplungsmittels 47 voneinander entkoppelt und nur durch die Aktivierung des Kupplungsmittels 47, nämlich durch ein axiales Verschieben entlang der Drehachse D in Richtung der Eiektromaschine 3 drehfest koppelbar. Das Kupplungsmittel 47 ist vorzugsweise als doppeltes Kupplungselement ausgebildet und drehfest mit dem Abtriebsbereich B, also mit dem inneren Element 5 verbunden. Rotary movement of the inner member 5 or the outer member 7, so that the inner member and the outer member are selectively operable as a rotor or as a stator, as well as coupling means 47 for releasing and establishing a rotationally fixed connection between the drive portion A and the output portion B, ie for the rotationally fixed connection of the inner member 5 with the outer member 7. The drive and the driven area are again decoupled from each other in the deactivated state of the coupling means 47 and only by the activation of the coupling means 47, namely by an axial displacement along the axis of rotation D in the direction of Eiektromaschine 3 rotatably coupled. The coupling means 47 is preferably designed as a double coupling element and non-rotatably connected to the output region B, that is to say connected to the inner element 5.
Die Fixiermittel und die Kupplungsmittel können auch in dem doppelten The fixatives and the coupling agents may also be in the double
Kupplungselement 47 vereint sein. Denkbar ist es jedoch ebenfalls, einen Teil der Fixiermittel und die Kupplungsmittel in dem doppelten Kupplungselement 47 vorzusehen, während weitere Fixiermitte! in den Rädern 51 beispielsweise in Form von Bremsvorrichtungen integriert sind. Die Ausführungsform nach Fig. 3 und im Übrigen auch die nach Fig. 2 ist besonders vorteilhaft, weil durch die Anordnung der elektrischen Antriebseinheit 1 im Antriebsstrang des Fahrzeugs eine größere ungefederte Masse des Fahrzeugs vermieden wird, da die elektrische Antriebseinheit 1 vielmehr die gefederte Masse des Fahrzeugs beeinflusst. Coupling 47 be united. However, it is also conceivable to provide a part of the fixing means and the coupling means in the double coupling element 47, while further fixing center! are integrated in the wheels 51, for example in the form of braking devices. The embodiment of FIG. 3 and the rest of the Fig. 2 is particularly advantageous because a larger unsprung mass of the vehicle is avoided by the arrangement of the electric drive unit 1 in the drive train of the vehicle, since the electric drive unit 1 rather the sprung mass of Vehicle influenced.
Entgegen den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2 ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 das innere Element 5 zum Antrieb eines Rads 51 des Kraftfahrzeugs 39 ausgebildet, während bei den beiden anderen Ausführungsformen das äußere Element 5 zum Antrieb wenigstens eines Rads 51 ausgebildet ist. Prinzipiell kann die Contrary to the embodiments according to FIGS. 1 and 2, in the embodiment according to FIG. 3 the inner element 5 is designed to drive a wheel 51 of the motor vehicle 39, whereas in the two other embodiments the outer element 5 is designed to drive at least one wheel 51. In principle, the
Anordnung bzw, die Zuordnung der Elemente bei jeder der Ausführungsformen jedoch auch umgekehrt sein. Arrangement or, the assignment of the elements in each of the embodiments, however, also be the other way round.
Die Fig. 3 macht außerdem deutlich, dass das äußere Element 7 eine elektrische Antriebseinheit 1 mit dem Differential 43 und von dort aus über die Welle 45 mit der in Fig. 3 nicht dargestellten Verbrennungsmotor-/Getriebeeinheit 41 verbunden ist. Der Bereich zwischen dem Differential und der Eiektromaschine 3 bildet somit quasi den Antriebsbereich A. Wiederum ermöglicht es die elektrische Antriebseinheit 1, dass sowohl das innere Element 5 als auch das äußere Element 7 der Elektromaschine 3 wahlweise als Rotor und als Stator fungieren kann, je nach gewünschter Betriebsart. Hierzu ist lediglich eine axiale Verlagerung des doppelten Kupplungselements 47 in Richtung der Drehachse D entsprechend dem gewünschten Betriebsmodus notwendig, 3 also makes clear that the outer element 7 is an electric drive unit 1 connected to the differential 43 and from there via the shaft 45 to the internal combustion engine / transmission unit 41, not shown in FIG. The area between the differential and the Eiektromaschine 3 thus forms quasi the drive section A. Again, the electric drive unit 1 allows both the inner member 5 and the outer member 7 of the electric machine 3 to function selectively as a rotor and as a stator, depending on the desired mode of operation. For this purpose, only an axial displacement of the double coupling element 47 in the direction of the axis of rotation D corresponding to the desired operating mode is necessary,
Das doppelte Kupplungselement 47 ist wie gesagt vorzugsweise drehfest mit dem inneren Element 5 verbunden und ermöglicht somit durch eine axiale Verschiebung entlang des inneren Elements 5 in Richtung des Differentials 43 eine drehfeste Verbindung zwischen dem inneren Element 5 und dem äußeren Element 7, so dass diese beiden Elemente eine starre Verbindung, also einen starren Durchtrieb bilden. In diesem Betriebsmodus werden die Räder 51 ausschließlich durch den The double coupling member 47 is as mentioned preferably rotatably connected to the inner member 5 and thus allows by an axial displacement along the inner member 5 in the direction of the differential 43 a rotationally fixed connection between the inner member 5 and the outer member 7, so that these two Elements form a rigid connection, so a rigid drive. In this mode of operation, the wheels 51 are exclusively by the
Verbrennungsmotor 41 angetrieben. Die Schleifkontakte, weiche die Wicklungspakete des äußeren Elements 7 mit Strom aus einer Batterie speisen, sind in diesem Internal combustion engine 41 driven. The sliding contacts, which feed the winding packs of the outer element 7 with power from a battery, are in this
Betriebsmodus vorzugsweise in eine zweite Funktionssteilung verlagert, nämlich von dem äußeren Element 7 weggeklappt, um einen unnötigen Verschleiß zu vermeiden. Operating mode preferably displaced into a second functional division, namely folded away from the outer member 7 in order to avoid unnecessary wear.
In einem zweiten Betriebsmodus wird das äußere Element 7 durch geeignete Fixiermittel, die beispielsweise auch in dem doppelten Kupplungselement 47 integriert sein können, an einer Drehbewegung gehindert, so dass das äußere Element 7 also einen Stator bildet. Beispielsweise ist es denkbar, dass das doppelte Kupplungselement 47 bei einer axialen Verlagerung in Richtung des Differentials 43 an diesem angreift, so dass der Antriebsbereich A blockiert ist In diesem Betriebsmodus stehen die In a second mode of operation, the outer element 7 is prevented from rotating by suitable fixing means, which for example can also be integrated in the double coupling element 47, so that the outer element 7 forms a stator. For example, it is conceivable that the double coupling element 47 engages in an axial displacement in the direction of the differential 43 at this, so that the drive region A is blocked in this mode of operation are the
Schleifkontakte mit den Wicklungspaketen des äußeren Elements 7 in Verbindung und speisen diesen mit Strom, so dass eine Drehbewegung des freibeweglichen inneren Elements 5, der als Innenrotor fungiert, bewirkt wird. Über die Drehbewegung des inneren Elements 5 wird somit auch eine Drehbewegung der Kreuzgelenkwellen 15 und damit der Räder 51 bewirkt. Die Räder 51 sind in diesem Betriebsmodus ausschließlich über die Elektromaschine 3 antreibbar, der als Innenläufermotor fungiert. Slip contacts with the winding packages of the outer member 7 in connection and feed this with electricity, so that a rotational movement of the freely movable inner member 5, which acts as an inner rotor, is effected. The rotational movement of the inner element 5 thus also causes a rotational movement of the universal joint shafts 15 and thus of the wheels 51. The wheels 51 can be driven in this operating mode exclusively via the electric machine 3, which acts as an internal rotor motor.
In einem weiteren Betriebsmodus ist die elektrische Antriebseinheit 1 als Generator nutzbar, indem das innere Element 5 an einer Drehbewegung durch geeignete In a further mode of operation, the electric drive unit 1 can be used as a generator by the inner element 5 at a rotational movement by suitable
Fixiermitte!, insbesondere durch die Fahrzeugbremse gehindert wird und sich das äußere Element 7 indirekt angetrieben durch den Verbrennungsmotor über die Welle 45 und das Differential 43 um das innere Element 5 herum dreht, so dass ein Strom in die Elektromaschine 3 induziert wird, welcher in diesem Betriebsmodus vorzugsweise eine Batterie oder dergleichen speist. Im Generatorbetrieb der Elektromaschine 3 sollte grundsätzlich das als Stator wirkende Element durch geeignete Mittel fixiert werden, da es sonst elektromagnetische Kräfte durch die Drehung des Rotors erfährt, die es in eine Drehbewegung versetzen können. Fixiermitte !, In particular, is prevented by the vehicle brake and the outer member 7 rotates indirectly driven by the internal combustion engine via the shaft 45 and the differential 43 to the inner member 5 around, so that a current is induced in the electric machine 3, which in this Operating mode preferably a battery or the like feeds. In generator operation of the electric machine 3, in principle, the element acting as a stator should be fixed by suitable means, since otherwise it experiences electromagnetic forces due to the rotation of the rotor, which can cause it to rotate.
Wie bei den anderen beiden Ausführungsbeispielen ist es auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 möglich, dass die elektrische Ant iebseinheit 1 als Anlasser des Verbrennungsmotors dient, indem diese als Elektromotor fungiert, in dem sich insbesondere das äußere Element 7 um das drehfest fixierte innere Element 5 herumdreht, so dass die Elektromaschine 3 als Außenläufermotor fungiert. Das innere Element 5 ist in diesem Betriebszustand vorzugsweise durch die geeigneten As with the other two embodiments, it is also possible in the embodiment shown in FIG. 3 that the electric Ant iebseinheit 1 serves as a starter of the engine by acting as an electric motor, in which in particular the outer member 7 to the non-rotatably fixed inner member 5 rotates so that the electric machine 3 functions as an external rotor motor. The inner element 5 is preferably in this operating condition by the appropriate
Fixiermittel, insbesondere durch die Fahrzeugbremse fixiert. Fixing, in particular fixed by the vehicle brake.
Auch ist es denkbar, dass sämtliche Fixier- und Kupplungsmittel deaktiviert sind, d.h. also dass sowohl das innere Element 5 als auch das äußere Element 7 drehbar zueinander gelagert sind, so dass die beiden Elemente mit unterschiedlichen It is also conceivable that all fixing and coupling means are deactivated, i. So that both the inner element 5 and the outer member 7 are rotatably mounted to each other, so that the two elements with different
Drehzahlen rotieren können. Dadurch ist es möglich, dass das äußere Element 7 durch den Verbrennungsmotor in eine Drehbewegung versetzt wird (über die Welle 45 und das Differential 43) und durch eine zusätzliche Speisung der Elektromaschine 3 mit einem Strom eine Drehbewegung des inneren Elements 5 bewirkt wird, die dazu dienen kann, die Drehzahl und damit die Gesamtantriebsieistung des Kraftfahrzeugs zu erhöhen. Can rotate speeds. Thereby, it is possible that the outer member 7 is rotated by the internal combustion engine (via the shaft 45 and the differential 43) and by an additional supply of the electric machine 3 with a current a rotational movement of the inner member 5 is effected, which can serve to increase the speed and thus the Gesamtantriebsieistung the motor vehicle.
Denkbar ist jedoch auch, dass die Drehzahl im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs reduziert wird, indem der Verbrennungsmotor das Fahrzeug antreibt, wobei das äußere Element 7 durch den Verbrennungsmotor in eine Drehbewegung versetzt wird, während die Elektromaschine 3 gleichzeitig einen Teil der Antriebsleistung des However, it is also conceivable that the speed is reduced during driving of the motor vehicle by the internal combustion engine drives the vehicle, wherein the outer member 7 is rotated by the internal combustion engine in a rotary motion, while the electric machine 3 at the same time a part of the drive power of
Verbrennungsmotors im Generatorbetrieb rekuperiert. Dadurch wird ein Teii der Verbrennungsmotorleistung durch Induktion in Form von Strom in die Internal combustion engine recuperated in generator mode. As a result, a part of the engine power by induction in the form of electricity in the
Elektromaschine 3 gespeist, wodurch eine Drehzahldifferenz entsteht, durch die der Verbrennungsmotor in einem günstigen Betriebspunkt gefahren werden kann. Electric machine 3 fed, whereby a speed difference arises, through which the engine can be driven in a favorable operating point.
Insgesamt zeigt sich, dass sowohl das innere Element 5 als auch das äußere Element 7 über geeignete Fixiereinrichtungen, insbesondere über Bremsen oder dergleichen Blockiervorrichtungen verfügen können, so dass das innere Element 5 oder das äußere Element 7 wahlweise als Stator oder als Rotor fungieren kann, Es versteht sich, dass der Antrieb der elektrischen Antriebseinheit 1 nicht zwangsläufig über den Verbrennungsmotor 41 erfolgen muss, Denkbar ist vielmehr auch der Antrieb bzw. die Kopplung mit einer anderen elektrischen Antriebseinheit oder dergleichen. Overall, it can be seen that both the inner element 5 and the outer element 7 can have suitable fixing devices, in particular brakes or the like blocking devices, so that the inner element 5 or the outer element 7 can act either as a stator or as a rotor, Es is understood that the drive of the electric drive unit 1 is not necessarily on the It is also conceivable that the drive or the coupling with another electric drive unit or the like is conceivable.
Es soll an dieser Stelle erwähnt werden, dass üblicherweise keine unmittelbare Verbindung der elektrischen Antriebseinheit 1 mit dem Verbrennungsmotor besteht, sondern vielmehr eine mittelbare Verbindung durch den Getriebeabtrieb 49, die Welle 45, das Differential 43 oder die Kreuzgelenkwelien 15 besteht. Insgesamt wird daher zumindest bei den hier gezeigten Ausführungsbeispieien entweder das innere oder das äußere Element über den Antriebsbereich A indirekt durch den Verbrennungsmotor in eine Drehbewegung versetzt. It should be mentioned at this point that usually there is no direct connection of the electric drive unit 1 with the internal combustion engine, but rather an indirect connection through the transmission output 49, the shaft 45, the differential 43 or the Kreuzgelenkwelien 15 consists. Overall, therefore, at least in the embodiments shown here, either the inner or the outer element is offset indirectly via the drive region A by the internal combustion engine into a rotational movement.
Die Fig. 4 und die Fig. 5 zeigen die elektrische Antriebseinheit 1 gemäß den Fig. 2 und 3 in einer vergrößerten Darstellung mit unterschiedlichen Schaltzuständen des schaltbaren Kupplungsmittels 47. 4 and 5 show the electric drive unit 1 according to FIGS. 2 and 3 in an enlarged view with different switching states of the switchable coupling means 47.
Das Kupplungsmittei 47 ist rein beispielhaft drehfest mit dem Antriebsbereich A und somit mit dem inneren Element 5 verbunden. Das äußere Element 7 ist mit dem Abtriebsbereich B verbunden. In der Fig. 4 ist das Kupplungsmittel 47 in einem deaktivierten Zustand, wodurch der Antriebsbereich A und der Abtriebsbereich B voneinander entkoppelt sind, so dass keine Überbrückung der Elektromaschine 3 erfolgt und die beiden Elemente 5 und 7 folglich keine starre Einheit bilden, sondern vielmehr relative Drehbewegungen zueinander ausführen können. The Kupplungsmittei 47 is purely exemplary rotationally fixed to the drive portion A and thus connected to the inner member 5. Der Antriebsmotor 6 ist mit dem Antriebswelle A verbunden. The outer element 7 is connected to the output area B. In FIG. 4, the coupling means 47 is in a deactivated state, whereby the drive region A and the output region B are decoupled from each other, so that no bridging of the electric machine 3 takes place and the two elements 5 and 7 consequently do not form a rigid unit, but rather relative Rotary movements can perform to each other.
In der Fig. 5 ist das doppelte Kupplungseiement 47 hingegen in einer geschlossenen bzw. aktivierten Funktionssteilung dargestellt, indem es in Richtung der Elektromaschine 3 entlang der Drehachse D verschoben wurde und derart an dem inneren Element 5 und an dem äußeren Element 7 angreift, dass diese beiden Elemente eine starre Einheit bilden und ein Antrieb der Räder 51 nur noch mittels des Verbrennungsmotors 41 möglich ist. In dieser Funktionssteilung des Kupplungseiements 47 ist der Antriebsbereich A drehfest mit dem Abtriebsbereich B der elektrischen Antriebseinheit 1 verbunden. In contrast, in FIG. 5, the double coupling element 47 is shown in a closed or activated functional division by being displaced in the direction of the electric machine 3 along the axis of rotation D and thus engaging the inner element 5 and the outer element 7 form two elements a rigid unit and a drive of the wheels 51 only by means of the internal combustion engine 41 is possible. In this functional division of the coupling element 47, the drive region A is non-rotatably connected to the output region B of the electric drive unit 1.
Der Antriebsbereich A ist hier rein beispielhaft dem inneren Element 5 zugeordnet. Denkbar ist es genauso, dass der Abtriebsbereich B dem inneren Element 5 und der Antriebsbereich A dem äußeren Element 7 zugeordnet ist. Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Rein beispielhaft ist dem Antriebsbereich A der elektrischen Antriebseinheit 1 das innere Element 5 der The drive region A is assigned here purely by way of example to the inner element 5. It is equally conceivable that the output region B is assigned to the inner element 5 and the drive region A to the outer element 7. Fig. 6 shows a further embodiment of the invention. Purely by way of example is the drive portion A of the electric drive unit 1, the inner element 5 of
Elektromaschine 3 zugeordnet. Entgegen den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist in der Fig. 6 dem Abtriebsbereich B sowohl das innere Element 5 also auch das äußere Element 7 zugeordnet. Während das innere Element quasi integral mit dem Abtriebsbereich B ausgebildet ist, ist das äußere Element 7 drehfest mit dem Electric machine 3 assigned. Contrary to the preceding exemplary embodiments, in FIG. 6 the output region B is assigned both the inner element 5 and also the outer element 7. While the inner member is formed quasi integral with the output portion B, the outer member 7 is non-rotatable with the
Abtriebsbereich B verbunden. Das innere und das äußere Element sind drehbar gelagert und können somit beide wahlweise als Rotor oder als Stator zum Einsatz kommen. Output range B connected. The inner and the outer element are rotatably mounted and thus both can be used either as a rotor or as a stator.
Weiterhin ist ein Kupplungsmittel 53 vorgesehen, welches abtriebsseitig die Welle 45 durchsetzt, Das Kupplungsmittel 53 ist also quasi integral mit dem Abtriebsbereich B ausgebildet und wirkt ausschließlich mit dem inneren Element 5 zusammen. Furthermore, a coupling means 53 is provided, which on the output side, the shaft 45 passes through, the coupling means 53 is thus formed virtually integral with the output region B and cooperates exclusively with the inner member 5.
In Fig. 6 ist das Kupplungsmittei 47 in einer geöffneten Funktionssteilung gezeigt, in welcher der Antriebsbereich A und der Abtriebsbereich B voneinander entkoppelt sind, ebenso wie das innere und das äußere Element. In dieser Funktionsstellung des Kupplungsmittels 47 kann die Elektromaschine 3 im Generatorbetrieb arbeiten und somit als Stromaggregat dienen, sofern die Fahrzeugbremse angezogen ist und das äußere Element 7 somit fixiert ist. Weiterhin ist in diesem Betriebszustand das FIG. 6 shows the coupling means 47 in an open functional division, in which the drive region A and the output region B are decoupled from one another, as well as the inner and the outer element. In this functional position of the coupling means 47, the electric machine 3 can operate in generator mode and thus serve as a generator, provided that the vehicle brake is applied and the outer member 7 is thus fixed. Furthermore, in this operating state is the
Anfahren des Fahrzeugs ohne schleifende Kupplung möglich, sofern die Approaching the vehicle without sliding coupling possible, provided that
Fahrzeugbremse gelöst ist. Entscheidend ist bei dieser Ausführungsform, dass das Kupplungsmittel 47 im Abtriebsbereich B zwischen dem inneren Element 5 und dem Verbindungspunkt 54 des äußeren Elements 7 mit dem Abtriebsbereich B angeordnet ist. Vehicle brake is released. It is crucial in this embodiment that the coupling means 47 is disposed in the output region B between the inner member 5 and the connection point 54 of the outer member 7 with the output portion B.
Auch ein rein elektromotorischer Betrieb ist durch die Ausführungsform gemäß Fig. 6 möglich, indem das innere Element 5 bei geöffnetem Kupplungsmittel 47 durch geeignete, in der Fig. nicht dargestellte Mittel fixiert wird und somit als Stator wirkt. Das äußere Element 7 und damit der mit den Rädern 51 verbundene Abtriebsbereich B führt dann unter Stromzuführ eine Drehbewegung aus, welche die Räder antreiben. Die Elektromaschine 3 arbeitet dann quasi als Außenläufermotor. A purely electric motor operation is possible by the embodiment of FIG. 6 by the inner member 5 is fixed with the coupling means 47 open by suitable, not shown in the figure means and thus acts as a stator. The outer element 7 and thus connected to the wheels 51 output area B then performs under power supply from a rotational movement, which drive the wheels. The electric machine 3 then works as an external rotor motor.
In Fig. 7 ist das schaitbare Kupplungsmittel 47 in einer geschlossenen In Fig. 7, the schaitbare coupling means 47 in a closed
Funktionssteilung dargestellt. Es wird deutlich, dass der Antriebsbereich A und der Abtriebsbereich B und damit das Innere Element 5 und das äußere Element 7 drehfest miteinander verbunden sind, so dass ein starrer Durchtrieb gebildet ist, der einen reinen Verbrennungsmotorischen Betrieb zulässt. Functional division shown. It is clear that the drive region A and the output region B and thus the inner member 5 and the outer member 7 rotatably are interconnected so that a rigid drive is formed, which allows a pure internal combustion engine operation.
Es zeigt sich somit, dass auch mit der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 6 und 7 sämtliche oben beschriebenen Betriebsmodi durchführbar sind. Auch die „Addition" oder„Subtraktion" von Drehzahlen des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine 3, das heißt ein kombinierter elektromotorischer und It thus appears that even with the embodiment of the invention according to FIGS. 6 and 7, all the operating modes described above can be carried out. Also, the "addition" or "subtraction" of rotational speeds of the internal combustion engine and the electric machine 3, that is, a combined electromotive and
verbrennungsmotorischer Betrieb, sind mit der Ausführungsform der elektrischen Antriebseinheit 1 gemäß Fig. 6 und Fig, 7 möglich. Internal combustion engine operation, are possible with the embodiment of the electric drive unit 1 according to FIGS. 6 and 7.
In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der das äußere Element 7 als fester Stator ausgebildet ist, der in einem geeigneten nicht dargestellten Lager drehfest gehalten wird. Das Kupplungsmittel ist hier zweiteilig ausgebildet und umfasst ein erstes Kupplungselement 55a und ein zweites In Fig. 8, a further embodiment of the invention is shown, in which the outer member 7 is formed as a fixed stator which is rotatably held in a suitable bearing, not shown. The coupling means is here formed in two parts and comprises a first coupling element 55a and a second
Kupplungselement 55b. Beide Kupplungseiemente 55a und 55b sind dem inneren Element 5 zugeordnet und durchsetzen dieses, wobei das erste Kupplungseiement 55a das innere Element 5 im Antriebsbereich A und das zweite Kupplungselement 55b das innere Element 5 im Abtriebsbereich B durchsetzt. Coupling element 55b. Both Kupplungsseiemente 55a and 55b are associated with the inner element 5 and enforce this, wherein the first Kupplungseiement 55a, the inner element 5 in the drive region A and the second coupling element 55b, the inner element 5 in the output region B passes.
In Fig. 8 sind beide schaltbaren Kupplungseiemente in einem geöffneten Zustand dargestellt. Die Elektromaschine 3 ist aiso weder mit dem Verbrennungsmotor noch mit den Rädern verbunden, sondern ist vielmehr vollständig entkoppelt. In Fig. 8 both switchable Kupplungsseiemente are shown in an open state. The electric machine 3 is connected aiso neither with the engine nor with the wheels, but rather is completely decoupled.
Wenn das erste Kupplungseiement 55a geschlossen und das zweite Kupplungseiement 55b ebenfalls geschlossen ist, ist der Antriebsbereich A drehfest mit dem When the first Kupplungseiement 55 a closed and the second Kupplungseiement 55 b is also closed, the drive portion A is non-rotatable with the
Abtriebsbereich B verbunden und der Elektromotor 3 wird zum verbrennungsmotorischen Antrieb überbrückt. Jedoch ist es durch eine Stromzuführung zu dem äußeren Element 7 möglich, die Drehzahl zu erhöhen, so dass die Drehzahlen des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine 3„addiert" werden. Ebenso ist es möglich, die Elektromaschine 3 in diesem Betriebszustand als Generator zu betreiben, so dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors durch eine Rekuperation in der Output range B connected and the electric motor 3 is bridged to the internal combustion engine drive. However, by supplying power to the outer member 7, it is possible to increase the rotational speed so that the rotational speeds of the internal combustion engine and the electric machine 3 are "added." It is also possible to operate the electric machine 3 as a generator in this operating state that the speed of the internal combustion engine by a recuperation in the
Elektromaschine 3 reduziert werden kann. Electric machine 3 can be reduced.
Für den Fall, dass nur das erste Kupplungseiement 55a geschlossen und das zweite Kupplungseiement 55b geöffnet, also deaktiviert ist, erfolgt keine weitere Verbindung zu den Rädern. Die Elektromaschine 3 kann daher im Generatorbetrieb im Stillstand des Fahrzeugs arbeiten. Die elektrische Antriebseinheit 1 ist dann als Stromaggregat nutzbar. Weiterhin kann in diesem Betriebszustand die elektrische Antriebseinheit 1 ais Anlasser dienen. In the event that only the first Kupplungseiement 55 a closed and the second Kupplungseiement 55 b is opened, that is deactivated, no further connection to the wheels. The electric machine 3 can therefore work in generator mode at standstill of the vehicle. The electric drive unit 1 is then as a generator available. Furthermore, in this operating state, the electric drive unit 1 can serve as a starter.
Für den Fali, dass das erste Kupplungselement 55a geöffnet und das zweite For the case that the first coupling element 55a is open and the second
Kupplungselement 55b geschlossen, also aktiviert ist, kann ein rein Clutch element 55b closed, that is activated, a pure
elektromotorischer Betrieb durch die elektrische Antriebseinheit 1 erfolgen, indem dem äußeren Element 7 ein Strom zugeführt wird, welcher den Betrieb der electromotive operation by the electric drive unit 1 done by the outer element 7, a current is supplied, which the operation of the
Eiektromaschine 3 als Innenläufermotor bewirkt. Eiektromaschine 3 as internal rotor motor causes.
In der Fig. 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt, welches im Prinzip eine Kombination aus den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 6-8 darstellt. Wie in der Fig. 8 ist das Kuppiungsmittel zweigeteilt und weist zwei Kupplungselement 55a und 55b auf. Das äußere Element 7 und das innere Element 5 sind drehbar gelagert und können wahlweise ais Rotor oder als Stator dienen. Das äußere Element umfasst einen in Umfangsrichtung umlaufenen Vorsprung 57, der ein Bremselement 59 durchläuft. FIG. 9 shows a further exemplary embodiment according to the invention, which in principle represents a combination of the exemplary embodiments according to FIGS. 6-8. As in FIG. 8, the coupling means is divided into two and has two coupling elements 55a and 55b. The outer member 7 and the inner member 5 are rotatably mounted and may optionally serve as a rotor or as a stator. The outer member comprises a circumferential circumferential projection 57, which passes through a brake member 59.
Im Abtriebsbereich B ist ein weiteres Kupplungseiement 61 vorgesehen, welches mit dem inneren Element 5 drehfest verbunden ist und das entlang der Drehachse D verlagerbar ist, um mit dem äußeren Element 7 in Eingriff zu kommen. In Abtriebsbereich B another coupling member 61 is provided which is rotatably connected to the inner member 5 and which is displaceable along the rotation axis D to come into engagement with the outer member 7.
Mit der Ausführungsform der elektrischen Antriebseinheit 1 gemäß Fig. 9 sind sämtliche der oben beschriebenen Betriebsmodi realisierbar, wie im Folgenden dargelegt wird. With the embodiment of the electric drive unit 1 according to FIG. 9, all of the operating modes described above can be realized, as will be explained below.
Wenn beide Kupplungselemente 55a und 55b geschlossen sind, ist der Antriebsbereich A drehfest mit dem Abtriebsbereich B gekoppelt und die Eiektromaschine 3 wird überbrückt, so dass ein rein verbrennungsmotorischer Betrieb realisierbar ist. Wenn zusätzlich die Kupplung 61 geöffnet und das Bremselement 59 aktiviert ist, kann die Eiektromaschine 3 gleichzeitig im Generatorbetrieb arbeiten und dient somit als Stromaggregat. Ein Generatorbetrieb der Eiektromaschine 3 ist auch im Stillstand des Fahrzeugs möglich, wenn das erste Kupplungseiement 55a geschlossen, das zweite Kupplungseiement 55b geöffnet, die Kupplung 61 geöffnet und das When both coupling elements 55a and 55b are closed, the drive region A is coupled in a rotationally fixed manner to the output region B, and the electric machine 3 is bridged, so that pure internal combustion engine operation can be achieved. In addition, when the clutch 61 is opened and the brake member 59 is activated, the Eiektromaschine 3 can operate simultaneously in the generator mode and thus serves as a generator. A generator operation of the Eiektromaschine 3 is also possible when the vehicle is at rest, when the first Kupplungseiement 55 a closed, the second Kupplungseiement 55 b open, the clutch 61 is opened and the
Bremselement 59 geschlossen ist. Bremselement 59 is closed.
Weiterhin denkbar ist der Betrieb der Eiektromaschine 3 als Anlasser für den Further conceivable is the operation of the Eiektromaschine 3 as a starter for
Verbrennungsmotor, wenn das erste Kupplungseiement 55a geschlossen, das zweite Kupplungselement 55b geöffnet, die Kupplung 61 geöffnet und das Bremselement 59 geschlossen ist. Die Elektromaschine 3 kann dann durch Stromzufuhr zu dem äußeren Element 7 eine Drehbewegung des inneren Elements 5 bewirken und somit als Internal combustion engine, when the first Kupplungseiement 55 a closed, the second Clutch element 55b is opened, the clutch 61 is opened and the brake element 59 is closed. The electric machine 3 can then cause a rotational movement of the inner member 5 by supplying current to the outer member 7 and thus as
Inneniäufermotor betrieben werden. Inneniäufermotor be operated.
Auch die„Addition oder„Subtraktion" von Drehzahlen des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine 3, das heißt ein kombinierter elektromotorischer und Also, the "addition or subtraction" of rotational speeds of the internal combustion engine and the electric machine 3, that is, a combined electromotive and
verbrennungsmotorischer Betrieb, sowie ein Anfahrbetrieb ohne schleifende Kupplung sind mit der Ausführungsform der elektrischen Antriebseinheit 1 gemäß Fig. 9 möglich. Hierzu ist vorgesehen, dass das erste Kupplungselement 55a geschlossen ist, das zweite Kupplungselement 55b geöffnet ist, die Kupplung 61 geschlossen und das Bremselement 59 gelöst ist. Die Elektromaschine 3 kann dann gemäß dem Internal combustion engine operation, as well as a starting operation without a sliding coupling, are possible with the embodiment of the electric drive unit 1 according to FIG. 9. For this purpose, it is provided that the first coupling element 55a is closed, the second coupling element 55b is opened, the coupling 61 is closed and the brake element 59 is released. The electric machine 3 can then according to the
Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 bis 5 betrieben werden. Es wird daher auch auf die dort ausgeführte Beschreibung zu den einzelnen Betriebsmodi verwiesen. Embodiment according to FIGS. 2 to 5 are operated. It is therefore also referred to the description of the individual operating modes executed there.
Die Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 9 ermöglicht darüber hinaus einen Betriebsmodus während einer verbrennungsmotorischen Fahrt, bei dem das äußere Element durch eine Rekuperation, d.h. also eine Stromrückführung beispielsweise in eine Batterie, beschleunigen und zu einem späteren Zeitpunkt durch eine The embodiment of the invention of Fig. 9 further allows an operating mode during an ICE drive in which the outer element is replaced by a recuperation, i. So a current return, for example, in a battery, accelerate and at a later time by a
Rekuperation, also eine Stromrückführung beispielsweise in getrennt angeordnete Radnabenmotoren an einer anderen Achse abbremsen kann, wodurch die Hauptwelle mit dem inneren Element 5 beschleunigt wird. Durch die Drehbewegung des inneren Elements 5 und die dadurch entstehenden elektromagnetischen Kräfte wird das äußere Element 7 bei gelöster Bremse 59 und geöffneter Kupplung 61 mitbeschleunigt, sodass das äußere Element eine Schwungmasse bildet, die als Recuperation, so a power feedback, for example, in separately arranged wheel hub motors can decelerate on another axis, whereby the main shaft is accelerated to the inner member 5. Due to the rotational movement of the inner element 5 and the resulting electromagnetic forces, the outer element 7 mitbeschleunigt with the brake 59 and clutch 61 open, so that the outer element forms a flywheel, which as
Energiespeicher dient, da durch die Bewegung des äußeren Elements 7 ein Strom rekuperiert werden kann. Das äußere Element 7 dient in diesem Betriebsmodus somit als Schwungmassen-Energiespeicher. Energy storage is because a current can be recuperated by the movement of the outer member 7. The outer element 7 thus serves in this operating mode as a flywheel energy storage.
Genauso ist es denkbar, dass anstelle des äußeren Elements 7 das innere Element 5 als Schwungmassen-Energiespeicher eingesetzt wird. In einer weiteren It is equally conceivable that instead of the outer element 7, the inner element 5 is used as flywheel energy storage. In another
Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass den Permanentmagneten des inneren Elements 5 als Schwungmassen-Energiespeicher zu nutzen. Dadurch sind hohe Embodiment may be provided that to use the permanent magnet of the inner member 5 as a flywheel energy storage. As a result, are high
Drehzahlen einfacher zu handhaben. Dies ist insbesondere augrund von Wuchtung und Energiezuführung der Fall . Insgesamt zeigt sich somit, dass auch mit der elektrischen Antriebseinheit 1 gemäß Fig. 9 eine Vielzahl von Betriebsarten realisierbar sind, die eine erhebliche Speed easier to handle. This is the case in particular due to balancing and energy supply. Overall, it is thus evident that even with the electric drive unit 1 according to FIG. 9, a large number of operating modes can be realized which represent a considerable amount of operating mode
Verbesserung des Energiemanagements eines Kraftfahrzeugs gewährleisten. To ensure improvement of the energy management of a motor vehicle.
Die Ausführungsformen nach den Fig, 6 bis 9 können in nahezu jedem beliebigen Teil des Antriebsstrangs eines Fahrzeugs angeordnet sein und in Form eines The embodiments according to FIGS. 6 to 9 can be arranged in almost any part of the drive train of a vehicle and in the form of a vehicle
Zwischenelements eine Welle, insbesondere die Welle 45 durchsetzen. Intermediate element a shaft, in particular the shaft 45 prevail.
Besonders vorteilhaft ist es, dass durch die vorliegende Erfindung bei stillstehendem Fahrzeug und fixierter Fahrzeugbremse die Elektromaschine als Stromaggregat genutzt wird, was besonders in der Landwirtschaft als vorteilhaft angesehen wird. Weiterhin erfüllt die elektrische Antriebseinheit 1 eine Anlasserfunktion, so dass bei stillstehendem Fahrzeug und fixierter Fahrzeugbremse die Elektromaschine 3 den Verbrennungsmotor 41 starten kann. Darüber hinaus kann entweder das Fahrzeug ausschließlich durch die Elektromaschine 3 angetrieben werden oder es erfoigt ein Antrieb ausschließlich über den Verbrennungsmotor. Die Elektromaschine kann auch zur Unterstützung der Verbrennungsmaschine eingesetzt werden. Insgesamt sind durch die vorliegende Erfindung eine Vielzahl von Betriebsmodi realisierbar, die ein besonders effizientes Energiemanagement des Fahrzeugs zulassen. It is particularly advantageous that the electric machine is used as a generator by the present invention when the vehicle is stationary and the vehicle brake fixed, which is considered advantageous especially in agriculture. Furthermore, the electric drive unit 1 fulfills a starter function, so that when the vehicle is stationary and the vehicle brake is stationary, the electric machine 3 can start the combustion engine 41. In addition, either the vehicle can only be driven by the electric machine 3 or it erfoigt a drive exclusively via the internal combustion engine. The electric machine can also be used to support the internal combustion engine. Overall, a plurality of operating modes can be realized by the present invention, which allow a particularly efficient energy management of the vehicle.
Bezuqszeicheniiste Bezuqszeicheniiste
I Elektrische Antriebseinheit I Electric drive unit
3 Elektromaschine 3 electric machine
5 inneres Element  5 inner element
7 äußeres Element  7 outer element
9 Bremsvorrichtung  9 brake device
II Radaufhängung  II suspension
13 Welienfortsatz 13 Welienfortsatz
15 Kreuzgelenkwelie 15 Kreuzgelenkwelie
17 schaitbare Kupplung 17 schaitbare clutch
19 Radsatz 19 wheelset
21 Felgen  21 rims
23 Reifen  23 tires
25 Nabe  25 hub
27 Lager 29 Adapterelement 27 bearings 29 adapter element
31 Radnabe  31 wheel hub
33 Kupplungsmittel  33 coupling agent
35 Stirnseite  35 front side
37 Lager  37 bearings
39 Fahrzeug  39 vehicle
41 Verbrennungsmotor-/Getriebeeinheit 41 internal combustion engine / transmission unit
43 Differential 43 differential
45 Welle  45 wave
47 doppeltes Kupplungselement 47 double coupling element
49 Getriebeabtrieb 49 Transmission output
51 Rad  51 wheel
53 Kupplungsmittel  53 Coupling agents
54 Verbindungspunkt  54 connection point
55a erstes Kupplungselement  55a first coupling element
55b zweites Kupplungselement  55b second coupling element
57 Vorsprung  57 lead
59 Bremseiement  59 Bremsiement
61 Kupplungseiement  61 Kupplungsseiement
A Antriebsbereich  A drive range
B Abtriebsbereich  B Output range
D Drehachse Elektromaschine  D rotary axis electric machine

Claims

Ansprüche claims
1. Elektrische Antriebseinheit (1) für ein einen Verbrennungsmotor (41) 1. Electric drive unit (1) for an internal combustion engine (41)
aufweisendes Kraftfahrzeug (39), aufweisend;  comprising a motor vehicle (39) comprising;
- eine Elektromaschine (3), aufweisend ein inneres Element (5) und ein koaxial dazu angeordnetes äußeres Element (7), wobei zumindest das innere Element (5) drehbar zu dem äußeren Element (7) gelagert ist; - An electric machine (3) comprising an inner member (5) and a coaxially arranged outer member (7), wherein at least the inner member (5) is rotatably mounted to the outer member (7);
- einen mit der Elektromaschine (3) verbundenen Antriebsbereich (A), der mit dem Verbrennungsmotor (41) zumindest mittelbar koppelbar ist;- One connected to the electric machine (3) driving range (A), which is at least indirectly coupled to the internal combustion engine (41);
- einen mit der Elektromaschine (3) verbundenen Abtriebsbereich (B), der zum Antreiben wenigstens eines Rads (51) zumindest mittelbar mit diesem koppelbar ist, und - One connected to the electric machine (3) output region (B), which is for driving at least one wheel (51) at least indirectly coupled thereto, and
- Kupplungsmittei (33, 47, 53, 55a, 55b) zum Lösen und Herstellen einer drehfesten Verbindung zwischen dem Antriebsbereich (A) und dem Abtriebsbereich (B) der elektrischen Antriebseinheit (1).  - Kupplungsmittei (33, 47, 53, 55a, 55b) for releasing and producing a rotationally fixed connection between the drive region (A) and the output region (B) of the electric drive unit (1).
2. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtriebsbereich (B) mit dem inneren Element (5) der Elektromaschine (3) verbunden ist. 2. Electric drive unit according to claim 1, characterized in that the output region (B) with the inner element (5) of the electric machine (3) is connected.
3. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtriebsbereich (B) mit dem äußeren Element (7) der Elektromaschine (3) verbunden ist. 3. Electric drive unit according to claim 1, characterized in that the output region (B) with the outer element (7) of the electric machine (3) is connected.
4. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsbereich (A) mit dem inneren Element (5) der Elektromaschine (3) verbunden ist, 4. Electric drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that the drive region (A) is connected to the inner element (5) of the electric machine (3),
5. Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsbereich (A) mit dem äußeren Element (7) der Elektromaschine (3) verbunden ist. 5. Electric drive unit according to one of claims 1 or 2, characterized in that the drive region (A) with the outer element (7) of the electric machine (3) is connected.
6. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Electric drive unit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kuppiungsmittel (33) drehfest mit dem äußeren Element (7) verbunden ist und im aktivierten Zustand zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen dem Antriebsbereich (A) und dem Abtriebsbereich (B) an dem inneren Element (5) angreift.  characterized in that the Kuppiungsmittel (33) rotatably connected to the outer member (7) and engages in the activated state for producing a rotationally fixed connection between the drive portion (A) and the output portion (B) on the inner element (5).
7. Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch 7. Electric drive unit according to one of claims 1 to 5, characterized
gekennzeichnet, dass das Kupplungsmittel (47) drehfest mit dem inneren Element (5) verbunden ist und im aktivierten Zustand zur Hersteilung einer drehfesten Verbindung zwischen dem Antriebsbereich (A) und dem  characterized in that the coupling means (47) is non-rotatably connected to the inner element (5) and in the activated state for the production of a rotationally fixed connection between the drive region (A) and the
Abtriebsbereich (B) an dem äußeren Element (7) angreift.  Abtriebsbereich (B) on the outer element (7) attacks.
8. Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch 8. Electric drive unit according to one of claims 1 to 5, characterized
gekennzeichnet, dass das Kupplungsmittel (53) das innere Element (5) antriebsseitig oder abtriebsseitig durchsetzt.  in that the coupling means (53) passes through the inner element (5) on the drive side or the driven side.
9. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. Electric drive unit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsmittel (55a, 55b) ein erstes Kupplungselement (55a) und ein zweites Kuppiungselement (55b) umfassen, wobei das erste Kupplungselement (55a) das innere Element (5) antriebsseitig durchsetzt und das zweite Kupplungselement (55b) das innere Element (5) abtriebsseitig durchsetzt.  characterized in that the coupling means (55a, 55b) comprise a first coupling element (55a) and a second coupling element (55b), wherein the first coupling element (55a) passes through the inner element (5) on the drive side and the second coupling element (55b) penetrates the inner coupling element (55b) Element (5) interspersed on the output side.
10. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 10. Electric drive unit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das innere Element (5) oder das äußere Element (7) zumindest indirekt durch den Verbrennungsmotor (41) in  characterized in that the inner element (5) or the outer element (7) at least indirectly by the internal combustion engine (41) in
Drehbewegung versetzbar ist, während das jeweils andere Element (7, 5) zum Antrieb wenigstens eines Rads (51) des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Rotary movement is displaceable, while the respective other element (7, 5) for driving at least one wheel (51) of the motor vehicle is formed.
11. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Element (5) und das äußere Element (7) drehbar gelagert sind. 11. Electric drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that the inner element (5) and the outer element (7) are rotatably mounted.
12. Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch 12. Electric drive unit according to one of claims 1 to 9, characterized
gekennzeichnet, dass das innere Element (5) als Rotor und das äußere Element (7) als Stator ausgebildet ist und das innere Element (5) mit dem Verbrennungsmotor (41) und mit wenigstens einem Rad (51) koppelbar ist.  in that the inner element (5) is designed as a rotor and the outer element (7) as a stator, and the inner element (5) can be coupled to the internal combustion engine (41) and to at least one wheel (51).
13. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 13. Electric drive unit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass Fixiermittel zum selektiven Verhindern einer Drehbewegung des inneren (5) oder des äußeren Elements (7) vorgesehen sind, so dass das innere Element (5) und das äußere Element (7) wahlweise als Rotor oder als Stator betreibbar sind.  characterized in that fixing means for selectively preventing rotational movement of the inner (5) or outer member (7) are provided so that the inner member (5) and the outer member (7) are selectively operable as a rotor or a stator.
14. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 14. Electric drive unit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das innere Element (5) einen  characterized in that the inner element (5) has a
Permanentmagneten aufweist.  Having permanent magnets.
15. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 15. Electric drive unit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Element (7) ein Wicklungspaket aufweist.  characterized in that the outer element (7) has a winding package.
16. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Wicklungspaket über Schleifkontakte gespeist wird. 16. Electric drive unit according to claim 15, characterized in that the winding package is fed via sliding contacts.
17. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkontakte von einer ersten in eine zweite Funktionsstellung 17. Electric drive unit according to claim 16, characterized in that the sliding contacts from a first to a second functional position
verlagerbar sind.  are relocatable.
18. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 18. Electric drive unit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das innere Element (5) mit dem  characterized in that the inner element (5) with the
Getriebeabtrieb (49) koppelbar ist.  Transmission output (49) can be coupled.
19. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 19. Electric drive unit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das innere Element (5) mit einer  characterized in that the inner element (5) is provided with a
Kreuzgelenkwelle (15) koppelbar ist. Universal joint shaft (15) can be coupled.
20. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 20. Electric drive unit according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (3) als Motor und als Generator betreibbar ist  characterized in that the electric machine (3) is operable as a motor and as a generator
21. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die im Generatorbetrieb gewonnene Energie einer Batterie und/oder 21. Electric drive unit according to claim 20, characterized in that the energy obtained in the generator operation of a battery and / or
wenigstens einer weiteren Antriebsmaschine zuführbar ist.  at least one further drive machine can be fed.
22. Kraftfahrzeug (39) mit einem Verbrennungsmotor, aufweisend eine elektrische Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22. 22. Motor vehicle (39) with an internal combustion engine, comprising an electric drive unit (1) according to one of claims 1 to 22.
23. Kraftfahrzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die 23. Motor vehicle according to claim 22, characterized in that the
elektrische Antriebseinheit (1) im Antriebsstrang des Fahrzeugs zwischen dem Getriebe (41) und dem Differential (43) oder zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet ist.  electric drive unit (1) is arranged in the drive train of the vehicle between the transmission (41) and the differential (43) or between the internal combustion engine and the transmission.
24. Kraftfahrzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine elektrische Antriebseinheit (1) im Antriebsstrang des Fahrzeugs zwischen dem Differential (43) und einem zugeordneten Rad (51) angeordnet ist. 24. Motor vehicle according to claim 22, characterized in that in each case an electric drive unit (1) in the drive train of the vehicle between the differential (43) and an associated wheel (51) is arranged.
25. Kraftfahrzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die 25. Motor vehicle according to claim 22, characterized in that the
elektrische Antriebseinheit (1) zumindest teilweise in einen Radsatz (19) integriert ist, der eine Felge (21) und eine Nabe (25) aufweist, die drehbar miteinander verbunden sind.  electric drive unit (1) is at least partially integrated in a wheel set (19) having a rim (21) and a hub (25) which are rotatably connected to each other.
26. Kraftfahrzeug nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die 26. Motor vehicle according to claim 25, characterized in that the
Antriebseinheit (1) in den Radsatz (19) integrierte schaltbare Kupplungsmittel (33) zum drehfesten Verbinden des inneren (5) und des äußeren Elements (7) aufweist.  Drive unit (1) in the wheel set (19) integrated switchable coupling means (33) for non-rotatably connecting the inner (5) and the outer member (7).
27. Kraftfahrzeug nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Element (5) mit der Nabe (25) und das äußere Element (7) mit der Felge (21) des Radsatzes (19) verbunden ist. 27. Motor vehicle according to claim 25 or 26, characterized in that the inner element (5) with the hub (25) and the outer element (7) with the rim (21) of the wheelset (19) is connected.
28. Kraftfahrzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebseinheit (1) als Zwischenelement in eine durch den Verbrennungsmotor angetriebene Weile integriert ist. 28. Motor vehicle according to claim 22, characterized in that the electric drive unit (1) is integrated as an intermediate element in a driven by the internal combustion engine while.
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