WO2012146376A2 - Antriebseinrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a drive device for a motor vehicle.
  • the present invention relates to a motor vehicle with such a drive device.
  • the drive can be operated either in series or in parallel.
  • serial operation the energy generated by the internal combustion engine is transmitted to an electric motor operated as a generator, which converts the energy into electrical energy.
  • the electrical energy is stored in an electrical energy storage, such as a battery.
  • parallel operation the drive of the motor vehicle is operated simultaneously by the internal combustion engine and the at least one electric motor.
  • the internal combustion engine and the at least one electric motor can be coupled to one another via a planetary gear transmission.
  • a planetary gear transmission Such arrangements are known, for example, from EP 1 480 316 A2 and DE 602 16 373 T2. However, these arrangements do not have two separate electric motors which can be controlled independently of each other.
  • EP 1 954 515 B1 describes a drive system for a hybrid vehicle with a first electric motor with an inside running rotor and a second electric motor with an outside running rotor, wherein the stator of the second electric motor is arranged concentrically outside lying to the stator of the first electric motor.
  • An internal combustion engine is coupled to a planetary carrier of a planetary gear.
  • the rotor of the first electric motor is coupled to a sun gear of the planetary gear and the rotor of the second electric motor is coupled to a ring gear of the planetary gear.
  • the ring gear is coupled via a drive shaft with at least one drive wheel of the motor vehicle.
  • the object of the present invention is to operate hybrid vehicles more efficiently.
  • a drive device for a motor vehicle having a first electric motor with a first stator and a first rotor arranged concentrically in relation to the first stator, a second electric motor with a second stator and a second rotor arranged concentrically outside the second stator, wherein the second stator is arranged concentrically outside the first stator, and the drive device is characterized by a common cooling device for cooling both stators.
  • This drive device has two separate electric motors, which can be controlled independently. Both the first and the second electric motor can be operated either as a motor or as a generator. Thus, both electric motors can be operated without mutual interference.
  • By the common cooling of the two stators of the first and the second electric motor a compact and space-saving arrangement is achieved. Due to the common cooling device, the production costs and associated costs are low. Likewise, the common cooling allows efficient operation of both electric motors and guarantees a long service life.
  • the cooling device is provided in a stator, on which the first stator and the second stator are arranged.
  • a corresponding cooling device can already be provided in the production of a stator carrier. Since both stators are arranged on the common stator carrier, they can both be cooled simultaneously by the cooling device.
  • the cooling device comprises at least one cooling channel for a cooling medium. Through a cooling channel, which is flowed through by a cooling medium, for example a corresponding cooling liquid, a particularly effective cooling of both stators can be made possible.
  • the cooling device preferably comprises a plurality of cooling channels, which are arranged parallel to one another. By means of a plurality of parallel cooling channels, the heat generated by the two stators can be dissipated particularly effectively and overheating of the two electric motors prevented.
  • the cooling channel is helically formed circumferentially around the stator carrier. Through this cooling channel, a particularly uniform cooling of both stators of the electric motors can be achieved.
  • an at least first cooling channel is assigned to the first stator and an at least second cooling channel is assigned to the second stator.
  • connection elements of a supply line and a return line for the cooling medium are arranged on the same end face of the stator carrier.
  • the at least first cooling channel and the at least second cooling channel are connected to a side opposite the end side.
  • a corresponding cooling circuit for cooling the drive device can be made possible in a particularly simple manner.
  • the at least first cooling channel and the at least second cooling channel are helically formed circumferentially around the stator, wherein the first cooling channel and the second cooling channel are arranged crossing each other and / or axially offset relative to the stator and / or radially are.
  • one of the cooling channels may have a right-handed helical shape and another of the cooling channels have a left-handed helical shape.
  • the invention provides a motor vehicle with a previously described drive arrangement, wherein the first rotor of the drive arrangement is coupled to a first transmission element, in particular connected, the second rotor of the drive arrangement is coupled to a second transmission element, in particular connected, and via a drive shaft with at least one Drive wheel of the motor vehicle coupled, in particular is connected.
  • a drive 10 for a motor vehicle, in particular a hybrid vehicle, has an internal combustion engine 12.
  • the drive 10 has a first electric motor and a second electric motor.
  • the first electric motor has a first stator 16 and a first rotor 18, which is disposed inwardly relative to the first stator 16.
  • the second electric motor has a second stator 20 and a second rotor 22 disposed outside the second stator 20.
  • the second stator 20 is arranged concentrically outside lying to the first stator 16.
  • the first stator 16 and the second stator 20 are arranged on a common stator carrier 24.
  • a common cooling device which is designed to cool the first stator 16 and the second stator 20.
  • the cooling device is provided in the stator support 24.
  • the cooling device comprises at least one cooling channel 26 for a cooling medium.
  • the cooling channel 26 can be acted upon by a gaseous or liquid cooling medium.
  • the cooling device comprises a plurality of parallel cooling channels 26.
  • the cooling channel 26 is helically formed around the stator 24 circumferentially. By the corresponding turns of this cooling channel 26, a particularly effective and uniform cooling of the first stator 16 and the second stator 20 is achieved.
  • a first cooling channel 26 is preferably associated with the first stator 16 and a second cooling channel 26 associated with the second stator 20.
  • the cooling channels 26 may be arranged axially offset from one another.
  • the cooling channels 26 are arranged crossing each other.
  • one of the cooling channels 26 may have a right-hand helical shape and another of the cooling channels 26 may have a left-handed helical shape.
  • connection elements of a supply line 28 and a return line 30 for the cooling medium are arranged on the same end face 32 of the stator 24.
  • the first cooling channel 26 and the second cooling channel 26 are connected to one another at one of the end face 32 of the stator 24 opposite side. In this way, a corresponding cooling circuit can be produced.
  • the internal combustion engine 12 of the drive 10 is non-positively connected to a shaft 38.
  • the shaft 38 is connected to a planet carrier 40 of a planetary gear.
  • a shaft of the first rotor 18 is connected to a sun gear 42 of the planetary gear.
  • a shaft of the second rotor 22 is connected to a ring gear 44 of the planetary gear.
  • the ring gear 44 is connected to a drive shaft 46 with a drive element 48, for example a drive wheel of the motor vehicle.
  • the ring gear 44 and the sun gear 42 are mechanically connected to at least one planet 50 of the planetary gear.
  • a motor vehicle By the drive 10, a motor vehicle, in particular a hybrid vehicle, are driven.
  • the energy generated by the internal combustion engine 12 is transmitted via the shaft 38 to the planet carrier 40.
  • the energy generated by the internal combustion engine 12 is converted into electrical energy by the first electric motor, which is operated as a generator.
  • the electrical energy is converted by the second electric motor, which is operated as a motor, into mechanical energy.
  • a part of the energy generated by the internal combustion engine 12 is transmitted to the ring gear 44, which is connected to the drive wheels.

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Abstract

Hybridfahrzeuge sollen effektiver betrieben werden. Dazu wird erfindungsgemäß bereitgestellt eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Elektromotor mit einem ersten Stator (16) und einem gegenüber dem ersten Stator (16) konzentrisch innen liegend angeordneten ersten Rotor (18), einem zweiten Elektromotor mit einem zweiten Stator (20) und einem gegenüber dem zweiten Stator (20) konzentrisch außen liegend angeordneten zweiten Rotor (22), wobei der zweite Stator (20) konzentrisch außen liegend zu dem ersten Stator (16) angeordnet ist, und die Antriebsreinrichtung durch eine gemeinsame Kühleinrichtung zum Kühlen beider Statoren (16, 20) gekennzeichnet ist. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit der Antriebseinrichtung.

Description

Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug
BESCHREIBUNG: Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Über dies betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebseinrichtung.
Bei Hybridfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor und zumindest einem Elektromotor kann der Antrieb entweder seriell oder parallel betrieben werden. Bei dem seriellen Betrieb wird die vom Verbrennungsmotor erzeugte Energie an einen als Generator betriebenen Elektromotor übertragen, der die Energie in elektrische Energie wandelt. Die elektrische Energie wird in einem elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einer Batterie, gespeichert. Im parallelen Betrieb wird der Antrieb des Kraftfahrzeugs durch den Verbrennungsmotor und die zumindest einen Elektromotor simultan betrieben.
Bei Hybridfahrzeugen können der Verbrennungsmotor und der wenigstens eine Elektromotor über ein Planentengetriebe miteinander gekoppelt sein. Solche Anordnungen sind beispielsweise aus der EP 1 480 316 A2 und der DE 602 16 373 T2 bekannt. Diese Anordnungen weisen allerdings keine zwei separaten Elektromotoren auf, die unabhängig voneinander angesteuert werden können. Die EP 1 954 515 B1 beschreibt ein Antriebssystem für ein Hybridfahrzeug mit einem ersten Elektromotor mit einem innen laufenden Rotor und einem zweiten Elektromotor mit einem außen laufenden Rotor, wobei der Stator des zweiten Elektromotors konzentrisch außen liegend zu dem Stator des ersten Elektromotors angeordnet ist. Ein Verbrennungsmotor ist mit einem Plane- tenträger eines Planetengetriebes gekoppelt. Der Rotor des ersten Elektromotors ist mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes und der Rotor des zweiten Elektromotors ist mit einem Hohlrad des Planetengetriebes gekoppelt. Das Hohlrad ist über eine Antriebswelle mit zumindest einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs gekoppelt.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Hybridfahrzeuge effizienter zu betreiben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 1 und durch eine Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
Erfindungsgemäß wird bereitgestellt eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Elektromotor mit einem ersten Stator und einem gegenüber dem ersten Stator konzentrisch innen liegend angeordneten ersten Rotor, einem zweiten Elektromotor mit einem zweiten Stator und einem gegenüber dem zweiten Stator konzentrisch außen liegend angeordneten zweiten Rotor, wobei der zweite Stator konzentrisch außen liegend zu dem ersten Stator angeordnet ist, und die Antriebseinrichtung durch eine gemein- same Kühleinrichtung zum Kühlen beider Statoren gekennzeichnet ist.
Diese Antriebseinrichtung weist zwei separate Elektromotoren auf, die unabhängig voneinander angesteuert werden können. Sowohl der erste, als auch der zweite Elektromotor können entweder als Motor oder als Generator be- trieben werden. Somit können beide Elektromotoren ohne gegenseitige Beeinflussung betrieben werden. Durch die gemeinsame Kühlung der beiden Statoren des ersten und des zweiten Elektromotors wird eine kompakte und Bauraum sparende Anordnung erreicht. Durch die gemeinsame Kühleinrichtung sind der Fertigungsaufwand und die damit verbundenen Kosten gering. Ebenso ermöglicht die gemeinsame Kühlung einen effizienten Betrieb beider Elektromotoren und garantiert eine hohe Lebensdauer.
Vorzugsweise ist die Kühleinrichtung in einem Statorträger bereitgestellt, an dem der erste Stator und der zweite Stator angeordnet sind. Ein entspre- chende Kühleinrichtung kann bereits bei der Herstellung eines Statorträgers vorgesehen werden. Da beiden Statoren an dem gemeinsamen Statorträger angeordnet sind, können sie durch die Kühleinrichtung beide gleichzeitig gekühlt werden. Bei einer Ausführungsform umfasst die Kühleinrichtung wenigstens einen Kühlkanal für ein Kühlmedium. Durch einen Kühlkanal, der mit einem Kühlmedium, beispielsweise einer entsprechenden Kühlflüssigkeit, durchströmt wird, kann eine besonders effektive Kühlung beider Statoren ermöglicht werden. Die Kühleinrichtung umfasst bevorzugt eine Mehrzahl von Kühlkanälen, die parallel zueinander angeordnet sind. Durch eine Mehrzahl von parallelen Kühlkanälen kann die von den beiden Statoren erzeugte Wärme besonders effektiv abgeführt und eine Überhitzung der beiden Elektromotoren verhin- dert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kühlkanal schraubenlinienför- mig um den Statorträger umlaufend ausgebildet ist. Durch diesen Kühlkanal kann eine besonders gleichmäßige Kühlung beider Statoren der Elektromo- toren erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein wenigstens erster Kühlkanal dem ersten Stator zugeordnet und ein wenigstens zweiter Kühlkanal dem zweiten Stator zugeordnet. Somit kann eine gleichmäßige Kühlung des ersten und des zweiten Stators garantiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung sind Anschlusselemente einer Vorlaufleitung und einer Rücklaufleitung für das Kühlmedium an der selben Stirnseite des Statorträgers angeordnet. Somit kann eine kompakte Bauweise erreicht wer- den und eine einfache Anordnung der Kühlmittelleitungen ermöglicht werden.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der wenigstens erste Kühlkanal und der wenigstens zweite Kühlkanal an einer der Stirnseite gegenüberliegenden Seite verbunden sind. Somit kann ein entsprechender Kühlkreislauf zur Kühlung der Antriebseinrichtung auf besonders einfache Weise ermöglicht werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind der wenigstens erste Kühlkanal und der wenigstens zweite Kühlkanal schraubenlinienförmig um den Statorträger umlaufend ausgebildet, wobei der erste Kühlkanal und der zweite Kühlkanal sich kreuzend angeordnet sind und/oder im Bezug zu dem Statorträger axial und/oder radial zueinander versetzt angeordnet sind. Ebenso kann einer der Kühlkanäle eine rechtsgängige Schraubenlinienform aufweisen und ein weiterer der Kühlkanäle eine linksgängige Schraubenlinienform aufweisen. Durch die zueinander versetzte Anordnung können die zumindest zwei Kühlkanäle besonders Bauraum sparend angeordnet werden, und zudem kann eine ausreichende Kühlung der beiden Statoren ermöglicht werden. Schließlich wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Kraftfahrzeug mit einer zuvor beschriebenen Antriebsanordnung, wobei der erste Rotor der Antriebsanordnung mit einem ersten Getriebeelement gekoppelt, insbesondere verbunden ist, der zweite Rotor der Antriebsanordnung mit einem zweiten Getriebeelement gekoppelt, insbesondere verbunden ist, und über eine Antriebswelle mit zumindest einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs gekoppelt, insbesondere verbunden ist.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei die Figur in einer schematischen geschnittenen Darstellung eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug veranschaulicht.
Ein Antrieb 10 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, weist einen Verbrennungsmotor 12 auf. Zudem weist der Antrieb 10 einen ersten Elektromotor und einen zweiten Elektromotor auf.
Der erste Elektromotor weist einen ersten Stator 16 auf sowie einem gegenüber dem ersten Stator 16 innen liegend angeordneten ersten Rotor 18 auf. Der zweite Elektromotor weist einen zweiten Stator 20 und einen gegenüber dem zweiten Stator 20 außen liegend angeordneten zweiten Rotor 22 auf. Hierbei ist der zweite Stator 20 konzentrisch außen liegend zu dem ersten Stator 16 angeordnet. Der erste Stator 16 und der zweite Stator 20 sind an einem gemeinsamen Statorträger 24 angeordnet.
Dem ersten Stator 16 und dem zweiten Stator 20 zugeordnet ist eine gemeinsame Kühleinrichtung, die zum Kühlen des ersten Stators 16 und der zweiten Stators 20 ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Kühleinrichtung in dem Statorträger 24 bereitgestellt. Die Kühleinrichtung umfasst wenigstens einen Kühlkanal 26 für ein Kühlmedium. Der Kühlkanal 26 kann mit einem gasförmigen oder flüssigen Kühlmedium beaufschlagt werden. Bevorzugt umfasst die Kühleinrichtung mehrere parallele Kühlkanäle 26.
Der Kühlkanal 26 ist schraubenförmig um den Statorträger 24 umlaufend ausgebildet. Durch die entsprechenden Windungen dieses Kühlkanals 26 wird eine besonders effektive und gleichmäßige Kühlung des ersten Stators 16 und des zweiten Stators 20 erreicht. Hierbei ist bevorzugt ein erster Kühlkanal 26 dem ersten Stator 16 zugeordnet und ein zweiter Kühlkanal 26 dem zweiten Stator 20 zugeordnet. Durch diese Anordnung ergibt sich ein radialer Versatz zwischen den zumindest zwei Kühlkanälen 26. Ebenso können die Kühlkanäle 26 axial zueinander versetzt angeordnet sein. Zudem ist es denkbar, dass die Kühlkanäle 26 sich kreuzend angeordnet sind. Ebenso kann einer der Kühlkanäle 26 eine rechtsgängige Schraubenlinienform auf- weisen und ein weiterer der Kühlkanäle 26 eine linksgängige Schraubenlinienform aufweisen.
Die entsprechenden Anschlusselemente einer Vorlaufleitung 28 und einer Rücklaufleitung 30 für das Kühlmedium sind an der selben Stirnseite 32 des Statorträgers 24 angeordnet. Dabei sind der erste Kühlkanal 26 und der zweite Kühlkanal 26 an einer der Stirnseite 32 des Statorträgers 24 gegenüberliegenden Seite miteinander verbunden. Auf diesen Weise kann ein entsprechender Kühlkreislauf hergestellt werden. Ebenso sind die elektrischen Anschlüsse 34, mit welchen der erste Stator 16 und der zweite Stator 20 mit einer Batterie 36 verbunden sind, an der selben Stirnseite 32 angeordnet. Somit kann Bauraum eingespart werden und die Anordnung der Vorlaufleitung 28 und der Rücklaufleitung 30 und der elektrischen Anschlüsse 34 sind einfach möglich.
Der Verbrennungsmotor 12 des Antriebs 10 ist mit einer Welle 38 kraftschlüssig verbunden. Die Welle 38 ist mit einem Planetenträger 40 eines Planetengetriebes verbunden. Eine Welle des erste Rotors 18 ist mit einem Sonnenrad 42 des Planetengetriebes verbunden. Eine Welle des zweiten Rotors 22 ist mit einem Hohlrad 44 des Planetengetriebes verbunden. Das Hohlrad 44 ist mit einer Antriebswelle 46 mit einem Antriebselement 48, beispielsweise einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs verbunden. Das Hohlrad 44 und das Sonnenrad 42 sind mit zumindest einem Planeten 50 des Planetengetriebes mechanisch verbunden.
Durch den Antrieb 10 kann ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, angetrieben werden. Die vom Verbrennungsmotor 12 erzeugte Energie wird über die Welle 38 an den Planetenträger 40 übertragen. Die vom Verbrennungsmotor 12 erzeugte Energie wird von dem ersten Elektromotor, der als Generator betrieben wird, in elektrische Energie gewandelt. Die elektrische Energie wird von dem zweiten Elektromotor, der als Motor betrieben wird, in mechanische Energie gewandelt. Zum anderen wird eine Teil der vom Verbrennungsmotor 12 erzeugte Energie an das Hohlrad 44 übertragen, welches mit den Antriebsrädern verbunden ist. Durch das Einstellen der Drehzahlen der einzelnen Komponenten des Planetengetriebes kann das Drehmoment an den Antriebsrädern angepasst werden und die Antriebsräder beispielsweise beschleunigt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit
einem ersten Elektromotor mit einem ersten Stator (16) und einem gegenüber dem ersten Stator (16) konzentrisch innen liegend angeordneten ersten Rotor (18),
einem zweiten Elektromotor mit einem zweiten Stator (20) und einem gegenüber dem zweiten Stator (20) konzentrisch außen liegend angeordneten zweiten Rotor (22), wobei
- der zweite Stator (20) konzentrisch außen liegend zu dem ersten Stator (16) angeordnet ist,
gekennzeichnet durch
eine gemeinsame Kühleinrichtung zum Kühlen beider Statoren (16, 20).
2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühleinrichtung in einem Statorträger (24) bereitgestellt ist, an dem der erste Stator (16) und der zweite Stator (20) angeordnet sind.
3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühleinrichtung wenigstens einen Kühlkanal (26) für ein Kühlmedium um- fasst.
4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3,
gekennzeichnet durch
eine Mehrzahl von parallelen Kühlkanälen (26).
5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Kühlkanal (26) schraubenlinienförmig um den Statorträger (24) umlaufend ausgebildet ist.
6. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein erster Kühlkanal (26) dem ersten Stator (16) zugeordnet ist und wenigstens ein zweiter Kühlkanal (26) dem zweiten Stator (20) zugeordnet ist.
7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
Anschlusselemente einer Vorlaufleitung (28) und einer Rücklaufleitung (30) für das Kühlmedium an der selben Stirnseite (32) des Statorträgers (24) an- geordnet sind.
8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens erste Kühlkanal (26) und der wenigstens zweite Kühlka- nal (26) an einer der Stirnseite (32) des Statorträgers (24) gegenüberliegenden Seite verbunden sind.
9. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens erste Kühlkanal (26) und der wenigstens zweite Kühlkanal (26) schraubenlinienförmig um den Statorträger (24) umlaufend ausgebildet sind, wobei der erste Kühlkanal (26) und der zweite Kühlkanal (26) sich kreuzend angeordnet sind und/oder im Bezug zu dem Statorträger (24) axial und/oder radial zueinander versetzt angeordnet sind.
10. Kraftfahrzeug mit
einer Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
der erste Rotor (18) der Antriebsanordnung mit einem ersten Getriebe- element gekoppelt ist,
der zweite Rotor (22) der Antriebsanordnung mit einem zweiten Getriebeelement gekoppelt ist und über eine Antriebswelle (46) mit zumindest einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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