WO2017016848A1 - Elektrische antriebseinrichtung - Google Patents
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- B60K6/405—Housings
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- B60K6/48—Parallel type
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- B60K6/48—Parallel type
- B60K2006/4825—Electric machine connected or connectable to gearbox input shaft
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- B60K6/48—Parallel type
- B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
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- Y02T10/62—Hybrid vehicles
Definitions
- the invention relates to an electric drive device for a hybrid drive in a motor vehicle according to the preamble of the first claim.
- Such drive devices are known from the general state of the art, in particular DE 10 2008 043 290 A1 deals with such devices.
- the electric motor is often used to drive the vehicle from standstill. In order to avoid having to use a very large and heavy electric motor in this area at low speeds, this is coupled by means of a transmission to the drive train. At high speeds of the vehicle and thus high speeds in the drive train of the electric motor is particularly stressed by the centrifugal forces.
- DE 10 2008 043 290 A1 proposes a hybrid module in which the rotor of the electromechanical energy converter is coupled to the ring gear of a planetary gear. Further, this planetary gear is arranged in the radial direction within this rotor. To connect the Internal combustion engine with the planet carrier of this planetary gear is provided a clutch.
- a drive device for a hybrid drive in a motor vehicle in the sense of the invention has a drive machine with a rotor and a stator, in particular an electromechanical energy converter. Furthermore, the drive device has a planetary gear set with a sun gear, a ring gear and at least one planet gear mounted on a planet carrier. Preferably, a plurality of planetary gears is supported on this planet carrier, preferably three or more, and more preferably five or more.
- the drive device has a coupling device for the selective production of a torque-conducting connection.
- a drive power can be transmitted to the drive device, preferably to a drive shaft, in particular by a further drive machine, preferably an internal combustion engine.
- the ring gear is connected to the rotor for transmitting a drive power binding bar and arranged in the radial direction within the rotor.
- the sun gear is rotatably mounted relative to the stator and the planet carrier is set up as a transmission output shaft, or connected to such. And more preferably, the concentrically arranged to the ring gear through shaft, with the coupling device and the planet carrier can be connected.
- the planet carrier preferably directly, in the transmission housing stored.
- the rotor of the drive machine is mounted on the planet carrier. Preferably, it is achievable with such a storage that an air gap between the rotor and the stator of the drive machine is particularly low and with this a high efficiency can be achieved.
- the ring gear is rotatably connected to the rotor and the planet carrier is rotatably mounted relative to the ring gear.
- at least one roller bearing preferably a plurality of roller bearings is provided for mounting the planet carrier.
- the coupling device based on the torque transmission between the other drive machine and the drive shaft arranged so that the power transmission to the drive means of the further drive machine is selectively interruptible.
- the naturaltriebsweil is rotatably connected to the planet, preferably integrally formed therewith.
- the drive shaft is positively, preferably frictionally and particularly preferably cohesively or more preferably connected to a combination of at least two of the above types with the planet.
- the drive power of the prime mover and the other prime mover is summable and can be collected from this to the other drive train, in particular an input shaft in a switchable transmission device delivered.
- the stator of the drive machine is accommodated in a housing module and connected in a rotationally fixed manner therewith.
- the stator is positively, preferably frictionally engaged and particularly preferably cohesively connected to the housing module and more preferably with a combination of at least two of the aforementioned types of connection.
- the sun gear is rotatably connected to the housing module.
- the sun gear is connected by means of an intermediate element, preferably by means of a shaft, preferably by means of a hollow shaft or particularly preferably mitteis an intermediate wall and preferably by means of a support cover to the housing module.
- the sun gear is positively connected, preferably frictionally engaged and particularly preferably cohesively and more preferably with a combination of at least two of the mentioned types of connection with the housing module.
- the planetary gear set is designed as a plus gear, preferably as a minus gear.
- the planetary gear set has a stand ratio whose amount is greater than 1, preferably greater than 1, 25 and preferably greater than 1, 5 and further less than 2.5, preferably less than 2.1 and preferably less than 1, 8 and most preferred is the amount of this stance translation, at least substantially, 1, 65.
- the state ratio of the planetary gear ie in particular the number of teeth ring gear / sun gear, at least substantially -1, 6, or its amount 1, 6th Further Preferably, this leads to a translation of the planetary gear set with stationary sun gear of, at least substantially, 1, 625th
- the housing module is designed as a transmission housing for receiving a plurality of shiftable gear ratios.
- a transmission housing is preferably to be understood as meaning the transmission housing of an automatic transmission or preferably an automated or manually shiftable transmission.
- the drive module or the Antriebsein rectification is thus integrated into an existing transmission housing.
- the housing module is preferably designed as a separate component relative to a transmission housing of the type described above. Further preferably, the housing module and the gear housing are separable, preferably by means of a rivet connection, preferably by means of a screw connected to one another.
- the coupling device is arranged radially inside the rotor.
- the coupling device is designed as a Lammellenkupplung, more preferably, the outer plates are at least connectable or preferably connected to the planet carrier.
- the coupling device is closed fluid-tight with respect to the planetary gear set and more preferably the coupling device is designed as a dry-running coupling device and preferably as a dry-running Lammellenkupplung.
- a dry-running coupling device is mounted in the axial direction of the planetary gear set.
- the coupling device preferably at least one
- Torque transmission area of this geometrically on the side of further drive machine and arranged in front of the planetary gear, preferably between them.
- a further coupling device is provided on the drive device, which is preferably arranged on the side facing away from the further drive machine of the drive device.
- this further coupling device for the selective transmission of drive torque from the drive shaft (planet carrier) is set to a further drive train.
- this further coupling device is designed as a friction clutch, preferably as a multi-plate clutch, preferably as a hydraulic torque converter, preferably with converter bridging. Further preferably, this further coupling device is designed to realize the starting function.
- the coupling device is designed as a wet-running coupling device and further preferably, the coupling device in the same wet space as the planetary gear is arranged.
- the same wet space is to be understood that the coupling device and the planetary gear are arranged in the same, or in a continuous or uninterrupted, geometric space, so that they can be flowed through in particular by the same lubricant.
- this lubricant for temperature control, in particular for cooling, the rotor is provided.
- at least a partial region and preferably the entire region for selective torque transmission (torque transmission region) of the coupling device is arranged in the axial direction within the rotor.
- the coupling device but preferably at least the components which are involved in the selective torque transmission, at least partially, but preferably completely covered by the rotor.
- the components involved in the selective torque transmission are the components that contact each other for selective torque transmission and, in the event that no torque is transferable to the coupling device, do not contact each other. More preferably, with respect to a Lammellenkupplung the friction plates and the components involved in the selective torque transmission components to understand and with respect to a dog clutch claws. Further preferably, the coupling device is arranged spatially between the further drive machine and the planetary gear. In particular, by such a configuration, a particularly space-saving construction of the drive device is made possible.
- the planetary gearset is arranged, at least partially, within the rotor with respect to the axial extent.
- the ring gear, the sun gear and at least one planet gear are arranged in the axial direction within the rotor.
- an increase in the number of planetary gears leads in particular to a parallel power transmission between the sun and the ring gear and the length of the
- Drive device can be reduced by increasing the number of planet gears.
- the drive device can be combined with at least one further drive machine, preferably an internal combustion engine, to form a hybrid drive train.
- this hybrid powertrain on a transmission device with a plurality of switchable gear ratios.
- a drive power which can be fed from the drive machine or the further drive machine into the drive device, can be delivered to the transmission device, in particular by means of the further coupling device, from the planet carrier.
- this drive power is transferable from the transmission device in the direction of a drivable wheel tire of the motor vehicle.
- the vehicle has two or more drivable wheel tires. Under a wheel tire is in particular a drivable wheel of the vehicle with a tire to understand.
- the shiftable transmission device is arranged behind the drive device.
- the transmission device is designed as an automatically or automatically switching transmission device.
- this transmission device has one, preferably two and preferably three or more planetary gear sets with a plurality of switchable gears.
- this transmission device has four switchable gears, preferably five, more preferably six and most preferably seven or more gears. More preferably, these gears are produced by selective connections between individual elements of the planetary gear sets.
- the prime mover, so preferably the electromechanical energy converter, in the transmission housing of this transmission device can be received, so that the housing module is integrally connected to the transmission housing.
- the housing module of the prime mover is connectable to the transmission housing of this transmission device, so that the housing module is connected as a separate component to the transmission housing.
- the housing module is positively connected to the transmission housing, further preferably screwed to it.
- a drive device in the manner described that is, in particular the integration of the planetary between the rotor designed as an electromechanical energy converter prime mover and a transmission input to the switchable transmission device, it is particularly achievable that the space, while increasing the torque as the high-speed electromechanical energy converter trained driving machine, is reduced.
- a sovereign "eFahren” can be displayed, since the prime mover is operable in particular with maximum power at load request from constant travel, in particular without the need for a downshift (gear n to gear n-1) in the transmission device is required.
- the operating areas of the drive machine preferably for a recuperative operation (brake energy recovery) or to a
- one, preferably active or preferably passive, reduction of torque irregularities, as they can be applied to the drive device by the further drive machine, can be achieved by the drive machine.
- FIG. 1 shows a Thomasdarsteltung a first variant of the drive device
- Figure 2 is a sectional view of a second variant of the drive device
- Figure 3 a schematic hybrid powertrain.
- a drive device 1 in which between an electric motor / generator 2 and a transmission input shaft 13 in an automatic transmission (not shown), a planetary gear set 5 is integrated.
- the planetary gear set 5 a sun gear 6, a ring gear 7 and a Variety of planet wheels 8, which are rotatably mounted on the planet wheel carrier 9, on.
- the rotor 3 is rotatably mounted relative to the planet carrier 9, or on this.
- the sun gear 6 is rotatably connected to the housing module 17 via an intermediate wall 19, which is designed as a so-called support cover and thus it is the zero speed specified for this.
- the planet carrier 9, is rotatably mounted relative to the housing module 17 and the intermediate wall 19.
- the transmission input shaft 20 feeds this power to an automatic transmission (not shown).
- the transmission input shaft 20 is positively connected to the drive shaft 13 and thus enables a particularly low-loss power transmission from the internal combustion engine to the transmission input shaft.
- the drive shaft 13 and the transmission output shaft 12 and the planet carrier 9 are integrally formed with each other.
- the drive device 1 has a coupling device designed as a multi-plate clutch 10.
- a drive torque from the internal combustion engine is transmitted in such a multi-plate clutch 10 by friction plates in the torque transmission region 18.
- An internal combustion engine (not shown), as another prime mover, is connected to the coupler 10 by means of a rotational nonuniformity reducer 25.
- the planetary gear set 5 is arranged in the radial direction 1 1 completely within the rotor 3.
- the coupling device 10 is also disposed completely within the rotor 3 in the radial direction 1 1.
- In the axial direction 15 of the planetary gear 5 is also completely covered by the rotor 3, that is arranged completely within the robot.
- the multi-plate clutch 10, but at least the torque transmission region 18 is completely disposed within the rotor 3, based on the axial extent 15.
- the drive shaft 13 and the rotor 3, the ring gear 7, the planet 9, the sun gear 6 and the transmission input shaft 20 are arranged concentrically to the central transmission axis 16.
- FIG. 2 shows a further variant of a drive device 100.
- the electric motor 2 is accommodated in a housing module 17.
- the stator 4 is rotatably connected to the housing module 17.
- the rotor 3 is rotatably mounted relative to the stator 4.
- the rotor 3 is rotatably mounted on the planet carrier 9.
- the planet gears 8 are rotatably mounted on the planet carrier 9.
- the drive shaft 13 and the ring gear 7, the planet carrier 9 and the rotor 3 are arranged concentrically to the central transmission axis 16.
- the coupling device (not shown) can be operated by the central ejector 14 and thus the transmission input shaft 20 selectively drive power from the internal combustion engine can be fed. Further, it is also possible, in particular for a starting process of the internal combustion engine, the internal combustion engine (not shown) from the rotor 3 via the coupling device (not shown) selectively supply a drive power.
- the electric motor / generator 2 surrounds in the radial direction 1 1 the planetary gear 5.
- the ring gear 7 is rotatably connected to the rotor 3.
- the rotor 3 is rotatably mounted on the planet carrier 9.
- the transmission input shaft 20 is positively connected to the drive shaft 13 and the planet carrier 9 and thus to the transmission output shaft 12 and thus in particular a particularly low-loss power transmission is possible.
- the drive shaft 13, the transmission output shaft 12 and the planet carrier 9 are integrally formed with each other.
- the coupling device (not shown) is separated in particular by the partition wall 21 fluidly from the space in which the electric motor / generator 2 and the planetary gear 5 are arranged, in particular characterized the coupling device can be formed as a dry-running coupling device with which high torques are transferable.
- this embodiment of the invention is designed such that this coupling device has no start-up function and thus can be used as a pure disconnect clutch.
- a separating clutch differs from a starting clutch in general, in particular by a reduced heat dissipation capacity.
- a starting clutch during the starting procedure (stationary vehicle is at least partially accelerated by means of an internal combustion engine), there is scheduled slippage in the starting clutch, in particular the friction linings. The amount of heat due to this slip must be dissipated by the starting clutch.
- the operating phases are reduced with slip against a starting clutch or do not occur at all, which is why a Disconnect coupling is designed such that a smaller amount of heat, in comparison to the starting clutch, can be discharged.
- a hybrid powertrain is shown schematically.
- the hybrid powertrain has an internal combustion engine 30 as a further drive machine.
- This further drive machine 30 is selectively connectable by the coupling device 10 for power transmission with the Antriebsein device 1.
- the drive power provided by the internal combustion engine 30 and / or by the electric motor / generator 2 is supplied to the automatic transmission 35, via the coupling device 41 designed as a further coupling device.
- the automatic transmission 35 outputs this drive power via the propeller shaft 40 and the rear axle differential 42 to the drivable wheels 45 of the rear axle.
- the hybrid powertrain is designed as a four-wheel drive train.
- the optional components for this are shown in dashed lines.
- power can be output to the drivable front wheels 55 by means of an intermediate gear 50, a propeller shaft 51 and a differential gear 52.
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Abstract
Antriebseinrichtung (1) für einen Hybridantrieb in einem Kraftfahrzeug, mit einer Antriebsmaschine (2) mit einem Rotor (3) und einem Stator (4), einem Planetenradsatz (5) mit einem Sonnenrad (6), einem Hohlrad (7) und wenigstens einem, auf einem Planetenradträger (9) gelagerten, Planetenrad (8), sowie einer Kopplungseinrichtung (10) mit welcher wenigstens eine weitere Antriebsmaschine mit der Antriebseinrichtung (1) koppelbar ist, wobei das Hohlrad (7) mit dem Rotor (3) zur Übertragung einer Antriebsleistung verbindbar und in radialer Richtung (11) innerhalb des Rotors (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (6) gegenüber dem Stator (4) drehfest gelagert ist, dass der Planetenradträger (9) als Getriebeausgangswelle (12) eingerichtet ist, dass eine konzentrisch zum Hohlrad angeordnete Durchtriebswelle (13) mit dem Planetenradträger (9) und mit der Kopplungseinrichtung (10) verbindbar ist.
Description
Elektrische Antriebseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinrichtung für einen Hybridantrieb in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, Derartige Antriebseinrichtungen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, insbesondere die DE 10 2008 043 290 A1 befasst sich mit derartigen Einrichtungen.
Nachfolgend wird die Erfindung am Beispiel eines Hybridantriebs mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Elektromotor/-generator (elektromechanischer Energiewandler) beschrieben, dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung zu verstehen.
Bei derartigen Hybridantrieben wird der Elektromotor häufig zum Antrieb des Fahrzeugs aus dem Stillstand verwendet. Um in diesem Bereich mit niedrigen Drehzahlen keinen sehr großen und schweren Elektromotor verwenden zu müssen, wird dieser mittels eines Getriebes an den Antriebsstrang gekoppelt. Bei hohen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs und damit hohen Drehzahlen im Antriebsstrang wird der Elektromotor insbesondere durch die Fliehkräfte stark beansprucht.
Die DE 10 2008 043 290 A1 schlägt eine Hybridmodul vor, in welchem der Rotor des elektromechanischen Energiewandlers mit dem Hohlrad eines Planetengetriebes gekoppelt ist. Weiter ist dieses Planetengetriebe in radialer Richtung innerhalb dieses Rotors angeordnet. Zur Verbindung des
Verbrennungsmotors mit dem Planetenradträger dieses Planetengetriebes ist eine Kupplung vorgesehen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Antriebseinrichtung für einen Hybridantrieb mit verbesserter Topologie bereitzustellen.
Eine Antriebseinrichtung für einen Hybridantrieb in einem Kraftfahrzeug im Sinne der Erfindung weist eine Antriebsmaschine mit einem Rotor und einem Stator auf, insbesondere einen elektromechanischen Energiewandler. Weiter weist die Antriebseinrichtung einen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und wenigstens einem auf einem Planetenradträger gelagerten Planetenrad auf. Vorzugsweise ist auf diesem Planetenradträger eine Vielzahl von Planetenrädern gelagert, bevorzugt drei oder mehr und besonders bevorzugt fünf oder mehr.
Weiter weist die Antriebseinrichtung eine Kopplungseinrichtung zum selektiven Herstellen einer drehmomentleitenden Verbindung auf. Mittels dieser drehmomentleitenden Verbindung ist insbesondere von einer weiteren Antriebsmaschine, vorzugsweise einer Verbrennungskraftmaschine, eine Antriebsleistung auf die Antriebseinrichtung, vorzugsweise auf eine Durchtriebswelle, übertragbar.
Vorzugsweise ist das Hohlrad mit dem Rotor zur Übertragung einer Antriebsleistung verbind bar und in radialer Richtung innerhalb des Rotors angeordnet.
Erfindungsgemäß ist das Sonnenrad gegenüber dem Stator drehfest gelagert und der Planetenradträger ist als Getriebeausgangswelle eingerichtet, beziehungsweise mit einer solchen verbindbar. Und weiter vorzugsweise ist die konzentrisch zum Hohlrad angeordnete Durchtriebswelle, mit der Kopplungseinrichtung und dem Planetenradträger verbindbar. Vorzugsweise ist der Planetenradträger, vorzugsweise unmittelbar, im Getriebegehäuse
gelagert. Weiter vorzugsweise ist auf dem Planetenradträger der Rotor der Antriebsmaschine gelagert. Vorzugsweise ist es mit einer derartigen Lagerung erreichbar, dass ein Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator der Antriebsmaschine besonders gering ist und mit dieser damit ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.
In einer bevorzugt Ausführungsform ist das Hohlrad drehfest mit dem Rotor verbunden und der Planetenradträger ist drehbar gegenüber dem Hohlrad gelagert. Vorzugsweise ist zur Lagerung des Planetenradträgers wenigstens ein Wälzlager, bevorzugt mehrere Wälzlager vorgesehen. Insbesondere durch eine derartige Topologie ist ein besonders platzsparender Aufbau der Antriebseinrichtung ermöglicht.
Weiter vorzugsweise ist die Kopplungseinrichtung, bezogen auf die Drehmomentübertragung zwischen der weiteren Antriebsmaschine und der Durchtriebswelle angeordnet, so dass die Leistungsübertragung auf die Antriebseinrichtung von der weiteren Antriebsmaschine selektiv unterbrechbar ist.
In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist die Durchtriebsweile drehfest mit dem Planetenradträger verbunden, vorzugsweise einstückig mit diesem ausgebildet. Vorzugsweise ist die Durchtriebswelle formschlüssig, bevorzugt reibschlüssig und besonders bevorzugt stoffschlüssig oder weiter vorzugsweise mit einer Kombination aus wenigstens zwei der genannten Arten mit dem Planetenradträger verbunden. Insbesondere durch eine drehmomentleitende Verbindung des Planetenradträgers mit der Durchtriebswelle ist die Antriebsleistung von der Antriebsmaschine und der weiteren Antriebsmaschine auf dieser summierbar und kann von dieser gesammelt an den weiteren Antriebsstrang, insbesondere eine Eingangswelle in eine schaltbare Getriebeeinrichtung, abgegeben werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stator der Antriebsmaschine in einem Gehäusemodul aufgenommen und mit diesem drehfest verbunden. Vorzugsweise ist der Stator formschlüssig, bevorzugt reibschlüssig und besonders bevorzugt stoffschlüssig mit dem Gehäusemodul verbunden und weiter vorzugsweise mit einer Kombination aus wenigstens zwei der genannten Verbindungsarten.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sonnenrad drehfest mit dem Gehäusemodul verbunden. Vorzugsweise ist das Sonnenrad mittels eines Zwischenelements, vorzugsweise mittels einer Welle, bevorzugt mittels einer Hohlwelle oder besonders bevorzugt mitteis einer Zwischenwand und vorzugsweise mittels eines Stützdeckels mit dem Gehäusemodul verbunden. Weiter vorzugsweise ist das Sonnenrad formschlüssig, bevorzugt reibschlüssig und besonders bevorzugt stoffschlüssig und weiter vorzugsweise mit einer Kombination aus wenigstens zwei der genannten Verbindungsarten mit dem Gehäusemodul verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Planetenradsatz als ein Plusgetriebe ausgebildet, vorzugsweise als ein Minusgetriebe. Vorzugsweise weist der Planetenradsatz eine Standübersetzung auf deren Betrag größer ist als 1 , vorzugsweise größer ist als 1 ,25 und bevorzugt größer ist als 1 ,5 und weiter kleiner ist als 2,5, vorzugsweise kleiner ist als 2,1 und bevorzugt kleiner ist als 1 ,8 und ganz besonders bevorzugt ist der Betrag dieser Standübersetzung, wenigstens im Wesentlichen, 1 ,65. Dabei ist unter wenigstens im Wesentlichen in diesem Sinne ein Bereich von +/- 0,25, vorzugsweise +/- 0,15 und besonders bevorzugt von +/- 0,05 zu verstehen. Untersuchungen haben gezeigt, dass derartige Planetenradsätze die Anforderungen an Hybridantriebe besonders gut erfüllen.
Vorzugsweise ist die Standübersetzung des Planetenradsatzes, also insbesondere das Zähnezahlverhältnis Hohlrad/Sonnenrad, wenigstens im Wesentlichen -1 ,6, beziehungsweise dessen Betrag 1 ,6. Weiter
vorzugsweise führt das zu einer Übersetzung des Planetenradsatzes mit stillstehendem Sonnenrad von, wenigstens im Wesentlichen, 1 ,625.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäusemodul als ein Getriebegehäuse zur Aufnahme mehrerer schaltbarer Übersetzungsstufen ausgebildet. Vorzugsweise ist unter einem solchen Getriebegehäuse das Getriebegehäuse eines Automatikgetriebes oder bevorzugt eines automatisiert oder manuell schaltbaren Getriebes zu verstehen. Weiter vorzugsweise ist das Antriebsmodul beziehungsweise die Antriebsein chtung damit in ein bestehendes Getriebegehäuse integrierbar.
Vorzugsweise ist das Gehäusemodul als ein, gegenüber einem Getriebegehäuse der zuvor beschriebenen Art separates Bauteil ausgebildet. Weiter vorzugsweise sind das Gehäusemodul und das Getriebegehäuse trennbar, vorzugsweise mittels einer Nietverbindung, bevorzugt mittels einer Schraubverbindung miteinander verbindbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kopplungseinrichtung radial innerhalb des Rotors angeordnet. Vorzugsweise ist die Kopplungseinrichtung als eine Lammellenkupplung ausgebildet, weiter vorzugsweise sind die Außenlamellen mit dem Planetenradträger wenigstens verbindbar oder bevorzugt verbunden.
Vorzugsweise ist die Kopplungseinrichtung gegenüber dem Planetenradsatz fluiddicht abgeschlossen und weiter vorzugsweise ist die Kopplungseinrichtung als eine trockenlaufende Kopplungseinrichtung ausgebildet und bevorzugt als eine trockenlaufende Lammellenkupplung. Vorzugsweise ist eine trockenlaufende Kopplungseinrichtung in axialer Richtung dem Planetenradsatz vorgelagert. Vorzugsweise ist die Kopplungseinrichtung, bevorzugt wenigstens ein
Drehmomentübertragungsbereich dieser, geometrisch auf der Seite der
weiteren Antriebsmaschine und vor dem Planetenradsatz angeordnet, bevorzugt zwischen diesen.
Vorzugsweise ist an der Antriebseinrichtung eine weitere Kopplungseinrichtung vorgesehen, welche vorzugsweise auf der der weiteren Antriebsmaschine abgewandten Seite der Antriebseinrichtung angeordnet ist. Weiter vorzugsweise ist diese weitere Kopplungseinrichtung zur selektiven Übertragung von Antriebsdrehmoment von der Durchtriebswelle (Planetenradträger) auf einen weiteren Antriebsstrang eingerichtet. Vorzugsweise ist diese weitere Kopplungseinrichtung als Reibkupplung, vorzugsweise als Lamellenkupplung, bevorzugt als hydraulischer Drehmomentwandler, vorzugsweise mit Wandlerüberbrückung, ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist diese weitere Kopplungseinrichtung zum Realisieren der Anfahrfunktion ausgebildet.
Im Sinne der Erfindung ist unter dem Drehmomentübertragungsbereich der
Bereich der Kopplungseinrichtung zu verstehen, der zur selektiven Drehmomentübertragung eingerichtet ist insbesondere durch eine derart gestaltete Kopplungseinrichtung ist ein besonders platzsparender Aufbau der Antriebseinrichtung ermöglicht.
Weiter vorzugsweise ist die Kopplungseinrichtung als eine nasslaufende Kopplungseinrichtung ausgebildet und weiter vorzugsweise ist die Kopplungseinrichtung im gleichen Nassraum, wie der Planetenradsatz angeordnet. Dabei ist in diesem Sinne unter dem gleichen Nassraum zu verstehen, dass die Kopplungseinrichtung und der Planetenradsatz in dem gleichen, beziehungsweise in einem zusammenhängende oder ununterbrochenen, geometrischen Raum angeordnet sind, so dass diese insbesondere vom gleichen Schmierstoff durchströmbar sind. Weiter vorzugsweise ist dieser Schmierstoff zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung, des Rotors vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Teilbereich und vorzugsweise der ganze Bereich zur selektiven Drehmomentübertragung (Drehmomentübertragungsbereich) der Kopplungseinrichtung in axialer Richtung innerhalb des Rotors angeordnet. Vorzugsweise ist die Kopplungseinrichtung, vorzugsweise aber wenigstens die Bauteile, welche an der selektiven Drehmomentübertragung beteiligt sind, wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise aber vollständig, vom Rotor überdeckt.
In diesem Sinne sind unter den, an der selektiven Drehmomentübertragung beteiligt Bauteilen, die Bauteile zu verstehen, welche sich zur selektiven Drehmomentübertragung kontaktieren und in dem Fall, dass kein Drehmoment mit der Kopplungseinrichtung übertragbar ist, sich nicht kontaktieren. Weiter vorzugsweise sind in Bezug auf eine Lammellenkupplung die Reiblamellen und den an der selektiven Drehmomentübertragung beteiligten Bauteilen zu verstehen und in Bezug auf eine Klauenkupplung die Klauen. Weiter vorzugsweise ist die Kopplungseinrichtung räumlich zwischen der weiteren Antriebsmaschine und dem Planetenradsatz angeordnet. Insbesondere durch eine derartige Ausgestaltung ist ein besonders platzsparender Aufbau der Antriebseinrichtung ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Planetenradsatz bezogen auf die axiale Erstreckung, wenigstens teilweise, innerhalb des Rotors angeordnet. Vorzugsweise sind das Hohlrad, das Sonnenrad und wenigstens das eine Planetenrad in axialer Richtung innerhalb des Rotors angeordnet. Vorzugsweise ist die Breite dieser Zahnräder, insbesondere durch deren Verzahnungsbereich, welcher zur Leistungsübertragung bestimmt ist, vorgegeben und bevorzugt ist wenigstens dieser Verzahnungsbereich in axialer Richtung wenigstens teilweise und bevorzugt vollständig innerhalb des Rotors angeordnet. Weiter vorzugsweise führt eine Erhöhung der Anzahl der Planetenräder insbesondere zu einer parallelen Leistungsübertragung
zwischen dem Sonnen- und dem Hohlrad und die Baulänge der
Antriebseinrichtung ist durch eine Erhöhung der Anzahl der Planetenräder verringerbar.
Die Antriebseinrichtung ist mit wenigstens einer weiteren Antriebsmaschine, vorzugsweise einer Verbrennungskraftmaschine, zu einem Hybridantriebstrang kombinierbar. Vorzugsweise weist dieser Hybridantriebsstrang eine Getriebeeinrichtung mit mehreren schaltbaren Gangstufen auf. Vorzugsweise ist von dem Planetenradträger eine Antriebsleistung, welche von der Antriebsmaschine oder der weiteren Antriebsmaschine in die Antriebseinrichtung zuführbar ist, zur Getriebeeinrichtung, insbesondere mittels der weiteren Kopplungseinrichtung, abgebbar. Weiter vorzugsweise ist diese Antriebsleistung von der Getriebeeinrichtung in Richtung zu einem antreibbaren Radreifen des Kraftfahrzeugs übertragbar. Vorzugsweise weist das Fahrzeug zwei oder mehr antreibbare Radreifen auf. Unter einem Radreifen ist insbesondere ein antreibbares Rad des Fahrzeugs mit einem Reifen zu verstehen. Vorzugsweise ist, bezogen auf die Drehmomentübertragung von der Antriebsmaschine zu diesem antreibbaren Radreifen die schaltbare Getriebeeinrichtung hinter der Antriebseinrichtung angeordnet.
In einer bevorzugt Ausführungsform ist die Getriebeeinrichtung als eine automatisiert oder automatisch schaltende Getriebeeinrichtung ausgebildet. Weiter vorzugsweise weist diese Getriebeeinrichtung einen, vorzugsweise zwei und bevorzugt drei oder mehr Planetenradsätze mit einer Vielzahl von schaltbaren Gängen auf. Vorzugsweise weist diese Getriebeeinrichtung vier schaltbare Gänge, bevorzugt fünf, besonders bevorzugt sechs und ganz besonders bevorzugt sieben oder mehr Gänge auf. Weiter vorzugsweise sind diese Gänge durch selektive Verbindungen zwischen einzelnen Elementen der Planetenradsätze herstellbar.
Weiter vorzugsweise ist die Antriebsmaschine, vorzugsweise also der elektromechanische Energiewandler, in das Getriebegehäuse dieser Getriebeeinrichtung aufnehmbar, so dass das Gehäusemodul einstückig mit dem Getriebegehäuse verbunden ist.
Vorzugsweise ist das Gehäusemodul der Antriebsmaschine mit dem Getriebegehäuse dieser Getriebeeinrichtung verbindbar, so dass das Gehäusemodul als separates Bauteil mit dem Getriebegehäuse verbunden ist. Vorzugsweise ist das Gehäusemodul mit dem Getriebegehäuse formschlüssig verbindbar, weiter vorzugsweise mit diesem verschraubt.
Durch eine Ausgestaltung einer Antriebseinrichtung in der beschriebenen Art, also insbesondere der Integration des Planetenradsatzes zwischen dem Rotor der als elektromechanischer Energiewandler ausgestalteten Antriebsmaschine und einem Getriebeeingang zu der schaltbaren Getriebeeinrichtung, ist es insbesondere erreichbar, dass der Bauraum, bei gleichzeitiger Drehmomenterhöhung der als hochdrehender elektromechanischer Energiewandler ausgebildeten Antriebsmaschine, reduziert wird.
Weiter ist insbesondere eine Absenkung einer Eingangsdrehzahl in die schaltbare Getriebeeinrichtung beim Antrieb über die Antriebsmaschine, sogenanntes„eFahren" mit hochdrehender Antriebsmaschine, erreichbar und somit ist insbesondere ein Wirkungsgradvorteil in der Getriebeeinrichtung erreichbar.
Weiter ist insbesondere eine Absenkung dieser Eingangsdrehzahl im „eFahren" mit hochdrehender Antriebsmaschine erreichbar und somit ist insbesondere eine schnelle und komfortable Lastübernahme durch die weitere Antriebsmaschine (Verbrennungskraftmaschine), insbesondere bei Zustartanforderung, erreichbar. Zudem ist insbesondere eine zugkraftneutrale Hochschaltung beim Zustart der weiteren Antriebsmaschine,
bei Zustartentscheidung im Bereich der Leistungshyperbel der Antriebsmaschinen-Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie, darstellbar.
Darüber hinaus ist insbesondere ein souveränes„eFahren" darstellbar, da die Antriebsmaschine insbesondere mit maximaler Leistung bei Lastanforderung aus Konstantfahrt betreibbar ist, insbesondere ohne dass dazu eine Rückschaltung (Schaltung von Gang n nach Gang n-1 ) in der Getriebeeinrichtung erforderlich ist.
Weiter ist es insbesondere ermöglicht, die Betriebsbereiche der Antriebsmaschine vorzugsweise für einen rekuperativen Betrieb (Bremsenergierückgewinnung) beziehungsweise zu einer
Lastpunktanhebung der weiteren Antriebsmaschine, zu verbessern.
Zudem ist insbesondere eine, vorzugsweise aktive oder bevorzugt passive, Verringerung von Drehmomentungleichförmigkeiten, wie diese von der weiteren Antriebsmaschine auf die Antriebseinrichtung aufbringbar sind, durch die Antriebsmaschine erreichbar.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand der teilweise schematisierten Figuren erläutert, dabei zeigt:
Fig.1 : eine Schnittdarsteltung einer ersten Variante der Antriebseinrichtung, Fig.2: eine Schnittdarstellung einer zweiten Variante der Antriebseinrichtung, Fig.3: einen schematisierten Hybridantriebsstrang.
In Figur 1 ist eine Antriebseinrichtung 1 dargestellt, bei welcher zwischen einem Elektromotor/Generator 2 und einer Getriebeeingangswelle 13 in ein Automatikgetriebe (nicht dargestellt) ein Planeten radsatz 5 integriert ist. Dabei weist der Planeten radsatz 5 ein Sonnenrad 6 ein Hohlrad 7 sowie eine
Vielzahl von Planeten rädern 8, welche auf dem Planeten radträger 9 drehbar gelagert sind, auf. Der Rotor 3 ist gegenüber dem Planetenradträger 9, beziehungsweise auf diesem, drehbar gelagert.
Das Sonnenrad 6 ist über eine Zwischenwand 19, welche als sogenannter Stützdeckel ausgebildet ist, drehfest mit dem Gehäusemodul 17 verbunden und es ist somit die Drehzahl Null für dieses vorgegeben. Der Planetenradträger 9, ist gegenüber dem Gehäusemodul 17 und der Zwischenwand 19 drehbar gelagert. Über den Planetenradträger 9 ist die dem Planetenradsatz 5 über den Elektromotor/Generator 2 zugeführte Antriebsleistung an die Getriebeeingangswelle 20 abgebbar. Die Getriebeeingangswelle 20 führt diese Antriebsieistung einem Automatikgetriebe (nicht dargestellt) zu. Die Getriebeeingangswelle 20 ist mit der Durchtriebswelle 13 formschlüssig verbunden und somit ist eine besonders verlustarme Leistungsübertragung von der Verbrennungskraftmaschine zur Getriebeeingangswelle ermöglicht. Die Durchtriebswelle 13 sowie die Getriebeausgangswelle 12 und der Planetenradträger 9 sind einstückig miteinander ausgebildet.
Die Antriebseinrichtung 1 weist eine als Lamellenkupplung 10 ausgebildete Kopplungseinrichtung auf. Ein Antriebsdrehmoment von der Verbrennungskraftmaschine wird bei einer solchen Lamellenkupplung 10 durch Reiblamellen im Drehmomentübertragungsbereich 18 übertragen. Eine Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt), als weitere Antriebsmaschine, ist mit der Kopplungseinrichtung 10 mittels einer Einrichtung zum Reduzieren von Drehungleichförmigkeiten 25 verbunden.
Der Planetenradsatz 5 ist in radialer Richtung 1 1 vollständig innerhalb des Rotors 3 angeordnet. Die Kopplungseinrichtung 10 ist in radialer Richtung 1 1 ebenfalls vollständig innerhalb des Rotors 3 angeordnet.
In axialer Richtung 15 ist der Planetenradsatz 5 ebenfalls vollständig vom Rotor 3 überdeckt, d.h. vollständig innerhalb des Roboters angeordnet. Auch die Lamellenkupplung 10, wenigstens aber der Drehmomentübertragungsbereich 18, ist vollständig innerhalb des Rotors 3, bezogen auf die axiale Erstreckung 15 angeordnet.
Die Durchtriebswelle 13 sowie der Rotor 3, das Hohlrad 7, der Planetenradträger 9, das Sonnenrad 6 und die Getriebeeingangswelle 20 sind konzentrisch zur zentralen Getriebeachse 16 angeordnet.
Durch die Vorgabe der Drehzahl für das Sonnenrad (Drehzahl = 0) verbleiben als freie Wellen des Planeten radsatzes das Hohlrad 7 sowie der Planetenradträger 9. Wird die Antriebseinrichtung über den Elektromotor 2 angetrieben wird dem Planetenradsatz 5 über das Hohlrad 7 Antriebsleistung zugeführt und dieser gibt diese über den Planetenradträger 9 ab.
In Figur 2 ist eine weitere Variante einer Antriebseinrichtung 100 dargestellt. Der Elektromotor 2 ist in einem Gehäusemodul 17 aufgenommen. Dabei ist der Stator 4 drehfest mit dem Gehäusemodul 17 verbunden. Der Rotor 3 ist gegenüber dem Stator 4 drehbar gelagert. Das Sonnenrad 6 ist drehfest mit dem Gehäusemodul 17 verbunden (Drehzahlvorgabe = Null). Der Rotor 3 ist drehbar auf dem Planetenradträger 9 gelagert. Die Planetenräder 8 sind drehbar auf dem Planetenradträger 9 gelagert.
Die Durchtriebswelle 13 sowie das Hohlrad 7, der Planetenradträger 9 und der Rotor 3 sind konzentrisch zur zentralen Getriebeachse 16 angeordnet. Die Kopplungseinrichtung (nicht dargestellt) ist durch den zentralen Ausdrücker 14 bedienbar und somit ist der Getriebeeingangswelle 20 selektiv Antriebsleistung von der Verbrennungskraftmaschine zuführbar. Weiter ist es auch ermöglicht, insbesondere für einen Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine, der Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) vom Rotor 3 über die Kopplungseinrichtung (nicht dargestellt)
selektiv eine Antriebsieistung zu zuführen. Der Elektromotor/Generator 2 umgibt in radialer Richtung 1 1 den Planetenradsatz 5. Das Hohlrad 7 ist drehfest mit dem Rotor 3 verbunden.
Der Rotor 3 ist drehbar auf dem Planetenradträger 9 gelagert. Die Getriebeeingangswelle 20 ist formschlüssig mit der Durchtriebswelle 13 bzw. mit dem Planetenradträger 9 und damit mit der Getriebeausgangswelle 12 verbunden und damit ist insbesondere eine besonders verfustarme Leistungsübertragung ermöglicht. Die Durchtriebswelle 13 die Getriebeausgangswelle 12 und der Planetenradträger 9 sind einstückig miteinander ausgebildet.
Die Kopplungseinrichtung (nicht dargestellt) ist insbesondere durch die Trennwand 21 fluidleitend von dem Raum abgetrennt, in welchem der Elektromotor/Generator 2 sowie der Planetenradsatz 5 angeordnet sind, insbesondere dadurch ist die Kopplungseinrichtung als trockenlaufende Kopplungseinrichtung ausbildbar mit welcher hohe Drehmomente übertragbar sind.
Dabei ist diese Ausführungsform der Erfindung derart ausgestaltet, dass diese Kopplungseinrichtung keine Anfahrfunktion zu leisten hat und damit als reine Trennkupplung verwendbar ist.
Baulich unterscheidet sich eine Trennkupplung von einer Anfahrkupplung im Allgemeinen, insbesondere durch eine verringerte Wärmeabfuhrkapazität. Bei einer Anfahrkupplung kommt es während des Anfahrvorgangs (stillstehendes Fahrzeug wird wenigstens teilweise mittels Verbrennungsmotor beschleunigt) zu planmäßigem Schlupf in der Anfahrkupplung, insbesondere der Reibbeläge. Die durch diesen Schlupf auftretende Wärmemenge muss von der Anfahrkupplung abführbar sein. Bei einer Trennkupplung sind die Betriebsphasen mit Schlupf gegenüber einer Anfahrkupplung reduziert oder treten gar nicht auf, weshalb eine
Trennkupplung derart ausgebildet ist, dass eine geringere Wärmemenge, im Vergleich zur Anfahrkupplung, abführbar ist.
In Figur 3 ist schematisch ein Hybridantriebsstrang dargestellt. Der Hybridantriebsstrang weist eine Verbrennungskraftmaschine 30 als weitere Antriebsmaschine auf. Diese weitere Antriebsmaschine 30 ist durch die Kopplungseinrichtung 10 zur Leistungsübertragung selektiv mit der Antriebsein richtung 1 verbindbar.
Von der Antriebseinrichtung 1 wird die von der Verbrennungskraftmaschine 30 und/oder vom Elektromotor/Generator 2 bereitgestellte Antriebsleistung dem Automatikgetriebe 35, über die als Anfahrkupplung 41 ausgebildete weitere Kopplungseinrichtung, zugeführt. Das Automatikgetriebe 35 gibt diese Antriebsleistung über die Gelenkwelle 40 und das Hinterachsdifferential 42 an die antreibbaren Räder 45 der Hinterachse ab.
Optional ist der Hybridantriebsstrang als Allrad-Antriebsstrang ausgestaltet. Die optionalen Komponenten hierfür sind gestrichelt dargestellt. Bei der Allradoption ist mittels eines Zwischengetriebes 50, einer Gelenkwelle 51 sowie einem Differentialgetriebe 52 Leistung an die antreibbaren Vorderräder 55 abgebbar.
Claims
1. Antriebseinrichtung (1) für einen Hybridantrieb in einem Kraftfahrzeug, mit
einer Antriebsmaschine (2) mit einem Rotor (3) und einem Stator (4), einem Planetenradsatz (5) mit einem Sonnenrad (6), einem Hohlrad (7) und wenigstens einem, auf einem Planetenradträger (9)
gelagerten, Planetenrad (8), sowie
einer Kopplungseinrichtung (10) mit welcher wenigstens eine weitere
Antriebsmaschine mit der Antriebseinrichtung (1) koppelbar ist, wobei das Hohlrad (7) mit dem Rotor (3) zur Übertragung einer Antriebsleistung verbindbar und in radialer Richtung (1 1 ) innerhalb des Rotors (3) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sonnenrad (6) gegenüber dem Stator (4) drehfest gelagert ist, dass der Planetenradträger (9) als Getriebeausgangswelle (12) eingerichtet ist,
dass eine konzentrisch zum Hohlrad angeordnete Durchtriebswelle (13) mit dem Planetenradträger (9) und mit der Kopplungseinrichtung (10) verbindbar ist.
2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
das Hohlrad (7) drehfest mit dem Rotor (3) verbunden ist und, dass der Planetenradträger (9) drehbar gegenüber dem Hohlrad (7) gelagert ist.
3. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Durchtriebswelle (13) drehfest mit dem Planetenradträger (9) verbunden ist.
4. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Stator (4) in einem Gehäusemodul (17) aufgenommen und mit diesem drehfest verbunden ist.
5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
das Sonnenrad (6) drehfest mit dem Gehäusemodul (17) verbunden ist.
6. Antriebsein richtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Planetenradsatz (5), wenigstens aber das Hohlrad (7), das Sonnenrad (9) und wenigstens das eine Planetenrad (8) in axialer Richtung (15) innerhalb des Rotors (3) angeordnet ist.
7. Antriebsein richtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Planetenradsafz (5) eine Standübersetzung aufweist, deren Betrag größer ist als 1 , vorzugsweise größer ist ais 1 ,25 und bevorzugt größer ist als 1 ,5 und weiter kleiner ist als 2,5,
vorzugsweise kleiner ist als 2,1 und bevorzugt kleiner ist als 1 ,8 und ganz besonders bevorzugt ist der Betrag der Standübersetzung, wenigstens im Wesentlichen, 1 ,65.
8. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäusemodul (17) einstückig mit einem Getriebegehäuse zur Aufnahme mehrerer schaltbarer Übersetzungsstufen ausgebildet ist.
9. Äntriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kopplungseinrichtung (10) radial innerhalb des Rotors (3) angeordnet ist.
10. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Teilbereich und insbesondere der ganze Bereich (18) zur selektiven Drehmomentübertragung der Kopplungseinrichtung (10) in axialer Richtung (15) innerhalb des Rotors (3) angeordnet ist, beziehungsweise von diesem überdeckt ist.
11. Hybridantriebstrang mit einer Antriebseinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit
einer Verbrennungskraftmaschine (30) als weitere Antriebsmaschine die mit der Antriebseinrichtung (1) selektiv verbindbar ist,
einer schaltbaren Getriebeeinrichtung (35) die mit der
Antriebseinrichtung (1) verbindbar ist,
und wenigstens einem von einer der Antriebsmaschinen (2)
antreibbaren Radreifens (45) des Fahrzeugs,
wobei die Getriebeeinrichtung (35), bezogen auf die
Drehmomentübertragung von der Antriebsmaschine (2) zu diesem Radreifen (45), hinter der Antriebseinrichtung (1) angeordnet ist.
12. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung eine automatisch oder automatisiert schaltende Getriebeeinrichtung ist und wenigstens einen Getriebe- Planetenradsatz aufweist.
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