WO2021063820A1 - Electric drive for a vehicle - Google Patents

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WO2021063820A1
WO2021063820A1 PCT/EP2020/076870 EP2020076870W WO2021063820A1 WO 2021063820 A1 WO2021063820 A1 WO 2021063820A1 EP 2020076870 W EP2020076870 W EP 2020076870W WO 2021063820 A1 WO2021063820 A1 WO 2021063820A1
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planetary gear
gear
electric drive
drive according
electric
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Andreas Jung
Matthias WESA
Juliana ORTLIEB
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • F16H3/54—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears comprising orbital spur gears one of the central gears being internally toothed and the other externally toothed

Definitions

  • the present invention relates to an electric drive for a vehicle according to the type defined in more detail in the preamble of patent claim 1.
  • the invention also relates to a vehicle with the electric drive.
  • electric drives for vehicles are known in which an electric machine is controlled in order to drive output shafts with a gear ratio via an output differential.
  • the electrical machine is usually arranged axially parallel to the output shafts, which means that there is a large space requirement.
  • a drive unit with an electric motor and with a differential for two output shafts and with a planetary gear arranged in the power flow between the electric motor and the differential is known.
  • the drive shaft of the electric motor is mounted rotatably about a drive axis of rotation of the output shafts, so that a coaxial arrangement of the drive shaft of the electric motor and the output shafts is provided, which reduces the required installation space.
  • the present invention has for its object to propose an electric drive of the type described in the introduction and a vehicle with the drive, in which the efficiency is optimized independently of the driving ranges.
  • an electric drive for a vehicle with at least one electrical Ma machine and with an output differential for driving at least two output shafts as well as with at least one planetary gear or the like is proposed, with a drive shaft of the electrical machine being arranged coaxially to the output shafts.
  • a ring gear of the first planetary gear is releasably bound on the housing side in such a way that at least one starting function can be implemented.
  • the detachable connection of the ring gear can be realized via an actuatable switching element.
  • a brake can be used for this purpose, which connects the ring gear to the housing.
  • electromagnetic or hydraulic control can be provided to control the brake.
  • a frictional or non-positive switching element is preferably used as the brake.
  • the planetary gear can be coupled with the output differential via at least one spur gear stage.
  • the first planetary gear it is also possible for the first planetary gear to be coupled to the output differential via a second planetary gear.
  • a direct connection between the first planetary gear and the drive differential is provided.
  • a clutch is preferably used as the switching element, which connects two elements of the second planetary gear to one another in the closed state. In the open state, a further gear step or translation step is thus implemented in the electric drive, whereby the operation of the electric drive is expanded.
  • a switching element both a positive switching element, such. B. a switching claw, but also a non-positive or Reibschlüssi ges switching element such. B. a multi-plate clutch can be used.
  • a second electric machine can be provided, which is preferably also arranged coaxially to the output shafts in order to minimize the space requirement.
  • the use of the second electrical machine as a detachable housing-side The connection can be used as an alternative or in addition to the brake.
  • an operating point shift can be implemented so that each electrical machine can be operated at its optimal operating point.
  • the second electrical machine which is preferably coupled directly to the ring gear directly or via a brake to the ring gear of the first planetary gearbox or via a brake, in addition to the optimized starting function, also a creep function in the proposed electric drive realize. In this way, the operating mode of the electric drive is expanded considerably.
  • a further switching element is provided for decoupling and coupling the output shafts. In this way, drag torques can be reduced or prevented in certain operating states in order to further improve efficiency.
  • Another aspect of the present invention provides that a vehicle with the above-described electric drive is claimed.
  • the electric drive can be provided as an axle drive in the vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a first variant of an electrical drive with a first planetary gear and two spur gear stages for connection to an output differential;
  • Figure 2 is a schematic view of a second embodiment of the electrical drive with two planetary gears
  • FIG. 3 shows a schematic view of a third embodiment of the electric drive with two planetary gears and with an additional switching element for generating a second gear ratio;
  • FIG. 4 shows a schematic view of a fourth variant embodiment of the electric drive with two electric machines and two planetary gears
  • FIG. 5 shows a schematic view of a fifth embodiment variant with two electrical machines with two planetary gears and with an additional shift element for generating a second gear ratio
  • Figure 6 is a schematic view of a sixth embodiment of the electrical drive's with two electrical machines and the first planetary gear and with two spur gear stages.
  • the electric drive comprises at least a first electric machine EM1 and an output differential 6 for driving a first output shaft 2 and a second output shaft 3, regardless of the various design variants. Furthermore, at least one planetary gear set PG1 is provided, with a drive shaft 1 of the first electric machine being coaxial to the output shafts 2, 3 is arranged. In order to implement a particularly efficient mode of operation of the electric drive, it is provided that a ring gear HR1 of the first planetary gear set PG1 is detachably connected to the housing in such a way that at least one starting function can be implemented.
  • z. B the releasable connection of the ring gear HR1 of the first planetary gear set PG1 with a housing 4 via an actuatable brake B1 vorgese hen.
  • the function of easier starting is possible via the ring gear HR1, which is not permanently attached, and the actuation of the brake B1. Grinding while driving slowly is therefore possible.
  • the first planetary gear set PG1 is followed by a first spur gear stage SG1 and a second spur gear stage SG2, which are connected to the output differential 6.
  • a second planetary gear set PG2 is connected downstream of the first planetary gear set PG1.
  • a further shift element is provided as clutch K1, so that when clutch K1 is open, an additional gear ratio can be implemented so that a 2-speed gear ratio can be achieved with the proposed electric drive can.
  • a further switching element 7 is provided, by way of example, with which the drive can be decoupled or coupled from the output shaft 2, 3 in order to minimize drag losses in the decoupled state.
  • an additional electrical machine EM2 is provided for releasably connecting the ring gear HR1 of the first planetary gear set PG1 on the housing side.
  • the second electrical machine EM2 is coupled to the first planetary gear set PG1 either directly or via the brake B1.
  • two planetary gears PG1, PG2 are provided by way of example.
  • the shift element K1 is assigned to the second planetary gear set PG2 in order to implement the second gear stage in the electric drive according to the invention.
  • the further switching element 7 for coupling and decoupling the output shafts 2, 3 is shown as an example.
  • the first and second spur gear stages SG1, SG2 are provided instead of the second planetary gearbox PG2.
  • the drive shaft 1 of the first electric machine EM1 or the first electric motor is connected to the sun gear SR1 of the first planetary gear set PG1 and a planetary gear carrier PT 1 of the first planetary gear set PG1 is either directly or indirectly connected to the output differential 6 to drive the first Output shaft 2 and the second output shaft 3 connected.
  • the planetary gear carrier PT 1 of the first planetary gear set PG1 is connected to a sun gear SR2 of the second planetary gear set PG2 if a second planetary gear set PG2 is provided depending on the variant.
  • a ring gear HR2 of the second planetary gearbox PG2 is connected to the housing 4, while a planetary gear carrier PT2 of the second planetary gear set PG2 is connected to the output differential 6, provided that no Spurradge gear stages SG1, SG2 are provided.
  • the planetary gear carrier PT 1 of the first planetary gear set PG1 is connected to the sun gear SR2 of the second planetary gear set PG2 and, furthermore, the planetary gear carrier PT2 of the second planetary gear set PG2 can be connected to the planetary gear carrier PT1 of the first planetary gear set PG1 via the clutch K1, if a switchable variant depending on the off management variant is provided.
  • the planetary gear carrier PT2 of the second planetary gear set PG2 is connected to the output differential 6 and the ring gear HR2 of the second planetary gear set PG2 is connected to the housing 4.
  • a second gear ratio can be implemented when the clutch K1 is open.
  • the drive shaft 5 of the second electrical machine EM2 is also arranged coaxially with the output shafts 2, 3.
  • the drive shaft 5 of the second electrical machine EM2 is coupled directly or via the brake B1 to the ring gear HR1 of the first planetary gear set PG1.
  • a function of creep and extremely slow start-up can also be applied in addition to the start-up function.
  • a stepless translation by the second electrical machine EM2 is possible, since the second electrical machine EM2 is connected to the ring gear HR1 of the first planetary gear PG1 and thus enables the ring gear HR1 to rotate in the opposite direction and a stepless ratio of the drive.

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Abstract

The invention relates to an electric drive for a vehicle comprising at least one first electric machine (EM1) and comprising an output differential (6) for driving at least two output shafts (2, 3), as well as comprising at least one first planetary transmission (PG1), wherein a driveshaft (1) of the first electric machine (EM1) is arranged coaxially in relation to the output shafts (2, 3) and wherein a ring gear (HR1) of the first planetary transmission (PG1) is detachably attached to the housing in such a way that at least one start-up function can be carried out. The invention also relates to a vehicle comprising an electric drive.

Description

Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug Electric drive for a vehicle
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb. The present invention relates to an electric drive for a vehicle according to the type defined in more detail in the preamble of patent claim 1. The invention also relates to a vehicle with the electric drive.
Aus der Fahrzeugtechnik sind elektrische Antriebe für Fahrzeuge bekannt, bei denen eine elektrische Maschine angesteuert wird, um über ein Abtriebsdifferential Abtriebswellen mit einer Übersetzung anzutreiben. Die elektrische Maschine ist üblicherweise achsparallel zu den Abtriebswellen angeordnet, wodurch ein hoher Bauraumbedarf vorliegt. From vehicle technology, electric drives for vehicles are known in which an electric machine is controlled in order to drive output shafts with a gear ratio via an output differential. The electrical machine is usually arranged axially parallel to the output shafts, which means that there is a large space requirement.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2010 031 746 B4 ist eine Antriebseinheit mit ei nem Elektromotor und mit einem Differential für zwei Abtriebswellen sowie mit einem im Leistungsfluss zwischen dem Elektromotor und dem Differential angeordneten Planetenge triebe bekannt. Die Antriebswelle des Elektromotors ist um eine Antriebsrotationsachse der Abtriebswellen drehbar gelagert, sodass eine koaxiale Anordnung von Antriebswelle des Elektromotors und der Abtriebswellen gegeben ist, welches den erforderlichen Bauraum re duziert. For example, from the publication DE 10 2010 031 746 B4 a drive unit with an electric motor and with a differential for two output shafts and with a planetary gear arranged in the power flow between the electric motor and the differential is known. The drive shaft of the electric motor is mounted rotatably about a drive axis of rotation of the output shafts, so that a coaxial arrangement of the drive shaft of the electric motor and the output shafts is provided, which reduces the required installation space.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei Anfahrten und Kriechfahrten der Elektromotor thermisch überlastet wird, da sich bei derartigen Fahrzuständen ein schlechter Wirkungsrad einstellt. It has been shown that the electric motor is thermally overloaded, especially when starting up and crawling, since a poor degree of effectiveness is established in such driving conditions.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen elektrischen Antrieb der ein gangs beschriebenen Gattung und ein Fahrzeug mit dem Antrieb vorzuschlagen, bei denen der Wirkungsgrad unabhängig von den Fahrbereichen optimiert wird. The present invention has for its object to propose an electric drive of the type described in the introduction and a vehicle with the drive, in which the efficiency is optimized independently of the driving ranges.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bezie hungsweise 11 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben. According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1 or 11, with advantageous and claimed developments resulting from the subclaims and the description as well as the drawings.
Somit wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Ma schine und mit einem Abtriebsdifferential zum Antrieb von zumindest zwei Abtriebswellen so wie mit zumindest einem Planetengetriebe oder dergleichen vorgeschlagen, wobei eine An triebswelle der elektrischen Maschine koaxial zu den Abtriebswellen angeordnet ist. Um den Wirkungsgrad bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb weiter zu optimieren, ist vorgesehen, dass ein Hohlrad des ersten Planetengetriebes derart lösbar gehäuseseitig an gebunden ist, dass zumindest eine Anfahrfunktion realisierbar ist. Thus, an electric drive for a vehicle with at least one electrical Ma machine and with an output differential for driving at least two output shafts as well as with at least one planetary gear or the like is proposed, with a drive shaft of the electrical machine being arranged coaxially to the output shafts. In order to further optimize the efficiency of the proposed electric drive, is provided that a ring gear of the first planetary gear is releasably bound on the housing side in such a way that at least one starting function can be implemented.
Auf diese Weise kann mit dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb eine vorteilhafte An fahrregelung um den Nullpunkt herum besonders effizient realisiert werden. Durch eine ent sprechende Ansteuerung der lösbaren Verbindung des Hohlrades ist es in vorteilhafterweise möglich, die elektrische Maschine mit weniger Last um im Bereich des Nullpunktes bzw. im Bereich der langsamen Fahrt des Fahrzeuges anzusteuern. In this way, with the proposed electric drive, an advantageous approach control around the zero point can be implemented particularly efficiently. By activating the releasable connection of the ring gear accordingly, it is advantageously possible to control the electric machine with less load in the area of the zero point or in the area of slow travel of the vehicle.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die lösbare Verbindung des Hohlrades über ein betätig bares Schaltelement realisiert werden. Insbesondere kann hierzu eine Bremse ver wendet werden, die das Hohlrad mit dem Gehäuse verbindet. Zur Ansteuerung der Bremse kann beispielsweise eine elektromagnetische oder auch hydraulische Ansteuerung vorgese hen werden. Bevorzugt wird als Bremse ein reibschlüssiges beziehungsweise kraftschlüssi ges Schaltelement eingesetzt. In the context of the present invention, the detachable connection of the ring gear can be realized via an actuatable switching element. In particular, a brake can be used for this purpose, which connects the ring gear to the housing. For example, electromagnetic or hydraulic control can be provided to control the brake. A frictional or non-positive switching element is preferably used as the brake.
Um eine Übersetzung des vorgesehenen Planetengetriebes weiter anpassen zu können, kann das Planetengetriebe über zumindest eine Stirnradgetriebestufe mit dem Abtriebsdiffe rential gekoppelt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass das erste Planetengetriebe über ein zweites Planetengetriebe mit dem Abtriebsdifferential gekoppelt wird. Ferner ist es denk bar, dass auch eine direkte Verbindung zwischen dem ersten Planetengetriebe und dem Ab triebsdifferential vorgesehen wird. In order to be able to further adapt a translation of the intended planetary gear, the planetary gear can be coupled with the output differential via at least one spur gear stage. However, it is also possible for the first planetary gear to be coupled to the output differential via a second planetary gear. Furthermore, it is conceivable that a direct connection between the first planetary gear and the drive differential is provided.
Bei der Verwendung eines zweiten Planetengetriebes besteht die Möglichkeit eine weitere Gangstufe bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb zu realisieren, indem ein weiteres Schaltelement vorgesehen wird. Vorzugsweise wird hierzu als Schaltelement eine Kupplung verwendet, die zwei Elemente des zweiten Planetengetriebes im geschlossenen Zustand miteinander verbindet. Im geöffneten Zustand wird somit eine weitere Gangstufe bezie hungsweise Ü bersetzu ngsstufe bei dem elektrischen Antrieb realisiert, wodurch die Betriebs weise des elektrischen Antriebes erweitert wird. Als Schaltelement kann sowohl ein form schlüssiges Schaltelement, wie z. B. eine Schaltklaue, aber auch ein kraft- bzw. reibschlüssi ges Schaltelement, wie z. B. eine Lamellenkupplung verwendet werden. When using a second planetary gear, there is the possibility of realizing a further gear stage in the proposed electric drive by providing a further shift element. For this purpose, a clutch is preferably used as the switching element, which connects two elements of the second planetary gear to one another in the closed state. In the open state, a further gear step or translation step is thus implemented in the electric drive, whereby the operation of the electric drive is expanded. As a switching element, both a positive switching element, such. B. a switching claw, but also a non-positive or Reibschlüssi ges switching element such. B. a multi-plate clutch can be used.
Um quasi eine stufenlose Übersetzung bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb vorse hen zu können, kann eine zweite elektrische Maschine vorgesehen werden, die vorzugs weise ebenfalls koaxial zu den Abtriebswellen angeordnet wird, um den Bauraumbedarf zu minimieren. Der Einsatz der zweiten elektrischen Maschine als lösbare gehäuseseitige Anbindung kann alternativ oder auch zusätzlich zur Bremse eingesetzt werden. Durch die Verwendung einer zweiten elektrischen Maschine kann eine Betriebspunktverschiebung rea lisiert werden, sodass jede elektrische Maschine in ihrem optimalen Betriebspunkt betrieben werden kann. Des weiteren ist es möglich mit der zweiten elektrischen Maschine die vor zugsweise mit dem Hohlrad direkt oder über eine Bremse mit dem Hohlrad des ersten Plane tengetriebes direkt oder über eine Bremse gekoppelt ist, neben der optimierten Anfahrfunk tion auch eine Kriechfunktion bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb zu realisieren. Auf diese Weise wird die Betriebsweise des elektrischen Antriebes erheblich erweitert. In order to be able to provide a stepless ratio in the proposed electric drive, a second electric machine can be provided, which is preferably also arranged coaxially to the output shafts in order to minimize the space requirement. The use of the second electrical machine as a detachable housing-side The connection can be used as an alternative or in addition to the brake. By using a second electrical machine, an operating point shift can be implemented so that each electrical machine can be operated at its optimal operating point. Furthermore, it is possible with the second electrical machine, which is preferably coupled directly to the ring gear directly or via a brake to the ring gear of the first planetary gearbox or via a brake, in addition to the optimized starting function, also a creep function in the proposed electric drive realize. In this way, the operating mode of the electric drive is expanded considerably.
Um den Betrieb des elektrischen Antriebes effizienter zu machen, ist ferner vorgesehen, dass ein weiteres Schaltelement zum Entkoppeln und Koppeln der Abtriebswellen vorgese hen ist. Auf diese Weise können in bestimmten Betriebszuständen Schleppmomente verrin gert beziehungsweise verhindert werden, um den Wirkungsgrad weiter zu verbessern. In order to make the operation of the electric drive more efficient, it is also provided that a further switching element is provided for decoupling and coupling the output shafts. In this way, drag torques can be reduced or prevented in certain operating states in order to further improve efficiency.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass ein Fahrzeug mit dem vorbe schriebenen elektrischen Antrieb beansprucht wird. Vorzugsweise kann der elektrische An trieb als Achsantrieb bei dem Fahrzeug vorgesehen werden. Another aspect of the present invention provides that a vehicle with the above-described electric drive is claimed. Preferably, the electric drive can be provided as an axle drive in the vehicle.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. The present invention is further explained below with reference to the drawings.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausf ü h ru n g s va ri a n te eines elektri schen Antriebes mit einem ersten Planetengetriebe und zwei Stirnradstufen zur Anbindung an ein Abtriebsdifferential; FIG. 1 shows a schematic view of a first variant of an electrical drive with a first planetary gear and two spur gear stages for connection to an output differential;
Figur 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante des elektri schen Antriebes mit zwei Planetengetrieben; Figure 2 is a schematic view of a second embodiment of the electrical drive with two planetary gears;
Figur 3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausf ü h ru n g s va ri a n te des elektrischen Antriebes mit zwei Planetengetrieben und mit einem zusätzlichen Schaltelement zum Erzeu gen einer zweiten Übersetzungsstufe; FIG. 3 shows a schematic view of a third embodiment of the electric drive with two planetary gears and with an additional switching element for generating a second gear ratio;
Figur 4 eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes mit zwei elektrischen Maschinen und zwei Planetengetrieben; Figur 5 eine schematische Ansicht einer fünften Ausführungsvariante mit zwei elektri schen Maschinen mit zwei Planetengetrieben und mit einem zusätzlichen Schaltelement zum Erzeugen einer zweiten Übersetzungsstufe; und FIG. 4 shows a schematic view of a fourth variant embodiment of the electric drive with two electric machines and two planetary gears; FIG. 5 shows a schematic view of a fifth embodiment variant with two electrical machines with two planetary gears and with an additional shift element for generating a second gear ratio; and
Figur 6 eine schematische Ansicht einer sechsten Ausführungsvariante des elektri schen Antriebes mit zwei elektrischen Maschinen und dem ersten Planetengetriebe sowie mit zwei Stirnradübersetzungsstufen. Figure 6 is a schematic view of a sixth embodiment of the electrical drive's with two electrical machines and the first planetary gear and with two spur gear stages.
In den Figuren 1 bis 6 sind verschiedene Ausführungsvarianten eines elektrischen Antriebes für ein Fahrzeug beispielhaft dargestellt. In the figures 1 to 6 different design variants of an electric drive for a vehicle are shown by way of example.
Der elektrische Antrieb umfasst unabhängig von den verschiedenen Ausführungsvarianten zumindest eine erste elektrische Maschine EM1 und ein Abtriebsdifferential 6 zum Antrieb von einer ersten Abtriebswelle 2 und einer zweiten Abtriebswelle 3. Ferner ist zumindest ein Planetengetriebe PG1 vorgesehen, wobei eine Antriebswelle 1 der ersten elektrischen Ma schine koaxial zu den Abtriebswellen 2, 3 angeordnet ist. Um eine besonders effiziente Be triebsweise des elektrischen Antriebs zu realisieren, ist vorgesehen, dass ein Hohlrad HR1 des ersten Planetengetriebes PG1 derart lösbar gehäuseseitig angebunden ist, dass zumin dest eine Anfahrfunktion realisierbar ist. The electric drive comprises at least a first electric machine EM1 and an output differential 6 for driving a first output shaft 2 and a second output shaft 3, regardless of the various design variants. Furthermore, at least one planetary gear set PG1 is provided, with a drive shaft 1 of the first electric machine being coaxial to the output shafts 2, 3 is arranged. In order to implement a particularly efficient mode of operation of the electric drive, it is provided that a ring gear HR1 of the first planetary gear set PG1 is detachably connected to the housing in such a way that at least one starting function can be implemented.
Auf diese Weise ist mit dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb ein langsamer Fährbe trieb und beim Anfahren ein Betrieb mit geringer thermischer Belastung möglich, um somit höhere Schaltungsverluste im Inverter der elektrischen Maschine EM1 zu vermeiden. In this way, with the proposed electric drive, a slow Fährbe drive and when starting an operation with low thermal load is possible in order to avoid higher circuit losses in the inverter of the electrical machine EM1.
Je nach Ausführungsvariante kann z. B. die lösbare Verbindung des Hohlrades HR1 des ers ten Planetengetriebes PG1 mit einem Gehäuse 4 über eine betätigbare Bremse B1 vorgese hen werden. Auf diese Weise ist die Funktion des leichteren Anfahrens über das nicht fest angebundene Hohlrad HR1 und die Betätigung der Bremse B1 möglich. Ein Schleifen wäh rend langsamer Fahrt ist somit möglich. Depending on the variant, z. B. the releasable connection of the ring gear HR1 of the first planetary gear set PG1 with a housing 4 via an actuatable brake B1 vorgese hen. In this way, the function of easier starting is possible via the ring gear HR1, which is not permanently attached, and the actuation of the brake B1. Grinding while driving slowly is therefore possible.
In den Figuren 1 bis 3 sind die ersten drei Ausführungsvarianten gezeigt, bei denen lediglich eine erste elektrische Maschine EM1 und die Brems B1 als ansteuerbare lösbare Verbin dung vorgesehen ist. In Figures 1 to 3, the first three design variants are shown in which only a first electrical machine EM1 and the brake B1 is provided as a controllable releasable connec tion.
Bei der ersten Ausführungsvariante gemäß Figur 1 ist dem ersten Planetengetriebe PG1 eine erste Stirnradstufe SG1 und ein zweite Stirnradstufe SG2 nachgeschaltet, die mit dem Abtriebsdifferential 6 verbunden sind. Bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß Figur 2 ist anstelle der beiden Stirnradstufen SG1, SG2 ein zweites Planetengetriebe PG2 dem ersten Planetengetriebe PG1 nachgeschaltet. Bei der dritten Ausführungsvariante gemäß Figur 3 ist im Unterschied zur zweiten Ausführungsvariante ein weiteres Schaltelement als Kupplung K1 vorgesehen, sodass im geöffneten Zustand der Kupplung K1 eine zusätzliche Überset zungsstufe realisiert werden kann, sodass mit dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb eine 2-Gang-Übersetzung realisiert werden kann. Ferner ist bei der dritten Ausführungsvari ante gemäß Figur 3 beispielshaft ein weiteres Schaltelement 7 vorgesehen, mit dem der An trieb von den Abtriebswelle 2, 3 entkoppelt oder gekoppelt werden kann, um im entkoppelten Zustand Schleppverluste zu minimieren. In the first embodiment variant according to FIG. 1, the first planetary gear set PG1 is followed by a first spur gear stage SG1 and a second spur gear stage SG2, which are connected to the output differential 6. In the second embodiment variant according to FIG instead of the two spur gear stages SG1, SG2, a second planetary gear set PG2 is connected downstream of the first planetary gear set PG1. In the third embodiment variant according to FIG. 3, in contrast to the second embodiment variant, a further shift element is provided as clutch K1, so that when clutch K1 is open, an additional gear ratio can be implemented so that a 2-speed gear ratio can be achieved with the proposed electric drive can. Furthermore, in the third variant embodiment according to FIG. 3, a further switching element 7 is provided, by way of example, with which the drive can be decoupled or coupled from the output shaft 2, 3 in order to minimize drag losses in the decoupled state.
In den Figuren 4 bis 6 sind die vierte und die fünfte sowie die sechste Ausführungsvariante dargestellt. Bei diesen Ausführungsvarianten ist eine zusätzliche elektrische Maschine EM2 zur lösbaren gehäuseseitigen Anbindung des Hohlrades HR1 des ersten Planetengetriebes PG1 vorgesehen. Die zweite elektrische Maschine EM2 ist entweder direkt oder über die Bremse B1 mit dem ersten Planetengetriebe PG1 gekoppelt ist. In the figures 4 to 6, the fourth and the fifth as well as the sixth variant are shown. In these design variants, an additional electrical machine EM2 is provided for releasably connecting the ring gear HR1 of the first planetary gear set PG1 on the housing side. The second electrical machine EM2 is coupled to the first planetary gear set PG1 either directly or via the brake B1.
Bei der vierten Ausführungsvariante gemäß Figur 4 sind beispielhaft zwei Planetengetriebe PG1 , PG2 vorgesehen. Bei der fünften Ausführungsvariante gemäß Figur 5 ist das Schalt element K1 dem zweiten Planetengetriebe PG2 zugeordnet, um die zweite Gangstufe bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb zu realisieren. Ferner ist das weitere Schalt element 7 zum Koppeln und Entkoppeln der Abtriebswellen 2, 3 beispielhaft dargestellt. In der sechsten Ausführungsvariante gemäß Figur 6 sind anstelle des zweiten Planetengetrie bes PG2 die erste und zweite Stirnradgetriebestufe SG1 , SG2 vorgesehen. In the fourth embodiment variant according to FIG. 4, two planetary gears PG1, PG2 are provided by way of example. In the fifth embodiment according to FIG. 5, the shift element K1 is assigned to the second planetary gear set PG2 in order to implement the second gear stage in the electric drive according to the invention. Furthermore, the further switching element 7 for coupling and decoupling the output shafts 2, 3 is shown as an example. In the sixth embodiment according to FIG. 6, the first and second spur gear stages SG1, SG2 are provided instead of the second planetary gearbox PG2.
Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten ist die Antriebswelle 1 der ersten elektrischen Maschine EM1 beziehungsweise des ersten Elektromotors mit dem Sonnenrad SR1 des ersten Planetengetriebes PG1 verbunden und ein Planetenradträger PT 1 des ers ten Planetengetriebes PG1 ist entweder direkt oder indirekt mit dem Abtriebsdifferential 6 zum Antrieb der ersten Abtriebswelle 2 und der zweiten Abtriebswelle 3 verbunden. Regardless of the respective design variants, the drive shaft 1 of the first electric machine EM1 or the first electric motor is connected to the sun gear SR1 of the first planetary gear set PG1 and a planetary gear carrier PT 1 of the first planetary gear set PG1 is either directly or indirectly connected to the output differential 6 to drive the first Output shaft 2 and the second output shaft 3 connected.
Der Planetenradträger PT 1 des ersten Planetengetriebes PG1 ist mit einem Sonnenrad SR2 des zweiten Planetengetriebes PG2 verbunden, sofern je nach Ausführungsvariante ein zweites Planetengetriebe PG2 vorgesehen ist. Ein Hohlrad HR2 des zweiten Planetengetrie bes PG2 ist mit dem Gehäuse 4 verbunden, während ein Planetenradträger PT2 des zweiten Planetengetriebes PG2 mit dem Abtriebsdifferential 6 verbunden ist, sofern keine Stirnradge triebestufen SG1, SG2 vorgesehen sind. Der Planetenradträger PT 1 des ersten Planetengetriebes PG1 ist mit dem Sonnenrad SR2 des zweiten Planetengetriebes PG2 verbunden und ferner ist über die Kupplung K1 der Pla netenradträger PT2 des zweiten Planentengetriebes PG2 mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetengetriebes PG1 verbindbar, wenn eine schaltbare Variante je nach Aus führungsvariante vorgesehen ist. Ebenso wie bei der nichtschaltbaren Variante ist der Plane tenradträger PT2 des zweiten Planetengetriebes PG2 mit dem Abtriebsdifferential 6 und das Hohlrad HR2 des zweiten Planetengetriebes PG2 mit dem Gehäuse 4 verbunden. Durch die Kupplung K1 kann im geöffneten Zustand der Kupplung K1 eine zweite Übersetzungsstufe realisiert werden. The planetary gear carrier PT 1 of the first planetary gear set PG1 is connected to a sun gear SR2 of the second planetary gear set PG2 if a second planetary gear set PG2 is provided depending on the variant. A ring gear HR2 of the second planetary gearbox PG2 is connected to the housing 4, while a planetary gear carrier PT2 of the second planetary gear set PG2 is connected to the output differential 6, provided that no Spurradge gear stages SG1, SG2 are provided. The planetary gear carrier PT 1 of the first planetary gear set PG1 is connected to the sun gear SR2 of the second planetary gear set PG2 and, furthermore, the planetary gear carrier PT2 of the second planetary gear set PG2 can be connected to the planetary gear carrier PT1 of the first planetary gear set PG1 via the clutch K1, if a switchable variant depending on the off management variant is provided. As with the non-shiftable variant, the planetary gear carrier PT2 of the second planetary gear set PG2 is connected to the output differential 6 and the ring gear HR2 of the second planetary gear set PG2 is connected to the housing 4. With the clutch K1, a second gear ratio can be implemented when the clutch K1 is open.
Wenn die zweite elektrische Maschine EM2 vorgesehen ist, ist deren Antriebswelle 5 eben falls koaxial zu den Abtriebswellen 2, 3 angeordnet. Je nach Ausführungsvariante ist die An triebswelle 5 der zweiten elektrischen Maschine EM2 direkt oder über die Bremse B1 mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetengetriebes PG1 gekoppelt. If the second electrical machine EM2 is provided, the drive shaft 5 thereof is also arranged coaxially with the output shafts 2, 3. Depending on the variant, the drive shaft 5 of the second electrical machine EM2 is coupled directly or via the brake B1 to the ring gear HR1 of the first planetary gear set PG1.
Bei den Ausführungsvarianten mit zwei elektrischen Maschinen EM1 , EM2 ist neben der An fahrfunktion auch eine Funktion des Kriechens und des extrem langsamen Anfahrens appli zierbar. Insbesondere ist eine stufen lose Übersetzung durch die zweite elektrische Maschine EM2 möglich, da die zweite elektrische Maschine EM2 mit dem Hohlrad HR1 des ersten Pla netengetriebes PG1 verbunden ist und somit ein gegenläufiges Drehen des Hohlrades HR1 und eine stufen lose Übersetzung des Antriebes ermöglicht. Im Extremfall ist sogar ein lastlo ses Hochdrehen beider elektrischen Maschinen EM1 , EM2 gegenläufig ohne Moment mög lich und dadurch ein Anfahren beziehungsweise ein Kriechen mit erhöhter Drehzahl der elektrischen Maschinen EM1 , EM2 in einem Bereich mit deutlich höherer Effizienz möglich. In the design variants with two electrical machines EM1, EM2, a function of creep and extremely slow start-up can also be applied in addition to the start-up function. In particular, a stepless translation by the second electrical machine EM2 is possible, since the second electrical machine EM2 is connected to the ring gear HR1 of the first planetary gear PG1 and thus enables the ring gear HR1 to rotate in the opposite direction and a stepless ratio of the drive. In extreme cases, it is even possible to rev up the two electrical machines EM1, EM2 in opposite directions without a load, without torque, and thereby start up or crawl at an increased speed of the electrical machines EM1, EM2 in a region with significantly higher efficiency.
Unabhängig von den jeweiligen Ausführungen besteht die Möglichkeit sämtliche Unterset zungsstufen oder Übersetzungsstufen sowie die sogenannte Disconnect-Einheit durch das zusätzliche Schaltelement 7 vorzusehen beziehungsweise mit diesen zu kombinieren. Bezuqszeichen Regardless of the respective designs, it is possible to provide all the reduction stages or translation stages as well as the so-called disconnect unit by means of the additional switching element 7 or to combine them with them. Reference symbol
1 Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine 1 drive shaft of the first electric machine
2 erste Abtriebswelle 2 first output shaft
3 zweite Abtriebswelle 3 second output shaft
4 Gehäuse 4 housings
5 Antriebswelle der zweiten elektrischen Maschine 5 drive shaft of the second electric machine
6 Abtriebsdifferential 6 output differential
7 Schaltelement 7 switching element
B1 Bremse B1 brake
K1 Kupplung K1 coupling
EM1 erste elektrische Maschine EM1 first electric machine
EM2 zweite elektrische Maschine EM2 second electric machine
PG1 erstes Planetengetriebe PG1 first planetary gear
PG2 zweites Planetengetriebe PG2 second planetary gear
HR1 Hohlrad des ersten Planetengetriebes HR1 ring gear of the first planetary gear
HR2 Hohlrad des zweiten Planetengetriebes HR2 ring gear of the second planetary gear
SR1 Sonnenrad des ersten Planetengetriebes SR1 sun gear of the first planetary gear
SR2 Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes SR2 sun gear of the second planetary gear
PT 1 Planetenradträger des ersten Planetengetriebes PT 1 planet carrier of the first planetary gear
PT2 Planetenradträger des zweiten PlanetengetriebesPT2 planet carrier of the second planetary gear
SG1 erste Stirnradstufe beziehungsweise Sti rn radg etriebestuf eSG1 first spur gear stage or spur gear stage
SG2 zweite Stirnradstufe beziehungsweise Stirnradgetriebestufe SG2 second spur gear stage or spur gear stage

Claims

Patentansprüche Claims
1. Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer ersten elektrischen Maschine (EM1) und mit einem Abtriebsdifferential (6) zum Antrieb von zumindest zwei Abtriebswellen (2, 3) sowie mit zumindest einem ersten Planetengetriebe (PG1), wobei eine Antriebswelle (1) der ersten elektrischen Maschine (EM1) koaxial zu den Abtriebswellen (2, 3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlrad (HR1) des ersten Planetengetriebes (PG1) derart lösbar gehäuseseitig angebunden ist, dass zumindest eine Anfahrfunktion realisierbar ist. 1. Electric drive for a vehicle with at least one first electric machine (EM1) and with an output differential (6) for driving at least two output shafts (2, 3) and with at least one first planetary gear (PG1), one drive shaft (1) the first electrical machine (EM1) is arranged coaxially to the output shafts (2, 3), characterized in that a ring gear (HR1) of the first planetary gear (PG1) is detachably connected on the housing side in such a way that at least one start-up function can be implemented.
2. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbin dung des Hohlrades (HR1) des ersten Planetengetriebes (PG1) an einem Gehäuse (4) über eine betätig bare Bremse (B1) vorgesehen ist. 2. Electric drive according to claim 1, characterized in that the releasable connec tion of the ring gear (HR1) of the first planetary gear (PG1) on a housing (4) via an actuatable face brake (B1) is provided.
3. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs welle (1) der ersten elektrischen Maschine (EM1) mit einem Sonnenrad (SR1) des ersten Planetengetriebes (PG1) verbunden ist und dass ein Planetenradträger (PT1) des ersten Planetengetriebes (PG1) direkt oder indirekt mit dem Abtriebsdifferential (6) verbunden ist. 3. Electric drive according to claim 1 or 2, characterized in that the drive shaft (1) of the first electrical machine (EM1) is connected to a sun gear (SR1) of the first planetary gear (PG1) and that a planetary gear carrier (PT1) of the first Planetary gear (PG1) is connected directly or indirectly to the output differential (6).
4. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Planeten getriebe (PG1) über zumindest eine Stirnradgetriebestufe (SG1 , SG2) oder über ein zweites Planetengetriebe (PG2) mit dem Abtriebsdifferential (6) gekoppelt ist. 4. Electric drive according to claim 3, characterized in that the first planetary gear (PG1) is coupled to the output differential (6) via at least one spur gear stage (SG1, SG2) or via a second planetary gear (PG2).
5. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträ ger (PT1) des ersten Planetengetriebes (PG1) mit einem Sonnenrad (SR2) eines zweiten Planetengetriebes (PG2) verbunden ist, dass ein Hohlrad (HR2) des zweiten Planetengetrie bes (PG2) mit dem Gehäuse (4) verbunden ist und dass ein Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetengetriebes (PG2) mit dem Abtriebsdifferential (6) verbunden ist. 5. Electric drive according to claim 4, characterized in that the planetary gear carrier (PT1) of the first planetary gear (PG1) is connected to a sun gear (SR2) of a second planetary gear (PG2), that a ring gear (HR2) of the second planetary gear is bes ( PG2) is connected to the housing (4) and that a planet carrier (PT2) of the second planetary gear (PG2) is connected to the output differential (6).
6. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträ ger (PT1) des ersten Planetengetriebes (PG1) mit einem Sonnenrad (SR2) eines zweiten Planetengetriebes (PG2) verbunden ist, dass der Planetenradträger (PT1) des ersten Plane tengetriebes (PG1) über eine Kupplung (K1) mit einem Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetengetriebes (PG2) verbindbar ist, dass der Planetenradträger (PT2) des zweiten Pla netengetriebes (PG2) mit dem Abtriebsdifferential (6) verbunden ist und dass das Hohlrad (HR2) mit dem Gehäuse (4) verbunden ist. 6. Electric drive according to claim 4, characterized in that the planetary gear carrier (PT1) of the first planetary gear (PG1) is connected to a sun gear (SR2) of a second planetary gear (PG2) that the planetary gear carrier (PT1) of the first planetary gear ( PG1) via a clutch (K1) with a planet carrier (PT2) of the second planetary gear (PG2) can be connected, that the planet carrier (PT2) of the second planetary gear (PG2) is connected to the output differential (6) and that the ring gear (HR2 ) is connected to the housing (4).
7. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im geöffneten Zu stand der Kupplung (K1) eine zweite Ü bersetzu ngsstufe realisierbar ist. 7. Electric drive according to claim 6, characterized in that in the open state of the clutch (K1) a second translation stage can be realized.
8. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite elektrische Maschine (EM2) vorgesehen ist, deren Antriebswelle (5) koaxial zu den Abtriebswelle (2, 3) angeordnet ist. 8. Electrical drive according to one of the preceding claims, characterized in that a second electrical machine (EM2) is provided, the drive shaft (5) of which is arranged coaxially to the output shaft (2, 3).
9. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (5) der zweiten elektrischen Maschine (EM2) direkt oder über die Bremse (B1) mit dem Hohlrad (HR1) des ersten Planetengetriebes (PG1) gekoppelt ist. 9. Electrical drive according to claim 8, characterized in that the drive shaft (5) of the second electrical machine (EM2) is coupled directly or via the brake (B1) to the ring gear (HR1) of the first planetary gear (PG1).
10. Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass ein weiteres Schaltelement (6) zum Entkoppeln und Koppeln der Abtriebswellen (2, 3) vorgesehen ist. 10. Electric drive according to one of the preceding claims, characterized in that a further switching element (6) for decoupling and coupling the output shafts (2, 3) is provided.
11. Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche. 11. Vehicle with an electric drive according to one of the preceding claims.
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