WO2021144079A1 - Antriebsvorrichtung zum elektrischen antreiben eines kraftwagens, insbesondere eines personenkraftwagens - Google Patents

Antriebsvorrichtung zum elektrischen antreiben eines kraftwagens, insbesondere eines personenkraftwagens Download PDF

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WO2021144079A1
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rotor
planetary gear
output shaft
differential
drive device
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PCT/EP2020/085448
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Goran Ogrizovic
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Daimler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a drive device for, in particular purely, electrically driving a motor vehicle, in particular a passenger vehicle, according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a drive device for, in particular purely electrical, driving of wheels on an axle of a motor vehicle, in particular a passenger vehicle, is already known, for example, from DE 102017211 881 A1.
  • the drive device has an electrical machine which comprises a stator and a rotor.
  • the drive device in particular the electrical machine, comprises a housing in which the stator and the rotor are arranged.
  • the stator is fixed to the housing and is thus connected to the housing at least in a rotationally fixed manner.
  • the rotor can be driven by the stator and can thereby be rotated about an axis of rotation relative to the housing and relative to the stator.
  • the drive device has a first output shaft and a second output shaft.
  • At least or precisely a first of the wheels can be driven electrically, in particular purely electrically, by the electrical machine via the first output shaft.
  • At least or precisely one second of the wheels can be driven electrically, in particular purely electrically, by the electrical machine via the second output shaft.
  • the drive device comprises a first planetary gear set, via which the first output shaft can be driven electrically, in particular purely electrically, by the rotor and thus by the electrical machine.
  • the drive device comprises a second planetary gear set, via which the second output shaft can be driven electrically, in particular purely electrically, by the rotor.
  • the drive device also includes a differential gear via which the planetary gear sets are driven electrically, in particular purely, by the rotor and thus by the electrical machine can be.
  • the differential gear has an input element which, in particular, is directly connected to the rotor in a rotationally fixed manner.
  • the object of the present invention is to improve a drive device of the type mentioned at the beginning.
  • the respective planetary gear set is at least predominantly, in particular completely, connected to the rotor in the axial direction of the electrical machine and thereby at least predominantly, in particular completely, outside of the Rotor is arranged.
  • the respective planetary gear set is not or not completely arranged inside the rotor, but at least predominantly or completely adjoins the rotor in the axial direction of the electrical machine.
  • the respective planetary gear set is at least predominantly, in particular completely, connected to the rotor in the axial direction of the electrical machine is to be understood in particular that more than half of the extent of the respective planetary gear set running in the axial direction of the electrical machine, in particular the entire extension running in the axial direction runs outside the rotor and is therefore not covered by the rotor in the radial direction of the electrical machine towards the outside.
  • a respective ring gear of the respective planetary gear set is non-rotatably connected to the housing.
  • the differential gear is at least predominantly connected to the rotor in the axial direction of the electrical machine and is thus arranged at least predominantly outside the rotor.
  • the differential gear is at least partially covered outward in the radial direction of the electrical machine by an end winding of a winding of the stator.
  • a first planet carrier of the first planetary gear set is non-rotatably connected to the first output shaft, a second planet carrier of the second planetary gear set being non-rotatably connected to the second output shaft.
  • both planetary gear sets are completely connected to the rotor in the axial direction of the electrical machine and are therefore each arranged completely outside the rotor.
  • the differential gear is designed as a spur gear differential or as a bevel gear differential.
  • the invention enables the implementation of an electrical drive device that is coaxial with respect to the wheels without nested torque-carrying shafts, i.e. without a shaft driven by the rotor with a toothing provided for rotor torque transmission being designed as a hollow shaft which is penetrated by a shaft carrying the output torque is.
  • This can prevent a pitch circle diameter of a respective sun gear of the respective planetary gear set from having to follow a hollow shaft, so that the respective sun gear can be represented with a small pitch circle diameter.
  • This in turn makes it possible to provide a high gear ratio through the respective, preferably single-row or one-piece planetary gear set.
  • the respective planetary gear set also referred to as a planetary gear set, preferably has a stationary gear ratio which is in a range from 7 to 10 inclusive.
  • the torque still to be translated, transmitted from the differential to both output sides, is divided equally between both sides. Due to the very low torques on the sun gear, this and the associated output shaft can be designed with a small diameter. This makes it possible to achieve a high gear ratio, in particular a stationary gear ratio of approx. 7 to 10.
  • the differential gear can be designed as a particularly compact differential, since the torques to be transmitted are approx. 90% lower than in conventional solutions. In addition, forces to be supported on the housing can be avoided or kept low.
  • respective bevels of respective helical toothings of gearwheels which are opposite one another in the axial direction of the electrical machine, are designed or arranged in opposite directions.
  • This currently arranged helical gears can axial forces, through a suitable Arrangement of the bearings in the differential gear, are supported within the differential gear and thus their force effect to the outside can be compensated.
  • the differential gear is connected directly to the rotor.
  • the electric machine can provide torque for driving the wheels via the rotor.
  • the input element is directly connected to the rotor in a rotationally fixed manner, the respective torque is transmitted from the rotor directly or directly to the input element and introduced into the differential gear via the input element.
  • the input element is preferably the component of the differential gear via which the torque provided by the rotor is first introduced into the differential gear.
  • the invention enables the following advantages to be achieved: coaxial shaft arrangement;
  • the output shafts which are preferably designed as solid shafts or solid shafts, are arranged coaxially to one another; compact and weight-saving differential gear; low space requirement;
  • Unit of electrical machine and transmission can be represented within a shell cylinder, so that the space requirement can be kept particularly low; a high translation, in particular stationary translation, is possible by means of the respective planetary gear set; In particular, an overall gear ratio is possible which is in a range from 8 to 11 inclusive;
  • the respective planet gears of the respective planetary gear set do not generate any axial forces, in particular on the respective output shaft, so that the output shafts can be supported by means of bearings that are economical in terms of installation space; respective oppositely toothed sun gears of the respective planetary gear set generate opposing axial forces which are supported in the differential gear. There are no further outwardly effective bearing forces that would have to be absorbed by bearings in the planetary carriers or housings.
  • FIG. 1 shows a detail of a schematic longitudinal sectional view of a drive device according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a section of a schematic representation of a second
  • Embodiment of the drive device Embodiment of the drive device.
  • Fig. 1 shows a detail in a schematic longitudinal sectional view of a first embodiment of a drive device 10 for electrically driving wheels of an axle of a motor vehicle, in particular a passenger vehicle.
  • the motor vehicle which is preferably designed as a passenger car, comprises the said axle, which preferably has exactly two wheels in the form of the aforementioned wheels.
  • the wheels and thus the motor vehicle as a whole can be driven electrically by means of the drive device 10, in particular purely.
  • the drive device 10 comprises a housing 12 and an electrical machine 14, which comprises a stator 16 arranged in the housing 12 and fixed on the housing 12. This means that the stator 16 is at least non-rotatably connected to the housing 12.
  • the stator 16 also has at least one winding which forms respective winding heads 18 and 20.
  • the winding head 18 is on one arranged on the first side S1 of the stator 16, while the end winding 20 is arranged on a second side S2 of the stator 16.
  • the second side S2 faces away from the first side S1 in the axial direction of the electrical machine 14, or vice versa.
  • the respective end winding 18 or 20 is formed in particular in that the winding protrudes on the respective side S1 or S2 in the axial direction from a carrier of the stator 16, which is designed, for example, as a laminated core.
  • the electrical machine 14 has a rotor 22, which can be driven by the stator 16 and thereby rotatable about an axis of rotation 24 relative to the stator 16 and relative to the housing 12. Via the rotor 22, the electrical machine 14 can provide torques by means of which the wheels and thus the motor vehicle can be driven electrically, in particular purely.
  • the drive device 10 has a first output shaft 26, also referred to as the first side shaft, and a second output shaft 28, also referred to as the second side shaft.
  • the output shafts 26 and 28 are rotatable about the axis of rotation 24 relative to one another, relative to the housing 12 and relative to the stator 16 and - as will be explained in more detail below - can, in particular, be removed from the rotor 22 and thus from the electrical machine 14 , be driven electrically.
  • a first of the wheels can be driven by the output shaft 26, and a second of the wheels can be driven by the output shaft 28. The first wheel can thus be driven electrically by the electric machine 14 via the output shaft 26, and the second wheel can be electrically driven by the electric machine 14 via the output shaft 28.
  • the first wheel is arranged coaxially to the output shaft 26 and / or connected to the output shaft 26 in a rotationally fixed manner.
  • the second wheel is arranged coaxially to the output shaft 28 and / or connected to the output shaft 28 in a rotationally fixed manner.
  • the wheels are arranged on opposite sides of the vehicle in the transverse direction of the vehicle, so that, for example, the first wheel is arranged on the left side of the vehicle in the forward direction and the second wheel is arranged on the right side of the vehicle in the forward direction.
  • the drive device 10 also includes a differential gear 34, also referred to simply as a differential, via which the planetary gear sets 30 and 32 can be driven by the rotor 22.
  • the differential gear 34 has an input element 36 which is connected, in particular permanently, to the rotor 22 in a rotationally fixed manner. In the first embodiment shown in FIG. 1, the differential gear 34 is designed as a spur gear differential gear.
  • the input element 36 is, for example, a carrier or planet carrier on which respective differential gears 38 configured separately from one another are rotatably mounted.
  • the differential gears 38 are gears, which in the present case are preferably designed as spur gears.
  • the differential gears 38 are formed separately from one another and can rotate about a second axis of rotation 42 relative to the input element 36 and relative to one another.
  • the input element 36 is connected to the rotor 22 in a rotationally fixed manner, for example via an input shaft 44, the rotor 22, for example, being connected to the input shaft 44 in a rotationally fixed manner and, in particular, being arranged on the input shaft 44.
  • the input element 36 is, for example, non-rotatably connected to the input shaft 44.
  • the differential gear 34 has output gears 46 and 48.
  • the output gear 46 meshes with one differential gear 38, but not with the other differential gear 38
  • the output gear 48 meshes with the other differential gear 38, but not with the one differential gear 38.
  • the output gears 46 and 48 are respective gears, which are preferably spur gears are trained.
  • the output gears 46 and 48 are rotatable about the axis of rotation 24 relative to one another and relative to the housing 12. Overall, it can be seen that the output gear 46 can be driven by the input element 36 via the differential gear 38, and the output gear 48 can be driven by the input element 36 via the other differential gear 38.
  • the output gear 46 is non-rotatably connected to a first output shaft 50
  • the output gear 48 is non-rotatably connected to a second output shaft 52.
  • the output shafts 50 and 52 are rotatable, for example, about the axis of rotation 24 relative to one another and relative to the housing 12.
  • the output shaft 50 is also referred to as a first differential shaft or a first differential gear shaft
  • the second output shaft 52 is also referred to as a second differential shaft or a second differential gear shaft.
  • the planetary gear set 30 can be driven by the output shaft 50 and thus by the rotor 22 via the output shaft 50
  • the planetary gear set 32 can be driven by the output shaft 52 and by the rotor 22 via the output shaft 52.
  • the respective planetary gear set 30 or 32 has a respective sun gear 54 or 56, a respective ring gear 58 or 60, respective planet gears and a respective planet carrier 62 or 64.
  • a planetary gear designated by 65 is shown in FIG. 1 particularly schematically and by way of example.
  • a planetary gear designated 67 is shown particularly schematically and by way of example in FIG. 1.
  • the previous and following statements on the planetary gear 65 can easily be transferred to the other planetary gears of the planetary gear set 30 and vice versa.
  • the previous and following statements on the planetary gear 67 can easily be transferred to the other planetary gears of the planetary gear set 32 and vice versa.
  • the planet gears of the planetary gear set 30 can on the one hand with the sun gear 54 and on the other hand with the ring gear 58 of the planetary gear set 30 and are rotatably mounted on the planet carrier 62, also referred to as the first web.
  • the planet gears of the planetary gear set 32 mesh with the sun gear 56 and with the ring gear 60 of the planetary gear set 32 and are rotatably mounted on the planet carrier 64, also referred to as the second web.
  • the ring gears 58 and 60 are non-rotatably connected to the housing 12.
  • the sun gear 54 is non-rotatably connected to the output shaft 50
  • the sun gear 56 is non-rotatably connected to the output shaft 52.
  • the respective sun gear 54 or 56 is thus an input of the respective planetary gear set 30 or 32, via whose input torques provided by the respective output shaft 50 or 52 can be or will be introduced into the respective planetary gear set 30 or 32.
  • the respective planet carrier 62 or 64 is a respective output of the respective planetary gear set 30 or 32, via the output of which the respective planetary gear set 30 or 32 can provide torques for driving the respective wheel.
  • the planet carrier 62 is non-rotatably connected to the output shaft 26, so that the output shaft 26 can be driven by the planetary gear set 30 via the planet carrier 62.
  • the planet carrier 64 is non-rotatably connected to the output shaft 28, so that the output shaft 28 can be driven by the planetary gear set 32 via the planet carrier 64.
  • the respective planetary gear set 30 or 32 is at least predominantly, in particular completely, connected to the rotor 22 in the axial direction of the electrical machine 14 and is thus at least predominantly, in particular completely, arranged outside the rotor 22.
  • the planetary gear sets 30 and 32 are in the axial direction of the electrical machine 14 opposite sides S1 and S2 of the stator 16 and the rotor 22, respectively.
  • the ring gears arranged on the sides S1 and S2 are arranged at least predominantly, in particular completely, outside of the rotor 22 in the axial direction of the electrical machine 14.
  • At least the input element 36, the differential gears 38, the output gears 46 and 48 are arranged completely outside of the rotor 22 in the axial direction of the electrical machine 14 and thus without overlapping with the rotor 22 in the radial direction of the electrical machine 14
  • Outward direction of the electrical machine 14 is at least partially covered or overlapped by the end winding 20, in particular such that the differential gears 38 and / or the output gears 46 and 48 each at least partially, in particular at least predominantly, outward in the radial direction of the electrical machine 14 or completely, are overlapped or covered by the winding head 20.
  • the two planetary gear sets 30 and 32 in the axial direction of the electrical machine 14 are completely connected to the rotor 22 and also to the stator 16, so that both planetary gear sets 30 and 32 in the axial direction of the electrical machine 14 are completely outside the rotor 22 and also completely are arranged outside the stator 16.
  • the planetary gear set 30 and the output shaft 26 are arranged on the side S1 of the stator 16, while the planetary gear set 32 and the output shaft 28 are arranged on the side S2 of the stator 16 opposite the side S1.
  • the differential gear 34 is axially connected to the rotor 22 and is not covered by the rotor 22 in the radial direction towards the outside.
  • the differential gear 34 is arranged in a space below the winding head 20.
  • the differential gear 34 is a shaft differential, but could alternatively be a bevel gear differential.
  • the design of the differential gear 34 as a shaft or spur gear differential gear is advantageous insofar as it allows the space requirement of the differential gear 34 to be kept particularly small in the axial direction.
  • the respective planetary gear set 30 or 32 has at least or exactly one transmission stage or is a transmission stage, with reference to a torque flow along which the respective torque provided by the electric machine 14 via the rotor 22 is transmitted from the rotor 22 to the respective wheel, the differential gear 34 is arranged upstream of the planetary gear sets 30 and 32, that is to say in front of the planetary gear sets 30 and 32.
  • the respective transmission stage can be designed for particularly low torques, so that the installation space requirement and the weight and costs are kept particularly low. With gear ratios of 7 to 12, in particular 10, this results in a 90% lower torque capacity compared to conventional solutions.
  • the differential can thus be designed to be particularly economical in terms of installation space and weight.
  • the two output shafts 50 and 52 also referred to as differential output shafts, transmit drive power to the two planetary gear sets 30 and 32.
  • the planetary gear sets 30 and 32 are designed either as one-piece planetary gear sets, as shown in FIG. 1, or as two-stage or two stepped planetary gear sets.
  • the respective torque also referred to as the drive torque
  • the respective torque is divided into equal parts, for example by means of the differential gear 34, and thus, for example, each half is distributed to the planetary gear sets 30 and 32.
  • the output shafts 50 and 52 can have a particularly small diameter, so that a respective toothing of the respective sun gear 54 or 56 can be configured with a particularly small pitch circle or pitch circle diameter.
  • Such a small diameter of the respective sun gear 54 or 56 enables advantageous ratios of, for example, 9 in the respective, preferably single-stage planetary gear set 30 or 32 to be represented.
  • the output shafts 50 and 52 can have a particularly small diameter, so that the respective toothing of the respective sun gear 54 or 56 can also be selected with a small pitch circle.
  • a small pitch circle or pitch circle diameter of the respective sun gear 54 or 56 also makes it possible to represent advantageous gear ratios of, for example, 9 in a single-stage planetary gear set.
  • the translated torque is guided with a shaft through the electrical machine 14 and in particular through a torque-carrying hollow shaft of the rotor. With regard to its diameter, the shaft must be designed for the translated torque.
  • the hollow shaft diameter follows the shaft diameter.
  • the pitch circle diameter of the sun gear is limited in the downward direction and, given the installation space for the ring gear, only low gear ratios can be implemented.
  • a two-stage planetary gear set with stepped planet gears is usually used, which leads to a large width and thus to a large axial space requirement. This can be avoided with the drive device 10.
  • the drive device 10 has bearings 66 and 68, via which the planetary carriers 62 and 64 or the output shafts 26 and 28 are rotatably mounted on the housing 12.
  • the bearings 66 and 68 are, for example, roller bearings and / or radial bearings and / or axial bearings.
  • the respective bearing 66 to 68 is a slowly rotating bearing or a slowly rotating bearing point.
  • the drive device 10 has bearings 70 and 72, the output shaft 50 or the sun gear 54 being rotatably mounted on the planet carrier 62 or on the housing 12 via the bearing 70.
  • the output shaft 52 or the sun gear 56 is rotatably mounted on the planet carrier 64 or on the housing 12 via the bearing 72.
  • the bearings 70 and 72 are fast-moving bearings or fast-moving bearings.
  • the bearings 70 and 72 are, for example, roller bearings and / or radial bearings and / or axial bearings.
  • the drive device 10 also includes bearings 74 and 76, via which the output shaft 50 is rotatably mounted on the rotor 22 and on the input shaft 44, respectively.
  • the respective bearing 74 or 76 is provided, for example, as a radial bearing and / or a plain bearing and / or a needle bearing and / or, for example, only when the steering angle is different.
  • bearings 78 and 80 of the drive device 10 the output shaft 52 being rotatably supported on the output shaft 50 via the bearings 78 and 80.
  • bearings 82 and 84 are provided, for example, via which, for example, the input element 36 is rotatably mounted on the output gears 46 and 48, at least in the axial direction of the electrical machine 14.
  • the drive device 10 comprises a bearing 86 via which, for example, the output gears 46 and 48 are rotatably mounted or supported on one another in the axial direction of the electrical machine 14.
  • a first sealing element 88 is provided, by means of which the output shaft 26 is sealed against the housing 12.
  • a sealing element 90 is provided, by means of which the output shaft 28 is sealed against the housing 12.
  • the sealing elements 88 and 90 are designed, for example, as radial shaft sealing rings.
  • the bearings 78 and 80 also referred to as bearing points, between the output shafts 50 and 52 produce an inherently stable, non-buckling shaft arrangement.
  • the bearing 81 in the differential also referred to as bearing point, supplements the bearing of the shaft in order to achieve additional stability of the shaft arrangement.
  • the bearings 74 and 76 also referred to as bearing points, in the rotor 22 support the rotor 22 radially on the output shaft 50.
  • the bearings 82, 84 and 86 also referred to as bearing points, support the rotor 22 axially.
  • the respective sun gear 54 or 56 has, for example, a helical toothing, whereby it is preferably provided that the helical toothing is designed in opposite directions. In other words, the helical gears are preferably opposite to one another.
  • axial forces act in opposite directions. The axial forces are always the same, which means that the axial forces are compensated.
  • the bearings 82, 84 and 86 which are preferably designed as axial bearings, within the differential gear 34 and / or the rotor 22 support the forces in such a way that an axial force transmission between the two sun gears 54 and 56 is possible. As a result, no forces act outwards and no toothing forces are transmitted to the bearings 66, 68, 70 and 72.
  • the bearings 74, 76, 78, 80, 81, 82, 84 and 86 do not experience any differential speeds when the motor vehicle is traveling straight ahead and then also do not generate any friction. When cornering, however, only small differential speeds occur. Low differential speeds also allow the selection of simple bearings with higher friction, for example plain bearings, as this has a small influence on the efficiency. Only the bearings 70 and 72, also referred to as bearing points, on the respective sun gear 54 and 56 experience a high speed, which, however, is less than the speed of the rotor. A speed reduced by the output speed (sun gear speed minus output speed) at the respective bearing 70 or 72 reduces the friction.
  • bearings 66, 68, 70 and 72 there are only four in total Bearings in the form of bearings 66, 68, 70 and 72 that rotate even when driving straight ahead. Only two bearings in the form of bearings 70 and 72 of these experience a high speed. Because the bearings 66, 68, 70 and 74 do not have to transmit any axial toothing forces, they can be made small. Because the shaft section for receiving the bearings 70 and 72 is not in the torque flow, the minimum bearing inner diameter is not defined by the torque capacity of the shaft. Smaller bearing diameters generate a disproportionately lower speed-dependent friction loss. Low or no axial forces in rotating bearings generate low load-dependent friction losses.
  • the sun gears 54 and 56 or the output shafts 50 and 52 are mounted, for example, in the output shafts 26 and 28.
  • the output shafts 26 and 28 are in turn mounted in housing covers or via the bearings 66 and 68. There are no outwardly acting axial forces on the planet carriers 62 and 64 or on the planet gears, which would have to be supported by the bearings 66 and 68. This means that bearings with a low load-bearing capacity or small diameters can be selected, which means that the friction loss can be kept particularly low.
  • the rotor 22 can be cooled from the inside by passing a cooling medium through the shafts.
  • An annular channel which is advantageous for rotor cooling is formed between the input shaft 44 and the output shaft 50.
  • a sealed coolant transfer between the two output sides can be represented, for example with shaft sealing rings.
  • the bearings 74, 76, 78 and 80 are designed as plain bearings, the sealing of the cooling / lubrication circuit can occur through the bearing gap with leakage.
  • the wheelset is not under oil.
  • the lubrication of the gearing, bearings and thrust washers can be guaranteed by leakage oil on slide bearings.
  • the plain bearings can also be combined with shaft sealing rings. Rolling bearings in combination with shaft sealing rings can also be used instead of plain bearings.
  • the interior of the bevel differential can be used as an overflow for the oil.
  • the bevel gears in the housing would be under oil.
  • the cooling medium is transferred at rotary feedthroughs 92 and 94, which, for example, in the present case comprise or form the sealing elements 88 and 90.
  • the coolant is transferred to the rotary feedthroughs 92 and 94 with a small differential speed between the Housing 12 and output shafts 26 and 28.
  • the cooling medium is transferred, for example, to rotary unions 96 and 98, possibly with a high differential speed between housing 12 and output shafts 26 and 28, but also on a small sealing diameter and thus with only low friction.
  • FIG. 2 illustrates a second embodiment of the drive device 10.
  • forces on the respective ring gear 58 or 60 are supported on the housing 12.
  • forces on the respective sun gear 54 and 56 protect themselves from within the shaft arrangement.
  • Numerical forces on the left and right side are always the same, as numerical forces can only occur if they are supported on both sides by means of propulsion resistance.
  • a moment or force imbalance is compensated for by the differential.
  • Bearings in the differential and / or in the rotor 22 can absorb axial forces, specifically in tension and / or compression. Support is provided, for example, via plain bearing rings or axial needle bearings and toothing in the differential.
  • the opposing helical teeth of the sun gears 54 and 56 can be seen particularly well from FIG.
  • the three axial bearings 82, 84 and 86 in the differential gear 34 and the fixed connection of the sun or sun gears 46 and 48 to the shafts 50 and 52 enable the axial forces occurring due to toothing forces, depending on the direction of force, either to be supported directly via the bearing 86 or via the bearings 82 and 84 and the input element 36 or the planetary carrier of the differential gear 34.
  • the bearings 78 and 80 arranged on the shaft 52 or in the shaft 50 are arranged so far apart, in particular are arranged at a distance of at least twice the mean bearing diameter, that a stable and kink-proof alignment or mounting of the shaft to the rotor is made possible.
  • the shaft 50 passes through the input shaft 44 or the rotor 22 and thus rotatably supports the rotor 22 on the bearings 74 and 76.
  • the output shafts 50 and 52 have an inlet and outlet and channels for guiding a cooling / lubricating fluid and the input shaft 44 and output shaft 50 form an annular space for guiding a fluid for the purpose of rotor cooling.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (10) zum elektrischen Antreiben von Rädern eines Kraftwagens, mit einem Gehäuse (12), mit einer elektrischen Maschine (14), welche einen Stator (16) und einen Rotor (22) aufweist, mit einer ersten Abtriebswelle (26), über welche ein erstes der Räder von der elektrischen Maschine (14) antreibbar ist, mit einem ersten Planetenradsatz (30), über welchen die erste Abtriebswelle (26) von dem Rotor (22) antreibbar ist, mit einer zweiten Abtriebswelle (28), über welche ein zweites der Räder von der elektrischen Maschine (14) antreibbar ist, mit einem zweiten Planetenradsatz (32), über welchen die zweite Abtriebswelle (28) von dem Rotor (22) antreibbar ist, und mit einem ein drehfest mit dem Rotor (22) verbundenes Eingangselement (36) aufweisenden Differentialgetriebe (34), über welches die Planetenradsätze (30, 32) von dem Rotor (22) antreibbar sind, wobei ein jeweiliges Hohlrad (58, 60) des jeweiligen Planetenradsatzes (30, 32) drehfest mit dem Gehäuse (12) verbunden ist.

Description

Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antreiben eines Kraftwagens, insbesondere eines
Personenkraftwagens
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Eine solche Antriebsvorrichtung zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben von Rädern einer Achse eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, ist beispielsweise bereits der DE 102017211 881 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Antriebsvorrichtung weist eine elektrische Maschine auf, welche einen Stator und einen Rotor umfasst. Außerdem umfasst die Antriebsvorrichtung, insbesondere die elektrische Maschine, ein Gehäuse, in welchem der Stator und der Rotor angeordnet sind. Der Stator ist dabei an dem Gehäuse festgelegt und somit zumindest drehfest mit dem Gehäuse verbunden. Der Rotor ist von dem Stator antreibbar und dadurch um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse und relativ zu dem Stator drehbar. Die Antriebsvorrichtung weist eine erste Abtriebswelle und eine zweite Abtriebswelle auf.
Über die erste Abtriebswelle kann wenigstens oder genau ein erstes der Räder von der elektrischen Maschine elektrisch, insbesondere rein elektrisch, angetrieben werden. Über die zweite Abtriebswelle kann wenigstens oder genau eines zweites der Räder elektrisch, insbesondere rein elektrisch, von der elektrischen Maschine angetrieben werden.
Die Antriebsvorrichtung umfasst dabei einen ersten Planetenradsatz, über welchen die erste Abtriebswelle von dem Rotor und somit von der elektrischen Maschine elektrisch, insbesondere rein elektrisch, antreibbar ist. Außerdem umfasst die Antriebsvorrichtung einen zweiten Planetenradsatz, über welchen die zweite Abtriebswelle von dem Rotor elektrisch, insbesondere rein elektrisch, antreibbar ist. Die Antriebsvorrichtung umfasst außerdem ein Differentialgetriebe, über welches die Planetenradsätze von dem Rotor und somit von der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden können. Dabei weist das Differentialgetriebe ein Eingangselement auf, welches, insbesondere direkt, drehfest mit dem Rotor verbunden ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Antriebsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich der jeweilige Planetenradsatz in axialer Richtung der elektrischen Maschine zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, an den Rotor anschließt und dadurch zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, außerhalb des Rotors angeordnet ist. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der jeweilige Planetenradsatz nicht oder nicht vollständig innerhalb des Rotors angeordnet ist, sondern sich in axialer Richtung der elektrischen Maschine zumindest überwiegend oder vollständig an den Rotor anschließt. Unter dem Merkmal, dass sich der jeweilige Planetenradsatz in axialer Richtung der elektrischen Maschine zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, an den Rotor anschließt, ist insbesondere zu verstehen, dass mehr als die Hälfte der in axialer Richtung der elektrischen Maschine verlaufende Erstreckung des jeweiligen Planetenradsatzes, insbesondere die gesamte, in axialer Richtung verlaufende Erstreckung, außerhalb des Rotors verläuft und somit in radialer Richtung der elektrischen Maschine nach außen hin nicht durch den Rotor überdeckt ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein jeweiliges Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich das Differentialgetriebe in axialer Richtung der elektrischen Maschine zumindest überwiegend an den Rotor anschließt und dadurch zumindest überwiegend außerhalb des Rotors angeordnet ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Differentialgetriebe in radialer Richtung der elektrischen Maschine nach außen zumindest teilweise durch einen Wickelkopf einer Wicklung des Stators überdeckt ist. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erster Planetenträger des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der ersten Abtriebswelle verbunden ist, wobei ein zweiter Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der zweiten Abtriebswelle verbunden ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich beide Planetenradsätze in axialer Richtung der elektrischen Maschine vollständig an den Rotor anschließen und dadurch jeweils vollständig außerhalb des Rotors angeordnet sind.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Differentialgetriebe als ein Stirnraddifferential oder als ein Kegelraddifferential ausgebildet ist.
Die Erfindung ermöglicht insbesondere die Realisierung einer bezüglich der Räder koaxialen, elektrischen Antriebsvorrichtung ohne ineinander geschachtelte drehmomentführende Wellen, das heißt, ohne dass eine vom Rotor angetriebene Welle mit einer zur Rotordrehmomentübertragung vorgesehenen Verzahnung als eine Hohlwelle ausgebildet ist, welche von einer das Abtriebsdrehmoment führenden Welle durchdrungen ist. Dadurch kann vermieden werden, dass ein Teilkreisdurchmesser eines jeweiligen Sonnenrads des jeweiligen Planetenradsatzes einem einer Hohlwelle folgen muss, so dass das jeweilige Sonnenrad mit kleinem Teilkreisdurchmesser dargestellt werden kann. Dies ermöglicht es wiederum, eine hohe Übersetzung durch den jeweiligen, vorzugsweise einreihigen beziehungsweise einstückigen Planetenradsatz darzustellen. Vorzugsweise weist der jeweilige, auch als Planetensatz bezeichnete Planetenradsatz eine Standübersetzung auf, welche in einem Bereich von einschließlich 7 bis einschließlich 10 liegt. Das vom Differential auf beide Abtriebsseiten übertragene, noch zu übersetzende Drehmoment, teilt sich zu gleichen Teilen auf beide Seiten auf. Durch die sehr geringen Drehmomente am Sonnenrad kann dieses und die zugehörige Abtriebswelle mit kleinem Durchmesser ausgeführt werden. Dies ermöglicht es, eine hohe Übersetzung, insbesondere Standübersetzung von ca. 7 bis 10, zu realisieren. Außerdem kann das Differentialgetriebe als besonders kompaktes Differential ausgestaltet werden, da die zu übertragenden Drehmomente um ca. 90% geringer sind als bei herkömmlichen Lösungen. Außerdem können an dem Gehäuse abzustützende Kräfte vermieden oder gering gehalten werden. Hierzu ist es vorzugsweise vorgesehen, dass jeweilige Schrägungen von jeweiligen, in axialer Richtung der elektrischen Maschine einander gegenüberliegenden Schrägverzahnungen von Zahnrädern gegenläufig ausgebildet beziehungsweise angeordnet sind. Durch diese gegenwärtig angeordneten Schrägverzahnungen können Axialkräfte, durch eine geeignete Anordnung der Lager im Differentialgetriebe, innerhalb des Differentialgetriebes abgestützt werden und somit ihre Kraftwirkung nach außen kompensiert werden.
Dadurch, dass das Eingangselement des Differentialgetriebes drehfest mit dem Rotor verbunden ist, ist das Differentialgetriebe direkt an den Rotor angebunden. Die elektrische Maschine kann über den Rotor Drehmomente zum Antreiben der Räder bereitstellen. Dadurch, dass das Eingangselement direkt drehfest mit dem Rotor verbunden ist, wird das jeweilige Drehmoment von dem Rotor direkt beziehungsweise unmittelbar auf das Eingangselement übertragen und über das Eingangselement in das Differentialgetriebe eingeleitet. Somit ist vorzugsweise das Eingangselement das Bauteil des Differentialgetriebes, über welches das Drehmoment, welches von dem Rotor bereitgestellt wird, zuerst in das Differentialgetriebe eingeleitet wird.
Insbesondere ermöglicht die Erfindung die Realisierung der folgenden Vorteile: koaxiale Wellenanordnung; mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die vorzugsweise als Vollwellen beziehungsweise Massivwellen ausgebildeten Abtriebswellen koaxial zueinander angeordnet sind; kompaktes und gewichtsgünstiges Differentialgetriebe; geringer Bauraumbedarf;
Einheit von elektrischer Maschine und Getriebe innerhalb eines Hüllzylinders darstellbar, so dass der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden kann; es ist eine hohe Übersetzung, insbesondere Standübersetzung, mittels des jeweiligen Planetenradsatzes möglich; insbesondere ist eine Gesamtübersetzung möglich, welche in einem Bereich von einschließlich 8 bis einschließlich 11 liegt; jeweilige Planetenräder des jeweiligen Planetenradsatzes erzeugen, insbesondere an der jeweiligen Abtriebswelle, keine Axialkräfte, so dass die Abtriebswellen mittels bauraumgünstiger Lager gelagert werden können; jeweilige gegenläufig schrägverzahnte Sonnenräder des jeweiligen Planetenradsatzes erzeugen gegenläufige Axialkräfte, welche im Differentialgetriebe abgestützt werden. Es treten keine weiteren nach außen wirksamen Lagerkräfte auf, welche durch Lager in den Planetenträgern oder Gehäusen aufgenommen werden müssten. hoher Verzahnungswirkungsgrad, da vorzugsweise nur eine Planetenradstufe pro Abtriebsseite beziehungsweise Abtriebswelle vorgesehen ist; hoher Wirkungsgrad an Lagerstellen, da kleine Lager verwendet werden können, welche auch axial gering belastet sind. geringe Reibungsverluste an schnell drehenden Drehdurchführungen für das Kühl- und Schmiermedium, da diese nur einen kleinen Durchmesser aufweisen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform; und
Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische Darstellung einer zweiten
Ausführungsform der Antriebsvorrichtung.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Längsschnittansicht eine erste Ausführungsform einer Antriebsvorrichtung 10 zum elektrischen Antreiben von Rädern einer Achse eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Dies bedeutet, dass der vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildete Kraftwagen die genannte Achse umfasst, welche vorzugsweise genau zwei Räder in Form der zuvor genannten Räder aufweist. Dabei können die Räder und somit der Kraftwagen insgesamt mittels der Antriebsvorrichtung 10, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden. Hierzu umfasst die Antriebsvorrichtung 10 ein Gehäuse 12 und eine elektrische Maschine 14, welche einen in dem Gehäuse 12 angeordneten und an dem Gehäuse 12 festgelegten Stator 16 umfasst. Dies bedeutet, dass der Stator 16 zumindest drehfest mit dem Gehäuse 12 verbunden ist. Der Stator 16 weist auch wenigstens eine Wicklung auf, welche jeweilige Wickelköpfe 18 und 20 bildet. Der Wickelkopf 18 ist auf einer ersten Seite S1 des Stators 16 angeordnet, während der Wickelkopf 20 auf einer zweiten Seite S2 des Stators 16 angeordnet ist. Dabei ist die zweite Seite S2 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 von der ersten Seite S1 abgewandt beziehungsweise umgekehrt. Der jeweilige Wickelkopf 18 beziehungsweise 20 ist insbesondere dadurch gebildet, dass die Wicklung auf der jeweiligen Seite S1 beziehungsweise S2 in axialer Richtung von einem beispielsweise als Blechpaket ausgebildeten Träger des Stators 16 absteht.
Die elektrische Maschine 14 weist dabei einen Rotor 22 auf, welcher von dem Stator 16 antreibbar und dadurch um eine Drehachse 24 relativ zu dem Stator 16 und relativ zu dem Gehäuse 12 drehbar ist. Über den Rotor 22 kann die elektrische Maschine 14 Drehmomente bereitstellen, mittels welchen die Räder und somit der Kraftwagen, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden können.
Die Antriebsvorrichtung 10 weist eine auch als erste Seitenwelle bezeichnete, erste Abtriebswelle 26 und eine auch als zweiten Seitenwelle bezeichnete, zweite Abtriebswelle 28 auf. Die Abtriebswellen 26 und 28 sind um die Drehachse 24 relativ zueinander, relativ zu dem Gehäuse 12 und relativ zu dem Stator 16 drehbar und können - wie im Folgenden noch genauer erläutert wird - von dem Rotor 22 und somit von der elektrischen Maschine 14, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden. Dabei ist ein erstes der Räder von der Abtriebswelle 26 antreibbar, und ein zweites der Räder ist von der Abtriebswelle 28 antreibbar. Somit kann das erste Rad über die Abtriebswelle 26 elektrisch von der elektrischen Maschine 14 angetrieben werden, und das zweite Rad kann über die Abtriebswelle 28 elektrisch von der elektrischen Maschine 14 angetrieben werden. Beispielsweise ist das erste Rad koaxial zu der Abtriebswelle 26 angeordnet und/oder drehfest mit der Abtriebswelle 26 verbunden. Alternativ oder zusätzlich ist das zweite Rad koaxial zur Abtriebswelle 28 angeordnet und/oder drehfest mit der Abtriebswelle 28 verbunden. Die Räder sind dabei in Fahrzeugquerrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Kraftwagens angeordnet, so dass beispielsweise das erste Rad auf der in Vorwärtsfahrtrichtung linken Seite des Kraftwagens und das zweite Rad auf der in Vorwärtsfahrtrichtung rechten Seite des Kraftwagens angeordnet ist.
Je Abtriebswelle 26 beziehungsweise 28 ist wenigstens oder genau ein, einfach auch als Planetensatz bezeichneter Planetenradsatz 30 beziehungsweise 32 vorgesehen. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, ist die Abtriebswelle 26 über den zugehörigen Planetenradsatz 30 von dem Rotor 22 antreibbar, und die Abtriebswelle 28 ist über den zugehörigen Planetenradsatz 32 von dem Rotor 22 antreibbar. Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst außerdem ein einfach auch als Differential bezeichnetes Differentialgetriebe 34, über welches die Planetenradsätze 30 und 32 von dem Rotor 22 antreibbar sind. Dabei weist das Differentialgetriebe 34 ein Eingangselement 36 auf, welches, insbesondere permanent, drehfest mit dem Rotor 22 verbunden ist. Bei der in der Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist das Differentialgetriebe 34 als Stirnrad- Differentialgetriebe ausgebildet. Dabei ist das Eingangselement 36 beispielsweise ein Träger bzw. Planetenträger, auf welchem jeweilige, separat voneinander ausgebildete Ausgleichsräder 38 drehbar gelagert sind. Die Ausgleichsräder 38 sind Zahnräder, welche vorliegend vorzugsweise als Stirnräder ausgebildet sind. Die Ausgleichsräder 38 sind separat voneinander ausgebildet und können sich um eine zweite Drehachse 42 relativ zu dem Eingangselement 36 und relativ zueinander drehen. Das Eingangselement 36 ist beispielsweise über eine Eingangswelle 44 drehfest mit dem Rotor 22 verbunden, wobei beispielsweise der Rotor 22 drehfest mit der Eingangswelle 44 verbunden und insbesondere auf der Eingangswelle 44 angeordnet ist. Außerdem ist das Eingangselement 36 beispielsweise drehfest mit der Eingangswelle 44 verbunden.
In den Fig. ist eines der Ausgleichsräder 38 erkennbar, wobei ein anderes der Ausgleichsräder 38 nicht erkennbar ist. Das Differentialgetriebe 34 weist Abtriebsräder 46 und 48 auf. Das Abtriebsrad 46 kämmt mit dem einen Ausgleichrad 38, nicht jedoch mit dem anderen Ausgleichsrad 38, und das Abtriebsrad 48 kämmt mit dem anderen Ausgleichsrad 38, nicht jedoch mit dem einen Ausgleichsrad 38. Die Abtriebsräder 46 und 48 sind jeweilige Zahnräder, welche vorzugsweise als Stirnräder ausgebildet sind.
Die Abtriebsräder 46 und 48 sind um die Drehachse 24 relativ zueinander und relativ zu dem Gehäuse 12 drehbar. Insgesamt ist erkennbar, dass das Abtriebsrad 46 über das Ausgleichsrad 38 von dem Eingangselement 36 antreibbar ist, und das Abtriebsrad 48 ist über das andere Ausgleichsrad 38 von dem Eingangselement 36 antreibbar. Das Abtriebsrad 46 ist drehfest mit einer ersten Ausgangswelle 50 verbunden, und das Abtriebsrad 48 ist drehfest mit einer zweiten Ausgangswelle 52 verbunden. Die Ausgangswellen 50 und 52 sind beispielsweise um die Drehachse 24 relativ zueinander und relativ zu dem Gehäuse 12 drehbar. Die Ausgangswelle 50 wird auch als erste Differentialwelle oder als erste Differentialgetriebewelle bezeichnet, und die zweite Ausgangswelle 52 wird auch als zweite Differentialwelle oder als zweite Differentialgetriebewelle bezeichnet. Dabei ist der Planetenradsatz 30 von der Ausgangswelle 50 und somit über die Ausgangswelle 50 von dem Rotor 22 antreibbar, und der Planetenradsatz 32 ist von der Ausgangswelle 52 und über die Ausgangswelle 52 von dem Rotor 22 antreibbar. Der jeweilige Planetenradsatz 30 beziehungsweise 32 weist ein jeweiliges Sonnenrad 54 beziehungsweise 56, ein jeweiliges Hohlrad 58 beziehungsweise 60, jeweilige Planetenräder und einen jeweiligen Planetenträger 62 beziehungsweise 64 auf. Von dem Planetenrädern des Planetenradsatzes 30 ist in Fig. 1 besonders schematisch und beispielhaft ein mit 65 bezeichnetes Planentenrad dargestellt. Von den Planetenrädern des Planetenradsatzes 32 ist in Fig. 1 besonders schematisch und beispielhaft ein mit 67 bezeichnetes Planentenrad dargestellt. Die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem Planentenrad 65 können ohne weiteres auch auf die anderen Planetenräder des Planetenradsatzes 30 übertragen werden und umgekehrt. Die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem Planentenrad 67 können ohne weiteres auch auf die anderen Planetenräder des Planetenradsatzes 32 übertragen werden und umgekehrt. Die Planetenräder des Planetenradsatzes 30 können einerseits mit dem Sonnenrad 54 und andererseits mit dem Hohlrad 58 des Planetenradsatzes 30 und sind drehbar an dem auch als erster Steg bezeichneten Planetenträger 62 gelagert. Die Planetenräder des Planetenradsatzes 32 kämmen mit dem Sonnenrad 56 und mit dem Hohlrad 60 des Planetenradsatzes 32 und sind drehbar an dem auch als zweiter Steg bezeichneten Planetenträger 64 gelagert. Die Hohlräder 58 und 60 sind dabei drehfest mit dem Gehäuse 12 verbunden. Das Sonnenrad 54 ist drehfest mit der Ausgangswelle 50 verbunden, und das Sonnenrad 56 ist drehfest mit der Ausgangswelle 52 verbunden.
Das jeweilige Sonnenrad 54 beziehungsweise 56 ist somit ein Eingang des jeweiligen Planetenradsatzes 30 beziehungsweise 32, über dessen Eingang von der jeweiligen Ausgangswelle 50 beziehungsweise 52 bereitgestellte Drehmomente in den jeweiligen Planetenradsatz 30 beziehungsweise 32 einleitbar sind beziehungsweise eingeleitet werden. Der jeweilige Planetenträger 62 beziehungsweise 64 ist ein jeweiliger Ausgang des jeweiligen Planetenradsatzes 30 beziehungsweise 32, über dessen Ausgang der jeweilige Planetenradsatz 30 beziehungsweise 32 Drehmomente zum Antreiben des jeweiligen Rads bereitstellen kann. Dabei ist der Planetenträger 62 drehfest mit der Abtriebswelle 26 verbunden, so dass die Abtriebswelle 26 über den Planetenträger 62 von dem Planetenradsatz 30 antreibbar ist. Der Planetenträger 64 ist drehfest mit der Abtriebswelle 28 verbunden, so dass die Abtriebswelle 28 über den Planetenträger 64 von dem Planetenradsatz 32 antreibbar ist.
Es ist vorgesehen, dass sich der jeweilige Planetenradsatz 30 beziehungsweise 32 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, an den Rotor 22 anschließt und dadurch zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, außerhalb des Rotors 22 angeordnet ist. Dabei sind die Planetenradsätze 30 und 32 auf den in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 einander gegenüberliegenden Seiten S1 und S2 des Stators 16 beziehungsweise des Rotors 22 angeordnet. Insbesondere sind die auf den Seiten S1 und S2 angeordneten Hohlräder in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, außerhalb des Rotors 22 angeordnet.
Es ist vorgesehen, dass sich das Differentialgetriebe 34 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14, deren axiale Richtung mit der Drehachse 24 der Abtriebswelle 26 zusammenfällt, zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, an den Rotor 22 anschließt und dadurch zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, außerhalb des Rotors 22 angeordnet ist. Vorliegend sind zumindest das Eingangselement 36, die Ausgleichsräder 38 die Abtriebsräder 46 und 48 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 vollständig außerhalb des Rotors 22 angeordnet und somit in radialer Richtung der elektrischen Maschine 14 überdeckungsfrei zu dem Rotor 22. Das Differentialgetriebe 34 wird dabei in radialer Richtung der elektrischen Maschine 14 nach außen hin zumindest teilweise durch den Wickelkopf 20 überdeckt beziehungsweise überlappt, insbesondere derart, dass die Ausgleichsräder 38 und/oder die Abtriebsräder 46 und 48 in radialer Richtung der elektrischen Maschine 14 nach außen hin jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch den Wickelkopf 20 überlappt beziehungsweise überdeckt sind. Außerdem schließen sich beiden Planetenradsätze 30 und 32 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 vollständig an den Rotor 22 und auch an den Stator 16 an, so dass beide Planetenradsätze 30 und 32 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 vollständig außerhalb des Rotors 22 und auch vollständig außerhalb des Stators 16 angeordnet sind. Dabei sind der Planetenradsatz 30 und die Abtriebswelle 26 auf der Seite S1 des Stators 16 angeordnet, während der Planetenradsatz 32 und die Abtriebswelle 28 auf der der Seite S1 gegenüberliegenden Seite S2 des Stators 16 angeordnet sind.
Insgesamt ist erkennbar, dass das Differentialgetriebe 34 axial an den Rotor 22 angebunden ist und nicht etwa in radialer Richtung nach außen hin durch den Rotor 22 überdeckt wird. Bei der ersten Ausführungsform ist das Differentialgetriebe 34 in einem Raum unter dem Wickelkopf 20 angeordnet. Bei der ersten Ausführungsform ist das Differentialgetriebe 34 ein Wellendifferential, könnte jedoch alternativ ein Kegelraddifferential sein. Die Ausführung des Differentialgetriebes 34 als Wellen beziehungsweise Stirnraddifferentialgetriebe ist insofern vorteilhaft, als dadurch der Bauraumbedarf des Differentialgetriebes 34 in axialer Richtung besonders gering gehalten werden kann. Der jeweilige Planetenradsatz 30 beziehungsweise 32 hat wenigstens oder genau eine Übersetzungsstufe beziehungsweise ist ein Übersetzungsstufe, wobei bezogen auf einen Drehmomentenfluss, entlang welchem das jeweilige, von der elektrischen Maschine 14 über den Rotor 22 bereitgestellte Drehmoment von dem Rotor 22 auf das jeweilige Rad übertragen wird, das Differentialgetriebe 34 stromauf der Planetenradsätze 30 und 32, das heißt vor den Planetenradsätzen 30 und 32 angeordnet ist. Hierdurch kann die jeweilige Übersetzungsstufe für besonders geringe Drehmomente ausgelegt werden, so dass der Bauraumbedarf und das Gewicht und die Kosten besonders gering gehalten werden. Bei Übersetzungen von 7 bis 12, insbesondere 10, ergibt sich daraus eine um 90% geringere Drehmomentkapazität im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen. Das Differential kann somit besonders bauraum- und gewichtsgünstig ausgestaltet werden. Die beiden, auch als Differentialabtriebswellen bezeichneten Ausgangswellen 50 und 52 übertragen Antriebsleistung an die beiden Planetenradsätze 30 und 32.
Die Planetenradsätze 30 und 32 sind entweder als einstückige Planetenradsätze ausgebildet, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, oder als zweistufige beziehungsweise zwei gestufte Planetenradsätze ausgeführt. Das jeweilige, auch als Antriebsmoment bezeichnete Drehmoment wird beispielsweise mittels des Differentialgetriebes 34 zu gleichen Teilen aufgeteilt und somit beispielsweise jeweils zur Hälfte auf die Planetenradsätze 30 und 32 verteilt. Dadurch, dass die Antriebsmomente 50/50 aufgeteilt werden, können die Ausgangswellen 50 und 52 einen besonders kleinen Durchmesser haben, so dass auch eine jeweilige Verzahnung des jeweiligen Sonnenrads 54 beziehungsweise 56 mit einem besonders geringen Teilkreis beziehungsweise Teilkreisdurchmesser ausgestaltet werden kann. Ein solch kleiner Durchmesser des jeweiligen Sonnenrads 54 beziehungsweise 56 ermöglicht es, vorteilhafte Übersetzungen von zum Beispiel 9 in dem jeweiligen, vorzugsweise einstufigen Planetenradsatz 30 beziehungsweise 32 darzustellen.
Bei dieser Wellenanordnung werden ineinander geschachtelte, drehmomentführende Wellen, wie beispielsweise eine Kombination aus Vollwelle und Hohlwelle, vermieden. Dadurch können beispielsweise die Ausgangswellen 50 und 52 einen besonders geringen Durchmesser haben, so dass auch die jeweilige Verzahnung des jeweiligen Sonnenrads 54 beziehungsweise 56 mit einem kleinen Teilkreis gewählt werden kann. Ein solch kleiner Teilkreis beziehungsweise Teilkreisdurchmesser des jeweiligen Sonnenrads 54 beziehungsweise 56 ermöglicht es, auch vorteilhafte Übersetzungen von zum Beispiel 9 in einem einstufigen Planentenradsatz darzustellen. Bei üblichen koaxialen Anordnungen wird mit einer Welle das übersetzte Drehmoment durch die elektrische Maschine 14 und insbesondere durch eine drehmomentführende Hohlwelle des Rotors geführt. Die Welle muss im Hinblick ihres Durchmessers für das übersetzte Drehmoment ausgelegt sein. Der Hohlwellendurchmesser folgt dem Wellendurchmesser. Dadurch ist der Teilkreisdurchmesser des Sonnenrads nach unten begrenzt, und es können bei gegebenem Bauraum für das Hohlrad in einer Zahnradspur nur geringe Übersetzungen realisiert werden. Um in einem Planetenradsatz, insbesondere mit einem Planetenträger, dennoch hohe Übersetzungen zu realisieren, kommt üblicherweise ein zweistufiger Planetenradsatz mit gestuften Planetenrädern zum Einsatz, was zu einer hohen Breite und somit zu einem großen axialen Bauraumbedarf führt. Dies kann bei der Antriebsvorrichtung 10 vermieden werden.
Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, weist die Antriebsvorrichtung 10 Lager 66 und 68 auf, über welche die Planetenträger 62 und 64 beziehungsweise die Abtriebswellen 26 und 28 drehbar an dem Gehäuse 12 gelagert sind. Die Lager 66 und 68 sind beispielsweise Wälzlager und/oder Radiallager und/oder Axiallager. Das jeweilige Lager 66 bis 68 ist ein langsam drehendes Lager beziehungsweise ein langsam drehende Lagerstelle. Außerdem weist die Antriebsvorrichtung 10 Lager 70 und 72 auf, wobei über das Lager 70 die Ausgangswelle 50 beziehungsweise das Sonnenrad 54 drehbar an dem Planetenträger 62 beziehungsweise an dem Gehäuse 12 gelagert ist. Über das Lager 72 ist die Ausgangswelle 52 beziehungsweise das Sonnenrad 56 drehbar an dem Planetenträger 64 beziehungsweise an dem Gehäuse 12 gelagert. Die Lager 70 und 72 sind dabei schnelldrehende Lager beziehungsweise schnelldrehende Lagerstellen. Die Lager 70 und 72 sind beispielsweise Wälzlager und/oder Radiallager und/oder Axiallager. Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst darüber hinaus Lager 74 und 76, über welche die Ausgangswelle 50 drehbar an dem Rotor 22 beziehungsweise an der Eingangswelle 44 gelagert ist. Das jeweilige Lager 74 beziehungsweise 76 ist beispielsweise ein Radiallager und/oder ein Gleitlager und/oder ein Nadellager und/oder beispielsweise nur bei Lenkeinschlagdifferenzdrehzahl vorgesehen. Gleiches gilt beispielsweise auch für Lager 78 und 80 der Antriebsvorrichtung 10, wobei über die Lager 78 und 80 die Ausgangswelle 52 drehbar an der Ausgangswelle 50 gelagert ist. Außerdem sind beispielsweise Lager 82 und 84 vorgesehen, über welche beispielsweise das Eingangselement 36, zumindest in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14, drehbar an den Abtriebsrädern 46 und 48 gelagert ist. Außerdem umfasst die Antriebsvorrichtung 10 ein Lager 86, über welches beispielsweise die Abtriebsräder 46 und 48 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 14 drehbar einander gelagert beziehungsweise abgestützt sind. Des Weiteren ist ein erstes Dichtungselement 88 vorgesehen, mittels welchem die Abtriebswelle 26 gegen das Gehäuse 12 abgedichtet ist. Des Weiteren ist ein Dichtungselement 90 vorgesehen, mittels welchem die Abtriebswelle 28 gegen das Gehäuse 12 abgedichtet ist. Die Dichtungselemente 88 und 90 sind beispielsweise als Radialwellendichtringe ausgebildet.
Die auch als Lagerstellen bezeichneten Lager 78 und 80 zwischen den Ausgangswellen 50 und 52 erzeugen eine in sich stabile, nicht durchknickende Wellenanordnung. Das auch als Lagerstelle bezeichnete Lager 81 im Differential ergänzt die Lagerung der Welle, um zusätzliche Stabilität der Wellenanordnung zu erzielen. Die auch als Lagerstellen bezeichneten Lager 74 und 76 in dem Rotor 22 lagern den Rotor 22 radial auf der Ausgangswelle 50. Die auch als Lagerstellen bezeichneten Lager 82, 84 und 86 lagern den Rotor 22 axial.
Das jeweilige Sonnenrad 54 beziehungsweise 56 weist beispielsweise eine Schrägverzahnung auf, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Schrägverzahnungen gegenläufig ausgeführt sind. Mit anderen Worten sind die Schrägverzahnungen vorzugsweise zueinander gegenläufig. Bei einer solchen gegenläufigen Ausführung der Schrägverzahnungen der Sonnenräder 54 und 56 wirken Axialkräfte entgegengesetzt. Die Axialkräfte sind stets gleich groß, wodurch die Axialkräfte kompensiert werden. Die vorzugsweise als Axiallager ausgebildeten Lager 82, 84 und 86 innerhalb des Differentialgetriebes 34 und/oder des Rotors 22 stützen die Kräfte so ab, dass eine axiale Kraftübertragung zwischen den beiden Sonnenrädern 54 und 56 möglich ist. Dadurch wirken keine Kräfte nach außen beziehungsweise werden keine Verzahnungskräfte an die Lager 66, 68, 70 und 72 übertragen.
Die auch als Lagerstellen bezeichneten Lager 74, 76, 78, 80, 81, 82, 84 und 86 erfahren bei einer Geradeausfahrt des Kraftwagens keine Differenzdrehzahlen und erzeugen dann auch keine Reibleistung. Bei Kurvenfahrten hingegen treten nur geringe Differenzdrehzahlen auf. Geringe Differenzdrehzahlen erlauben auch die Auswahl einfacher Lager mit höherer Reibung, zum Beispiel Gleitlager, da dies einen geringen Einfluss auf den Wirkungsgrad hat. Nur die auch als Lagerstellen bezeichneten Lager 70 und 72 am jeweiligen Sonnenrad 54 beziehungsweise 56 erfahren eine hohe Drehzahl, welche jedoch kleiner als die Drehzahl des Rotors ist. Eine um die Abtriebsdrehzahl reduzierte Drehzahl (Drehzahl Sonnenrad minus Drehzahl Abtrieb) an dem jeweiligen Lager 70 beziehungsweise 72 reduziert die Reibleistung. Insgesamt existieren nur vier Lager in Form der Lager 66, 68, 70 und 72, die sich auch bei einer Geradeausfahrt drehen. Nur zwei Lager in Form der Lager 70 und 72 davon erfahren eine große Drehzahl. Dadurch, dass die Lager 66, 68, 70 und 74 keine axialen Verzahnungskräfte übertragen müssen, können sie klein dimensioniert werden. Dadurch, dass der Wellenabschnitt für die Aufnahme der Lager 70 und 72 nicht im Drehmomentenfluss ist, wird der minimale Lagerinnendurchmesser nicht durch die Drehmomentkapazität der Welle definiert. Kleinere Lagerdurchmesser erzeugen eine überproportional geringere drehzahlabhängige Reibleistung. Geringe beziehungsweise keine Axialkräfte in drehenden Lagern erzeugen geringe lastabhängige Reibleistung. Die Sonnenräder 54 und 56 beziehungsweise die Ausgangswellen 50 und 52 sind beispielsweise in den Abtriebswellen 26 und 28 gelagert. Die Abtriebswellen 26 und 28 sind wiederum in Gehäusedeckeln beziehungsweise über die Lager 66 und 68 gelagert. An den Planetenträgern 62 und 64 beziehungsweise an den Planetenrädern entstehen keine nach außen wirkenden Axialkräfte, welche durch die Lager 66 und 68 abgestützt werden müssten. Somit können Lager mit geringer Tragfähigkeit beziehungsweise kleinen Durchmessern gewählt werden, wodurch die Reibleistung besonders gering gehalten werden kann.
Der Rotor 22 kann von innen gekühlt werden, indem ein Kühlmedium durch die Wellen geführt wird. Zwischen der Eingangswelle 44 und der Ausgangswelle 50 wird ein für die Rotorkühlung vorteilhafter ringförmiger Kanal ausgebildet. Bei einem Stirnradifferential ist ein gedichteter Kühlmediumübertritt zwischen beiden Abtriebsseiten darstellbar, zum Beispiel mit Wellendichtringen. Bei der Ausführung der Lager 74, 76, 78 und 80 als Gleitlager kann die Dichtung des Kühl-/Schmierkreislaufs durch den Lagerspalt mit Leckage erfolgen. Der Radsatz ist dabei nicht unter Öl. Die Schmierung der Verzahnung, Lager, Anlaufscheiben kann durch Leckageöl an Gleitlagern gewährleistet werden. Die Gleitlager können auch mit Wellendichtringen kombiniert werden. Statt Gleitlager können auch Wälzläger in Kombination mit Wellendichtringen eingesetzt werden.
Bei einem Kegelraddifferential kann der Innenraum des Kegeldifferentials als Übertritt für das Öl genutzt werden. Die Kegelräder im Gehäuse wären in diesem Fall unter Öl. Bei Durchführung eines Kühl-/Schmiermediums können alle Komponenten, die eine Schmierung benötigen, versorgt werden, im einfachsten Fall als Radialbohrungen in den Wellen realisiert. Der Kühlmediumübertritt erfolgt an Drehdurchführungen 92 und 94, welche beispielsweise vorliegend die Dichtungselemente 88 und 90 umfassen beziehungsweise bilden. Insbesondere erfolgt der Kühlmediumübertritt an den Drehdurchführungen 92 und 94 mit einer geringen Differenzdrehzahl zwischen dem Gehäuse 12 und den Abtriebswellen 26 und 28. Der Kühlmediumübertritt erfolgt beispielsweise an Drehdurchführungen 96 und 98, gegebenenfalls mit einer hohen Differenzdrehzahl zwischen dem Gehäuse 12 und den Abtriebswellen 26 und 28, jedoch auch auf einem kleinen Dichtdurchmesser und somit mit nur geringer Reibleistung.
Fig. 2 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 10. Wie in Fig. 2 durch Pfeile 100 veranschaulicht ist, werden Kräfte am jeweiligen Hohlrad 58 beziehungsweise 60 am Gehäuse 12 abgestützt. Wie ferner durch Pfeile 102 dargestellt ist, schützen sich Kräfte am jeweiligen Sonnenrad 54 und 56 innerhalb der Wellenanordnung ab. Zahlenkräfte auf der linken und rechten Seite sind immer gleich groß, da die Zahlenkräfte nur auftreten können, wenn diese über Antriebswiderstand auf beiden Seiten gestützt werden. Ein Momenten- beziehungsweise Kraft-Ungleichgewicht wird durch das Differential ausgeglichen. An der jeweiligen Abtriebswelle 26 beziehungsweise 28 wirken keine Axialkräfte, da Planetenradsätze grundsätzlich axial kraftfrei beziehungsweise axialkraftneutral sind. Lager im Differential und/oder im Rotor 22 können Axialkräfte aufnehmen, und zwar auf Zug und/oder Druck. Eine Abstützung erfolgt beispielsweise über Gleitlagerringe oder Axialnadellager und Verzahnung im Differential. Außerdem besonders gut aus Fig. 2 sind die gegenläufigen Schrägverzahnungen der Sonnenräder 54 und 56 erkennbar.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Lager 70 und 72 außerhalb des drehmomentführenden Pfades der Wellen 26 und 52, d.h. nicht zwischen den Sonnenrädern 54 und 56 der Planetenradsätze und den Abtriebsrädern 46 und 48 des Differentialgetriebes 34, sondern in den Planetenträgern 62 und 64 bzw. Abtriebswellen 26 und 28 angeordnet sind.
Vorzugsweise kann ferner vorgesehen sein, dass die drei Axiallager 82, 84 und 86 im Differentialgetriebe 34 und die feste Anbindung der Sonnen oder Sonnenräder 46 und 48 an die Wellen 50 und 52 es ermöglichen, die durch Verzahnungskräfte auftretenden Axialkräfte, abhängig von der Kraftrichtung, entweder direkt über das Lager 86 oder über die Lager 82 und 84 und das Eingangselement 36 bzw. den Planetenträger des Differentialgetriebes 34 abzustützen.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die auf der Welle 52 bzw. in der Welle 50 angeordneten Lager 78 und 80, so weit auseinander angeordnet sind, insbesondere mindestens im Abstand des zweifachen mittleren Lagerdurchmessers angeordnet sind, dass eine stabile und knickfeste Ausrichtung bzw. Lagerung der Welle zum Rotor ermöglicht ist.
Vorzugsweise kann ferner vorgesehen sein, dass die Welle 50 durch die Eingangswelle 44 bzw. den Rotor 22 führt und somit den Rotor 22 an den Lagern 74 und 76 drehbar lagert.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Ausgangswellen 50 und 52 einen Ein- und Austritt und Kanäle zur Führung eines Kühl-/Schmierfluids aufweisen und die Eingangswelle 44 und Ausgangswelle 50 einen ringförmigen Raum zur Führung eines Fluids zum Zwecke der Rotorkühlung ausbilden.
Bezugszeichenliste
Antriebsvorrichtung
Gehäuse elektrische Maschine
Stator
Wickelkopf
Wickelkopf
Rotor
Drehachse
Abtriebswelle
Abtriebswelle
Planetenradsatz
Planetenradsatz
Differentialgetriebe
Eingangselement
Ausgleichsräder
Drehachse
Eingangswelle
Abtriebsrad
Abtriebsrad
Ausgangswelle
Ausgangswelle
Sonnenrad
Sonnenrad
Hohlrad
Hohlrad
Planetenträger
Planetenträger
Planentenrad
Lager Planentenrad
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Dichtungselement
Dichtungselement
Drehdurchführung
Drehdurchführung
Drehdurchführung
Drehdurchführung
Pfeil
Pfeil
Seite
Seite

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsvorrichtung (10) zum elektrischen Antreiben von Rädern einer Achse eines Kraftwagens, mit einem Gehäuse (12), mit einer elektrischen Maschine (14), welche einen in dem Gehäuse (12) angeordneten und an dem Gehäuse (12) festgelegten Stator (16) und einen in dem Gehäuse (12) angeordneten, von dem Stator (16) antreibbaren und dadurch um eine Drehachse (24) relativ zu dem Gehäuse (12) und relativ zu dem Stator (16) drehbaren Rotor (22) aufweist, mit einer ersten Abtriebswelle (26), über welche wenigstens ein erstes der Räder von der elektrischen Maschine (14) antreibbar ist, mit einem ersten Planetenradsatz (30), über welchen die erste Abtriebswelle (26) von dem Rotor (22) antreibbar ist, mit einer zweiten Abtriebswelle (28), über welche wenigstens ein zweites der Räder von der elektrischen Maschine (14) antreibbar ist, mit einem zweiten Planetenradsatz (32), über welchen die zweite Abtriebswelle (28) von dem Rotor (22) antreibbar ist, und mit einem ein drehfest mit dem Rotor (22) verbundenes Eingangselement (36) aufweisenden Differentialgetriebe (34), über welches die Planetenradsätze (30, 32) von dem Rotor (22) antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich der jeweilige Planetenradsatz (30, 32) in axialer Richtung der elektrischen Maschine (14) zumindest überwiegend an den Rotor (22) anschließt und dadurch zumindest überwiegend außerhalb des Rotors (22) angeordnet ist.
2. Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliges Hohlrad (58, 60) des jeweiligen Planetenradsatzes (30, 32) drehfest mit dem Gehäuse (12) verbunden ist.
3. Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Differentialgetriebe (34) in axialer Richtung der elektrischen Maschine (14) zumindest überwiegend an den Rotor (22) anschließt und dadurch zumindest überwiegend außerhalb des Rotors (22) angeordnet ist.
4. Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe (34) in radialer Richtung der elektrischen Maschine (16) nach außen zumindest teilweise durch einen Wickelkopf (20) einer Wicklung des Stators (16) überdeckt ist.
5. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Planetenträger (62) des ersten Planetenradsatzes (30) drehfest mit der ersten Abtriebswelle (26) verbunden ist, wobei ein zweiter Planetenträger (64) des zweiten Planetenradsatzes (32) drehfest mit der zweiten Abtriebswelle (28) verbunden ist.
6. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich beide Planetenradsätze (30, 32) in axialer Richtung der elektrischen Maschine (14) vollständig an den Rotor (22) anschließen und dadurch jeweils vollständig außerhalb des Rotors (22) angeordnet sind.
7. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe (34) als ein Stirnraddifferential oder als ein Kegelraddifferential ausgebildet ist.
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