DE102011075874A1 - Electrical drive apparatus for use in hybrid drivetrain for driving e.g. electric car, has rotor supported at shaft in axial direction offset to another rotor and drivable by magnetic field of coil arrangement - Google Patents

Electrical drive apparatus for use in hybrid drivetrain for driving e.g. electric car, has rotor supported at shaft in axial direction offset to another rotor and drivable by magnetic field of coil arrangement Download PDF

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Jochen Kuehner
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Abstract

The apparatus (30) has a coil arrangement (46) designed to drive a rotor (48) by magnetic field, where the rotor is supported at a shaft (38) in a torque-proof manner and designed as a permanent magnetically excited rotor. Another rotor (54) is supported at the shaft in axial direction offset to the former rotor and drivable by another magnetic field of another coil arrangement (52). The latter rotor and the latter coil arrangement together form an asynchronous motor or a reluctance motor. A stator, the two coil arrangements and the rotors are accommodated in a common housing (36).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung, insbesondere zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs, mit einem feststehenden ersten Stator, einem ersten Rotor und einer ersten Spulenanordnung, die dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor mittels eines ersten Magnetfeldes anzutreiben und mit einer Welle, an der der erste Rotor drehfest gelagert ist.The present invention relates to an electric drive device, in particular for driving a motor vehicle, having a stationary first stator, a first rotor and a first coil arrangement which is adapted to drive the first rotor by means of a first magnetic field and with a shaft on which the first Rotor is rotatably mounted.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer Antriebsvorrichtung zum Bereitstellen von Antriebsleistung der oben beschriebenen Art.Furthermore, the present invention relates to a motor vehicle drive train with a drive device for providing drive power of the type described above.

Stand der TechnikState of the art

Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeug-Antriebstechnik ist es allgemein bekannt, eine elektrische Maschine als alleinigen Antrieb oder gemeinsam mit einem Antriebsmotor eines anderen Typs (Hybridantrieb) zu verwenden. In derartigen Elektro- oder Hybridfahrzeugen werden typischerweise elektrische Drehfeldmaschinen als Antriebsmotor verwendet.In the field of motor vehicle drive technology, it is generally known to use an electric machine as the sole drive or together with a drive motor of another type (hybrid drive). In such electric or hybrid vehicles typically electric induction machines are used as a drive motor.

Antriebsstränge von Elektrofahrzeugen (oder unter Umständen auch Hybridfahrzeugen) nach dem Stand der Technik unterscheiden sich grundsätzlich durch die Anzahl der verwendeten Antriebsmaschinen. Elektrisch angetriebene Antriebsstränge können mit einem zentralen Antrieb, bei dem eine einzige elektrische Maschine die gesamte Antriebsleistung bereitstellt, und mit verteilten Antrieben mit mehreren elektrischen Maschinen, die einzelne Achsen oder aber einzelne Räder antreiben, ausgebildet sein. Da unterschiedliche Typen von elektrischen Maschinen unterschiedliche Wirkungsgradcharakteristiken aufweisen, haben die entsprechenden Fahrzeuge mit Zentralantrieb unterschiedliche Wirkungsgrade bei unterschiedlichen Fahrzuständen. Daher beeinflusst die Auswahl des Maschinentyps die Effizienz des Fahrzeugs mit Zentralantrieb deutlich.Powertrains of electric vehicles (or possibly also hybrid vehicles) according to the prior art differ fundamentally by the number of prime movers used. Electrically driven powertrains can be designed with a central drive, in which a single electric machine provides the entire drive power, and with distributed drives with a plurality of electric machines, which drive individual axles or individual wheels. Since different types of electric machines have different efficiency characteristics, the corresponding central drive vehicles have different degrees of efficiency in different driving conditions. Therefore, the choice of machine type significantly affects the efficiency of the central drive vehicle.

Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist es besonders schwierig, einen effizienten Teillastbetrieb eines Elektromotors zu realisieren, insbesondere bei sportlichen Fahrzeugen mit hoher installierter Leistung, da diese im Normalbetrieb lediglich im Teillastbetrieb betrieben werden. Bei verteilten Antrieben (Achs- oder Einzelradantrieben) besteht die Möglichkeit durch Kombination von elektrischen Maschinen mit verschiedenen Wirkungsgradcharakteristiken und durch Abschaltung von Teilantrieben einen derartigen Teillastbetrieb zu realisieren und damit verbundene Teillastbetriebszustände einer elektrischen Maschine mit geringem Wirkungsgrad zu vermeiden.In electrically driven vehicles, it is particularly difficult to realize an efficient partial load operation of an electric motor, especially in sports vehicles with high installed power, since these are operated in normal operation only in partial load operation. In distributed drives (axle or Einzelradantrieben), it is possible by combining electrical machines with different efficiency characteristics and by switching off partial drives to realize such a partial load operation and to avoid associated partial load operating conditions of a low-efficiency electric machine.

Derartige verteilte Antriebssysteme mit unterschiedlichen elektrischen Maschinen, die zwei unterschiedliche Fahrzeugachsen antreiben, sind beispielsweise bekannt aus der EP 0 622 264 B1 . Nachteilig bei diesem Antriebskonzept ist der hohe technische Aufwand durch die verschiedenen elektrischen Maschinen, die damit verbundene aufwändige Verkabelung im Fahrzeug sowie der dafür benötigte große Bauraum.Such distributed drive systems with different electrical machines that drive two different vehicle axles, for example, are known from the EP 0 622 264 B1 , A disadvantage of this drive concept is the high technical complexity of the various electrical machines, the associated complex cabling in the vehicle and the space required for this.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung mit einem verbesserten Wirkungsgrad für unterschiedliche Drehzahl- und Drehmomentbereiche, insbesondere im Teillastbetrieb, bereitzustellen.It is therefore the object of the present invention to provide a drive device with improved efficiency for different speed and torque ranges, in particular in partial load operation.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der eingangs genannten Antriebsvorrichtung dadurch gelöst, dass an der Welle in axialer Richtung versetzt zu dem ersten Rotor ein zweiter Rotor gelagert ist, der mittels eines zweiten Magnetfeldes einer zweiten Spulenanordnung antreibbar ist.This object is achieved in the drive device mentioned above in that on the shaft in the axial direction offset from the first rotor, a second rotor is mounted, which is drivable by means of a second magnetic field of a second coil assembly.

Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung zum Bereitstellen von Antriebsleistung.Furthermore, the above object is achieved by a motor vehicle drive train with a drive device according to the invention for providing drive power.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch die vorliegende Erfindung kann eine Antriebsvorrichtung bereitgestellt werden, bei der unterschiedliche Antriebszustände mit unterschiedlichen Drehmomenten oder Drehzahlen realisierbar sind, wobei die einzelnen Rotoren des Antriebs, die an der Welle gelagert sind, in einem optimalen Zustand betrieben werden können und insbesondere ein Teillastbetrieb durch Abschalten einer der so gebildeten separaten Antriebsvorrichtungen mit einfachen Mitteln realisierbar ist. Im Allgemeinen kann somit ein elektrischer Antrieb bereitgestellt werden, der in unterschiedlichen Drehzahl- und Drehmomentbereichen mit einem optimalen Wirkungsgrad betrieben werden kann.By the present invention, a drive device can be provided, in which different drive states with different torques or speeds can be realized, wherein the individual rotors of the drive, which are mounted on the shaft, can be operated in an optimal state and in particular a partial load operation by switching off a The separate drive devices formed in this way can be realized with simple means. In general, therefore, an electric drive can be provided which can be operated in different speed and torque ranges with optimum efficiency.

Es ist dabei von besonderem Vorzug, wenn der erste Rotor mit dem zweiten Rotor starr verbunden ist. It is of particular advantage when the first rotor is rigidly connected to the second rotor.

Dadurch kann die Welle durch beide Rotoren gleichzeitig angetrieben werden, wodurch auf aufwändige Lagerungen und/oder Übersetzungsgetriebe verzichtet werden kann.Thereby, the shaft can be driven by both rotors simultaneously, which can be dispensed with expensive bearings and / or transmission gear.

Es ist von besonderem Vorzug, wenn der Stator, die erste und die zweite Spulenanordnung und der erste und der zweite Rotor in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sind.It is of particular advantage when the stator, the first and the second coil arrangement and the first and the second rotor are accommodated in a common housing.

Dadurch ist eine besonders kompakte Bauform realisierbar, wobei gleichzeitig der Aufwand für die elektrische Energieversorgung der Spulenanordnungen reduziert ist. As a result, a particularly compact design can be realized, wherein at the same time the expense for the electrical power supply of the coil assemblies is reduced.

Es ist ferner bevorzugt, wenn der erste Rotor ein permanentmagnetisch erregter Rotor ist und die erste Spulenanordnung drehfest mit dem Stator verbunden ist. Dabei ist es von besonderem Vorzug, wenn die erste Spulenanordnung und der erste Rotor eine permanentmagnetisch erregte Synchronmaschine bilden.It is further preferred if the first rotor is a permanent magnetically excited rotor and the first coil arrangement is non-rotatably connected to the stator. It is particularly advantageous if the first coil arrangement and the first rotor form a permanent magnetically excited synchronous machine.

Dadurch ist eine erste Antriebsanordnung realisierbar, die durch den schleifkontaktlosen permanentmagnetisch erregten Rotor eine geringe Verlustleistung aufweist.As a result, a first drive arrangement can be realized, which has a low power loss due to the rotor having no contact with the permanent magnet.

Ferner ist es von besonderem Vorzug, wenn der zweite Rotor und die zweite Spulenanordnung zusammen einen Asynchronmotor oder einen Reluktanzmotor bilden.Furthermore, it is particularly preferred if the second rotor and the second coil arrangement together form an asynchronous motor or a reluctance motor.

Dadurch kann eine zweite Antriebsanordnung bereitgestellt werden, die gegenüber der ersten Antriebsanordnung eine andere Wirkungsgradcharakteristik aufweist und mit einfachen Mitteln zu- oder abschaltbar ist.As a result, a second drive arrangement can be provided which has a different efficiency characteristic relative to the first drive arrangement and can be connected or disconnected with simple means.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die zweite Spulenanordnung mit einem zweiten Stator drehfest verbunden ist, der mit dem ersten Stator verbunden ist.It is further preferred if the second coil arrangement is rotatably connected to a second stator which is connected to the first stator.

Dadurch können prinzipiell zwei elektrische Maschinen mit verbundenem Stator und einer angetriebenen Welle als kompakte Bauform bereitgestellt werden, die die jeweiligen Vorteile der Maschinen synergetisch nutzen.As a result, two electric machines with a connected stator and a driven shaft can be provided in principle as a compact design, which use the respective advantages of the machine synergistically.

Dabei ist es von besonderem Vorzug, wenn der erste und der zweite Stator drehfest mit dem Gehäuse verbunden sind.It is of particular advantage if the first and the second stator are rotatably connected to the housing.

Dadurch lassen sich die beiden so gebildeten elektrischen Maschinen in einer kompakten Bauform in einem Gehäuse integrieren, wodurch die gesamte Antriebsvorrichtung kompakter, leichter und weniger aufwändig ausgestaltet werden kann.As a result, the two electrical machines thus formed can be integrated in a compact design in a housing, whereby the entire drive device can be made more compact, lighter and less expensive.

Es ist von besonderem Vorzug, wenn zwei Steuerungsanordnungen an dem Gehäuse angeordnet sind oder in dem Gehäuse integriert sind und jeweils mit einer der Spulenanordnungen elektrisch direkt verbunden sind, um die jeweilige Spulenanordnung unabhängig zu bestromen.It is of particular advantage if two control arrangements are arranged on the housing or are integrated in the housing and are each directly electrically connected to one of the coil arrangements in order to energize the respective coil arrangement independently.

Dadurch kann auf technisch aufwändige Kabelverbindungen zwischen den Steuerungsanordnungen und den Spulenanordnungen verzichtet werden, wodurch gleichzeitig die ohmschen Verluste der Antriebsvorrichtung reduziert sind.As a result, it is possible to dispense with technically complex cable connections between the control arrangements and the coil arrangements, as a result of which the ohmic losses of the drive apparatus are simultaneously reduced.

Es ist dabei von besonderem Vorzug, wenn beide Steuerungsanordnungen mittels einer einzelnen Steuereinheit ansteuerbar sind.It is of particular advantage if both control arrangements can be controlled by means of a single control unit.

Dadurch kann auf separate Steuereinheiten für die jeweiligen Steuerungsanordnungen verzichtet werden, wodurch der technische Ansteuerungsaufwand reduziert ist.This makes it possible to dispense with separate control units for the respective control arrangements, whereby the technical control effort is reduced.

Es ist dabei von besonderem Vorzug, wenn die Steuerungsanordnungen einen gemeinsamen Zwischenkreiskondensator und/oder einen gemeinsamen Eingangsfilter aufweisen.It is of particular advantage if the control arrangements have a common intermediate circuit capacitor and / or a common input filter.

Dadurch können die Herstellungskosten des Antriebs im Allgemeinen gesenkt werden.As a result, the manufacturing cost of the drive can generally be reduced.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Steuereinheit und die Steuerungsanordnungen dazu ausgebildet sind, die beiden Spulenanordnungen mittels gegeneinander versetzten, getakteten Steuersignalen, insbesondere pulsweitenmodulierten Steuersignalen, anzusteuern. Dabei sind die Steuersignale insbesondere um 180° gegeneinander phasenverschoben.It is further preferred if the control unit and the control arrangements are designed to control the two coil arrangements by means of mutually offset, clocked control signals, in particular pulse width modulated control signals. The control signals are in particular phase-shifted by 180 ° with respect to each other.

Dadurch können im Allgemeinen die Schaltverluste der gesamten Antriebsvorrichtung reduziert werden und der Zwischenkreiskondensator verkleinert werden, wodurch die gesamte Ansteuerung der Antriebsvorrichtung vereinfacht wird.As a result, in general, the switching losses of the entire drive device can be reduced and the link capacitor can be reduced, whereby the entire drive of the drive device is simplified.

Es ist weiterhin allgemein bevorzugt, wenn der Welle ein Winkelsensor bzw. ein Drehsensor zugeordnet ist, um den Drehwinkel der Welle zu erfassen.It is furthermore generally preferred if the shaft is associated with an angle sensor or a rotation sensor in order to detect the angle of rotation of the shaft.

Ein derartiger Sensor wird üblicherweise zur Steuerung eines Magnetfeldes verwendet, wobei bei einer gemeinsamen Welle auf einen separaten Winkelsensor für die separaten Antriebsanordnungen verzichtet werden kann und somit die Gesamtvorrichtung kostengünstiger hergestellt werden kann.Such a sensor is usually used to control a magnetic field, wherein in a common shaft can be dispensed with a separate angle sensor for the separate drive assemblies and thus the overall device can be produced more cheaply.

Es ist weiterhin allgemein bevorzugt, wenn die Antriebsvorrichtung eine Kühlungsvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, die erste Spulenanordnung, die zweite Spulenanordnung und die Steuerungsanordnungen zu kühlen.It is furthermore generally preferred if the drive device has a cooling device which is designed to cool the first coil arrangement, the second coil arrangement and the control arrangements.

Dadurch kann die gesamte Antriebsvorrichtung technisch einfacher ausgestaltet werden, da für mehrere Verlustwärme erzeugende Komponenten ein einziges Kühlsystem verwendet werden kann.As a result, the entire drive device can be made technically simpler, since a single cooling system can be used for components which generate several heat losses.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

1 zeigt in schematischer Form ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang, der eine zentrale elektrische Antriebsmaschine sowie eine Vorrichtung zum Ansteuern dieser elektrischen Maschine aufweist; 1 shows in schematic form a motor vehicle with a drive train having a central electric drive machine and a device for driving this electric machine;

2 zeigt in schematischer Form eine Antriebsvorrichtung mit zwei integrierten elektrischen Antrieben, die eine Antriebswelle antreiben. 2 shows in schematic form a drive device with two integrated electric drives that drive a drive shaft.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 1 ist ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Antriebsstrang 12 auf, der im vorliegenden Fall einen zentralen elektrischen Antrieb 14 zur Bereitstellung von Antriebsleistung beinhaltet. Der Antriebsstrang 12 dient zum Antreiben von angetriebenen Rädern 16L, 16R des Fahrzeugs 10.In 1 a motor vehicle is shown schematically and generally with 10 designated. The car 10 has a drive train 12 on, in the present case, a central electric drive 14 for providing drive power. The powertrain 12 is used to drive driven wheels 16L . 16R of the vehicle 10 ,

Der elektrische Antrieb 14 stellt an einer Abtriebswelle ein Drehmoment t bereit und dreht mit einer einstellbaren Drehzahl n.The electric drive 14 provides torque t to an output shaft and rotates at an adjustable speed n.

Der Antriebsstrang 12 kann dazu eingerichtet sein, das Fahrzeug 10 alleine mittels des elektrischen Antriebs 12 anzutreiben (Elektrofahrzeug). Alternativ kann der elektrische Antrieb 14 Teil eines Hybrid-Antriebsstrangs 12 sein, wobei der Antriebsstrang 12 einen weiteren, in 1 nicht näher bezeichneten Antriebsmotor, wie einen Verbrennungsmotor oder dergleichen, beinhalten kann. Ferner kann der Antriebsstrang 12 in diesem Fall ein Getriebe oder dergleichen aufweisen.The powertrain 12 can be adapted to the vehicle 10 alone by means of the electric drive 12 to drive (electric vehicle). Alternatively, the electric drive 14 Part of a hybrid powertrain 12 be, with the powertrain 12 another, in 1 unspecified drive motor, such as an internal combustion engine or the like may include. Furthermore, the powertrain 12 in this case have a gear or the like.

Der elektrische Antrieb 14 ist mehrphasig ausgebildet und wird mittels einer Leistungselektronik 18 angesteuert. Die Leistungselektronik 18 ist mit einer Energieversorgung einer Gleichspannungsversorgung (zum Beispiel Akkumulator) 20 des Fahrzeugs 10 verbunden und dient dazu, eine von dem Akkumulator 20 bereitgestellte Gleichspannung in Wechselströme für die Fahrten des elektrischen Antriebs umzurichten. Die Leistungselektronik 18 weist zu diesem Zweck eine Mehrzahl von Leistungsschaltern auf und wird mittels eines Steuergeräts 22 angesteuert. Das Steuergerät 22 kann ferner mit dem elektrischen Antrieb 14 verbunden sein, um beispielsweise Istwerte der Drehzahl und/oder durch Stellung des Rotors des elektrischen Antriebs 14 zu erhalten. Ferner kann das Steuergerät mit dem Akkumulator 20 verbunden sein. Schließlich kann das Steuergerät 22 mit einer übergeordneten oder gleichberechtigten Steuereinheit 24 zur Ansteuerung von weiteren Komponenten des Antriebsstrangs 12 verbunden sein.The electric drive 14 is designed multi-phase and is by means of power electronics 18 driven. The power electronics 18 is with a power supply of a DC power supply (for example accumulator) 20 of the vehicle 10 connected and serves one of the accumulator 20 to convert supplied direct current into alternating currents for the drives of the electric drive. The power electronics 18 has for this purpose a plurality of circuit breakers and is by means of a control device 22 driven. The control unit 22 can also with the electric drive 14 be connected, for example, actual values of the speed and / or position of the rotor of the electric drive 14 to obtain. Furthermore, the control unit with the accumulator 20 be connected. Finally, the controller can 22 with a parent or equal control unit 24 for controlling further components of the drive train 12 be connected.

Das in 1 dargestellte Fahrzeug 10 bildet eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung.This in 1 illustrated vehicle 10 forms a preferred application of the drive device according to the invention.

In 2 ist eine erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung dargestellt und allgemein mit 30 bezeichnet. Die Antriebsvorrichtung 30 weist im Allgemeinen eine erste Antriebsanordnung 32 und eine zweite Antriebsanordnung 34 auf, die in einem Gehäuse 36 angeordnet sind und an einer Welle 38 Antriebsleistung in Form von Drehmoment bereitstellen. An dem Gehäuse 36 ist im Allgemeinen eine Ansteuerung 40 und eine Zwischenkreisschaltung 42 angeordnet, die die Antriebsanordnungen 32, 34 ansteuern und mit elektrischer Energie versorgen. In 2 an inventive electric drive device is shown and generally with 30 designated. The drive device 30 generally has a first drive arrangement 32 and a second drive arrangement 34 on that in a housing 36 are arranged and attached to a shaft 38 Provide drive power in the form of torque. On the case 36 is generally a driver 40 and a DC link circuit 42 arranged, which the drive arrangements 32 . 34 control and supply with electrical energy.

Die erste Antriebsanordnung 32 weist einen Stator 44 auf, der mit einer ersten Spulenanordnung 46 verbunden ist und weist ferner einen Rotor 48 auf, der an der Welle 38 drehfest gelagert ist. Der Stator 44 ist fest mit dem Gehäuse 36 verbunden. Die Spulenanordnung 46 erzeugt ein erstes Magnetfeld, das auf den Rotor 48 wirkt und die damit verbundene Welle 38 entsprechend antreibt. Der Rotor 48 ist vorzugsweise ein permanentmagnetisch erregter Rotor und die erste Antriebsanordnung 32 ist vorzugsweise als permanentmagnetisch erregte Synchronmaschine ausgebildet. The first drive arrangement 32 has a stator 44 on, with a first coil arrangement 46 is connected and further includes a rotor 48 on, on the shaft 38 is rotatably mounted. The stator 44 is fixed to the case 36 connected. The coil arrangement 46 creates a first magnetic field on the rotor 48 acts and the associated wave 38 drives accordingly. The rotor 48 is preferably a permanent magnetically excited rotor and the first drive arrangement 32 is preferably designed as a permanent-magnetically excited synchronous machine.

Die zweite Antriebsanordnung 34 weist einen zweiten Stator 50 auf, der mit dem Gehäuse 36 drehfest verbunden ist. Die zweite Antriebsanordnung 34 weist eine Spulenanordnung 52 auf, die mit dem Stator 50 fest verbunden ist und ferner einen Rotor 54, der an der Welle 38 gelagert ist und mit dieser drehfest verbunden ist. Die Spulenanordnung 52 erzeugt ein Magnetfeld, das auf den Rotor 54 wirkt und an der Welle 38 eine Antriebsleistung in Form eines Antriebsmomentes bereitstellt.The second drive arrangement 34 has a second stator 50 on that with the case 36 rotatably connected. The second drive arrangement 34 has a coil arrangement 52 on that with the stator 50 is firmly connected and also a rotor 54 who is at the shaft 38 is stored and connected to this rotation. The coil arrangement 52 creates a magnetic field on the rotor 54 works and on the shaft 38 provides a drive power in the form of a drive torque.

Die Welle 38 ist vorzugsweise mittels zweier Lager 56, 58 an dem Gehäuse 36 drehbar gelagert. The wave 38 is preferably by means of two bearings 56 . 58 on the housing 36 rotatably mounted.

Die Ansteuerung 40 weist einen ersten Wechselrichter 60, einen zweiten Wechselrichter 62 und eine Steuereinheit 64 in Form eines Mikrocontrollers auf. Die Wechselrichter 60, 62 sind vorzugsweise gleich aufgebaut, wobei der erste Wechselrichter 60 mit der ersten Spulenanordnung 46 verbunden ist und der zweite Wechselrichter 62 mit der zweiten Spulenanordnung 52 verbunden ist, um diese unabhängig jeweils mehrphasig zu bestromen. Die Wechselrichter 60, 62 sind jeweils mit dem Zwischenkreis 42 elektrisch verbunden, um über diesen mit elektrischer Energie in Form von Gleichspannung versorgt zu werden. Der Zwischenkreis weist insbesondere einen nicht dargestellten Zwischenkreiskondensator und einen Zwischenkreisfilter 66 auf. Der Zwischenkreis 42 ist über Anschlussleitungen 68 mit einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle wie zum Beispiel einer Batterie verbunden. Die Steuereinheit 64 ist jeweils mit den Wechselrichtern 60, 62 verbunden und steuert diese an, um die Antriebsanordnungen 32, 34 über die Wechselrichter 60, 62 entsprechend mit elektrischer Energie zu versorgen.The control 40 has a first inverter 60 , a second inverter 62 and a control unit 64 in the form of a microcontroller. The inverters 60 . 62 are preferably the same, wherein the first inverter 60 with the first coil arrangement 46 connected and the second inverter 62 with the second coil arrangement 52 is connected to energize these independently each multiphase. The inverters 60 . 62 are each with the DC link 42 electrically connected to be supplied via this with electrical energy in the form of DC voltage. In particular, the intermediate circuit has an intermediate circuit capacitor (not shown) and an intermediate circuit filter 66 on. The DC link 42 is via connection lines 68 with a DC voltage source, not shown, such as Example of a battery connected. The control unit 64 is each with the inverters 60 . 62 connected and controls these to the drive assemblies 32 . 34 about the inverters 60 . 62 to be supplied with electrical energy accordingly.

Die Ansteuerung 40 ist direkt an das Gehäuse 36 angebaut, so dass die Wechselrichter 60, 62 die Spulenanordnungen 46, 52 direkt ansteuern können, wodurch aufwändige Zuleitungen und Steckverbindungen entfallen. Die Wechselrichter 60, 62 sind mit dem Zwischenkreis 42 verbunden und verwenden den Zwischenkreiskondensator und den Eingangsfilter 66 gemeinsam. The control 40 is directly to the housing 36 grown, so that the inverter 60 . 62 the coil arrangements 46 . 52 can direct control, eliminating the costly supply lines and connectors. The inverters 60 . 62 are with the DC link 42 connected and use the DC link capacitor and the input filter 66 together.

Grundsätzlich bildet die erste Antriebsanordnung 32 einen Hauptantrieb der Antriebsvorrichtung 30, der vorzugsweise als permanentmagnetisch erregte Synchronmaschine ausgebildet ist. Die zweite Antriebsanordnung 34 ist vorzugsweise als Zusatzantrieb vorgesehen und je nach Bedarf zuschaltbar oder abschaltbar. Die zweite Antriebsanordnung 34 ist vorzugsweise als Asynchronmaschine oder als Reluktanzmaschine ausgebildet und weist vorzugsweise keine Schleifkontakte auf, so dass ein passives Mitrotieren des Rotors 54 im abgeschalteten Zustand der zweiten Antriebsanordnung 34 keine nennenswerten Verluste der ersten Antriebsvorrichtung 30 bewirken. Durch die Kombination von unterschiedlichen Antriebstypen kann der Wirkungsgrad der gesamten Antriebsvorrichtung 30 gesteigert werden, da in unterschiedlichen Betriebs- bzw. Lastzuständen jede der Antriebsanordnungen 32, 34 in einem optimalen Antriebszustand betrieben werden kann und durch Abschalten der zweiten Antriebsanordnung 34 ein effizienter Teillastbetrieb realisiert werden kann.Basically, the first drive arrangement forms 32 a main drive of the drive device 30 , which is preferably designed as a permanent-magnetically excited synchronous machine. The second drive arrangement 34 is preferably provided as an additional drive and can be activated or deactivated as needed. The second drive arrangement 34 is preferably designed as an asynchronous machine or as a reluctance machine and preferably has no sliding contacts, so that a passive co-rotation of the rotor 54 in the switched-off state of the second drive arrangement 34 no significant losses of the first drive device 30 cause. By combining different drive types, the efficiency of the entire drive device 30 be increased because in different operating or load conditions each of the drive assemblies 32 . 34 can be operated in an optimal drive state and by switching off the second drive assembly 34 an efficient partial load operation can be realized.

Die Antriebsanordnungen 32, 34 werden von den Wechselrichtern 60, 62 mittels zweier versetzt getakteter Ansteuerungssignale bestromt, die vorzugsweise als pulsweitenmodulierte Signale ausgebildet sind. Die Ansteuerungssignale sind dabei vorzugsweise um 180° zueinander phasenverschoben. Dadurch kann der gemeinsame Zwischenkreiskondensator verkleinert werden. Die zweite Antriebsanordnung 34 ist vorzugsweise elektrisch erregt ausgebildet und kann daher im abgeschalteten Zustand verlustarm mitlaufen. The drive arrangements 32 . 34 be from the inverters 60 . 62 energized by means of two offset clocked drive signals, which are preferably designed as pulse width modulated signals. The control signals are preferably phase-shifted by 180 ° to each other. As a result, the common intermediate circuit capacitor can be downsized. The second drive arrangement 34 is preferably formed electrically excited and therefore can run with low loss in the off state.

Durch die starre Kopplung der Welle beider Antriebsanordnungen 32, 34 können beide Antriebsanordnungen 32, 34 mit einem einzelnen Drehwinkelsensor 70 ausgebildet sein, der ein Drehwinkelsignal zur Steuerung beider Antriebsanordnungen 32, 34 bereitstellt. Due to the rigid coupling of the shaft of both drive assemblies 32 . 34 can both drive arrangements 32 . 34 with a single rotation angle sensor 70 be formed, the one rotation angle signal for controlling both drive assemblies 32 . 34 provides.

Ferner weist die Antriebsvorrichtung 30 ein nicht näher dargestelltes Flüssigkeitskühlsystem auf, das beide Antriebsanordnungen 32, 34, insbesondere die Spulenanordnungen 46, 52, und die Wechselrichter 60, 62 der Ansteuerung 40 kühlt. Furthermore, the drive device 30 a liquid cooling system not shown in detail, the two drive assemblies 32 . 34 , in particular the coil arrangements 46 . 52 , and the inverters 60 . 62 the control 40 cools.

Dadurch kann die gesamte Antriebsvorrichtung 30 inklusive der Ansteuerungselektronik von einem einzelnen Kühlsystem gekühlt werden.This allows the entire drive device 30 including the control electronics are cooled by a single cooling system.

Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 30 wird vorzugsweise eingesetzt in Antriebsanwendungen mit stark schwankenden Lastzuständen bzw. großer Spreizung zwischen Maximallast und Dauerlast. Beispiele für die Anwendung sind Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, wie in 1 schematisch dargestellt, oder Industrieantriebe.The drive device according to the invention 30 is preferably used in drive applications with strongly fluctuating load conditions or large spread between maximum load and continuous load. Examples of the application are electric vehicles or hybrid vehicles, as in 1 shown schematically, or industrial drives.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0622264 B1 [0006] EP 0622264 B1 [0006]

Claims (14)

Elektrische Antriebsvorrichtung (14, 30), insbesondere zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs (10), mit einem feststehenden Stator (44, 50), einem ersten Rotor (48) und einer ersten Spulenanordnung (46), die dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor (48) mittels eines ersten Magnetfeldes anzutreiben, und mit einer Welle (38), an der der erste Rotor (48) drehfest gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Welle (38) in axialer Richtung versetzt zu dem ersten Rotor (48) ein zweiter Rotor (54) gelagert ist, der mittels eines zweiten Magnetfeldes einer zweiten Spulenanordnung (52) antreibbar ist.Electric drive device ( 14 . 30 ), in particular for driving a motor vehicle ( 10 ), with a fixed stator ( 44 . 50 ), a first rotor ( 48 ) and a first coil arrangement ( 46 ), which is adapted to the first rotor ( 48 ) by means of a first magnetic field, and with a shaft ( 38 ), at which the first rotor ( 48 ) is rotatably mounted, characterized in that on the shaft ( 38 ) offset in the axial direction to the first rotor ( 48 ) a second rotor ( 54 ) is mounted, which by means of a second magnetic field of a second coil arrangement ( 52 ) is drivable. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Rotor (48) mit dem zweiten Rotor (54) starr verbunden ist.Drive device according to claim 1, wherein the first rotor ( 48 ) with the second rotor ( 54 ) is rigidly connected. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stator (44), die erste und die zweite Spulenanordnung (46, 52) und der erste und der zweite Rotor (48, 54) in einem gemeinsamen Gehäuse (36) aufgenommen sind. Drive device according to claim 1 or 2, wherein the stator ( 44 ), the first and the second coil arrangement ( 46 . 52 ) and the first and the second rotor ( 48 . 54 ) in a common housing ( 36 ) are included. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Rotor (48) ein permanentmagnetisch erregter Rotor (48) ist und die erste Spulenanordnung (46) drehfest mit dem Stator (44) verbunden ist.Drive device according to one of claims 1 to 3, wherein the first rotor ( 48 ) a permanent magnetically excited rotor ( 48 ) and the first coil arrangement ( 46 ) rotatably with the stator ( 44 ) connected is. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zweite Rotor (54) und die zweite Spulenanordnung (52) zusammen einen Asynchronmotor oder einen Reluktanzmotor bilden.Drive device according to one of claims 1 to 4, wherein the second rotor ( 54 ) and the second coil arrangement ( 52 ) together form an asynchronous motor or a reluctance motor. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Spulenanordnung (52) mit einem zweiten Stator (50) drehfest verbunden ist, der fest mit dem ersten Stator (44) verbunden ist.Drive device according to one of claims 1 to 5, wherein the second coil arrangement ( 52 ) with a second stator ( 50 ) fixedly connected to the first stator ( 44 ) connected is. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der erste und der zweite Stator (44, 50) drehfest mit dem Gehäuse (36) verbunden sind.Drive device according to claim 6, wherein the first and the second stator ( 44 . 50 ) rotatably with the housing ( 36 ) are connected. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei zwei Steuerungsanordnungen (60, 62) an dem Gehäuse (36) angeordnet sind oder in dem Gehäuse (36) integriert sind und jeweils mit einer der Spulenanordnungen (46, 52) elektrisch direkt verbunden sind, um die jeweilige Spulenanordnung (46, 52) unabhängig zu bestromen.Drive device according to one of claims 3 to 7, wherein two control arrangements ( 60 . 62 ) on the housing ( 36 ) or in the housing ( 36 ) are integrated and in each case with one of the coil arrangements ( 46 . 52 ) are electrically connected directly to the respective coil arrangement ( 46 . 52 ) to energize independently. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei beide Steuerungsanordnungen (60, 62) mittels einer einzelnen Steuereinheit (64) ansteuerbar sind.Drive device according to claim 8, wherein both control arrangements ( 60 . 62 ) by means of a single control unit ( 64 ) are controllable. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Steuerungsanordnungen (60, 62) einen gemeinsamen Zwischenkreiskondensator und/oder einen gemeinsamen Eingangsfilter (66) aufweisen.Drive device according to claim 8 or 9, wherein the control arrangements ( 60 . 62 ) a common DC link capacitor and / or a common input filter ( 66 ) exhibit. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Steuereinheit (64) und die Steuerungsanordnungen (60, 62) dazu ausgebildet sind, die Spulenanordnungen (46, 52) mittels gegeneinander versetzten, getakteten Steuersignalen, insbesondere pulsweitenmodulierten Steuersignalen, anzusteuern.Drive device according to claim 9 or 10, wherein the control unit ( 64 ) and the control arrangements ( 60 . 62 ) are adapted to the coil arrangements ( 46 . 52 ) by means of staggered, clocked control signals, in particular pulse width modulated control signals, to control. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Welle (38) ein Winkelsensor (70) bzw. ein Drehsensor (70) zugeordnet ist, um einen Drehwinkel der Welle (38) zu erfassen.Drive device according to one of claims 1 to 11, wherein the shaft ( 38 ) an angle sensor ( 70 ) or a rotation sensor ( 70 ) is assigned to a rotation angle of the shaft ( 38 ) capture. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner mit einer Kühlungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, die erste Spulenanordnung (46), die zweite Spulenanordnung (52) und die Steuerungsanordnungen (60, 62) zu kühlen.Drive device according to one of claims 1 to 12, further comprising a cooling device, which is adapted to the first coil arrangement ( 46 ), the second coil arrangement ( 52 ) and the control arrangements ( 60 . 62 ) to cool. Kraftfahrzeugantriebsstrang (12) mit einer Antriebsvorrichtung (14, 30) zum Bereitstellen von Antriebsleistung nach einem der Ansprüche 1 bis 13.Motor vehicle drive train ( 12 ) with a drive device ( 14 . 30 ) for providing drive power according to one of claims 1 to 13.
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CN105650231A (en) * 2016-04-01 2016-06-08 重庆青山工业有限责任公司 Pure electric vehicle stepless speed changer
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