DE102020201093A1 - Electric drive for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Es wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine (1) mit einer Rotorwelle (2) als Antriebswelle vorgeschlagen, die über ein Getriebe mit zumindest zwei Schaltelementen (3, 14, 16, 19) zum Realisieren von zumindest zwei Gangstufen mit einem Abtriebsdifferential (4) zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle (5) und einer zweiten Abtriebswelle (6) verbunden ist, wobei die Rotorwelle (2) und die Abtriebswellen (5, 6) achsparallel zueinander angeordnet sind und wobei als Getriebe zumindest eine Stirnradstufe (7) sowie zumindest ein Planetengetriebe (8) vorgesehen sind, wobei das Planetengetriebe (8) als Summiergetriebe zum Realisieren eines leistungsverzweigten Getriebes ausgeführt ist, wobei die Rotorwelle (2) zum Realisieren eines ersten Leistungspfades über eine erste Stirnradstufe (7) mit einem Element des Planetengetriebes (8) verbunden ist und wobei mehrere schaltbare Leistungspfade jeweils über ein zugeordnetes Schaltelement (3) vorgesehen sind. Ferner wird ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb vorgeschlagen.An electric drive for a vehicle with at least one electric machine (1) with a rotor shaft (2) as the drive shaft is proposed, which via a transmission with at least two shifting elements (3, 14, 16, 19) for realizing at least two gear steps an output differential (4) for driving at least one first output shaft (5) and one second output shaft (6) is connected, the rotor shaft (2) and the output shafts (5, 6) being arranged axially parallel to one another and with at least one spur gear stage ( 7) and at least one planetary gear (8) are provided, the planetary gear (8) being designed as a summing gear to implement a power-split gear, the rotor shaft (2) to implement a first power path via a first spur gear stage (7) with an element of the Planetary gear (8) is connected and wherein several switchable power paths are each provided via an associated switching element (3) are seen. A vehicle with an electric drive is also proposed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einer Rotorwelle als Antriebwelle gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb.The present invention relates to an electric drive for a vehicle with at least one electric machine with a rotor shaft as the drive shaft according to the type defined in more detail in the preamble of
Elektrische Antriebe für ein Fahrzeug mit einem Getriebe zum Realisieren mehrerer Gangstufen sind aus der Fahrzeugtechnik allgemein bekannt. Auslegungsrelevant für elektrische Antriebe sind zum einen das Anfahrmoment und die geforderte Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeuges. Diese Anforderungen sind durch ein Getriebeschema nur mit einem erheblichen Bauraumbedarf bei geringer Leistungsdichte und mit besonders hohen Belastungen an den Schaltelementen zu realisieren.Electric drives for a vehicle with a transmission for realizing several gear steps are generally known from vehicle technology. On the one hand, the starting torque and the required maximum speed of the vehicle are relevant to the design of electrical drives. These requirements can only be met by means of a transmission diagram with a considerable space requirement with low power density and with particularly high loads on the shifting elements.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb und ein Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welche ein Getriebe mit hoher Leistungsdichte und geringen Belastungen an den Schaltelementen aufweisen.The present invention is based on the object of proposing an electric drive and a vehicle with the electric drive of the type described at the outset, which have a transmission with high power density and low loads on the shifting elements.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 beziehungsweise 12 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.This object is achieved by the features of
Es wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einer Rotorwelle als Antriebswelle vorgeschlagen, die über ein Getriebe mit zumindest zwei Schaltelementen zum Realisieren von zumindest zwei Gangstufen mit einem Abtriebsdifferential zum Antrieb zumindest einer ersten Abtriebswelle und einer zweiten Abtriebswelle verbunden ist. Die Rotorwelle und die Abtriebswellen sind achsparallel zueinander angeordnet, wobei als Getriebe zumindest eine Stirnradstufe sowie zumindest ein Planetengetriebe vorgesehen sind. Um einen besonders bauraumsparenden und geringe Schaltkräfte aufweisenden elektrischen Antrieb vorzuschlagen, ist vorgesehen, dass das Planetengetriebe als Summiergetriebe zum Realisieren eines leistungsverzweigten Getriebes ausgeführt ist, wobei die Rotorwelle zum Realisieren eines ersten Leistungspfades über eine erste Stirnradstufe mit einem Element des Planetengetriebes verbunden ist und wobei mehrere beziehungsweise zumindest zwei schaltbare Leistungspfade jeweils über ein zugeordnetes Schaltelement vorgesehen sind.An electric drive for a vehicle with at least one electric machine with a rotor shaft as the drive shaft is proposed, which is connected to an output differential for driving at least a first output shaft and a second output shaft via a transmission with at least two shifting elements for realizing at least two gear stages. The rotor shaft and the output shafts are arranged axially parallel to one another, with at least one spur gear stage and at least one planetary gear being provided as the gear. In order to propose an electric drive that saves space and has low shifting forces, it is provided that the planetary gear is designed as a summing gear to implement a power-split gear, the rotor shaft being connected to an element of the planetary gear via a first spur gear stage and several or at least two switchable power paths are each provided via an assigned switching element.
Aufgrund der vorgesehenen Leistungsverzweigung und der damit verbundenen Aufteilung der zu übertragenen Leistung zum Realisieren einer Gangstufe auf zumindest zwei Leistungspfade wird eine hohe Leistungsdichte und hohe Spreizungen bei dem Getriebe sowie gleichzeitig geringe Belastungen an den Schaltelementen realisiert und damit in vorteilhafter Weise nur geringe Schaltkräfte bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb benötigt, sodass die vorgesehenen Schaltelemente besonders kostengünstig elektrisch aktuiert werden können. Zudem ist es möglich auf einfachste Weise weitere Übersetzungen beziehungsweise Gangstufen zu realisieren, um dadurch den vorgeschlagenen elektrischen Antrieb universeller einsetzbar zu machen.Due to the intended power split and the associated distribution of the power to be transmitted to realize a gear step on at least two power paths, a high power density and high spreads in the transmission and at the same time low loads on the shifting elements are achieved and thus advantageously only low shifting forces in the proposed electric drive required, so that the switching elements provided can be electrically actuated particularly inexpensively. In addition, it is possible in the simplest possible way to implement further gear ratios or gear steps in order to make the proposed electric drive more universally applicable.
Als erster, nichtschaltbarer quasi fest verbundener Leistungspfad kann beispielsweise die Rotorwelle über die erste Stirnradstufe mit einem Hohlrad als Element des Planetengetriebes verbunden werden, wobei als Abtrieb ein Planetenradträger als Element des Planetengetriebes mit dem Abtriebsdifferential verbunden ist. Der schaltbare Leistungspfad kann bei dieser Ausführungsvariante z. B. über ein Sonnenrad als Element des Planetengetriebes in vielfältiger Weise realisiert werden.As a first, non-switchable, quasi-permanently connected power path, the rotor shaft, for example, can be connected to a ring gear as an element of the planetary gear via the first spur gear stage, with a planetary gear carrier as an element of the planetary gear being connected to the output differential as an output. The switchable power path can in this embodiment, for. B. can be implemented in a variety of ways via a sun gear as an element of the planetary gear.
Eine Möglichkeit, den schaltbaren Leistungspfad zu realisieren, wird dadurch erreicht, dass ein Element des Planetengetriebes über ein zugeordnetes Schaltelement mit einem Gehäuse des elektrischen Antriebes verbunden wird. Bei dieser möglichen Ausführung werden aufgrund der Leistungsverzweigung nur geringe Schaltkräfte bei dem zugeordneten Schaltelement erforderlich.One possibility of realizing the switchable power path is achieved in that an element of the planetary gear is connected to a housing of the electric drive via an assigned switching element. In this possible embodiment, only low switching forces are required for the associated switching element due to the power split.
Im Rahmen einer besonders bauraumsparenden Ausführung ohne weitere Stirnradstufen kann der schaltbare Leistungspfad beispielsweise dadurch realisiert werden, dass zwei Elemente des Planetengetriebes über ein zugeordnetes Schaltelement miteinander verbunden werden. Der dadurch realisierte Blockumlauf des Planetengetriebes erzeugt somit den schaltbaren Leistungspfad, während der erste Leistungspfad über die feste Verbindung zwischen Rotorwelle und Stirnradstufe und Hohlrad des Planetengetriebes realisiert wird. Auf diese Weise entstehen an dem Schaltelement zum Erzeugen des Blockumlaufes nur geringe Schaltkräfte.In the context of a particularly space-saving design without further spur gear stages, the switchable power path can be implemented, for example, in that two elements of the planetary gear are connected to one another via an assigned switching element. The block circulation of the planetary gear that is implemented in this way thus generates the switchable power path, while the first power path is implemented via the fixed connection between the rotor shaft and the spur gear stage and the ring gear of the planetary gear. In this way, only small switching forces arise on the switching element for generating the block circulation.
Eine weitere Möglichkeit, den schaltbaren Leistungspfad zu realisieren, wird dadurch erreicht, dass ein Element des Planetengetriebes über ein zugeordnetes Schaltelement mit einem Gehäuse des elektrischen Antriebes verbunden wird. Auch bei dieser möglichen Ausführung werden aufgrund der Leistungsverzweigung nur geringe Schaltkräfte bei dem zugeordneten Schaltelement erforderlich.Another possibility of realizing the switchable power path is achieved in that an element of the planetary gear is connected to a housing of the electric drive via an assigned switching element. In this possible embodiment, too, because of the power split, only low switching forces are required for the associated switching element.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass zum Realisieren des schaltbaren Leistungspfades zumindest eine weitere Stirnradstufe über ein zugeordnetes Schaltelement mit einem Element des Planetengetriebes verbunden wird. Durch die Verwendung einer weiteren Stirnradstufe kann die Übersetzung der Gangstufe an entsprechende Einsatzzwecke angepasst werden. Auch bei dieser Ausführung des schaltbaren Leistungspfades werden durch die Leistungsverzweigung geringe Kräfte bei dem zugeordneten Schaltelement erforderlich.Within the scope of a further embodiment variant, it can be provided that, in order to implement the switchable power path, at least one further spur gear stage via an assigned switching element with an element of the planetary gear is connected. By using a further spur gear stage, the translation of the gear stage can be adapted to the respective purposes. In this embodiment of the switchable power path, too, the power split means that low forces are required in the associated switching element.
Vorzugsweise können bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb zumindest zwei Gangstufen realisiert werden. Bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb kann hierzu vorgesehen werden, dass der nicht schaltbare, fest verbundene Leistungspfad mit einem der vorgeschriebenen schaltbaren Leistungszweigen beziehungsweise Leistungspfaden miteinander kombiniert wird, um eine Gangstufe zu realisieren. Jede weitere Gangstufe wird durch eine weitere Kombination von nicht schaltbaren Leistungspfad und einem beliebigen schaltbaren Leistungspfad realisiert. Demzufolge sind verschiedene Kombinationen möglich, um die zumindest zwei Gangstufen bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb zu realisieren.Preferably, at least two gear steps can be implemented in the proposed electric drive. In the proposed electric drive, it can be provided for this purpose that the non-switchable, permanently connected power path is combined with one of the prescribed switchable power branches or power paths in order to achieve a gear step. Each further gear step is realized by a further combination of non-switchable power path and any switchable power path. As a result, various combinations are possible in order to achieve the at least two gear steps in the proposed electric drive.
Ferner ist es bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb möglich, beispielsweise durch Verwendung weiterer Schaltelemente oder weiterer Stirnradstufen, ohne weiteres weitere Gangstufen vorzusehen.Furthermore, it is possible with the proposed electric drive, for example by using further shifting elements or further spur gear steps, to provide further gear steps without further ado.
Als Schaltelemente können sowohl formschlüssige, als auch reibschlüssige Schaltelemente eingesetzt werden, wobei bei der Verwendung von reibschlüssigen Schaltelementen eine uneingeschränkte Lastschaltfähigkeit bei dem Getriebe realisiert wird. Vorteilhafterweise kann jedoch das Schaltelement, welches für die erste Gangstufe verwendet wird, auch als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt werden, um somit zusätzlich Schleppverluste zu minimieren.Both positive-locking and frictional-locking shifting elements can be used as shifting elements, with the use of frictional-locking shifting elements realizing unrestricted powershifting capability in the transmission. Advantageously, however, the shifting element that is used for the first gear can also be designed as a form-fitting shifting element in order to additionally minimize drag losses.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Fahrzeug mit dem vorbeschriebenen elektrischen Antrieb zu beanspruchen. Hieraus ergeben sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile. Besonders bevorzugt ist es, das Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb als Achsantrieb auszuführen.Another aspect of the present invention is to claim a vehicle with the above-described electric drive. The advantages already described and other advantages result from this. It is particularly preferred to design the vehicle with the electric drive as an axle drive.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.The present invention is further explained below with reference to the drawings.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes als Zweigangvariante für ein Fahrzeug; -
2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes als Zweigangvariante für ein Fahrzeug; -
3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes als Dreigangvariante für ein Fahrzeug; und -
4 eine vierte Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes als Dreigangvariante für ein Fahrzeug.
-
1 a schematic view of a first variant of an electric drive according to the invention as a two-speed variant for a vehicle; -
2 a schematic view of a second variant of the electric drive as a two-speed variant for a vehicle; -
3 a schematic view of a third variant of the electric drive as a three-speed variant for a vehicle; and -
4th a fourth variant of the electric drive as a three-speed variant for a vehicle.
In den
Unabhängig von den Ausführungsvarianten umfasst der elektrische Antrieb für ein Fahrzeug zumindest eine elektrische Maschine
Bei sämtlichen dargestellten Ausführungsvarianten ist der elektrische Antrieb als Achsantrieb des Fahrzeuges beispielhaft dargestellt. Weiterhin ist bei sämtlichen Ausführungsvarianten die Rotorwelle
Zum Realisieren der Parksperrenfunktion kann eine Parksperre
Insgesamt ergibt sich bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb eine hohe Spreizung von ca. 1,5 bis 2 bei einer maximalen Drehzahl der elektrischen Maschine
In
Zum Realisieren einer zweiten Gangstufe ist bei der ersten Ausführungsvariante gemäß
Ferner ist nur eine erste Stirnradstufe
In
Auch bei der zweiten Ausführungsvariante wird der erste Leistungspfad bei den Gangstufen von der Rotorwelle
Aufgrund der gewählten Anordnung bei dem elektrischen Antrieb ergibt sich beispielsweise ein Achsabstand zwischen der Rotorwelle
Es wäre ohne weiteres denkbar, das zweite Schaltelement
In
Der erste Leistungspfad wird wie bei den anderen Ausführungsvarianten über die erste Stirnradstufe
Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten in den
Es sind auch beliebige Kombinationen der vorgeschlagenen Ausführungsvarianten untereinander möglich, sodass die vorgeschlagenen schaltbaren Leistungspfade bei dem elektrischen Antrieb beliebig miteinander kombiniert werden können.Any combinations of the proposed design variants with one another are also possible, so that the proposed switchable power paths in the electric drive can be combined with one another as desired.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- elektrische Maschineelectric machine
- 22
- RotorwelleRotor shaft
- 33
- erstes Schaltelementfirst switching element
- 44th
- AbtriebsdifferentialOutput differential
- 55
- erste Abtriebswellefirst output shaft
- 66th
- zweite Abtriebswellesecond output shaft
- 77th
- erste Stirnradstufefirst spur gear stage
- 88th
- PlanetengetriebePlanetary gear
- 99
- HohlradRing gear
- 1010
- PlanetenradträgerPlanetary gear carrier
- 1111
- Gehäusecasing
- 1212th
- EntkopplungseinheitDecoupling unit
- 1313th
- SonnenradSun gear
- 1414th
- zweites Schaltelementsecond switching element
- 1515th
- zweite Stirnradstufesecond spur gear stage
- 1616
- drittes Schaltelementthird switching element
- 1717th
- dritte Stirnradstufethird spur gear stage
- 1818th
- SonnenradwelleSun gear shaft
- 1919th
- viertes Schaltelementfourth switching element
- PP.
- ParksperreParking lock
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