DE102023200342B3 - Drive device for a vehicle and vehicle with this drive device - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung (1; 1') für ein Fahrzeug. Die Antriebseinrichtung (1; 1') weist ein Gehäuse (4), eine Pedalwelle (2) zur Aufnahme einer Muskelkraft, ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Überlagerungsgetriebe (6) mit einem Abtrieb (8; 10), ein Abtriebsrad (5), eine erste (12) und eine zweite elektrische Maschine (15) sowie ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Vorübersetzungsgetriebe (21) auf. Die Pedalwelle (2) ist mit dem Überlagerungsgetriebe (6) mechanisch wirkverbunden. Der Abtrieb (8; 10) des Überlagerungsgetriebes (6) ist mit dem Abtriebsrad (5) mechanisch wirkverbunden. Der Rotor (14) der ersten elektrischen Maschine (12) ist mit dem Überlagerungsgetriebe (6) mechanisch wirkverbunden und der Rotor (37) der zweiten elektrischen Maschine (15) ist mit dem Abtrieb (8; 10) des Überlagerungsgetriebes (6) über das Vorübersetzungsgetriebe (21) mechanisch wirkverbunden. Die erste elektrische Maschine (12) ist achsparallel und die zweite elektrische Maschine (15) koaxial zur Pedalwelle (2) angeordnet.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug, bei dem eine Antriebskraft zum Antreiben des Fahrzeugs zumindest zeitweise durch eine Muskelkraft eines Fahrers des Fahrzeugs erzeugt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, das mit einer derartigen Antriebseinrichtung ausgestaltet ist.The present invention relates to a drive device for a vehicle in which a driving force for driving the vehicle is generated at least temporarily by a muscle power of a driver of the vehicle. Furthermore, the present invention relates to a vehicle which is equipped with such a drive device.
Aus
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine zum Stand der Technik alternative und verbesserte Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug, das zumindest zeitweise mittels Muskelkraft betrieben werden, zur Verfügung zu stellen, wobei die Antriebseinrichtung zwei elektrischen Maschinen aufweisen soll. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.It is therefore the object of the present invention to provide an alternative and improved drive device for a vehicle that is operated at least temporarily by muscle power, whereby the drive device should have two electric machines. This object is achieved by the objects with the features of the independent patent claims. Advantageous further developments emerge from the subclaims.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug. Das Fahrzeug kann zumindest zeitweise mittels Muskelkraft betrieben werden. Auch ein Hybridbetrieb, bei dem der Fahrer Muskelkraft aufwendet und durch die Antriebseinrichtung unterstützt wird, ist möglich. Bei dem Fahrzeug kann es sich vorzugsweise um ein Fahrrad, beispielsweise um ein Zweirad in der Form eines (S-)Pedelecs oder E-Bikes, handeln. Das Fahrzeug kann alternativ ein Mehrspurfahrzeug sein, beispielsweise ein Dreirad oder ein Fahrzeug mit vier Rädern, beispielsweise ein Cargobike oder Velomobil. Das Fahrzeug kann auch eine andere Ausgestaltung aufweisen, wobei das Fahrzeug stets ein Mikromobilitätsfahrzeug für den Individualverkehr ist.The present invention relates to a drive device for a vehicle. The vehicle can be operated at least temporarily using muscle power. Hybrid operation, in which the driver uses muscle power and is supported by the drive device, is also possible. The vehicle can preferably be a bicycle, for example a two-wheeler in the form of an (S-)Pedelec or e-bike. The vehicle can alternatively be a multi-track vehicle, for example a tricycle or a vehicle with four wheels, for example a cargo bike or velomobile. The vehicle can also have a different design, whereby the vehicle is always a micromobility vehicle for individual transport.
Die Antriebseinrichtung weist ein Gehäuse auf, in dem einige oder auch alle Komponenten der Antriebseinrichtung aufgenommen sein können. Das Gehäuse kann an dem Fahrzeug so montiert sein, dass das Gehäuse sich an dem Fahrzeug abstützt. Bei dem Gehäuse kann es sich um ein stationäres Bauteil handeln, welches im Betrieb der Antriebseinrichtung nicht bewegt wird. Ferner weist die Antriebseinrichtung eine Pedalwelle auf, an welcher Pedale angebracht sein können, um die Muskelkraft eines Fahrers auf die Pedalwelle aufzubringen. Ferner umfasst die Antriebseinrichtung ein Abtriebsrad, welches mit einem Rad des Fahrzeugs gekoppelt sein kann, um eine Antriebskraft von dem Antriebsrad auf das zumindest eine Rad des Fahrzeugs zu dessen Antrieb zu übertragen. Bei dem Abtriebsrad kann es sich um ein Kettenrad, beispielsweise ein Kettenblatt, handeln. Das Abtriebsrad kann mittels eines Endlosumlaufelements, beispielsweise einer Kette, mit dem Rad des Fahrzeugs mechanisch gekoppelt sein.The drive device has a housing in which some or all of the components of the drive device can be accommodated. The housing can be mounted on the vehicle in such a way that the housing is supported on the vehicle. The housing can be a stationary component that is not moved during operation of the drive device. The drive device also has a pedal shaft to which pedals can be attached in order to apply the muscle power of a driver to the pedal shaft. The drive device also comprises an output gear that can be coupled to a wheel of the vehicle in order to transmit a drive force from the drive wheel to the at least one wheel of the vehicle in order to drive it. The output gear can be a chain wheel, for example a chainring. The output gear can be mechanically coupled to the wheel of the vehicle by means of an endless circulating element, for example a chain.
Darüber hinaus weist die Antriebseinrichtung ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Überlagerungsgetriebe auf. Bei dem Planetengetriebe kann es sich um einen Minus-Planetenradsatz handeln. Das Planetengetriebe weist einen Abtrieb auf, an welchem beispielsweise ein durch das Planetengetriebe übersetztes Drehmoment abgegeben werden kann. Darüber hinaus umfasst die Antriebseinrichtung eine erste und eine zweite elektrische Maschine. Jede der elektrischen Maschinen umfasst einen Stator, der jeweils am Gehäuse der Antriebseinrichtung drehfest festgesetzt ist, und einen Rotor, der innerhalb des jeweiligen Stators angeordnet sein kann. Ferner umfasst die Antriebseinrichtung ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Vorübersetzungsgetriebe. Das Vorübersetzungsgetriebe kann als Minus-Planetengetriebe ausgebildet sein.In addition, the drive device has a superposition gear designed as a planetary gear. The planetary gear can be a minus planetary gear set. The planetary gear has an output to which, for example, a torque translated by the planetary gear can be output. In addition, the drive device comprises a first and a second electrical machine. Each of the electrical machines comprises a stator, which is fixed in a rotationally fixed manner to the housing of the drive device, and a rotor, which can be arranged within the respective stator. The drive device also comprises a pre-transmission gear designed as a planetary gear. The pre-transmission gear can be designed as a minus planetary gear.
Die Pedalwelle ist mit dem Überlagerungsgetriebe, beispielsweise mit dem Planetenträger oder dem Hohlrad des Überlagerungsgetriebes, mechanisch wirkverbunden. In einer Ausführungsform wird die mechanische Wirkverbindung der Pedalwelle mit dem Überlagerungsgetriebe dahingehend bereitgestellt, dass die Pedalwelle mit dem Planetenträger des Überlagerungsgetriebes oder mit dem Hohlrad des Überlagerungsgetriebes permanent drehfest verbunden ist. Der Abtrieb des Überlagerungsgetriebes, der beispielsweise durch den Planetenträger oder das Hohlrad des Überlagerungsgetriebes bereitgestellt werden kann, ist in der vorliegenden Erfindung mit dem Abtriebsrad mechanisch wirkverbunden. In einer Ausführungsform ist der Abtrieb des Überlagerungsgetriebes mit dem Abtriebsrad permanent drehfest verbunden. Der Rotor der ersten elektrischen Maschine ist mit dem Überlagerungsgetriebe, beispielsweise mit dem Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes, mechanisch wirkverbunden, beispielsweise über ein ein- oder mehrstufiges Stirnradgetriebe. Der Rotor der zweiten elektrischen Maschine ist mit dem Abtrieb des Überlagerungsgetriebes über das Vorübersetzungsgetriebe mechanisch wirkverbunden.The pedal shaft is mechanically operatively connected to the superposition gear, for example to the planet carrier or the ring gear of the superposition gear. In one embodiment, the mechanical operative connection of the pedal shaft to the superposition gear is provided in such a way that the pedal shaft is permanently connected in a rotationally fixed manner to the planet carrier of the superposition gear or to the ring gear of the superposition gear. The output of the superposition gear, which can be provided for example by the planet carrier or the ring gear of the superposition gear, is mechanically operatively connected to the output gear in the present invention. In one embodiment, the output of the superposition gear is permanently connected in a rotationally fixed manner to the output gear. The rotor of the first electrical machine is mechanically operatively connected to the superposition gear, for example to the sun gear of the superposition gear, for example via a single- or multi-stage spur gear. The rotor of the second electrical machine is mechanically operatively connected to the output of the superposition gear via the pre-transmission gear.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die erste elektrische Maschine achsparallel beabstandet zur Pedalwelle angeordnet. Die zweite elektrische Maschine ist hingegen koaxial zur Pedalwelle vorgesehen. In anderen Worten ist demnach eine der elektrischen Maschinen achsparallel und die andere elektrische Maschine koaxial zur Pedalwelle angeordnet. Bei der ersten elektrischen Maschine kann es sich dabei um eine elektrische Maschine handeln, welche der Einstellung einer passenden Trittfrequenz dient. Bei der zweiten elektrischen Maschine kann es sich hingegen um eine elektrische Maschine handeln, welche einen Fahrer unterstützt, beispielsweise bei Bergauffahrt. Da die erste elektrische Maschine in dieser Ausführungsform zum Einstellen der passenden Trittfrequenz dient, muss diese ein hohes Tretkurbelmoment abstützen können. Letzteres erfordert einen relativ großen Bauraum, welcher in der vorliegenden Ausführungsform dadurch bereitgestellt wird, dass die zweite elektrische Maschine koaxial zur Pedalwelle angeordnet ist und damit Bauraum für die erste achsparallel zur Pedalwelle angeordnete erste elektrische Maschine bereitstellt. So kann viel axialer Bauraum für die erste elektrische Maschine zur Verfügung gestellt werden, damit diese das große Tretkurbelmoment des Fahrers abstützen kann, wobei durch die koaxiale Anordnung der zweiten elektrischen Maschine zur Pedalwelle gleichzeitig ein klein bauendes Gehäuse der Antriebseinrichtung ermöglicht wird.In the context of the present invention, the first electric machine is arranged axially parallel to the pedal shaft. The second electric The electric machine, on the other hand, is provided coaxially to the pedal shaft. In other words, one of the electric machines is arranged parallel to the axis and the other electric machine is arranged coaxially to the pedal shaft. The first electric machine can be an electric machine that is used to set a suitable pedal frequency. The second electric machine, on the other hand, can be an electric machine that supports a driver, for example when driving uphill. Since the first electric machine in this embodiment is used to set the suitable pedal frequency, it must be able to support a high pedal crank torque. The latter requires a relatively large installation space, which is provided in the present embodiment by the second electric machine being arranged coaxially to the pedal shaft and thus providing installation space for the first electric machine arranged parallel to the axis of the pedal shaft. In this way, a lot of axial installation space can be made available for the first electric machine so that it can support the driver's high pedal crank torque, whereby the coaxial arrangement of the second electric machine to the pedal shaft simultaneously enables a small housing for the drive device.
Darüber hinaus wird die zweite elektrische Maschine an den Abtrieb des Überlagerungsgetriebes mittels des als Planetengetriebe ausgestalteten Vorübersetzungsgetriebes angebunden, was einen Betrieb der zweiten elektrischen Maschine bei vorteilhaften Bedingungen ermöglicht. Würde die zweite elektrische Maschine nämlich direkt an den Abtrieb des Überlagerungsgetriebes ohne das Vorübersetzungsgetriebe angebunden werden, hätte dies die nachteilige Konsequenz, dass die zweite elektrische Maschine im Betrieb langsam dreht und ein hohes Moment benötigt. Ferner kann mit der vorliegenden Erfindung eine Antriebseinrichtung bereitgestellt werden, die keine Schalteinrichtungen beziehungsweise Aktuatoren erfordert. Es gibt kein festes Drehverhältnis zwischen Kurbel und Kettenblatt, also zwischen Pedalwelle und Abtriebsrad, wodurch eine separate Ketten- oder Nabenschaltung entfallen kann. Stattdessen kann die Übersetzung zwischen Pedalwelle und Abtriebsrad lediglich durch Variation der Drehzahlen der elektrischen Maschinen eingestellt werden.In addition, the second electric machine is connected to the output of the superposition gear by means of the pre-transmission gear designed as a planetary gear, which enables the second electric machine to operate under advantageous conditions. If the second electric machine were connected directly to the output of the superposition gear without the pre-transmission gear, this would have the disadvantageous consequence that the second electric machine rotates slowly during operation and requires a high torque. Furthermore, the present invention can provide a drive device that does not require any switching devices or actuators. There is no fixed rotational ratio between the crank and the chainring, i.e. between the pedal shaft and the output wheel, which means that a separate chain or hub gear can be omitted. Instead, the ratio between the pedal shaft and the output wheel can be adjusted simply by varying the speeds of the electric machines.
Sind zwei Elemente mechanisch wirkverbunden, so sind diese unmittelbar oder mittelbar derart miteinander gekoppelt, dass eine Bewegung des einen Elements in zumindest einer Bewegungsrichtung eine Reaktion des anderen Elements bewirkt. Beispielsweise kann eine mechanische Wirkverbindung durch eine formschlüssige oder reibschlüssige Verbindung bereitgestellt werden. Die mechanische Wirkverbindung kann einem Kämmen von korrespondierenden Verzahnungen der zwei Elemente entsprechen. Zwischen den Elementen können dabei weitere Elemente, beispielsweise ein oder mehrere Stirnradstufen, vorgesehen sein. Unter einer permanent drehfesten Verbindung zweier Elemente wird hingegen eine Verbindung verstanden, bei welcher die beiden Elemente zu allen bestimmungsgemäßen Zuständen des Getriebes starr miteinander gekoppelt sind. Die Elemente können dabei als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen.If two elements are mechanically operatively connected, they are directly or indirectly coupled to one another in such a way that a movement of one element in at least one direction of movement causes a reaction in the other element. For example, a mechanical operative connection can be provided by a positive or frictional connection. The mechanical operative connection can correspond to a meshing of corresponding teeth of the two elements. Additional elements, such as one or more spur gear stages, can be provided between the elements. A permanently rotationally fixed connection between two elements, on the other hand, is understood to mean a connection in which the two elements are rigidly coupled to one another in all intended states of the transmission. The elements can be present as individual components that are rotationally fixed to one another or as one piece.
Zwischen zwei mechanisch wirkverbundenen Komponenten kann ein Freilauf vorgesehen sein, der bewirkt, dass eine Bewegung des einen Elements lediglich in eine Drehrichtung eine Reaktion des anderen Elements hervorruft, während bei einer Bewegung in einer entgegengesetzten Drehrichtung keine Reaktion des anderen Elements auftritt. Der Freilauf kann ein erstes und ein weiteres Element aufweisen, und so gestaltet sein, dass eine relative Drehung zwischen den Elementen des Freilaufs nur in einer ersten Richtung gestattet ist, während die Relativdrehung zwischen den Elementen in der zu der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung unterbunden wird. Zu diesem Zweck können Klinkenelemente, Verzahnungen oder Ähnliches vorgesehen sein, die optional gegeneinander verspannt sein können, um ineinander einzurasten. Der Aufbau des Freilaufs ist frei wählbar, solange die beschriebene Funktion des Freilaufs erfüllt wird. A freewheel can be provided between two mechanically connected components, which means that a movement of one element only in one direction of rotation causes a reaction in the other element, while a movement in an opposite direction of rotation does not result in any reaction from the other element. The freewheel can have a first and a further element and can be designed in such a way that a relative rotation between the elements of the freewheel is only permitted in a first direction, while the relative rotation between the elements in the direction opposite to the first direction is prevented. For this purpose, ratchet elements, gears or similar can be provided, which can optionally be braced against one another in order to engage with one another. The structure of the freewheel can be freely selected as long as the described function of the freewheel is fulfilled.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Überlagerungsgetriebe ein Sonnenrad, ein Hohlrad und ein von einem Planetenträger gehaltenes Planetenrad auf. Der Planetenträger kann mehrere Planetenräder, beispielsweise drei Planetenräder, drehbar lagern. Das Planetenrad beziehungsweise die Planetenräder kämmen sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad des Überlagerungsgetriebes. Im Rahmen dieser Ausführungsform ist der Rotor der ersten elektrischen Maschine mit dem Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes mechanisch wirkverbunden. Das Hohlrad oder der Planetenträger des Überlagerungsgetriebes bilden dabei den Abtrieb des Überlagerungsgetriebes aus, der sowohl mit dem Abtriebsrad als auch mit der zweiten elektrischen Maschine über das Vorübersetzungsgetriebe mechanisch wirkverbunden ist.According to one embodiment, the superposition gear has a sun gear, a ring gear and a planet gear held by a planet carrier. The planet carrier can rotatably support several planet gears, for example three planet gears. The planet gear or the planet gears mesh with both the sun gear and the ring gear of the superposition gear. In this embodiment, the rotor of the first electric machine is mechanically operatively connected to the sun gear of the superposition gear. The ring gear or the planet carrier of the superposition gear form the output of the superposition gear, which is mechanically operatively connected to both the output gear and the second electric machine via the pre-transmission gear.
Das Vorübersetzungsgetriebe weist gemäß einer Ausführungsform eine Planetenstufe mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Planetenträger auf, auf dem mindestens ein Planetenrad, beispielsweise drei Planetenräder, drehbar gelagert sind. Das Planetenrad beziehungsweise die Planetenräder des Vorübersetzungsgetriebes kämmen sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad. Im Rahmen dieser Ausführungsform ist der Rotor der zweiten elektrischen Maschine mit dem Sonnenrad des Vorübersetzungsgetriebes mechanisch wirkverbunden, beispielsweise permanent drehfest verbunden. Das Hohlrad des Vorübersetzungsgetriebes ist an dem Gehäuse festgesetzt. Das Vorübersetzungsgetriebe ist ferner mit dem Abtrieb des Überlagerungsgetriebes mechanisch wirkverbunden. Beispielsweise ist der Planetenträger des Vorübersetzungsgetriebes mit dem Abtrieb des Überlagerungsgetriebes mechanisch wirkverbunden. So kann mittels des Vorübersetzungsgetriebes eine höchstmögliche Übersetzung für die zweite elektrische Maschine bereitgestellt werden, die so in einem optimierten Betriebsbereich betreibbar ist.According to one embodiment, the pre-transmission gear has a planetary stage with a sun gear, a ring gear and a planet carrier on which at least one planet gear, for example three planet gears, are rotatably mounted. The planet gear or the planet gears of the pre-transmission gear mesh with both the sun gear and the ring gear. In this embodiment, the rotor of the second electric machine is connected to the The sun gear of the pre-reduction gear is mechanically connected, for example permanently connected in a rotationally fixed manner. The ring gear of the pre-reduction gear is fixed to the housing. The pre-reduction gear is also mechanically connected to the output of the superposition gear. For example, the planet carrier of the pre-reduction gear is mechanically connected to the output of the superposition gear. The pre-reduction gear can thus be used to provide the highest possible ratio for the second electric machine, which can then be operated in an optimized operating range.
In einer Ausführungsform weist das Vorübersetzungsgetriebe dabei eine weitere Planetenstufe mit einem weiteren Sonnenrad, einem weiteren Hohlrad und einem von einem weiteren Planetenträger gehaltenen weiteren Planetenrad auf. Das weitere Planetenrad kämmt sowohl mit dem weiteren Sonnenrad als auch mit dem weiteren Hohlrad. Das weitere Hohlrad kann an dem Gehäuse permanent drehfest festgesetzt sein. Der Planetenträger des Vorübersetzungsgetriebes kann ferner mit dem weiteren Sonnenrad des Vorübersetzungsgetriebes mechanisch wirkverbunden sein, beispielsweise permanent drehfest verbunden sein. Der weitere Planetenträger des Vorübersetzungsgetriebes kann im Rahmen dieser Ausführungsform mit dem Abtrieb des Überlagerungsgetriebes, beispielsweise mit dem Planetenträger oder dem Hohlrad des Überlagerungsgetriebes, mechanisch wirkverbunden sein, beispielsweise permanent drehfest verbunden sein. Diese Ausführungsform führt zu dem Vorteil, dass eine besonders hohe Übersetzung mittels des Vorübersetzungsgetriebes bereitgestellt werden kann, so dass vorteilhafterweise weniger Drehmoment für die zweite elektrische Maschine erforderlich ist. Neben der weiteren Planetenstufe kann das Vorübersetzungsgetriebe noch weitere Planetenstufen aufweisen.In one embodiment, the pre-reduction gear has a further planetary stage with a further sun gear, a further ring gear and a further planetary gear held by a further planet carrier. The further planetary gear meshes with both the further sun gear and the further ring gear. The further ring gear can be permanently fixed to the housing in a rotationally fixed manner. The planet carrier of the pre-reduction gear can also be mechanically operatively connected to the further sun gear of the pre-reduction gear, for example be permanently connected in a rotationally fixed manner. The further planet carrier of the pre-reduction gear can, within the scope of this embodiment, be mechanically operatively connected to the output of the superposition gear, for example to the planet carrier or the ring gear of the superposition gear, for example be permanently connected in a rotationally fixed manner. This embodiment leads to the advantage that a particularly high transmission ratio can be provided by means of the pre-reduction gear, so that advantageously less torque is required for the second electric machine. In addition to the further planetary stage, the pre-reduction gear can have further planetary stages.
Im Rahmen einer Ausführungsform ist das Planetenrad des Vorübersetzungsgetriebes als Stufenplanet ausgebildet. Der Stufenplanet kann beispielsweise zwei Zahnräder mit unterschiedlichen Durchmessern aufweisen, die permanent drehfest miteinander verbunden sind. Der Stufenplanet kann drehbar auf dem Planetenträger des Vorübersetzungsgetriebes gelagert sein. Ein erstes Zahnrad des Stufenplaneten kann einen kleineren Wirkdurchmesser als ein zweites Zahnrad des Stufenplaneten aufweisen. Das erste Zahnrad mit dem kleineren Wirkdurchmesser kann im Rahmen dieser Ausführungsform mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad des Vorübersetzungsgetriebes kämmen. Das zweite Zahnrad des Stufenplaneten mit dem größeren Wirkdurchmesser kann in dieser Ausführungsform mit dem Abtrieb des Überlagerungsgetriebes, beispielsweise dem Hohlrad oder dem Planetenträger des Überlagerungsgetriebes, mechanisch wirkverbunden sein. Hierfür kann das zweite Zahnrad mit dem größeren Wirkdurchmesser des Stufenplaneten beispielsweise mit einer Hohlwelle kämmen, die permanent drehfest mit dem Abtrieb des Überlagerungsgetriebes, also beispielsweise dem Hohlrad oder dem Planetenträger des Überlagerungsgetriebes, verbunden ist. In einer Ausführungsform ist das Vorübersetzungsgetriebe als hochübersetzender Stufenplanetensatz ausgebildet. Dabei kann das Vorübersetzungsgetriebe beispielsweise als Wolfrom-Getriebe ausgebildet sein. Durch das Vorsehen des Stufenplanetensatzes ist für die zweite elektrische Maschine vorteilhafterweise weniger Drehmoment erforderlich.In one embodiment, the planetary gear of the pre-transmission gear is designed as a stepped planet. The stepped planet can, for example, have two gears with different diameters that are permanently connected to one another in a rotationally fixed manner. The stepped planet can be rotatably mounted on the planet carrier of the pre-transmission gear. A first gear of the stepped planet can have a smaller effective diameter than a second gear of the stepped planet. The first gear with the smaller effective diameter can, in this embodiment, mesh with the sun gear and the ring gear of the pre-transmission gear. The second gear of the stepped planet with the larger effective diameter can, in this embodiment, be mechanically operatively connected to the output of the superposition gear, for example the ring gear or the planet carrier of the superposition gear. For this purpose, the second gear with the larger effective diameter of the stepped planet can, for example, mesh with a hollow shaft that is permanently connected in a rotationally fixed manner to the output of the superposition gear, for example the ring gear or the planet carrier of the superposition gear. In one embodiment, the pre-transmission gear is designed as a high-ratio stepped planetary gear set. The pre-transmission gear can be designed as a Wolfrom gear, for example. By providing the stepped planetary gear set, less torque is advantageously required for the second electric machine.
Gemäß einer der obigen Ausführungsformen ist ein Freilauf in dem Drehmomentübertragungspfad zwischen der Pedalwelle und dem Überlagerungsgetriebe vorgesehen. According to one of the above embodiments, a freewheel is provided in the torque transmission path between the pedal shaft and the superposition gear.
Beispielsweise ist ein derartiger Freilauf mit dem Planetenträger des Überlagerungsgetriebes und der Pedalwelle mechanisch wirkverbunden. So können störende Massenträgheitseffekte der elektrischen Maschine beim plötzlichen Stillstand der Pedalwelle vermieden werden. In einer Ausführungsform ist ein Freilauf in dem Drehmomentübertragungspfad zwischen der ersten elektrischen Maschine und dem Überlagerungsgetriebe vorgesehen. Die erste elektrische Maschine kann in einer Ausführungsform das Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes nur rückwärts antreiben, beispielsweise für den Fahrer ins Schnelle übersetzen. Wenn der Fahrer plötzlich aufhört zu treten, kann der Freilauf abheben, wobei die Sonne schneller rückwärts als die erste elektrische Maschine drehen kann. Durch das Vorsehen des Freilaufs in dem Drehmomentübertragungspfad zwischen der ersten elektrischen Maschine und dem Überlagerungsgetriebe gibt es in einem derartigen Fall keine störenden „Nachschiebeeffekte“ aufgrund der Massenträgheit der ersten elektrischen Maschine. Dabei kann der Freilauf in dem Drehmomentübertragungspfad zwischen der ersten elektrischen Maschine und dem Überlagerungsgetriebe kleiner dimensioniert werden, als wenn dieser in dem Drehmomentübertragungspfad zwischen der Pedalwelle und dem Überlagerungsgetriebe vorgesehen wird, da Letzterer einer größeren Drehmomentbelastung ausgesetzt ist.For example, such a freewheel is mechanically operatively connected to the planet carrier of the superposition gear and the pedal shaft. In this way, disruptive mass inertia effects of the electric machine can be avoided when the pedal shaft suddenly comes to a standstill. In one embodiment, a freewheel is provided in the torque transmission path between the first electric machine and the superposition gear. In one embodiment, the first electric machine can only drive the sun gear of the superposition gear backwards, for example, by speeding it up for the driver. If the driver suddenly stops pedaling, the freewheel can lift off, whereby the sun can rotate backwards faster than the first electric machine. By providing the freewheel in the torque transmission path between the first electric machine and the superposition gear, there are no disruptive "pushing effects" in such a case due to the mass inertia of the first electric machine. The freewheel in the torque transmission path between the first electric machine and the superposition gear can be dimensioned smaller than if it is provided in the torque transmission path between the pedal shaft and the superposition gear, since the latter is exposed to a greater torque load.
Im Rahmen einer Ausführungsform ist der Rotor der ersten elektrischen Maschine über ein Stirnradgetriebe, beispielsweise ein zweistufiges Stirnradgetriebe mit einem Zwischenrad, mit dem Überlagerungsgetriebe mechanisch wirkverbunden. So kann die achsparallel zur Pedalwelle angeordnete erste elektrische Maschine auf einfache Art und Weise an die Pedalwelle angebunden werden. Das Stirnradgetriebe kann beispielsweise ein erstes Zahnrad aufweisen, das mit einem Zwischenrad kämmt, wobei das Zwischenrad mit einem zweiten Zahnrad des Stirnradgetriebes kämmen kann. Das erste Zahnrad des Stirnradgetriebes kann permanent drehfest mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine verbunden sein. Das zweite Zahnrad des Stirnradgetriebes kann permanent drehfest mit dem Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes verbunden sein. Ferner kann im Rahmen einer Ausführungsform der Rotor der ersten elektrischen Maschine über eine Zwischenübersetzung mit dem Stirnradgetriebe mechanisch wirkverbunden sein. Beispielsweise kann das erste Zahnrad des Stirnradgetriebes mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine über die Zwischenübersetzung mechanisch wirkverbunden sein. Die Zwischenübersetzung kann mittels eines Planetengetriebes bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Zwischenübersetzung mittels eines Stirnradgetriebes bereitgestellt werden, beispielsweise mittels einer ein- oder mehrstufigen Stirnradstufe. Durch das Vorsehen der Zwischenübersetzung ist für die erste elektrische Maschine vorteilhafterweise weniger Drehmoment erforderlich.In one embodiment, the rotor of the first electric machine is mechanically connected to the superposition gear via a spur gear, for example a two-stage spur gear with an intermediate gear. In this way, the first electric machine, which is arranged axially parallel to the pedal shaft, can be connected to the pedal shaft in a simple manner. The spur gear can, for example, have a first gear that meshes with an intermediate gear, wherein the intermediate gear can mesh with a second gear of the spur gear. The first gear of the spur gear can be permanently connected in a rotationally fixed manner to the rotor of the first electrical machine. The second gear of the spur gear can be permanently connected in a rotationally fixed manner to the sun gear of the superposition gear. Furthermore, within the scope of one embodiment, the rotor of the first electrical machine can be mechanically operatively connected to the spur gear via an intermediate gear ratio. For example, the first gear of the spur gear can be mechanically operatively connected to the rotor of the first electrical machine via the intermediate gear ratio. The intermediate gear ratio can be provided by means of a planetary gear. Alternatively or additionally, the intermediate gear ratio can be provided by means of a spur gear, for example by means of a single or multi-stage spur gear stage. By providing the intermediate gear ratio, less torque is advantageously required for the first electrical machine.
Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Fahrzeug mit mindestens zwei Rädern und einer Antriebseinrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das Abtriebsrad der Antriebseinrichtung ist über ein Kraftübertragungselement mit einem der Räder zum Antrieb des Fahrzeugs gekoppelt. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Zweirad, beispielsweise ein Pedelec oder ein E-Bike, handeln, wie oben ausgeführt. Hinsichtlich des Verständnisses und der Vorteile der einzelnen Merkmale wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den Ausführungsformen der Antriebseinrichtung verwiesen.
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1 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
2 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
3 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
4 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
5 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
6 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
7 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
8 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
9 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
10 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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1 shows a drive device for a vehicle according to an embodiment of the present invention. -
2 shows a drive device for a vehicle according to another embodiment of the present invention. -
3 shows a drive device for a vehicle according to another embodiment of the present invention. -
4 shows a drive device for a vehicle according to another embodiment of the present invention. -
5 shows a drive device for a vehicle according to another embodiment of the present invention. -
6 shows a drive device for a vehicle according to another embodiment of the present invention. -
7 shows a drive device for a vehicle according to another embodiment of the present invention. -
8th shows a drive device for a vehicle according to another embodiment of the present invention. -
9 shows a drive device for a vehicle according to another embodiment of the present invention. -
10 shows a drive device for a vehicle according to another embodiment of the present invention.
Die Antriebseinrichtung 1 weist ferner ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Überlagerungsgetriebe 6 auf, das koaxial zur Pedalwelle 2 angeordnet ist. Das Überlagerungsgetriebe 6 umfasst ein Sonnenrad 7, einen Planetenträger 8, auf dem Planetenräder 9 drehbar gelagert sind, und ein Hohlrad 10. Die Pedalwelle 2 ist in der vorliegenden Ausführungsform mit dem Planetenträger 8 des Überlagerungsgetriebes 6 mechanisch wirkverbunden. In der Ausführungsform von
Der Rotor 14 der ersten elektrischen Maschine 12 ist über ein Stirnradgetriebe 17 mit dem Sonnenrad 7 des Überlagerungsgetriebes 6 mechanisch wirkverbunden. Das Stirnradgetriebe 17 ist in der vorliegenden Ausführungsform zweistufig ausgebildet und umfasst ein erstes Zahnrad 18, das mit einem Zwischenrad 19 kämmt, sowie ein zweites Zahnrad 20, welches permanent drehfest mit dem Sonnenrad 7 des Überlagerungsgetriebes 6 verbunden ist. Über das Stirnradgetriebe 17 ist damit eine achsparallele Anordnung der ersten elektrischen Maschine 12 zu der Pedalwelle 2 auf einfache Art und Weise möglich. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Zahnrad 18 des Stirnradgetriebes 17 permanent drehfest mit dem Rotor 14 der ersten elektrischen Maschine 12 verbunden.The
Das Überlagerungsgetriebe 6 weist ferner einen Abtrieb auf, welcher in der vorliegenden Ausführungsform durch das Hohlrad 10 ausgebildet wird. Der Rotor 37 der zweiten elektrischen Maschine 15 ist mit dem Abtrieb 10 des Überlagerungsgetriebes 6 über ein Vorübersetzungsgetriebe 21 mechanisch wirkverbunden. Das Vorübersetzungsgetriebe 21 ist als Planetengetriebe ausgebildet und umfasst ein Sonnenrad 22, einen Planetenträger 23 mit darauf drehbar gelagerten Planetenrädern 24 sowie ein Hohlrad 25. Das Hohlrad 25 des Vorübersetzungsgetriebes 21 ist permanent drehfest am Gehäuse 4 festgesetzt. Das Sonnenrad 22 des Vorübersetzungsgetriebes 21 ist permanent drehfest mit dem Rotor 37 der zweiten elektrischen Maschine 15 verbunden. Der Planetenträger 23 mit den darauf drehbar gelagerten Planetenrädern 24, die sowohl mit dem Sonnenrad 22 als auch dem Hohlrad 25 kämmen, ist permanent drehfest mit dem Abtrieb des Überlagerungsgetriebes 6, also dem Hohlrad 10 des Überlagerungsgetriebes 6, verbunden.The
In der in
BezugszeichenReference symbols
- 1,1'1.1'
- AntriebseinrichtungDrive system
- 22
- PedalwellePedal shaft
- 33
- PedalePedals
- 44
- GehäuseHousing
- 55
- AbtriebsradOutput gear
- 66
- ÜberlagerungsgetriebeSuperposition gear
- 7,22,27,317,22,27,31
- SonnenradSun gear
- 8,23,29,338,23,29,33
- PlanetenträgerPlanet carrier
- 9,24,35,329,24,35,32
- PlanetenradPlanetary gear
- 24'24'
- StufenplanetStep Planet
- 10,25,28,3410,25,28,34
- HohlradRing gear
- 11, 11'11, 11'
- FreilaufFreewheel
- 12,1512.15
- elektrische Maschineelectric machine
- 13,1613,16
- Statorstator
- 14,3714.37
- Rotorrotor
- 1717
- StirnradgetriebeSpur gear
- 18,2018,20
- Zahnradgear
- 1919
- ZwischenradIntermediate gear
- 2121
- VorübersetzungsgetriebePre-transmission gearbox
- 2626
- weitere Planetenstufefurther planetary stage
- 30,30`30,30`
- VorübersetzungPre-translation
- 31`,32`31`,32`
- Zahnradgear
Claims (12)
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE102023200342.2A DE102023200342B3 (en) | 2023-01-18 | 2023-01-18 | Drive device for a vehicle and vehicle with this drive device |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE102023200342.2A Active DE102023200342B3 (en) | 2023-01-18 | 2023-01-18 | Drive device for a vehicle and vehicle with this drive device |
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