DE112018003987T5 - Elektrische Achsbaugruppe - Google Patents

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Abstract

Es wird eine elektrische Achsbaugruppe offenbart. Die elektrische Achsbaugruppe enthält ein Gesamtgehäuse mit einem Elektromotor, einem stufenlosen Getriebe und einem Planetenachsgetriebe. Der Elektromotor enthält eine Abtriebswelle, und das stufenlose Getriebe ist mit der Abtriebswelle verbunden. Das stufenlose Getriebe enthält eine Antriebswelle, die durch die Abtriebswelle veränderlich angetrieben wird. Das Planetenachsgetriebe ist mit der Antriebswelle verbunden, und das Planetenachsgetriebe enthält einen Träger, der durch die Antriebswelle angetrieben wird, und zwei Sonnenräder, die durch den Träger angetrieben werden. Radachsen sind unabhängig voneinander drehfest mit jeweils einem der zwei Sonnenräder verbunden.

Description

  • DURCH BEZUGNAHME HIERIN AUFGENOMMEN
  • Das folgende Dokument gilt hierin durch Bezugnahme als vollständig beschrieben aufgenommen: Die vollständige US-Patentanmeldung Nr. 12/724 635 , eingereicht am 4. Oktober 2017.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft allgemein eine elektrische Achsbaugruppe.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Antriebsachsbaugruppen sind allgemein bekannt und zum Beispiel in den US-Patentschriften 2 018 188, 2 187 843 und der US-Anmeldung 2005/0006967 offenbart. Elektrische Achsbaugruppen, d.h. Antriebsachsbaugruppen, die einen Elektromotor enthalten, der Radachsen entweder direkt oder indirekt antreibt, sind ebenfalls allgemein bekannt. Bekannte Elektromotorkonfigurationen sind in den US-Patentschriften 4 882 524, 7 233 090 und 9 083 226 sowie in der EP-Publikation 3 032 717 offenbart. Bekannte elektrische Achsbaugruppen können für Direktantrieb eingerichtet sein, sodass die Radachsen direkt durch den Elektromotor angetrieben werden. Bei diesen Anordnungen für den Direktantrieb kommt es allerdings bei höheren Drehzahlen zu einem verringerten Wirkungsgrad, da der Elektromotor bei höheren Drehzahlen einen höheren Strom zieht.
  • Planetenachsgetriebe und stufenlose Getriebe sind bekannte Komponenten von Antriebssträngen. Elektrische Achsbaugruppen, die Achsgetriebeeinheiten und/oder variable Getriebe enthalten, sind üblicherweise schwer und voluminös. Diese Anordnungen lassen sich wegen der allgemeinen Forderung, das Gewicht und das von elektrischen Achsbaugruppen in Anspruch genommene Volumen zu verringern, nur schwierig in elektrische Achsbaugruppen einbauen. Andere bekannte elektrische Achsbaugruppen, in die ein stufenloses Getriebe eingebaut ist, benötigen jedoch üblicherweise eine Kupplungseinheit, wodurch sowohl die Komplexität als auch das Gewicht der Gesamtbaugruppe zunehmen.
  • Es wäre wünschenswert, eine kompakte und leistungsfähige elektrische Achsbaugruppe bereitzustellen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Kurz gesagt wird eine elektrische Achsbaugruppe offenbart, die ein Gesamtgehäuse mit einem Elektromotor, einem stufenlosen Getriebe und einem Planetenachsgetriebe enthält, die innerhalb des Gesamtgehäuses angeordnet sind. Der Elektromotor enthält eine Abtriebswelle, und das stufenlose Getriebe ist mit der Abtriebswelle verbunden. Das stufenlose Getriebe enthält eine Antriebswelle, die stufenlos durch die Abtriebswelle angetrieben wird. Die Antriebswelle des stufenlosen Getriebes ist durch Antreiben des Planetenträgers des Planetengetriebes mit dem Planetenachsgetriebe verbunden. Die Planetenräder des Planetenachsgetriebes liegen als Zweiersätze vor und treiben zwei Sonnenräder an, die die Achsen antreiben, die wiederum die Räder und Reifen antreiben. Die elektrische Achsbaugruppe enthält eine erste Radachse und eine zweite Radachse, die unabhängig voneinander drehfest mit jeweils einem der zwei Sonnenräder verbunden sind.
  • Im Folgenden und in den Ansprüchen werden bevorzugte Anordnungen mit einem oder mehreren Merkmalen der Erfindung beschrieben.
  • Figurenliste
  • Die obige Zusammenfassung sowie die folgende detaillierte Beschreibung werden am besten in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verständlich. In der Zeichnung ist:
    • 1 ein schematisches Schaubild einer elektrischen Achsbaugruppe gemäß einer Ausführungsform.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bestimmte in der folgenden Beschreibung verwendete Begriffe werden nur der Zweckmäßigkeit halber verwendet und sollen keine Einschränkung darstellen. Die Begriffe „innen“, „außen“, „innerhalb“ und „außerhalb“ beziehen sich auf Richtungen auf die in den Zeichnungen angegebenen Teile zu und von diesen weg. Bei einer Bezugnahme auf eine Liste von Einheiten, die mit „a, b und/oder c“ benannt werden (wobei a, b und c Einheiten in der Liste bezeichnen), sind jede einzelne Einheit a, b und c oder deren Kombinationen gemeint. Zu den Begriffen gehören die oben ausdrücklich aufgeführten Wörter, deren Ableitungen und Wörter ähnlicher Bedeutung.
  • In 1 ist eine elektrische Achsbaugruppe 10 veranschaulicht. Die elektrische Achsbaugruppe 10 enthält ein Gesamtgehäuse 12. Innerhalb des Gesamtgehäuses 12 werden ein Elektromotor 14, ein stufenloses Getriebe 18 und ein Planetenachsgetriebe 22 bereitgestellt. Auch eine Steuerbaugruppe 40 wird bereitgestellt, die Daten mit der elektrischen Achsbaugruppe 10 austauscht.
  • Der Elektromotor 14 enthält eine Abtriebswelle 16, einen Stator 15a und einen Rotor 15b. Der Rotor 15b ist mit der Abtriebswelle 16 verbunden. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Elektromotor 14 um einen bürstenlosen Induktionsmotor. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Elektromotor 14 um einen integrierten Permanentmagnetmotor. Dem Fachmann ist einsichtig, dass auch alternative Motortypen verwendet werden können, wie sie in den US-Patentschriften 4 882 524, 7 233 090 und 9 083 226 sowie in der EP-Publikation 3 032 717 offenbart sind, die sämtlich durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind, als wären sie vollständig hierin dargelegt. Die elektrische Achsbaugruppe 10 erfordert einen einzelnen Elektromotor 14 und eine einzelne zugehörige Steuereinheit (die im Folgenden ausführlich beschrieben wird) zum Steuern des einzelnen Elektromotors 14, und der einzelne Elektromotor 14 stellt das gesamte erforderliche Drehmoment für einen Achssatz des betreffenden Fahrzeug bereit, das insgesamt eine oder mehrere elektrische Achsen verwenden kann.
  • Das stufenlose Getriebe 18 ist mit der Abtriebswelle 16 des Elektromotors verbunden. Das stufenlose Getriebe 18 enthält eine Antriebswelle 20, die durch die veränderlichen Übersetzungsverhältnisse der beiden Keilriemenscheiben angetrieben wird, die üblicherweise durch einen Keilriemen miteinander verbunden sind, der wiederum durch die Abtriebswelle 16 des Elektromotors 14 angetrieben wird. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem stufenlosen Getriebe 18 um ein Kegelscheibengetriebe, das eine Doppelscheiben-Keilriemen-Baugruppe zum stufenlosen Übertragen eines Drehmoments von der Abtriebswelle 16 zur Antriebswelle 20 enthält. Dem Fachmann ist anhand der vorliegenden Offenbarung einsichtig, dass in der elektrischen Achsbaugruppe 10 auch alternative Typen von stufenlosen Getrieben verwendet werden können. Beispiele von stufenlosen Getrieben sind in der US-Patentanmeldung 2017/0159777 und in den US-Patentschriften 5 521 819, 5 860 888 und 7 217 205 offenbart, die sämtlich durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind, als wären sie hierin vollständig beschrieben. Ein Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes 18 wird durch eine Steuereinheit gesteuert, die im Folgenden ausführlich beschrieben wird. Dem Fachmann ist einsichtig, dass das stufenlose Getriebe 18 auch durch einen beliebigen Typ von Steuersystemen gesteuert werden kann, z.B. durch eine elektrische Steuereinheit, eine mechanische Steuereinheit oder eine hydraulische Steuereinheit usw. Das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes 18 wird verändert, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad des Elektromotors 14 zu erreichen und die Reichweite zu erhöhen.
  • Das Planetenachsgetriebe 22 ist mit der Antriebswelle 20 verbunden. Das Planetenachsgetriebe 22 enthält einen Träger 24, der durch die Antriebswelle 20 angetrieben wird. Das Planetenachsgetriebe 22 enthält einen Zweiersatz Sonnenräder 26, die durch die Planetenradsätze 28 angetrieben werden, die an dem Träger 24 angebracht sind. Das Planetenachsgetriebe 22 enthält Planetenräder 28, die drehfest mit dem Zweiersatz Sonnenräder 26 verbunden sind. Das Planetenachsgetriebe 22 enthält einen Außenring 30, der an dem Gehäuse 12 befestigt ist. Dem Fachmann ist anhand der vorliegenden Offenbarung einsichtig, dass in die elektrische Achsbaugruppe 10 alternative Typen von Planetenachsgetrieben mit verschiedenen Anordnungen von Zahnrädern eingebaut werden können. Beispiele bekannter Planetenachsgetriebe sind in den US-Patentschriften 9 267 592 und 9 638 292 offengelegt, die beide durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind, als wären sie hierin vollständig beschrieben. Die elektrische Achsbaugruppe 10 enthält eine erste Radachse 32a und eine zweite Radachse 332b, und jede der Radachsen 32a, 32b ist mit einem entsprechenden Rad und Reifen verbunden, um ein Drehmoment von dem Elektromotor 14 an die Reifen zu übertragen. Jede der Radachsen 32a, 32b ist unabhängig voneinander drehfest mit jeweils einem der zwei Sonnenräder 25 verbunden. Das Planetenachsgetriebe 22 stellt eine kompakte Achsgetriebeanordnung zum Übertragen von Drehmomenten zwischen (1) dem Elektromotor 14 und dem stufenlosen Getriebe 18 und (2) den Radachsen 32a, 32b bereit.
  • 1 zeigt, dass die elektrische Achsbaugruppe 10 eine Steuerbaugruppe 40 enthält. Die Steuerbaugruppe 40 stellt Eingangssignale zum Steuern von Komponenten innerhalb des Gehäuses 12 bereit. Die Steuerbaugruppe 40 enthält eine erste Steuereinheit 42 zum Steuern des Elektromotors 14 und eine zweite Steuereinheit 44 zum Steuern des stufenlosen Getriebes 18 und eine Stromversorgungseinheit 46 zum Bereitstellen von elektrischem Strom für die erste Steuereinheit 42 und die zweite Steuereinheit 44. Die erste Steuereinheit 40 dient zum Steuern einer Drehzahl und Drehrichtung des Elektromotors 14. Dem Fachmann ist anhand der vorliegenden Offenbarung einsichtig, dass die erste Steuereinheit 40 auch zum Steuern anderer Funktionen des Elektromotors 14 verwendet werden kann. Die zweite Steuereinheit 44 dient zum Steuern eines Übersetzungsverhältnisses des stufenlosen Getriebes 18. Dem Fachmann ist anhand der vorliegenden Offenbarung einsichtig, dass die zweite Steuereinheit 44 auch zum Steuern anderer Funktionen des stufenlosen Getriebes 18 verwendet werden kann. Ein (nicht gezeigter) Abwärts-Spannungsregler kann in der Steuerbaugruppe 40 enthalten sein, um eine geeignete Spannung zum Betreiben der Steuereinheiten 42, 44 bereitzustellen. Alternativ kann ein Abwärts-Spannungsregler in der ersten Steuereinheit 42 enthalten sein. Die zweite Steuereinheit 44 kann durch Programmieren von der ersten Steuereinheit 42 gesteuert werden. Dem Fachmann ist anhand der vorliegenden Offenbarung einsichtig, dass es sich bei der Stromversorgungseinheit 46 um einen Gleichstromakku, einen Kondensator oder eine beliebige andere Art von Stromversorgungseinheit handeln kann.
  • Eine Haupteingabeeinheit 46 dient zum Bereitstellen von Eingabesignalen für die Steuerbaugruppe 40. Gemäß einer Ausführungsform dient die Haupteingabeeinheit 46 zum Empfangen von Eingabesignalen von einer Drosselklappe. 1 zeigt, dass die Steuerbaugruppe 40 eine Zusatzeingabeeinheit 48 enthalten kann, die zum Bereitstellen weiterer Eingabesignale für die Steuerbaugruppe 40 dient. Die Zusatzeingabeeinheit 48 kann so eingerichtet sein, dass sie Eingabesignale von anderen Eingabesystemen des Fahrzeugs empfängt, beispielsweise Tempomat, automatische Notbremsung, Antriebs- und Schlupfregelung usw. Die Haupteingabeeinheit 46 und die Zusatzeingabeeinheit 48 können von einem beliebigen Typ Steuereinheit, Prozessor, Potentiometer oder jeder beliebigen elektronischen Signalisierungseinheit sein, die in der Lage ist, Befehlssignale zum Steuern zugehöriger Komponenten der elektrischen Achsbaugruppe 10 bereitzustellen.
  • Das Gehäuse 12 enthält einen ersten elektrischen Anschluss 50a, der mit der ersten Steuereinheit 42 verbunden ist, und einen zweiten elektrischen Anschluss 50b, der mit der zweiten Steuereinheit 44 verbunden ist. 1 zeigt, dass das Gehäuse 12 eine kompakte Konfiguration bereitstellt, die eine gemeinsame Umschließung für den Elektromotor 14, das stufenlose Getriebe 18 und das Planetenachsgetriebe 22 und gleichzeitig auch elektrische Anschlüsse 50a, 50b für die Steuerbaugruppe 40 bereitstellt. 1 veranschaulicht zwei getrennte elektrische Anschlüsse 50a, 50b, jedoch ist dem Fachmann anhand der vorliegenden Offenbarung einsichtig, dass auch nur ein einziger elektrischer Anschluss bereitgestellt werden kann.
  • Die hierin offenbarten Ausführungsformen stellen ein einziges kompaktes Gehäuse 12 bereit, das (1) die drei Hauptkomponenten (d.h., den Elektromotor 14, das stufenlose Getriebe 18 und das Planetenachsgetriebe 22) der elektrischen Achsbaugruppe 10, (2) elektrische Anschlüsse 50a, 50b zum Bereitstellen von elektrischem Strom und von Steuersignalen für den Elektromotor 14 und das stufenlose Getriebe 18, und (3) Montagelaschen 52 zum Einbauen der elektrischen Achsbaugruppe 10 in ein Fahrzeug aufnimmt. Durch diese Anordnung werden sowohl die Gesamtabmessungen im Vergleich mit bekannten elektrischen Achsbaugruppen verringert als auch eine vereinfachte Einbauanordnung zum Anschließen der Steuerbaugruppe 40 bereitgestellt. Zwar sind in 1 vier Montagelaschen veranschaulicht, jedoch ist dem Fachmann anhand der vorliegenden Offenbarung einsichtig, das eine beliebige Anzahl Montagelaschen 52 bereitgestellt werden kann.
  • Die Steuereinheiten 42, 44 dienen auch zum Regeln der durch den Elektromotor 14 zurückgewonnenen Elektroenergiemenge, die wieder in die Stromversorgungseinheit 46 eingespeist wird. Die durch den Motor zurückgewonnene Elektroenergiemenge kann manuell über die Eingabeeinheiten 46, 48 eingestellt oder entsprechend programmierten Softwaremodi automatisch geregelt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann ein Benutzer die vom Elektromotor 14 abverlangte Energiemenge auswählen, die im Leerlaufmodus oder im Bremsmodus zur Stromversorgungseinheit 46 zurückgeführt wird.
  • Nachdem somit verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden elektrischen Achsbaugruppe im Einzelnen beschrieben worden sind, ist dem Fachmann einsichtig und offensichtlich, dass an der elektrischen Achsbaugruppe viele Änderungen, von denen nur einige wenige in der obigen detaillierten Beschreibung beispielhaft dargelegt wurden, vorgenommen werden können, ohne die darin umgesetzten erfindungsgemäßen Konzeptionen und Grundgedanken zu verändern. Deshalb sind die vorliegenden Ausführungsformen in jeder Hinsicht nicht als Einschränkung, sondern als Veranschaulichung anzusehen, wobei der Schutzumfang der Erfindung weniger durch die vorhergehende Beschreibung als vielmehr durch die beiliegenden Ansprüche festgelegt wird und alle Änderungen mit ähnlicher Bedeutung und ähnlichem Umfang deshalb durch diese erfasst werden.
  • Bezugszeichenliste
  • Elektrische Achsbaugruppe 10
    Gehäuse 12
    Elektromotor 14
    Stator 15a
    Rotor 15b
    Abtriebswelle 16
    Stufenloses Getriebe 18
    Antriebswelle 20
    Planetenachsgetriebe 22
    Träger 24
    Sonnenräder 26
    Planetenräder 28
    Außenring 30
    Radachsen 32a, 32b
    Steuerbaugruppe 40
    Erste Steuereinheit 42
    Zweite Steuereinheit 44
    Stromversorgungseinheit 46
    Haupteingabeeinheit 46
    Zusatzeingabeeinheit 48
    Elektrische Anschlüsse 50a, 50b
    Montagelaschen 52
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • US 9267592 [0013]
    • US 9638292 [0013]

Claims (10)

  1. Elektrische Achsbaugruppe, die umfasst: ein Gehäuse; einen Elektromotor mit einer Abtriebswelle; ein mit der Abtriebswelle verbundenes stufenloses Getriebe, wobei das stufenlose Getriebe eine Antriebswelle enthält, die veränderlich durch die Abtriebswelle angetrieben wird; ein mit der Antriebswelle verbundenes Planetenachsgetriebe, wobei das Planetenachsgetriebe einen Träger, der durch die Antriebswelle angetrieben wird, und zwei Sonnenräder enthält, die durch den Träger angetrieben werden; und eine erste Radachse und eine zweite Radachse, wobei jede der Radachsen unabhängig voneinander drehfest mit jeweils einem der zwei Sonnenräder verbunden ist, wobei der Elektromotor, das stufenlose Getriebe und das Planetenachsgetriebe innerhalb des Gehäuses angeordnet sind.
  2. Elektrische Achsbaugruppe nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine Steuerbaugruppe, die eine erste Steuereinheit zum Steuern des Elektromotors; eine zweite Steuereinheit zum Steuern des stufenlosen Getriebes; und eine Stromversorgungseinheit zum Bereitstellen von elektrischer Energie für die erste Steuereinheit und die zweite Steuereinheit enthält; und eine Haupteingabeeinheit zum Bereitstellen von Eingabesignalen für die Steuerbaugruppe.
  3. Elektrische Achsbaugruppe nach Anspruch 2, die ferner eine Zusatzeingabeeinheit zum Bereitstellen zusätzlicher Eingabesignale für die Steuerbaugruppe umfasst.
  4. Elektrische Achsbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die erste Steuereinheit zum Steuern zum Steuern einer Drehzahl und einer Drehrichtung des Elektromotors dient.
  5. Elektrische Achsbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die zweite Steuereinheit zum Steuern eines Übersetzungsverhältnisses des stufenlosen Getriebes dient.
  6. Elektrische Achsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse einen ersten elektrischen Anschluss, der mit der ersten Steuereinheit verbunden wird, und einen zweiten elektrischen Anschluss enthält, der mit der zweiten Steuereinheit verbunden wird.
  7. Elektrische Achsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das stufenlose Getriebe eine Doppelscheiben-Keilriemen-Baugruppe zum veränderlichen Übertragen eines Drehmoments von der Abtriebswelle zur Antriebswelle enthält.
  8. Elektrische Achsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Elektromotor um einen bürstenlosen Motor handelt.
  9. Elektrische Achsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Planetenachsgetriebe einen Außenring, der an dem Gehäuse befestigt ist, und das Gehäuse Montagelaschen enthält.
  10. Elektrische Achsbaugruppe, die umfasst: ein Gehäuse; einen Elektromotor, der eine Abtriebswelle enthält; ein mit der Abtriebswelle verbundenes stufenloses Getriebe, wobei das stufenlose Getriebe eine Antriebswelle enthält, die durch die Abtriebswelle veränderlich angetrieben wird; ein mit der Antriebswelle verbundenes Planetenachsgetriebe, wobei das Planetenachsgetriebe einen Träger, der durch die Antriebswelle angetrieben wird, und zwei Sonnenräder enthält, die durch den Träger angetrieben werden; eine erste Radachse und eine zweite Radachse, wobei jede der Radachsen unabhängig voneinander drehfest mit jeweils einem der zwei Sonnenräder verbunden ist, wobei der Elektromotor, das stufenlose Getriebe und das Planetenachsgetriebe innerhalb des Gehäuses angeordnet sind; eine Steuerbaugruppe, die eine erste Steuereinheit zum Steuern des Elektromotors, eine zweite Steuereinheit zum Steuern des stufenlosen Getriebes und eine Stromversorgungseinheit zum Bereitstellen von elektrischer Energie für die erste Steuereinheit und die zweite Steuereinheit enthält; und eine Haupteingabeeinheit zum Bereitstellen von Eingabesignalen für die Steuerbaugruppe.
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