WO2012123173A2 - Antriebsvorrichtung zum antreiben eines rades einer verbundlenkerachse für ein elektrisch antreibbares fahrzeug - Google Patents

Antriebsvorrichtung zum antreiben eines rades einer verbundlenkerachse für ein elektrisch antreibbares fahrzeug Download PDF

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    • B60K2007/0092—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor axle being coaxial to the wheel axle

Definitions

  • the present invention relates to a drive device for driving a wheel of a torsion beam axle for an electrically driven vehicle according to the preamble of patent claim 1.
  • the arrangement of the drive train in electrically driven vehicles corresponds to the arrangement of the drive train in vehicles having a central drive, comprising an internal combustion engine.
  • a drive device comprising an electric machine, a transmission and a differential is fixed to the body in the center of the vehicle between the front or rear wheels arranged; The output torque is transmitted via side shafts to the driven wheels as in conventional central drives.
  • the suspension concept remains largely intact, with only modifications of the unit mounting and the subframe are required.
  • the battery housing represents a significant intervention in the vehicle structure. It is known, the battery in the subsoil, for example, under the rear seat or in the area taken in central drives with an internal combustion engine from the transmission tunnel was to integrate.
  • a torsion beam axle can generally be understood as meaning in general an axle which has at least one trailing arm per wheel.
  • these may be a torsion beam axle, a trailing arm axle and / or a trailing arm axle.
  • Radnahe electrical drives are also known in the prior art, which are understood by close to the wheel drives in further drives, which provide one or more electric motors per drive wheel of the vehicle.
  • vehicles with two or more drive wheels are known, which have a corresponding number of drives, so two or more. In each case, an electric motor can act on exactly one drive wheel.
  • Under Radnahen drives but drives can be understood that are arranged handlebar-resistant and / or wheel.
  • the electric drives can be arranged Radmonfest;
  • the electric drive springs directly with the respective wheel and the unsprung mass is directly influenced by the drive.
  • the electric drives can be arranged handlebar fixed, in which case they are attached to the suspension arms, for example, the composite beam.
  • This design reduces the unsprung mass by locating the electric drives close to the most advanced linkage point.
  • a driven vehicle axle designed as a torsion beam axle is known, in which an electric motor is provided for each wheel of the axle, which is arranged with the axis of rotation in the vehicle longitudinal direction, wherein its housing forms part of the longitudinal arm of the torsion beam axle ,
  • Near-wheel drives may be provided on four-wheel, front-wheel or rear-wheel drive vehicles, the axle types of the powered vehicle axles being conventional axle types, e.g. Strut or double wishbone axle types. Furthermore, wheel-near drives can be integrated into wheel-integrated running gears.
  • the near-wheel electric drives can have a transmission.
  • a drive device for driving the wheel which can be integrated into a vehicle wheel which has an electric motor and two planetary gears connected in series, which are arranged axially between the electric motor and the wheel.
  • the use of radnahen electrical drives for driving a wheel of a driven axle results in the vehicle body in a high flexibility, since the elimination of the central drive in the vehicle center new degrees of freedom in the vehicle design, especially in the design of the vehicle interior, the battery housing and crash safety.
  • wheel-specific drive torques can be generated by radnahe electrical drives, which functions such as torque vectoring, ESP, ABS, ASR, etc. can be easily implemented. Due to the fast and more accurate controllability of electric drives, these can Functions are optimized compared to conventional brake-based control systems.
  • the present invention has for its object to provide a drive device for driving a wheel of a torsion beam axle for an electrically driven vehicle.
  • a drive device for driving a wheel of a torsion beam axle for an electrically driven vehicle comprising an electric machine and a viewed in the direction of power flow in traction on the output side of the electric machine switched gear, the housing of the electric machine or the housing of the transmission directly to the trailing arm bolted to the torsion beam axle, integrated as a multi-part welding component in the trailing arm or executed in one piece with the trailing arm.
  • the electric machine can be made high-revving, the transmission having a high gear ratio, resulting in a high power / weight ratio (kW / kg) of the drive device and a small size of the electric machine.
  • a translation is understood here as the ratio of the rotational speed of the output shaft of the transmission to the rotational speed of the drive shaft of the transmission.
  • a high ratio is understood to mean a ratio of greater than 1:10, preferably 1:10 to 1:20, particularly preferably 1:14 to 1:18, in particular 1:16.
  • a high-speed machine is understood to mean a machine which has a maximum rotor rotational speed of more than 15,000 revolutions per minute, preferably between 19,000 and 25,000 revolutions per minute.
  • the electric machine and the transmission may have a common housing.
  • connection of the caliper and / or the damper and / or the spring are integrated into the housing of the transmission or in the housing of the electric machine of the drive device, wherein the connecting screws for fixing the caliper at the same time housing screws for fixing the Drive device on the trailing arm of the axis can represent.
  • the arrangement of the electric machine and the transmission is such that in the predominant operating position of the vehicle, the lubricant automatically flows back under the action of gravity from the electric machine in the oil sump in the gear compartment, for which purpose the housing of the electric machine is designed such that a sufficient lubrication of the bearings of the rotor shaft is ensured.
  • the gearbox connected on the output side of the electric machine preferably comprises two planetary gearboxes connected in series.
  • the two planetary gear is a large translation allows, the dimensions and weight of the electric machine and thus the unsprung mass can be kept low;
  • the obtainable by the two planetary gear ratio can assume a value that is greater than 10.
  • the distribution of the achievable translation on the two planetary gear can be done symmetrically or asymmetrically.
  • the combination of a low drive torque with a high speed utilization in total in conjunction with the high-ratio transmission of the drive device results in a high power / weight ratio (kW / kg).
  • the electrical machine can thereby be dimensioned small, which allows or simplifies the integration of the electric machine in the trailing arm.
  • the considered in the power flow direction in the train operation on the drive side of the e- lectric machine switched gear can also be designed as a planetary gear, spur gear or as a combination of a planetary gear with a spur gear or with a bevel gear.
  • Figure 1 A schematic plan view of a state of the
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a first embodiment of a drive device according to the invention for an electrically drivable vehicle
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a second embodiment of a drive device according to the invention for an electrically drivable vehicle
  • Figure 4 is a schematic perspective view of an embodiment of a drive device according to the invention for illustrating the connection of the damper in the housing of the electric machine and the attachment of the housing of the electric machine to the trailing arm for an electrically driven vehicle;
  • Figure 5 A schematic plan view of an embodiment of a drive device according to the invention for illustrating the connection of the damper in the housing of e-lektrischen machine and the attachment of the housing of the electric machine to the trailing arm for an electrically driven vehicle.
  • a prior art compound link rear axle 1 constructed according to the prior art comprises two trailing links 2, 3, which are interconnected by a transverse section 4.
  • the torsion beam rear axle 1 is screwed by two rubber bearings 5, 6 with the body of the vehicle.
  • the wheels of the torsion beam rear axle 1 are provided in the figure with the reference numerals 7 and 8 respectively. Further, in the attached Figure 1 with 9 a damper and 10 a spring of the axis 1 are designated.
  • a drive device 1 1 is provided for driving a wheel 7 of a torsion beam axle 1 of an electrically driven vehicle, which connects an electric machine 12 and two connected in series in the power flow direction in traction on the output side of the electric machine 12
  • Planetary gear 13, 14 includes.
  • the first and the second planetary gear 13, 14 are arranged in the example shown on the wheel 7 side facing the electric machine 12.
  • the rotor of the electric machine 12 via a sun gear shaft 23 rotatably connected to the sun gear 17 of the first planetary gear 13, wherein the web 18 of the first planetary gear 13 is rotatably connected via a further sun gear 27 with the sun gear 19 of the second planetary gear 14 and wherein the output of the drive device 1 1 via the web 20 of the second planetary gear 14 and a non-rotatably connected to the web 20 shaft 24 takes place, which is rotatably connected to the wheel hub 15.
  • the ring gear 21 of the first planetary gear 13 and the ring gear 22 of the second planetary gear 14 are arranged fixed to the housing; they may be coupled to the housing 16 of the planetary gear 13, 14 of the drive device 1 1 or be integral with the housing 16.
  • the ring gear 21 of the first planetary gear 13 and the ring gear 22 of the second planetary gear 14 may also be pressed into the housing 16.
  • a radial shoulder may be provided to compensate for the difference in diameter between the housing 16 and the ring gear. Due to the design of a ring gear as einpressbarer in a cylindrical housing Hohlrad- ring can be selected depending on the load of the material, which may result in a reduction of the weight.
  • the rotor of the electric machine 12 may be integral with the sun gear 23 of the first planetary gear 13; Furthermore, the sun gear 27 of the second planetary gear 14 may be integrally formed with the web 18 of the first planetary gear 13.
  • the teeth are preferably helical teeth, wherein the connection between the web 18 of the first planetary gear 13 and the sun gear 19 of the second planetary gear 14 is axially and radially supported by rolling bearings, plain bearings or thrust washers.
  • the helix angle of the sun gear 17 of the first planetary gear 13 is opposite to the helix angle of the sun gear 19 of the second planetary gear 14.
  • the directions of the helix angles of the sun gear 17 of the first planetary gear 13 and the sun gear 19 of the second planetary gear 14 are to be selected in an advantageous manner so the loads on the bearings of the drive device 1 1, in particular on the bearings of the shaft 23, via which the rotor is connected to the sun gear 17 of the first planetary gear 13, are minimized.
  • the friction losses are minimized and it is possible a smaller dimensioning of the bearings.
  • the storage of the sun gear 23 of the first planetary gear 13 coincides with the bearing of the rotor of the electric machine 12, so that the need for separate storage is eliminated, the sun gear 17 of the first planetary gear 13 facing away from the bearing of the rotor of the electric machine 12 preferably by a spring element can be axially biased.
  • the storage of connected to the web 20 of the second planetary gear 14 shaft 24, ie the output of the drive device 1 1, formed by the wheel bearing of the wheel 7, which as a bearing of conventional design, for example, as a double-row roller bearing or bearing as two Einzelschrägrollenlager with a pressure angle between 15 ° and 60 ° can be executed.
  • the number of bearings of the drive device can be reduced in an advantageous manner.
  • connection of the connected to the web 20 of the second planetary gear 14 shaft 24 with the hub 15 can be done by means of a plug-in spline connection or a polygonal profile;
  • the drive device 1 1 opposite end of the non-rotatably connected to the web 20 of the second planetary gear 14 shaft 24, the wheel hub 15 represent itself, whereby the assembly and manufacturing costs are reduced.
  • the electric machine 12 can be used as a hollow shaft motor, i. be designed as an electric machine with a rotor designed as a hollow shaft, wherein the first and the second planetary gear 13,
  • a first bearing is formed by the wheel bearing of the wheel 7, as already explained
  • the web 20 of the second planetary gear 14 rotatably connected shaft 24 which is preferably arranged on a journal of the shaft 24.
  • the electric machine 12 of the drive device 1 1 can be designed as an asynchronous machine, as a foreign-excited or permanent magnet synchronous machine or as a cross-field machine, which offers a high degree of flexibility.
  • the housing 26 of the electric machine 12 or the housing 16 of the planetary gear 13, 14 serve as a wheel or as part of the wheel carrier.
  • the housing 26 of the electric machine 12 or the housing 16 of the planetary gear 13, 14 may be integrated, for example, as a multi-part welding component in the trailing arm 2 or executed in one piece with the trailing arm 2.
  • the electric machine 12 can be inserted into the trailing arm 2 like a cartridge.
  • connection of the caliper (in the case of a disc brake) and / or the damper 9 and / or the spring 10 in the housing 16 of the planetary gear 13, 14 (preferably in an embodiment of Figure 3) or in the housing 26 of the electric machine 12 (preferably in an embodiment of Figure 2) of the drive device 1 1 integrated, the connecting screws for fixing the caliper can simultaneously represent housing screws for mounting the drive device 1 1 on the trailing arm 2 of the axle.
  • a very compact design of the drive device can be realized with a low unsprung mass and high power / weight ratio (kW / kg).
  • the drive device presented here can also be combined with any axle types, for example, with a central link, Sword-arm, or trapezoidal link axle.
  • the drive device has a low number of bearings and good accessibility, and it can be integrated into the axle with little modification of an existing vehicle axle.
  • the trailing arm has to be replaced by a modified part.
  • the braking device of the wheels may be designed as a disc brake or drum brake; the drive device may be air-cooled or fluid-cooled, wherein the electric machine, the planetary gear transmission and the power electronics can have a common cooling.
  • the power electronics can also be arranged radtragerfest or motor fixed.

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Abstract

Es wird eine Antriebsvorrichtung (11) zum Antreiben eines Rades (7) einer Verbundlenkerachse (1) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug vorgeschlagen, umfassend eine elektrische Maschine (12) und ein in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der elektrischen Maschine (12) geschaltetes Getriebe (13, 14), wobei das Gehäuse (26) der elektrischen Maschine (12) oder das Gehäuse (16) des Getriebes (13, 14) direkt mit dem Längslenker (2) der Fahrzeugachse verschraubt oder als mehrteiliges Schweißbauteil in den Längslenker (2) integriert sind.

Description

Antriebsvorrichtunq zum Antreiben eines Rades einer Verbundlenkerachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Rades einer Verbundlenkerachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
In der Regel entspricht die Anordnung des Antriebsstrangs bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen der Anordnung des Antriebsstrangs bei Fahrzeugen, welche einen Zentralantrieb, umfassend einen Verbrennungsmotor, aufweisen. Hierbei wird eine Antriebsvorrichtung, umfassend eine elektrische Maschine, ein Getriebe und ein Differenzial karosseriefest in der Fahrzeugmitte zwischen den Vorder- oder Hinterrädern angeordnet; das Abtriebsmoment wird wie bei konventionellen Zentralantrieben über Seitenwellen auf die angetriebenen Räder übertragen. Bei einer derartigen Anordnung des Antriebsstrangs bleibt das Fahrwerkkonzept weitestgehend erhalten, wobei lediglich Modifikationen der Aggregatelagerung und des Hilfsrahmens erforderlich sind.
Bei elektrisch angetriebenen bzw. antreibbaren Fahrzeugen, umfassend einen Zentralantrieb, stellt die Batterieunterbringung einen erheblichen Eingriff in die Fahrzeugstruktur dar. Hierbei ist bekannt, die Batterie in den Unterboden, beispielsweise unter der Rücksitzbank oder im Bereich, der bei Zentralantrieben mit einem Verbrennungsmotor vom Getriebetunnel eingenommen wurde, zu integrieren.
Unter einer Verbundlenkerachse kann im Weiteren allgemein eine Achse verstanden werden, welche zumindest einen Längslenker pro Rad aufweist. Insbesondere können dies eine Verbundlenkerachse, eine Schräglenkerachse und/oder eine Längslenkerachse sein. Auch sind im Stand der Technik radnahe elektrische Antriebe bekannt, wobei unter radnahen Antrieben im weiteren Antriebe verstanden werden, welche pro Antriebsrad des Fahrzeugs ein oder mehrere Elektromotoren vorsehen. So sind Fahrzeuge mit zwei oder mehreren Antriebsrädern bekannt, die eine entsprechende Anzahl an Antrieben, also zwei oder mehrere, aufweisen. Dabei kann jeweils ein Elektromotor auf genau ein Antriebsrad wirken.
Unter radnahen Antrieben können aber auch Antriebe verstanden werden, die lenkerfest und/oder radfest angeordnet sind.
Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik radnahe elektrische Antriebe zum Antreiben eines Rades einer angetriebenen Achse für elektrisch antreibbare Fahrzeuge bekannt, die in das Fahrwerk des Fahrzeugs integriert sind, wobei in Anhängigkeit von der Anzahl der angetriebenen Fahrzeugachsen beispielsweise zwei oder vier elektrische Antriebe vorgesehen sind.
Hierbei können die elektrischen Antriebe radträgerfest angeordnet sein; in diesem Fall federt der elektrische Antrieb ummittelbar mit dem jeweiligen Rad mit und die ungefederte Masse wird durch den Antrieb direkt beeinflusst.
Eine weitere Möglichkeit der Anordnung der radnahen elektrischen Antriebe besteht darin, diese aufbaufest anzuordnen. Hierbei rücken die elektrischen Antriebe aus der Fahrzeugmitte heraus hin zu den Rädern.
Ferner können die elektrischen Antriebe lenkerfest angeordnet sein, wobei sie in diesem Fall an den Fahrwerkslenkern, beispielsweise am Verbundlenker befestigt sind. Durch diese Konzeption wird die ungefederte Masse reduziert, indem die elektrischen Antriebe nahe am aufbaufesten Lenkeranbin- dungspunkt angeordnet werden. Aus der DE 10 2007 039 059 A1 der Anmelderin ist eine als Verbundlenkerachse ausgeführte angetriebene Fahrzeugachse bekannt, bei der für jedes Rad der Achse ein Elektromotor vorgesehen ist, welcher mit der Drehachse in Fahrzeuglängsrichtung angeordnet ist, wobei dessen Gehäuse einen Teil der Längsschwinge der Verbundlenkerachse darstellt.
Radnahe Antriebe können bei Fahrzeugen mit Allrad-, Front-, oder Heckantrieb vorgesehen sein, wobei die Achstypen der angetriebenen Fahrzeugachsen konventionelle Achstypen, wie z.B. Federbein- oder Doppelquer- lenkerachstypen sein können. Ferner können radnahe Antriebe in radintegrierte Fahrwerke integriert sein.
Des Weiteren können die radnahen elektrischen Antriebe ein Getriebe aufweisen.
Aus der EP 1 961 602 A1 ist eine in ein Fahrzeugrad integrierbare Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Rades bekannt, welche einen Elektromotor und zwei in Reihe geschaltete Planetengetriebe aufweist, die axial betrachtet zwischen dem Elektromotor und dem Rad angeordnet sind.
In vorteilhafter Weise resultiert die Verwendung von radnahen elektrischen Antrieben zum Antreiben eines Rades einer angetriebenen Achse beim Fahrzeugaufbau in einer hohen Flexibilität, da sich durch den Entfall des zentralen Antriebs in der Fahrzeugmitte neue Freiheitsgrade bei der Fahrzeuggestaltung, insbesondere bei der Gestaltung des Fahrzeuginnenraums, der Batterieunterbringung und der Crash-Sicherheit ergeben.
Zudem können durch radnahe elektrische Antriebe radindividuelle Antriebsmomente erzeugt werden, wodurch Funktionen wie Torque Vectoring, ESP, ABS, ASR etc. auf einfache Weise realisiert werden können. Durch die schnelle und genauere Regelbarkeit von elektrischen Antrieben können diese Funktionen im Vergleich zu herkömmlichen bremsenbasierten Regelsystemen optimiert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Rades einer Verbundlenkerachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Rades einer Verbundlenkerachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug vorgeschlagen, umfassend eine elektrische Maschine und ein in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der elektrischen Maschine geschaltetes Getriebe, wobei das Gehäuse der elektrischen Maschine oder das Gehäuse des Getriebes direkt mit dem Längslenker der Verbundlenkerachse verschraubt, als mehrteiliges Schweißbauteil in den Längslenker integriert oder mit dem Längslenker einteilig ausgeführt sind. Die elektrische Maschine kann hochdrehend ausgeführt sein, wobei das Getriebe eine hohe Übersetzung aufweist, so dass sich ein hohes Leistungs-/Gewichtsverhältnis (kW/kg) der Antriebsvorrichtung und eine kleine Dimensionierung der elektrischen Maschine ergeben.
Unter einer Übersetzung wird hier das Verhältnis der Umdrehungsgeschwindigkeit der Abtriebswelle des Getriebes zur Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes verstanden.
Unter einer hohen Übersetzung wird dabei ein Verhältnis größer 1 :10, bevorzugt 1 :10 bis 1 : 20, besonders bevorzugt 1 :14 bis 1 :18, insbesondere 1 : 16 verstanden. Unter einer hochdrehenden Maschine wird eine Maschine verstanden, die eine maximale Rotordrehgeschwindigkeit von mehr als 15000 Umdrehungen pro Minute, bevorzugt zwischen 19 000 und 25 000 Umdrehungen pro Minute aufweist.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung können die elektrische Maschine und das Getriebe ein gemeinsames Gehäuse aufweisen.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung sind die Anbindung des Bremssattels und/oder des Dämpfers und/oder der Feder in das Gehäuse des Getriebes oder in das Gehäuse der elektrischen Maschine der Antriebsvorrichtung integriert, wobei die Verbindungsschrauben zur Fixierung des Bremssattels gleichzeitig Gehäuseschrauben für die Befestigung der Antriebsvorrichtung am Längslenker der Achse darstellen können.
Auf diese Weise wird eine kompakte Bauweise erzielt und es entfällt die Notwendigkeit separater Bauteile, was in einer Reduzierung der Kosten resultiert.
Vorzugsweise ist die Anordnung der elektrischen Maschine und des Getriebes derart, dass in der überwiegenden Betriebslage des Fahrzeugs der Schmierstoff selbsttätig unter Einwirkung der Schwerkraft aus der elektrischen Maschine in den Ölsumpf im Getrieberaum zurückfließt, wobei zu diesem Zweck das Gehäuse der elektrischen Maschine derart ausgestaltet ist, dass eine ausreichende Schmierung der Lager der Rotorwelle gewährleistet ist. Dies resultiert in dem Vorteil, dass die Notwendigkeit des Vorsehens berührender oder nicht berührender Dichtungen, insbesondere bei schnelldrehenden Wellen der Antriebsvorrichtung entfällt, wodurch Schmierstoffverluste und Wärmeentwicklung reduziert werden. Vorzugsweise umfasst das abtriebsseitig der elektrischen Maschine geschaltete Getriebe zwei in Reihe geschaltete Planetengetriebe.
Durch die zwei Planetengetriebe wird eine große Übersetzung ermöglicht, wobei die Abmessungen sowie das Gewicht der elektrischen Maschine und somit die ungefederte Masse gering gehalten werden können; beispielsweise kann die durch die zwei Planetengetriebe erzielbare Übersetzung einen Wert annehmen, der größer als 10 ist. Hierbei kann die Aufteilung der erzielbaren Übersetzung auf die zwei Planetengetriebe symmetrisch oder asymmetrisch erfolgen.
In vorteilhafter Weise ergibt die Kombination eines niedrigen Antriebsmomentes mit einer hohen Drehzahlausnutzung in Summe in Verbindung mit dem hochübersetzenden Getriebe der Antriebsvorrichtung ein hohes Leistungs- /Gewichtsverhältnis (kW/kg). Die elektrische Maschine kann dadurch klein dimensioniert sein, was die Integration der elektrischen Maschine in den Längslenker ermöglicht bzw. vereinfacht.
Das in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der e- lektrischen Maschine geschaltete Getriebe kann ferner auch als Planetengetriebe, Stirnradgetriebe oder als Kombination eines Planetengetriebes mit einem Stirnradgetriebe oder mit einem Kegelradgetriebe ausgeführt sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren für den Fall einer Verbundlenker-Hinterachse beispielhaft näher erläutert, wobei für gleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigen:
Figur 1 : Eine schematische Draufsicht einer nach dem Stand der
Technik ausgeführten Verbundlenker-Hinterachse; Figur 2: Eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug;
Figur 3: Eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug;
Figur 4: Eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung zur Veranschaulichung der Anbindung des Dämpfers in das Gehäuse der elektrischen Maschine sowie der Befestigung des Gehäuses der elektrischen Maschine am Längslenker für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug; und
Figur 5: Eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung zur Veranschaulichung der Anbindung des Dämpfers in das Gehäuse der e- lektrischen Maschine sowie der Befestigung des Gehäuses der elektrischen Maschine am Längslenker für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug.
Die Erfindung wird anhand einer Verbundlenker-Hinterachse erläutert, da dies das meist verbreitete Hinterachskonzept darstellt. Bezugnehmend auf Figur 1 umfasst eine nach dem Stand der Technik ausgeführte Verbundlenker- Hinterachse 1 zwei Längslenker 2, 3, welche durch ein Querprofil 4 miteinander verbunden sind.
Die Verbundlenker-Hinterachse 1 ist durch zwei Gummilager 5, 6 mit der Karosserie des Fahrzeugs verschraubt. Die Räder der Verbundlenker- Hinterachse 1 sind in der Figur mit den Bezugszeichen 7 bzw. 8 versehen. Ferner sind in der beigefügten Figur 1 mit 9 ein Dämpfer und mit 10 eine Feder der Achse 1 bezeichnet.
Bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist eine Antriebsvorrichtung 1 1 zum Antreiben eines Rades 7 einer Verbundlenkerachse 1 eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs vorgesehen, welche eine elektrische Maschine 12 und zwei in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebs- seitig der elektrischen Maschine 12 in Reihe geschaltete Planetengetriebe 13, 14 umfasst. Das erste und das zweite Planetengetriebe 13, 14 sind bei dem gezeigten Beispiel an der dem Rad 7 zugewandten Seite der elektrischen Maschine 12 angeordnet.
Hierbei ist der Rotor der elektrischen Maschine 12 über eine Sonnen- radwelle 23 mit dem Sonnenrad 17 des ersten Planetengetriebes 13 drehfest verbunden, wobei der Steg 18 des ersten Planetengetriebes 13 über eine weitere Sonnenradwelle 27 mit dem Sonnenrad 19 des zweiten Planetengetriebes 14 drehfest verbunden ist und wobei der Abtrieb der Antriebsvorrichtung 1 1 über den Steg 20 des zweiten Planetengetriebes 14 und eine mit dem Steg 20 drehfest verbundene Welle 24 erfolgt, die mit der Radnabe 15 drehfest verbunden ist.
Des Weiteren sind das Hohlrad 21 des ersten Planetengetriebes 13 und das Hohlrad 22 des zweiten Planetengetriebes 14 gehäusefest angeordnet; sie können an das Gehäuse 16 der Planetengetriebe 13, 14 der Antriebsvorrichtung 1 1 gekoppelt oder einstückig mit dem Gehäuse 16 ausgeführt sein. Das Hohlrad 21 des ersten Planetengetriebes 13 und das Hohlrad 22 des zweiten Planetengetriebes 14 können auch in das Gehäuse 16 eingepresst sein. Für den Fall, dass ein Hohlrad einstückig mit dem Gehäuse 16 ausgeführt ist, kann ein radialer Absatz vorgesehen sein, um den Durchmesserunterschied zwischen dem Gehäuse 16 und dem Hohlrad auszugleichen. Durch die Ausgestaltung eines Hohlrades als in ein zylindrisches Gehäuse einpressbarer Hohlrad- ring kann in Abhängigkeit der Belastung der Werkstoff gewählt werden, wobei dies in einer Reduzierung des Gewichts resultieren kann.
Im Rahmen einer Weiterbildung kann der Rotor der elektrischen Maschine 12 einstückig mit der Sonnenradwelle 23 des ersten Planetengetriebes 13 ausgeführt sein; ferner kann die Sonnenradwelle 27 des zweiten Planetengetriebes 14 mit dem Steg 18 des ersten Planetengetriebes 13 einstückig ausgeführt sein.
Die Verzahnungen sind vorzugsweise schrägverzahnt ausgeführt, wobei die Verbindung zwischen dem Steg 18 des ersten Planetengetriebes 13 und dem Sonnenrad 19 des zweiten Planetengetriebes 14 axial und radial durch Wälzlager, Gleitlager oder Anlaufscheiben abgestützt wird.
Hierbei ist der Schrägungswinkel des Sonnenrades 17 des ersten Planetengetriebes 13 entgegengesetzt zum Schrägungswinkel des Sonnenrades 19 des zweiten Planetengetriebes 14. Zudem sind in vorteilhafter Weise die Richtungen der Schrägungswinkel des Sonnenrades 17 des ersten Planetengetriebes 13 und des Sonnenrades 19 des zweiten Planetengetriebes 14 so zu wählen, dass die Belastungen auf die Lager der Antriebsvorrichtung 1 1 , insbesondere auf die Lager der Welle 23, über die der Rotor mit dem Sonnenrad 17 des ersten Planetengetriebes 13 verbunden ist, minimiert werden. Dadurch werden die Reibungsverluste minimiert und es wird eine kleinere Dimensionierung der Lager ermöglicht.
Die Lagerung der Sonnenradwelle 23 des ersten Planetengetriebes 13 fällt mit der Lagerung des Rotors der elektrischen Maschine 12 zusammen, so dass die Notwendigkeit separater Lager entfällt, wobei die dem Sonnenrad 17 des ersten Planetengetriebes 13 abgewandte Lagerung des Rotors der elektrischen Maschine 12 vorzugsweise durch ein Federelement axial vorgespannt sein kann. Ferner wird die Lagerung der mit dem Steg 20 des zweiten Planetengetriebes 14 verbundenen Welle 24, d.h. des Abtriebs der Antriebsvorrichtung 1 1 , durch das Radlager des Rades 7 gebildet, welches als Lager üblicher Bauart, beispielsweise als zweireihiges Rollenlager oder als Lager umfassend zwei Einzelschrägrollenlager mit einem Druckwinkel zwischen 15° und 60 ° ausgeführt sein kann. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Lageranzahl der Antriebsvorrichtung reduziert werden.
Die Verbindung der mit dem Steg 20 des zweiten Planetengetriebes 14 verbundenen Welle 24 mit der Radnabe 15 kann mittels einer steckbaren Keilwellenverbindung oder eines Polygonprofils erfolgen; alternativ dazu kann das der Antriebsvorrichtung 1 1 abgewandte Ende der mit dem Steg 20 des zweiten Planetengetriebes 14 drehfest verbundenen Welle 24 die Radnabe 15 selbst darstellen, wodurch die Montage- und Herstellungskosten reduziert werden.
Bezugnehmend auf Figur 3, kann die elektrische Maschine 12 als Hohlwellenmotor, d.h. als elektrische Maschine mit einem als Hohlwelle ausgeführten Rotor ausgeführt sein, wobei das erste und das zweite Planetengetriebe 13,
14 an der dem Rad 7 abgewandten Seite der elektrischen Maschine 12 angeordnet sind und die Abtriebswelle der Antriebsvorrichtung 1 1 , die durch eine mit dem Steg 20 des zweiten Planetengetriebes 14 drehfest verbundene Welle 24 gebildet ist, durch den Hohlraum des Rotors 25 der elektrischen Maschine 12 zum Rad 7 geführt wird, wo sie beispielsweise über vorzugsweise ein konventionelles Keilwellenprofil mit der Radnabe 15 verbunden wird oder die Radnabe
15 selbst darstellt, wie bereits erläutert.
Hierbei ist an dem der elektrischen Maschine 12 abgewandten Ende der Antriebsvorrichtung 1 1 eine weitere Lagerung (eine erste Lagerung wird durch das Radlager des Rades 7 gebildet, wie bereits erläutert) der mit dem Steg 20 des zweiten Planetengetriebes 14 drehfest verbundenen Welle 24 vorgesehen, die vorzugsweise auf einem Zapfen der Welle 24 angeordnet ist. Durch die Vertauschung der Anordnung der elektrischen Maschine 12 und des ersten und des zweiten Planetengetriebes 13, 14 im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 wird der Vorteil erzielt, dass im Bereich des Karosserielängsträgers Bauraum zur Verfügung gestellt wird, der beim Einfe- dern genutzt wird, da das Gehäuse des ersten und des zweiten Planetengetriebes 13, 14 mit kleinerem Außendurchmesser ausführbar ist als das Gehäuse der elektrischen Maschine 12.
Die elektrische Maschine 12 der Antriebsvorrichtung 1 1 kann als Asynchronmaschine, als fremderregt- oder permanentmagneterregte Synchronmaschine oder als Querfeldmaschine ausgeführt werden, was eine hohe Flexibilität bietet.
In vorteilhafter Weise kann das Gehäuse 26 der elektrischen Maschine 12 oder das Gehäuse 16 der Planetengetriebe 13, 14 als Radträger oder als Teil des Radträgers dienen.
Erfindungsgemäß ist, insbesondere für den Fall einer Ausführung gemäß Figur 2, das Gehäuse 26 der elektrischen Maschine 1 2 oder insbesondere für den Fall einer Ausführung gemäß Figur 3 das Gehäuse 16 der Planetengetriebe 13, 14 direkt mit dem Längslenker 2 der Verbundlenkerachse 1 verbunden, vorzugsweise verschraubt. Alternativ kann das Gehäuse 26 der elektrischen Maschine 12 bzw. das Gehäuse 16 der Planetengetriebe 13, 14 beispielsweise als mehrteiliges Schweißbauteil in den Längslenker 2 integriert werden oder mit dem Längslenker 2 einteilig ausgeführt sein. Ferner kann die elektrische Maschine 12 wie eine Patrone in den Längslenker 2 eingefügt werden.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung sind die Anbindung des Bremssattels (für den Fall einer Scheibenbremse) und/oder des Dämpfers 9 und/oder der Feder 10 in das Gehäuse 16 der Planetengetriebe 13, 14 (vorzugsweise bei einer Ausführung gemäß Figur 3) oder in das Gehäuse 26 der elektrischen Maschine 12 (vorzugsweise bei einer Ausführung gemäß Figur 2) der Antriebsvorrichtung 1 1 integriert, wobei die Verbindungsschrauben zur Fixierung des Bremssattels gleichzeitig Gehäuseschrauben für die Befestigung der Antriebsvorrichtung 1 1 am Längslenker 2 der Achse darstellen können.
Auf diese Weise wird eine kompakte Bauweise erzielt und es entfällt die Notwendigkeit separater Bauteile, was in einer Reduzierung der Kosten resultiert.
In Figuren 4 und 5 wird beispielhaft die Integration der Anbindung des Dämpfers 9 in das Gehäuse 26 der elektrischen Maschine 12 sowie die direkte Befestigung des Gehäuses 26 der elektrischen Maschine 12 am Längslenker 2 mittels Verbindungsschrauben 28 veranschaulicht.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption kann bei einer geringen ungefederten Masse und hohem Leistungs-/Gewichtsverhältnis (kW/kg) eine sehr kompakte Bauweise der Antriebsvorrichtung realisiert werden.
Die hier vorgestellte Antriebsvorrichtung kann auch mit beliebigen Achstypen, beispielsweise mit einer Zentrallenker-, Schwertlenker-, oder Trapezlenkerachse kombiniert werden.
Des Weiteren weist die Antriebsvorrichtung eine geringe Lageranzahl und eine gute Zugänglichkeit auf, wobei sie mit geringer Modifikation einer bestehenden Fahrzeugachse in die Achse integriert werden kann. Beispielsweise muss für den Fall einer Verbundlenkerachse lediglich der Längslenker durch ein modifiziertes Teil ersetzt werden.
Ferner kann die Bremsvorrichtung der Räder als Scheibenbremse oder Trommelbremse ausgeführt sein; die Antriebsvorrichtung kann luftgekühlt oder fluidgekühlt ausgeführt sein, wobei die elektrische Maschine, die Planetenge- triebe und die Leistungselektronik eine gemeinsame Kühlung aufweisen können. Die Leistungselektronik kann zudem radtragerfest oder motorfest angeordnet sein.
Bezuqszeichen Verbundlenker-Hinterachse
Längslenker
Längslenker
Querprofil
Gummilager
Gummilager
Rad
Rad
Dämpfer
Feder
Antriebsvorrichtung
elektrische Maschine
erstes Planetengetriebe
zweites Planetengetriebe
Radnabe
Gehäuse der Planetengetriebe 13, 14
Sonnenrad des ersten Planetengetriebes 13
Steg des ersten Planetengetriebes 13
Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes 4
Steg des zweiten Planetengetriebes 14
Hohlrad des ersten Planetengetriebes 13
Hohlrad des zweiten Planetengetriebes 14
Sonnenradwelle des ersten Planetengetriebes 13
mit dem Steg 20 des zweiten Planetengetriebes 14 drehfest verbundene Welle
Rotor der elektrischen Maschine 12
Gehäuse der elektrischen Maschine 12
Sonnenradwelle des zweiten Planetengetriebes 14
Verbindungsschrauben

Claims

Patentansprüche
1 . Antriebsvorrichtung (1 1 ) zum Antreiben eines Rades (7) einer Verbundlenkerachse (1 ) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine (12) und ein in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der elektrischen Maschine (12) geschaltetes Getriebe (13, 14), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (26) der elektrischen Maschine
(12) und/oder das Gehäuse (16) des Getriebes (13, 14) direkt mit dem Längslenker (2) der Fahrzeugachse verschraubt, als mehrteiliges Schweißbauteil in den Längslenker (2) integriert und/oder mit dem Längslenker (2) einteilig ausgeführt sind.
2. Antriebsvorrichtung (1 1 ) zum Antreiben eines Rades (7) einer Verbundlenkerachse (1 ) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach Anspruch
1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindung des Bremssattels und/oder des Dämpfers (9) und/oder der Feder (10) in das Gehäuse (16) des Getriebes oder in das Gehäuse (26) der elektrischen Maschine (12) der Antriebsvorrichtung (1 1 ) integriert ist.
3. Antriebsvorrichtung (1 1 ) zum Antreiben eines Rades (7) einer Verbundlenkerachse (1 ) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungsmittel (28) zur Fixierung des Bremssattels gleichzeitig Verbindungsmittel für die Befestigung der Antriebsvorrichtung (1 1 ) am Längslenker (2) der Achse (1 ) darstellen,
4. Antriebsvorrichtung (1 1 ) zum Antreiben eines Rades (7) einer Verbundlenkerachse (1 ) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (26) der elektrischen Maschine (12) und/oder das Gehäuse (16) des Getriebes (13, 14) als Radträger oder als Teil des Radträgers dient.
5. Antriebsvorrichtung (1 1 ) zum Antreiben eines Rades (7) einer Verbundlenkerachse (1 ) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach Anspruch 1 , 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (13, 14) zwei in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der elektrischen Maschine (12) in Reihe geschaltete Planetengetriebe (13, 14) umfasst.
6. Antriebsvorrichtung (1 1 ) zum Antreiben eines Rades (7) einer Verbundlenkerachse (1 ) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach Anspruch
5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (25) der elektrischen Maschine
(12) über eine Sonnenradwelle (23) mit dem Sonnenrad (17) des ersten Planetengetriebes (13) drehfest verbunden ist, dass der Steg (18) des ersten Planetengetriebes (13) über eine weitere Sonnenradwelle (27) mit dem Sonnenrad (19) des zweiten Planetengetriebes (14) drehfest verbunden ist, dass das Hohlrad (21 ) des ersten Planetengetriebes (13) und das Hohlrad (22) des zweiten Planetengetriebes (14) gehäusefest angeordnet sind und dass der Abtrieb der Antriebsvorrichtung (1 1 ) über den Steg (20) des zweiten Planetengetriebes (14) und eine mit dem Steg (20) drehfest verbundene Welle (24) erfolgt, die mit der Radnabe (15) drehfest verbunden ist.
7. Antriebsvorrichtung (1 1 ) zum Antreiben eines Rades (7) einer Verbundlenkerachse (1 ) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (25) der elektrischen Maschine (12) einstückig mit der Sonnenradwelle (23) des ersten Planetengetriebes (13) ausgeführt ist.
8. Antriebsvorrichtung (1 1 ) zum Antreiben eines Rades (7) einer Verbundlenkerachse (1 ) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenradwelle (27) des zweiten Planetengetriebes (14) mit dem Steg (18) des ersten Planetengetriebes (13) einstückig ausgeführt ist.
9. Antriebsvorrichtung (1 1 ) zum Antreiben eines Rades (7) einer Verbundlenkerachse (1 ) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der mit dem Steg (20) des zweiten Planetengetriebes (14) verbundenen Welle (24), welche den Abtrieb der Antriebsvorrichtung (1 1 ) bildet, durch das Radlager des Rades (7) gebildet ist.
10. Antriebsvorrichtung (1 1 ) zum Antreiben eines Rades (7) einer Verbundlenkerachse (1 ) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der mit dem Steg (20) des zweiten Planetengetriebes (14) verbundenen Welle (24) mit der Radnabe (15) mittels einer steckbaren Keilwellenverbindung oder eines Polygonprofils erfolgt oder dass das der Antriebsvorrichtung (1 1 ) abgewandte Ende der mit dem Steg (20) des zweiten Planetengetriebes (14) verbundenen Welle (24) die Radnabe (15) selbst darstellt.
1 1 . Antriebsvorrichtung (1 1 ) zum Antreiben eines Rades (7) einer Verbundlenkerachse (1 ) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach Anspruch 6, 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Planetengetriebe (13, 14) an der dem Rad (7) zugewandten Seite der elektrischen Maschine (12) angeordnet sind.
12. Antriebsvorrichtung (1 1 ) zum Antreiben eines Rades (7) einer Verbundlenkerachse (1 ) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach Anspruch 6, 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Planetengetriebe (13, 14) an der dem Rad (7) abgewandten Seite der elektrischen Maschine (12) angeordnet sind, wobei die elektrische Maschine (12) als Hohlwellenmotor ausgeführt ist und die Abtriebswelle der Antriebsvorrichtung (1 1 ), die durch die mit dem Steg (20) des zweiten Planetengetriebes (14) drehfest verbundene Welle (24) gebildet ist, durch den Hohlraum des Rotors (25) der elektrischen Maschine (12) zum Rad (7) geführt wird.
13. Antriebsvorrichtung (1 1 ) zum Antreiben eines Rades (7) einer Verbundlenkerachse (1 ) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (13,14) eine hohe Übersetzung aufweist und die elektrische Maschine (12) hochdrehend ausgeführt ist.
14. Antriebsvorrichtung (1 1 ) zum Antreiben eines Rades (7) einer Verbundlenkerachse (1 ) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine mit ihrer Längsachse quer zur Längsachse des Längslenkers ausgerichtet ist.
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