WO2012123174A2 - Antriebsvorrichtung zum antreiben eines rades einer federbeinachse für ein elektrisch antreibbares fahrzeug - Google Patents

Antriebsvorrichtung zum antreiben eines rades einer federbeinachse 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 suspension strut 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 was taken in central drives with an internal combustion engine from the transmission tunnel , to integrate.
  • Radnahe electrical drives are also known in the prior art, which are understood under Radnahen electric drives hereinafter drives, which provide one or more electric motors per drive wheel of the vehicle.
  • drives which provide one or more electric motors per drive wheel of the vehicle.
  • vehicles with two or more drive wheels are known, the corresponding number of drives, so two or more exhibit.
  • an electric motor can act on exactly one drive wheel.
  • drives can be understood that have a handlebar fixed or a wheel-fixed drive.
  • 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.
  • Another way of arranging the near-wheel electrical drives is to arrange this construction test.
  • the electric drives move out of the vehicle center out towards the wheels.
  • the drives can be attached to the structure, whereby an influence on the unsprung mass is prevented.
  • 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 in which an electric motor is provided for each wheel of the axle, which is connected to the rotary axle.
  • axis is arranged in the vehicle longitudinal direction, wherein the housing is a part of the longitudinal rocker of the torsion beam axle.
  • Radnahetriebe can be used on vehicles with four-wheel drive, front,
  • axle types of the driven vehicle axles being conventional axle types, such Strut or double wishbone types can be.
  • wheel-near drives can be integrated into wheel-integrated running gears.
  • the wheel-near electric drives for driving a wheel of an axle for an electrically driven vehicle may 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.
  • the fast and more accurate controllability of electric drives enables these functions to be 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 strut axis for an electrically driven vehicle.
  • a drive device for driving a wheel of a shock absorber axle for an electrically driven vehicle comprising an electric machine and a viewed in the direction of force flow in the train operation 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 wheel connected to the strut axis, preferably screwed, integrated as a multi-part welding component in the wheel or executed in one piece with the wheel.
  • the electric machine and the transmission may have a common housing.
  • the drive device can be arranged coaxially to the wheel axle.
  • the housing of the electric machine or the housing of the transmission can be inserted as a prefabricated unit axially in the wheel carrier, which serves in this case as an overall housing.
  • two end shields of the electric machine together with an axially compressed laminated stator core can serve as an auxiliary housing.
  • a speed and / or angle sensor may be disposed on the motor shaft of the electric machine to detect the rotational speed and / or the angle of the motor shaft.
  • 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.
  • connection of the wheel associated caliper and / or damper and / or spring of the strut axis are integrated into a housing of the drive device, wherein the connecting screws for fixing the caliper can simultaneously represent housing screws for mounting the drive device on the wheel ,
  • the electric machine is 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. Under a high translation, a ratio greater than 1:10, preferably 1:10 to 1:20, particularly preferably 1:14 to 1:18, in particular 1:16 understood.
  • a high-speed machine is understood to mean a machine which has a maximum rotor speed of more than 15,000 revolutions / minute, preferably between 19,000 and 25,000 revolutions per minute.
  • the gearbox connected on the output side of the electric machine preferably comprises two planetary gearboxes connected in series.
  • the achievable by the two planetary gear ratio so the ratio of the rotational speed of the drive shaft of the transmission to the output shaft of the transmission, assume a value which is between 10 and 30, wherein the division of the achievable gear ratio is symmetrical or asymmetrical on the planetary gear.
  • the combination of a low drive torque with a high speed utilization in total in conjunction with the two planetary gears 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 wheel carrier.
  • the drive device for driving a wheel of a strut axle for an electrically driven vehicle may be characterized in that the connecting bolts for fixing the caliper of Disc brake at the same time represent housing screws for fastening the drive device to the wheel carrier (8).
  • the considered in the power flow direction in the train operation on the drive side of the electric machine connected transmission 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.
  • FIG. 1 shows a schematic view of the arrangement of a drive device designed according to the invention.
  • Figure 2 A schematic sectional view of a portion of a strut axle comprising a drive device according to the invention.
  • a drive device 1 for driving a wheel 2 of a suspension strut axis of an electrically drivable vehicle comprises an electric machine 3 and two planetary gearboxes 4, 5 connected in series in the power flow direction in traction on the output side of the electric machine 3.
  • the first and the second planetary gearbox 4 , 5 are arranged in the example shown on the wheel 2 side facing the electric machine 3.
  • the shock absorber of the strut axis is provided with the reference numeral 6, wherein 7 denotes the wishbone and 8 the wheel carrier.
  • the drive device 1 is arranged coaxially with the wheel axle 9.
  • the housing 10 of the electrical See machine 3 or the housing 1 1 of the planetary gear 4, 5 connected directly to the wheel carrier 8 of the shock absorber axis, preferably screwed, integrated as a multi-part welding component in the wheel 8 or executed in one piece with the wheel carrier 8.
  • the rotor of the preferably designed as an internal rotor electrical machine 3 is rotatably connected via a shaft 12 with the sun gear 13 of the first planetary gear 4, wherein the web 14 of the first planetary gear 4 rotatably connected via a further shaft 15 with the sun gear 16 of the second planetary gear 5 is.
  • the ring gear 19 of the first planetary gear 4 and the ring gear 20 of the second planetary gear 5 are arranged fixed to the housing; they can be coupled to the housing 1 1 of the planetary gear 4, 5 of the drive device 1, designed in one piece with the housing 1 1 or be pressed into the housing 1 1. In the event that a ring gear is integral with the housing
  • a radial shoulder may be provided to compensate for a difference in diameter between the housing 1 1 and the ring gear.
  • a ring gear as einpressbarer in a cylindrical housing ring gear can be selected depending on the load of the material, which can result in a reduction in weight.
  • the rotor of the electric machine 3 may be integral with the shaft 12, via which the rotor is connected to the sun gear 13 of the first planetary gear 4; Furthermore, the Shaft 15, via which the web 14 of the first planetary gear 4 is rotatably connected to the sun gear 16 of the second planetary gear 5, be integral with the web 14 of the first planetary gear 4.
  • the teeth of the planetary gear 4, 5 are preferably helical teeth, wherein the connection between the web 14 of the first planetary gear 4 with the sun gear 16 of the second planetary gear 5 axially and radially supported by rolling bearings, plain bearings or thrust washers.
  • the helix angle of the sun gear 13 of the first planetary gear 4 is opposite to the helix angle of the sun gear 16 of the second planetary gear 5.
  • the directions of the helix angles of the sun gear 13 of the first planetary gear 4 and the sun gear 16 of the second planetary gear 5 are to be selected in an advantageous manner so the loads on the bearings of the drive device 1, in particular on the bearings of the shaft 12, via which the rotor is connected to the sun gear 13 of the first planetary gear 4, are minimized. As a result, the friction losses are minimized and it is possible a smaller dimensioning of the bearings.
  • At least one bearing side is connected to the web 17 of the second planetary gear 5 Shaft 18, ie the output of the drive device 1, formed by the wheel bearing of the wheel 2, which can be designed as a bearing of conventional design, for example as a double-row roller bearing or bearing comprising two Einzelschrägrollenlager with a pressure angle between 15 ° and 60 °.
  • the number of bearings of the drive device 1 can be reduced in an advantageous manner.
  • connection of the shaft 18 connected to the web 17 of the second planetary gear 5 with the wheel hub of the wheel 2 can take place by means of a plug-in splined connection or a polygonal profile;
  • the end of the drive device 1 facing away from the rotatably connected to the web 17 of the second planetary gear 5 shaft 18, the wheel hub represent itself, whereby the assembly and manufacturing costs are reduced.
  • the provision of an additional, cylindrical fitting connection between the wheel hub and the shaft 18 for better centering of the shaft 18 is also possible.
  • the electric machine 3 and the planetary gear 4, 5 have a common housing, in which case the two end shields of the electric machine 3 together with the axially compressed stator plate can form an auxiliary housing, which like a Art cartridge in the prefabricated housing of the drive device is axially inserted.
  • FIG. 2 shows a further view of a part of a strut axle comprising a drive device 1 according to the invention.
  • the rotor of the electric machine 3 is designated by the reference numeral 21 and the stator by the reference numeral 22. Furthermore, a transverse link 23, a stabilizer 24, the tie rod 25 and a disc brake 26 are shown.
  • the housing 10 of the electric machine 3 is connected directly to the wheel carrier 8 of the strut axis in the example shown.
  • connection of the caliper of the disc brake 26 and / or the damper 6 and / or the spring in the housing 1 1 of the planetary gear 4, 5 or in the housing 10 of the electric machine 3 of the drive device 1 are integrated , wherein the connecting screws for fixing the brake caliper can simultaneously represent housing screws for the attachment of the drive device 1 on the wheel 8.
  • the electric machine 3 as a hollow shaft motor, i. be designed as an electric machine with a rotor designed as a hollow shaft 21, wherein the first and the second planetary gear 4, 5 are arranged on the side facing away from the wheel 7 of the electric machine 3 and the output shaft of the drive device 1, by the with the web 17th the second planetary gear 5 rotatably connected shaft 18 is formed, is guided through the cavity of the rotor 21 of the electric machine 3 to the wheel 1, where it is preferably connected via a conventional spline profile with the wheel hub or the wheel hub itself, as already explained.
  • a first bearing is formed by the wheel bearing of the wheel 1, as already explained
  • the web 17 of the second planetary gear 5 rotatably connected shaft 18, preferably on a pin of the shaft 18 is arranged.
  • the electric machine of the drive device can be designed as an asynchronous machine, as a third-excited or permanent magnet-excited synchronous machine or as a cross-field machine, which offers a high degree of flexibility.
  • 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 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 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 transmission and the power electronics may have a common cooling.
  • the power electronics can also be arranged Rad beneathfest. REFERENCE CHARACTERS

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Abstract

Es wird Antriebsvorrichtung (1) zum Antreiben eines Rades (2) einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug vorgeschlagen, umfassend eine elektrische Maschine (3) und ein in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der elektrischen Maschine (3) geschaltetes Getriebe (4, 5), bei der dass das Gehäuse (10) der elektrischen Maschine (12) oder das Gehäuse (11) des Getriebes (4, 5) direkt mit dem Radträger (8) der Fahrzeugachse verschraubt, als mehrteiliges Schweißbauteil in den Radträger (8) integriert oder mit dem Radträger (8) einstückig ausgeführt sind.

Description

Antriebsvorrichtunq zum Antreiben eines Rades einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Rades einer Federbeinachse 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.
Auch sind im Stand der Technik radnahe elektrische Antriebe bekannt, wobei unter radnahen elektrischen 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 einen lenkerfesten oder einen radfesten Antrieb aufweisen.
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 unmittelbar 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. Dabei können die Antriebe am Aufbau befestigt sein, womit eine Beeinflussung der ungefederten Masse verhindert wird.
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 Dreh- achse 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 Doppel- querlenkerachstypen sein können. Ferner können radnahe Antriebe in radintegrierte Fahrwerke integriert sein.
Des Weiteren können die radnahen elektrischen Antriebe zum Antreiben eines Rades einer Achse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug 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 Federbeinachse 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 Federbeinachse 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 Radträger der Federbeinachse verbunden, vorzugsweise verschraubt, als mehrteiliges Schweißbauteil in den Radträger integriert oder mit dem Radträger einstückig ausgeführt sind. Im Rahmen einer Weiterbildung können die elektrische Maschine und das Getriebe ein gemeinsames Gehäuse aufweisen.
Die Antriebsvorrichtung kann koaxial zur Radachse angeordnet sein. Zudem kann das Gehäuse der elektrischen Maschine oder das Gehäuse des Getriebes als vorgefertigte Einheit axial in den Radträger eingefügt werden, der in diesem Fall als Gesamtgehäuse dient. Dazu können zwei Lagerschilde der elektrischen Maschine gemeinsam mit einem axial verpressten Statorblechpaket als Hilfsgehäuse dienen.
Auch kann ein Drehzahl- und/oder Winkelsensor an der Motorwelle der elektrischen Maschine angeordnet sein, um die Drehzahl und/oder den Winkel der Motorwelle zu erfassen. 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 Wärmeentwicklung und Verlustleistungen reduziert werden.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung sind die Anbindung des dem Rad zugeordneten Bremssattels und/oder Dämpfers und/oder der Feder der Federbeinachse in ein Gehäuse der Antriebsvorrichtung integriert, wobei die Verbindungsschrauben zur Fixierung des Bremssattels gleichzeitig Gehäuseschrauben für die Befestigung der Antriebsvorrichtung am Radträger 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 elektrische Maschine hochdrehend ausgeführt, wobei das Getriebe eine hohe Übersetzung aufweist, so dass sich ein hohes Leis- tungs-/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 Rotorgeschwindigkeit von mehr als 15000 Umdrehungen/ Minute bevorzugt zwischen 19000 und 25000 Umdrehungen pro Minute aufweist.
Vorzugsweise umfasst das abtriebsseitig der elektrischen Maschine geschaltete Getriebe zwei in Reihe geschaltete Planetengetriebe.
Durch die zwei Planetengetriebe wird eine große Übersetzung ermöglicht, wobei dadurch die Abmessungen sowie das Gewicht der elektrischen Maschine gering gehalten werden können; beispielsweise kann die durch die zwei Planetengetriebe erzielbare Übersetzung, also das Verhältnis der Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes zur Abtriebswelle des Getriebes, einen Wert annehmen, der zwischen 10 und 30 ist, wobei die Aufteilung der erzielbaren Übersetzung auf die Planetengetriebe symmetrisch oder asymmetrisch erfolgt.
In vorteilhafter Weise ergibt die Kombination eines niedrigen Antriebsmomentes mit einer hohen Drehzahlausnutzung in Summe in Verbindung mit den zwei Planetengetrieben der Antriebsvorrichtung ein hohes Leistungs- /Gewichtsverhältnis (kW/kg). Die elektrische Maschine kann dadurch klein dimensioniert sein, was die Integration der elektrischen Maschine in den Radträger ermöglicht bzw. vereinfacht.
Auch kann die Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Rades einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug dadurch gekennzeichnet sein, dass die Verbindungsschrauben zur Fixierung des Bremssattels der Scheibenbremse gleichzeitig Gehäuseschrauben für die Befestigung der Antriebsvorrichtung am Radträger (8) darstellen.
Das in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der elektrischen 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 beispielhaft näher erläutert, wobei für gleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigen:
Figur 1 : Eine schematische Ansicht der Anordnung einer erfindungsgemäß ausgeführten Antriebsvorrichtung; und
Figur 2: Eine schematische Schnittansicht eines Teils einer Federbeinachse umfassend eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung.
Bezugnehmend auf Figur 1 umfasst eine Antriebsvorrichtung 1 zum Antreiben eines Rades 2 einer Federbeinachse eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs eine elektrische Maschine 3 und zwei in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der elektrischen Maschine 3 in Reihe geschaltete Planetengetriebe 4, 5. Das erste und das zweite Planetengetriebe 4, 5 sind bei dem gezeigten Beispiel an der dem Rad 2 zugewandten Seite der elektrischen Maschine 3 angeordnet. In der Figur ist der Dämpfer der Federbeinachse mit dem Bezugszeichen 6 versehen, wobei mit 7 der Querlenker und mit 8 der Radträger bezeichnet ist.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist die Antriebsvorrichtung 1 koaxial zur Radachse 9 angeordnet. Gemäß der Erfindung sind das Gehäuse 10 der elektri- sehen Maschine 3 oder das Gehäuse 1 1 der Planetengetriebe 4, 5 direkt mit dem Radträger 8 der Federbeinachse verbunden, vorzugsweise verschraubt, als mehrteiliges Schweißbauteil in den Radträger 8 integriert oder mit dem Radträger 8 einstückig ausgeführt.
Hierbei ist der Rotor der vorzugsweise als Innenläufer ausgeführten elektrischen Maschine 3 über eine Welle 12 mit dem Sonnenrad 13 des ersten Planetengetriebes 4 drehfest verbunden, wobei der Steg 14 des ersten Planetengetriebes 4 über eine weitere Welle 15 mit dem Sonnenrad 16 des zweiten Planetengetriebes 5 drehfest verbunden ist. Der Abtrieb der Antriebsvorrichtung
I erfolgt über den Steg 17 des zweiten Planetengetriebes 5 und eine mit dem Steg 17 drehfest verbundene Welle 18, die mit der Radnabe des Rades 2 drehfest verbunden ist.
Des Weiteren sind das Hohlrad 19 des ersten Planetengetriebes 4 und das Hohlrad 20 des zweiten Planetengetriebes 5 gehäusefest angeordnet; sie können an das Gehäuse 1 1 der Planetengetriebe 4, 5 der Antriebsvorrichtung 1 gekoppelt, einstückig mit dem Gehäuse 1 1 ausgeführt oder in das Gehäuse 1 1 eingepresst sein. Für den Fall, dass ein Hohlrad einstückig mit dem Gehäuse
I I ausgeführt ist, kann ein radialer Absatz vorgesehen sein, um einen Durchmesserunterschied zwischen dem Gehäuse 1 1 und dem Hohlrad auszugleichen.
Durch die Ausgestaltung eines Hohlrades als in ein zylindrisches Gehäuse einpressbarer Hohlradring 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 3 einstückig mit der Welle 12 ausgeführt sein, über die der Rotor mit dem Sonnenrad 13 des ersten Planetengetriebes 4 verbunden ist; ferner kann die Welle 15, über die der Steg 14 des ersten Planetengetriebes 4 mit dem Sonnenrad 16 des zweiten Planetengetriebes 5 drehfest verbunden ist, mit dem Steg 14 des ersten Planetengetriebes 4 einstückig ausgeführt sein.
Die Verzahnungen der Planetengetriebe 4, 5 sind vorzugsweise schrägverzahnt ausgeführt, wobei die Verbindung zwischen dem Steg 14 des ersten Planetengetriebes 4 mit dem Sonnenrad 16 des zweiten Planetengetriebes 5 axial durch Wälzlager, Gleitlager oder Anlaufscheiben axial und radial abgestützt wird.
Hierbei ist der Schrägungswinkel des Sonnenrades 13 des ersten Planetengetriebes 4 entgegengesetzt zum Schrägungswinkel des Sonnenrades 16 des zweiten Planetengetriebes 5. Zudem sind in vorteilhafter Weise die Richtungen der Schrägungswinkel des Sonnenrades 13 des ersten Planetengetriebes 4 und des Sonnenrades 16 des zweiten Planetengetriebes 5 so zu wählen, dass die Belastungen auf die Lager der Antriebsvorrichtung 1 , insbesondere auf die Lager der Welle 12, über die der Rotor mit dem Sonnenrad 13 des ersten Planetengetriebes 4 verbunden ist, minimiert werden. Dadurch werden die Reibungsverluste minimiert und es wird eine kleinere Dimensionierung der Lager ermöglicht.
Die Lagerung der Welle 12, über die der Rotor mit dem Sonnenrad 13 des ersten Planetengetriebes 4 verbunden ist, fällt gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mit der antriebsseitigen Lagerung des Rotors der elektrischen Maschine 3 zusammen, so dass die Notwendigkeit separater Lager entfällt, wobei die dem Sonnenrad 13 des ersten Planetengetriebes 4 abgewandte Lagerung des Rotors der elektrischen Maschine 3 vorzugsweise durch ein Federelement axial vorgespannt sein kann.
Ferner wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mindestens eine Lagerseite der mit dem Steg 17 des zweiten Planetengetriebes 5 verbundenen Welle 18, d.h. des Abtriebs der Antriebsvorrichtung 1 , durch das Radlager des Rades 2 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 1 reduziert werden.
Die Verbindung der mit dem Steg 17 des zweiten Planetengetriebes 5 verbundenen Welle 18 mit der Radnabe des Rades 2 kann mittels einer steckbaren Keilwellenverbindung oder eines Polygonprofils erfolgen; alternativ dazu kann das der Antriebsvorrichtung 1 abgewandte Ende der mit dem Steg 17 des zweiten Planetengetriebes 5 drehfest verbundenen Welle 18 die Radnabe selbst darstellen, wodurch die Montage- und Herstellungskosten reduziert werden. Gemäß der Erfindung ist auch das Vorsehen einer zusätzlichen, zylindrischen Passverbindung zwischen der Radnabe und der Welle 18 zur besseren Zentrierung der Welle 18 möglich.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine 3 und die Planetengetriebe 4, 5 ein gemeinsames Gehäuse aufweisen, wobei in diesem Fall die beiden Lagerschilde der elektrischen Maschine 3 gemeinsam mit dem axial verpressten Statorblech ein Hilfsgehäuse bilden können, welches wie eine Art Patrone in das vorgefertigte Gehäuse der Antriebsvorrichtung axial einführbar ist.
Figur 2 stellt eine weitere Ansicht eines Teils einer Federbeinachse umfassend eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 dar. In Figur 2 sind der Rotor der elektrischen Maschine 3 mit dem Bezugszeichen 21 und der Stator mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet. Ferner sind ein Querlenker 23, ein Stabilisator 24, die Spurstange 25 und eine Scheibenbremse 26 dargestellt. Das Gehäuse 10 der elektrischen Maschine 3 ist bei dem gezeigten Beispiel direkt mit dem Radträger 8 der Federbeinachse verbunden. Im Rahmen einer nicht dargestellten Weiterbildung der Erfindung sind die Anbindung des Bremssattels der Scheibenbremse 26 und/oder des Dämpfers 6 und/oder der Feder in das Gehäuse 1 1 der Planetengetriebe 4, 5 oder in das Gehäuse 10 der elektrischen Maschine 3 der Antriebsvorrichtung 1 integriert, wobei die Verbindungsschrauben zur Fixierung des Bremssattels gleichzeitig Gehäuseschrauben für die Befestigung der Antriebsvorrichtung 1 am Radträger 8 darstellen können.
Auf diese Weise wird eine kompakte Bauweise erzielt und es entfällt die Notwendigkeit separater Bauteile, was in einer Reduzierung der Kosten resultiert.
Im Rahmen einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann die elektrische Maschine 3 als Hohlwellenmotor, d.h. als elektrische Maschine mit einem als Hohlwelle ausgeführten Rotor 21 ausgeführt sein, wobei das erste und das zweite Planetengetriebe 4, 5 an der dem Rad 7 abgewandten Seite der elektrischen Maschine 3 angeordnet sind und die Abtriebswelle der Antriebsvorrichtung 1 , die durch die mit dem Steg 17 des zweiten Planetengetriebes 5 drehfest verbundene Welle 18 gebildet ist, durch den Hohlraum des Rotors 21 der elektrischen Maschine 3 zum Rad 1 geführt wird, wo sie beispielsweise über vorzugsweise ein konventionelles Keilwellenprofil mit der Radnabe verbunden wird oder die Radnabe selbst darstellt, wie bereits erläutert.
Hierbei ist an dem der elektrischen Maschine abgewandten Ende der Antriebsvorrichtung 1 eine weitere Lagerung (eine erste Lagerung wird durch das Radlager des Rades 1 gebildet, wie bereits erläutert) der mit dem Steg 17 des zweiten Planetengetriebes 5 drehfest verbundenen Welle 18 vorgesehen, die vorzugsweise auf einem Zapfen der Welle 18 angeordnet ist. Durch die Vertauschung der Anordnung der elektrischen Maschine 3 und des ersten und des zweiten Planetengetriebes 4, 5 im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und Figur 2 wird der Vorteil erzielt, dass Bauraum zur Verfügung gestellt wird, der beim Einfedern genutzt wird, da das Gehäuse 1 1 des ersten und des zweiten Planetengetriebes 4, 5 mit kleinerem Außendurchmesser ausführbar ist als das Gehäuse der elektrischen Maschine 3. Ferner kann die Verbindung zwischen der elektrischen Maschine 3 und der Radnabe weiniger steif ausgeführt werden als bei der Ausführung gemäß Figuren 1 und 2.
Die elektrische Maschine der Antriebsvorrichtung kann als Asynchronmaschine, als fremderregt- oder permanentmagnet-erregte Synchronmaschine oder als Querfeldmaschine ausgeführt werden, was eine hohe Flexibilität bietet.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption kann bei einer geringen ungefederten Masse und hohem Leistungs-/Gewichtsverhältnis (kW/kg) eine sehr kompakte Bauweise der Antriebsvorrichtung realisiert 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.
Ferner kann die Bremsvorrichtung der Räder als Scheibenbremse oder Trommelbremse ausgeführt sein; die Antriebsvorrichtung kann luftgekühlt oder fluidgekühlt ausgeführt sein, wobei die elektrische Maschine, das Getriebe und die Leistungselektronik eine gemeinsame Kühlung aufweisen können. Die Leistungselektronik kann zudem radträgerfest angeordnet sein. Bezuqszeichen
Antriebsvorrichtung
Rad
elektrische Maschine
erstes Planetengetriebe
zweites Planetengetriebe
Dämpfer
Radträger
Radachse
Gehäuse der elektrischen Maschine 3 Gehäuse der Planetengetriebe 4, 5
Welle
Sonnenrad des ersten Planetengetriebes 4 Steg des ersten Planetengetriebes 4 Welle
Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes 5 Steg des zweiten Planetengetriebes 5 Welle
Hohlrad des ersten Planetengetriebes 4 Hohlrad des zweiten Planetengetriebes 5 Rotor der elektrischen Maschine 3
Stator der elektrischen Maschine 3
Querlenker
Stabilisator
Spurstange
Scheibenbremse

Claims

Patentansprüche
1 . Antriebsvorrichtung (1 ) zum Antreiben eines Rades (2) einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine (3) und ein in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebssei- tig der elektrischen Maschine (3) geschaltetes Getriebe (4, 5), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) der elektrischen Maschine (12) oder das Gehäuse (1 1 ) des Getriebes (4, 5) direkt mit dem Radträger (8) der Fahrzeugachse verschraubt, als mehrteiliges Schweißbauteil in den Radträger (8) integriert oder mit dem Radträger (8) einstückig ausgeführt sind.
2. Antriebsvorrichtung (1 ) zum Antreiben eines Rades (2) einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindung des Bremssattels der Scheibenbremse (26) und/oder des Dämpfers (6) und/oder der Feder in das Gehäuse (1 1 ) der Planetengetriebe (4, 5) oder in das Gehäuse (10) der elektrischen Maschine (3) der Antriebsvorrichtung (1 ) integriert sind.
3. Antriebsvorrichtung (1 ) zum Antreiben eines Rades (2) einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) und das Getriebe (4, 5) ein gemeinsames Gehäuse aufweisen.
4. Antriebsvorrichtung (1 ) zum Antreiben eines Rades (2) einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4, 5) zwei in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb betrachtet abtriebsseitig der elektrischen Maschine (3) in Reihe geschaltete Planetengetriebe (4, 5) umfasst.
5. Antriebsvorrichtung (1 ) zum Antreiben eines Rades (2) einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (21 ) der elektrischen Maschine (3) über eine Welle (12) mit dem Sonnenrad (13) des ersten Planetengetriebes (4) drehfest verbunden ist, dass der Steg (14) des ersten Planetengetriebes (4) über eine weitere Welle (15) mit dem Sonnenrad (16) des zweiten Planetengetriebes (5) drehfest verbunden ist, dass das Hohlrad (19) des ersten Planetengetriebes (4) und das Hohlrad (20) des zweiten Planetengetriebes (5) gehäusefest angeordnet sind und dass der Abtrieb der Antriebsvorrichtung (1 ) über den Steg (17) des zweiten Planetengetriebes (5) und eine mit dem Steg (17) drehfest verbundene Welle (18) erfolgt, die mit der Radnabe drehfest verbunden ist.
6. Antriebsvorrichtung (1 ) zum Antreiben eines Rades (2) einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (21 ) der elektrischen Maschine (3) einstückig mit der Welle (12) ausgeführt ist, über die der Rotor (21 ) mit dem Sonnenrad (13) des ersten Planetengetriebes (4) verbunden ist.
7. Antriebsvorrichtung (1 ) zum Antreiben eines Rades (2) einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (15), über die der Steg (14) des ersten Planetengetriebes (4) mit dem Sonnenrad (16) des zweiten Planetengetriebes (5) drehfest verbunden ist, mit dem Steg (14) des ersten Planetengetriebes (4) einstückig ausgeführt ist.
8. Antriebsvorrichtung (1 ) zum Antreiben eines Rades (2) einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lagerseite der mit dem Steg (17) des zweiten Planetengetriebes (5) verbundenen Welle (18), welche den Abtrieb der Antriebsvorrichtung (1 ) bildet, durch das Radlager des Rades (2) gebildet ist.
9. Antriebsvorrichtung (1 ) zum Antreiben eines Rades (2) einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der mit dem Steg (17) des zweiten Planetengetriebes (5) verbundenen Welle (18) mit der Radnabe mittels einer steckbaren Keilwellenverbindung oder eines Polygonprofils erfolgt oder dass das der Antriebsvorrichtung (1 ) abgewandte Ende der mit dem Steg (17) des zweiten Planetengetriebes (5) verbundenen Welle (18) die Radnabe selbst darstellt.
10. Antriebsvorrichtung (1 ) zum Antreiben eines Rades (2) einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach mindestens einem der Ansprüche 4, bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Planetengetriebe (4, 5) an der dem Rad (2) zugewandten Seite der elektrischen Maschine (3) angeordnet sind.
1 1 . Antriebsvorrichtung (1 ) zum Antreiben eines Rades (2) einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Planetengetriebe (4, 5) an der dem Rad (2) abgewandten Seite der elektrischen Maschine (3) angeordnet sind, wobei die elektrische Maschine (3) als Hohlwellenmotor ausgeführt ist und die Abtriebswelle der Antriebsvorrichtung (1 ), die durch die mit dem Steg (17) des zweiten Planetengetriebes (5) drehfest verbundene Welle (18) gebildet ist, durch den Hohlraum des Rotors (21 ) der elektrischen Maschine (3) zum Rad (2) geführt wird.
12. Antriebsvorrichtung (1 ) zum Antreiben eines Rades (2) einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine hochdrehend ist, bevorzugt eine maximale Drehzahl größer als 5 000 Umdrehungen/min, insbesondere zwischen 6000 und 10000 Umdrehungen/min, besonders bevorzugt um 7000 Umdrehungen/min aufweist.
13. Antriebsvorrichtung (1 ) zum Antreiben eines Rades (2) einer Federbeinachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe eine Übersetzung aufweist, wobei das Verhältnis zwischen der Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle zur Abtriebswelle des Getriebes größer als 10, bevorzugt zwischen 13 und 17, insbesondere um 16 ist.
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