Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug, welcher zwei koaxial zueinander angeordnete elektrische Traktionsmaschinen aufweist, deren Rotorwellen sowohl miteinander als auch mit der Eingangswelle eines Differenzialausgleichsge- triebes drehfest gekoppelt sind, während die beiden Ausgangswellen des Differentialausgleichsgetriebes jeweils mit der Eingangswelle eines Reduktionsgetriebes drehfest verbunden sind, dessen Ausgangswelle ein Drehmoment an jeweils ein Antriebsrad überträgt.

Aus der DE 42 36 093 A1 ist ein Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug bekannt, welches zwei elektrische Traktionsmaschinen umfasst, wobei die Rotorwelle jeder elektrischen Traktionsmaschine über ein Untersetzungsgetriebe mit je einem Fahrzeugrad getrieblich verbunden ist. Dabei sind die Rotoren der elektrischen Traktionsmaschinen innerhalb eines hohlzylinderförmigen Rotors angeordnet. Die elektrischen Traktionsmaschinen sind koaxial zueinander angeordnet und die Rotorwellen mit der Eingangswelle einer Differentialvorrichtung gekoppelt. Die Ausgangswellen der Differen- zialvorrichtung sind drehfest mit der Eingangswelle der Untersetzungsgetriebe verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem für ein Fahrzeug anzugeben, dessen Eigenschaften hinsichtlich Drehmomentgewicht und/oder Leistungsgewicht verbessert werden.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Der eingangs erläuterte elektrische Antrieb für ein Fahrzeug weist zwei axial nebeneinander in Reihe angeordnete elektrische Traktionsmaschinen auf, die über je ein Reduktionsgetriebe zwei Fahrzeugräder antreiben, wobei die Rotorwellen beider elektrischer Traktionsmaschinen entweder direkt oder über die Eingangswelle eines Differentialausgleichsgetriebes drehfest miteinander gekoppelt sind und die beiden Ausgangswellen des Differentialausgleichsgetriebes jeweils drehfest mit einer Eingangs- welle der Reduktionsgetriebe verbunden sind. Bei diesem elektrischen Antrieb, dessen Eigenschaften hinsichtlich Drehmomentgewicht und/oder Leistungsgewicht verbessert werden, sind die Rotorwellen der beiden elektrischen Traktionsmaschinen axial flächig zu mindestens vier scheibenförmigen Statoren angeordnet. Durch diese konstruktive Maßnahme werden die Drehmomente beider Antriebseinheiten addiert. Obwohl beide elektrischen Traktionsmaschinen innerhalb eines radial vorgegebenen Bauraums verbleiben, kann so dennoch eine deutliche Erhöhung des Drehmomentes und der Leistung des Antriebs erzielt werden. Wird eine der beiden elektrischen Traktionsmaschinen im Teillastbetrieb abgeschaltet, kann dadurch auch die Effizienz des elektrischen Antriebs wesentlich verbessert werden.

Gemäß einer Ausführungsform der elektrischen Traktionsmaschinen sind eine Rotorwelle und zwei außenliegende scheibenförmige Statoren axial nebeneinander angeordnet. Dies wird im Folgenden als I-Anordnung bezeichnet. Eine weitere Ausführungsform der elektrischen Traktionsmaschinen weist zwei außenliegende miteinander gekoppelte Rotorplatten auf, zwischen denen axial flächig ein scheibenförmiger Stator angeordnet ist. Diese Ausführungsform wird im Folgenden als sogenannte Fl- Anordnung bezeichnet. Zwischen dem Stator und dem zugehörigen Rotor ist dabei ein Abstand definiert, der als Luftspalt bezeichnet wird. Dieser ist in den jeweiligen elektrischen Traktionsmaschinen symmetrisch gestaltet, kann aber zwischen den Antriebsmaschinen einer elektrischen Antriebsmaschine durchaus auch abweichend gestaltet sein, um beispielweise das Kennfeld des gesamten Antriebs zu modifizieren. Somit ist eine vielfältige Ausgestaltung des elektrischen Antriebs möglich.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Differentialausgleichsgetriebe als Stirnraddifferential ausgebildet, welches mindestens zwei Paare von Ausgleichsrädern umfasst. Dadurch wird der in axialer Richtung benötigte Bauraum des elektrischen Antriebes deutlich reduziert. Bei dieser Ausführungsform sind die Ausgleichsräder in einem Gehäuse drehbar gelagert, welches über mindestens eine Schnittstelle mit den Rotorwellen der elektrische Traktionsmaschinen drehfest verbunden ist. Die Ausgleichsräder sind jeweils mit einer Sonne im verzahnungstechnischen Eingriff, wobei jede Sonne mit einer Ausgangswelle des Differentialausgleichsgetriebes verbunden ist, die wiederum über ein Reduktionsgetriebe einem der Antriebsräder getrieblich gekoppelt ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Rotorwellen der elektrischen Traktionsmaschinen drehfest mit einem Hohlrad verbunden. Jeweils ein Ausgleichsrad eines Ausgleichsradpaares ist dabei verzahnungstechnisch im Eingriff mit dem Hohlrad. Die innenliegenden Ausgleichsräder eines Ausgleichsradpaares sind verzahnungstechnisch mit einer Sonne im Eingriff, die mit einer der der Ausgangswellen des Differentialausgleichsgetriebes verbunden ist. Die andere Ausgangswelle des Differenzial- ausgleichsgetriebes ist drehfest mit dem Gehäuse bzw. Steg verbunden, in dem die Ausgleichsradpaare drehbar gelagert sind. Auch hier werden die baulichen Eigenschaften eines Planetenradgetriebes zur Verteilung des Drehmomentes an die Reduktionsgetriebe und damit an die Räder genutzt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Reduktionsgetriebe als Planetenradgetriebe ausgeführt, bei denen die Getriebeausgangswellen koaxial zu den Getriebeeingangswellen angeordnet sind, wobei das Planetenradgetriebe als gestufter oder einfacher Planetenradsatz ausgebildet ist. Die koaxiale Anordnung weist Vorteile hinsichtlich Drehmomentgewicht und auch der Effizienz auf. Durch die Verwendung der Reduktionsgetriebe wird die Drehzahl der Fahrzeugräder gegenüber der Drehzahl der Rotorwellen reduziert, während das Drehmoment erhöht wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Reduktionsgetriebe als Stirnräderketten ausgeführt, bei denen die Getriebeausgangswelle achsparallel zur Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Die alternative Ausgestaltung erlaubt eine flexiblere Positionierung der elektrischen Traktionsmaschinen zu den Positionen der Räder im Fahrzeugbauraum.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform greift an der Eingangswelle des Differentialausgleichsgetriebes ein Parksperrenrad eines Parksperrenmechanismus ein, wodurch die gekoppelten Rotorwellen beim Greifen des Parksperrenmechanismus feststellbar sind. Bei aktiviertem Parksperrenmechanismus ist der elektrische Antrieb gegen ein Gehäuse festgestellt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform greift die Abkoppeleinheit an einer Getriebezwischenwelle oder einem Hohlrad, einer Getriebeeingangswelle oder Getriebeaus- gangswelle des Reduktionsgetriebes an. Durch die Betätigung der Abkoppeleinheiten können die Fahrzeugräder von dem elektrischen Antrieb getrennt werden. Die Ausführungsform der Abkoppeleinheit kann dabei in Abhängigkeit des abzustützenden Drehmomentes ausgewählt bzw. gestaltet werden.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs,

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs,

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs, Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs,

Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs,

Fig. 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs,

Fig. 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes dargestellt. Der elektrische Antrieb 1 umfasst zwei elektrische Traktionsmaschinen 2, 3, die axial nebeneinander liegend in Reihe angeordnet sind. Jede Rotorwelle 4, 5 ist an jeweils ein Redukionsgetriebe 6, 7 geführt, welches mit einer Getriebeausgangswelle 8, 9 an jeweils einem Fahrzeugrad 10, 11 angreift. Zwischen den beiden elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3 ist ein Differentialausgleichsgetriebe 12 ausgebildet, über dessen Eingangswelle 13 beide Rotorwellen 4, 5 miteinander drehfest gekoppelt sind. Die Eingangswelle 13 des Differentialausgleichsgetriebes 12 ist dabei so ausgestaltet, dass ein Parksperrenmechanismus 14 an diesem angekoppelt werden kann. Dazu ist ein Parksperrenrad 14a drehfest mit der Eingangswelle 13 verbunden. An jeder Ausgangswelle 15, 16 des Differentialausgleichsgetriebes 12 ist je eines der Reduktionsgetriebe 6, 7 angebunden, welche im vorliegenden Fall als Planetenradgetriebe ausgebildet sind.

Die in den Fig. 1 , 3, 5, 7, 9, 11 dargestellten elektrischen Traktionsmaschinen 2, 3 sind in einer I-Anordnung ausgeführt, in welcher ein Rotor 17 innenliegend und die Statoren 18 axial außenliegend angeordnet sind. Alternativ dazu kann der elektrische Antrieb 19 mit elektrischen Traktionsmaschinen 20, 21 in einer H-Anordnung ausgestattet sein. Dies Anordnung ist in den Fig. 2, 4, 6, 8, 10, 12 gezeigt. Bei dieser Ausführung umgreift der H-förmige Rotor 17 axial den Stator 18, der innerhalb des H- förmigen Rotors 17 positioniert ist. Das zwischen den beiden elektrische Traktionsmaschinen 2, 3 liegende Differentialausgleichsgetriebe 12 ist gemäß der in Fig. 1 erläu- terten Ausführung aufgebaut, bei dem die Ausgangswellen des Differenzialaus- gleichsgetriebes mit den Sonnen der Differenzialausgleichsverzahnung verbunden sind.

Gemäß Fig. 3 und 4, welche den Antrieb 1 in I-Anordnung und den Antrieb 19 in Fl- Anordnung zeigen, ist das Differentialausgleichgetriebe 12 als Planetenradgetriebe 22 in der Form eines Stirnraddifferentials ausgebildet, welches paarweise angeordnete Ausgleichräder 23, 24 aufweisen. Die außenliegenden Ausgleichsräder 23 sind mit einem Hohlrad 25 verzahnt, das mit den Rotorwellen 4, 5 der elektrische Traktionsmaschinen 2, 3 drehfest verbunden ist. Die innenliegenden Ausgleichräder 24 stehen mit einer Sonne 26c in Verzahnungskontakt, die mit der Ausgangswelle 15 des Differenzausgleichgetriebes 12 drehfest verbunden ist. Die paarweise angeordneten Ausgleichsräder 23, 24 sind in einem Steg bzw. Gehäuse gelagert, das drehfest mit der zweiten Ausgangswelle 16 des Differenzialausgleichsgetriebes 12 verbunden ist. In dem Differentialausgleichsgetriebe 12 sind dagegen zwei Sonnen 26a, b zur Ankopplung der Ausgangswellen 15, 16 verwendet.

Die Reduktionsgetriebe 6, 7 sind in den Fig. 5, 6, 7 und 8 als gestufter Planetenradsatz 27, 28 ausgeführt. Eine solche Getriebereduzierstufe kann nahezu im gleichen radialen Bauraum wie ein einfacher Planetenradsatz angeordnet werden, verfügt aber über eine höhere Untersetzung wie ein einfacher Planetenradsatz und ermöglich dadurch eine stärkere Reduzierung der Drehzahlen der Fahrzeugräder 10, 11 gegenüber der Drehzahl der Rotorwellen 4, 5 bei einem im umgekehrten Verhältnis erhöhten Drehmoment.

In den Fig. 7 bis 10 sind die elektrischen Antriebe 1 , 19 zwei Abkoppeleinheiten 29, 30 integriert. Dabei greift die Abkoppeleinheit 29 an dem Reduktionsgetriebe 6 und die Abkoppeleinheit 30 an dem Reduktionsgetriebe 7 an. Gemäß Fig. 7 und 8 sind die Abkoppeleinheiten 29, 30 an den Getriebeausgangswellen 8, 9 angeordnet. Diese Anordnung erlaubt die Abkopplung des gesamten elektrischen Antriebs 1 , wodurch etwaige Verluste maximal reduziert werden. Gleichzeitig müssen bei dieser Anordnung die Abkoppeleinheiten 29, 30 das höchste Drehmoment übertragen. In Fig. 9 und 10 sind der elektrische Antrieb 1 bzw. 19 gezeigt, bei welchem die Abkoppeleinheiten 29, 30 an den Getriebezwischenwellen bzw. einem Hohlrad 31 , 32 der Reduktionsgetriebe 6, 7 angebunden sind. Die Positionierung der Abkoppeleinheiten zwischen den Getriebeeingangswellen 33, 34 und den Getriebeausgangswellen 8, 9 stellt gleichermaßen einen Kompromiss zwischen den trotz Abkopplung auftretenden mechanischen Verlusten und der notwendigen Drehmomentkapazität und damit einhergehend dem Bauraum der Abkoppeleinheiten 29, 30 dar. Eine Abkopplung an den Getriebeeingangswellen 33, 34 der Reduktionsgetriebe 6, 7 ist auch denkbar, hier verbleiben aber trotz Abkopplung immer noch die gesamten Verluste der Reduktionsgetriebe 6, 7.

Eine direkte axiale Nebeneinanderanordnung der beiden elektrische Traktionsmaschinen 2, 3 ist in den Figuren 11 und 12 dargestellt. In beiden Fällen sind die Rotorwellen 4, 5 der beiden elektrische Traktionsmaschinen 2, 3 direkt miteinander verbunden. Diese verbundene Rotorwelle 33 ist drehtest an die Eingangswelle 13 des Differentialausgleichsgetriebes 12 gekoppelt. Bei dieser Anordnung können beide elektrische Traktionsmaschinen 2, 3 innerhalb eines Gehäuses angeordnet werden und etwaige elektrische Anschlüsse können deutlich kürzer ausgeführt werden. Insofern die Motoren über einen eigenen Trockenraum verfügen, sind lediglich zwei Dichtungen gegenüber der nasslaufenden Mechanik vorzusehen.

Bezuqszeichenliste

1 elektrischer Antrieb

2 Elektrische Traktionsmaschine

3 Elektrische Traktionsmaschine

4 Rotorwelle

5 Rotorwelle

6 Reduktionsgetriebe

7 Reduktionsgetriebe

8 Getriebeausgangswelle

9 Getriebeausgangswelle

10 Fahrzeugrad

11 Fahrzeugrad

12 Differentialausgleichsgetriebe

13 Eingangswelle

14 Parksperrenmechanismus

14a Parksperrenrad

15 Ausgangswelle

16 Ausgangswelle

17 Rotor

18 Stator

19 Antrieb

20 Elektrische Traktionsmaschine

21 Elektrische Traktionsmaschine

22 Planetenradgetriebe 23 Ausgleichsräder

24 Ausgleichsräder

25 Hohlrad

26a Sonne

26b Sonne

26c Sonne

27 Gestufter Planetenradsatz

28 Gestufter Planetenradsatz

29 Abkopplungseinheit 30 Abkopplungseinheit

31 Hohlrad

32 Hohlrad

33 Verbundene Rotorwelle

34 Getriebeeingangswelle

35 Getriebeeingangswelle