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Patent Searching and Data


Title:
DRIVE DEVICE HAVING AN ELECTRICAL DRIVE MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/079272
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention describes a drive device, in particular for a vehicle, having an electrical drive machine (5), which is coupled to a drive axle by means of a gear arrangement (20). The gear arrangement (20), comprising a gear mechanism and/or a differential, is integrated within the rotor (10) of the electrical drive machine (5).

Inventors:
BAEUERLEIN FRANK (DE)
KLOEPZIG MARKUS (DE)
SCHLEICHER KLAUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/071709
Publication Date:
June 06, 2013
Filing Date:
November 02, 2012
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
B60K1/00; F16H1/00
Domestic Patent References:
WO2011082707A12011-07-14
Foreign References:
US20070023211A12007-02-01
EP1719656A12006-11-08
DE102005055690A12007-05-24
FR2780213A11999-12-24
DE102004037266A12006-02-16
Other References:
See also references of EP 2739496A1
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Claims:
Patentansprüche

1. Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einer elektrischen Antriebsmaschine (5) , die über eine Ge- triebeanordnung (20) mit einer Antriebsachse gekoppelt ist, wobei die Getriebeanordnung (20) , umfassend ein Getriebe und/oder ein Differential, innerhalb des Rotors (10) der elektrischen Antriebsmaschine (5) integriert ist. 2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine drehfest mit dem Rotor (10) verbundene Rotorwelle (11) der Antriebsmaschine (5) und eine mit der Antriebsachse gekoppelte Abtriebswelle (40) der Getriebeanordnung (20) koaxial zueinander angeordnet sind.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Getriebeanordnung (20) zumindest einen Planetenradsatz (21, 26) umfasst. 4. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Getriebeanordnung (20) einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz (21, 25) mit jeweils einem Sonnenrad (22, 26) und einer Anzahl an von einem Planetenträger getragenen Planetenrädern (23, 27) umfasst, wobei das Sonnen- rad (22) des ersten Planetenradsatzes (21, 26) mit der Rotorwelle (11) und das Sonnenrad (26) des zweiten Planetenradsatzes (25) mit der Abtriebswelle (40) verbunden ist und die Planetenräder (23) des ersten Planetenradsatzes (21) die Planetenräder (27) des zweiten Planetenradsatzes (25) antreiben.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Planetenräder (23, 27) des ersten Planetenradsatzes (21) einen anderen Durchmesser und/oder eine andere Anzahl an Zähnen als die Planetenräder (27) des zweiten Planetenradsatzes (25) aufwei- sen.

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die Planetenräder (23, 27) des ersten Planetenradsatzes (21) einen größeren Durchmesser als die Planetenräder (27) des zweiten Planetenradsatzes (25) aufweisen.

7. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der der Planetenträger ortsfest ist.

8. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der der Planetenträger die Planetenräder (23, 27) des ersten und des zweiten Planetenradsatzes (21, 26) trägt.

9. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei der die Rotorwelle (11) und die Abtriebswelle (40) zueinander zentriert ausgerichtet sind. 10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Zentrierung über ein Zentrierlager (37) erfolgt, welche zwischen der Rotorwelle (11) und der Abtriebswelle (40) angeordnet ist und die beiden Wellen miteinander koppelt. 11. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Zentrierung über zwei Lagerstellen (33, 34) des Planetenträgers erfolgt, wobei eine erste Lagerstelle (33) mit der Rotorwelle (11) und eine zweite Lagerstelle (34) mit der Abtriebswelle (40) gekoppelt ist.

12. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, bei der die Rotorwelle (11) und die Abtriebswelle (40) jeweils einseitig gelagert sind.

13. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, bei der die Enden der Rotorwelle (11) und der Abtriebswelle (40) über ein Festlager gelagert sind.

14. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, bei der der Planetenträger an der Rotorwelle (11) und der Ab triebswelle (40) mittels eines Festlagers und eines Loslager gelagert ist.

Description:
Beschreibung

Antriebsvorrichtung mit einer elektrischen Antriebsmaschine Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einer elektrischen Antriebsmaschine, die über eine Getriebeanordnung mit einer Antriebsachse gekoppelt ist. Die Getriebeanordnung der Antriebsvorrichtung dient dazu, eine Übersetzung der Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine auf eine Drehzahl der Antriebsachse vorzunehmen. Die Getriebeanordnung umfasst hierbei üblicherweise ein Getriebe und/oder ein Differential zum Ausgleich unterschiedlicher Raddrehzahlen eines linken und rechten Rads der Antriebsachse. Bei herkömmlichen Antriebsvorrichtungen wird ein großer Bauraum benötigt, da die Getriebeanordnung außerhalb der Antriebsmaschine mit dieser verbunden ist. Insbesondere im Anwendungsfall von Fahrzeugen ist die Antriebsvorrichtung auf engstem Bauraum unterzubringen, weswegen ein Bedarf an einer bauraumoptimierten Antriebsvorrichtung besteht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung anzugeben, welche mit kompakten Abmaßen bereitstell - bar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebsvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Die Erfindung schafft eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einer elektrischen Antriebsmaschine, die über eine Getriebeanordnung mit einer Antriebsmaschine gekoppelt ist, wobei die Getriebeanordnung, umfassend ein Ge- triebe und/oder ein Differential, innerhalb des Rotors der elektrischen Antriebsmaschine integriert ist. Eine solche Antriebsvorrichtung kann mit wesentlich kleineren Abmaßen bereitgestellt werden, als eine Antriebsvorrichtung, bei der die elektrische Antriebsmaschine und die Getriebeanordnung als separate Bauteile miteinander verbunden sind. Insbesondere kann die axiale Erstreckung einer solchen Antriebsvorrichtung verkleinert werden. Da das Gehäuse der Getriebeanordnung entfallen kann und weitere Bauteile von Motor und Getriebe genutzt werden können, ergibt sich eine Kosten- und Gewichtseinsparung hinsichtlich Lagerung, Kühlung,

Schmierung und Dichtung.

Wenn in der vorliegenden Beschreibung davon die Rede ist, dass die Getriebeanordnung innerhalb des Rotors in die elektrische Antriebsmaschine integriert ist, so ist hierunter zu verstehen, dass die Getriebeanordnung in dem zwischen dem Rotor und der Rotorwelle befindlichen Hohlraum angeordnet ist. Der Erfindung liegt hierbei die Überlegung zu Grunde, dass in einer herkömmlichen Antriebsmaschine der zwischen dem Rotor und der Rotorwelle liegende Bauraum in der Regel einen Tot- räum darstellt, der lediglich mit Luft und Tragstruktur gefüllt ist. Durch die Anordnung der Getriebeanordnung in diesem Toträum kann die gewünschte Verkleinerung der Antriebs- Vorrichtung gegenüber getrennten Bauteilen erzielt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine drehfest mit dem Rotor verbundene Rotorwelle der Antriebsmaschine und eine mit der Antriebsachse gekoppelte Abtriebswelle der Getriebeanordnung koaxial zueinander angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich ein einfacher konstruktiver Aufbau bei geringen Abmaßen der An- triebsvorrichtung .

In einer Ausgestaltung umfasst die Getriebeanordnung zumindest einen Planetenradsatz . Ein solcher Planetenradsatz kann in herkömmlicher Weise ein Sonnenrad, eine Anzahl an Plane- tenrädern, die von einem Planetenträger getragen werden, und ein Hohlrad aufweisen. Ein solcher Planetenradsatz kann sowohl für das Getriebe als auch für das optional vorgesehene Differential vorgesehen sein. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst die Getriebeanordnung einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz mit jeweils einem Sonnenrad und einer Anzahl an von einem Plane- tenträger getragenen Planetenrädern, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit der Rotorwelle und das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mit der Antriebswelle verbunden ist und die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes antreiben. Durch den Verzicht auf jeweilige Hohlräder im ersten und zweiten Planetenradsatz kann eine Getriebeanordnung mit geringem Durchmesser bereitgestellt werden.

Darüber hinaus erlaubt es die Ausbildung eines ersten und eines zweiten Planetenradsatzes eines Getriebes der Getriebeanordnung, ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis zwischen der Rotorwelle und der Abtriebswelle einzustellen. Insbesondere ist hierzu vorgesehen, dass die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes einen anderen Durchmesser und/oder eine an- dere Anzahl an Zähnen als die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes aufweisen. Insbesondere weisen die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes einen größeren Durchmesser als die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes auf.

Hierdurch kann ein für elektrische Antriebsvorrichtungen im Kraftfahrzeug geeignetes Übersetzungsverhältnis eingestellt werden. Dieses reicht vorzugsweise von einer Übersetzung von 1:5 bis 1:15.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass der Planetenträger der Ge- triebeanordnung ortsfest ist. Weiter ist vorgesehen, dass der Planetenträger die Planetenräder des ersten und des zweiten Planetenradsatzes trägt.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Ro- torwelle und die Abtriebswelle zueinander zentriert ausgerichtet. Die Zentrierung kann z.B. durch eine passgenaue Abstimmung aller Gehäusetoleranzen erfolgen. Ebenso kann zur Zentrierung vorgesehen sein, dass die Zentrierung über ein Zentrierlager erfolgt, welches zwischen der Rotorwelle und der Abtriebswelle angeordnet ist und die beiden Wellen miteinander koppelt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Zentrierung über zwei Lagerstellen des Planetenträgers erfolgt, wobei eine erste Lagerstelle mit der Rotorwelle und eine zweite Lagerstelle mit der Abtriebswelle gekoppelt sind. Die Zentrierung hängt unmittelbar auch mit der Lagerung der beiden Wellen zusammen, wobei diese im Wesentlichen durch die axiale Länge der Antriebsvorrichtung bestimmt wird. Bei einer ersten, kurzen Variante der Antriebsvorrichtung braucht der Rotor über lediglich einen einzigen Flansch mit der Rotorwel- le verbunden zu sein. Bei einer derartigen Antriebsvorrichtung können die Rotorwelle und die Abtriebswelle jeweils einseitig gelagert sein.

In einer zweiten, längeren Variante der Antriebsvorrichtung kann vorgesehen sein, den Rotor über an seinen gegenüberliegenden Enden angeordnete Flansche mit der Rotorwelle bzw. der Abtriebswelle zu verbinden. Hierdurch ist eine bessere Ab- stützung des Rotors sichergestellt. Dabei sollten sowohl das Ende der Abtriebswelle als auch das Ende der Rotorwelle über ein Festlager gelagert sein.

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn der Planetenträger an der Rotorwelle und der Abtriebswelle mittels eines Festlagers und eines Loslagers gelagert ist.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungs- beispielen in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante, und Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung gemäß einer zweiten Ausgestaltung .

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung ist insbesondere als Antriebsmaschine für ein Fahrzeug, wie z.B. ein rein elektrisch betriebenes oder ein kombiniert elektrisch- brennkraftmotorisch betriebenes Fahrzeug (Hybrid-Fahrzeug) , vorgesehen. Die Antriebsvorrichtung kann natürlich auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden, insbesondere wenn eine Übersetzung von Drehzahlen benötigt wird.

Die Antriebsvorrichtung umfasst eine nicht näher dargestellte elektrische Antriebsmaschine 5. Die elektrische Antriebsmaschine umfasst in bekannter Weise einen Rotor 10, der beispielhaft über einen Rotorflansch 12 drehfest mit einer Rotorwelle 11 verbunden ist. Die Antriebsmaschine 5, wie auch die übrigen Komponenten der nachfolgend näher beschriebenen Antriebsvorrichtung sind bezüglich einer Drehachse 50 jeweils nur zur Hälfte dargestellt. Ein Stator der elektrischen Antriebsmaschine 5, der sich bezüglich der Rotorwelle 11 oberhalb bzw. außerhalb des Rotors 10 befindet, ist nicht explizit dargestellt. Der konstruktive Aufbau der elektrischen Antriebsmaschine entspricht einer herkömmlichen elektrischen Antriebsmaschine, welche dem Fachmann als bekannt vorausgesetzt wird, so dass auf eine eingehendere Beschreibung an dieser Stelle verzichtet wird. Im Inneren des Rotors, d.h. zwischen dem Rotor 10 und der Rotorwelle 11, ist eine Getriebeanordnung 20 angeordnet. Die elektrische Antriebsmaschine 5 ist über die Getriebeanordnung 20 mit einer nicht dargestellten Antriebssachse des Fahrzeugs gekoppelt. Im vorliegenden Ausgestaltungsbeispiel umfasst die Getriebeanordnung 20 lediglich ein Getriebe, über das das Drehzahlverhältnis von Rotorwelle 11 und einer mit dem Getriebe verbundenen Abtriebswelle 40 der Getriebeanordnung 20 festgelegt ist. Prinzipiell kann die Getriebeanordnung auch ein zusätzliches Differential umfassen.

Die Getriebeanordnung 20 ist im Ausführungsbeispiel der

Fig. 1 in lediglich schematischer Darstellung gezeigt. Die Getriebeanordnung 20 besteht aus zwei Planetenradsätzen 21,

25. Der Planetenradsatz 21 umfasst ein Sonnenrad 22, das drehfest mit der Rotorwelle 11 verbunden ist. Das Sonnenrad

22 steht mit einem Planetenradsatz 23 (von dem lediglich ein Planetenrad dargestellt ist) in Eingriff. Der Planetenradsatz

23 wird von einem nicht dargestellten Planetenträger getragen, dessen Planetenachse mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet ist. Vorzugsweise ist der Planetenträger ortsfest in der Antriebsvorrichtung gelagert .

Der zweite Planetenradsatz 25 umfasst ebenfalls ein Sonnenrad

26, das drehfest mit der Abtriebswelle 40 gekoppelt ist. Das Sonnenrad 26 steht mit einem Planetenradsatz 27 in Eingriff, das ebenfalls von dem Planetenträger des Planetenradsatzes 23 getragen wird. Dies hat zur Folge, dass sich die Planetenräder 23 des ersten Planetenradsatzes 21 und die Planetenräder 27 des zweiten Planetenradsatzes 25 mit der gleichen Drehzahl um die jeweilige Planetenachse 30 drehen. Auch für den zweiten Planetenradsatz 25 ist lediglich ein einziges Planetenrad 27 illustriert.

Die Planetenräder 23, 27 sind derart miteinander verbunden, dass die Planetenräder 23 die Planetenräder 27 des zweiten Planetenradsatzes 25 antreiben. Somit führt eine Drehung der Rotorwelle über die Getriebeanordnung 20 zu einer Drehung der Abtriebswelle .

Die Planetenräder 23 des ersten Planetenradsatzes 21 und des zweiten Planetenradsatzes 25 weisen einen unterschiedlichen Durchmesser auf. Die Durchmesser der Planetenräder 23, 27 stehen derart in einem Verhältnis, dass ein gewünschtes Drehzahlverhältnis von Rotorwelle und Abtriebswelle sich einstellt. Im Bereich von Kraftfahrzeugen könnte ein Überset- zungsverhältnis von 1:5 bis 1:15 gewählt werden. Prinzipiell ist das Übersetzungsverhältnis anhand der Gegebenheiten zu wählen, so dass auch andere Übersetzungsverhältnisse gewählt werden könnten. Es versteht sich, dass durch Variation des Durchmesserverhältnisses und/oder der Anzahl der Zähne auch andere Drehzahlverhältnisse eingestellt werden können. Die Planetenräder 23, 27 des ersten und des zweiten Planetenradsatzes 21, 25 stellen damit eine gestufte Planetenradanord- nung dar .

In einer nicht dargestellten Ausgestaltungsvariante könnte die Getriebeanordnung auch einen herkömmlichen Planetenradsatz umfassen, bei dem ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad vorgesehen sind. Die Anzahl derartiger Planetenrad- sätze kann durch einen Fachmann geeignet gewählt werden.

Die Antriebsvorrichtung in Fig. 1 ist aufgrund des lediglich auf einer Seite des Rotors 10 vorgesehenen Rotorflansches 12 eine sog. offene Ausführung. Eine solche Ausführung ist ins- besondere dann möglich, wenn die Länge Ii des Rotors 10 zuzüglich der Breite des Rotorflansches 12 eine bestimmte Länge nicht überschreitet. Andernfalls wäre die mechanische Stabilität gegebenenfalls nicht mehr gewährleistet. Bei einer solchen offenen Anordnung ist es ausreichend, sowohl die Rotor- welle 11 als auch die Abtriebswelle 40 lediglich einseitig zu lagern. Eine entsprechende Lagerstelle für die Rotorwelle 11 ist mit dem Bezugszeichen 31, eine Lagerstelle für die Abtriebswelle 40 mit dem Bezugszeichen 32 gekennzeichnet. Der Planetenträger ist ortsfest, z.B. mit einem Teil des Gehäu- ses, verbunden (Bezugszeichen 35) . Zusätzlich kann er über

Lagerstellen 33, 34 an der Rotorwelle 11 und der Abtriebswelle 40 gestützt sein.

Rotorwelle 11 und Abtriebswelle 40 sind zentriert zueinander angeordnet. Die Zentrierung kann auf unterschiedliche Art und Weise bewerkstelligt sein. Zum einen ist eine passgenaue Abstimmung aller Komponenten der Antriebsvorrichtung, insbesondere des Gehäuses und der Lagerstellen für die beiden Wellen, möglich. Die Zentrierung kann auch über die Lagerung des Planetenträgers an den Lagern 33, 34 oder über ein separat vorgesehenes Zentrierlager 37 vorgenommen sein. Das Zentrierlager 37 erlaubt eine Drehung von Rotorwelle und Abtriebswelle 40 unabhängig voneinander, ist aufgrund seiner Ausgestaltung jedoch in der Lage, die beiden Wellen fluchtend zueinander auszurichten .

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausgestaltungsform einer erfin- dungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Bei dieser Antriebsvorrichtung ist der Rotor 10 zusätzlich zu dem Rotorflansch 12 auch an einem am gegenüberliegenden Ende angeordneten Rotorflansch 13 befestigt. Der Rotorflansch 13 ist über eine Lagerstelle 36 mit dem Gehäuse (vgl. Bezugszeichen 35) verbunden. Diese geschlossene Ausführung, bei der die Getriebeanordnung 20 mehr oder minder vollständig geschützt im Inneren des Rotors 10 der elektrischen Antriebsmaschine 5 liegt, erlaubt es, die Rotorlänge gegenüber der Variante gemäß Fig. 1 zu verlängern. In Fig. 2 beträgt die Länge 1 2 , wobei 1 2 > Ii ist. Die Länge 1 2 setzt sich hierbei aus der Länge des Rotors 10 sowie den Dicken der Rotorflansche 12 und 13 zusammen.

Die Getriebeanordnung 20 entspricht der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Getriebeanordnung. Jedoch ist aufgrund der unter Umständen größeren Baulänge eine andere Art der Lagerung vorgesehen.

Rotorwelle 11 und Abtriebswelle 40 sind über ein Zentrierlager 37 miteinander verbunden. Die Zentrierung könnte jedoch auch auf die oben genannten beiden Arten (Toleranzen bzw. Nutzung der Lager des Planetenträgers) erfolgen. Weiterhin ist in dieser Ausgestaltungsvariante vorgesehen, eine der beiden Wellen 11, 40 über ein Festlager zu lagern und die andere der beiden Wellen über ein Loslager zu lagern. Im Aus- führungsbeispiel ist die Rotorwelle 11 über ein Festlager 31 gelagert. Die Abtriebswelle 40 ist über ein Loslager 32 gelagert. Der Planetenträger ist an den beiden Wellen 11, 40 über ein Festlager 33 und ein Loslager 34 gelagert. Durch die geschlossene Anordnung, d.h. das beiderseitige Vorsehen von Rotorflanschen 12, 13 und die geschilderte Art der Lagerung kann diese Anordnung bei langen Rotoren verwendet werden, wodurch die Stabilität der Anordnung verbessert ist.

In einer weiteren, nicht dargestellten Ausgestaltungsvariante könnte die Getriebeanordnung sowohl ein- wie auch mehrstufig ausgeführt sein. Insbesondere ist es nicht zwingend, Plane- tenradsätze ohne Hohlrad zu verwenden. In letzterem Fall würde sich das Aspektverhältnis von Durchmesser zu Länge der Antriebsvorrichtung verändern, wobei bei vergrößertem Durchmesser eine unter Umständen kleinere axiale Länge erzielbar wäre .

Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung weist den Vorteil eines kompakten Baumaßes auf, da die Getriebeanordnung ins Innere der elektrischen Antriebsmaschine integriert ist. Da das Gehäuse des Getriebes entfallen kann und weitere Bauteile von Motor und Getriebe genutzt werden können, ergibt sich eine Kosten- und Gewichtseinsparung.