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DE102020201426A1 - Electric drive arrangement for a vehicle - Google Patents

Electric drive arrangement for a vehicle Download PDF

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DE102020201426A1
DE102020201426A1 DE102020201426.4A DE102020201426A DE102020201426A1 DE 102020201426 A1 DE102020201426 A1 DE 102020201426A1 DE 102020201426 A DE102020201426 A DE 102020201426A DE 102020201426 A1 DE102020201426 A1 DE 102020201426A1
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DE
Germany
Prior art keywords
drive
variable transmission
continuously variable
electric
drive arrangement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102020201426.4A
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German (de)
Inventor
Bernhard Sich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Priority to DE102020201426.4A priority Critical patent/DE102020201426A1/en
Priority to PCT/EP2021/052398 priority patent/WO2021156235A1/en
Publication of DE102020201426A1 publication Critical patent/DE102020201426A1/en
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Abstract

Es wird eine elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine (EM) mit einer Rotorwelle als Antriebswelle (1) vorgeschlagen, die über ein stufenlos verstellbares Getriebe (2) und über zumindest einen Direkttrieb (3) sowie über zumindest ein Kupplungselement (4, 11) zum Realisieren von zumindest zwei Fahrbereichen mit einem Abtriebsdifferential (5) zum Antreiben von Abtriebswellen (6, 7) gekoppelt ist, wobei ein erster Antriebspfad für einen ersten Fahrbereich über das stufenlos verstellbare Getriebe (2) vorgesehen ist und wobei ein parallel zum ersten Antriebspfad angeordneter zweiter Antriebspfad für einen zweiten Fahrbereich über den Direkttrieb (3) vorgesehen ist. Ferner wird ein Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebsanordnung vorgeschlagen.An electric drive arrangement for a vehicle with at least one electric machine (EM) with a rotor shaft as the drive shaft (1) is proposed, which is driven by a continuously variable transmission (2) and by at least one direct drive (3) as well as by at least one coupling element (4 , 11) for realizing at least two driving ranges is coupled with an output differential (5) for driving output shafts (6, 7), a first drive path being provided for a first driving range via the continuously variable transmission (2) and one parallel to the The second drive path arranged in the first drive path is provided for a second driving range via the direct drive (3). A vehicle with an electric drive arrangement is also proposed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einer Rotorwelle als Antriebswelle gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebsanordnung.The present invention relates to an electric drive arrangement for a vehicle with at least one electric machine with a rotor shaft as the drive shaft according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1. The invention also relates to a vehicle with an electric drive arrangement.

Elektrische Antriebsanordnungen für Fahrzeuge mit zwei Gangstufen sind aus der Fahrzeugtechnik bekannt. Derartige Antriebsanordnungen können zum Beispiel stufenlos verstellbare Getriebe und auch feste Übersetzungsstufen umfassen, die mit einem Abtriebsdifferential über ein Schaltelement zum Realisieren mehrerer Gangstufen verbunden sind.Electric drive arrangements for vehicles with two gears are known from vehicle technology. Such drive arrangements can include, for example, continuously variable transmissions and also fixed gear ratios, which are connected to an output differential via a shifting element for realizing several gear ratios.

Beispielsweise aus der Druckschrift US 2010/0240492A1 ist eine elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug bekannt. Die Antriebsanordnung umfasst eine elektrische Maschine, die mit einem stufenlos verstellbaren Getriebe verbunden ist, wobei dem stufenlos verstellbaren Getriebe eine konstante Übersetzungsstufe nachgeschaltet ist.For example from the publication US 2010 / 0240492A1 an electric drive arrangement for a vehicle is known. The drive arrangement comprises an electrical machine which is connected to a continuously variable transmission, with a constant transmission step being connected downstream of the continuously variable transmission.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Antriebsanordnung sowie ein Fahrzeug mit der Antriebsanordnung besonders kostengünstig und mit optimierter Betriebsweise vorzuschlagen.The present invention is based on the object of proposing an electric drive arrangement and a vehicle with the drive arrangement in a particularly cost-effective manner and with an optimized mode of operation.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 beziehungsweise 12 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.According to the invention, this object is achieved by the features of patent claims 1 and 12, respectively, with advantageous and claimed developments resulting from the subclaims and the description as well as the drawings.

Somit wird eine elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einer Rotorwelle als Antriebswelle vorgeschlagen, die über zumindest ein stufenlos verstellbares Getriebe und über zumindest einen Direkttrieb sowie über zumindest ein Kupplungselement zum Realisieren von zumindest zwei Fahrbereichen mit einem Abtriebsdifferential zum Antreiben von Abtriebswellen gekoppelt ist. Um eine kostengünstige und eine verlustoptimierte Antriebsanordnung zu schaffen, ist vorgesehen, dass ein erster Antriebspfad für einen ersten Fahrbereich beziehungsweise für eine erste Übersetzungsstufe über das stufenlos verstellbare Getriebe vorgesehen ist und dass ein unabhängig bzw. parallel vom ersten Antriebspfad zweiter Antriebspfad für einen zweiten Fahrbereich beziehungsweise für eine zweite Übersetzungsstufe über den Direkttrieb vorgesehen ist.Thus, an electric drive arrangement for a vehicle with at least one electric machine with a rotor shaft as the drive shaft is proposed, which has at least one continuously variable transmission and at least one direct drive as well as at least one coupling element for realizing at least two driving ranges with an output differential for driving output shafts is coupled. In order to create a cost-effective and loss-optimized drive arrangement, it is provided that a first drive path is provided for a first drive range or for a first gear ratio via the continuously variable transmission and that a second drive path is provided for a second drive range or a second drive path that is independent of or parallel to the first drive path is provided for a second gear ratio via the direct drive.

Demzufolge wird eine elektrische Antriebsanordnung mit einem der elektrischen Maschine nachgeschalteten stufenlos verstellbaren Getriebe sowie einem parallel dazu vorgesehenen Direkttrieb zum Beispiel über eine Welle mit einem Stirnrad oder dergleichen realisiert.Accordingly, an electrical drive arrangement with a continuously variable transmission connected downstream of the electrical machine as well as a direct drive provided parallel thereto is implemented, for example via a shaft with a spur gear or the like.

Um zwischen den beiden Fahrbereichen beziehungsweise zwischen den beiden Übersetzungsstufen umschalten zu können, ist zumindest eine der Antriebswelle und dem Abtrieb des stufenlos verstellbaren Getriebes sowie der Welle des Direkttriebes zugeordnete Kupplungseinrichtung oder dergleichen vorgesehen.In order to be able to switch between the two driving ranges or between the two gear ratios, at least one clutch device or the like assigned to the drive shaft and the output of the continuously variable transmission and the shaft of the direct drive is provided.

Durch die Verwendung des Direkttriebes bzw. des Direktganges, bei der bzw. bei dem eine 1:1 Übersetzung vorgesehen ist, welches bedeutet, dass Antriebswelle und Welle des Direkttriebes gleiche Drehzahlen aufweisen, wird der Wirkungsgrad beim Betrieb der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsanordnung optimiert. Beispielsweise kann der Direkttrieb durch eine Welle mit einem Zahnradpaar beziehungsweise Stirnradpaar gebildet werden, welches die Verbindung zum Abtriebsdifferential realisiert.By using the direct drive or direct gear, in which a 1: 1 ratio is provided, which means that the drive shaft and shaft of the direct drive have the same speeds, the efficiency in the operation of the electrical drive arrangement according to the invention is optimized. For example, the direct drive can be formed by a shaft with a gear pair or spur gear pair, which establishes the connection to the output differential.

Im Rahmen einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Schalten des Antriebspfades für den ersten Fahrbereich die Antriebswelle der elektrischen Maschine mit einem Antrieb des stufenlos verstellbaren Getriebes verbunden ist und ein Abtrieb des stufenlos verstellbaren Getriebes über ein erstes Kupplungselement mit dem Abtriebsdifferential verbunden ist.In the context of an advantageous embodiment of the invention, it is provided that to switch the drive path for the first driving range, the drive shaft of the electric machine is connected to a drive of the continuously variable transmission and an output of the continuously variable transmission is connected to the output differential via a first coupling element.

Zum Schalten des zweiten Antriebspfades ist die Antriebswelle der elektrischen Maschine über das erste Kupplungselement mit einer Welle des mit dem Abtriebsdifferential verbundenen Stirnrades als Direkttrieb gekoppelt. Somit wird bei dem zweiten Antriebspfad parallel zum ersten Antriebspfad der Direkttrieb ohne das stufenlos verstellbare Getriebe realisiert, indem vorzugsweise der Antrieb und der Abtrieb des stufenlosen Getriebes abgekoppelt sind. Über das erste Kupplungselement ergibt sich eine komfortable Umschaltung zwischen den beiden Fahrbereichen.To switch the second drive path, the drive shaft of the electrical machine is coupled via the first coupling element to a shaft of the spur gear connected to the output differential as a direct drive. Thus, in the second drive path parallel to the first drive path, the direct drive is implemented without the continuously variable transmission, in that the drive and the output of the continuously variable transmission are preferably decoupled. The first coupling element makes it easy to switch between the two driving ranges.

Bei der vorgeschlagenen elektrischen Antriebsanordnung wird bevorzugt der erste Fahrbereich zum Anfahren vorgesehen, während der zweite Fahrbereich zum verlustoptimierten Dauerfahrbereich verwendet wird. Demzufolge kann beim ersten Fahrbereich über das stufenlos verstellbare Getriebe eine größere Anfahrübersetzung bereitgestellt werden, sodass in vorteilhafterweise eine kleinere kostengünstigere elektrische Maschine mit gleicher Leistung eingesetzt werden kann. Demzufolge wird die Übersetzung des Gesamtantriebs so gewählt, dass im Anfahrvorgang, also im ersten Fahrbereich, wenn das stufenlos verstellbare Getriebe beziehungsweise CVT-Getriebe mit dem Abtriebsdifferential gekoppelt ist, eine Übersetzung ins Langsame, das heißt eine momenterhöhende Übersetzung, wirkt. Parallel zum stufenlos verstellbaren Getriebe wird der Direkttrieb als zweiter Fahrbereich quasi als verlustoptimierter Dauerfahrbereich verwendet. Da beim Direkttrieb eine 1:1 Übersetzung realisiert wird, ergeben sich in diesem zweiten Fahrbereich besonders geringe Verluste.In the proposed electric drive arrangement, the first driving range is preferably provided for starting, while the second driving range is used for the loss-optimized continuous driving range. Accordingly, in the first driving range, a larger starting ratio can be provided via the continuously variable transmission, so that advantageously a smaller, more cost-effective electrical machine with the same output can be used. Accordingly, the translation of the overall drive is chosen so that During the start-up process, i.e. in the first driving range, when the continuously variable transmission or CVT transmission is coupled to the output differential, a slow ratio, i.e. a torque-increasing ratio, acts. In parallel to the continuously variable transmission, the direct drive is used as a second driving range, so to speak as a loss-optimized continuous driving range. Since a 1: 1 ratio is implemented with the direct drive, there are particularly low losses in this second driving range.

Dadurch, dass ein stufenlos verstellbares Getriebe bei der vorgeschlagenen elektrischen Antriebsanordnung vorgesehen ist, ergibt sich der Vorteil, dass zum Umschalten zwischen dem ersten Fahrbereich und dem zweiten Fahrbereich die Übersetzung des stufenlos verstellbaren Getriebes derart verstellbar ist, dass die Drehzahl der Antriebswelle mit der Drehzahl des Abtriebes des stufenlos verstellbaren Getriebes sowie mit der Drehzahl des Direkttriebes identisch sind. Demzufolge werden die Drehzahlen synchronisiert, sodass die Umschaltung zwischen den Fahrbereichen zugkraftunterbrechungsfrei durchgeführt werden kann, ohne dass aufwändige und kostenintensive reibschlüssige Kupplungselemente eingesetzt werden. Demzufolge werden vorzugsweise kostengünstige und schleppverlustarme formschlüssige Schaltklauenkupplungen bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung verwendet, sodass nicht nur die Kosten, sondern auch die Betriebsweise weiter optimiert werden können, indem unnötige Schleppverluste reduziert beziehungsweise vermieden werden.The fact that a continuously variable transmission is provided in the proposed electric drive arrangement results in the advantage that, to switch between the first driving range and the second driving range, the translation of the continuously variable transmission can be adjusted in such a way that the speed of the drive shaft corresponds to the speed of the The output of the continuously variable transmission and the speed of the direct drive are identical. As a result, the speeds are synchronized so that the switchover between the driving ranges can be carried out without interruption of tractive effort, without the use of complex and costly frictional coupling elements. As a result, preferably inexpensive, form-fitting shift dog clutches with low drag losses are used in the drive arrangement according to the invention, so that not only the costs but also the mode of operation can be further optimized by reducing or avoiding unnecessary drag losses.

Um die Betriebsweise bei der vorgeschlagenen elektrischen Antriebsanordnung weiter zu verbessern, kann im Rahmen einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Antriebswelle der elektrischen Maschine über ein zweites Kupplungselement mit dem Antrieb des stufenlos verstellbaren Getriebes koppelbar oder von dem Antrieb des stufenlos verstellbaren Getriebes entkoppelbar ist. Aufgrund dieser lösbaren Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Antrieb des stufenlosen Getriebes kann bei einem Betrieb im zweiten Fahrbereich der Antrieb und der Abtrieb des stufenlos verstellbaren Getriebes von der Antriebswelle der elektrischen Maschine entkoppelt werden und somit Verluste weiter reduziert werden.In order to further improve the operation of the proposed electric drive arrangement, a further variant of the invention can provide that the drive shaft of the electric machine can be coupled to the drive of the continuously variable transmission or decoupled from the drive of the continuously variable transmission via a second coupling element is. Due to this detachable connection between the drive shaft and the drive of the continuously variable transmission, the drive and the output of the continuously variable transmission can be decoupled from the drive shaft of the electrical machine during operation in the second driving range, thus further reducing losses.

Eine weitere besonders optimierte Betriebsweise kann bei der elektrischen Antriebsanordnung der Erfindung dadurch realisiert werden, dass die Antriebswelle der elektrischen Maschine im geöffneten Zustand des ersten Kupplungselements von dem Abtriebsdifferential entkoppelt ist. Damit besteht die Möglichkeit, den Antrieb vom Abtrieb zu trennen und somit die Verluste bei einer Segelfunktion, das heißt Fahren ohne Antriebsleistung, deutlich zu verringern.Another particularly optimized mode of operation can be implemented in the electric drive arrangement of the invention in that the drive shaft of the electric machine is decoupled from the output differential in the open state of the first coupling element. This makes it possible to separate the drive from the output and thus significantly reduce the losses in a sailing function, i.e. driving without drive power.

Im Rahmen einer nächsten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als stufenlos verstellbares Getriebe ein verstellbares Reibkörpergetriebe mit gleicher Drehrichtung am Antrieb und Abtrieb vorgesehen ist. Durch die Drehrichtungsidentität von Antrieb und Abtrieb ergibt sich der Vorteil, dass keine zusätzliche Drehrichtungsumkehr durch zusätzliche Bauelemente, wie zum Beispiel Zwischenwellen oder dergleichen, erforderlich ist, welches beispielsweise bei der Verwendung eines Umschlingungsgetriebes als stufenlos verstellbares Getriebe notwendig wäre. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn als Reibkörper Kugelkörper bei dem Reibkörpergetriebe verwendet werden, deren Rotationsachse zum Einstellen der Übersetzung verstellbar sind. Vorzugweise ist die Verwendung eines Planeten-Kugelgetriebes von Escher-Wyss.In the context of a further development of the invention it can be provided that an adjustable friction body gear with the same direction of rotation on the drive and output is provided as the continuously variable gear. The fact that the direction of rotation of the drive and output is identical has the advantage that no additional reversal of the direction of rotation is required through additional components, such as intermediate shafts or the like, which would be necessary, for example, when using a belt drive as a continuously variable transmission. It has been found to be particularly advantageous if spherical bodies are used as friction bodies in the friction body transmission, the axis of rotation of which can be adjusted for setting the translation. The use of a planetary ball gear from Escher-Wyss is preferred.

Eine besonders bauraumsparende Anordnung wird bei der vorgeschlagenen elektrischen Antriebsanordnung dadurch realisiert, dass das stufenlos verstellbare Getriebe koaxial zur Antriebswelle der elektrischen Maschine angeordnet ist. Demzufolge wird radialer Bauraum bei dieser Art der Anordnung eingespart. Es ist denkbar, dass je nach Anwendungsfall auch eine andere, zum Beispiel achsparallele Anordnung, vorgesehen wird.A particularly space-saving arrangement is implemented in the proposed electric drive arrangement in that the continuously variable transmission is arranged coaxially to the drive shaft of the electric machine. As a result, radial installation space is saved with this type of arrangement. It is conceivable that, depending on the application, a different arrangement, for example axially parallel, is also provided.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung schlägt ein Fahrzeug mit der vorbeschriebenen elektrischen Antriebsanordnung vor, wobei sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile ergeben. Besonders bevorzugt ist die Ausführung des elektrischen Antriebes als Achsantrieb bei dem Fahrzeug.Another aspect of the present invention proposes a vehicle with the above-described electric drive arrangement, resulting in the advantages already described and other advantages. It is particularly preferred to design the electric drive as an axle drive in the vehicle.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.The present invention is further explained below with reference to the drawings.

Es zeigen:

  • 1 eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsvariante einer elektrischen Antriebsanordnung in einem ersten Fahrbereich über einen ersten Antriebspfad;
  • 2 eine Prinzipdarstellung der ersten Ausführungsvariante der elektrischen Antriebsanordnung in einem zweiten Fahrbereich über einen zweiten Antriebspfad;
  • 3 eine Prinzipdarstellung der ersten Ausführungsvariante der elektrischen Antriebsanordnung beim Umschalten zwischen den beiden Fahrbereichen in einer Zwischenstellung eines ersten Kupplungselementes;
  • 4 eine Prinzipdarstellung der ersten Ausführungsvariante der elektrischen Antriebsanordnung mit vom Abtriebsdifferential entkoppelter Antriebswelle einer elektrischen Maschine;
  • 5 eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Ausführung eines stufenlos verstellbaren Getriebes als Reibkörpergetriebe mit Kugelkörpern;
  • 6 eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsvariante der elektrischen Antriebsanordnung mit einem zweiten Kupplungselement zum Entkoppeln eines Antriebes des stufenlos verstellbaren Getriebes von der Abtriebswelle in dem ersten Fahrbereich über den ersten Antriebspfad; und
  • 7 eine Prinzipdarstellung der zweiten Ausführungsvariante der elektrischen Antriebsanordnung in dem zweiten Fahrbereich über den zweiten Antriebspfad.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a first embodiment variant of an electric drive arrangement in a first driving range over a first drive path;
  • 2 a schematic diagram of the first embodiment variant of the electric drive arrangement in a second driving range over a second drive path;
  • 3 a schematic diagram of the first embodiment variant of the electric drive arrangement when switching between the two driving ranges in an intermediate position of a first coupling element;
  • 4th a schematic diagram of the first embodiment variant of the electric drive arrangement with the drive shaft of an electric machine decoupled from the output differential;
  • 5 a schematic diagram of a preferred embodiment of a continuously variable transmission as a friction body transmission with spherical bodies;
  • 6th a schematic diagram of a second variant of the electric drive arrangement with a second coupling element for decoupling a drive of the continuously variable transmission from the output shaft in the first driving range via the first drive path; and
  • 7th a schematic diagram of the second embodiment variant of the electric drive arrangement in the second driving range via the second drive path.

In den 1 bis 7 ist eine erfindungsgemäße elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug als Elektroantrieb mit zwei Fahrbereichen anhand von verschiedenen Ansichten und exemplarisch anhand einer ersten und zweiten Ausführungsvariante beispielhaft dargestellt.In the 1 until 7th an electric drive arrangement according to the invention for a vehicle as an electric drive with two driving areas is shown by way of example using different views and using a first and second variant embodiment.

Unabhängig von den beiden Ausführungsvarianten umfasst die Antriebsanordnung für ein Fahrzeug zumindest eine elektrische Maschine EM, die vorzugsweise sowohl als Motor als auch als Generator betreibbar ist. Die Rotorwelle der elektrischen Maschine EM bildet eine Antriebswelle 1, die über ein stufenlos verstellbares Getriebe 2 und über zumindest einen Direkttrieb 3 sowie über zumindest ein erstes Kupplungselement 4 zum Realisieren von zumindest zwei Fahrbereichen mit einem Abtriebsdifferential 5 zum Antreiben von Abtriebswellen 6, 7 gekoppelt ist.Regardless of the two embodiment variants, the drive arrangement for a vehicle comprises at least one electrical machine EM , which can preferably be operated both as a motor and as a generator. The rotor shaft of the electrical machine EM forms a drive shaft 1 that have an infinitely variable transmission 2 and at least one direct drive 3 and at least one first coupling element 4th for realizing at least two driving ranges with one output differential 5 for driving output shafts 6th , 7th is coupled.

Um eine besonders kostengünstige und optimierte Betriebsweise aufweisende Antriebsanordnung zu realisieren, ist ein erster Antriebspfad für einen ersten Fahrbereich über das stufenlos verstellbare Getriebe 2 vorgesehen und ein unabhängig vom ersten Antriebspfad ausgeführter zweiter Antriebspfad für einen zweiten Fahrbereich über den Direkttrieb 3 vorgesehen.In order to realize a drive arrangement having a particularly cost-effective and optimized mode of operation, a first drive path for a first driving range is via the continuously variable transmission 2 is provided and a second drive path, executed independently of the first drive path, for a second driving range via the direct drive 3 intended.

Auf diese Weise wird eine elektrische Antriebsanordnung mit einer elektrischen Maschine EM mit nachgeschaltetem stufenlos verstellbaren Getriebe 2 und parallel dazu angeordneten Direkttrieb 3 über eine Welle 13 und ein Stirnrad 14 realisiert.In this way, an electric drive arrangement is created with an electric machine EM with downstream infinitely variable transmission 2 and parallel direct drive 3 over a wave 13th and a spur gear 14th realized.

Zum Schalten der beiden Fahrbereiche ist ein erstes Kupplungselement 4 vorgesehen, welches als formschlüssige Kupplungsklaue in Schiebemuffenausfertigung vorgesehen ist. Somit wird eine elektrische Antriebsanordnung in zwei Fahrbereichsausführungen realisiert, wobei der Umschaltvorgang zwischen den Fahrbereichen synchron bei Drehzahlgleichheit von Antriebswelle 1 und Abtrieb 9 sowie Welle 13 des Direkttriebes 3 erfolgt und somit formschlüssige Schaltelemente beziehungsweise Kupplungselemente 4, 11 eingesetzt werden können.A first coupling element is used to switch the two driving ranges 4th provided, which is provided as a positive coupling claw in sliding sleeve design. In this way, an electric drive arrangement is implemented in two drive range versions, with the switching process between the drive ranges being synchronized with the drive shaft rotating at the same speed 1 and downforce 9 as well as wave 13th of the direct drive 3 takes place and thus form-fitting switching elements or coupling elements 4th , 11 can be used.

Das stufenlos verstellbare Getriebe 2 ist koaxial zur Antriebswelle 1 der elektrischen Maschine EM angeordnet. Beispielhaft ist als stufenlos verstellbares Getriebe 2 ein Reibkörpergetriebe mit Kugelkörpern vorgesehen, welches im Detail in 5 gezeigt ist. In vorteilhafterweise weisen bei einem derartigen stufenlos verstellbaren Getriebe 2 der Antrieb 8 und der Abtrieb 9 die gleiche Drehrichtung auf, sodass eine Drehrichtungsumkehr nicht erforderlich ist. Das stufenlos verstellbare Getriebe 2 umfasst eine Spreizung, welche sich durch die Anfahrübersetzung geteilt durch die Direktübersetzung von >1,7 ergibt, während die Spreizung des stufenlos verstellbaren Getriebes 2 < als 4 ist.The infinitely variable transmission 2 is coaxial with the drive shaft 1 of the electric machine EM arranged. An example is a continuously variable transmission 2 a friction body transmission with spherical bodies is provided, which is described in detail in 5 is shown. Advantageously, in such a continuously variable transmission 2 the drive 8th and the downforce 9 the same direction of rotation, so that a reversal of the direction of rotation is not necessary. The infinitely variable transmission 2 includes a spread, which results from the starting ratio divided by the direct ratio of> 1.7, while the spread of the continuously variable transmission 2 <than 4.

In den 1 bis 5 ist beispielhaft eine erste Ausführungsvariante der elektrischen Antriebsanordnung dargestellt, bei der lediglich ein erstes Kupplungselement 4 vorgesehen ist.In the 1 until 5 a first variant embodiment of the electric drive arrangement is shown as an example, in which only a first coupling element 4th is provided.

1 zeigt die Antriebsanordnung bei geschaltetem ersten Antriebspfad für den ersten Fahrbereich, bei dem die Antriebswelle 1 der elektrischen Maschine EM mit dem Antrieb 8 des stufenlos verstellbaren Getriebes 2 verbunden ist und der Abtrieb 9 des stufenlos verstellbaren Getriebes 2 ist über ein verschiebbares Mitnahmeprofil beziehungsweise mit einer verschiebbaren Mitnahmeverzahnung 10 des ersten Kupplungselementes 4 mit der Welle 13 des mit dem Abtriebsdifferential 5 verbundenen Stirnrades 14 gekoppelt. 1 shows the drive arrangement with the first drive path switched for the first driving range in which the drive shaft 1 of the electric machine EM with the drive 8th of the continuously variable transmission 2 is connected and the downforce 9 of the continuously variable transmission 2 is via a slidable drive profile or with a slidable drive toothing 10 of the first coupling element 4th with the wave 13th the one with the output differential 5 connected spur gear 14th coupled.

In 2 ist der geschaltete zweite Antriebspfad für den zweiten Fahrbereich dargestellt. Hierbei ist vorgesehen, dass die Antriebswelle 1 der elektrischen Maschine EM über das verschiebbare Mitnahmeprofil 10 des ersten Kupplungselementes 4 mit der Welle 13 des mit dem Abtriebsdifferential 5 verbundenen Stirnrades 14 als Direkttrieb 3 gekoppelt ist.In 2 the switched second drive path for the second driving range is shown. It is provided here that the drive shaft 1 of the electric machine EM via the sliding profile 10 of the first coupling element 4th with the wave 13th the one with the output differential 5 connected spur gear 14th as a direct drive 3 is coupled.

Der erste Fahrbereich ist zum Anfahren vorgesehen, während der zweite Fahrbereich als verlustoptimierter Dauerfahrbereich vorgesehen ist.The first driving range is provided for starting, while the second driving range is provided as a loss-optimized continuous driving range.

In 3 ist eine Zwischenschaltstellung des ersten Kupplungselements 4 zum Umschalten zwischen dem ersten Fahrbereich und dem zweiten Fahrbereich dargestellt, bei dem die Übersetzung des stufenlos verstellbaren Getriebes 2 derart verstellt wird, dass die Drehzahl der Antriebswelle 1 der elektrischen Maschine EM mit der Drehzahl des Direkttriebes 3 und der Drehzahl des Abtriebes 9 des stufenlos verstellbaren Getriebes 2 identisch ist. Hierzu ist das verschiebbare Mitnahmeprofil 10 des ersten Kupplungselementes 4 einerseits sowohl mit dem Abtrieb 9 des stufenlos verstellbaren Getriebes 2 als auch mit der Antriebswelle 1 der elektrischen Maschine EM und andererseits mit der Welle 13 des Direkttriebes 3 verbunden.In 3 is an intermediate switching position of the first coupling element 4th for switching between the first driving range and the second driving range, in which the translation of the continuously variable transmission 2 is adjusted so that the speed of the drive shaft 1 of the electric machine EM with the speed of the direct drive 3 and the speed of the output 9 of the continuously variable transmission 2 is identical. For this purpose, the slidable carrier profile is needed 10 of the first coupling element 4th on the one hand both with the downforce 9 of the continuously variable transmission 2 as well as with the drive shaft 1 the electric machine EM and on the other hand with the wave 13th of the direct drive 3 connected.

4 zeigt die erste Ausführungsvariante der elektrischen Antriebsanordnung in einem vom Abtriebsdifferential 5 entkoppelten Zustand. Dies wird dadurch erreicht, dass das erste Kupplungselement 4 mit dem verschiebbaren Mitnahmeprofil 10 weder mit dem Abtrieb 9 des stufenlos verstellbaren Getriebes 2 und mit der Antriebswelle 1 der elektrischen Maschine EM noch mit der Welle 13 des Direkttriebes 3 in Eingriff steht. Dieser entkoppelte Zustand zwischen elektrischer Maschine EM und Abtriebsdifferential 5 dient beispielsweise zur Ausführung einer Segelfunktion. 4th shows the first variant of the electric drive arrangement in one of the output differential 5 decoupled state. This is achieved in that the first coupling element 4th with the sliding profile 10 neither with the downforce 9 of the continuously variable transmission 2 and with the drive shaft 1 of the electric machine EM still with the wave 13th of the direct drive 3 is engaged. This decoupled state between electrical machines EM and output differential 5 serves, for example, to carry out a sailing function.

5 zeigt eine Prinzipdarstellung eines als Reibkörpergetriebe dargestellten stufenlos verstellbaren Getriebes 2 im Detail. Hieraus ist ersichtlich, dass Kugelkörper als Reibkörper vorgesehen sind, deren Rotationsachse 15 durch Strichlinien in 5 angedeutet ist, wobei durch eine Verstellung der Rotationsachse 15 die Übersetzung des stufenlos verstellbaren Getriebes 2 verstellt wird. 5 shows a schematic diagram of a continuously variable transmission shown as a friction body transmission 2 in detail. It can be seen from this that spherical bodies are provided as friction bodies, their axis of rotation 15th by dashed lines in 5 is indicated, whereby by adjusting the axis of rotation 15th the translation of the continuously variable transmission 2 is adjusted.

In 6 und 7 ist die zweite Ausführungsvariante der elektrischen Antriebsanordnung beispielhaft gezeigt. Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante ist bei der zweiten Ausführungsvariante ein zweites Kupplungselement 11 vorgesehen, mit dem auch der Antrieb 8 des stufenlos verstellbaren Getriebes 2 von der Antriebswelle 1 der elektrischen Maschine EM entkoppelt werden kann, um die Verluste im zweiten Fahrbereich, wenn ausschließlich der Direkttrieb 3 wirkt, zu minimieren.In 6th and 7th the second variant of the electric drive arrangement is shown as an example. In contrast to the first variant, the second variant has a second coupling element 11 provided, with which the drive 8th of the continuously variable transmission 2 from the drive shaft 1 of the electric machine EM can be decoupled to the losses in the second driving range, if only the direct drive 3 acts to minimize.

6 zeigt die zweite Ausführungsvariante im ersten Fahrbereich, bei der ein verschiebbares Mitnahmeprofil 12 beziehungsweise eine verschiebbare Mitnahmeverzahnung 12 des zweiten Kupplungselements 11 mit der Antriebswelle 1 verbunden ist, während das Mitnahmeprofil 10 des ersten Kupplungselements 4 den Abtrieb 9 des stufenlos verstellbaren Getriebes 2 mit dem Direkttrieb 3 verbindet. 6th shows the second variant in the first driving range, in which a slidable driving profile 12th or a sliding drive toothing 12th of the second coupling element 11 with the drive shaft 1 is connected while the driver profile 10 of the first coupling element 4th the downforce 9 of the continuously variable transmission 2 with the direct drive 3 connects.

In 7 ist der zweite Fahrbereich dargestellt, bei dem der Direkttrieb 3 über das Mitnahmeprofil 10 des ersten Kupplungselements 4 mit der Antriebswelle 1 der elektrischen Maschine EM 3 verbunden ist. Zur Verlustreduzierung ist das stufenlos verstellbare Getriebe 2 nicht mit der Antriebswelle 1 der elektrischen Maschine EM verbunden. Demzufolge ist das Mitnahmeprofil 12 des zweiten Kupplungselements 11 auch nicht mit der Antriebswelle 1 der elektrischen Maschine EM verbunden.In 7th the second driving range is shown in which the direct drive 3 via the take-away profile 10 of the first coupling element 4th with the drive shaft 1 of the electric machine EM 3 connected is. The continuously variable transmission is used to reduce losses 2 not with the drive shaft 1 of the electric machine EM connected. As a result, the driving profile is 12th of the second coupling element 11 not even with the drive shaft 1 of the electric machine EM connected.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Antriebswelledrive shaft
22
stufenlos verstellbares Getriebeinfinitely variable transmission
33
DirekttriebDirect drive
44th
erstes Kupplungselementfirst coupling element
55
AbtriebsdifferentialOutput differential
6,76.7
AbtriebswellenOutput shafts
88th
Antrieb des stufenlos verstellbaren GetriebesDrive of the infinitely variable transmission
99
Abtrieb des stufenlos verstellbaren GetriebesOutput of the infinitely variable transmission
1010
verschiebbares Mitnahmeprofil des ersten Kupplungselementsdisplaceable driving profile of the first coupling element
1111
zweites Kupplungselementsecond coupling element
1212th
verschiebbares Mitnahmeprofil des zweiten Kupplungselementsdisplaceable driving profile of the second coupling element
1313th
Wellewave
1414th
StirnradSpur gear
1515th
RotationsachseAxis of rotation
EMEM
elektrische Maschineelectric machine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2010/0240492 A1 [0003]US 2010/0240492 A1 [0003]

Claims (12)

Elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine (EM) mit einer Rotorwelle als Antriebswelle (1), die über ein stufenlos verstellbares Getriebe (2) und über zumindest einen Direkttrieb (3) sowie über zumindest ein Kupplungselement (4, 11) zum Realisieren von zumindest zwei Fahrbereichen mit einem Abtriebsdifferential (5) zum Antreiben von Abtriebswellen (6, 7) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Antriebspfad für einen ersten Fahrbereich über das stufenlos verstellbare Getriebe (2) vorgesehen ist und dass ein parallel zum ersten Antriebspfad angeordneter zweiter Antriebspfad für einen zweiten Fahrbereich über den Direkttrieb (3) vorgesehen ist.Electric drive arrangement for a vehicle with at least one electric machine (EM) with a rotor shaft as the drive shaft (1), which is connected to the Realization of at least two driving ranges is coupled with an output differential (5) for driving output shafts (6, 7), characterized in that a first drive path is provided for a first driving range via the continuously variable transmission (2) and that one parallel to the first Drive path arranged second drive path is provided for a second driving range via the direct drive (3). Elektrische Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten des ersten Antriebspfades für den ersten Fahrbereich die Antriebswelle (1) der elektrischen Maschine (EM) mit einem Antrieb (8) des stufenlos verstellbaren Getriebes (2) verbunden ist und ein Abtrieb (9) des stufenlos verstellbaren Getriebes (2) über ein erstes Kupplungselements (4) mit dem Abtriebsdifferential (5) verbunden ist.Electric drive arrangement according to Claim 1 , characterized in that for switching the first drive path for the first driving range, the drive shaft (1) of the electric machine (EM) is connected to a drive (8) of the continuously variable transmission (2) and an output (9) of the continuously variable transmission (2) is connected to the output differential (5) via a first coupling element (4). Elektrische Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten des zweiten Antriebspfades die Antriebswelle (1) der elektrischen Maschine (EM) über das erste Kupplungselement (4) mit einer Welle (13) eines mit dem Abtriebsdifferential (5) verbundenen Stirnrades (14) als Direkttrieb (3) verbunden ist.Electric drive arrangement according to Claim 1 or 2 , characterized in that for switching the second drive path the drive shaft (1) of the electrical machine (EM) via the first coupling element (4) with a shaft (13) of a spur gear (14) connected to the output differential (5) as a direct drive (3 ) connected is. Elektrische Antriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fahrbereich zum Anfahren vorgesehen ist, und dass der zweite Fachbereich als verlustoptimierter Dauerfahrbereich vorgesehen ist.Electric drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first driving area is provided for starting, and that the second specialist area is provided as a loss-optimized continuous driving area. Elektrische Antriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten zwischen dem ersten Fahrbereich und dem zweiten Fahrbereich die Übersetzung des stufenlos verstellbaren Getriebes (2) derart verstellbar ist, dass die Drehzahl der Antriebswelle (1) und die Drehzahl des Abtriebs (9) des stufenlos verstellbaren Getriebes (2) sowie die Drehzahl des Direkttriebes (3) identisch sind.Electric drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that, for switching between the first driving range and the second driving range, the ratio of the continuously variable transmission (2) can be adjusted in such a way that the speed of the drive shaft (1) and the speed of the output (9 ) of the continuously variable transmission (2) and the speed of the direct drive (3) are identical. Elektrische Antriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) der elektrischen Maschine (EM) und der Antrieb (8) des stufenlos verstellbaren Getriebes (2) über ein zweites Kupplungselement (11) lösbar miteinander verbunden sind.Electric drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the drive shaft (1) of the electric machine (EM) and the drive (8) of the continuously variable transmission (2) are detachably connected to one another via a second coupling element (11). Elektrische Antriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) der elektrischen Maschine (EM) und das Abtriebsdifferential (5) über das erste Kupplungselement (4) entkoppelbar sind.Electric drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the drive shaft (1) of the electric machine (EM) and the output differential (5) can be decoupled via the first coupling element (4). Elektrische Antriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungselement (4) und/oder das zweite Kupplungselement (11) als formschlüssiges Schaltklauenelement ausgeführt sind.Electric drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first coupling element (4) and / or the second coupling element (11) are designed as a form-fitting shift claw element. Elektrische Antriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als stufenlos verstellbares Getriebe (2) ein verstellbares Reibkörpergetriebe mit gleicher Drehrichtung von Antrieb (8) und Abtrieb (9) vorgesehen ist.Electric drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that an adjustable friction body gear with the same direction of rotation of the drive (8) and output (9) is provided as the continuously adjustable gear (2). Elektrische Antriebsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Reibkörper Kugelkörper bei dem Reibkörpergetriebe vorgesehen sind, deren Rotationsachse (15) zur Einstellung der Übersetzung verstellbar ist.Electric drive arrangement according to Claim 9 , characterized in that spherical bodies are provided as the friction body in the friction body transmission, the axis of rotation (15) of which is adjustable for setting the translation. Elektrische Antriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stufenlos verstellbare Getriebe (2) koaxial zur Antriebswelle (1) der elektrischen Maschine (EM) angeordnet ist.Electric drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the continuously variable transmission (2) is arranged coaxially to the drive shaft (1) of the electric machine (EM). Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche.Vehicle having an electric drive arrangement according to one of the preceding claims.
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