DE102011018959A1

DE102011018959A1 - Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011018959A1
Application number: DE201110018959
Authority: DE
Inventors: Johann Märkl; Michael Schöffmann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2012-10-31
Also published as: WO2012146376A2; WO2012146376A3

Abstract

Hybridfahrzeuge sollen effektiver betrieben werden. Dazu wird erfindungsgemäß bereitgestellt eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Elektromotor mit einem ersten Stator (16) und einem gegenüber dem ersten Stator (16) konzentrisch innen liegend angeordneten ersten Rotor (18), einem zweiten Elektromotor mit einem zweiten Stator (20) und einem gegenüber dem zweiten Stator (20) konzentrisch außen liegend angeordneten zweiten Rotor (22), wobei der zweite Stator (20) konzentrisch außen liegend zu dem ersten Stator (16) angeordnet ist, und die Antriebsreinrichtung durch eine gemeinsame Kühleinrichtung zum Kühlen beider Statoren (16, 20) gekennzeichnet ist. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit der Antriebseinrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Über dies betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebseinrichtung.
Bei Hybridfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor und zumindest einem Elektromotor kann der Antrieb entweder seriell oder parallel betrieben werden. Bei dem seriellen Betrieb wird die vom Verbrennungsmotor erzeugte Energie an einen als Generator betriebenen Elektromotor übertragen, der die Energie in elektrische Energie wandelt. Die elektrische Energie wird in einem elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einer Batterie, gespeichert. Im parallelen Betrieb wird der Antrieb des Kraftfahrzeugs durch den Verbrennungsmotor und die zumindest einen Elektromotor simultan betrieben.
Bei Hybridfahrzeugen können der Verbrennungsmotor und der wenigstens eine Elektromotor über ein Planentengetriebe miteinander gekoppelt sein. Solche Anordnungen sind beispielsweise aus der EP 1 480 316 A2 und der DE 602 16 373 T2 bekannt. Diese Anordnungen weisen allerdings keine zwei separaten Elektromotoren auf, die unabhängig voneinander angesteuert werden können.
Die EP 1 954 515 B1 beschreibt ein Antriebssystem für ein Hybridfahrzeug mit einem ersten Elektromotor mit einem innen laufenden Rotor und einem zweiten Elektromotor mit einem außen laufenden Rotor, wobei der Stator des zweiten Elektromotors konzentrisch außen liegend zu dem Stator des ersten Elektromotors angeordnet ist. Ein Verbrennungsmotor ist mit einem Planetenträger eines Planetengetriebes gekoppelt. Der Rotor des ersten Elektromotors ist mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes und der Rotor des zweiten Elektromotors ist mit einem Hohlrad des Planetengetriebes gekoppelt. Das Hohlrad ist über eine Antriebswelle mit zumindest einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs gekoppelt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Hybridfahrzeuge effizienter zu betreiben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 1 und durch eine Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
Erfindungsgemäß wird bereitgestellt eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Elektromotor mit einem ersten Stator und einem gegenüber dem ersten Stator konzentrisch innen liegend angeordneten ersten Rotor, einem zweiten Elektromotor mit einem zweiten Stator und einem gegenüber dem zweiten Stator konzentrisch außen liegend angeordneten zweiten Rotor, wobei der zweite Stator konzentrisch außen liegend zu dem ersten Stator angeordnet ist, und die Antriebseinrichtung durch eine gemeinsame Kühleinrichtung zum Kühlen beider Statoren gekennzeichnet ist.
Diese Antriebseinrichtung weist zwei separate Elektromotoren auf, die unabhängig voneinander angesteuert werden können. Sowohl der erste, als auch der zweite Elektromotor können entweder als Motor oder als Generator betrieben werden. Somit können beide Elektromotoren ohne gegenseitige Beeinflussung betrieben werden. Durch die gemeinsame Kühlung der beiden Statoren des ersten und des zweiten Elektromotors wird eine kompakte und Bauraum sparende Anordnung erreicht. Durch die gemeinsame Kühleinrichtung sind der Fertigungsaufwand und die damit verbundenen Kosten gering. Ebenso ermöglicht die gemeinsame Kühlung einen effizienten Betrieb beider Elektromotoren und garantiert eine hohe Lebensdauer.
Vorzugsweise ist die Kühleinrichtung in einem Statorträger bereitgestellt, an dem der erste Stator und der zweite Stator angeordnet sind. Ein entsprechende Kühleinrichtung kann bereits bei der Herstellung eines Statorträgers vorgesehen werden. Da beiden Statoren an dem gemeinsamen Statorträger angeordnet sind, können sie durch die Kühleinrichtung beide gleichzeitig gekühlt werden.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Kühleinrichtung wenigstens einen Kühlkanal für ein Kühlmedium. Durch einen Kühlkanal, der mit einem Kühlmedium, beispielsweise einer entsprechenden Kühlflüssigkeit, durchströmt wird, kann eine besonders effektive Kühlung beider Statoren ermöglicht werden.
Die Kühleinrichtung umfasst bevorzugt eine Mehrzahl von Kühlkanälen, die parallel zueinander angeordnet sind. Durch eine Mehrzahl von parallelen Kühlkanälen kann die von den beiden Statoren erzeugte Wärme besonders effektiv abgeführt und eine Überhitzung der beiden Elektromotoren verhindert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kühlkanal schraubenlinienförmig um den Statorträger umlaufend ausgebildet ist. Durch diesen Kühlkanal kann eine besonders gleichmäßige Kühlung beider Statoren der Elektromotoren erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein wenigstens erster Kühlkanal dem ersten Stator zugeordnet und ein wenigstens zweiter Kühlkanal dem zweiten Stator zugeordnet. Somit kann eine gleichmäßige Kühlung des ersten und des zweiten Stators garantiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung sind Anschlusselemente einer Vorlaufleitung und einer Rücklaufleitung für das Kühlmedium an der selben Stirnseite des Statorträgers angeordnet. Somit kann eine kompakte Bauweise erreicht werden und eine einfache Anordnung der Kühlmittelleitungen ermöglicht werden.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der wenigstens erste Kühlkanal und der wenigstens zweite Kühlkanal an einer der Stirnseite gegenüberliegenden Seite verbunden sind. Somit kann ein entsprechender Kühlkreislauf zur Kühlung der Antriebseinrichtung auf besonders einfache Weise ermöglicht werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind der wenigstens erste Kühlkanal und der wenigstens zweite Kühlkanal schraubenlinienförmig um den Statorträger umlaufend ausgebildet, wobei der erste Kühlkanal und der zweite Kühlkanal sich kreuzend angeordnet sind und/oder im Bezug zu dem Statorträger axial und/oder radial zueinander versetzt angeordnet sind. Ebenso kann einer der Kühlkanäle eine rechtsgängige Schraubenlinienform aufweisen und ein weiterer der Kühlkanäle eine linksgängige Schraubenlinienform aufweisen. Durch die zueinander versetzte Anordnung können die zumindest zwei Kühlkanäle besonders Bauraum sparend angeordnet werden, und zudem kann eine ausreichende Kühlung der beiden Statoren ermöglicht werden.
Schließlich wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Kraftfahrzeug mit einer zuvor beschriebenen Antriebsanordnung, wobei der erste Rotor der Antriebsanordnung mit einem ersten Getriebeelement gekoppelt, insbesondere verbunden ist, der zweite Rotor der Antriebsanordnung mit einem zweiten Getriebeelement gekoppelt, insbesondere verbunden ist, und über eine Antriebswelle mit zumindest einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs gekoppelt, insbesondere verbunden ist.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei die Figur in einer schematischen geschnittenen Darstellung eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug veranschaulicht.
Ein Antrieb 10 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, weist einen Verbrennungsmotor 12 auf. Zudem weist der Antrieb 10 einen ersten Elektromotor und einen zweiten Elektromotor auf.
Der erste Elektromotor weist einen ersten Stator 16 auf sowie einem gegenüber dem ersten Stator 16 innen liegend angeordneten ersten Rotor 18 auf. Der zweite Elektromotor weist einen zweiten Stator 20 und einen gegenüber dem zweiten Stator 20 außen liegend angeordneten zweiten Rotor 22 auf. Hierbei ist der zweite Stator 20 konzentrisch außen liegend zu dem ersten Stator 16 angeordnet. Der erste Stator 16 und der zweite Stator 20 sind an einem gemeinsamen Statorträger 24 angeordnet.
Dem ersten Stator 16 und dem zweiten Stator 20 zugeordnet ist eine gemeinsame Kühleinrichtung, die zum Kühlen des ersten Stators 16 und der zweiten Stators 20 ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Kühleinrichtung in dem Statorträger 24 bereitgestellt. Die Kühleinrichtung umfasst wenigstens einen Kühlkanal 26 für ein Kühlmedium. Der Kühlkanal 26 kann mit einem gasförmigen oder flüssigen Kühlmedium beaufschlagt werden. Bevorzugt umfasst die Kühleinrichtung mehrere parallele Kühlkanäle 26.
Der Kühlkanal 26 ist schraubenförmig um den Statorträger 24 umlaufend ausgebildet. Durch die entsprechenden Windungen dieses Kühlkanals 26 wird eine besonders effektive und gleichmäßige Kühlung des ersten Stators 16 und des zweiten Stators 20 erreicht. Hierbei ist bevorzugt ein erster Kühlkanal 26 dem ersten Stator 16 zugeordnet und ein zweiter Kühlkanal 26 dem zweiten Stator 20 zugeordnet. Durch diese Anordnung ergibt sich ein radialer Versatz zwischen den zumindest zwei Kühlkanälen 26. Ebenso können die Kühlkanäle 26 axial zueinander versetzt angeordnet sein. Zudem ist es denkbar, dass die Kühlkanäle 26 sich kreuzend angeordnet sind. Ebenso kann einer der Kühlkanäle 26 eine rechtsgängige Schraubenlinienform aufweisen und ein weiterer der Kühlkanäle 26 eine linksgängige Schraubenlinienform aufweisen.
Die entsprechenden Anschlusselemente einer Vorlaufleitung 28 und einer Rücklaufleitung 30 für das Kühlmedium sind an der selben Stirnseite 32 des Statorträgers 24 angeordnet. Dabei sind der erste Kühlkanal 26 und der zweite Kühlkanal 26 an einer der Stirnseite 32 des Statorträgers 24 gegenüberliegenden Seite miteinander verbunden. Auf diesen Weise kann ein entsprechender Kühlkreislauf hergestellt werden.
Ebenso sind die elektrischen Anschlüsse 34, mit welchen der erste Stator 16 und der zweite Stator 20 mit einer Batterie 36 verbunden sind, an der selben Stirnseite 32 angeordnet. Somit kann Bauraum eingespart werden und die Anordnung der Vorlaufleitung 28 und der Rücklaufleitung 30 und der elektrischen Anschlüsse 34 sind einfach möglich.
Der Verbrennungsmotor 12 des Antriebs 10 ist mit einer Welle 38 kraftschlüssig verbunden. Die Welle 38 ist mit einem Planetenträger 40 eines Planetengetriebes verbunden. Eine Welle des erste Rotors 18 ist mit einem Sonnenrad 42 des Planetengetriebes verbunden. Eine Welle des zweiten Rotors 22 ist mit einem Hohlrad 44 des Planetengetriebes verbunden. Das Hohlrad 44 ist mit einer Antriebswelle 46 mit einem Antriebselement 48, beispielsweise einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs verbunden. Das Hohlrad 44 und das Sonnenrad 42 sind mit zumindest einem Planeten 50 des Planetengetriebes mechanisch verbunden.
Durch den Antrieb 10 kann ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, angetrieben werden. Die vom Verbrennungsmotor 12 erzeugte Energie wird über die Welle 38 an den Planetenträger 40 übertragen. Die vom Verbrennungsmotor 12 erzeugte Energie wird von dem ersten Elektromotor, der als Generator betrieben wird, in elektrische Energie gewandelt. Die elektrische Energie wird von dem zweiten Elektromotor, der als Motor betrieben wird, in mechanische Energie gewandelt. Zum anderen wird eine Teil der vom Verbrennungsmotor 12 erzeugte Energie an das Hohlrad 44 übertragen, welches mit den Antriebsrädern verbunden ist.
Durch das Einstellen der Drehzahlen der einzelnen Komponenten des Planetengetriebes kann das Drehmoment an den Antriebsrädern angepasst werden und die Antriebsräder beispielsweise beschleunigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1480316 A2 [0003]
DE 60216373 T2 [0003]
EP 1954515 B1 [0004]

Claims

Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit – einem ersten Elektromotor mit einem ersten Stator (16) und einem gegenüber dem ersten Stator (16) konzentrisch innen liegend angeordneten ersten Rotor (18), – einem zweiten Elektromotor mit einem zweiten Stator (20) und einem gegenüber dem zweiten Stator (20) konzentrisch außen liegend angeordneten zweiten Rotor (22), wobei – der zweite Stator (20) konzentrisch außen liegend zu dem ersten Stator (16) angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Kühleinrichtung zum Kühlen beider Statoren (16, 20).
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung in einem Statorträger (24) bereitgestellt ist, an dem der erste Stator (16) und der zweite Stator (20) angeordnet sind.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung wenigstens einen Kühlkanal (26) für ein Kühlmedium umfasst.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von parallelen Kühlkanälen (26).
Antriebseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kühlkanal (26) schraubenlinienförmig um den Statorträger (24) umlaufend ausgebildet ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster Kühlkanal (26) dem ersten Stator (16) zugeordnet ist und wenigstens ein zweiter Kühlkanal (26) dem zweiten Stator (20) zugeordnet ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlusselemente einer Vorlaufleitung (28) und einer Rücklaufleitung (30) für das Kühlmedium an der selben Stirnseite (32) des Statorträgers (24) angeordnet sind.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens erste Kühlkanal (26) und der wenigstens zweite Kühlkanal (26) an einer der Stirnseite (32) des Statorträgers (24) gegenüberliegenden Seite verbunden sind.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens erste Kühlkanal (26) und der wenigstens zweite Kühlkanal (26) schraubenlinienförmig um den Statorträger (24) umlaufend ausgebildet sind, wobei der erste Kühlkanal (26) und der zweite Kühlkanal (26) sich kreuzend angeordnet sind und/oder im Bezug zu dem Statorträger (24) axial und/oder radial zueinander versetzt angeordnet sind.
Kraftfahrzeug mit – einer Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der erste Rotor (18) der Antriebsanordnung mit einem ersten Getriebeelement gekoppelt ist, – der zweite Rotor (22) der Antriebsanordnung mit einem zweiten Getriebeelement gekoppelt ist und über eine Antriebswelle (46) mit zumindest einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs verbunden ist.