CN102917906B - 用于电驱动装置的安全离合器以及安全离合器在轮式车辆中的应用 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于电驱动装置（10）的安全离合器（1），该电驱动装置包括电动机（11）和由该电动机驱动的轴（20）。通过至少一个连接元件（33、36）能够引起电动机（11）与轴（20）之间的扭矩传递。为连接元件（33、36）分配了可控锁紧件（32、38），通过该锁紧件能够引起电动机（11）与轴（20）之间扭矩传递的中断。锁紧件优选是锁阻装置（32）或促动器（38）。此外，公开了安全离合器（1）在用于轮式车辆的电驱动装置（10）中的应用，其中，调节装置（100）在纳入车辆状态的情况下评估电动机（11）与轴（20）之间的扭矩传递，并且在确定车辆状态的情况下发送控制信号到可控锁紧件（32、38）上，由此引起电动机（11）与轴（20）之间扭矩传递的中断。

Description

用于电驱动装置的安全离合器以及安全离合器在轮式车辆中的应用

技术领域

本发明涉及一种用于电驱动装置的安全离合器及该安全离合器在轮式车辆中的应用。特别地，本发明涉及一种如下的安全离合器，该安全离合器在电驱动装置的电动机中发生短路的情况下使电动机与输出侧脱开关联。

背景技术

德国实用新型文献DE 20 2009 014 490 U1公开了一种用于包括电驱动装置的非轨道连接的车辆的驱动系统。在此，电驱动装置是至少一个非永磁激励的电动机和至少一个具有永磁激励装置的同步电动机的组合。后者输出侧地后置有机械式脱开关联单元，通过该脱开关联单元同步电动机在故障情况下能够与所要驱动的单元分离。脱开关联单元特别是构造为自由轮离合器，其只能将一个方向的扭矩传递到所要驱动的单元上。

如果将电动机用于驱动机器，那么在电动机中短路的情况下会在电动机的转子上出现制动力矩，其能够通过首先由电动机驱动的轴向输出侧传递并且由于机器由此突然改变的性能可能出现问题。如果机器特别是轮式车辆并且利用电动机来驱动该轮式车辆的至少一个车轮，那么在电动机中短路的情况下最后制动力矩作用于该车轮上。这对轮式车辆的行驶稳定性产生不利影响并且在轮式车辆的交通安全方面是表现出显著的问题。这个问题在使用具有永磁铁的电动机的车辆情况下特别严重，因为永磁铁不能断开，也就是说，其磁场与电动机的导线绕组按照楞次定律共同导致从电动机的外部最终不能作用于转子上的制动力矩。

对应措施是，在短路情况下将电动机与输出侧脱接，从而出现的制动力矩不能向输出侧传递，在轮式车辆的情况下也就是不能作用于车轮上。所引用的实用新型专利文献DE 20 2009 014 490 U1具体通过如下方法来解决这各问题，即：那里所应用的具有永磁铁的同步电动机通过自由轮作用于传动轴上，其中，自由轮结构决定地原则上在不希望的方向上不传递扭矩，也就是制动力矩。在这方面的缺点是，由此即使在扭矩在同一不希望的方向上是必需的情况下，该扭矩却不能直接通过同步电动机来提供。

发明内容

本发明的任务是，提供用于电驱动装置的安全离合器，其中，成本低廉地并且在结构空间和重量方面无争议地使电动机与传动轴能控制地脱开关联是可行的。

这个任务通过一种用于电驱动装置的安全离合装置来解决，所述电驱动装置包括电动机以及能够由所述电动机驱动的轴，并设置有至少一个连接元件，通过所述连接元件能够产生所述电动机与所述轴之间的扭矩传递，并且为所述连接元件分配了能控制的锁紧件，通过所述锁紧件能够引起所述电动机与所述轴之间扭矩传递的中断。

此外，本发明的任务在于，如下这样设计用于轮式车辆的电驱动装置的安全离合器，即：使轮式车辆的行驶稳定性和交通安全在电动机短路的情况下得到保证。

该任务通过安全离合装置在轮式车辆的驱动装置中的应用来解决，调节装置在考虑到车辆状态的情况下评估所述电动机与所述轴之间所传递的扭矩，并且在确定车辆状态的情况下发送相应的控制信号到所述锁紧件上，从而中断所述电动机与所述轴之间的扭矩传递。

本发明主题的安全离合器提供在电驱动装置中的电动机与由该电动机驱动的轴之间的机械关联。依据本发明，安全离合器具有至少一个连接元件，通过其能够产生电动机与轴之间的机械关联，也就是说，在这里通过该安全离合器能够引起电动机与轴之间的扭矩传递。此外，依据本发明为至少一个连接元件分配了可控锁紧件，通过该锁紧件能够引起电动机与轴之间扭矩传递的中断。在本发明的实施方式中，扭矩传递的中断由至少一个连接元件的位置改变引起。电动机与由电动机驱动的轴之间的扭矩传递以如下方式实现，即：电动机的旋转的元件与至少一个连接元件以及该连接元件与轴分别处于这种能够引起扭矩传递的机械的相互作用中。

在本发明的一类实施方式中，可控锁紧件构造为锁阻装置。锁阻装置在此能够在锁阻状态与松锁状态之间转换。电动机、轴和至少一个连接元件在此如下这样来构成，即：通过它们的共同作用在松锁状态下能够引起电动机与轴之间的扭矩传递中断，相对照地，在锁阻状态下通过至少一个连接元件保证了电动机与轴之间的扭矩传递。这如下这样出现在实施例中，即：通过电动机、轴和至少一个连接元件的共同作用产生作用于至少一个连接元件上的力分量，这种力分量本身可能引起至少一个连接元件的位置改变或例如在轴的纵向上的推移。在松锁状态下，这种位置改变不受锁阻装置的限制。通过至少一个连接元件的位置改变，正如上面已经提到的那样，引起电动机与轴之间扭矩传递的中断。在锁阻状态下，至少一个连接元件的位置改变通过锁阻装置来阻止或至少以如下方式限制，即：不中断电动机与轴之间的扭矩传递。

在安全离合器的实施例中，至少一个连接元件是环，该环具有内侧和外侧。至少在环的内侧的分区内以及至少在环的外侧的分区内分别构成啮合部。电动机和轴同样具有啮合部。由于这些啮合部，环、轴和电动机以如下方式共同作用，即：在锁阻装置的松锁状态下，通过环的推移能够引起电动机与轴之间扭矩传递的中断。在安全离合器的具体设计方案中，在环的内侧上的啮合部以及在环的外侧上的啮合部通过肋形部来形成，其中，对于在外侧上的肋形部而言，第一肋形部纵向是共同的，并且对于在内侧上的肋形部而言，第二肋形部纵向是共同的，方式为：第一肋形部纵向平行于轴的纵向定向并且第二肋形部纵向倾斜于轴的纵向定向，或方式为：第一肋形部纵向倾斜于轴的纵向定向和第二肋形部纵向平行于轴的纵向定向。在此，要么电动机上的啮合部与环的外侧上的啮合部嵌接并且轴上的啮合部与环的内侧上的啮合部嵌接；要么电动机上的啮合部与环的内侧上的啮合部嵌接并且轴上的啮合部与环的外侧上的啮合部嵌接。在轴上和电动机上的啮合部分别具有各自与之相应的定向。

在依据本发明的安全离合器的其他实施方式中，连接元件通过滚动体产生。每个滚动体既与电动机上的槽嵌接，也与轴上的槽嵌接。这两个与各自的滚动体嵌接的槽围成不等于零的角度。由于这个角度，通过电动机、轴和各自滚动体的共同作用产生作用于各自的滚动体上的力分量，这种力分量本身可能引起各自的滚动体的位置改变或例如在轴的纵向上的推移。正如上面已经介说明的那样，这种推移在锁阻装置的锁阻状态下受到阻止或限制，从而能够引起电动机与轴之间的扭矩传递，相对照地，在松锁状态下，通过这种推移能够引起电动机与轴之间的扭矩传递所谓中断。在这种实施方式的改进方法中，滚动体通过保持圈来保持。滚动体能够是例如球或柱体形件。对于专业人员来说容易理解的是，也能够使用其他滚动体形状，其中，槽分别自具有与滚动体形状配合的型廓。

在本发明的另一类实施方式中，可控锁紧件是促动器。通过促动器至少一个连接元件能够以如下方式推移，即：能够中断电动机与轴之间的扭矩传递。在这种类型的某些实施方式中，至少一个连接元件是具有内侧和外侧的环。在此，至少在内侧的分区上以及至少在外侧的分区上分别构成啮合部。电动机和轴同样具有啮合部。由于啮合部能够引起电动机与轴之间的扭矩传递。

在本发明的其他实施例中，其中可控锁紧件是促动器，连接元件是滚动体。滚动体优选保持在保持圈中。每个滚动体既与轴上的槽，也与电动机上的槽以如下方式嵌接，即：能够引起电动机与轴之间的扭矩传递。滚动体能够是例如球或柱体形件。对于专业人员来说容易理解的是，也能够使用其他滚动体形状，其中，槽分别具有与滚动体形状配合的型廓。

对于专业人员来说显而易见的是，在所有所述实施方式中，具有优点的是至少一个连接元件与轴或与电动机之间的尽可能小的摩擦，特别是为了保证了可靠地中断电动机与轴之间的扭矩传递，当这种中断是所希望的时候。因此很容易理解的是，重要的接触面设置有相应的润滑和/或减少摩擦的涂层。

依据本发明类型的安全离合器适合于在用于轮式车辆的电驱动装置中应用。在此，设置有如下调节装置，该调节装置在考虑到车辆状态的情况下评估电动机与轴之间的扭矩传递并且在确定车辆状态的情况下发送相应的控制信号到锁紧件上，从而中断电动机与轴之间的扭矩传递。车辆状态在此能够包括例如关于轮式车辆前进运动还是后退运动或是否使用制动器方面的信息。此外，调节装置还能够将其他例如电极的运行状态及其电流供电的数据纳入评估中。

附图说明

下面借助附图对本发明的实施例及其优点进行详细阐述。

图1示出依据本发明的安全离合器的实施方式的示意纵剖面图，其中锁紧件是锁阻装置；

图2a示出展开的环的一个部段的透视图；

图2b示出展开的环的一个部段的俯视图；

图3示出依据本发明的安全离合器的实施方式的纵剖面图，其中，移去了连接元件；

图4示出依据本发明的具有可选的连接元件设计的安全离合器的实施方式；

图5a示出依据本发明的安全离合器的实施方式的一个截段的俯视图，其中连接元件是球；

图5b示出依据本发明的安全离合器的实施方式的一个截段的横截面图，其中连接元件是球；

图5c示出依据本发明的安全离合器的实施方式的一个截段的横截面图，其中连接元件是球；

图6示出依据本发明的安全离合器的实施方式的纵剖面图，其中锁紧件是促动器；

图7示出依据本发明的安全离合器的实施方式的横截面图，其中连接元件是由保持圈引导的滚动体；以及

图8以图线示出车速与电驱动装置的制动力矩之间示意相关性。

具体实施方式

对于本发明的相同的或起相同作用的元件使用同样的附图标记。此外，出于概览的原因，仅这种为了阐述各自的附图或为了将各自的附图编入其余附图的前后文中所必需的附图标记在附图中示出。此外，各个元件在附图中相互的尺寸比例不一定是实际的尺寸比例，因为图示仅为示意性质的。

图1示出依据本发明的安全离合器1的实施方式的纵剖面图。电动机11用于驱动轴20。在这里电动机11构造为空心轴内转子，但是这对本发明并不构成限制。同样能够是外转子。其他实施方式如下，即：电动机11的转子轴的一部分环嵌被驱动的轴20，或者反过来被驱动的轴20环嵌电动机11的转子轴的一部分。原理性联接方案的所述及其他设计方案以及这些设计方案的变动方案对于专业人员来说是熟知的。依据本发明，电动机11与轴20之间的扭矩的传递不直接进行，而是通过连接元件33、36来进行，这些连接元件33、36布置在电动机11与轴20之间并且与电动机11和轴20嵌接。

连接元件33、36在所示的实施方式中以如下方式构成，即：使其通过连接元件33、36与电动机11和轴20的共同作用产生平行于轴20的纵向204作用到连接元件33、36上的力分量。通过力分量在第一方向201上的推移在所示的实施方式中通过固定的限制部来阻止，该限制部在这里通过轴20的区域20a形成。在与第一方向201相反的第二方向202上的推移在所示的实施方式中通过锁阻装置32来限制。锁阻装置32在锁阻状态下示出，连接元件33、36在第二方向202上的推移通过锁阻件32s来阻止。锁阻件32s能够是例如销子，其阻止连接元件33、36不受控制的推移。

在所示实施方式的方案中，连接元件33、36无论是在第一方向201上还是在第二方向202上的推移均能够通过锁阻装置32来限制。还能够设想的是设置能够单独操控的锁阻装置，从而通过第一锁阻装置来限制连接元件33、36在第一方向201上的推移，并且通过第二锁阻装置来限制连接元件33、36在第二方向202上的推移。

锁阻装置32与调节装置100连接。调节装置100监控电动机11与轴20之间的扭矩传递。在安全离合器1的大多数应用中，调节装置还将其中使用安全离合器1的设备的数据用于评估电动机11与轴20之间的扭矩传递。例如，安全离合器1能够在轮式车辆的电驱动装置10中使用。调节装置100然后将车辆状态的数据，例如车辆是前进运动还是倒退运动，或例如是否使用制动器，纳入对电机11与轴20之间的扭矩传递的评估中。此外，调节装置100还能够将电动机的运行状态和/或其电流供电的数据纳入评估中。如果调节装置100在此识别出故障状态，例如因为在电动机11中出现短路，那么它发送控制信号到锁阻装置32上，该锁阻装置然后转换到松锁状态下。在所示的实施方式中，这例如通过如下方法发生，即：锁阻件32s在方向32r上径向向外推移，从而它不再限制连接元件33、36在第二方向202上的推移。连接元件33、36如下这样来设计，即：在由调节装置100顾及到的故障状态中，通过连接元件33、36与电动机11和轴20共同作用所产生的力分量在第二方向202上对准。在松锁状态中，不再受到闭锁件32s限制的连接元件33、36通过在第二方向202上的力分量推移，直至中断电动机11与轴20之间的扭矩传递。

图2a以展开的图示示出构造为环33的连接元件的一个部段的透视图。环33在外侧33a上和内侧33i上分别具有啮合部34a、34i。如果所示的环33作为连接元件在图1的实施方式中使用，那么外侧33a与电动机11嵌接并且内侧33i与轴20嵌接。在所示的图示中看到的是外侧33a，而在内侧33i上的啮合部34i只能受局限地识别出来。这些啮合部分别通过肋形部R形成。

图2b以展开的图示示出构造为环33的连接元件的一个部段的俯视图。所示的环33的部段基本上与所示的图2a的部段相应。在此看到环33的内侧33i。啮合部34a在看不到的外侧上的分布通过虚线表示。啮合部分别通过肋形部R形成。如果所示的环33作为连接元件在图1的实施方式中使用，那么环33的外侧33a与电动机11嵌接并且内侧33i与轴20嵌接。在此然后在环33的外侧上的肋形部R的第一肋形部纵向210平行于轴20的纵向204，而在环33的内侧33i上的肋形部R的第二肋形部纵向220则倾斜于轴20的纵向204。

图3示出依据本发明的安全离合器1的实施方式的纵剖面图，其中移去了连接元件。在电动机11上构造有啮合部12并且在轴20上构造有啮合部25。在应用与图2a和2b中所示的实施方式相应的环33的情况下，电动机11上的啮合部12与环33的外侧33a上的啮合部34a嵌接，而在轴20上的啮合部25则与内侧33i上的啮合部34i嵌接。

图4示出依据本发明的具有构造为环33的连接元件可选的设计的安全离合器1的实施方式。环33仅在分区39内具有啮合部34a、34i，为啮合部34a、34i分配了在轴20和电动机11上限制在相应地构造的分区内的啮合部12、25。在该图示中，环33占据没有产生电动机11与轴20之间扭矩传递的位置。如果环33在箭头203的方向上推移，直至啮合部34i、34a与电动机上的啮合部12和轴上的啮合部25嵌接，那么能够引起电动机11与轴20之间的扭矩传递。在这种环33的设计中为了中断电动机11与轴20之间的扭矩传递所需的环33的推移205的量小于在其整个外侧33a(参见图2a)上及其整个内侧33i(参见图2b)上设有啮合部34a、34i的环33中。

图5a示出依据本发明的安全离合器1的实施方式，其中，滚动体36，在这里是球，作为连接元件使用。图5a的图示在垂直于轴20的纵向204(参见图1)的观察方向的情况下多个在观察方向上连续的元件。在电动机11上构造有与滚动体36嵌接的槽13。滚动体36此外与在轴20上构成的槽23嵌接。在电动机11上的槽13和在轴20上的槽23围成不等于零的角度α。通过滚动体36能够引起电动机11与轴20之间的扭矩传递。在此，由于角度α在轴20的纵向204上产生作用到滚动体36上的力分量。通过类似于图1的在这里未示出的锁紧件阻止滚动体36被这个力分量从槽13、23中挤出。类似于图1的实施方式能够设置有调节装置100，其在识别出故障状态的情况下将锁紧件移位到松锁状态下。

特别需要强调的是，除了球外其他滚动体形状也是可行的。例如在具有矩形型廓的槽中引导的呈柱体形的滚动体，其中，柱体的侧表面与槽13、23的侧面接触。在这种情况下得出类似于图5a的图示。设有附图标记36的圆然后示出垂直于柱体轴线的柱体的横截面。

图5b示出在图5a中所示的布置的横截面图。在所示的情形中没有传递电动机11与轴20之间的扭矩。

图5c基本上与图5b相应，但是，这里示出产生电动机11与轴20之间的扭矩传递的情况。在此，槽13、23的型廓和滚动体36以如下方式彼此相协调，即：首先跳出所希望的压力角β并且其次将滚动体36与槽13、23之间的接触限制在两个与滚动体表面相比较小的接触区域31上。最后在这里未示出的锁紧件的松锁状态中有利于滚动体36的无干扰的滑行。

图6很大程度上与其中大多数所示的元件已经进行过描述的图1相应。但是，在图6中示出本发明的实施方式，其中锁紧件是促动器38。如果调节装置100以在图1中所描述的方式来确定故障状态，那么调节装置100发送控制信号到促动器38上，紧接着促动器38以如下方式在第二方向202上推移至少一个连接元件33、36，即：使电动机11与轴20之间的扭矩传递中断。

促动器38在本发明的实施方式中能够由大量的促动器单元组成，这些单元适当地布置在安全离合器1中并且在通过调节装置100来确定故障状态的情况下由调节装置100进行操控，从而连接元件33、36的推移通过大量促动器单元的共同作用引起。

图7示出依据本发明的安全离合器1的横截面图。连接元件通过滚动体36产生并且通过保持圈37保持。用于滚动体36的保持圈37既能够在通过锁阻装置32锁住的情况下(参见图1)，也能够在通过促动器38锁住的情况下(参见图6)使用。在通过促动器38锁住的情况下，该促动器，当应该中断电动机11与轴20之间扭矩传递时，优选作用于保持圈37上，以便使滚动体36通过保持圈37的推移来推移。在附图中仅非常示意地示出肋形部R。通过这些肋形部在所示的实施方式中来限定轴20上的槽23和电动机11上的槽13。槽13、23的型廓在本发明的优选实施方式中与滚动体36相协调，这不能从图7的示意图得知。如果通过促动器38产生锁住，那么电动机上的槽13和轴上的槽23优选全部在轴20的纵向204(参见图6)上分布。

图8涉及依据本发明的安全离合器在用于轮式车辆的电驱动装置上的应用。示出在再生制动的情况下的制动力矩G与短路制动力矩K的相关性，该短路制动力矩当在电驱动装置的电动机中出现短路的情况下得出。V表示车速。M在此表示上面施加制动力矩的轴线。能够识别出，在再生制动的情况下的制动力矩G在很大的速度范围内超过短路制动力矩K。因此，通过锁住安全离合器的锁住引起的电动机与轴之间扭矩传递中断不仅仅取决于出现的制动力矩的大小。因此，同时顾及到车辆状态的调节装置是必需的。

参照优选的实施方式对本发明进行了描述。但是，对于专业人员来说不言而喻的是，能够实施改动和改变，而不偏离后面的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.用于电驱动装置（10）的安全离合器（1），所述电驱动装置（10）包括电动机（11）以及能够由所述电动机（11）驱动的轴（20），其特征在于，设置有至少一个连接元件（33、36），通过所述连接元件（33、36）能够产生所述电动机（11）与所述轴（20）之间的扭矩传递，并且为所述连接元件（33、36）分配了能控制的锁紧件（32、38），通过所述锁紧件（32、38）能够引起所述电动机（11）与所述轴（20）之间扭矩传递的中断。

2.根据权利要求1所述的安全离合器（1），其中，所述能控制的锁紧件构造为处于锁阻状态或松锁状态下的锁阻装置（32），其中，在松锁状态下通过所述至少一个连接元件（33、36）与所述轴（20）和所述电动机（11）的共同作用而能够引起所述电动机（11）与所述轴（20）之间扭矩传递的中断，相对照地，在锁阻状态下通过所述连接元件（33、36）保证了所述电动机（11）与所述轴（20）之间的扭矩传递。

3.根据权利要求2所述的安全离合器（1），其中，所述至少一个连接元件是环（33），所述环（33）至少在所述环（33）的内侧（33i）的分区（39）内以及至少在所述环（33）的外侧（33a）的分区（39）内分别构成啮合部（34i、34a），并且其中，所述轴（20）和所述电动机（11）分别具有啮合部（25、12），方式为：通过所述环（33）与所述轴（20）和电动机（11）借助啮合部（12、34a、34i、25）的共同作用，在所述锁阻装置（32）的松锁状态下通过对所述环（33）的推移而能够引起所述电动机（11）与所述轴（20）之间扭矩传递的中断。

4.根据权利要求3所述的安全离合器（1），其中，在所述内侧（33i）上的所述啮合部（34i）和在所述外侧（33a）上的啮合部（34a）通过肋形部（R）来形成，其中，对于在所述外侧（33a）上的所述肋形部（R）而言，第一肋形部纵向（210）是共同的，并且对于在所述内侧（33i）上的所述肋形部（R）而言，第二肋形部纵向（220）是共同的，方式为：所述第一肋形部纵向（210）平行于所述轴（20）的纵向（204）定向，并且所述第二肋形部纵向（220）倾斜于所述轴（20）的纵向（204）定向，或者方式为：所述第一肋形部纵向（210）倾斜于所述轴（20）的纵向（204）定向，并且所述第二肋形部纵向（220）平行于所述轴（20）的纵向（204）定向。

5.根据权利要求2所述的安全离合器（1），其中，所述连接元件通过滚动体（36）产生，方式为：滚动体（36）分别与所述电动机（11）上的槽（13）和所述轴（20）上的槽（23）嵌接，并且其中，这两个与各自的滚动体（36）嵌接的所述槽（13、23）围成不等于零的角度（α）。

6.根据权利要求5所述的安全离合器（1），其中，所述滚动体（36）通过保持圈（37）来保持。

7.根据权利要求1所述的安全离合器（1），其中，所述锁紧件是促动器（38），通过所述促动器（38），所述连接元件（33、36）能够以如下方式推移，即：能够中断所述电动机（11）与所述轴（20）之间的扭矩传递。

8.根据权利要求7所述的安全离合器（1），其中，所述至少一个连接元件是环（33），所述环（33）至少在所述环（33）的内侧（33i）的分区（39）内以及至少在所述环（33）的外侧（33a）的分区（39）内以如下方式分别构成啮合部（34i、34a），即：在与所述轴（20）上的啮合部（25）和所述电动机（11）上的啮合部（12）的共同作用中能够引起所述电动机（11）与所述轴（20）之间产生扭矩传递的中断。

9.根据权利要求7所述的安全离合器（1），其中，所述连接元件是保持在保持圈（37）中的滚动体（36），所述滚动体（36）与所述轴（20）上的和所述电动机（11）上的槽（13、23）以如下方式嵌接，即：能够引起所述电动机（11）与所述轴（20）之间能够产生扭矩传递。

10.根据前述权利要求之一所述的安全离合器（1）在轮式车辆的驱动装置中的应用，其特征在于，调节装置（100）在考虑到车辆状态的情况下评估所述电动机（11）与所述轴（20）之间所传递的扭矩，并且在确定车辆状态的情况下发送相应的控制信号到所述锁紧件（32、38）上，从而中断所述电动机（11）与所述轴（20）之间的扭矩传递。