CN103052522A - 用于机动车的混合驱动组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动车的混合驱动组件，其包括罩壳并且在该罩壳中至少部分区段地包含有：－输入侧的驱动轴(12)，－输出侧的从动轴(14)，－带有固定在罩壳上的外部的定子(22)和置于内部的转子(24)的第一电机(20)，－带有固定在罩壳上的外部的定子(32)和置于内部的转子(34)的第二电机(30)，其布置成轴向邻近第一电机(20)，－第一行星齿轮传动机构(40)，其包括齿圈(42)、太阳轮(44)以及与齿圈(42)和太阳轮(44)相啮合的、可旋转地装配在行星架(46)上的行星齿轮组(48)，其中，第一行星齿轮传动机构(40)使第一电机(20)与驱动轴(12)和从动轴(14)相联结，以及－构造为拉维娜式传动机构的第二行星齿轮传动机构(50)，其包括齿圈(52)、第一太阳轮(54)、与齿圈(52)和第一太阳轮(54)相啮合的、可旋转地装配在行星架(56)上的长行星齿轮组(58)、第二太阳轮(55)以及与长行星齿轮组(58)和第二太阳轮(55)相啮合的、可旋转地装配在行星架(56)上的短行星齿轮组(59)，其中，第二行星齿轮传动机构(50)使第一行星齿轮传动机构与第二电机(30)相联结，并且其中，－第一行星齿轮传动机构(40)的行星架(46)与第二行星齿轮传动机构(50)的与从动轴(14)固定地相连接的齿圈(52)相联结，－第二行星齿轮传动机构(50)的行星架(56)可借助于第一接合器(70)与第一行星齿轮传动机构(40)的与驱动轴(12)固定地相连接的齿圈(42)相连接，－第一电机(20)的转子(24)与第一行星齿轮传动机构(40)的太阳轮(44)固定地相连接，－第二电机(30)的转子(34)与第二行星齿轮传动机构(50)的第一太阳轮(64)固定地相连接，以及－第二行星齿轮传动机构(50)的第二太阳轮可借助于第一制动器(80)与罩壳相连接。

Description

用于机动车的混合驱动组件
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的混合驱动组件，其元件至少部分区段地包含在罩壳中。
背景技术
对于本领域技术人员来说，在多种多样的设计方案中已知呈功率分流的(leistungsverzweigt)传动机构的形式的混合驱动组件。这样的驱动组件包括：第一电机，其通常构造为内部旋转器(Innenlaeufer)并且不仅可在与电动机有关的(motorisch)运行中而且可在与发电机有关的(generatorisch)运行中来运行；以及第二电机，其通常同样构造为内部旋转器并且不仅可在与电动机有关的运行中而且可在与发电机有关的运行中来运行。电机分别通过带有齿圈(Hohlrad)、太阳轮以及可旋转地装配在行星架上的行星齿轮组的行星齿轮传动机构与输入侧的驱动轴和/或输出侧的从动轴相联结。此外，电机通过功率电子设备不仅彼此地相连接而且与电储能器尤其为蓄电池相连接。如果混合驱动组件以功率分流的模式来工作，则在这样的混合驱动组件中不利的是在机械的分支机构中相对高的无功功率份额(Blindleistungsanteil)。由于不可避免的磨擦损失，理论上无损失的无功功率份额在实际情况中也导致损失，其尤其在考虑到尽可能地高效的能量利用时是不期望发生的。
发明内容
本发明的目的是提出一种可供支配用于机动车的混合驱动组件，其至少在一些工作范围中以没有无功功率的方式(blindleistungsfrei)来工作。
根据本发明的用于机动车的混合驱动组件包括罩壳，在该罩壳中至少部分区段地包含有：
－ 输入侧的驱动轴(12)，
－ 输出侧的从动轴(14)，
－ 带有固定在罩壳上的外部的定子(22)和置于内部的转子(24)的第一电机(20)，
－ 带有固定在罩壳上的外部的定子(32)和置于内部的转子(34)的第二电机(30)，该第二电机布置成轴向邻近第一电机(20)，
－ 第一行星齿轮传动机构(40)，其包括齿圈(42)、太阳轮(44)以及与齿圈(42)和太阳轮(44)相啮合的可旋转地装配在行星架(46)上的行星齿轮组(48)，其中，第一行星齿轮传动机构(40)使第一电机(20)与驱动轴(12)和从动轴(14)相联结，以及
－ 构造为拉维娜式(Ravigneaux)传动机构的第二行星齿轮传动机构(50)，其包括齿圈(52)、第一太阳轮(54)、与齿圈(52)和第一太阳轮(54)相啮合的可旋转地装配在行星架(56)上的长行星齿轮组(58)、第二太阳轮(55)以及与长行星齿轮组(58)和第二太阳轮(55)相啮合的可旋转地装配在行星架(56)上的短行星齿轮组(59)，其中，第二行星齿轮传动机构(50)使第一行星齿轮传动机构与第二电机(30)的相联结，并且
其中，
－ 第一行星齿轮传动机构(40)的行星架(46)与第二行星齿轮传动机构(50)的与从动轴(14)固定地相连接的齿圈(52)相联结，
－ 第二行星齿轮传动机构(50)的行星架(56)可借助于第一接合器(70)与第一行星齿轮传动机构(40)的与驱动轴(12)固定地相连接的齿圈(42)相连接，
－ 第一电机(20)的转子(24)与第一行星齿轮传动机构(40)的太阳轮(44)固定地相连接，
－ 第二电机(30)的转子(34)与第二行星齿轮传动机构(50)的第一太阳轮(64)固定地相连接，并且
－ 第二行星齿轮传动机构(50)的第二太阳轮可借助于第一制动器(80)与罩壳相连接。
本发明的优选的实施形式为从属权利要求的对象。
在说明书的范围中，用语“联结”或者“相联结”被宽泛地理解并且尤其一方面包括固定的连接以及另一方面包括可切换的联结或者可连接性。
“固定的连接”或者“固定地相连接”在本说明书的范围中意指在两个元件之间不(借助于切换元件)可分开的、原则上适用于力矩传递的闭合效果(Wirkschluss)。这尤其可为抗扭的连接，在其中，相连接的元件始终具有为零的转速差。另一方面，在本说明书的范围中同样例如通过传动级持久地也就是说不(借助于切换元件)可分开地互相联结的元件应被理解为“固定地相连接”。
在本说明书的范围中，“可切换的连接”或者“可切换地相连接”或者“可连接地”表示两个元件之间的这样的联结，即其可借助于切换元件从传递力矩的相连接的状态转换到无力矩传递的分开的状态中并且反之亦然。
本发明的重要的特征为行星齿轮传动机构(其设置成将两个电机与驱动轴和/或从动轴相联结)中的一个构造为拉维娜式组。本领域技术人员对拉维娜式组或者拉维娜式传动机构(同义词)的理解为带有共同的齿圈、共同的行星架或者行星齿轮架(同义词)、两个具有不同尺寸的太阳轮以及双重的行星齿轮组的行星齿轮传动机构，其中，长的行星齿轮组优选为多级式行星齿轮(Stufenplanet)组与太阳轮中的一个和齿圈相啮合，并且短的行星齿轮组与长的行星齿轮优选与其较小的级和另一个太阳轮相啮合。
如从现有技术已知的那样，此处被称为第一行星齿轮传动机构的行星齿轮传动机构承担第一电机的联结。如同样从现有技术已知的那样，此处被称为第二行星齿轮传动机构的行星齿轮传动机构一方面承担第二电机的联结。同时拉维娜式组(其在功能上还可考虑为两个简单的行星齿轮传动机构)承担在第一行星齿轮传动机构与在功能上第二传动机构之间的联结。换句话说，在不必安装附加的实际的行星齿轮传动机构的情况下将实现功能性的中间传动机构。其与带有三个简单的行星齿轮传动机构的在功能上类似的结构形式相比具有更小的结构空间和减少旋转的部件的数量的优点。
为了避免无功功率拉维娜式传动机构以特别的方式来联结。尤其通过以交叉的方式使一个行星齿轮传动机构的行星架和齿圈相应地与另一个行星齿轮传动机构的齿圈和行星架相联结，使拉维娜式传动机构对称地与第一行星齿轮传动机构相联结。由此在功率分流的工作模式内得出没有无功功率的区域。
在此，拉维娜式传动机构的行星架的联结部借助于第一接合器可切换地与第一行星齿轮传动机构的齿圈相联结，而第一行星齿轮传动机构的行星架与拉维娜式传动机构的齿圈固定地相连接。该措施与根据本发明的其它方面(据此第二拉维娜式传动机构的第二太阳轮可借助于第一制动器与罩壳相连接也就是说相应于第一制动器的相应的切换状态可自由地旋转或者固定在罩壳处)相结合允许除了纯粹的电的运行模式之外还实现两种功率分流的运行模式以及固定的机械的传动系统(Gang)。
最后设置成，两电机分别作用在与该两电机关联的行星齿轮传动机构的太阳轮处或者一个太阳轮处。因此以期望值的方式使力矩最小化。
在本发明的有利改进方案中设置成第一行星齿轮传动机构的行星架和第二行星齿轮传动机构的齿圈(它们根据本发明彼此固定地相连接)可共同借助于第一接合器与从动轴相连接。在第一接合器闭合时存在之前所述的没有无功功率的、功率分流的运行模式。然而第一接合器的打开开启了另外的运行状态，其取决于传动机构组件的专门的设计方案和可能的另外的切换元件的实际的切换状态。
因此在本发明的改进方案中例如可设置成，第二电机的转子可借助于第二制动器与罩壳相连接。因此，也将拉维娜式传动机构的固定地与第二电机的转子相连接的第一太阳轮固定在罩壳处，从而在第一接合器闭合的情况中实现长的机械的固定传动系统(Festgang)。
优选地设置第二接合器，借助于该第二接合器第一电机的转子可与驱动轴相连接。因此可再次在第一接合器闭合然而第二制动器打开的情况中也实现长的(如有可能附加的)机械的固定传动系统。
在该实施形式的改进方案中设置成第一行星齿轮传动机构的行星架可借助于第三接合器与从动轴相连接。在所有的之前所述的运行模式中第三接合器闭合。然而通过打开第三接合器可实现串联的(seriell)运行模式。对此附加地在另外打开切换元件(即第二制动器和第一接合器)时可闭合第一制动器和第二接合器。
在所有的之前所述的实施形式中可设置成驱动轴可借助于第三制动器与罩壳相连接。借助于该制动器可在纯粹的电的运行中机械地支持反作用到驱动轴上的转矩。支持这样的反作用的转矩是需要的，以便处于纯粹电的运行的情况下的内燃机(其在罩壳之外联接到驱动轴处)不空转或倒转。通常，也就是说根据现有技术，实现不了这样的力矩支持，以致于在电的行驶模式中不可通过第一电机在第一行星齿轮组的太阳轮处来施加力矩。与之相反在优选地设置机械支撑靠着罩壳时第一电机可独立地运行并且可被用来推动机动车。
从随后的专门的说明书和附图中得到本发明的另外的特征和优点。
附图说明
图1显示了根据本发明的混合驱动组件的第一实施形式，
图2显示了根据本发明的混合驱动组件的第二实施形式，
图3显示了根据本发明的混合驱动组件的第三实施形式，
图4显示了根据本发明的混合驱动组件的第四实施形式。
具体实施方式
图1至图4显示了根据本发明的混合驱动组件10的不同的实施形式。在所有的附图中应首先共同讨论反复出现的元件。紧接着应解释单个的实施形式之间的区别。附图中相同的参考标号表示相同或者相似的元件。
所有的示出的混合驱动组件10具有输入侧的驱动轴12和输出侧的从动轴14。此外，所有的示出的混合驱动组件10具有第一电机20和第二电机30。第一电机20的定子22抗扭地与未详细示出的罩壳相连接。第一电机20的转子24径向上在定子22内部可旋转运动地支承。第二电机30的定子32同样抗扭地与罩壳相连接。第二电机的转子34径向上在定子32内部可旋转运动地支承。两电机20,30沿轴向彼此邻近地来布置。此处称为所谓的“一列式”配置。
在两电机20,30之间布置有两个行星齿轮传动机构，即第一行星齿轮传动机构40和第二行星齿轮传动机构50(其构造为拉维娜式传动机构)。第一行星齿轮传动机构40具有齿圈42、太阳轮44以及可旋转运动地支承在行星架46上的行星齿轮组48。第二行星齿轮传动机构50具有共同的齿圈52、第一太阳轮54、第二太阳轮55、可旋转运动地支承在行星架56上的长行星齿轮组58以及同样可旋转运动地支承在行星架56上的短行星齿轮59。
第一电机20的转子24固定地与第一行星齿轮传动机构40的太阳轮44相连接。第二电机30的转子34固定地与第二行星齿轮传动机构50的第一太阳轮54(其与长行星齿轮58相啮合)相连接。电机20,30作用到太阳轮44,54处导致在传动机构组件内部的力矩的最小化。
第二行星齿轮传动机构50的与短行星齿轮59相啮合的第二太阳轮55可借助于第一制动器80固定在罩壳处。
在本发明的所有的实施形式中，第一行星齿轮传动机构40的齿圈42通过第一接合器70可切换地与第二行星齿轮传动机构50的行星架56相联结并且与驱动轴12固定地相连接。第一行星齿轮传动机构40的行星架46在所有的实施形式中与第二行星齿轮传动机构50的齿圈52相联结。第二行星齿轮传动机构50的齿圈52在所有所显示的实施形式中与从动轴14固定地相连接。第一行星齿轮传动机构40和第二行星齿轮传动机构50的特别的联结至少在混合驱动组件10的一些工作范围中得到所争取达到的没有无功功率(Blindleistungsfreiheit)。
对于所有的所示出的实施形式来说，此处被称为第三制动器84的制动器仍然是共有的，该制动器使驱动轴12可切换地与罩壳相联结，也就是说驱动轴12在闭合的制动状态中可固定在罩壳处并且在打开的制动状态中可为了转动运动而释放。本领域技术人员将意识到第三制动器84的作用是支持由第一电机20在机动车的纯粹的电运行中施加的转矩(其通过第一行星齿轮传动机构40和第二行星齿轮传动机构50传递至驱动轴12)。在没有第三制动器84的情况下，该任务必须由第二电机30来独自承担。由于第三制动器84第一电机20现在可代替地自身来贡献推力。
图1显示了本发明的一种实施形式，在其中，第一行星齿轮传动机构40的行星架46与从动轴14的联结实施为固定的连接。另外，图1的实施形式具有所有的之前所述的所有的实施形式共同的特征并且尤其具有三个所述的切换元件，即第一接合器70、第一制动器80以及第三制动器84。根据切换状态得出如下的运行模式：
在第一功率分流的运行模式中，第一制动器80闭合，也就是说第二行星齿轮传动机构50的第二太阳轮55固定在罩壳处。其余的切换元件打开。由此得到从附接在驱动轴12处的未示出的内燃机经过第一行星齿轮传动机构40至从动轴14的机械路径。通过第一行星齿轮传动机构40的太阳轮44联结的第一电机20在此可或者以与发电机有关的方式来运行或者以与电动机有关的方式贡献转矩以用于进行驱动。第二行星齿轮传动机构50(其第二太阳轮55固定在罩壳处并且其行星架56由于打开的第一接合器70可自由旋转)在第二电机30与从动轴14之间作为纯粹的传动级来起作用。第二电机30在该状态下可或者以与发电机有关的方式来运行或者以与电动机有关的方式对输出做出贡献。
在第一接合器70附加闭合时得到机械的固定传动系统，其桥接第一行星齿轮传动机构40，使得内燃机的力矩通过第一行星齿轮传动机构40和第二行星齿轮传动机构50引导至从动轴14。
通过仅仅闭合第一接合器70和打开其余的切换元件的方法可实现第二种功率分流的运行模式。在该运行模式中，拉维娜式传动机构50由于自由旋转的短行星齿轮59组作为简单的行星齿轮传动机构(在其中，功率被分流)起作用。
最后可实现两种纯粹电的运行模式。在该两种电的(运行)模式中，第三制动器84闭合。在两个其余的切换元件中也就是说在第一接合器70和第一制动器80中，相应地一个闭合且另一个打开。两个行星齿轮传动机构40,50在此相应作为纯粹的传动级来起作用。
图2的实施形式与图1的实施形式通过第二制动器82来相区别，借助于该第二制动器82第二电机30的转子34可固定在罩壳处。利用第二电机30的转子34的固定还将第二行星齿轮传动机构50的第一太阳轮54(其与转子34固定地相连接)固定在罩壳处。由此可实现附加的、长的机械的固定传动系统，即通过闭合第二制动器82以及第一接合器70并且打开其余的切换元件。内燃机的力矩因此在绕过第一行星齿轮传动机构40的情况下通过第二行星齿轮传动机构50的短行星齿轮59引导至从动轴14。
如上面结合图1的实施形式所解释的那样，实现其余的运行模式，相应在第二制动器82的打开情况下来实现。
图3显示了一种实施形式，其与图2的实施形式通过第二接合器72来相区别，利用该第二接合器72第一电机20的转子24可与驱动轴12相连接。因此可实现另一长的机械的固定传动系统，即通过闭合第一接合器70和第二接合器72且打开其余的切换元件。
如上面结合图1和图2所解释的那样，实现其余的运行模式，其中，第二接合器72相应打开。
最后，图4显示了本发明的一种实施形式，其与根据图3的实施形式通过附加的第三接合器74来相区别，该第三接合器74通过可切换的联结代替在从动轴14与第一行星齿轮传动机构40的行星架46之间的在其余的实施形式中的固定的连接。通过该附加的接合器74取得附加的、串联的运行模式，在其中，第一接合器70和第二接合器72闭合并且其余的切换元件打开尤其同样附加的第三接合器74打开。在该切换状态中，在驱动轴12与从动轴14之间的机械连接完全中断。内燃机的力矩将完全用来第一电机20的与与电动机有关的运行。所产生的电功率将通过在附图中未示出的、然而在所有的实施形式中存在的功率电子设备转移至第二电机30，其本身纯粹以电的方式来驱动从动轴14。第二行星齿轮传动机构50在此作为纯粹的传动级来起作用，因为第一制动器80闭合。
所有其余的运行模式如上面结合图1至图3所描述的那样工作，其中，第三接合器74相应闭合。
当然，在附图中显示的并且在专门的说明中讨论的实施形式仅仅示出了本发明的示意性的实施例。根据本公开内容给予本领域技术人员宽范围的变化可能性。尤其切换元件的具体的设计方案可匹配相应的使用情况。
参考标号列表
10 混合驱动组件
12 驱动轴
14 从动轴
20 第一电机
22  20的定子
24  20的转子
30 第二电机
32  30的定子
34  30的转子
40 第一行星齿轮传动机构
42  40的齿圈
44  40的太阳轮
46  40的行星架
48  40的行星齿轮
50 第二行星齿轮传动机构(拉维娜式传动机构)
52  50的齿圈
54  50的第一太阳轮
55  50的第二太阳轮
56  50的行星架
58  50的长行星齿轮
59  50的短行星齿轮
70 第一接合器
72 第二接合器
74 第三接合器
80 第一制动器
82 第二制动器
84 第三制动器

Claims (5)

1. 一种用于机动车的混合驱动组件，该混合驱动组件包括罩壳并且在该罩壳中至少部分区段地包含有：
－ 输入侧的驱动轴(12)，
－ 输出侧的从动轴(14)，
－ 带有固定在罩壳上的外部的定子(22)和置于内部的转子(24)的第一电机(20)，
－ 带有固定在罩壳上的外部的定子(32)和置于内部的转子(34)的第二电机(30)，该第二电机沿布置成轴向邻近所述第一电机(20)，
－ 第一行星齿轮传动机构(40)，其包括齿圈(42)、太阳轮(44)以及与所述齿圈(42)和所述太阳轮(44)相啮合的、可旋转地装配在行星架(46)上的行星齿轮组(48)，其中，所述第一行星齿轮传动机构(40)使所述第一电机(20)与所述驱动轴(12)和所述从动轴(14)相联结，以及
－ 构造为拉维娜式传动机构的第二行星齿轮传动机构(50)，其包括齿圈(52)、第一太阳轮(54)、与所述齿圈(52)和所述第一太阳轮(54)相啮合的、可旋转地装配在行星架(56)上的长行星齿轮组(58)、第二太阳轮(55)以及与所述长行星齿轮组(58)和所述第二太阳轮(55)相啮合的、可旋转地装配在所述行星架(56)上的短行星齿轮组(59)，其中，所述第二行星齿轮传动机构(50)使所述第一行星齿轮传动机构与所述第二电机(30)相联结，并且
其中，
－ 所述第一行星齿轮传动机构(40)的行星架(46)与所述第二行星齿轮传动机构(50)的与所述从动轴(14)固定地相连接的齿圈(52)相联结，
－ 所述第二行星齿轮传动机构(50)的行星架(56)可借助于第一接合器(70)与所述第一行星齿轮传动机构(40)的与所述驱动轴(12)固定地相连接的齿圈(42)相连接，
－ 所述第一电机(20)的转子(24)与所述第一行星齿轮传动机构(40)的太阳轮(44)固定地相连接，
－ 所述第二电机(30)的转子(34)与所述第二行星齿轮传动机构(50)的第一太阳轮(64)固定地相连接，以及
－ 所述第二行星齿轮传动机构(50)的第二太阳轮可借助于第一制动器(80)与所述罩壳相连接。
2. 根据权利要求1所述的混合驱动组件，其特征在于，所述第二电机(30)的转子(34)可借助于第二制动器(82)与所述罩壳相连接。
3. 根据上述权利要求中任一项所述的混合驱动组件，其特征在于，所述第一电机(20)的转子(24)可借助于第二接合器(72)与驱动轴(12)相连接。
4. 根据权利要求3所述的混合驱动组件，其特征在于，所述第一行星齿轮传动机构(40)的行星架(46)可借助于第三接合器(74)与所述从动轴相连接。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的混合驱动组件，其特征在于，所述驱动轴(12)可借助于第三制动器(84)与所述罩壳相连接。
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