CN103249966A - 变速和差速传动装置以及马达和传动装置单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有输入轴(25)和布置成与输入轴(25)同轴的两个输出轴(52,54)的变速和差速传动装置，包括壳体，在该壳体中布置有包括至少一个行星齿轮级(18,22)的变速区段和构造为正齿轮差动装置(22)的差速区段。本发明特征在于，变速区段具有两个行星齿轮级(18,20)，即：输入级(18)，该输入级的太阳轮(22)与输入轴(25)相连接或可联结；以及带有固定在壳体处的齿圈(40)的负载级(20)，该负载级的太阳轮(38)与输入级(18)的行星架(28)相连接且该负载级的行星架(34)与输入级(18)的齿圈(32)相连接，且将正齿轮差动装置(22)构造为带有正的固定传动比的行星齿轮传动装置，该行星齿轮传动装置的齿圈(44)与负载级(20)的行星架相连接且该行星齿轮传动装置的行星架(46)和该行星齿轮传动装置的太阳轮(50)相应与输出轴(52,54)中的一个相连接。

Description

变速和差速传动装置以及马达和传动装置单元
技术领域
本发明涉及一种带有输入轴和布置成与输入轴同轴的两个输出轴的变速和差速传动装置(übersetzungs- und Ausgleichsgetriebe)，包括壳体，在该壳体中布置有包括至少一个行星齿轮级(Planetenstufe)的变速区段(übersetzungsabschnitt)和构造为正齿轮差动装置(Stirnraddifferential)的差速区段(Ausgleichsabschnitt)。
此外，本发明涉及一种马达和传动装置单元，包括电马达和同轴地利用凸缘连接(angeflanscht)到该电马达处的前面提到的类型的变速和差速传动装置，其中，电马达的布置成相对于该电马达的绕组同轴的马达输出轴与传动装置的输入轴相连接并且构造为由传动装置的输出轴中的一个同轴地贯穿的空心轴。
背景技术
电动车中的传动装置的通常的结构型式以传统的用于联结内燃机而设计的传动装置的结构型式为依据。在此在构造上实现在功能性“变速传动装置”与“差速传动装置”(差动装置)之间的清晰(scharf)的分开。典型地，电马达的马达输出轴平行于受驱动的轴。马达输出轴在此与变速传动装置的输入轴相连接或例如可借助于离合器来联结。变速传动装置的输出轴相对于输入轴具有平行的轴向错位(Achsversatz)并且驱动在构造上分开的差速传动装置(其两个输出轴作为轴向凸缘轴(Achsflanschwelle)将转矩分配到受驱动的轴的与输出轴相连接的从动轮上)的差动装置壳(Differentialkorb)。考虑到所需要的结构空间该布置及其不利。
考虑到所需要的结构空间更有利的是所谓的在线传动装置(Inlinegetriebe)，其可同轴地利用凸缘连接到电马达处。马达输出轴以对于电马达来说典型的方式与马达绕组处于同轴。传动装置如此利用凸缘连接到马达处使得马达输出轴与传动装置输入轴同轴地相连接。传动装置在此可将变速区段(即实现功能性“变速”的传动装置部分)和下游的(nachgeschaltet)差速区段(即实现功能性“差动”的传动装置部分)集成在壳体中。两差动装置输出轴在此可彼此且相对于输入轴以及马达输出轴同轴地取向。在此，差动装置输出轴中的一个贯穿传动装置输入轴以及马达输出轴－该两者构造为空心轴。一种用于该结构型式的示例为大众汽车股份公司的型号HyMotion III的燃料电池汽车的传动装置结构。该传动装置的变速区段在此构造为带有分级的行星部(Planet)的行星齿轮级(Planetenstufe)，其中，在输入侧较大的行星齿轮级由与输入轴相连接的太阳部(Sonne)来驱动而在输出侧的较小的行星齿轮级与固定在壳体处的齿圈(Hohlrad)相啮合。作为变速级的输出起作用的行星架(Steg)直接与呈带有作为轮驱动装置(Radantriebe)的两个太阳部的结构型式的正齿轮差动装置(Stirnraddifferential)的行星架相联接。该传动装置结构具有各种缺点。第一，由于所需要的非常大的啮合公差可得到不期望的噪声形成；第二，多级行星齿轮级在装配时的定位是有问题的；且第三，由于结构空间的原因不能实现停车锁止部(Parksperre)的简单的集成。
发明内容
本发明的目的在于如此改进这种类型的变速和差速传动装置使得克服所提到的缺点，而没有附加的结构空间缺点与此相关。
本发明的另一目的在于提供相应地经改进的马达和传动装置单元。
上面首先提到的目的结合权利要求1的前序部分的特征的由此来解决，即变速区段具有两个行星齿轮级，即：输入级，其太阳轮与输入轴相连接或可联结；以及带有固定在壳体处的齿圈的负载级，该负载级的太阳轮与输入级的行星架相连接且该负载级的行星架与输入级的齿圈相连接，且正齿轮差动装置构造为带有正的固定传动比(Standübersetzung)的行星齿轮传动装置(Plantengetriebe)，该行星齿轮传动装置的齿圈与负载级的行星架相连接且该行星齿轮传动装置的行星架和该行星齿轮传动装置的太阳轮相应与输出轴中的一个相连接。
上面随后提到的目的利用权利要求10的特征、通过将根据本发明的变速和差速传动装置使用为这种类型的马达和传动装置单元的传动装置单元来解决。
本发明包括两个主要的特征总合。一个是已知的利用分级的行星部来实现的变速区段通过简单的两个行星齿轮级(其根据其功能此处应被称作输入级和负载级)来代替。在此，输入级的太阳轮与输入轴相连接或者如下面用于本发明的改进方案而进一步更详细的阐述的那样例如可借助于离合器来联结。将输入级的太阳部使用为根据本发明的传动装置的输入元件考虑到其同轴地利用凸缘连接到电马达处是特别有利的。将输入级构造为带有太阳轮、行星架以及齿圈的完整的行星齿轮级，其中，在行星架上支承有简单的行星齿轮组。这样的行星齿轮级具有负的固定传动比，其中，尤其已经证实为有利的是－2±10%的固定传动比。就在输入级附近构造有作为带有简单的行星齿轮组的完整的另外的行星齿轮级的负载级，其中，输入级的行星架与负载级的太阳轮相连接而输入级的齿圈与负载级的行星架相连接。负载级的齿圈固定在壳体处。对于负载级已经证实为有利的是－3±10%的固定传动比。利用这样的固定传动比可实现处于大约8－12的范围内的总传动比，这对于典型的电的轴驱动装置来说是有利的。主要负载在此由较大的负载级接收。而较小的输入级明显受载更小。负载级的行星架用作所说明的变速区段的输出。
本发明的第二特征总合涉及差速区段(即差动装置)的设计。因为根据本发明的传动装置的变速区段比现有技术的变速区段在轴向占据更大的结构空间，承担带有两个太阳部的已知的正齿轮差动装置结构型式不可行。因此本发明设置成将构造为带有正的固定传动比的完整的行星齿轮传动装置的正齿轮差动装置使用为差速区段。由负载级的行星架提供的输入转矩经由正齿轮差动装置的齿圈来引入。该正齿轮差动装置的行星架承载彼此相啮合的两组行星部，从而实现正的固定传动比，尤其+2的固定传动比。差动装置的行星架和太阳轮用作输出元件且相应与传动装置输出轴中的一个相连接。传动装置输出轴中的一个在此有利地贯穿构造为空心轴的输入轴。在此优选地的是与正齿轮差动装置的太阳部相连接的输出轴。
优选地，承载输入级的齿圈、负载级的行星架以及正齿轮差动装置的齿圈的连续的联结轴在全部变速区段和差速区段两侧支承在壳体处。因此可使支承部(Lagerung)向传动装置的利用回转的元件来密封地包装的区域之外转移，这导致特别紧凑的结构型式。
在本发明的一改进方案中设置成输入级的行星架与延长轴(其突出越过联结轴的输入级侧的轴承)相连接。该延长轴提供可容易地接近的且可反复利用的作用点以便作用到根据本发明的传动装置结构上。紧接着应说明使用可能性中的两种。
已经将输入级的行星架证实为用于与停车锁止部相互作用的特别有利的放置点。因此在本发明的改进方案中设置成输入级的行星架与停车锁止部正齿轮(其与包含在壳体中的停车锁止装置相接合)相连接。如果卡锁停车锁止装置(即停车锁止部正齿轮)，将同时利用输入级的行星架来固定负载级的太阳轮。由此整个负载级(其固然具有固定在壳体处的齿圈)被卡锁。停车锁止部的负载在此作用到坚固的负载级上，从而使较小的输入级未超负荷。
本发明的该改进方案特别有利地结合带有延长轴的前面提到的变型方案来实现。在此，停车锁止部正齿轮优选地布置在延长轴的突出越过联结轴的轴承的区段中。换句话说，将通过延长轴从传动装置的本来的工作区域中引出的作用点利用来用于与停车锁止装置相互作用。相应地，停车锁止装置可被放置在另外未被利用的壳体区域中。
在本发明的另一改进方案中设置有联结装置，该联结装置在第一联结状态中使输入级的太阳轮与输入轴相联结，在第二联结状态中使输入级的行星架与输入轴相联结且在第三联结状态中使输入级完全脱离。这意味着根据本发明的传动装置通过附加的联结装置扩建成可切换的两档传动装置。输入级的太阳轮或输入级的行星架交替地用作根据本发明的传动装置的输入元件。该太阳轮和行星架彼此交替地可借助于联结装置与输入轴相联结。在此在上面所提到的第一联结状态中传动装置如之前所说明的那样起作用。在前面提到的第二联结状态中仅仅作为变速区段的负载级以相应更短的变速来起作用。在上面所提到的第三联结状态中所联接的电马达完全从传动装置分开。
本发明的改进方案优选地还结合带有延长轴的上面所阐述的变型方案来实现。此处延长轴也提供可容易地接近的作用点－在该情况中对于联结装置来说其优选地作用在延长轴的突出越过联结轴的轴承的区段处。
如果还应附加地实现集成上面已经提及的停车锁止部，当将联结组件放置在延长轴的突出的区段的背对联结轴的轴承的部分处，这是有利的。换句话说，单个的元件优选地以以下顺序来排列：电马达、联结装置、停车锁止部、第一联结轴支承、输入级、负载级、正齿轮差动装置、第二联结轴支承。
附图说明
本发明的另外的特征和优点从随后的专门的说明和附图中得出。其中，
图1在第一实施形式中显示了带有根据本发明的马达和传动装置单元的机动车的驱动单元的示意性的示图，
图2显示了图1的驱动单元的改进方案。
具体实施方式
图1和2显示了未进一步详细地示出的机动车的驱动单元10的不同的实施形式，其中，附图中的相同的参考标号表示相同的元件。示出的驱动单元用于将由电马达12产生的转矩传递到受驱动的轴的从动轮14上。在图1和2的示意性的示图中以通常的半示图(Halbdarstellung)来显示电马达12和联接到该电马达处的传动装置16。尤其在附图中仅示出本身旋转对称的装置的“上”半部。紧接着应首先详细阐述图1且随后结合图2仅阐述与图1的实施形式的差别。
用于将转矩从电马达12传递到从动轮14上的传动装置16主要包括三个功能组。即输入级18、负载级20以及差速级(Ausgleichsstufe)22(此处其还应被称为差动装置)。单个的级18、20、22以所列举的顺序相邻且并排紧凑地布置。
电马达12的布置成与该电马达的未进一步示出的绕组同心的输出轴24构造为空心轴。在该空心轴处联接有传动装置16的同样构造为空心轴的输入轴25。该输入轴与构造为带有简单的行星齿轮组的完整的行星齿轮级的输入级18的太阳轮26相连接。此外，输入级18包括行星架28，在该行星架上可回转地支承有简单的行星齿轮组30。此外，输入级18包括齿圈32。行星部30一侧与太阳轮26相啮合而另一侧与齿圈32相啮合。
输入级18经由两个轴与负载级20相连接，即借助于齿圈32的轴与负载级20的行星架34相连接和借助于构造为空心轴第一联结轴36(其与输入级的行星架28相连接)与负载级的太阳轮38相连接。构造为带有简单的行星齿轮组的完整的行星齿轮级的负载级20的齿圈40固定在未进一步示出的传动装置壳体处。简单的行星齿轮组42一侧与太阳轮38相啮合而另一侧与齿圈40相啮合。
输入级18和负载级20一起形成传动装置16的变速区段，其在适当的设计的情况下可实现在igesamt=8至igesamt=12之间的总传动比。特定的设计示例应在下面进一步说明。
负载级20的行星架34用作变速区段的输出元件。经由该行星架使变速区段与差速级22(其构造为带有i0=+2的正的固定传动比的正齿轮差动装置)相连接。在这样的正齿轮差动装置中其齿圈44用作输入元件。行星架46承载彼此啮合的两组行星齿轮48a、48b。附加的，行星齿轮的第一分组48a与齿圈44相啮合而行星齿轮的第二分组48b与差动装置22的太阳轮50相啮合。一方面行星架46和另一方面太阳轮50用作差动装置22的输出元件。
在所显示的实施形式中，太阳轮50与第一传动装置输出轴52相连接，该第一传动装置输出轴居中地伸延且同心地贯穿第一联结轴36、传动装置输入轴25以及马达输出轴24的空心轴。差动装置22的行星架46与第二传动装置输出轴54相连接，该第二传动装置输出轴54同轴地然而相对于第一传动装置输出轴52相反地伸延。
所示出的结构的一特别的优点在于被称为第二联结轴的轴(其承载输入级的齿圈32、负载级的行星架34以及差动装置的齿圈44)贯穿整个传动装置。因此该第二联结轴的支承部不必出现在有功能的传动装置结构内，而是可向外迁移。因此相应的轴承56a、b在两侧布置在整个变速区段和差动装置之外。
在于图1中示出的实施形式中实现附加的功能元件，即停车锁止部。集成停车锁止部的困难尤其在于其结构空间需求方面。因此在图1中示出的实施形式中用于停车锁止部的作用点借助于与输入级18的行星架28相连接的延长轴58来向有功能的和紧凑地建造的传动装置单元之外引导，延长轴58尤其延伸穿过输入侧的联结轴轴承56a。延长轴58承载大的正齿轮60，在该正齿轮中可接合未进一步示出的停车锁止装置62的操纵板。如果停车锁止部正齿轮60借助于停车锁止装置62来卡锁，负载级20的太阳轮38也经由输入级18的行星架28来卡锁。因此负载级20的三个元件中的两个(即负载级的太阳轮38和负载级的固定在壳体处的齿圈40)被卡锁，从而整个负载级20和因此整个传动装置16被卡锁。负载在此仅处于相应坚固地构造的负载级中。
以下值已经证实为用于根据图1的装置的示例性的设计参数：输入级18的固定传动比i01=－2.09，负载级20的固定传动比i02=－2.72，正齿轮差动装置的固定传动比i03=+2.0。利用该设计参数得到装置的总传动比为igesamt=9.4。
图2显示了将图1的驱动装置改进成可切换的两档传动装置。为此，图1的系统扩建了定位在传动装置16的输入侧的联结装置64。在该实施形式中，传动装置16的输入轴25未与电马达12的输出轴24固定地相连接，而是经由联结装置64的第一离合器66来联结。可延伸穿过停车锁止部正齿轮60的尤其备选于输入轴25的延长轴58同样借助于设计为双离合器的联结装置64的第二离合器68与马达输出轴24相联结。
专业人员识别出双离合器64的三种有意义的切换状态，双离合器的切换状态的过渡可通过合适的联结管理(Kupplungsmanagement)来控制。在第一切换状态中第一离合器66闭合而第二离合器68打开。在该状态中，图2的传动装置16的功能性没有不同于图1的传动装置16的功能性。因此应放弃阐述的重复。在第二联结状态中第二离合器68闭合而第一离合器66打开。因此马达输出轴24的转矩经由延长轴58传递到输入级18的行星架28上，然而该行星架自由地转动，因为与太阳轮26相连接的输入轴25无载运转。换句话说将“跳过”输入级18。负载级20(经由该负载级的太阳轮38来引入转矩)以其固定在壳体处的齿圈40用作简单的变速级，从而该变速级的固定传动比决定驱动装置的总传动比。在第三联结状态中，双离合器64的两个离合器66、68都打开。电马达12因此与传动装置完全脱离。
以下值已经证实为示例性的设计参数：输入级18的固定传动比i01=－2.09，负载级20的固定传动比i02=－2.97，正齿轮差动装置22的固定传动比i03=+2.0。因此在被称为“第一档位”的、带有闭合第一离合器66和打开的第二离合器68的第一联结位置中在打开的第二离合器68中为输入转速的大约60%的适度的相对转速的情况下实现igesamt=10.18的总传动比。在被称为“第二档位”的、带有闭合的第二离合器68和打开的第一离合器66的第二联结位置中在打开的第一离合器66处为输入转速的大约150%的同样还是适度的相对转速的情况下实现igesamt=3.97的总传动比。
当然在特定的说明中讨论的和在附图中显示的实施形式仅为本发明的说明性的实施例。对于专业人员来说，鉴于本公开而有助于得到变型方案可能性的宽的范围。尤其可使单个的传动级的固定传动比的特定的设计与个别情况的尤其由电马达12的功率能力影响的场合相匹配。
参考标号列表
10 驱动装置
12 电马达
14 从动轮
16 传动装置
18 输入级
20 负载级
22 差动装置
24 马达输出轴
26 传动装置输入轴
28 18的太阳轮
30 18的行星架
32 18的行星齿轮
34 18的齿圈
36 20的行星架
38 第一联结轴
40 20的太阳轮
42 20的齿圈
44 20的行星齿轮
46 22的齿圈
48a,b 22的行星架
50 22的行星齿轮
52 22的太阳轮
54 第一传动装置输出轴
56a,b 第二传动装置输出轴
58 联结轴支承
60 延长轴
62 停车锁止部正齿轮
64 双离合器
66 64的第一离合器
68 64的第二离合器。

Claims (10)

1.带有输入轴(25)和布置成与所述输入轴(25)同轴的两个输出轴(52,54)的变速和差速传动装置，包括壳体，在该壳体中布置有包括至少一个行星齿轮级(18,22)的变速区段和构造为正齿轮差动装置(22)的差速区段，其特征在于，
所述变速区段具有两个行星齿轮级(18,20)，即：输入级(18)，该输入级的太阳轮(22)与所述输入轴(25)相连接或可联结；以及带有固定在壳体处的齿圈(40)的负载级(20)，该负载级的太阳轮(38)与所述输入级(18)的行星架(28)相连接且该负载级的行星架(34)与所述输入级(18)的齿圈(32)相连接，以及
将所述正齿轮差动装置(22)构造为带有正的固定传动比的行星齿轮传动装置，该行星齿轮传动装置的齿圈(44)与所述负载级(20)的行星架相连接且该行星齿轮传动装置的行星架(46)和该行星齿轮传动装置的太阳轮(50)相应与所述输出轴(52,54)中的一个相连接。
2.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述输出轴中的一个(52)同轴地贯穿构造为空心轴的所述输入轴(25)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的传动装置，其特征在于，承载所述输入级(18)的齿圈(32)、所述负载级(20)的行星架(34)以及所述正齿轮差动装置(22)的齿圈(44)的连续的联结轴在整个变速区段和差速区段两侧支承在壳体处。
4.根据权利要求3所述的传动装置，其特征在于，所述输入级(18)的行星架(32)与延长轴(58)相连接，该延长轴突出越过所述联结轴的输入级侧的轴承(56a)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的传动装置，其特征在于，所述输入级(18)的行星架(32)与停车锁止部正齿轮(60)相连接，该停车锁止部正齿轮与包含在所述壳体中的停车锁止装置(62)相接合。
6.根据权利要求5、回引权利要求4所述的传动装置，其特征在于，所述停车锁止部正齿轮(60)布置在所述延长轴的突出越过所述联结轴的轴承(56a)的区段中。
7.根据上述权利要求中任一项所述的传动装置，其特征在于，设置有联结装置(64)，该联结装置在第一联结状态中使所述输入级(18)的太阳轮(26)与所述输入轴(25)相联结，在第二联结状态中使所述输入级(18)的行星架(28)与所述输入轴(25)相联结以及在第三联结状态中使所述输入级(18)完全脱离。
8.根据权利要求7、回引权利要求4所述的传动装置，其特征在于，所述联结组件(64)作用在所述延长轴(58)的突出越过所述联结轴的轴承(56a)的区段处。
9.根据权利要求8、回引权利要求6所述的传动装置，其特征在于，所述联结组件(64)放置在所述延长轴(58)的突出的区段的背对所述联结轴的轴承(56a)的部分处。
10.马达和传动装置单元，包括电马达(22)和根据上述权利要求中任一项所述的、同轴地利用凸缘连接到该电马达处的变速和差速传动装置(16)，其中，所述电马达(12)的布置成相对于该电马达的绕组同轴的马达输出轴(24)与所述传动装置(16)的输入轴(25)相连接且构造为由所述传动装置的输出轴中的一个(52)同轴地贯穿的空心轴。
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