CN103596791A - 集成在电动机的转子中的变速箱 - Google Patents

Abstract

一种电动机，该电动机包括变速箱，该变速箱能够改变所述电动机的主转子和输出轴之间的传动比。所述变速箱位于由所述电动机的所述主转子界定的空间内。

Description

集成在电动机的转子中的变速箱

技术领域

本发明涉及一种电动机，该电动机包括变速箱，该变速箱能够改变所述电动机的主转子与所述电动机的输出轴之间的传动比。

背景技术

在许多情况下，需要根据对输出轴的旋转运动的预期使用来改变电动机的输出转速。为实现这一点，通常将变速箱与电动机串联安装。变速箱（gearbox）可以是行星式或者其他形式，但是行星齿轮式变速箱由于其结构紧密而通常是优选的。汽车引擎的启动电动机通常装配有行星齿轮式变速箱，该行星齿轮式变速箱能够减小电动机的转速（并相应地增大扭矩）至适合启动所述引擎的扭矩和转速。

电动机越来越多地在车辆中作为驱动源使用，如混合动力车辆或纯电动车辆。为此，人们已经发现，如果电动机和驱动轮之间的传动比能够随车速改变，会是有益的。电动机具有大的电动机速度跨度，但是，通过使用具有各种传动比的变速箱可以获得具有高初始驱动扭矩的动力传动系统，同时在高车速下电动机不会以太高的电动机速度运转。此外，通过降低电动机速度，可以获得效率的增大以及轴承磨损的降低等。这些好处是通过降低电磁损耗、冷却风扇损耗以及摩擦损耗获得的。通过提供一个具有高的低齿轮的变速箱，可以在低车速下在驱动轮中施加大扭矩。

如今，有很多变速箱/电机总成（motor assemblies）在销售。所有这些变速箱/电机总成的共同点是，变速箱和电动机串联安装，即变速箱安装为电动机的延伸件（an elongation of the motor）。这样导致在变速箱/电动机总成的宽度或者长度上的尺寸的增大。

EP2226211公开了一种电动机，该电动机具有安装在电动机的转子内的差速器。然而，这种电动机/差速器总成中没有包含变速箱。

本发明的目的是提供一种具有小尺寸的电动机/变速箱总成。

本发明的又一个目的是提供一种具有集成的差速器的电机/变速箱总成。

发明内容

上述以及其他问题可以通过一种具有变速箱的电动机得到解决，该变速箱能够改变电动机的主转子与输出轴之间的传动比，其中，该变速箱位于在由电动机的主转子界定的空间内。

为了在输出轴处于某一速度时控制电动机的速度，变速箱可以被致动，以提供从转子到输出轴的两种不同的传动比。

两种不同传动比之间的切换可通过接合第一离合器组件或第二离合器组件来实现。

比如，这可以通过如下实现，所述第一离合器组件的接合使所述转子与所述输出轴直接连接，并且所述第二离合器组件的接合使所述转子通过所述输出轴上的空心轴、至少一个双直径齿形轮和一个齿轮与所述输出轴连接。

为了实现齿轮平滑地切换，所述离合器组件可以是包括多个摩擦盘的离合器组件，摩擦盘布置为，使得第一离合器组件和第二离合器组件中的其中一个的接合自动分离未被接合的离合器组件。

为了通过消除离合器的摩擦环中的阻力损失来提高齿轮组件的效率，离合器组件可以包括第一齿形离合器轮和第二齿形离合器轮（toothed clutchwheels）以及内齿形的离合器齿圈（internally toothed clutch ring），其中，所述离合器齿圈能够在第一齿轮和第二齿轮（tooth wheels）之间的接合之间移动，第一齿轮和第二齿轮之间存在空转位置，以使内齿形的离合器齿圈既不与第一齿形离合器轮接合与也不与第二齿形离合器轮接合。

本发明还涉及一种用于四轮式道路车辆的电动的驱动桥，该驱动桥包括电动机，该电动机包括变速箱，该变速箱能够改变电动机的主转子和输出轴之间的传动比，其中，所述变速箱位于由所述电动机的所述主转子界定的空间内。

为了省略齿轮等部件，所述电动机可以在所述驱动桥上同轴设置。

为了增大车辆的牵引力，扭矩导向单元包括可以在所述驱动桥上同轴布置的电机，该扭矩导向单元用于改变所述驱动桥的所述第一侧和所述第二侧之间的扭矩分配。

附图说明

下面，将结合附图对本发明进行描述，其中：

图1是显示根据本发明的电动机中包括的变速箱的第一个实施方式的各部件的透视图；

图2是显示图1的实施方式的分解图；

图3是图1和图2所示的实施方式的剖视图；

图4是显示根据本发明的电动机中包括的变速箱的第二个实施方式的与图1相同的透视图；

图5是图4的实施方式的与图2相同的分解图；

图6是显示图4和图5的实施方式的与图3相同的视图；

图7是显示包括根据本发明的变速箱的电动机与包括扭矩导向功能的差速器连接的剖视图。

具体实施方式

参见图1至图3，示出了位于电动机110的转子100的空间中的变速箱。所述变速箱包括第一离合器120、第二离合器130，其中，所述第一离合器接合时将扭矩从转子直接传递到输出轴150，并且第二离合器通过变速箱将扭矩从转子传递到输出轴150，所述变速箱以将在后面描述的某种方式安装在所述转子110的空间中。离合器致动器（clutch actuator）140决定是否接合第一离合器或第二离合器。

正如上述所暗示的，第二离合器将扭矩从转子传动到所述变速箱。这一点通过空心齿形轴160实现，该空心齿形轴轴颈安装（journalled）在所述输出轴上，这样允许输出轴与齿轮轴160之间的相对旋转。齿轮轴160与双齿形轮180的第一齿形面170接合。双齿形轮180的第二齿形面190与所述输出轴的齿形面200接合。

所述第一离合器和第二离合器设置为使得两者不能同时被接合。通过操作离合器致动器，使用者可以决定将接合两个离合器中的哪一个。默认情况下，如果一个离合器处于接合状态，则另一个离合器处于分离状态。这是由离合器和离合器致动器之间的配合来实现的；所述离合器致动器在致动时压缩所述第二离合器，以使该第二离合器将扭矩从所述转子传递到空心轴160，与此同时，解除对第一离合器的压缩，以使该第一离合器不再传递任何扭矩。如果所述离合器致动器不致动时，弹性件165将压缩所述第一离合器并解除对第二离合器的压缩，以使所述第一离合器将扭矩直接传递到所述输出轴，而所述第二离合器将不传递任何扭矩到所述空心轴。

上述是本发明的功能的简短总结，下面，给出更详细的描述。

参考图1，显示了位于由电动机的转子界定的空间内的齿轮。所述第一离合器120和第二离合器130位于转筐（basket）210中，该转筐的中心部设有齿215，该齿与转子的内表面上的凹槽（图未示）可操作地连接，以使所述齿215沿轴向自由地滑动，但是被迫与所述转子同步旋转。所述致动器140（图1中未显示）也与所述转筐210连接，以使第一离合器或第二离合器通过所述转筐210将扭矩从所述转子传递到所述输出轴或者所述空心轴。

若所述离合器致动器致动时将扭矩直接传递给空心轴160，则该扭矩将导致空心轴160沿与所述转子的方向相同的方向旋转。空心轴的接合将引起双齿形轮180沿与所述转子相反的方向旋转；然而，当所述双齿形轮的另一齿形面与所述输出轴的齿形面200配合时，所述输出轴上的驱动方向将与所述转子的旋转方向相同。

在所示实施方式中，示出了三个双齿形轮180。但是，双齿形轮的数量不影响对本发明的理解，在某些情况下，提供更多的双齿形轮可能是必要的，在某些情况下则可以省略一个或两个双齿形轮，使得只提供一个或者两个双齿形轮。使用一个以上双齿形轮的原因在于减小空心轴承和空心轴上的径向载荷并且增加能够传递的扭矩。同样，每一个齿形轮接触的载荷将增加。避免只有一个双齿形轮的实施方式可能是明智的；如果只使用一个双齿形轮，则将有侧向力作用在所述空心轴160上，如果使用一个以上的双齿形轮则可以避免这种侧向力。

在所示实施方式中，所述空心轴的齿形面170的直径小于齿形面200（并且所述双齿形轮的两个齿形面相应地分别更大和更小）。这样导致当第二离合器130接合并且第一离合器120分离时，输出轴相对转子的转速降低。但是，这一点很容易改变，若希望输出轴相对所述主转子具有较高的转速，只需要简单地通过改变空心轴的齿形面、双齿形轮的齿形面以及输出轴的齿形面200的直径即可。

在第一离合器120接合并且第二离合器130分离的情况下，所述输出轴的齿形面200将驱动所述双齿形轮旋转，并且所述空心轴160将被所述双齿形轮驱动。然而，由于第二离合器130分离，因此不会通过该离合器传递扭矩。

若所述变速箱配置为降低从转子到输出轴的速度（比如上述所公开的），那么当所述第一离合器接合并且第二离合器分离时，所述空心轴将以高于所述转子速度的速度旋转。不幸的是，因为第二离合器的盘件将以不同的速度旋转，因而会因第二离合器中的摩擦导致一些能量损失。

为了减缓第二离合器中的能量损失的问题，如图4至图6所示，可以使用本发明的一个替换实施方式。除了第一离合器120和第二离合器130之外，本实施方式与前述公开的实施方式相同，该第一离合器和第二离合器的功能被离合器组件代替，该离合器组件包括内齿形的离合器齿圈300，该离合器齿圈的内齿与所述空心轴上的键（splines）接触，并且该离合器齿圈能够在与第一齿形离合器轮310和第二齿形离合器轮320的接合之间移动，该第一齿形离合器轮和第二齿形离合器轮采用与第一实施方式中的第一离合器120和第二离合器130相同的方式分别与空心轴170和输出轴150连接。

离合器齿圈300通过致动器330可以沿着轴向移动，该致动器330通过弹性件340与所述离合器齿圈300连接。当所述致动器340致动时，所述弹性件340迫使所述离合器齿圈位于期望的方向上。

正如图4和图6中所示，第一齿形离合器轮310和第二齿形离合器轮320之间存在空间350。这是用于在电动机操作期间允许齿轮切换所必要的空间，因为在所有情况中，第一齿形离合器轮310和第二齿形离合器轮320的转速将是不同的。通过提供位于所述第一齿形离合器轮310和第二齿形离合器轮320之间的空间，如果所述离合器齿圈300处于该空间内将存在空转位置，即，不传递扭矩的位置。

本实施方式的一个好处是，离合器齿圈的空转位置实际上可以使用；正如提到的，本实施方式中的摩擦损失非常小，这使得可以将电机与驱动轮断开旋转。在所示实施方式中，通过致动致动器320或330可以移动离合器齿圈；当所述致动器都不致动时，离合器齿圈将处于空档位置（neutral position）。

为了切换齿轮，或者为了从空档位置连接齿轮，关键在于，被接合的离合轮的转速要与离合器齿圈的转速相同或接近相同。这可以通过控制电动机的速度达到与被接合的离合器轮的转速相一致的值来实现，也可以通过提供同步环来实现，同步环设计为使得在离合器齿圈和离合轮被接合之前，摩擦力将使电机加速或使电机减速。此外，所述同步环具有当离合器齿圈和离合器轮具有相同或相似的转速时才允许离合器齿圈和离合器轮接合的作用。同步环的作用对本领域技术人员来说是公知的，以下将不再进行全面地描述。

上述所述的电动机优选安装在车辆（如汽车、货车、巴士等）的传动系统中。根据本发明的传动系统的一部分如图7中所示，并且包括驱动分别与左侧轮轴和右侧轮轴（图未示）连接的差速器的电动机110和差速器，所述差速器允许有不同的轮速，当同一轮轴上具有两个驱动轮的车辆转向时，不同的轮速是必要的。进一步地，扭矩导向单元（torque vectoring unit）可以提供两个轮轴之间的扭矩差。当其中一个驱动轮失去牵引力时，扭矩导向尤其有用；如果存在没有扭矩导向的可能性，由于差速器可以确保相同的扭矩被传递到同一驱动桥上的两个车轮，则所有驱动扭矩将在旋转轮中失控（getlost）；当一个轮在旋转时，需要旋转该轮的扭矩当然会显著降低；因此，在同一驱动桥上的另一轮将只能传递尽可能多的扭矩以旋转所述旋转轮。

参见图7，电动桥1000设置为与所述左侧轮轴和右侧轮轴（图未示）连接，该电动桥1000包括电力推进电机110、差动机构1220和扭矩导向装置1240，所述电力推进电机110具有根据本发明所述的集成在由主转子界定的空间内的变速箱。优选地，该电力推进电机110与所述驱动桥1000同轴布置，并且在每一个侧面与差动机构1220连接，该差动机构1220包括两个轴向对齐的行星轮1222a、1222b，其中，电力推进电机1210驱动太阳轮1224a、1224b。左侧轮轴和右侧轮轴分别与行星轮1222a、1222b的行星架1226a、1226b连接。行星轮1222a、1222b的各自齿圈1228a、1228b具有能够与所述扭矩导向装置1240（例如通过齿）连接的外表面。

所述扭矩导向装置1240包括与所述驱动桥1200同轴布置的电机1242，以使所述电动机1242的旋转轴线与所述电力推进电机110的旋转轴线对齐。电机1242进一步布置为远离差动机构1220，即，位于行星轮1220a、1200b中的其中一个和相邻的轮轴之间。

所述扭矩导向装置1240的电机1242可以与第二行星轮1222b的齿圈1228b直接连接，并且可以通过可旋转的平衡轴1244与第一行星轮1222a的齿圈1228a连接，该平衡轴1244平行于所述驱动桥1200延伸并且设置有用于与所述行星轮1222a的齿圈1228a接合的齿轮。平衡轴1244的齿轮设置为用于在平衡轴旋转时将扭矩传递到行星轮1222a，其中，传递到所述行星轮1222a的扭矩与通过电力推进电机110传递到另一个行星轮1222b的扭矩的方向相反。

齿圈1228a、1228b可以进一步通过齿轮减速器连接于所述扭矩导向装置的电机1242上。齿轮减速器可以是摆线驱动器、差动行星齿轮、双摆线驱动器或包括三个或更多个盘件的多摆线驱动器，所述盘件安装在电机的旋转轴上。这些类型的齿轮减速器在由同一申请人提出的待审申请PCT/EP2011/070253中描述出。

在另一个进一步的实施方式中省略了该齿轮减速器，以使扭矩导向单元的电机与所述差动机构的第二行星轮的齿圈直接连接，并且通过平衡轴与所述差动机构的第二行星轮的齿圈连接。虽然需要电机的极端性能（extremeperformance），但是这种实施方式的好处在于使用较少的部件。

将被理解的是，在不脱离权利要求书所限定的范围的情况下，上述描述的实施方式可以进行组合。虽然本发明已在上文中参考具体实施方式进行了说明，但并不意味着局限于本文所阐述的具体形式。相反，本发明仅由所附权利要求书限定，并且除上述具体形式之外的其他实施方式也同样属于权利要求书的保护范围。特别地，上述不同实施方式中的描述的特征可以自由组合，而不脱离本发明的精神和范围。

在权利要求书中，术语“包括/包含”并没有排除其它元件或步骤的存在性。此外，尽管单独列出，但是多个方式、元件或方法步骤可以以单个单元或处理器为例来实现。另外，尽管各个特征可以被包括在不同的权利要求中，这些特征可以被有利地组合，并且不同权利要求中包含的特征并不意味着特征的组合是不可行的和/或不利的。此外，单数的附图标记并不排除多数。术语“一”，“一个”，“第一”，“第二”等不排除多个。权利要求中的附图标记仅仅作为阐述的例子，而不应以任何方式解释为对权利要求书范围的限定。

Claims (10)

1.一种电动机，该电动机包括变速箱，该变速箱能够改变所述电动机的主转子和输出轴之间的传动比，其特征在于，所述变速箱位于由所述电动机的所述主转子界定的空间内。

2.根据权利要求1所述的电动机，其中，所述变速箱能够被致动，以提供从所述主转子到所述输出轴的两种不同的传动比。

3.根据权利要求2所述的电动机，其中，所述两种不同的传动比之间的切换通过接合第一离合器组件或第二离合器组件来实现。

4.根据权利要求3所述的电动机，其中，所述第一离合器组件的接合使所述转子与所述输出轴直接连接。

5.根据权利要求3或4所述的电动机，其中，所述第二离合器组件的接合使所述转子通过所述输出轴上的空心轴、至少一个双直径齿形轮和一个齿轮与所述输出轴连接。

6.根据权利要求3-5中任意一项所述的电动机，其中，所述离合器组件为包括多个摩擦盘的离合器组件。

7.根据权利要求3-5中任意一项所述的电动机，其中，所述离合器组件包括第一齿形离合器轮和第二齿形离合器轮以及内齿形的离合器齿圈，其中，所述离合器齿圈能够在第一齿轮和第二齿轮之间的接合之间移动。

8.一种四轮式道路车辆的电动的驱动桥，该电动的驱动桥包括根据上述权利要求中任意一项所述的电动机。

9.根据权利要求8所述的驱动桥，其中，所述电动机在所述驱动桥上同轴布置。

10.根据权利要求8或9所述的驱动桥，其中，所述驱动桥进一步包括扭矩导向单元，该扭矩导向单元包括在所述驱动桥上同轴布置的电机，该扭矩导向单元用于改变所述驱动桥的所述第一侧和所述第二侧之间的扭矩分配。

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