CN104276020A - 用于机动车的摩擦驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的摩擦驱动器，其包括：发动机组件，从动组件，一侧与发动机组件而另一侧与从动组件相连接的、构造为摩擦轮-行星传动装置的变速级，其带有：空心轮；可旋转的多件式构造的太阳，其具有至少两个太阳轮、即一轴向固定的内太阳轮和至少一个可轴向移动的外太阳轮；以及径向上布置在太阳轮与空心轮之间的多个行星轮，其摩擦配合地在太阳和空心轮处滚动。本发明特征在于，发动机组件具有与多个行星轮相应的多个电机，其分别包括固定在壳体处的定子和可旋转的转子，电机与彼此平行取向的转子轴环形地布置且分别与行星轮中的刚好一个相关联，其中，每个行星轮固定地和与其相关联的电机的转子轴相连接。

Description

用于机动车的摩擦驱动器
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的摩擦驱动器，其包括：
- 发动机组件，
- 从动组件，
- 一侧与发动机组件而另一侧与从动组件相连接的、构造为摩擦轮-行星传动装置的变速级，其带有：空心轮；可旋转的多件式构造的太阳，其具有至少两个太阳轮(Sonnenscheibe)、即一轴向固定的内太阳轮和至少一个可轴向移动的外太阳轮；以及径向上布置在太阳轮与空心轮之间的多个行星轮(Planetenrolle)，其摩擦配合地在太阳和空心轮处滚动。
背景技术
用于机动车的这样的摩擦驱动器由文件US 3,475,993 A已知。
在用于机动车的电气化的驱动器的开发中通常追求通过带有尽可能类似的特性的电动机代替传统的内燃机的目标，以便将在接下来的部件中必需的变化保持得尽可能少。由此一部分涉及不可接受的妥协。在效率、精确与运转平稳方面从机床这里已知的带有超过20000U/min的转速的最高速度-电动机已知为特别有利的。值得期望的是还能够将这样的电机用于驱动机动车；然而一方面这样的发动机的比较低的转矩与用于产生典型轮转速的极端的传动变速的需要至今相冲突。对于这样的传动结构原则上仅考虑摩擦传动装置，因为在啮合传动装置中不可避免的、高相对速度将与过大的噪声生成相联系。
由该类型的出版物已知的变速级具有固定在壳体处的空心轮、可旋转的接片(Steg)(行星轮可旋转地支承在其上)以及两件式的太阳。由两个太阳轮构成的太阳固定地、也就是说轴向固定地且抗扭转地被固定在与内燃机的曲轴相连接的输入轴上。外太阳轮抗扭转地而可轴向移动地被装配在输入轴上。太阳轮具有彼此面向的截顶锥(Kegelstumpf)的形状且摩擦配合地与行星的对应成形的接触面相连接。在这些接触面之间行星具有楔形的环形槽，固定在壳体处的空心轮接合到环形槽中。行星支承在接片处的行星销(Planetenbolzen)上，其中，销处在接片的径向取向的轴承缝(Lagerschlitz)中且因此可轴向移动。在外太阳轮输入侧，正凸轮-压盘(Stirnnocken-Anpressscheibe)固定地与输入轴相连接。外太阳轮通过球形坡道机构(Kugelrampenmechanismus)对着正凸轮-压盘支撑。在这两个太阳轮之间的相对力矩因此引起外太阳轮相对于内太阳轮的轴向运动且因此用于调节在太阳与行星之间的与转矩成比例的挤压力。由于太阳轮和行星的倾斜的造型，太阳轮的相对轴向移动导致行星的轴向移动，其由于行星销在接片中的缝隙式支承而被允许。已知的装置利用行星级的固定变速(Standuebersetzung)将在输入轴处、也就是说在太阳处存在的输入力矩转换成在接片处存在的输出力矩，其经由与接片相连接的输出轴被传递到后置的从动组件处。已知的组件由于太小的变速比不适合于联结机动车中的最高转速电动机。此外，其对于常见的最高转速电动机的转矩太小的问题不提供解决方案。
由文件EP 0 211 000 B1已知一种机电的精密驱动器，在其中与彼此平行地取向的转子轴环形地布置有多个电动机，其中在，每个转子轴上存在行星-正齿轮，其与共同的、中心的太阳啮合，太阳与输出轴相联结。通过该组件可能将多个电机的力矩累加到一输出轴上。利用已知的装置可获得的变速然而不适合于使电气的最高转速发动机适合用于机动车中。
发明内容
本发明的目的是提供一种驱动组件，其使能够将最高转速-电动机用作用于机动车的驱动设备。
与权利要求1的前序部分的特征相联系由此来实现该目的，即发动机组件具有与多个行星轮相应的多个电机，其分别包括固定在壳体处的定子和可旋转的转子，电机与彼此平行取向的转子轴环形地布置且分别与行星轮中的刚好一个相关联，其中，每个行星轮和与其相关联的电机的转子轴相连接。
本发明的优选的实施形式是从属权利要求的内容。
本发明从原则上适合于高相对转速的摩擦-行星级的设计出发。其然而将它修改成使得多个电机、尤其最高转速-电动机的力矩累加，从而将最高转速-电动机的效率、精确性和运行平稳的优点与对于机动车的驱动必需的高转矩相联系。通过行星轮的直接驱动使这成为可能，然而由此取消经由其太阳将力矩引入行星级中的可能性。而太阳必须被用作(至少一个)输出元件。
优选地设置成，每个行星轮布置在内太阳轮与外太阳轮之间且摩擦配合地接触两者，其中，在行星轮与太阳轮之间的接触压力通过相应的外太阳轮相对于内太阳轮的轴向移动可控制。在此优选地设置成，内太阳轮分别经由正凸轮挤压(Stirnnockenanpressung)与每个外太阳轮联结，使得在太阳轮之间的相对力矩导致接触压力的取决于转矩的变化。该用于产生优选地与转矩成比例的接触压力的设计对于专家原则上已知。
众所周知，由通过在其间挤压行星轮的太阳轮的轴向移动的接触压力变化引起行星轮的虽然很小的径向移动。这与根据本发明的牢固地固定在电机的转子轴上的行星轮的设计不显得可无问题地协调一致。因此在本发明的有利的改进方案中设置成，每个电机的转子轴借助于偏心轴承、即允许转子轴的摆动运动的轴承(其自身偏心地布置在可旋转地支承在壳体壁部中的轴承盘(Lagerscheibe)中)支承在置于定子与相关联的行星轮之间的轴向区域中。这样的轴承既不能支撑轴向力也不能支撑径向力(关于行星级对称)。其仅适合于支撑切向力(关于电机的环形布置)。对此尤其设置成，偏心轴承在其基础取向上的偏心与发动机环(Motorenring)相切。换言之，在实际轴承的中心与轴承盘的旋转点之间的间距切向于转子轴组件的圆定向。由太阳轮的前述的轴向相对运动引起的行星轮的径向运动因此始终垂直于偏心轴承的偏心定向且因此被其允许。
优选地设置成，每个电机的转子轴在它的背向相关联的行星轮的定子的侧面上借助于允许转子轴的摆动运动的浮动轴承来支承。这样的轴承仅支撑径向力(关于相应的转子轴)。然而允许转子轴的轴向运动以及翻倾运动。行星轮和由此固定地与其相连接的转子轴的全部的由接触压力变化所产生的运动因此被这两个转子轴轴承允许，然而其余所有力被支撑。行星轮的径向移动由此导致转子轴相对于它的优选地固定在壳体处的定子的翻倾；这然而在转子与定子之间的空隙的适当的尺寸设定中且考虑到径向移动的极其小的数量级(典型地百分之几毫米)对于电机的功能性不是决定性的。
偏心轴承和/或浮动轴承可最有利地构造为球轴承，其与转子轴仅形成接触线。滚针轴承(其与被支承的轴形成接触面)将不允许摆动。然而，当其被与另外的、可摆动的支承相联结时，也可利用滚针轴承。这样的和类似的对于专家原则上已知的设计方案是可能的、然而结构复杂。
在带有转子轴的不传递轴向力的轴承的有利的轴承设计中，行星与转子轴固定连接。在使用至少一个传递轴向力的轴承时，可将行星轮与相应的转子轴抗扭转地且可轴向移动地相连接。
原则上设置一个内太阳轮和一个外太阳轮就足够，行星轮被压在它们之间。在本发明的一特别的实施形式中然而设置成，在内太阳轮两侧各布置有可独立轴向移动的外太阳轮。尤其对于外太阳轮中的每个设置有的自己的正凸轮挤压。在带有两个外太阳轮的实施形式中有利地，彼此方位角直接相邻的两个行星轮中，一个布置在内太阳轮与外太阳轮中的一个之间而另一个布置在内太阳轮与外太阳轮中的另一个之间。环状布置的电机在此优选地交替地具有较短的和较长的转子轴，使得固定在较短的转子轴上的行星轮被压在第一外太阳轮与内太阳轮之间而它的两个相邻的行星轮(其被固定在较长的转子轴上)被压在内太阳轮与第二外太阳轮之间。以该方式例如可布置六个电机，其中分别三个彼此错位120°来布置且形成组，其行星轮分别在三个位置处接触分别相关联的两个太阳轮。
如开头已提及的那样，最高转速-电动机对于机动车的驱动的较小的适宜性在于需要非常高的变速比。在本发明的一有利的改进方案中因此设置成，内太阳轮传递转矩地与从动组件的第一输入轴相连接而空心轮可旋转地被支承且与从动组件的第二输入轴相连接。使太阳和空心轮以不同的旋转方向和转速运动。其运动可在从动组件内被单独进一步变速且独立地例如被用于轴的独立的轮的驱动或者借助于累加级(Summierstufe)被合适地组合。在每个情况中通过空心轮的可旋转的支承取消变速到行星级的固定变速上的限制。
作为用于提高变速比的另外的措施可设置成，每个行星轮构造为级轮(Stufenrolle)，其与太阳的接触圆具有比其与空心轮的接触圆更小的直径。空心轮本身优选地在行星轮在其处滚动的轴向区域中轴向上平地来构造。这考虑该事实，即在太阳与行星轮之间的接触压力变化时，行星轮也可执行微小的轴向运动。尤其在带有仅仅一个外太阳轮的实施形式中，在行星轮与空心轮之间的接触区域然而也可轻微倾斜地来构造，以考虑行星轮的在这些情况中固定地与轴向移动相关联的径向移动。
附图说明
由接下来的、特别的说明和附图中得出本发明的另外的特征和优点。
其中：
图1显示通过本发明的优选的实施形式的变速级的示意性的剖示图，
图2以对其变速级侧的端面的俯视图以及以侧视图显示本发明的优选的实施形式的发动机组件的部分剖开的图示，
图3显示带有示出的偏心轴承的图2的发动机组件的透视性的图示，
图4显示将图2和3的发动机组件与图1的变速级分离的壳体盖的示意性的图示以说明偏心轴承的功能，
图5显示在应用本发明的情况下驱动组件的第一实施形式的示意性的图示，
图6显示根据本发明的驱动组件的第二实施形式的示意性的图示。
相同的附图标记在附图中表示相同的或类似的元件。
附图标记清单
10 发动机组件/发动机环
12 电机
14 12的定子
16 12的转子
18 转子轴
20 中轴线
22 壳体
24 轴承(浮动轴承)
25 轴承(偏心轴承)
251 球轴承
252 偏心轮
26 变速级
28 变速-行星
30 变速-空心轮
32 接触区域28/30
34 变速-太阳
36 内太阳轮
38 外太阳轮
40 外太阳轮
42 接触区域36/40
44 接触区域36/38
46 正凸轮压盘
48 间隔元件
50 累加级
52 累加-空心轮
54 累加-接片
56,56' 累加-行星
58,58' 累加-太阳
60 差速器
62 差速-接片
64,64' 差速-行星
66,66' 差速器-太阳。
具体实施方式
图1显示根据本发明的驱动器的变速级的示意性的剖示图，其为了更容易理解有利地可与图2和3共同来观察，其也应共同地来说明。尤其在图2和3中所说明的发动机组件10包括多个(在所示出的实施形式中六个)电机12，其分别包括定子14和转子16，它们与平行取向的转子轴18环形地围绕中轴线20来布置且形成发动机环。电机12优选地是最高转速-机器，其可以以超过20000转/分钟的转速来运行。在电机12的定子14固定在壳体22处期间，转子轴18在转子16两侧支承在壳体处，其中，下面应进一步详细来讨论轴承24、25的特殊设计。
在电机12一侧其转子轴18延长且伸入邻近的变速级26中。在那里其分别承载构造为摩擦轮(Reibrolle)的变速-行星28，其构造为分级行星且在中间的轴向区域中具有比在它的布置在中心区域两侧的外部的轴向区域中更大的直径。变速-行星28牢固地固定在转子轴18上。其共同形成变速级26的被驱动的输入元件。变速级26构造为摩擦轮-行星级。径向上在外面布置有可旋转地支承的空心轮30，其在接触区域32中摩擦配合地接触变速-行星28的中心区域，使得其通过变速-行星28本身的被驱动的旋转运动被置于旋转中。径向上在变速-行星28内布置有多件式构造的变速-太阳34。其包括轴向固定地且可旋转地支承的内太阳轮36和两个同样可旋转地、然而附加地可轴向移动地布置的外太阳轮38、40。在图1中所示的变速-行星28在内太阳轮36与外太阳轮38、40之间被张紧成使得两者以其接触区域42、44摩擦配合地接触变速-行星28的构造有向外倾斜的肩部的外部的轴向区域。变速-行星28的机动驱动因此除了变速-空心轮30的旋转之外引起变速-太阳34的反向旋转，其中，在变速-空心轮30与变速-太阳34之间的转速比由一方面在变速-行星28与变速-空心轮30之间而另一方面在变速-行星28与变速-太阳34之间的相应的接触半径的比得出。该比例、尤其在变速-行星28与变速-太阳34之间的精确的接触半径以些微的程度可变。该可变性主要不用于变速调节、而是用于在构造为摩擦轮-行星级的变速级26内的滑转优化(Schlupfoptimierung)。尤其在所示出的实施形式中实现取决于扭矩、尤其与扭矩成比例的滑转控制。对此，分别轴向上在外部邻近于外太阳轮38、40布置有正凸轮压盘46，其固定地与内太阳轮36相连接。每个外太阳轮38、40经由在坡道中所引导的间隔元件48对着分别相关联的正凸轮压盘46支撑。在变速-行星28的机动驱动中在内太阳轮36与外太阳轮38、40之间出现的相对力矩导致外太阳轮38、40相对于分别与其相关联的正凸轮压盘的相对旋转，这由于间隔元件48的坡道引导导致相应的外太阳轮38、40的相应的轴向移动。由此根据传递的扭矩、尤其与其成比例地来调节在变速-太阳34与变速-行星28之间的接触压力。由于在变速-太阳34与变速-行星28之间的接触区域42、44的倾斜，这附加地导致变速-行星28的轻微的径向移动且因此导致在变速-行星28与变速-空心轮30之间的接触区域32中的相应的接触压力变化。该变速区域优选地在轴向上被保持平的，使得即使在变速-行星28轻微轴向移动时也不产生关于在变速-行星28与变速-空心轮30之间的接触压力或接触半径的变化。
外太阳轮38、40的双重实施的意义尤其由图2的图示阐明。在所示的实施形式中即六个电机12中的三个装备有较短的转子轴18而其余三个电机12装备有较长的转子轴18。其相应地或多或少地伸入变速级26中，使得彼此方位角相邻的两个变速-行星28分别与相同的内太阳轮36、然而与不同的外太阳轮38、40相互作用。如在图中所示，各三个电机12的该分组的共同作用是特别有利的、然而不是强制必需的。
如所提及的那样在变速-太阳34与变速-行星28之间的接触压力控制与变速-行星28的微小的轴向和径向移动相联系。这在其牢固地固定在电机12的转子轴18上的情况下不是无问题的。所提及的运动因此也延续到相应的转子轴18上，这在其支承中应被考虑。
定位在电机12的背向变速级26的侧面上的轴承24构造为浮动-球轴承。其吸收径向力，然而既不对轴向力也不对翻倾力矩反作用有阻力。这是足够的，因为轴承24的支承位置可被视为翻倾运动的旋转点，其由相关联的变速-行星28的径向移动造成。与此相比，被置于电机的面向变速级26的侧面上的轴承25必须具有径向自由度。然而其必须同时吸收在(关于发动机环)切向上的力。因此如尤其由图3和4可见，其构造为偏心轴承25。所示的实施形式的偏心轴承25分别包括球轴承251，其偏心地固定在轴承盘252中，轴承盘252在其方面可旋转地支承在壳体22的盖中。偏心轴承25的偏心、也就是说在球轴承251和轴承盘252的中心之间的指向的间距(关于发动机环)在切向上取向。变速-行星28的在接触压力匹配的范围中实现的径向移动因此导致球轴承251的关于轴承盘252的切线平行的偏移。由于在接触压力匹配的范围中出现的移动的微小性，该运动可被视为线性的；可忽略其真正的圆形轨道特性。
图5以极其简化的图示显示发动机组件10和变速级26，以表示其在机动车-驱动组件的接下来的从动元件处的联结。如上面详细所阐述的那样，变速-空心轮30和变速-太阳34用作变速级26的输出元件。其与接下来的累加级50的输入元件相联结，累加级50以优选地正啮合的Ravigneaux-组的形式来设计。它具有固定在壳体处的累加-空心轮52和累加-接片54，在其上支承有相互啮合的两组累加-行星56、56'。累加-行星组56、56'另外与两个累加-太阳58、58'(其用作累加级50的输入元件且相应地与变速-太阳34或变速-空心轮30相连接)啮合。累加级50用于在变速-空心轮30和变速-太阳34处存在的不同转速和扭矩的结合。
为了继续传递在累加级50中所累加的旋转运动，在图5的实施形式中设置正齿轮差速器60，其以通常的结构形式构造有差速-接片62，在其上支承有相互啮合的两组差速-行星64、64'。差速-行星组64、64'与两个差速器-太阳66、66'(其用作差速器60的输出元件且分别与在图5中未详细示出的机动车的驱动轮相连接)啮合。在图5中所示的、特别优选的实施形式中累加-接片54和差速-接片62形成带有不同轴向截段的共同的构件，在其一轴向截段中累加-行星56、56'被支承而在其另一轴向截段中差速-行星64、64'被支承。
图6显示用于机动车的驱动组件的备选设计方案，其尤其放弃差速器60。与图2和图3的图示相比，在该实施形式中电机12成组地彼此反平行地定向，使得在发动机两侧可布置有变速级和联接在其处的累加级50。该组件在图6中示出。这两个累加-接片54中的每个因此形成驱动组件的独立的输出元件，其与机动车的直接驱动的驱动轮相连接。所有差速功能和还超出于此的功能、如所谓的扭矩-矢量化可通过发动机组的相应的操控实现。当然也可能使图6的组件的两个累加级50中的每个后接有自己的差速器60且由此实现彼此独立地驱动的两个轴。
在特别的说明中所讨论的且在图中所示出的实施形式当然仅是本发明的说明性的实施例。在这里公开内容的启示下向专家提供较宽范围的变化可能性。

Claims (10)

1. 一种用于机动车的摩擦驱动器，其包括：
- 发动机组件(10),
- 从动组件，
- 一侧与所述发动机组件(10)而另一侧与所述从动组件相连接的、构造为摩擦轮-行星传动装置的变速级(26)，其带有：空心轮(30)；可旋转的多件式构造的太阳(34)，其具有至少两个太阳轮、即一轴向固定的内太阳轮(36)和至少一个可轴向移动的外太阳轮(38, 40)；以及径向上布置在所述太阳(34)与所述空心轮(30)之间的多个行星轮(28)，其摩擦配合地在所述太阳(34)和所述空心轮(30)处滚动，
其特征在于，
所述发动机组件(10)具有与多个行星轮(28)相应的多个电机(12)、其分别包括固定在壳体处的定子(14)和可旋转的转子(16)，所述电机与彼此平行取向的转子轴(18)环形地布置并且分别与所述行星轮(28)中的刚好一个相关联，其中，每个行星轮(28)和与其相关联的所述电机(12)的转子轴(18)相连接。
2. 根据权利要求1所述的摩擦驱动器，其特征在于，每个行星轮(28)布置在所述内太阳轮(36)与外太阳轮(38, 40)之间并且摩擦配合地接触两者，其中，在所述外行星轮(28)与所述太阳轮(36; 38, 40)之间的接触压力通过相应的外太阳轮(38, 40)相对于所述内太阳轮(36)的轴向移动能够控制。
3. 根据权利要求2所述的摩擦驱动器，其特征在于，所述内太阳轮(36)分别经由正凸轮挤压与每个外太阳轮(38, 40)相联结，使得在所述太阳轮(36, 38, 40)之间的相对力矩导致接触压力的取决于转矩的变化。
4. 根据权利要求2至3中任一项所述的摩擦驱动器，其特征在于，每个电机(12)的转子轴(18)借助于偏心轴承(25)、即允许所述转子轴的摆动运动的轴承(251)支承在置于所述定子(14)与相关联的所述行星轮(28)之间的轴向区域中，所述轴承(251)自身偏心地布置在可旋转地支承在壳体壁部(22)中的轴承圈(252)中。
5. 根据权利要求2至4中任一项所述的摩擦驱动器，其特征在于，每个电机(12)的转子轴(18)借助于允许所述转子轴(18)的摆动运动的浮动轴承(24)支承在它的背向所关联的所述行星轮(28)的所述定子(14)的侧面上。
6. 根据权利要求2至5中任一项所述的摩擦驱动器，其特征在于，在所述内太阳轮(36)两侧各布置有可独立轴向移动的外太阳轮(38, 40)。
7. 根据权利要求6所述的摩擦驱动器，其特征在于，彼此方位角直接相邻的各两个行星轮(28)中，一个布置在所述内太阳轮(36)与所述外太阳轮中的一个(38)之间而另一个布置在所述内太阳轮(36)与所述外太阳轮中的另一个(40)之间。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的摩擦驱动器，其特征在于，所述内太阳轮(36)传递转矩地与所述从动组件的第一输入轴(58)相连接并且所述空心轮(30)可旋转地来支承且与所述从动组件的第二输入轴(58')相连接。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的摩擦驱动器，其特征在于，每个行星轮(28)构造为级轮，其与所述太阳(34)的接触圆具有比其与所述空心轮(30)的接触圆更小的直径。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的摩擦驱动器，其特征在于，所述空心轮(30)在所述行星轮(28)在其处滚动的轴向区域中轴向上平地来构造。
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