CN104379380A - 用于机动车的电动车桥 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种具有更佳运行特性的、用于机动车的电动车桥。为此，用于机动车(2)的电动车桥(1)具有电动机(6)、减速器区段(7)、分配差速器(8)和两个输出轴(9a、9b)，其中，电动机(6)、分配差速器(8)和两个输出轴(9a、9b)与主传动轴线(13)共轴布置，其中，电动机(6)产生驱动转矩，这个驱动转矩被减速器区段(7)减速并通过分配差速器(8)分配给两个输出轴(9a、9b)，并且，该电动车桥具有补偿机构(10)，其中，分配差速器(8)设计为差速行星齿轮传动装置，并且，补偿机构(10)经由与主传动轴线(13)共轴布置的轴装置(30)作用连接至分配差速器(10)，其中，补偿机构(10)允许改变输出轴(9a、9b)的速度差和/或转矩差。

Description

用于机动车的电动车桥
技术领域
本发明涉及一种机动车用电动车桥，所述电动车桥具有电动机、分配差速器、减速器区段和两个输出轴，其中，所述电动机、分配差速器和两个输出轴布置成与主传动轴线共轴，其中，所述电动机产生驱动转矩，所述驱动转矩经由减速器区段减速并且经由分配差速器分配到两个输出轴。
背景技术
功率强大的电动机被使用以代替需要化石燃料的内燃发动机用于驱动机动车。为了改善电力驱动的全天候适用性并且能够提供给用户熟悉的行驶舒适性，人们已经付出了巨大的努力。
对电力驱动的详细阐述，参见Erik Schneider、Frank Fickl、BerndCebulski和Jens Liebold发表的报刊论文ATZ 113.Jahrgang,05/2011第360-365页，其名称为“Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheitfür E-Fahrzeuge”，这篇论文也许是最接近的现有技术。在这篇论文中描述了一种机动车车桥的驱动单元，该驱动单元包括电动机，所述电动机布置成与锥齿轮差速器同中心并且共轴，其中，在电动机和锥齿轮差速器之间的动力系中布置可换档的2档行星齿轮系，所述可换档的2档行星齿轮系也安装成与所述电动机或者锥齿轮差速器共轴。所述驱动单元构造得非常紧凑，并且基于所述可换档的2档行星齿轮系而获得爬坡能力、加速和能量消耗之间良好的折衷。
发明内容
本发明的目的是提供一种机动车用电动车桥，它具更佳的运行特性。
这个目的通过一种具有权利要求1的特征的电动车桥实现。本发明的优选或者有利的实施方式从从属权利要求、下述说明以及附图得到。
在本发明的构思下提供一种机动车用电动车桥。所述机动车尤其是轿车，然而在变型的实施方式中，所述机动车也可以是三轮车(Trike)、载重机动车或者具有最少一个驱动车桥的其它机动车。所述电动车桥优选设计为能紧凑地安装到机动车中的安装模块。
所述电动车桥包括电动机，所述电动机被构造成产生机动车用的驱动转矩。所述驱动转矩尤其优选是主驱动转矩，以至于所述机动车仅通过该驱动转矩进行驱动。特别地，所述电动机的大小选定为能够使机动车速度达到大于50km/h，优选大于80km/h和尤其大于100km/h。特别优选地，所述电动机的功率大于30kW，优选大于50kW和尤其大于70kW。
所述电动车桥还包括减速器区段，所述减速器区段与所述电动机作用连接，使得所述驱动转矩能变换成减速后的驱动转矩。特别地，在减速器区段的至少一个档位状态或者运行状态下，所述减速器区段输入端处的角速度和/或每分钟转数(转速)大于所述减速器区段输出端的相应量。这个前置级的优点是通常高转速的电动机的转速已经降低，以能够使所述转速适应所述机动车的被驱动车轮希望的转速。
所述电动车桥包括分配差速器，所述分配差速器被构造成使所述减速后的驱动转矩分配到两个输出轴上。所述输出轴配属于机动车车桥的车轮。
特别优选的是，所述电动机的输出端或者转子轴与所述减速器区段的输入端抗扭转地连接，和/或所述减速器区段的输出端与所述分配差速器的输入端抗扭转地连接，和/或所述分配差速器的输出端与所述两个输出轴抗扭转地连接。因为所述电动车桥的功能模块的直接作用连接，能够省去不必需的中间部件并且提高所述电动车桥的紧凑性。如果考察电动车桥的转矩流，驱动转矩由电动机产生，被减速器区段减速并且通过所述分配差速器分配到所述两个输出轴。
所述电动机、尤其是电动机的转子轴，所述分配差速器和所述两个输出轴布置成相互共轴并且与主传动轴线共轴。
在本发明的构思下提出，所述电动车桥具有一补偿机构，所述补偿机构允许改变所述输出轴的转速差和/或转矩差。为了本发明的变换比规定，所述分配差速器被构造为差速行星齿轮传动装置，并且,所述补偿机构通过与所述主传动轴线布置成共轴的轴装置而与所述分配差速器作用连接。通过被构造为行星齿轮机构的分配差速器与被导向成与主传动轴线共轴的轴装置相结合，可实现在不必放弃所述电动车桥的紧凑性的情形下，使所述补偿机构耦合到所述分配差速器。
本发明的优点是，与现有技术相比，提供了扩展的功能，即能改变所述输出轴的转速差和/或转矩差，同时不必须放弃所述布置的紧凑性。此外，在所述电动车桥处实现人们熟知的具有内燃发动机的驱动系的原本决定性的功能。
所述补偿机构可为被动的补偿机构，其中，在转弯行驶时补偿所述输出轴的转速差。优选地，所述补偿机构被构造为主动补偿机构，以能够可变地调整所述输出轴之间的转矩。特别地，所述主动补偿机构被构造为转矩矢量装置。特别地，所述主动补偿机构被构造成，这样改变所述两个输出轴的转矩分配，以至于能够有针对性地干预机动车的行驶行为。例如，在转弯行驶时，所述转矩被分配成使所述车桥随同转向，其方式是，例如在弯道中，具有更慢角速度的弯道内侧车轮被供给更大的转矩，以至于所述转弯行驶被适宜地支撑。
在本发明的优选结构性构型中，所述差速行星齿轮传动装置包括两个行星齿轮机构，其中，每个行星齿轮机构具有一个太阳轮、一个行星架和一组行星齿轮。所述两个行星齿轮机构通过公共内齿轮相互连接或者耦合。减速后的驱动转矩通过所述公共内齿轮导入到所述差速行星齿轮传动装置并且通过所述两个行星齿轮机构的行星齿轮进行分配。行星架与输出轴抗扭转地连接，以至于通过所述行星架的转动将减速后的驱动转矩分配到所述输出轴。
所述太阳轮通过所述轴装置而与所述补偿机构作用连接。在被动补偿机构情形中，所述太阳轮能够通过所述补偿机构这样相互耦合，使得所述太阳轮中的一个沿着一个方向转动导致另一太阳轮沿着相反的方向转动。补充地可选，所述补偿机构能够实现阻塞作用，使得两太阳轮的强制耦合的反向旋转被制动。在主动补偿机构情形中，所述太阳轮能够经由轴装置、通过主动补偿机构而相互反向地旋转，特别地使减速后的驱动转矩按照要求分配到所述两个输出轴上，可选地可以不均匀地或可变地分配。
这个优选的结构构型获得的优点是，与所述主传动轴线共轴的轴装置与所述太阳轮作用连接，其中，所述太阳轮是所述差速行星齿轮传动装置的部件，所述太阳轮是所述差速行星齿轮传动装置的沿径向距离所述主传动轴线最近的部件。在所述太阳轮和轴装置之间的小径向间距使得容易紧凑地实施所述电动车桥。
在本发明的一个优选构型中，所述轴装置具有两个彼此共轴地且同中心地布置的补偿轴区段，其中，所述补偿机构形成为使这两个补偿轴区段相对于彼此转动，以施加辅助转矩。在本发明的前述优选构型中，所述补偿轴区段中各一个分别配属于所述太阳轮中的一个，从而通过所述补偿轴区段相互的相对转动而使所述太阳轮以相同的方式相互转动，以实现改变所述补偿轴的转速差和/或转矩差。
在本发明的一个优选改进方案中，所述轴装置具有两个补偿锥齿轮，所述两个补偿锥齿轮布置成与所述主传动轴线共轴，其中，所述太阳轮中的每个各分配所述补偿锥齿轮中的一个，并且与所述补偿锥齿轮尤其通过补偿轴区段抗扭转地耦合。所述主动补偿机构具有驱动锥齿轮及用于驱动所述驱动锥齿轮的辅助马达，其中，所述驱动锥齿轮与所述补偿锥齿轮啮合。在这个优选改进方案中，所述驱动锥齿轮的旋转轴线垂直于所述主传动轴线定向，从而通过所述驱动锥齿轮的旋转，使所述补偿锥齿轮彼此相对地转动并因而使所述太阳轮彼此相对地转动，以便施加所述辅助转矩。这个具体构型的优点是所述主动补偿机构可放置在围绕所述主传动轴线的任意角位置处，从而连同所述电动车桥通过机动车中可用的结构空间能灵活地应对边界条件。相同的结构，但没有辅助马达并且用自由运转的锥齿轮代替所述驱动锥齿轮，是被动补偿机构的一个可行的实施方式。
在本发明的一个特别优选的实施方式中，所述减速器区段被构造为能换档的减速行星齿轮传动装置，其可换档到两个或者至少两个不同的变换比。例如，第一变换比是减速，以简化机动车在山坡上时的启动。所述第二变换比可以也是减速、是1:1传动或者甚至是加速，以能够使输出轴高角速度或者高转速转动，例如机动车在高速公路上行驶时。
在本发明的可行的具体构型中，所述减速行星齿轮传动装置具有作为输入端的双太阳轮和作为输出端的行星架。作为另外的部件，所述减速行星齿轮传动装置包括一个内齿轮、一组行星齿轮、一个离合器和一个制动器。所述离合器构造成离合所述双太阳轮和内齿轮之间的抗扭转连接。在第一离合位置中，这两个部件相互抗扭转地连接，在第二离合位置中，这些部件彼此相互独立地转动。所述制动器被构造成作用到所述内齿轮上，其中，在主动制动器情形中，所述内齿轮在所述电动车桥中被固定，但在被动制动器情形中，所述内齿轮能在所述电动车桥中旋转。通过所述减速行星齿轮传动装置可实现三种不同的运行状态。在第一运行状态中，所述制动器被操纵并且所述离合器被打开，从而通过所述双太阳轮驱动所述行星齿轮并进而驱动所述行星架。在第二运行状态中，所述离合器被启用并且所述制动器打开，从而所述内齿轮与所述双太阳轮抗扭转地连接，所述成组行星齿轮刚性地转换。在第三运行状态中，所述制动器和离合器同时打开，从而输出端和输入端可彼此独立地转动，并且，所述分配差速器与所述电动机脱离耦合。
在本发明的可行改进方案中，所述电动车桥具有两个从动轴，这两个从动轴能与机动车的车轮抗扭转地连接，其中，所述从动轴与所述输出轴通过减速级进行离合。一方面，这个布置在下游的减速级可实现使电动车桥的从动轴线平行于主传动轴线错位，以便以这种方式改善例如机动车的离地间隙。另一方面，所述减速至少部分地通过减速级实现，从而所述减速器区段或者所述分配差速器不必执行这个任务，并相应地实现更紧凑。在一个优选实施方式中，所述减速级具有两个齿轮，它们相互啮合，其中，一个齿轮与一个输出轴不相对转动抗扭转地连接，一个齿轮与一个从动轴抗扭转地连接。
在本发明的一个优选构型中，所述电动机布置成相对于所述主传动轴线与所述分配差速器轴向错位，其中，所述减速器安置在所述电动机和所述分配差速器之间。以这种方式将三个组件电动机、减速器区段和分配变速器线性串接在主传动轴线上。特别地，在这个构型中，所述转子轴构造为空心轴，从而一个所述输出轴可穿过所述电动机。
同样特别优选的是，所述电动机在所述主传动轴线的轴向上布置在所述输出轴的从动机构之间的中间空间中。特别地，所述电动机安装在所述减速级之间。在这种结构形式中，所述电动车桥可特别紧凑地装配。
与之相反，尤其主动补偿机构在所述主传动轴线的轴向上布置在该预先限定的中间空间的外部，这也是优选的。在这个构型中，特别优选的是，输出轴被构造为空心轴，所述空心轴包围所述轴装置，其中，第一轴段被构造为空心轴段，并且，第二轴段被构造为通过轴。
附图说明
从本发明优选实施例的下述说明得到本发明的其他特征、优点和效果。在附图中示出：
图1作为本发明实施例的机动车用电动车桥的示意性框图。
具体实施方式
图1示出了作为本发明实施例的用于机动车2的电动车桥1的示意性框图。所述机动车例如被构造为具有车轮3的轿车。
电动车桥1具有两个从动轴4a、4b，这两个从动轴4a、4b与沿共有的轴线、即从动轴线5的车轮3抗扭转地连接。从动轴线5可选地构造为机动车2的前桥或后桥。电动车桥1包括电动机6，电动机6被构造成用于产生机动车2用的驱动转矩。例如，电动机6具有大于30kW的功率。在这个实例中，电动机6是用于机动车2的唯一驱动源，尤其是放弃内燃机的集成。
电动车桥1还包括可换档的减速器区段7，它使电动机6的驱动转矩转换到不同的变换比。分配差速器8被构造成使变换后的驱动转矩分配到两个输出轴9a、9b上。为了变换力矩、矢量，电动车桥1具有主动补偿机构10，主动补偿机构10被构造成将辅助转矩导入到分配差速器8，以改变两个输出轴9a、9b之间的转矩分配。输出轴9a、9b通过圆柱齿轮传动级11a、11b而与从动轴4a、4b作用连接。
电动车桥1的结构被构造成，使电动机6或者它的转子轴12、减速器区段7和分配差速器8连同两个输出轴9a、9b布置成与主传动轴线13共轴。在这里，电动机6、减速器区段7和分配差速器8轴向相互错位地布置在输出轴9a、9b的被构造为圆柱齿轮的输出机构14a、14b之间。特别地，减速器区段7布置在电动机6和分配差速器8之间，以至于电动机6和分配差速器8在径向上相对于主传动轴线13无重叠地布置。主传动轴线13和从动轴5相互平行地错位布置。通过轴向错位布置可提高机动车2的离地间隙。
被构造为空心轴的转子轴12与被构造为减速行星齿轮传动装置的减速器区段7的构造为双太阳轮15的输入端抗扭转地连接。双太阳轮15的第一太阳轮16被构造为分齿的圆柱齿轮，并且与一组行星齿轮17啮合，成组行星齿轮17可转动地布置在行星架18上。成组行星齿轮17又与内齿轮19啮合。第一太阳轮16、成组行星齿轮17、行星架18和内齿轮19构成行星齿轮传动机构，行星齿轮17的旋转轴布置在行星架18上，在与主传动轴线13间隔开的一圆上，成组行星齿轮17不仅与第一太阳轮啮合而且与内齿轮19啮合。
静止地布置在电动车桥1中的制动器20被构造成用于固定所述内齿轮19。双太阳轮15的第二太阳轮21被构造为离合器盘，它通过离合器22可选地与内齿轮19抗扭转地联接或者脱离联接。在脱离联接状态下，第二太阳轮21和内齿轮19独立或者相互没有直接联接地围绕主传动轴线13运动。行星架18构成减速器区段7的输出端。
在第一运行状态中，制动器20被这样操纵，使得内齿轮19被固定在电动车桥1中。与之相反，离合器23脱离联接，使得第二太阳轮21在离合器23中空转。在这个第一运行状态中，转矩通过第一太阳轮16传递到成组行星齿轮17，进而传递到构成输出端的行星架18。
在第二运行状态中，制动器20打开，离合器21闭合，使得第二太阳轮21和内齿轮19抗扭转地相互连接。在第二运行状态中，内齿轮19、成组行星齿轮17和双太阳轮15作为一体围绕主传动轴线13运转。
在第三运行状态中，制动器20和离合器22都打开，使得减速器区段7的输入端和输出端之间的转矩流中断。
行星架1与被构造为分配差速器8的输入端的公共内齿轮24抗扭转地连接。分配差速器8作为差速行星齿轮传动装置具有两个行星齿轮机构25a、25b，这两个行星齿轮机构25a、25b共同利用公共内齿轮24，以使两个行星齿轮机构25a、25b通过公共内齿轮24耦合。每个行星齿轮机构25a、25b包括：一组行星齿轮26a、26b，这些行星齿轮26a、26b分别在配属的行星架27a、27b上在一围绕主传动轴线13的圆上可转动地支承；以及各一个太阳轮28a、28b。行星组27a、27b在各自行星齿轮机构25a、25b中与配属的太阳轮28a、28b和公共内齿轮24啮合。行星架27a、27b构成分配差速器8的输出端，并且分别与输出轴9a、9b抗扭转地连接。
对于固定的太阳轮28a、28b，减速后的驱动转矩经由公共内齿轮24导入到分配差速器8中，公共内齿轮24可围绕主传动轴线13转动。经由内齿轮24与行星齿轮组26a、26b的啮合，行星齿轮组26a、26b沿圆周方向随动并且在太阳轮28a、28b上运转，以使行星架27a、27b同样沿圆周方向运动，并且，减速后的驱动转矩均匀分配到输出轴9a、9b上。
然而，太阳轮28a、28b不是刚性地布置在电动车桥1中，而是各自坐落在补偿轴区段29a、29b上，补偿轴区段29a、29b布置成彼此同心且共轴并且与主传动轴线13同心且共轴。补偿轴区段29a、29b是轴装置30的一部分，轴装置30穿过输出机构14b延伸并且具有锥齿轮31a、31b，锥齿轮31a、31b抗扭转地安置在补偿轴区段29a、29b的自由端处。因而，锥齿轮31a、31b与配属的太阳轮28a、28b抗扭转地耦合。主动补偿机构10包括补偿锥齿轮32，补偿锥齿轮32可通过辅助马达33驱动。补偿锥齿轮32同时与两个补偿锥齿轮31a、31b啮合，从而通过操纵辅助马达33和进而驱动锥齿轮32的旋转，补偿锥齿轮31a、31b可彼此相对地转动。作为结果，太阳轮29a、29b也彼此相对地转动，并且，减速后的驱动转矩到输出轴9a、9b上的分配被改变。
从结构角度考虑要指出，转子轴12被构造为空心轴，输出轴9a同心且共轴地穿过转子轴12。输出轴9b同样被构造为空心轴，补偿轴区段29a作为另一空心轴同心且共轴地布置在输出轴9b中，补偿轴29b同心且共轴地在补偿轴29a中延伸。
输出机构14a、14b构造为圆柱齿轮，其与抗扭转地装在从动轴4a、4b上的另外的圆柱齿轮34a、34b啮合，从而形成圆柱齿轮传动级11a、11b并尤其形成一另外的变换比。
附图标记列表
1  电动车桥
2  机动车
3  车轮
4  从动轴
5  从动轴线
6  电动机
7  能换档的减速器区段
8  分配差速器
9  输出轴
10 主动补偿机构
11 圆柱齿轮传动级
12 转子轴
13 主传动轴线
14 输出机构
15 双太阳轮
16 第一太阳轮
17 行星齿轮组
18 行星架
19 内齿轮
20 制动器
21 第二太阳轮
22 空白
23 离合器
24 内齿轮
25 行星齿轮机构
26 行星齿轮组
27 行星架
28 太阳轮
29 补偿轴区段
30 轴装置
31 锥齿轮
32 补偿锥齿轮
33 辅助马达
34 圆柱齿轮

Claims (10)

1.用于机动车(2)的电动车桥(1)，
具有电动机(6)、减速器区段(7)、分配差速器(8)和两个输出轴(9a、9b)，
其中，所述电动机(6)、所述分配差速器(8)和所述两个输出轴(9a、9b)布置成与主传动轴线(13)共轴，
其中，所述电动机(6)产生驱动转矩，所述驱动转矩被所述减速器区段(7)减速并且通过所述分配差速器(8)分配给所述两个输出轴(9a、9b)，
其特征在于，
一个补偿机构(10)，其中，所述分配差速器(8)被构造为差速行星齿轮传动装置，并且，所述补偿机构(10)通过与主传动轴线(13)共轴布置的轴装置(30)而与分配差速器(10)作用连接，其中，所述补偿机构(10)允许改变所述输出轴(9a、9b)的转速差和/或转矩差。
2.根据权利要求1所述的电动车桥(1)，其特征在于，所述差速行星齿轮传动装置(8)具有两个太阳轮(28a、28b)、两个行星架(27a、27b)、两个行星齿轮组(26a、26b)和一个公共内齿轮(24)，其中，减速的驱动转矩通过所述公共内齿轮(24)导入，所述行星架(27a、27b)作为输出端而与所述输出轴(9a、9b)抗扭转地连接，并且，所述太阳轮(28a、28b)经由所述轴装置(30)而与所述补偿机构(10)作用连接。
3.根据权利要求1或2所述的电动车桥(1)，其特征在于，所述轴装置(30)包括两个彼此共轴且同心地布置的补偿轴区段(29a、29b)，其中，所述补偿机构(10)被构造成使所述两个补偿轴区段(29a、29b)彼此转动，以实现改变所述输出轴(9a、9b)的转速差和/或转矩差。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电动车桥(1)，其特征在于，所述轴装置(30)包括两个补偿锥齿轮(31a、31b)，这两个补偿锥齿轮(31a、31b)与主传动轴线(13)共轴地布置，其中，为所述太阳轮(28a、28b)中的每个配属了所述补偿锥齿轮(31a、31b)中的一个并且与该补偿锥齿轮(31a、31b)抗扭转地耦合，所述补偿机构被构造为主动补偿机构(10)并且具有驱动锥齿轮(32)以及用于驱动所述驱动锥齿轮(32)的辅助马达(33)，其中，所述驱动锥齿轮(32)的旋转轴线垂直于所述主传动轴线(13)布置，从而所述驱动锥齿轮(32)的转动使所述补偿锥齿轮(31a、31b)彼此相对转动，进而使所述太阳轮(28a、28b)彼此相对转动。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电动车桥(1)，其特征在于，所述减速器区段(7)被构造为能换档的减速行星齿轮传动装置(7)，能转换到两个不同的变换比。
6.根据权利要求5所述的电动车桥(1)，其特征在于，所述减速行星齿轮传动装置(7)具有作为输入端的双太阳轮(15)和作为输出端的行星架(18)以及具有内齿轮(19)、一组行星齿轮(17)、离合器(22)和制动器(20)，其中，所述离合器(22)离合所述双太阳轮(15)和所述内齿轮(19)之间的抗扭转连接，并且，所述制动器(20)作用在所述内齿轮(19)上，其中，在第一运行状态中，所述制动器(20)被操纵并且所述离合器(22)被松开；在第二运行状态中，所述制动器(20)并松开并且所述离合器(22)被启用。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电动车桥(1)，其特征在于，具有两个从动轴(4a、4b)，其中，所述从动轴(4a、4b)能与机动车(2)的车轮(3)抗扭转地连接，并且，所述从动轴(4a、4b)经由减速级(11a、11b)与所述输出轴(9a、9b)耦合。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电动车桥(1)，其特征在于，所述电动机(6)在主传动轴线(13)的轴向上相对于所述分配差速器(8)错位地布置，其中，所述减速器区段(7)安置在所述电动机(6)和所述分配差速器(8)之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电动车桥(1)，其特征在于，所述电动机(6)在所述主传动轴线(13)的轴向上布置在所述输出轴(9a、9b)的自由端(14a、14b)之间的中间空间中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电动车桥(1)，其特征在于，所述补偿机构(10)在所述主传动轴线(13)的轴向上布置在所述输出轴(9a、9b)的自由端(14a、14b)之间的中间空间之外。
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