CN104565225A - 用于对高转速减速的双级的行星齿轮传动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对高转速减速的双级的行星齿轮传动机构，行星齿轮传动机构至少具有下述部件：第一传动级，具有：用于导入转矩的至少一个中央的第一传动齿轮；多个行星式设置的第二传动齿轮，第二传动齿轮借助于第一传动齿轮来驱动；和第二传动级，具有：多个行星式设置的第三传动齿轮，第三传动齿轮抗转动地与第二传动齿轮连接；第四传动齿轮，第四传动齿轮借助于第三传动齿轮来驱动，其中从至少一个第一传动齿轮到第二传动齿轮并且从第三传动齿轮到第四传动齿轮进行转速减速。借助双级的行星齿轮传动机构将具有大的转速减速的高速旋转的电动机应用在小的结构空间上。

Description

用于对高转速减速的双级的行星齿轮传动机构
技术领域
本发明涉及一种用于对高转速减速的、尤其用于直接地驱动机动车轮的双级的行星齿轮传动机构，所述机动车轮包括进行驱动的电动机以及减速传动机构。 
背景技术
从现有技术中已知电驱动的机动车，其中在机动车轮的至少一部分中设有电动机，所述电动机驱动相应的车轮。在此不利的是，可使用的电动机非常大和/或非常重。此外，所应用的传动机构是承受高负荷的并且同样具有大的空间需求。然而，也已知如下电动机，所述电动机更小并且能够输出足够的功率。然而，这种电动机具有下述特性：其工作在极其高的转速范围中，例如至超过20,000U/min(每分钟转数)。对于这种转速而言，并没有已知能够在小的结构空间上实现适当减速的传动机构。 
发明内容
基于上述内容，本发明以下述目的为基础：至少部分地克服从现有技术中已知的缺点。所述目的通过本发明来实现。有利地改进形式在下文中给出。 
本发明涉及一种用于对高转速减速的双级的行星齿轮传动机构，所述行星齿轮传动机构至少具有下述部件： 
第一传动级，具有: 
-用于导入转矩的至少一个中央的第一传动齿轮； 
-多个行星式设置的第二传动齿轮，所述第二传动齿轮能够借助于第一传动齿轮来驱动；和 
第二传动级，具有： 
-多个行星式设置的第三传动齿轮，所述第三传动齿轮与第二传动齿轮抗转动地连接；和 
-第四传动齿轮，所述第四传动齿轮能够借助于第三传动齿轮来驱动， 
其中分别从至少一个第一传动齿轮到第二传动齿轮进行转速减速并且从第三传动齿轮到第四传动齿轮进行转速减速。 
在此提出的双级的行星齿轮传动机构由第一传动级和第二传动级组成，所述传动级经由第二传动齿轮和第三传动齿轮彼此连接。转矩导入到至少一个中央的第一传动齿轮上，其中转矩在此还是小的并且转速极高，例如高于10,000U/min或者甚至高于20,000U/min。至少一个中央的第一传动齿轮与多个对称设置的第二传动齿轮处于驱动连接，其中第二传动齿轮已经比至少一个第一传动齿轮更缓慢地转动。 
第二传动齿轮中的多个或者全部第二传动齿轮固定地与相应数量的第三传动齿轮连接，使得第三传动齿轮的转速分别与第二传动齿轮的转速相同。第三传动齿轮现在驱动第四传动齿轮，其中第四传动齿轮又与第三传动齿轮相比更缓慢地转动。 
借助在此提出的双级的行星齿轮传动机构，高的转速减速比是可行的，其中同时空间需求、尤其轴向的空间需求小并且各个车轮上的负荷能实现双级的行星齿轮传动机构的长的使用寿命。借助这种双级的行星齿轮传动机构超过35的减速比是可行的、优选35至45。 
因此，能够使用具有小的结构尺寸和的大的功率的电动机，所述电动机在高的转速范围内工作，然而具有小的转矩。此外，在此提出的传动机构极其小并且同时能够将高的转速减速到适当更低的转速并且将低的转矩转变成适当更高的转矩。因此，整体上在机动车的车轮中应用是可行的，其中重量和结构尺寸是小的。 
此外，中央的第一传动齿轮设作为太阳轮并且第二传动齿轮和第三传动齿轮如行星轮设置。太阳轮设置在中央并且行星轮围绕太阳轮。在此，第二和第三传动齿轮是三个、四个或更多行星轮，所述行星轮(均匀地)围绕太阳轮分配并且进而尽可能以在环周上覆盖的方式(umfangsüberdeckend)接合到太阳轮中。转矩的提高能够在其作用于 传动齿轮时借助多个行星轮进行减缓。 
此外，第二传动齿轮和第三传动齿轮悬挂在固定的轴上并且单独地围绕其相应的轴转动。在该实施方式中，这些传动齿轮没有相对于第一传动齿轮移动，而是相对于其相应的旋转轴、即相应的轴在空间上被固定。这允许简单地悬挂第二和第三传动齿轮的轴。此外，能够经由多个轴以简单的方式形成高转矩的(固定的)支座(Widerlager)。 
根据双级的行星齿轮传动机构的另一有利的实施方式，第四传动齿轮构成为齿圈。 
第四传动齿轮构成为齿圈具有多个很大的优点。首先，通过大的转速减速比能够将增大的转矩分配到大的车轮上或大的环周面上。此外，能够进行传动级的嵌套(Verschachtelung)，这就是说，第二传动齿轮的和第三传动齿轮的轴能够在驱动单元的设置方面向回指向第一传动齿轮，因为齿圈以及第三传动齿轮能够在中央空出大量空间，使得在那里能够设置驱动器、尤其高速旋转的电动机。此外，具有大直径的齿圈形成与轮的抗转动的、但是还弹性的耦联、必要时形成为可切换的离合器。 
根据双级的行星齿轮传动机构的另一有利的实施方式，第一传动级和/或第二传动级具有人字齿，其中优选地通过多个组装的斜齿的子齿轮来形成人字齿。 
通过应用人字齿防止：过大的轴向力作用于支承装置，如在单纯的斜齿中是这种情况，因为在人字齿情况下所得到的轴向力相互抵消。由此能够应用轴向柔韧的、声学上更好隔离的支承装置，即应用成本适宜的和/或低损耗的轴承类型和即尤其为具有较小的结构尺寸的轴承。 
更优选的是，人字齿通过多个单独的斜齿的子齿轮构成，所述子齿轮能够更加简单且更加成本适宜地制成。子齿轮例如能够经由定位特征、例如轴向的压印部彼此接合，其中形成小的偏差。该小的偏差能够通过啮合本身通过下述方式来校正，即进行轴向的移位。轴向的移位由于柔韧的轴向的支承装置是可行的，所述支承装置又由于通过人字齿引起的小的轴向负荷而是可行的。借助该制造能够实现 成本适宜的且安静的双级的行星齿轮传动机构。 
根据双级的行星齿轮传动机构的另一有利的实施方式，第二传动齿轮的第一级支承装置至少部分地轴向地位于第二传动齿轮的轴向的延伸之内，并且优选地第三传动齿轮的第二级支承装置从第二传动齿轮起观察轴向地位于第三传动齿轮的后方。 
通过在第二传动齿轮和第一级支承装置之间的轴向的重叠，双级的行星齿轮传动机构能够尤其短地构成。此外，这具有如下优点：在第二和第三传动齿轮的轴上的弯曲负荷尤其小并且此外第二传动齿轮的由转矩所引起的倾斜被避免或者至少显得极其小。 
在一个优选的实施方式中，第二传动齿轮构成为齿环，所述齿环单侧地经由呈板形式的、或者呈轮辐形式的联接件与轴连接或者经由与轴一件式构成的联接件连接。到轴上的联接件形成轴的外端部并且直接连接轴承。根据相应的轴的轴承的所需要的宽度，轴承的轴向延伸小于或大于相应的第二传动齿轮的轴向延伸。 
更尤其优选的是，第二级支承装置设置在相应的轴的相对置的端部上，由此强烈地降低或者甚至消除到轴承上的力。此外，能够由不同的材料制造大的行星轮，所述材料例如构建用于啮合或者构建用于联接元件的转矩传递。 
根据双级的行星齿轮传动机构的另一有利的实施方式，双级的行星齿轮传动机构具有一件式的传动机构承载构件，其中传动机构承载构件具有用于第一级支承装置的多个第一级容纳部和具有用于第二级支承装置的多个第二级容纳部，并且部分地满足壳体功能。 
通过应用一件式的传动机构承载构件，尤其节约空间的且刚性的结构是可行的，并且双级的行星齿轮传动机构的安装是尤其简单的。在此，第一级容纳部优选伸入到第二传动齿轮中，使得能够容纳第一级支承装置。 
根据双级的行星齿轮传动机构的另一有利的实施方式，双级的行星齿轮传动机构具有传动机构承载构件，其中传动机构承载构件具有多个栓，经由所述栓能够固定传动机构承载构件以对向支承转矩，其中栓优 选在第二传动齿轮之间穿过。 
通过应用多个栓能够在小的结构空间上产生用于所施加的转矩的足够的支座。更尤其优选的是，这些栓在第二传动齿轮之间穿过，这单独地通过下述方式是可行的：即将第二传动齿轮和第三传动齿轮固定。因此不需要将壳体或附加的相应的元件设计成，使得为了形成所产生的转矩的对向支承而围绕双级的行星齿轮传动机构接合。尤其优选的是，这些栓构成为螺栓，所述螺栓至少在其长度的一部分上具有用于与附装元件(Anbauelement)、例如与底盘元件螺接的螺纹。 
根据双级的行星齿轮传动机构的另一有利的实施方式，电动机能够设置在双级的行星齿轮传动机构之内、优选地在行星齿轮传动机构的传动机构承载构件之内，并且能够与至少一个第一传动齿轮连接。 
双级的行星齿轮传动机构的在此提出的布置实现尤其小的结构，其中电动机部分地伸入到双级的行星齿轮传动机构中进而获得轴向的结构空间。更尤其优选的是，电动机位于行星齿轮传动机构的因此作用为壳体的传动机构承载构件之内，使得转矩直接地且在没有另外的辅助机构的情况下能够传递到双级的行星齿轮传动机构上。此外优选的是，经由传动机构承载构件对向支承电动机的转矩，这就是说，电动机的有利外置的定子处于与传动机构承载构件抗转动的接触。该布置也同时实现通过传动机构承载构件来最佳地从电动机中散热。 
根据本发明的另一方面提出一种机动车轮，所述机动车轮至少具有下述部件： 
-轮辋以用于将转矩变换成线性运动； 
-根据上面描述的双级的行星齿轮传动机构，其具有传动机构承载构件；-电动机，以用于驱动所述轮辋， 
其中优选所述电动机设置在所述传动机构承载构件之内并且所述轮辋支承在传动机构承载构件上。 
机动车轮设置为用于推进机动车并且为此具有轮辋。轮辋构建用于将转矩传递到机动车轮的外环周上、例如借助于轮胎传递到道路上。在 轮辋的内部设置有根据上面描述的双级的行星齿轮传动机构，所述双级的行星齿轮传动机构将高的转速转换成适当的驱动转速，使得不必在轮辋和行星齿轮传动机构之间设有另外的减速装置或加速装置。此外设有电动机，所述电动机经由双级的行星齿轮传动机构驱动轮辋。在此尤其优选的是，电动机位于传动机构承载构件之内并且轮辋安置在传动机构承载构件上。在此，传动机构承载构件形成一种轮轴，所述轮轴形成对向支承(Gegenlager)以用于传递转矩到轮辋上。整体上，机动车轮的外部尺寸与已知的机动车轮相同，使得尤其在轿车和小型车辆中以已知的车辆尺寸应用是可行的。在此，能够设有高效的电动机，所述电动机能够以高的转速运行进而能够构成为是尤其小的。 
在权利要求中详细举出的各个特征能够以任意的、技术上有意义的方式彼此组合并且能够通过说明书所阐明的事实中和附图中的细节进行补充，其中示出本发明的另外实施变型形式。 
附图说明
本发明以及其技术领域在下面根据附图详细阐明。附图示出尤其优选的实施例，然而本发明不局限于所述实施例。特别需要指出的是：附图和尤其所示出的大小比例仅是示意性的。其示出： 
图1示出双级的行星齿轮传动机构， 
图2示出具有传动机构承载构件的双级的行星齿轮传动机构， 
图3示出具有电动机的双级的行星齿轮传动机构， 
图4示出斜齿的行星轮的一部分， 
图5示出斜齿的行星轮的剖面图， 
图6示出具有轴向的定位元件的两件式的人字齿的行星轮的部分图， 
图7示出具有轴向的定位元件的两件式的行星轮的剖面图， 
图8示出具有电动机和双级的行星齿轮传动机构的机动车轮， 
图9示出具有电动机和双级的行星齿轮传动机构以及镜面对称的底盘联接件的机动车轮。 
具体实施方式
图1示出双级的行星齿轮传动机构1，所述双级的行星齿轮传动机构包括第一传动齿轮4和三个第二传动齿轮5、6、7，所述第一和第二传动齿轮形成第一传动级2。第三传动齿轮8、9、10分别固定地经由第一轴12、第二轴13或第三轴14与第二传动齿轮5、6、7连接。所述轴12、13、14借助于第一个第一级轴承21、第二个第一级轴承22和第三个第一级轴承23支承在第一传动级2中并且借助于第一个第二级轴承24、第二个第二级轴承25和第三个第二级轴承26支承在第二传动级3中。在此，第一级轴承21、22、23位于第二传动齿轮5、6、7的轴向延伸之内。第二级轴承24、25、26从第二传动齿轮5、6、7起观察位于第三传动齿轮8、9、10后方。 
在该实施方式中，在第一传动级2和第二传动级3中设有第一人字齿15或者第二人字齿16。例如，在第一个第二传动齿轮5中，人字齿15通过斜齿的第一子齿轮17和斜齿的第二子齿轮18形成并，且同样地例如在第四传动齿轮11中，人字齿16通过斜齿的第三子齿轮19和斜齿的第四子齿轮20形成。 
在图2中示出如图1中的双级的行星齿轮传动机构1，其中在此还设有传动机构承载构件27。所述传动机构承载构件27对于轴承21至26中的每个具有容纳部28至31，其中在此在该视图中遮挡后部的(第二)容纳部和后部的(第二)轴承。第一个第一级容纳部28构建用于容纳第一个第一级轴承21并且第一个第二级容纳部30构建用于容纳第一个第二级轴承24。同样地，第三个第一级容纳部29构建用于容纳第三个第一级轴承23并且第三个第二级容纳部31构建用于容纳第三个第二级轴承26。此外，传动机构承载构件27具有第一栓32和第三栓33，其中第二栓在该视图中被遮挡，其中全部三个栓32、33能够构造有螺纹以将整个结构固定在例如底盘元件(未示出)上。 
在图3中示出双级的行星齿轮传动机构1，如其在图2中示出的那样，其中在此在传动机构承载构件27的壳体类型的凹陷部中设有电动 机34。从传动齿轮起观察，在电动机34后方设有用于轮辋36的车轮轴承37。车轮轴承37在此支承在传动机构承载构件27上。在该视图中，第一支承装置21、22、23与第一级容纳部28、29的组装的关联和第二支承装置24、25、26与第二级容纳部30、31的组装的关联是清晰的。例如，第一个第二传动齿轮5经由第一轴12与第一个第三传动齿轮8连接，其中第一轴12经由第一个第一级轴承21和第一个第二级轴承24来支承。第一个第一级轴承21位于第一个第一级容纳部28中并且第一个第二级轴承24位于第一个第二级容纳部30中。 
在图4中示出斜齿的齿轮的一部分、在此例如为斜齿的第一子齿轮17的一部分。在图5中示出如图4中的子齿轮17的剖面图。 
在图6和图7中示出斜齿的第一子齿轮17和斜齿的第二子齿轮18的剖面图或一部分。尤其简单地能够通过在组装时安置由两个、优选相同的子齿轮17和18组成的定位元件40来建立人字齿的齿轮、在此例如为第一个第二传动齿轮5，其中齿接合点由于轴向的定位元件40而声学上有利交替地出现。这两个优选相同的子齿轮17和18例如能够通过铆接而固定在作为共同的承载件的车轮(未示出)上。通过由多个部件组成的这种结构实现声学上有利的另外的特性，因为例如形成减振作用的安装接合部。 
在图8中示出机动车轮35，其中示出双级的行星齿轮传动机构1的与图3中类似地的布置。在此，该实施方式与图3中的实施方式的区别主要在于：用于轮辋36的车轮轴承37在传动机构承载构件27上设置在与电动机34的轴向延伸重叠的区域中。由此实现机动车轮35的尤其短的结构并且能够应用如在常规的中央驱动的机动车中一样的轴距。所示出的双级的行星齿轮传动机构1借助于栓32、33在底盘(未示出)上固定在机动车轮35的内侧(在此在左侧示出)上，并且轮辋36以已知的方式从外侧(在此在右侧示出)起例如通过轮螺钉(在此未示出)固定在车轮轴承37的外部。 
在图9中示出机动车轮35，其中实现与图8镜面对称地设置传动机构。所示出的机动车轮35同样固定在底盘(在此未示出)上，当然没有固定在双级的行星齿轮传动机构1的行星侧(在此与图8中右侧示出不同)上(栓32在此仅还承载壳体盖38)，而是借助固定件39固定在 相对置的车轮轴承侧(在此在左侧示出)上。在具有带有驱动器(电动机34)的双级的行星齿轮传动机构1的整个机动车轮35固定到底盘(在此未示出)上之前，轮辋36在该情况下从轮内侧固定。该布置具有下述优点：轮负载(车辆重量)在双级的行星齿轮传动机构1的传动机构部件旁边经过被导入到底盘中，由此双级的行星齿轮传动机构1能够未受干扰地工作。传动齿轮4至11(例如参见图1)现在位于机动车轮35的外侧(在此如在图8右侧示出)上并且通过与传动机构承载构件27连接的固定在壳体上的盖38封装。该不转动的盖38与旋转的车轮罩的区别为：车轮的独特的识别特征并且能够显著地有助于形成标记。 
借助在此提出的双级的行星齿轮传动机构，具有大的转速减速比的高速旋转的电动机可以应用于小的结构空间上。 
附图标记列表 
1   双级的行星齿轮传动机构 
2   第一传动级 
3   第二传动级 
4   第一传动齿轮 
5   第一个第二传动齿轮 
6   第二个第二传动齿轮 
7   第三个第二传动齿轮 
8   第一个第三传动齿轮 
9   第二个第三传动齿轮 
10  第三个第三传动齿轮 
11  第四传动齿轮 
12  第一轴 
13  第二轴 
14  第三轴 
15  第一人字齿 
16  第二人字齿 
17  斜齿的第一子齿轮 
18  斜齿的第二子齿轮 
19  斜齿的第三子齿轮 
20  斜齿的第四子齿轮 
21  第一个第一级轴承 
22  第二个第一级轴承 
23  第三个第一级轴承 
24  第一个第二级轴承 
25  第二个第二级轴承 
26  第三个第二级轴承 
27  传动机构承载构件 
28  第一个第一级容纳部 
29  第三个第一级容纳部 
30  第一个第二级容纳部 
31  第三个第二级容纳部 
32  第一栓 
33  第三栓 
34  电动机 
35  机动车轮 
36  轮辋 
37  车轮轴承 
38  传动机构盖 
39  固定件 
40  定位元件。 

Claims (8)

1.一种用于对高转速减速的双级的行星齿轮传动机构(1)，所述行星齿轮传动机构至少具有下述部件：
第一传动级(2)，具有：
-用于导入转矩的至少一个中央的第一传动齿轮(4)；
-多个行星式设置的第二传动齿轮(5，6，7)，所述第二传动齿轮能够借助于所述第一传动齿轮(4)来驱动；和
第二传动级(3)，具有：
-多个行星式设置的第三传动齿轮(8，9，10)，所述第三传动齿轮与所述第二传动齿轮(5，6，7)抗转动地连接；和
-第四传动齿轮(11)，所述第四传动齿轮能够借助于所述第三传动齿轮(8，9，10)来驱动，
其中分别从至少一个所述第一传动齿轮(4)到所述第二传动齿轮(5，6，7)进行转速减速并且从所述第三传动齿轮(8，9，10)到所述第四传动齿轮(11)进行转速减速。
2.根据权利要求1所述的双级的行星齿轮传动机构(1)，其中所述第四传动齿轮(11)构成为齿圈。
3.根据上述权利要求中的任一项所述的双级的行星齿轮传动机构(1)，其中所述第一传动级(2)和/或所述第二传动级(3)具有人字齿(15，16)，其中所述人字齿(15，16)优选地通过多个组装的斜齿的子齿轮(17，18，19，20)形成。
4.根据上述权利要求中的任一项所述的双级的行星齿轮传动机构(1)，其中所述第二传动齿轮(5，6，7)的第一级支承装置(21，22，23)至少部分地轴向地位于所述第二传动齿轮(5，6，7)的轴向的延伸之内，并且优选地所述第三传动齿轮(8，9，10)的第二级支承装置(24，25，26)从所述第二传动齿轮(5，6，7)观察轴向地位于所述第三传动齿轮(8，9，10)的后方。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的双级的行星齿轮传动机构(1)，其中所述双级的行星齿轮传动机构(1)具有传动机构承载构件(27)，其中所述传动机构承载构件(27)具有用于所述第一级支承装置(21，22，23)的多个第一级容纳部(28，29)和具有用于所述第二级支承装置(24，25，26)的多个第二级容纳部(30，31)。
6.根据上述权利要求中的任一项所述的双级的行星齿轮传动机构(1)，其中所述双级的行星齿轮传动机构(1)具有传动机构承载构件(27)，其中所述传动机构承载构件(27)具有多个栓(32，33)，其中所述栓(32，33)在所述第二传动齿轮(5，6，7)之间穿过。
7.根据上述权利要求中的任一项所述的双级的行星齿轮传动机构(1)，其中电动机(34)能够设置在所述双级的行星齿轮传动机构(1)之内、优选地在所述行星齿轮传动机构(1)的传动机构承载构件(27)之内，并且能够与至少一个所述第一传动齿轮(4)连接。
8.一种机动车轮(35)，至少具有下述部件：
-轮辋(35)以用于将转矩变换成线性运动；
-根据上述权利要求中的任一项所述的双级的行星齿轮传动机构(1)，其具有传动机构承载构件(27)；
-电动机(34)，以用于驱动所述轮辋(36)，
其中优选地所述电动机(34)设置在所述传动机构承载构件(27)之内并且所述轮辋(36)支承在所述传动机构承载构件(27)上。
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