CN112292279A - 用于电力可驱动机动车辆的动力传动系的驱动单元、以及驱动总成 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电力可驱动机动车辆的动力传动系的驱动单元，以及涉及一种驱动总成。一种用于电力可驱动机动车辆，特别是混合动力机动车辆的动力传动系的驱动单元(100),该驱动单元(100)具有第一电机(110)以及第二电机(120)和输出轴(140)，其中第二电机(120)的转子(121)连接到输出轴(140)以共同旋转，并且其中驱动单元(100)还具有分离离合器(150)，通过该分离离合器(150)，第一电机(110)用于转矩传递的转子(111)能够连接到或连接到输出轴(140)，其特征在于，其中一个电机(110、120)的转子(111、121)借助于至少一个旋转轴承(5)至少间接地被径向支撑在另一个电机(120、110)的转子(121、111)上。利用在此提出的驱动单元，提供了一种同时满足较小安装空间需求和较低制造成本以及较小安装工作量的装置。

Description

用于电力可驱动机动车辆的动力传动系的驱动单元、以及驱 动总成
技术领域
本发明涉及一种用于电力可驱动机动车辆，特别是混合动力机动车辆的动力传动系的驱动单元，以及涉及一种驱动总成。
背景技术
从现有技术已知用于混合动力车辆的驱动装置，该驱动装置尤其包括内燃机、第一电机和第二电机。
DE 10 2015 222 690 A1、DE 10 2015 222 691 A1和WO 2017 084 887 A1描述了用于控制这种驱动装置的方法，其中该驱动装置可以以几种操作模式操作。
在DE 10 2015 222 690 A1中，主要说明了串联混合动力操作，其中借助于第二电机产生牵引驱动转矩，并且内燃机驱动第一电机产生电能。其描述了内燃机基于组合效率在操作点上的操作方式，该组合效率取决于内燃机的效率以及第一电机的效率。
文献DE 10 2015 222 691 A1和WO 2017 084 887 A1描述了性能导向模式和消耗导向模式，其中每种模式都取决于一定的条件。该条件指示目标驱动值增加到介于代表并联式混合动力模式(在该模式下仅内燃机引起牵引驱动转矩)中的最大驱动值的内燃机阈值与代表并联式升压混合动力操作中的最大驱动值的并联式混合动力模式阈值之间的中间值。
DE 10 2015 222 692 A1、WO 2017 084 888 A1、DE 10 2015 222 694 A1和WO2017 084 889 A1描述了一种用于操作混合动力车辆的驱动装置的方法，其中该驱动装置用于驱动驱动轮，包括内燃机、联接到内燃机的第一电机、第二电机、蓄电池以及在内燃机和驱动轮之间的主离合器。
DE 10 2015 222 692 A1和WO 2017 084 888 A1描述了驱动装置以三种操作模式之一操作。即，纯电动操作、串联混合动力操作或并联混合动力操作，其中在从第一操作模式到第二操作模式的变化期间提供的牵引驱动转矩对应于在该变化之前和之后提供的牵引驱动转矩之间的可适当选择的曲线。
DE 10 2015 222 694 A1和WO 2017 084 889 A1公开了在内燃机和驱动轮之间还封装有变速器。其中，该方法包括：
当变速器的第一齿轮被接合时，在并联混合动力模式下以第一齿轮的第一速度操作内燃机；
切换到串联混合动力操作；
断开主离合器；
在并联混合动力模式下，在主离合器分离的情况下将内燃机的速度设定为变速器的第二齿轮的第二速度；
接合变速器的第二齿轮；
闭合主离合器；以及
在接合第二齿轮时切换到并联混合动力模式。
根据DE 10 2017 128 289.0(尚未公开)，已知一种用于混合动力机动车辆的动力传动系的驱动单元，该驱动单元具有内燃机、第一电机、第二电机、第一变速级以及第一电机和/或第二电机的驱动轴。此外，该驱动单元包括变速器子单元，经由该变速器子单元，相应电机的驱动轴能够联接到或联接到车轮驱动轴。第二变速级联接到副轴单元，其中该副轴单元具有整体式离合器并且进一步连接到车轮驱动轴，使得内燃机可以根据该离合器的位置经由第二变速级联接到车轮驱动轴。
DE 10 2017 127 695.5(也未公开)公开了一种用于混合动力车辆的动力传动系，该动力传动系具有变速器输入轴，该变速器输入轴经由第一部分动力传动系与第一电机和内燃机呈操作关系以传递转矩，并且经由第二部分动力传动系与第二电机呈操作关系以传递转矩。第二电机永久性地连接到变速器输入轴以传递转矩，并且第一电机和内燃机可以可联接的方式连接到变速器输入轴以传递转矩。第一电机和/或第二电机可以被设计成被冷却。特别优选的是，将冷却系统设计成使用来自车辆冷却回路的水冷却或来自变速器的变速器油冷却。此外，所使用的分离离合器也可以被设计成油冷式多片离合器。
此外，相应的命名文档描述了可以执行相应方法的混合动力车辆，其中对于所有提到的文档，混合动力车辆的结构基本上相同。
在现有技术中反复描述的混合动力车辆包括内燃机、第一电机和第二电机、至少一个驱动轮、主离合器以及第一离合器和第二离合器。主离合器被封装在内燃机和驱动轮之间，第一离合器被封装在第一电机和内燃机的输出轴之间，并且第二离合器设在第二电机和驱动轮之间。
同样已知的是，电机同轴布置在壳体中。电机或其转子可旋转地安装在两侧，其中各电机具有至少一个安装件，此类安装件优选地在壳体的壁中实现。
图1示出了从现有技术中已知的两个电机的总成。图1示出了驱动单元的示意图。
图1示出了第一电机110和第二电机120以及分离离合器150，第一电机110和第二电机120的转子111、121基本上彼此同轴布置，分离离合器150在轴向方向上布置在两个电机110、120之间。
第一电机110包括第一定子112和安装在第一电机110的转子支架10上的第一转子111，其中转子支架10在此是第一轴130。在第一电机110的两侧上沿轴向方向设有呈壳体壁41、40a形式的壳体元件，即，在第一电机110背离分离离合器150的一侧上的外壳体壁41和在第一电机110面向分离离合器150的一侧上的内壳体壁40a。第一轴130由第一电机110的第一旋转轴承1支撑在外壳体壁41上，并且由第一电机110的第二旋转轴承2支撑在内壳体壁40a上，其中这些旋转轴承1、2被布置在第一轴130的径向外侧30上。
第二电机120包括第二定子122和安装在第二电机120的转子支架11上的第二转子121，其中转子支架11在此是输出轴140。其中布置有第二电机120的空间在轴向方向上在两侧由壳体壁40b、42限制，即，由第二电机120背离分离离合器150的一侧上的外壳体壁42和由第二电机120面向分离离合器150的一侧上的内壳体壁40b限制。输出轴140经由第二电机120的第一旋转轴承3支撑在内壳体壁40b上，并且经由第二电机120的第二旋转轴承4支撑在外壳体壁42上，其中这些旋转轴承3、4被布置在输出轴140的径向外侧32上。
输出轴140被设计为空心轴，其中第一轴130至少被布置在输出轴140的径向内部部段中。此外，用于支撑输出轴140的旋转轴承5被布置在输出轴140的径向内侧31与第一轴130的径向外侧30之间，因此径向地位于输出轴140与第一轴130之间。
分离离合器150被布置在第一轴130与输出轴140之间的转矩传递路径中，其中分离离合器150的输入元件20连接到第一轴130以共同旋转，并且分离离合器150的输出元件21连接到输出轴140以共同旋转，这允许当分离离合器150闭合时将转矩从第一轴130传递至输出轴140，并且反之亦然。
将所谓的第一轴设计成几个部分是已知的。第一轴可以包括例如轮毂和输入轴，其中轮毂被布置在输入轴的径向外侧，而电机的转子被布置在轮毂的径向外侧。
所提出的现有技术清楚表明，驱动单元的常规设计与较大轴向安装空间需求以及壳体的高复杂性和相应高制造和组装成本相关联。
在此基础上，本发明的目的是提供一种驱动单元和一种配备有该驱动单元的驱动总成，其结合了安装空间需求小、制造成本低和安装工作量少的特点。
通过根据本发明权利要求1所述的驱动单元来实现该目的。在从属权利要求2至9中列出了该驱动单元的有利实施例。此外，提供了一种根据权利要求10所述的驱动总成。
可通过任何技术上有用的方式组合权利要求的特征，包括以下描述中给出的解释和附图的特征，包括本发明的附加实施例。
结合本发明，术语“轴向”和“径向”始终指电动驱动单元的旋转轴线。
发明内容
本发明涉及一种用于电力可驱动机动车辆，特别是混合动力机动车辆的动力传动系的驱动单元，该驱动单元包括第一电机、第二电机和输出轴，该输出轴也被称为变速器输入轴，其中第二电机的转子连接到输出轴以共同旋转。此外，该驱动单元具有分离离合器，利用该分离离合器，第一电机的转子以及因此连接到第一轴(其连接到第一电机的转子以共同旋转)的内燃机能够连接到或连接到输出轴以传递转矩。根据本发明，规定其中一个电机的转子借助于至少一个旋转轴承至少间接地被径向支撑在另一个电机的转子上。
特别地，规定两个电机串联布置。在一个优选实施例中，规定两个电机的转子或其旋转轴线同轴布置。
分离离合器是可切换的离合器，其可以从断开状态切换到闭合状态，并且反之亦然。
因此，该分离离合器的径向内侧可以连接到第一电机上的第一轴以共同旋转，并且该分离离合器的径向外侧可以连接到输出轴，该输出轴连接到第二电机的转子以共同旋转。
此外，驱动单元可具有变速器，该变速器与驱动单元的输出轴(也称为变速器输入轴)操作性地连接，使得由输出轴提供的转矩或由输出轴实现的旋转运动可经由变速器以较高或较低比例传递至机动车辆的另一个变速器单元，或者可直接传递至机动车辆的驱动轮。
该变速器可以包括差动变速器或如此设计。
根据一个有利实施例，支撑电机的转子经由其转子支架被支撑在壳体壁上，其中受支撑电机的转子被径向支撑在相应的另一个转子支架上。
根据又一实施例，支撑电机的转子是第二电机的转子，使得第二电机经由其转子支架在两个轴向相对端被支撑在壳体壁上。第一电机的转子经由其转子支架至少间接地被径向支撑在第二电机的转子支架上。
可以规定，在两个电机之间布置内壳体壁，其中分离离合器在轴向方向上被布置在第一电机与内壳体壁之间。
因此，仅仅一个分离离合器和内壳体壁在轴向方向上位于两个电机之间，其中仅仅第二电机的转子的一个旋转轴承被布置在内壳体壁上。
此外，在一个有利实施例中，第一电机的转子支架是第一轴，该第一电机的转子连接到该第一轴以共同旋转。
此外，根据本发明的主题优选地以如下方式实现：输出轴是空心轴，其中第一轴被布置在该输出轴的径向内部部段中。
因此，规定被分配给第二电机的输出轴由两个旋转轴承支撑在驱动单元的壳体中，其中被分配给该输出轴的两个旋转轴承被布置在该输出轴的轴向相对端区域中。
被分配给第一电机的第一轴也通过第一旋转轴承被支撑在驱动单元的壳体上，并且该第一轴在轴向相对端区域被径向支撑在输出轴上。
特别地，规定该支撑是借助于旋转轴承在壳体上在第一电机轴向背离第二电机的一侧上执行，而借助于旋转轴承在输出轴上的支撑是在第二电机轴向背离第一电机的一侧上执行。
此外，根据本发明的一个实施例规定第一轴是空心轴。在此可以规定，被构造为空心轴的第一轴的径向内部被设计用于引导冷却剂。
根据又一实施例，第一轴通过旋转轴承被径向支撑在输出轴的径向内侧上，该旋转轴承被特别设计为滚针轴承。因此，与常规实施例相比，可以节省径向安装空间。
在根据本发明的驱动单元的一个实施例中，第一轴被设计成一体。
这意味着，与其中第一轴由输入轴和布置在其上的轮毂形成的常规实施例相比，在根据本发明的本实施例中，第一轴是可以具有多个机械元件的部件，例如轴承、齿轮或转矩传递装置等。因此，与现有技术相比，可以减少部件的数量。
为了将分离离合器防旋转地连接到第一轴，优选地规定，第一轴形成台肩部，该台肩部形成分离离合器的径向内侧或分离离合器的输入元件，或者与其连接以共同旋转。因此，分离离合器的输入元件连接到第一电机的转子以共同旋转。
根据又一实施例，第一轴具有至少一个轴向部段和至少一个流动通道，该至少一个轴向部段由第一电机的转子径向覆盖，该至少一个流动通道用于将冷却剂从第一轴的径向内部排放到第一电机。
在又一有利实施例中，规定空心第一轴的外径Da相对于其内径Di具有以下比例：Da/Di＝3...5。
这意味着空心第一轴的内径Di相对于其外径Da的尺寸较大，使得可以简单、可靠、节能的方式通过第一轴的内部输送冷却剂。此外，在第一轴的组装期间可以使用第一轴的内部的相对较大直径或较大宽度，以便在其中接收安装心轴，从而在其帮助下移动或定位第一轴，使得总体上显著减少组装工作量并且可以简化组装。
此外，根据本发明，提供了一种驱动总成，该驱动总成具有根据本发明的驱动单元和内燃机，其中该内燃机联接到或能够联接到第一电机的转子以共同旋转。
此类驱动总成有利地被配置为使得，在内燃机与第一轴(其连接到第一电机的转子以共同旋转)之间布置第一变速级，以便转换由内燃机在第一轴上实现的旋转运动的速度。
内燃机的输出元件可以是阻尼器单元或用于断开和闭合内燃机与驱动单元之间的转矩传递路径的离合器，或者阻尼器单元和离合器的组合。
此外，输出元件可以具有内部齿合齿轮作为部件，该内部齿合齿轮与第一轴的外齿啮合，并且因此实现第一变速级。
在又一实施例中，该驱动总成还包括至少一个车轮驱动轴，该至少一个车轮驱动轴经由变速器连接到驱动单元的输出轴，使得可将由输出轴实现的旋转运动通过变速器传递至该车轮驱动轴。
附图说明
下文基于相关技术背景和参考示出优选实施例的相关联附图，对如上所述的发明进行详细说明。本发明绝不受纯粹示意性附图的限制，但是应该指出的是，附图中示出的实施例不限于示出的尺寸。在附图中：
图1示出了根据现有技术的驱动单元的示意图，以及
图2示出了根据本发明的驱动单元的局部区域的剖视图。
具体实施方式
已经详细讨论了图1以解释现有技术。
图2示出了根据本发明的用于电力可驱动机动车辆，特别是混合动力机动车辆的动力传动系的驱动单元100，该驱动单元100具有第一电机110和第二电机120，这两者均被布置在共同的旋转轴线101上。第一电机110的转子111与旋转轴线101同轴布置，并且还与第二电机120的转子121同轴布置。其中布置有两个电机110、120的空间分别在轴向方向上在两侧由壳体壁40、41、42界定。每个电机110、120均分配有轴向布置在两侧的轴承1、3、4、5。
第一电机110的定子112以及还有第二电机120的定子122被容纳在驱动单元100的壳体102中。
第一电机110的转子111连接到第一轴130以共同旋转。
第二电机120的转子121连接到输出轴140以共同旋转，该输出轴也可被称为变速器输入轴。
第一电机110借助于第一电机110的第一旋转轴承1安装在外壳体壁41上。第二电机120通过第二电机120的第一旋转轴承3被支撑在壳体102的内壳体壁40上，并且通过第二电机120的第二旋转轴承4被支撑在外壳体壁42上。
此外，第一轴130通过旋转轴承5被径向支撑在输出轴140的径向内侧31上。与其他旋转轴承1、3、4相比，旋转轴承5在此被设计为滚针轴承，并且因此需要比其他旋转轴承1、3、4更小的径向安装空间。
驱动单元100进一步包括分离离合器150，利用该分离离合器150，第一电机110以及因此连接到第一轴130(其防旋转地连接至第一电机110的转子111)的内燃机能够连接到或连接到输出轴140以传递转矩。在此，分离离合器150在轴向方向上被布置在第一电机110与内壳体壁40之间。为了固定分离离合器150相对于输出轴140的轴向位置，在此使用轴向固定元件6，该轴向固定元件6在实施例中是在图中示出的固定螺母，但是也可以是固定环。
在图中示出的驱动单元100的部段中，第一轴130被设计成一体，其中第一轴130牢固地连接到第一电机110的转子111。
第一轴130形成分离离合器150的径向内侧151或分离离合器150的输入元件20，或者牢固地连接到分离离合器150的该输入侧。
分离离合器150的径向外侧152(其实现分离离合器150的输出侧或分离离合器150的输出元件21)连接到输出轴140以共同旋转。
分离离合器150是可切换的离合器，其可以从断开状态切换到闭合状态，并且反之亦然。为此，该分离离合器150分配有致动系统153。
这样，当该分离离合器150闭合时，转矩可以从第一轴130传递至输出轴140，或者反之亦然。
因此，在此所示的实施例中，规定两个电机110、120串联布置，其中两个电机110、120的转子111、121或其旋转轴线同轴布置。
第一轴130径向地布置在被配置为空心轴的输出轴140的内部，由此可以减小驱动单元100所需的总体积。
此外，该第一轴130也被设计为空心轴，使得其形成径向内部51。
该第一轴130的轴向部段50(其被第一电机110的转子111径向覆盖)包括流动通道52，该流动通道52被设计用于将例如来自第一轴130的径向内部51的冷却液引导至第一电机110。为此，流动通道52在该轴向部段50中基本上在垂直于旋转轴线101的径向方向上延伸。在这种情况下，径向内部空间51具有适当的径向范围，以用于传导足量冷却剂来冷却第一电机110。也可以提供用于向分离离合器和/或第二电机供液的附加孔。在图中示出的驱动单元100的部段可以进一步优选地包括变速器(图中未示出)，该变速器与驱动单元100的输出轴140(也称为变速器输入轴)操作性地连接，使得由输出轴140提供的转矩或由输出轴140实现的旋转运动可经由变速器以较高或较低比例传递至机动车辆的另一个变速器单元，或者可直接传递至机动车辆的驱动轮。
在图中示出的根据本发明的驱动单元100的部段可以是驱动总成(图中未示出)的一部分。
此类驱动总成优选地被设计成使得在内燃机与第一轴130(其连接到第一电机110的转子111以共同旋转)之间形成第一变速级160，以转换通过内燃机在第一轴130上形成的旋转运动的速度。
第一变速级160在第一轴130的外齿131上实现。
这样，由内燃机产生的旋转运动可以经由第一变速级160在第一轴130上被引导，使得位于其上的第一电机110的转子111可以被设定为处于旋转运动中以便用作发电机。
当分离离合器150闭合时，所施加的旋转运动(可能由电动机驱动件通过第一电机110放大)可以从第一轴130传递至输出轴140。由于第二电机120的转子121共同旋转地连接到输出轴140，因此由第二电机120提供的转矩也可以被施加到输出轴140。
替代地，当分离离合器150断开时，仅第二电机120可以单独操作以便使输出轴140旋转。
输出轴140的旋转运动经由输出轴140的外齿141被引导至变速器，其中实现了第二变速级161。
如果根据本发明所呈现的驱动单元100集成到一种驱动总成中，则可以实现各种各样的驱动状态，例如，单独操作内燃机来驱动机动车辆，或者在还添加了第二电机120和/或第一电机110的情况下操作内燃机来驱动机动车辆；在内燃机和/或第二电机120操作期间对第一电机110的同时发电机操作；以及对第二电机120的单独操作，或者还有对第一电机110和/或第二电机120的再生操作。
利用在此提出的驱动单元，提供了一种同时满足较小安装空间需求和较低制造成本以及较小安装工作量的装置。
附图标记说明
1第一电机的第一旋转轴承 2第一电机的第二旋转轴承 3第二电机的第一旋转轴承 4第二电机的第二旋转轴承 5输出轴的旋转轴承 6轴向固定元件 10第一电机的转子支架 11第二电机的转子支架 20分离离合器的输入元件 21分离离合器的输出元件 30第一轴的径向外侧31输出轴的径向内侧 32输出轴的径向外侧 40内壳体壁 40a第一电机上的内壳体壁 40b第二电机上的内壳体壁 41第一电机上的外壳体壁 42第二电机上的外壳体壁 50第一轴的轴向部段 51第一轴的径向内部 52流动通道 100驱动单元 101旋转轴线102驱动单元的壳体 110第一电机 111第一电机的转子 112第一电机的定子 120第二电机121第二电机的转子 122第二电机的定子 130第一轴 131第一轴的外齿 140输出轴 141输出轴的外齿 150分离离合器 151分离离合器的径向内侧 152分离离合器的径向外侧 153致动系统 160第一变速级 161第二变速级。

Claims (10)

1.一种用于电力可驱动机动车辆，特别是混合动力机动车辆的动力传动系的驱动单元(100),所述驱动单元(100)具有第一电机(110)以及第二电机(120)和输出轴(140)，其中所述第二电机(120)的转子(121)连接到所述输出轴(140)以共同旋转，并且其中所述驱动单元(100)还具有分离离合器(150)，通过所述分离离合器(150)，所述第一电机(110)用于转矩传递的转子(111)能够连接到或连接到所述输出轴(140)，其特征在于，其中一个所述电机(110、120)的所述转子(111、121)借助于至少一个旋转轴承(5)至少间接地被径向支撑在另一个所述电机(120、110)的所述转子(121、111)上。
2.根据权利要求1所述的驱动单元(100)，其特征在于，所述支撑电机(110、120)的所述转子(111、121)经由其转子支架(10、11)被支撑在壳体壁(102)上，并且所述受支撑电机(110、120)的所述转子(111、121)被径向地支撑在另一个所述转子支架(11、10)上。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的驱动单元(100)，其特征在于，所述支撑电机(120)的所述转子(121)是所述第二电机(120)的所述转子，并且所述第一电机(110)的所述转子(111)经由其转子支架(10)被径向支撑在所述第二电机(120)的所述转子支架(11)上。
4.根据权利要求3所述的驱动单元(100)，其特征在于，所述第一电机(110)的所述转子架(10)是第一轴(130)，所述第一电机(110)的所述转子(111)连接到所述第一轴(130)以共同旋转。
5.根据权利要求4所述的驱动单元(100)，其特征在于，所述输出轴(140)是空心轴，其中所述第一轴(130)至少被布置在所述输出轴(140)的径向内部部段中。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的驱动单元，其特征在于，所述第一轴(130)是空心轴。
7.根据权利要求5和6中任一项所述的驱动单元，其特征在于，所述第一轴(130)由旋转轴承(5)径向支撑在所述输出轴(140)的径向内侧(31)上。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的驱动单元，其特征在于，所述第一轴(130)被设计成一体。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的驱动单元，其特征在于，所述第一轴(130)至少在轴向部段(50)中具有至少一个流动通道(52)，所述流动通道(52)被所述第一电机(110)的所述转子(111)径向覆盖，以使冷却剂从所述第一轴(130)的所述径向内部(51)排放到所述第一电机(110)。
10.一种驱动总成，所述驱动总成具有根据权利要求1至9中任一项所述的驱动单元(100)并且具有内燃机，所述内燃机能够联接到或联接到所述第一电机(110)的所述转子(111)以共同旋转。
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