CN117813458A - 用于机动车的电驱动系统 - Google Patents

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CN117813458A CN202280055495.0A CN202280055495A CN117813458A CN 117813458 A CN117813458 A CN 117813458A CN 202280055495 A CN202280055495 A CN 202280055495A CN 117813458 A CN117813458 A CN 117813458A
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T·哈尔特
J·塞比格
C·吉特
K·里德尔
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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的电驱动系统(1)，包括：具有第一转子(6)的第一电机(3)；具有差速器输入轴(14)以及第一差速器输出轴(15)和第二差速器输出轴(16)的差速器(9)，其中，这两个差速器输出轴(15,16)相对于第一转子同轴布置；以及传动级(10)，其具有传动级输入轴(26)和传动级输出轴(18)，其中，该传动级输出轴(18)抗旋转地连接至该差速器输入轴(14)。本发明的特征是设有：具有相对于第一转子(6)同轴布置的第二转子(8)的第二电机(4)、能将第一转子(6)抗旋转地连接至第一差速器输出轴(15)的第一换挡件(SE1)、能将第二转子(8)抗旋转地连接至第二差速器输出轴(16)的第二换挡件(SE2)和能将第一转子(6)抗旋转地连接至差速器输入轴(14)的第三换挡件(SE3)以及能将第二转子(8)抗旋转地连接至传动级输入轴(26)的第四换挡件(SE4)。

Description

用于机动车的电驱动系统
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所详细限定类型的用于机动车的电驱动系统，具有电机和差速器以及传动级。
背景技术
DE 10 2007 021 359 A1描述了一种同类型的电驱动装置，其具有电机和两个从动轴以及被电机驱动的第一行星齿轮减速传动组。接着设有多级行星齿轮传动机构作为具有第一差速器输出轴和第二差速器输出轴的差速器，以便能因此同时驱动两个被驱动的车轮。
发明内容
本发明的任务现在是提供如一种权利要求1的前序部分所详细限定类型的改进的用于机动车的电驱动系统，其允许机动车被驱动时的高度灵活性。
根据本发明，该任务通过具有权利要求1的特征、在此尤其是权利要求1的特征部分特征的电驱动系统来完成。电驱动系统的其它有利设计在此来自其从属权利要求。
与前言所述的现有技术中的电驱动系统相似地，根据本发明的用于机动车的电驱动系统规定，设有第一电机和具有两个差速器输出轴的差速器和一个传动级。本发明的电驱动系统于是还利用第二电机，其中，通过换挡件可以将第一电机的第一转子抗旋转地连接至第一差速器输出轴，通过第二换挡件可以将第二电机的第二转子抗旋转地连接至第二差速器输出轴。第三换挡件允许抗旋转地将第一转子连接至差速器输入轴，第四换挡件允许抗旋转地将第二转子、即第二电机的转子连接至传动级输入轴，其中，该传动级的传动级输出轴抗旋转地连接至该差速器输入轴。
本发明意义上的“抗旋转的连接”在此是指两个可旋转安装的部件的连接，其中，这两个部件相互同轴布置并且按抗旋转连接的方式如此相互连接，即，它们以相同的角速度转动。对于抗旋转地连接至固定的部件例如像变速器壳体的情况，这意味着如此设计该连接，即，该部件无法相对于该壳体旋转，即，被固定在变速器壳体上。
根据本发明的用于机动车的电驱动系统因此提供了单独轮驱动的可能性，此时两个从动轴、即第一和第二差速器输出轴抗旋转地连接至一个半轴，其又直接或根据一个有利设计通过另一变速机构连接至各相应的轮。通过根据本发明的具有四个换挡件的布置结构，在此能选择性地在利用第一电机的差速器工作方式与利用包含一个变速机构的第二电机的差速器工作方式之间切换。另外，可以实现按照所谓“扭矩矢量”模式工作，此时设计成每个被驱动的轮分别借助两个电机之一进行单独轮驱动。
因此现在可以利用一种能简单紧凑实现的结构实现许多不同的功能。例如可以通过第一电机按照正常差速器工作方式行驶，其中，为了提升电驱动系统效率而可以断开第二电机。第二电机可以通过传动级变速地被用于正常差速器工作中的较高扭矩，其中，在此情况下第一电机可被摘脱以提升效率。在起步模式中，可以用两个电机驱动以获得高扭矩，其中，第一电机被直接利用，第二电机通过传动级变速地被利用。对于单纯的扭矩矢量工作方式，还提供单独轮驱动。
在此总体做到了，可在这些模式之间、即在利用第一电机的高效模式与利用第二电机的高效模式与起步模式或扭矩模式之间无动力中断地切换。
在此，根据本发明的电驱动系统的一个极其有利的改进方案而如下规定，即，该传动级相对于差速器至少部分轴向重叠布置。
在此，“至少部分轴向重叠布置两个部件”在本发明意义上是指，一个部件的和另一个部件的至少一部分布置在一垂直于轴向取向的共同平面内，或者说与该平面相交。轴向重叠的部分在此必然相对于限定该轴向的相应轴线以不同的径向间隔和/或角位置来布置。轴向或轴向方向在此由尤其最好相对于两个电机的转子轴线按同轴方式或者至少按轴平行的方式布置的两个差速器输出轴来限定。特别有利的是第一转子和第二转子相互同轴布置。
“传动级相对于差速器轴向重叠布置”例如可以在锥齿轮差速器情况下是指，传动级的至少一部分相对于差速器的差速器笼轴向重叠。这总体上提供轴向很紧凑的结构。
本发明电驱动系统的另一个很有利的设计在此还规定，第四换挡件相对于差速器至少部分轴向重叠布置。因此，该换挡件在轴向上也需要较小的或不需要单独的结构空间。
本发明电驱动系统的其它有利设计还可以规定，第二换挡件、第三换挡件和/或第一换挡件也相对于差速器至少部分轴向重叠布置。这都有利于根据本发明的电驱动系统的紧凑设计。
本发明电驱动系统的另一很有利的设计可以如上所述地规定，差速器被设计成具有差速器笼的锥齿轮差速器。差速器笼于是在上述有利设计中将会是如下部件，即，所述传动级和/或换挡件相对于该部件轴向重叠布置。
作为将差速器设计成锥齿轮差速器的替代方式，根据本发明电驱动系统的一个替代有利改进方案也可以规定将差速器设计成行星齿轮差速器。
行星齿轮差速器在第一有利形式中包括齿圈、双行星齿轮架和中心齿轮，其中，差速器输入轴抗旋转地连接至齿圈，第一差速器输出轴抗旋转地连接至双行星齿轮架，并且第二差速器输出轴抗旋转地连接至中心齿轮。由此提供行星齿轮差速器的高效结构。在轴向上，行星齿轮差速器在此由原理决定地比锥齿轮差速器更紧凑，故其使用理想地辅助或补充轴向紧凑结构。
在也有利的第二形式中，行星齿轮差速器包括第一中心齿轮、第二中心齿轮、配属于第一中心齿轮的双行星齿轮架和配属于第二中心齿轮的单行星齿轮架，其中，双行星齿轮架抗旋转地连接至单行星齿轮架，并且其中，双行星齿轮架的长行星齿轮与第二中心齿轮啮合，其中，该长行星齿轮与双行星齿轮架的短行星齿轮啮合，并且其中，短行星齿轮与第一中心齿轮啮合。在此，差速器输入轴抗旋转地连接至双行星齿轮架，第一差速器输出轴抗旋转地连接至第一中心齿轮，并且第二差速器输出轴抗旋转地连接至第二中心齿轮。
本发明电驱动系统的另一个极其有利的设计还可以规定，传动级具有包括第一部件、第二部件和第三部件的行星齿轮组，其中，第三部件抗旋转地连接至壳体，第二部件抗旋转地连接至传动级输出轴，第一部件抗旋转地连接至传动级输入轴。这些部件在此通过中心齿轮、单行星齿轮架或双行星齿轮架和齿圈构成，它们又能在各不同变型中相互连接以便获得期望的传动比、在此尤其是用于较高驱动力矩的传动比。故例如第一部件可以通过中心齿轮构成，第二部件通过行星齿轮架构成，第三部件通过齿圈构成。但其它变型也是可想到的并且是有利可行的。
根据本发明的电驱动系统的一个有利改进方案还规定，差速器输出轴分别通过一个传动机构与各自至少一个被驱动的轮连接。附加的传动机构例如可以设计成圆柱齿轮级、行星齿轮组等，并且在结构上实现差速器输出轴与被驱动的轮之间的连接时提供进一步的灵活性和多样性。所述传动机构在此通常具有预先规定的结构，故不允许改变，但相应地也不需要换挡件等。
至少其中一个电机在此可以根据一个很有利的改进方案被设计为轴向通量电机，其可以相应结构紧凑地且以高功率密度来实现，这又减轻重量。
所用的换挡件在此可以至少部分、最好全都设计成形状配合件。这使得该结构极其简单紧凑，其中，在这些如上已述的模式之间的切换可以按没有牵引力中断的方式进行，故仅在从“使用差速器”切换到“附加可能的按‘扭矩矢量’模式的单独轮驱动”时需要中断牵引力。
附图说明
根据本发明的电驱动系统的其它有利设计也来自以下参照图所详述的实施例，其中：
图1示出本发明电驱动系统的第一可能实施例；
图2示出本发明电驱动系统的第二可能实施例；
图3示出本发明电驱动系统的第三可能实施例。
具体实施方式
在图1的图示中能看到电驱动系统1的第一可能实施方式。电驱动系统1用于驱动机动车且能给两个被驱动的轮2提供驱动功率，这在此通过箭头来表明。电驱动系统1具备第一电机3以及第二电机4，它们例如可设计成轴向通量电机。第一电机3包括固定于壳体上的定子5以及第一转子6，第二电机4相应包括固定于壳体上的定子7以及第二转子8。两个电机3、4、确切说是其两个转子6、8在此相对于一旋转轴线同轴布置，该旋转轴线在此通过图1的图示的下边界构成，因为图1的图示仅示出其余旋转对称的结构的上半部。两个转子6、8的旋转轴线在此同时限定电驱动系统1的轴向a。如图2和3所示的径向r与之相互垂直。
除了两个电机3、4外，电驱动系统1还包括差速器9以及传动级10。
差速器9和传动级10也相对于转子6、8的旋转轴线同轴布置。
差速器9在此在图1的图示中例如被设计成行星齿轮差速器并且包括中心齿轮11、齿圈12和具有相应行星齿轮的双行星齿轮架13，行星齿轮在此未明确带有附图标记。差速器输入轴14在此抗旋转地连接至齿圈12。第一差速器输出轴15抗旋转地连接至双行星齿轮架13，中心齿轮11抗旋转地连接至第二差速器输出轴16。两个差速器输出轴15、16在此处所示的实施例中分别通过一个传动机构17连接至各自被驱动的轮2。差速器输入轴14现在还连接至传动级10的传动级输出轴18。传动级10最好如在此也示出的那样被设计成行星齿轮组，其中，在图1的图示中也可以是双行星齿轮架的行星齿轮架19抗旋转地连接至传动级输出轴18和进而连接至差速器输入轴14。传动级10的齿圈20抗旋转地连接至壳体28，传动级10的中心齿轮21通过传动级输入轴26可连接至第二转子8。
在轴向a上在第一电机3和差速器9之间，现在能看到具有第一换挡件SE1和第三换挡件SE3的结构。该结构基本上对应于在轴向a上在传动级10和第二电机4之间的具有第二换挡件SE2和第四换挡件SE4的结构。通过第一换挡件SE1，现在第一电机3或其转子6可以连接至第一差速器输出轴15，其也可称为半轴或抗旋转地过渡至半轴。通过第二换挡件SE2，第二电机4或其转子8可以相应地连接至第二差速器输出轴16或半轴。因此，利用扭矩矢量实现单独轮驱动，此时按照彼此独立的方式，由第一电机3驱动一个被驱动的轮2，而由第二电机4驱动另一被驱动的轮2。通过第三换挡件SE3，现在第一电机3或其转子6可以抗旋转地连接至差速器输入轴14。第一电机3于是例如单独地或在第二电机4的辅助下直接驱动两个差速器输出轴15、16且进而通过两个传动机构17驱动轮2。
第一换挡件SE1和第三换挡件SE3在此被设计成它们也能完全断开第一电机3。在此模式中，于是可以通过第四换挡件SE4的接入而获得在第二电机4的第二转子8与差速器输入轴14之间的通过传动级10的连接。第二电机4于是以相应的传动比通过传动级10驱动两个差速器输出轴15、16和进而轮2。
通过第二和第四换挡件SE2、SE4，也可以脱开第二电机4，使得在一般将输出功率均匀分配给两个差速器输出轴15、16的差速器工作方式中，可以在第二电机4断开情况下利用第一电机3实现高效工作，或者相反地在第一电机3断开情况下使用第二电机4借助传动级10实现高效工作。另外，用于提供较高扭矩的扭矩模式是可能的，此时两个电机3、4驱动差速器输入轴14，其中，电机3直接驱动它，第二电机4通过传动级10驱动它。
代替图1所示结构地，现在也可以在传动级10区域内实现其它连接。例如也可设计成双行星齿轮架的行星齿轮架19可以相对于壳体28固定地啮合，以便相反地将传动级输出轴18抗旋转地连接至齿圈20，使得所述齿圈驱动差速器输入轴14，而传动级输入轴26还是与中心齿轮21连接。另一替代方案也可以规定，中心齿轮21固定在壳体上且于是例如传动级输入轴26抗旋转地连接至齿圈20，而传动级输出轴18又连接至行星齿轮架19。这两个部件也又可以彼此对调，使得行星齿轮架19连接至传动级输入轴26，齿圈20相应地又连接至传动级输出轴18。
除了具有行星齿轮差速器9的电驱动系统1的这种结构外，也可以想到将差速器9设计成锥齿轮差速器的结构。在图2的图示中示出对应的结构。该结构在其它方面对应于已述内容，故以下仅详细介绍区别之处。差速器9在此设计成锥齿轮传动机构，故通过差速器输入轴14来驱动差速器笼27，其驱动与之相连的锥齿轮，锥齿轮通过其它锥齿轮来驱动差速器输出轴15、16。在图2的图示中，两个传动机构17仅被示意性示出。它们又能如在图1的图示中所述的那样被设计成行星齿轮组，或者作为其替代方式也可设计成圆柱齿轮传动机构等。原则上，在这里在电驱动系统1的在图2的结构以及在图1的结构中都可以想到替代可选方案，例如用于传动机构17的链、皮带或其它形式的传动件。
两个电机3、4具有与图1中的电驱动系统1的图示相似的结构，换挡件SE1-SE4也是如此。不同于差速器9和传动级10在轴向a上并排布置的图1的图示地，差速器9和传动级10现在在图2所示的结构中沿轴向相互重叠布置。在此又单纯示例性设计成行星齿轮组的传动级10在此沿轴向相对于差速器笼27重叠就位，因而它们相应共享至少一个共用的垂直于轴向a的平面。在径向r上，传动级10因此布置在差速器笼27之外。也可以在传动级10中实现替代可选方案，例如在图1范围内所述的被用在各部件19、20、21和设计为行星齿轮组的传动级10的连接中的替代方案。作为其替代，在这里以及在如图1已经描述的结构的情况下都可以想到以其它方式实现传动级10，例如以圆柱齿轮级、链传动机构、皮带传动机构等形式。
关于利用换挡件SE1-SE4在这些模式之间换挡，以上所述内容在此也适用。换挡件SE1-SE4可以分别设计成形状配合件，这也相应适用于图1中的电驱动系统1的设计。在通过差速器9将功率分配给两个被驱动的轮2的各模式之间，还可以实现无动力中断的换挡，因为通过两个电机3、4可以进行关于转数和/或功率传递的所需调整/辅助。作为换挡件SE1-SE4的很简单高效的形状配合件因此允许很高效且耐磨损的结构。仅在切换到按扭矩矢量模式的单独轮驱动时需要牵引力中断，在扭矩矢量模式下，通过相应接合第一换挡件SE1和第二换挡件SE2，第一电机3驱动第一差速器输出轴15且第二电机4驱动第二差速器输出轴16。
现在在图3的图示中示出图2所示的结构的另一替代方案。该替代方案现在的不同之处是，第二换挡件SE2和第四换挡件SE4被布置成从沿轴向设于差速器9与第二电机4之间的位置移出，使得第二换挡件SE2和第四换挡件SE4现在与传动级10相似地相对于差速器9、即在此尤其是其差速器笼27轴向重叠布置。
作为其替代或原则上也作为其补充，第一换挡件SE1和第三换挡件SE3也可以移位到这种相对于差速器9轴向重叠的位置，这能够作为传动级10相对于差速器9轴向重叠的布置的替代或补充来进行。

Claims (12)

1.一种用于机动车的电驱动系统(1)，包括：
具有第一转子(6)的第一电机(3)，
具有差速器输入轴(14)以及第一差速器输出轴(15)和第二差速器输出轴(16)的差速器(9)，其中，这两个差速器输出轴(15,16)相对于该第一转子同轴布置，
传动级(10)，该传动级具有传动级输入轴(26)和传动级输出轴(18)，其中，该传动级输出轴(18)抗旋转地连接至该差速器输入轴(14)，
其特征是，设有：
具有第二转子(8)的第二电机(4)，
第一换挡件(SE1)，借此能够将该第一转子(6)抗旋转地连接至该第一差速器输出轴(15)，
第二换挡件(SE2)，借此能够将该第二转子(8)抗旋转地连接至该第二差速器输出轴(16)，和
第三换挡件(SE3)，借此能够将该第一转子(6)抗旋转地连接至该差速器输入轴(14)。
2.根据权利要求1所述的电驱动系统(1)，其特征是，设有能将该第二转子(8)抗旋转地连接至该传动级输入轴(26)的第四换挡件(SE4)。
3.根据权利要求1或2所述的电驱动系统(1)，其特征是，该传动级(10)至少部分相对于该差速器(9)轴向重叠布置。
4.根据权利要求2或3所述的电驱动系统(1)，其特征是，该第四换挡件(SE4)至少部分相对于该差速器(9)轴向重叠布置。
5.根据前述权利要求之一所述的电驱动系统(1)，其特征是，该第二换挡件(SE2)至少部分相对于该差速器(9)轴向重叠布置。
6.根据前述权利要求之一所述的电驱动系统(1)，其特征是，该第三换挡件(SE3)至少部分相对于该差速器(9)轴向重叠布置。
7.根据前述权利要求之一所述的电驱动系统(1)，其特征是，该第一换挡件(SE1)至少部分相对于该差速器(9)轴向重叠布置。
8.根据前述权利要求之一所述的电驱动系统(1)，其特征是，该差速器(9)被设计成具有差速器笼(27)的锥齿轮差速器。
9.根据权利要求1至7之一所述的电驱动系统(1)，其特征是，该差速器(9)被设计成具有中心齿轮(11)、齿圈(12)和双行星齿轮架(13)的行星齿轮差速器，其中，该差速器输入轴(14)抗旋转地连接至该齿圈(12)，该第一差速器输出轴(15)抗旋转地连接至该双行星齿轮架(13)，该第二差速器输出轴(16)抗旋转地连接至该中心齿轮(11)。
10.根据前述权利要求之一所述的电驱动系统(1)，其特征是，该传动级(10)具有包括第一部件(21)、第二部件(19)和第三部件(20)的行星齿轮组，其中，该第三部件(20)抗旋转地连接至壳体(28)，该第二部件(19)抗旋转地连接至该传动级输出轴(18)，并且该第一部件(21)抗旋转地连接至该传动级输入轴(26)。
11.根据前述权利要求之一所述的电驱动系统(1)，其特征是，所述差速器输出轴(15,16)通过各相应的传动机构(17)连接至各相应的至少一个被驱动的轮(2)。
12.根据权利要求1至10之一所述的电驱动系统(1)，其特征是，这两个电机(3,4)中的至少一个电机被设计成轴向通量电机。
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