CN118215593A - 用于机动车的电驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的电驱动系统(1)，具有：壳体(2)；电机(3)，该电机包括抗旋转地连接至转子轴(6)的转子(5)；行星齿轮传动机构(7)和轴驱动机构(13)，其中，该行星齿轮传动机构(7)包括正好一个太阳轮(8)和正好一个行星齿轮架(9)，且其中，转子轴(6)抗旋转地连接至太阳轮(8)。电驱动系统(1)的特点是，在行星齿轮架(9)与轴驱动机构(13)的输入轴(15)之间设有在至少一个转动方向上形状配合起效的离合件(28)，借助该离合件如此将该行星齿轮架(9)接合或可接合至该输入轴(15)，即，可以至少在转子(5)的正向转动方向上在行星齿轮架(9)与输入轴(15)之间建立抗旋转连接。

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，其具有壳体、电机、行星齿轮传动机构和轴驱动机构。

背景技术

一种同类型的车辆用电驱动系统基本上由DE 10 2013 225 519 A1公开了。在此描述了具有电机、行星齿轮传动机构和轴驱动机构的结构，其中，行星齿轮传动机构具备行星齿轮架以及抗旋转地接合的用于各相应行星机构的各两个行星齿轮。这些行星齿轮与两个不同的齿圈啮合，齿圈可通过制动件相对于电驱动系统的壳体被制动。由此实现在电机与轴驱动机构之间的两个不同传动比。

现在，所述两挡系统的缺点尤其是用于两个行星齿轮的换挡件或制动件。它们必须设计为盘式换挡件，这导致在打开状态中、即车辆滑行时的更高损失。最后，这引起车辆本身的较高功率需求且因此缩短车辆续航里程。

US2012/0 149 520A1也示出了一种很相似的结构。在这里，结构也在两个不同的齿圈之间被切换，其中，在此可以设有爪型换挡件用于在齿圈之间切换。

从US 9 033 839 B2、EP 1 142 743 B1、US10 024 430 B2、DE 10 2020109 112A1以及同类型的DE 10 2020 200 137 B3中公开了其它电驱动系统。

发明内容

本发明的任务现在是指明一种改善的电驱动系统，它尤其是避免或至少减少所述缺点。

根据本发明，该任务通过一种具有权利要求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。有利的设计和改进方案来自其相关的从属权利要求。

根据本发明的电驱动系统类似于在上述现有技术中的驱动系统地包括电机，电机的转子轴一方面抗旋转地连接至电机转子，另一方面抗旋转地连接至行星齿轮传动机构的正好一个太阳轮。

在此提出，行星齿轮架上装有一组第一行星齿轮和一组第二行星齿轮，其中，第一行星齿轮的直径大于第二行星齿轮，并且其中，其中各一个第一行星齿轮和其中各一个第二行星齿轮分别抗旋转地相互连接。在此，太阳轮可与第一行星齿轮处于啮合中。

另外，一个抗旋转地连接至壳体的齿圈在此与第二行星齿轮连接。由于行星齿轮的不同直径，故可以高效地且在结构空间需求很小的情况下获得在电机与轴驱动机构的输入轴之间的行星齿轮传动机构的相应高的传动比。

本发明意义上的“抗旋转连接”在此意味着，抗旋转地相互接合的元件或构件如此相互连接，即，它们以相同的角速度旋转。通过这种方式抗旋转连接的元件或构件对此必然相互同轴布置。

现在，本发明规定了一个在至少一个转动方向上形状配合起效的离合件，它布置在行星齿轮架与轴驱动机构的输入轴之间。通过该离合件，行星齿轮架如此接合至输入轴或通过该离合件可如此接合至输入轴，即，至少在转子的正向转动方向上在行星齿轮架与输入轴之间可建立抗旋转连接。通过该离合件，为了牵引运行、即在通过按照马达方式运行的电机应驱动机动车时，能够将力经由离合件传递至轴驱动机构的输入轴，因而最终传递至通过轴驱动机构被驱动的机动车轮。

此外，根据本发明设有第一向心轴承，行星齿轮架借此在径向上相对于壳体被支承，其中，第一向心轴承的行星齿轮架侧轴承半体在径向上布置在壳体侧的第二轴承半体之外。行星齿轮架因此通过第一向心轴承从径向外侧支承在壳体隔壁的径向更靠内布置的轴向突出的凸缘上。

另外，本发明规定第二向心轴承，借此该行星齿轮架在径向上相对于轴驱动机构被支承，其中，在这里，第二向心轴承的在行星齿轮架侧的第一轴承半体在径向上布置在轴驱动机构侧的第二轴承半体之外。所述支承因此是以在外侧支承在轴驱动机构上的行星齿轮架进行的。第二向心轴承的第二轴承半体在此可以优选支承在该轴驱动机构的输入轴上。在以上所提到的设计成锥齿轮差速器的情况下，第二向心轴承的第二轴承半体于是将相应地支承在差速器笼上。

“正向转动方向”首先是指转子的两个可能转动方向之一，“正向转动方向”尤其是指转子的如下转动方向，其设置用于机动车前行行驶。“牵引运行”是指如下的电机运行方式，在此，由电机产生的驱动力矩为了驱动机动车而从电机被传递至轴驱动机构。

离合件在此可根据一个极其有利的改进方案具有第一自由轮。第一自由轮在此设于行星齿轮架与轴驱动机构的输入轴之间，借此如此将行星齿轮架接合至输入轴，即，行星齿轮架相对于输入轴在电机转子的正向转动方向上的转动被锁止。因此可通过在齿圈与壳体之间的第一自由轮仅传递电机牵引力矩。在惯性运行中出现自动脱开，接着在从惯性运行重新切换到牵引时又自动接合。

该结构极其简单高效并且能在为此不需要致动器的情况下确保电机能够在正向转动方向上传递扭矩至轴驱动机构。但在反向转动方向中、即当功率从轴驱动机构向电机传递时，电机不必被一并带动，而是与整个行星齿轮传动机构一起通过第一自由轮被自动脱开，从而可以在电驱动系统区域内无附加功率损失地实现滑行，这总体上提升电驱动系统的工作能力和效率。这促使作为主驱动装置或附加驱动装置配备有这种电驱动系统的车辆的续航里程增加。

通过借助第一自由轮在惯性运行中的脱开，在此由原理决定而无法实现倒车行驶和能量回收。故可根据本发明电驱动系统的此实施方式的一个极其有利改进方案而规定，离合件具有布置在行星齿轮架与输入轴之间的第二自由轮，借此如此将行星齿轮架接合至轴驱动机构的输入轴，即，行星齿轮架相对于输入轴的逆着转子正向转动方向的转动被锁止。第二自由轮因此现在在惯性运行中工作，而不是在牵引中工作。因此在电机牵引运行中，其通过在惯性运行中打开的第一自由轮作用于轴驱动机构。同时通过在牵引运行中自动打开的第二自由轮在惯性运行中建立连接，从而于是可实现倒车行驶以及能量回收。

为了现在避免失去无损失或损失小的滑行的上述优点而在此规定，第二自由轮被设计成可切换。自由轮的可切换性在此在本发明意义上意味着它能被通断。在接通状态下，它于是按照不可切换的自由轮的方式作用，因此锁止朝向其中一个方向的转动而允许在其相反方向上的自由转动。接着在断开状态下解除锁止，自由轮因此被停用且连接体可在两个转动方向上自由转动。故可通过断开第二自由轮在惯性运行中解除尤其造成的锁止。因此在惯性运行中仍可实现配备有电驱动系统的机动车的无损失滑行。如果现在应回收能量或需要倒车行驶，则可通过切换第二自由轮以使其锁止功能又被启用来简单高效地实现这种运行。

作为这种具有一个或两个自由轮且其中一个自由轮可切换的结构的替代方式也可以规定，离合件具有拥有至少两个挡位的爪型换挡件。通过该爪型换挡件，行星齿轮架和轴驱动机构的输入轴于是能在第一挡位抗旋转地连接，从而对于牵引运行和惯性运行都可实现抗旋转连接。因此，前行行驶和倒车行驶或机动车减速时电机作为发电机运行时的能量回收都能实现。接着在爪型换挡件的第二挡位，该轴驱动机构的输入轴和行星齿轮架彼此分离，从而可实现滑行，而电机和行星齿轮传动机构不必受牵引而联动。这允许极其高效能的滑行且因使用爪型换挡件而允许简单高效的切换，其在爪型换挡件的打开状态下并未引起就像在例如盘式换挡件可能产生的损失。

本发明驱动系统的具有爪型换挡件的这一变型的另一个很有利设计还规定，爪型换挡件具有第三挡位，在第三挡位，该轴驱动机构的输入轴能抗旋转地连接至壳体。该位置于是将是驻车锁位置，此时轴驱动机构的输入轴抗旋转地连接至电驱动系统的壳体，使得轴驱动机构和车轮无法转动。

作为其替代方案，本发明的电驱动系统也可以设有驻车锁齿轮和换挡件，借助换挡件能够将轴驱动机构的输入轴抗旋转地连接至壳体，以实现驻车锁状态。具有驻车锁齿轮的变型在此可以不仅在将离合件设计成具有一个或两个自由轮时、也在将离合件设计成具有爪型换挡件时相应实现。

根据本发明电驱动系统的另一个很有利的设计而在此可以规定，第二行星齿轮相对于轴驱动机构按轴向重叠的方式布置。这种相对于轴驱动机构的轴向重叠布置使得第二行星齿轮因此至少部分在电驱动系统的轴向上看位于同一区域内，从而允许很紧凑的轴向结构。

轴向在此对于本发明应该总是指沿电驱动系统的主旋转轴线的或与之平行的、在此是平行于转子轴旋转轴线的轴向。在本说明书意义上的径向垂直于所述轴向。

电驱动系统的另一个极其有利的设计在此可以规定，轴驱动机构具有带有差速器笼的锥齿轮差速器。也可称为差速器壳体的差速器笼在此形成差速器输入轴。尤其在轴驱动机构的这一结构的情况下可以通过与第二行星齿轮(即在行星齿轮架上的直径较小的行星齿轮)的轴向重叠获得特殊的结构空间优点。

转子轴的支承在此可以根据本发明电驱动系统的一个极其有利的改进方案通过组合轴承进行，对此设有第一组合轴承和第二组合轴承，它们分别设立用于相对于壳体在轴向上和在径向上支承转子轴。在此，在第一组合轴承中以及在第二组合轴承中都将各自所属的转子轴侧轴承半体沿径向布置在各自壳体侧的轴承半体之内。故转子轴支承在壳体的在径向上位于转子轴之外的部分上，如支承在径向延伸的壳体分隔壁/中间壁上。

该电机可以优选以轴向通量电机形式实现。

附图说明

电驱动系统的其它有利设计也来自以下参照图所详细示出的实施例，其中：

图1示出根据本发明的电驱动装置的第一可能实施方式，

图2示出根据本发明的电驱动装置的第二可能实施方式。

具体实施方式

在图1的图示中示意性示出用于未示出的机动车的电驱动系统1。电驱动系统1包括壳体2以及电机3，电机具有相对于壳体2抗旋转地保持的定子4以及相对于定子4可转动的转子5，转子又抗旋转地连接至转子轴6。

此外，电驱动系统1包括行星齿轮传动机构7，其具有抗旋转地连接至转子轴6的太阳轮8和装有一组第一行星齿轮10和一组第二行星齿轮11的行星齿轮架9。第一行星齿轮10在此具有比第二行星齿轮11大的直径。彼此相邻的第一和第二行星齿轮10、11分别抗旋转地相互接合。直径比第一行星齿轮10小的第二行星齿轮11与行星齿轮传动机构7的齿圈12啮合。齿圈12设计成相对于壳体2抗旋转地保持固定。

作为其补充，电驱动系统1具有轴驱动机构13，其在此被设计成锥齿轮差速器。轴驱动机构13的输出轴14在此形成由箭头表明尤其是通向用于机动车轮的从动端。差速器笼15形成轴驱动机构13的输入轴15且以随后还将详述的方式接合或可接合至行星齿轮架9。差速器笼15还可以通过驻车锁齿轮16和相应的换挡件17相对于壳体2抗旋转地固定，以实现机动车驻车锁。

此处所示的具有行星齿轮传动机构7的这一齿圈12的结构因此其实是一个用于通过电驱动系统1驱动或至少部分驱动机动车的单挡系统。

在作为轴驱动机构13的输入轴15的差速器笼15与行星齿轮架9之间，现在设有在至少一个转动方向上形状配合起效的离合件28，离合件在此由点划虚线框住。离合件28在根据图1的电驱动系统1的设计中包括第一自由轮18以及可切换的第二自由轮19。

在此，通过第一自由轮18将电机3的牵引力矩传递至从动轴14，而在惯性运行中第一自由轮18自动自由旋转，因此电机3和行星齿轮传动机构7被与轴驱动机构13脱开。由此可以实现惯性运行，而电机3和行星齿轮传动机构7未受牵引而联动，这允许在所谓滑行、即机动车无动力惯性滑动时的高效且损失小的电驱动装置1运行。如果又从惯性运行切换至牵引，则第一自由轮18自动闭合且电机3的扭矩又可以被传递至从动端14。

现在，仅利用第一自由轮18无法实现能量回收且也无法借助电机3实现机动车倒车行驶，因为这使得在从动端14与电机3之间的在相反方向、即惯性运行方向上的力传递成为必需的。为了实现这一点，现在设有第二自由轮19。自由轮19是如此设计的，即，它在惯性运行中能传递扭矩而在牵引运行中无法传递扭矩。因此它对第一自由轮18予以相应补充，使得现在可实现能量回收和倒车行驶。第二自由轮19在此设计为可切换。通过如在图1的图示中由箭头表明的第二自由轮19的切换可启闭该锁止功能，使得第二自由轮19能够或是以所述方式作为在惯性运行中进行锁止的自由轮19来工作，或是一方面可切换为在惯性运行和牵引运行中都放行的自由轮19，从而可视第二自由轮19的挡位实现能量回收或倒车行驶，而在关闭锁止功能时允许滑行而没有一并带动电机3。

两个自由轮18、19的组合(其中的第二自由轮19可切换)因此允许在一个方向上的长久接合和在另一转动方向或力方向上的可切换接合。两个自由轮18、19在此能优选组合成整体式离合件28，它尤其在径向R上布置在差速器笼15之外但相对于其在轴向上重叠布置。该结构单元优选从壳体2的外侧易接近，尤其是以便能简单高效地例如借助液压管线、电信号线等操作第二自由轮19的换挡致动器。

总体上，在此可以极其紧凑地实现该结构。具有两个自由轮18、19的离合件28可以设计成在从动轴14或转子轴6的轴向A上相对于轴驱动机构13或其差速器笼15重叠，而且尤其该组第二行星齿轮11以及优选齿圈12也都与之轴向重叠布置。所有这一切造成很紧凑的结构，尤其在轴向A上。

尤其可设计成轴向通量电机的电机3在此可以关于其转子轴6通过第一组合轴承20和第二组合轴承21支承在壳体2上，其中，转子轴6径向靠内布置且壳体在径向上布置在两个组合轴承20、21外。组合轴承在此可以传递轴向力和径向力，因此其是推力轴承与向心轴承的组合。尤其是，它在此可以是角接触球轴承、四点球轴承等。

行星齿轮传动机构7的行星齿轮架9于是可以通过第一向心轴承22也支承在壳体2上，其中，在这里该壳体2径向靠内布置且行星齿轮架9在径向上布置在第一向心轴承22之外。向心轴承22可以尤其设计成圆柱滚子轴承或深沟球轴承，就像众所周知且常见的那样。行星齿轮10、11通过另一向心轴承23以本身已知的方式支承在行星齿轮架上。

在电驱动系统1结构内的其它相关的支承部位现在位于从动轴14区域内，其中，在这里在图1的图示中的左侧布置的是向心轴承26，在图1的图示中的右侧布置的是组合轴承27，组合轴承因此可以传递轴向力和径向力。在其中，径向靠内的从动轴14支承在径向外置的壳体2上。

在图2的图示中，现在能看到电驱动系统1的一个替代实施例。相同的构件在此带有相同的附图标记并且以下将不再作出解释。其结构可参照前述实施例的范围内所讨论的内容来理解。区别现在在于离合件28具有一个爪型换挡件24来代替两个自由轮18、19。爪型换挡件24现在可以尤其是从壳体2外通过在此仅用划线表示的致动器25被切换到各不同的挡位。在图2的实施例中，它们是三个独立挡位。在图2的图示中画出的中间挡位是空挡，在空挡下的爪型换挡件24仅连接至作为轴驱动机构13的输入轴15的差速器笼15。因此它可以自由旋转，这一般被称为空挡或被通称为“空转”。

如果爪型换挡件24现在在图2的图示中被向左移动，则它将行星齿轮架9连接至作为轴驱动机构13的输入轴15的差速器笼15。因此在轴驱动机构13的输入轴15与行星齿轮架9之间出现抗旋转连接。在此，抗旋转连接不仅在牵引运行方向上作用、也在惯性运行方向上作用，故在通过爪型换挡件24切换至抗旋转连接时在两个方向上都存在力传递。因而在此挡位不仅可以实现从动轴14的驱动，也可以通过从动轴14驱动该电机，电机于是作为发电机工作以便在机动车减速时回收能量。除了所谓的能量回收外，也可以按下述方式实现机动车倒车行驶，即，电机朝相反方向转动且因此近似在惯性运行方向上输出力至从动轴14。

为了现在能实现高效能的机动车滑行，爪型换挡件23通过致动器25简单地回切至其空挡，如在图2的图示中示出的那样。因此可以在不带动电机3和行星齿轮传动机构7的情况下达成损失小的滑行。

如已解释地，爪型换挡件24在图2的图示中具备第三挡位。在第三挡位，爪型换挡件24在图2的图示中被致动器25向右运动。它于是将轴驱动机构13的输入轴15抗旋转地连接至电驱动系统1的壳体2。由此可以实现驻车锁功能，因为输入轴15现在相对于变速器保持抗旋转且因此从动轴14无法转动。

显然也可以想到，代替具有三个挡位的爪型换挡件24的设计，爪型换挡件仅以两个挡位来实现，在图2的图示中是空挡和用于将行星齿轮架9连接至输入轴15的左侧位置。为了还是能实现驻车锁，驻车锁齿轮16现在能连同其换挡件17一起与图1的图示相似地被集成到图2的结构中。显然，也可以想到相反情况，以便相应装入沿轴向A延伸的中间件来代替驻车锁齿轮及其沿径向R的延伸尺寸，中间件于是又能通过换挡件17相对于壳体保持抗旋转。

除了前文已经描述的轴承外，在图2的图示中能看到第二向心轴承29。向心轴承29形成在行星齿轮架9与作为轴驱动机构13的输入轴15的差速器笼15之间，其中，其行星齿轮架侧的轴承半体径向靠外布置，其轴驱动机构侧的轴承半体径向靠内布置。行星齿轮架9因此通过第二向心轴承29从外侧支承在差速器笼15上。第二向心轴承29显然也可以在根据图1的结构中实现，尽管它在其中为了图示简化而未被画出。

此外，关于致动器25采用轴向重叠且径向在差速器笼15之外的布置在此也当然是有利的，从而它可以从壳体2外比较简单地接近，就像在上面已经针对第二可切换自由轮19的致动器所描述的那样。

Claims (8)

1.一种用于机动车的电驱动系统(1)，具有：

-壳体(2)，

-电机(3)，该电机包括抗旋转地连接至转子轴(6)的转子(5)，

-行星齿轮传动机构(7)，和

-轴驱动机构(13)，

其中，该行星齿轮传动机构(7)包括正好一个太阳轮(8)和正好一个行星齿轮架(9)，并且其中，该转子轴(6)抗旋转地连接至该太阳轮(8)，

其中，该行星齿轮架(9)上装有一组第一行星齿轮(10)和一组第二行星齿轮(11)，其中，所述第一行星齿轮(10)具有比所述第二行星齿轮(11)大的直径，其中，其中各一个第一行星齿轮(10)和其中各一个第二行星齿轮(11)分别抗旋转地相互连接，且其中，该太阳轮(8)与所述第一行星齿轮(10)啮合，

其中，设有正好一个齿圈(12)，该齿圈抗旋转地接合至该壳体(2)且该齿圈与所述第二行星齿轮(11)啮合，

其特征是，

在该行星齿轮架(9)与该轴驱动机构(13)的输入轴(15)之间设有在至少一个转动方向上形状配合起效的离合件(28)，借助该离合件如此将该行星齿轮架(9)接合或能接合至该输入轴(15)，即，能至少在该转子(5)的正向转动方向上在该行星齿轮架(9)与该输入轴(15)之间建立抗旋转连接，

其中，设有第一向心轴承(22)，该行星齿轮架(9)借此在径向上相对于该壳体(2)被支承，其中，该第一向心轴承(22)的行星齿轮架侧轴承半体在径向上布置在壳体侧的轴承半体之外，其中，该行星齿轮架(9)通过该第一向心轴承(22)径向向外地支承在壳体分隔壁的在径向上更靠内布置的且轴向突出的凸缘上，

其中，设有第二向心轴承(29)，该行星齿轮架(9)借此在径向上相对于该轴驱动机构(13)被支承，其中，该第二向心轴承(22)的在行星齿轮架侧的第一轴承半体在径向上布置在轴驱动机构侧的第二轴承半体之外，其中，该第二向心轴承(29)的第二轴承半体尤其支承在该轴驱动机构(13)的输入轴(15)上。

2.根据权利要求1所述的电驱动系统(1)，其特征是，该离合件(28)具有在该行星齿轮架(9)与该轴驱动机构(13)的输入轴(15)之间的第一自由轮(18)，借助于该第一自由轮，如此将该行星齿轮架(9)接合至该输入轴(15)，即，该行星齿轮架(9)相对于该输入轴(15)在该转子(5)的正向转动方向上的转动被锁止。

3.根据权利要求2所述的电驱动系统(1)，其特征是，该离合件(28)具有在该行星齿轮架(9)与该输入轴(15)之间的第二自由轮(19)，该第二自由轮设计为可切换，并且借助于该第二自由轮，该行星齿轮架(9)被接合至该输入轴(15)，使得在接入状态下该行星齿轮架(9)相对于该输入轴(15)逆着该转子(5)正向转动方向的转动被锁止。

4.根据权利要求1所述的电驱动系统(1)，其特征是，该离合件(28)具有拥有至少两个挡位的爪型换挡件(24)，借助于该爪型换挡件，该行星齿轮架(9)和该轴驱动机构(13)的输入轴(15)能在第一挡位抗旋转地连接，并且借助于该爪型换挡件，该行星齿轮架(9)和该轴驱动机构(13)的输入轴(15)在第二挡位相互分离。

5.根据权利要求4所述的电驱动系统(1)，其特征是，该爪型换挡件(24)具有第三挡位，在该第三挡位，该输入轴(15)能够抗旋转地连接至该壳体(2)。

6.根据权利要求1至4之一所述的电驱动系统(1)，其特征是，该轴驱动机构(13)的输入轴(15)能够通过驻车锁齿轮(16)和换挡件(17)抗旋转地连接至该壳体(2)。

7.根据前述权利要求之一所述的电驱动系统(1)，其特征是，设有第一组合轴承(20)和第二组合轴承(21)，它们分别设立用于相对于该壳体(2)在轴向上和在径向上支承该转子轴(6)，其中，在该第一组合轴承(20)和该第二组合轴承(21)两者的情况下，各自所属的转子轴侧轴承半体在径向上都布置在各自壳体侧轴承半体之内。

8.根据前述权利要求之一所述的电驱动系统(1)，其特征是，该电机(3)被设计成轴向通量电机。