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VERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 12. November 2019 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr.
62/934,462 mit dem Titel „ELECTRIC DRIVE AXLE IN A VEHICLE“. Der gesamte Inhalt der oben genannten Anmeldung wird hiermit für alle Zwecke durch Bezugnahme aufgenommen.
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GEBIET DER TECHNIK
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine elektrische Antriebsachse in einem Fahrzeug.
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HINTERGRUND UND KURZFASSUNG
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Elektro- und Hybrid-Elektrofahrzeuge nutzen eine an einen Elektromotor-Generator gekoppelte elektrische Energiequelle, um einen Antriebsstrang des Fahrzeugs mit Antriebskraft zu versorgen. Für bestimmte Arten von Elektro- und Hybridfahrzeugen hat man sich um den Einsatz von elektrischen Antriebsachsen bemüht. Die elektrische Antriebsachse kann für verschiedene Fahrzeugtypen angepasst werden. Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass frühere elektrische Antriebsachsen Probleme in Bezug auf ein Layout einer Achsbaugruppe und ein Packaging des Achsgehäuses aufgeworfen haben. Zum Beispiel können Schwierigkeiten auftreten, wenn versucht wird, die Achsbaugruppe unter Beibehalten eines angestrebten Maßes an struktureller Integrität kompakt im Fahrzeug unterzubringen. Diese Probleme werden bei Starrachsen, die zumindest teilweise Fahrzeuglasten tragen, noch verschärft. Darüber hinaus kann es Probleme mit verringertem Achsspiel geben, die die Achse beim Fahren im Gelände usw. anfälliger für Beeinträchtigungen durch Objekte, wie etwa Straßenschutt, Steine und andere natürliche Objekte machen. Elektrofahrzeuge können im Hinblick auf andere Fahrzeugkomponenten, wie etwa Fahrzeugbatteriepacks, Herausforderungen an das Packaging stellen. Andere Arten von Elektrofahrzeugen, für die Einzelrad-Federungssystemen genutzt werden, können Herausforderungen in Bezug auf Tragfähigkeit, Haltbarkeit, Achsbaugruppe und Wartung darstellen.
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Um zumindest einige der vorstehend genannten Nachteile zu beheben, wird eine elektrische Antriebsachse vorgesehen. Die elektrische Antriebsachse weist in einem Beispiel ein Gehäuse auf, das so konfiguriert ist, dass es einen Elektromotor-Generator und ein Getriebe umschließt. Bei der elektrischen Antriebsachse weist das Gehäuse einen ersten Abschnitt auf, der mit einem zweiten Abschnitt lösbar gekoppelt ist. Ferner umschließt der zweite Abschnitt in der Antriebsachse das Getriebe zumindest teilweise. Zusätzlich weist in der Achse der erste Abschnitt eine erste Achswellenöffnung auf und weist der zweite Abschnitt eine zweite Achswellenöffnung auf, die lateral an der ersten Achswellenöffnung ausgerichtet ist. Auf diese Weise ist in der Antriebsachse ein platzsparendes Gehäuse bereitgestellt, das den Elektromotor-Generator und das Getriebe aufnimmt und schützt und gleichzeitig mit der Tragwirkung der Achse zusammenwirkt. Folglich kann die elektrische Antriebsachse nach Bedarf kompakt in ein Fahrzeug integriert werden, was zu einer vereinfachten und kostengünstigeren Achsenherstellung sowie Wartung führt.
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In einem anderen Beispiel kann die elektrische Antriebsachse eine Starrachse sein. Durch das Bereitstellen einer elektrifizierten Starrachse im Fahrzeug kann die Achse im Vergleich zu Einzelrad-Federungskonstruktionen höhere Lasten tragen und eine höhere Lebensdauer erreichen.
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In einem weiteren Beispiel kann sich der zweite Abschnitt im Gehäuse der elektrischen Antriebsachse longitudinal zwischen einer Drehachse des Elektromotor-Generators und einer Drehachse einer Achswelle erstrecken. Auf diese Weise kann das Getriebegehäuse das Getriebe zwischen der Achswelle und dem Motorausgang kompakt umschließen. Dieses kompakte Achsbaugruppen-Package kann die Wahrscheinlichkeit von Achsverschlechterungen durch Straßenschutt, Hindernisse usw. verringern und gewünschte Verbesserungen der Federungsleistung schaffen.
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Es sei verstanden, dass die obige Kurzfassung dafür vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben sind. Sie soll nicht dazu dienen, wichtige oder essentielle Merkmale des beanspruchten Gegenstands, dessen Schutzumfang durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche eindeutig definiert wird, zu bezeichnen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen begrenzt, die vorstehend oder in einem jeglichen Teil dieser Offenbarung angemerkte Nachteile beseitigen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Antriebsachse in einem Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 2 zeigt eine erste Explosionsdarstellung eines in der elektrischen Antriebsachse enthaltenen Gehäuses, dargestellt in 1.
- 3 zeigt eine zweite Explosionsdarstellung des in der elektrischen Antriebsachse enthaltenen Gehäuses, dargestellt in 1.
- 4 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt des Gehäuses, wie in 2 und 3 gezeigt.
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Die 1-4 sind annähernd maßstabgerecht gezeichnet. In anderen Ausführungsformen können jedoch andere relative Abmessungen verwendet werden.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Eine elektrische Antriebsachsbaugruppe mit einem Gehäuseraum, in dem die internen Komponenten effizient untergebracht sind, wird hierin beschrieben. Das Gehäuse weist Zugangsplatten auf, die mit einem Gehäusekörper gekoppelt sind, der so profiliert ist, dass er einen Elektromotor, ein Getriebe und in einigen Fällen ein Differential umschließt. Die Zugangsplatten können insbesondere eine erste Platte an einer Lateralseite des Gehäusekörpers, die einen Zugang zum Getriebe ermöglicht, sowie eine zweite Platte an einer longitudinalen bzw. Längsseite des Gehäusekörpers, die Zugang zu einem Differential ermöglicht, beinhalten. Durch diese Anordnung der Gehäuseplatten und des Gehäuses können das Getriebe und das Differential effizient eingebaut, zugänglich gemacht und nach Bedarf repariert werden. Der optimierte Zugang zu den Achskomponenten kann für einen Kunden attraktiver sein und seine Zufriedenheit erhöhen. Die Platte, die den Zugang zum Getriebe ermöglicht, kann eine erste Achswellenöffnung aufweisen, und der Gehäusekörper kann eine zweite Achswellenöffnung aufweisen. Durch eine solche Anordnung der Achswellenöffnung kann das Getriebe im Vergleich zu Achsbaugruppen mit einem Zweischalengehäuse zu einem späteren Zeitpunkt in der Achsenherstellung umschlossen werden. Auf diese Weise kann die Adaptierbarkeit der Herstellung erhöht und die Herstellungskosten in bestimmten Fällen gesenkt werden, wenn dies gewünscht wird. Der Gehäusekörper kann ferner Verstärkungsrippen aufweisen, die sich über einer Vertiefung erstrecken, die zwischen einem Motorgehäuse und einem Differentialgehäuse gebildet wird. Auf diese Weise kann das Gehäuse ein gewünschtes Maß an struktureller Integrität erreichen, ohne das Gewicht der Achsbaugruppe übermäßig zu erhöhen. Als Ergebnis kann die ungefederte Masse des Fahrzeugs unter einem gewünschten Wert gehalten werden, wodurch die Federungs- und Umschlagleistung erhöht werden kann. Das Gehäuse kann ferner eine dritte Zugangsplatte aufweisen, die einen Elektromotor zumindest teilweise umschließt. Um mit einem solchen Beispiel fortzufahren, befindet sich die dritte Zugangsplatte auf einer Seite des Gehäuses, die der ersten Zugangsplatte lateral entgegengesetzt ist. Diese Anordnung ermöglicht den unabhängigen Zugriff auf den Elektromotor und das Getriebe, wodurch die Achsbaugruppe, die Reparatur und/oder die Wartung, nach Bedarf, weiter optimiert wird/werden.
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1 zeigt ein Fahrzeug 100 mit einer elektrischen Antriebsachse 102. Das Fahrzeug 100 kann ein batterieelektrisches Fahrzeug sein, bei dem eine oder mehrere elektrische Antriebsachsen zur Erzeugung von Antriebskraft verwendet werden. Es wurden auch Fahrzeuge vom Hybridtyp ins Auge gefasst, bei denen ein Verbrennungsmotor zusammen mit einer elektrischen Antriebsachse zur Erzeugung von Antriebskraft verwendet wird. Beispielsweise kann ein Verbrennungsmotor eine zweite Achse im Fahrzeug antreiben. Es wurden jedoch zahlreiche Hybridfahrzeugkonstruktionen in Betracht gezogen. Es versteht sich, dass das Fahrzeug 100 verschiedene Formen annehmen kann, wie etwa ein Personenfahrzeug, ein Geländefahrzeug, ein Lastwagen, ein leichtes Nutzfahrzeug, ein schweres Nutzfahrzeug, ein landwirtschaftliches Fahrzeug usw. Obwohl das Fahrzeug in 1 schematisch dargestellt ist, versteht es sich, dass das Fahrzeug strukturelle Merkmale aufweisen kann, die in der vereinfachten Abbildung nicht erfasst sind.
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Ein Achsensystem 150 ist in 1 als Referenz vorgesehen. Das Achsensystem 150 beinhaltet eine z-Achse, eine y-Achse und eine x-Achse. Die z-Achse kann parallel zu einer Gravitationsachse verlaufen, die x-Achse kann eine Lateral- bzw. Querachse sein und/oder die y-Achse kann eine Longitudinal- bzw. Längsachse sein. Die Achsen können in anderen Beispielen jedoch auch andere Ausrichtungen aufweisen.
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Bei der elektrischen Antriebsachse 102 kann es sich um eine Starrachse handeln, die ein Gewicht trägt. Die Starrachse beinhaltet eine Achse mit einem Radsatz, der lateral durch eine gemeinsame Welle verbunden ist. Durch das Bereitstellen einer elektrifizierten Starrachse kann es möglich sein, die Haltbarkeit des Fahrzeugantriebsstrangs zu erhöhen und im Vergleich zu anderen Federungskonstruktionen, wie etwa Einzelradfederungskonstruktionen, Vorteile hinsichtlich Traktion und Bremsung bringen. Genauer könnten Starrachsen im Vergleich zu Fahrzeugen mit Einzelradfederung beispielsweise eine höhere Haltbarkeit und Tragfähigkeit aufweisen und eine größere Gelenkigkeit ermöglichen.
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Die elektrische Antriebsachse 102 kann eine Vorder- oder Hinterachse sein und kann in einigen Ausführungsformen eine lenkbare Achse oder in anderen Ausführungsformen eine nicht lenkbare Achse sein. In jeder dieser Ausführungsformen kann der Elektromotor-Generator in der Antriebsachse gegenüber Wellenabschnitten (z. B. Halbwellen) 104, 106 in Bezug auf die x-Achse in Längsrichtung versetzt angeordnet werden. Das Positionieren des Elektromotor-Generators in Längsrichtung versetzt zu den Wellenabschnitten ermöglicht eine platzsparende Integration des Motors in die Antriebsachse. In anderen Ausführungsformen kann der Elektromotor-Generator jedoch axial an den Wellenabschnitten ausgerichtet sein.
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Die elektrische Antriebsachse 102 weist ein Gehäuse 108 auf. In einem Beispiel kann das Gehäuse 108 zumindest teilweise einen Motor-Generator, ein Getriebe und/oder ein Differential umschließen. Auf diese Weise kann in bestimmten Ausführungsformen ein kompaktes Gehäuse gemeinsam für den Motor-Generator, das Getriebe und/oder das Differential bereitgestellt werden, was zu einem effizienteren Packaging der elektrischen Antriebsachse führt. Durch das Bereitstellen eines Gehäuses, das den Motor-Generator, das Getriebe und/oder das Differential umschließt, kann das Gehäuse eine erhöhte strukturelle Integrität im Vergleich zu Gehäusekonstruktionen erreichen, bei denen Motor, Getriebe und Differential jeweils separat in jeweils eigenen Gehäusen untergebracht sind. Es versteht sich, dass das Getriebe in einigen Beispielen eine Vielzahl von Zahnrädern und in bestimmten Anordnungen eine oder mehrere Kupplungen beinhalten kann.
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Rotationsenergie kann zwischen dem Motor-Generator und dem Getriebe übertragen werden. Ebenso kann Rotationsenergie zwischen dem Getriebe und dem Differential übertragen werden. Das Differential kann so konfiguriert werden, dass es Rotationsenergie auf den ersten Wellenabschnitt 104 (z. B. eine erste Halbwelle) und den zweiten Wellenabschnitt 106 (z. B. eine zweite Halbwelle) überträgt oder Rotationsenergie von diesen empfängt, und kann geeignete Komponenten, wie etwa Ritzel, Seitenräder usw., aufweisen, um die Funktionalität der Rotationsenergieübertragung zu erreichen. In anderen Ausführungsformen muss das Differential jedoch nicht in der elektrischen Antriebsachse 102 enthalten sein. Es versteht sich, dass das Getriebe eine Getriebeuntersetzung bereitstellen kann, damit die Räder mit einer Sollgeschwindigkeit angetrieben werden können, während der Elektromotor in einem gewünschten Bereich arbeiten kann. Es versteht sich außerdem, dass die Beschreibung von Achshalbwellen nicht unbedingt eine exakte Menge der Wellenteilung angibt, sondern eher allgemein darauf hinweisen soll, dass die Welle in einigen Beispielen in verschiedene Abschnitte unterteilt ist.
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Zusätzlich ist der Elektromotor-Generator so konfiguriert, dass er in einem Antriebsmodus eine Rotationsausgabe erzeugt und/oder in einem Regenerationsmodus elektrische Energie als Reaktion auf das Empfangen einer Rotationseingabe erzeugt. Komponenten, wie etwa Rotoren und Statoren, können in dem Motor-Generator enthalten sein, damit der Motor-Generator im Antriebs- und/oder Regenerationsmodus betrieben werden kann. Es versteht sich, dass ein Energiespeicher (z. B. Batterie, Kondensator oder dergleichen) über einen Wechselrichter 109, schematisch dargestellt in 1, an den Elektromotor-Generator gekoppelt werden kann, wobei der Wechselrichter getrennt von der Achs- und Gehäusekombination montiert wird. So kann der Wechselrichter 109 in einem Beispiel von der elektrischen Antriebsachse 102 räumlich entfernt sein. Der Wechselrichter 109 ist so konfiguriert, dass er Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. In einem solchen Beispiel ist der Wechselrichter 109 elektrisch mit dem Motor-Generator in der elektrischen Antriebsachse 102 gekoppelt wie durch Pfeile 111 angegeben. Der Wechselrichter 109 kann auch elektrisch mit einem Energiespeicher gekoppelt werden. In einem alternativen Beispiel kann der Elektromotor ohne Regenerativmodus ausgelegt sein.
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Das Gehäuse 108 ist in eine Vielzahl von lösbar angebrachten Abschnitten unterteilt, so dass die elektrische Antriebsachse effizient zusammengebaut und nach Bedarf auch gewartet werden kann. Genauer weist das Gehäuse 108 einen ersten Abschnitt 110 (z. B. einen Gehäusekörper) auf. Das Gehäuse weist ferner einen zweiten Abschnitt 112, einen dritten Abschnitt 114 und einen vierten Abschnitt 116 auf, die jeweils lösbar an dem ersten Abschnitt 110 in der abgebildeten Ausführungsform befestigt sind. Es kann jedoch ein Achsgehäuse mit einer größeren oder geringeren Anzahl von Abschnitten in anderen Ausführungsformen verwendet werden. Somit können der zweite, dritte und vierte Abschnitt als Zugangsplatte dienen. Genauer ist der erste Abschnitt 110 mit dem zweiten Abschnitt 112 über Befestigungsvorrichtungen 132 an einer Schnittstelle 134 gekoppelt. Insbesondere wird im abgebildeten Beispiel die lösbare Befestigung durch Bolzen erreicht, die mit Schäften zusammenpassen. In anderen Beispielen können jedoch zahlreiche geeignete Arten von Befestigungsvorrichtungen verwendet werden. Die Schnittstelle 134 kann in einem Beispiel so konfiguriert sein, dass sie innere Hohlräume im Gehäuse 108 fluidisch abdichtet. Der erste Abschnitt 110 ist mit dem dritten Abschnitt 114 über Befestigungsvorrichtungen 136 an einer Schnittstelle 138 gekoppelt.
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In einem Anwendungsbeispiel kann der dritte Abschnitt 114 aus dem ersten Abschnitt 110 entfernt werden, damit die Verzahnung im Getriebe zugänglich wird, repariert und/oder ersetzt werden kann. Dies kann besonders bei Fahrzeugen wünschenswert sein, bei denen die Auswahl des Übersetzungsverhältnisses zu einem späteren Zeitpunkt der Herstellung erfolgen kann.
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Darüber hinaus können in bestimmten Ausführungsformen der zweite Abschnitt 112, der dritte Abschnitt 114 und/oder der vierte Abschnitt 116 Zugangsplatten sein, die eine effiziente Montage, Wartung und/oder Rekonfiguration von Komponenten, wie etwa Zahnrädern im Getriebe, Komponenten des Elektromotor-Generators und/oder Zahnrädern im Differential, ermöglichen. In dieser Ausführungsform dient der erste Abschnitt 110 als ein Gehäusekörper, der profiliert ist, um Komponenten der Achsbaugruppe, wie etwa den Elektromotor-Generator, teilweise zu umschließen und aufzunehmen.
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Der zweite Abschnitt 112 (z. B. eine Zugangsplatte) des Gehäuses 108 kann in einem nicht parallelen Winkel zum dritten Abschnitt 114 (z. B. einer Zugangsplatte) des Gehäuses angeordnet sein. Insbesondere kann in einem Beispiel der Winkel, der zwischen dem zweiten und dritten Gehäuseabschnitt gebildet wird, annähernd senkrecht verlaufen. Durch diese Anordnung der Gehäuseabschnitte kann eine größere Anzahl der Komponenten im Gehäuse zugänglich gemacht, gewartet werden usw. Die senkrechte Anordnung der zweiten und dritten Abschnitte 112, 114 ermöglicht Beschäftigten einen einfacheren und unabhängigen Zugang zum Getriebe und zum Differential. In anderen Beispielen können jedoch auch andere Winkelausrichtungen zwischen dem zweiten und dritten Gehäuseabschnitt verwendet werden. Der dritte Abschnitt 114 kann ferner ein asymmetrisches Profil in Bezug auf eine vertikale Achse aufweisen, um einen effizienteren Zugang zum Differential und anderen internen Achskomponenten zu ermöglichen.
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In einigen Ausführungsformen kann es sein, dass das Gehäuse 108 nur über die Achse (z. B. eine Starrachse) mit einer Fahrzeugkarosserie (z. B. einem Fahrzeugrahmen) verbunden ist. Auf diese Weise kann das Gehäuse effizient in die Achsbaugruppe integriert werden, um ein vereinfachtes Packaging anderer Fahrzeugkomponenten, wie etwa Batteriepacks, Federungskomponenten usw., zu ermöglichen. In anderen Beispielen kann das Gehäuse jedoch mit der Fahrzeugkarosserie gekoppelt sein.
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Das Gehäuse 108 kann eine elektrische Schnittstelle 120 aufweisen. Die elektrische Schnittstelle 120 kann eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen 122 zum Koppeln mit dem Wechselrichter aufweisen. Ein Teil der elektrischen Anschlüsse 122 (z. B. Minus- und Pluspole) kann so konfiguriert werden, dass er den Motor-Generator mit elektrischer Energie versorgt oder elektrische Energie vom Motor-Generator empfängt. Ein weiterer Teil der elektrischen Anschlüsse 122 kann so ausgelegt sein, dass er Steuersignale an den Motor-Generator und/oder das Getriebe überträgt sowie Sensorsignale vom Motor und/oder Getriebe empfängt. Auf diese Weise kann die elektrische Schnittstelle 120 sowohl die Verteilung von elektrischem Strom für die Antriebskrafterzeugung im Motor bereitstellen als auch als Befehls-/Sensorsignalschnittstelle dienen. Die elektrischen Anschlüsse 122 sind lateral ausgerichtet dargestellt, was eine kompakte Führung der elektrischen Kabel von dort aus ermöglichen kann. Die elektrischen Anschlüsse 122 können jedoch in anderen Ausführungsformen verschiedene Ausrichtungen aufweisen.
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Ein Kabelbaum 124 kann ebenfalls im Gehäuse 108 enthalten sein. Der Kabelbaum 124 weist Öffnungen 126 auf, durch die Drähte auf ihrem Weg zu einem Energiespeicher, einer Steuerung usw. entlang eines gewünschten Weges geführt werden können. Die Öffnung 126 kann in einigen Beispielen an den elektrischen Anschlüssen 122 ausgerichtet sein. In anderen Beispielen können die Öffnungen jedoch in Bezug auf die elektrischen Anschlüsse 122 abgewinkelt sein, damit der elektrische Kabelweg wie gewünscht umgelenkt werden kann. Der Kabelbaum 124 ermöglicht eine Kabeltrennung, um die Gefahr einer Kabeldegradation zu verringern. Folglich wird die Langlebigkeit der Antriebsachse erhöht. Der Kabelbaum 124 und die elektrische Schnittstelle 120 können auf der Oberseite 127 des Gehäuses 108 positioniert werden, um die Möglichkeit einer Verschlechterung der Komponenten durch Stöße von äußeren Objekten während des Fahrzeugbetriebs zu verringern. Es wurden jedoch Achsausführungsformen in Betracht gezogen, bei denen der Kabelbaum 124 und/oder die elektrische Schnittstelle 120 auf einer Unterseite des Gehäuses angeordnet sind.
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Radlageranordnungen 128 sind ebenfalls drehbar gekoppelt mit dem ersten Wellenabschnitt 104 und dem zweiten Wellenabschnitt 106 dargestellt. Die Radlageranordnungen 128 sind so konstruiert, dass sie eine Raddrehung ermöglichen, und an ihnen können Räder montiert werden.
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Stoßdämpfer (z. B. Blattfedern, Schraubenfedern, Luftfedern, Kombinationen davon usw.) können mit dem ersten Wellenabschnitt 104 und/oder dem zweiten Wellenabschnitt 106 gekoppelt werden. Auf diese Weise kann ein Federungssystem 129, schematisch dargestellt in 1, an die elektrische Antriebsachse 102 gekoppelt werden. Es versteht sich, dass das Federungssystem zusätzliche oder alternative Komponenten, wie etwa Dämpfungskomponenten, Federbeine, Gestänge und dergleichen, aufweisen kann. Die elektrische Antriebsachse 102 kann Montageschnittstellen 130 aufweisen, um eine Aufnahme von Stoßdämpfern und/oder anderen Komponenten des Federungssystems zu ermöglichen. Das Federungssystem 129 kann ferner an einen Fahrzeugrahmen gekoppelt werden, der schematisch unter 131 dargestellt ist. So kann die elektrische Antriebsachse 102 einen ungefederten Abschnitt des Fahrzeugs bilden und der Rahmen 131 und andere konventionelle Komponenten können einen gefederten Abschnitt des Fahrzeugs bilden. Das Gehäuse 108 der elektrischen Antriebsachse 102 kann verschiedene, hierin näher erörterte Konstruktionsmerkmale aufweisen, die es ermöglichen, das Gewicht der Achse zu reduzieren, falls gewünscht. Auf diese Weise kann die ungefederte Masse des Fahrzeugs reduziert werden, um das die Umschlags- und Federungsleistung des Fahrzeugs zu erhöhen.
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2-3 zeigen detaillierte Explosionsdarstellungen des Gehäuses 108. Insbesondere 2 zeigt das Gehäuse 108 mit dem ersten Abschnitt 110, zweiten Abschnitt 112, dritten Abschnitt 114 und vierten Abschnitt 116. Der erste Abschnitt 110 kann einen ersten Hohlraum 200, einen zweiten Hohlraum 202 und/oder einen dritten Hohlraum 204 aufweisen. Wenn die Achse montiert ist, kann in dem ersten Hohlraum 200 zumindest teilweise ein Abschnitt eines Getriebes 205, in dem zweiten Hohlraum 202 zumindest teilweise ein Differential 207 und/oder in dem dritten Hohlraum 204 zumindest teilweise ein Elektromotor-Generator 209 untergebracht sein. Der erste Hohlraum 200 kann sich in Längsrichtung erstrecken und für das effiziente Packaging von Zahnrädern im Getriebe Platz bieten. In anderen Beispielen können jedoch auch andere Formen des ersten Hohlraums verwendet werden. Der dritte Hohlraum.204 kann eine zylindrische Form aufweisen, um eine effiziente Häusung des Elektromotor-Generators zu ermöglichen. Obwohl das Getriebe 205, das Differential 207 und der Elektromotor-Generator 209 schematisch dargestellt sind, versteht es sich, dass diese Vorrichtungen eine größere strukturelle Komplexität aufweisen und gemeinsame Komponenten, wie etwa einen Rotor, einen Stator, Zahnräder, Achswellen und dergleichen, aufweisen können.
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Der erste Gehäuseabschnitt 110 weist eine Öffnung 206 auf, die so bemessen ist, dass sie den zweiten Wellenabschnitt 106 aufnehmen kann, wie in 1 gezeigt, und der zweite Gehäuseabschnitt 112 weist eine Öffnung 208 auf, die so bemessen ist, dass sie den ersten Wellenabschnitt 104 aufnehmen kann, wie in 1 gezeigt. Daher können die Öffnungen eine zylindrische Form aufweisen. Die Öffnungen 206, 208 können daher lateral ausgerichtet und an lateral entgegengesetzten Seiten der Gehäuseanordnung positioniert sein. Durch das Anordnen der Öffnung 208 in einer der Zugangsplatten kann das Getriebe 205, falls gewünscht, zu einem späteren Zeitpunkt in der Achsenherstellung eingebaut werden. Dadurch wird die Adaptierbarkeit der Achse verbessert.
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Der erste Abschnitt 110 weist einen ersten Flansch 210 auf. Der zweite Abschnitt 112 weist einen Flansch 212 auf, der in Flächenkontakt mit dem ersten Flansch 210 steht. Der erste Flansch 210 kann Löcher 214 aufweisen, die zum Aufnehmen von Befestigungsvorrichtungen konfiguriert sind, so dass der erste Gehäuseabschnitt 110 am zweiten Gehäuseabschnitt 112 befestigt werden kann.
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Der erste Abschnitt 110 des Gehäuses 108 kann einen zweiten Flansch 216 aufweisen. Der zweite Flansch 216 kann in einem Winkel 400 (z. B. einem senkrechten Winkel), wie in 4 dargestellt, zum ersten Flansch 210 angeordnet sein. Auf diese Weise kann z. B. bei der Wartung der Achsen eine größere Breite des Getriebes zugänglich sein. In anderen Beispielen kann der erste Flansch 210 jedoch parallel zum zweiten Flansch 216 verlaufen. Der zweite Flansch 216 kann bei der Montage der Achse in Flächenkontakt mit einem Flansch 217 in dem dritten Abschnitt 114 stehen. Es ist dargestellt, dass der Flansch 217 Vorsprünge 219 aufweist, damit der dritte Gehäuseabschnitt mit dem ersten Gehäuseabschnitt gekoppelt werden kann. Es können jedoch auch andere geeignete lösbare Befestigungstechniken zwischen dem ersten und dritten Gehäuseabschnitt verwendet werden.
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Der vierte Gehäuseabschnitt 116 und der erste Abschnitt 110 können im zusammengebauten Zustand eine Presspassung aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können Befestigungsvorrichtungen verwendet werden, um den vierten Gehäuseabschnitt 116 an dem ersten Gehäuseabschnitt 110 zu befestigen.
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2 zeigt ferner die Verstärkungsrippen 118, die im Achsgehäusekörper enthalten sein können. Die Verstärkungsrippen 118 ermöglichen es, die strukturelle Integrität des Gehäuses zu erhöhen, ohne das Gewicht der Achse über ein Konstruktionsziel hinaus zu erhöhen. Infolgedessen kann die Leistung von Fahrzeug und Federung aufgrund einer Verringerung des ungefederten Gewichts des Fahrzeugs im Vergleich zu Gehäusestrukturen, die lediglich die Wandstärke erhöhen, um strukturelle Integrität zu erreichen, erhöht werden. Wie dargestellt, erstreckt sich ein Abschnitt der Rippen 118 (z. B. in Längsrichtung) über eine Vertiefung 119, die zwischen einem Motorgehäuse 121 und einem Differentialgehäuse 123 gebildet ist. Auf diese Weise kann das Gehäuse ein relativ kompaktes Profil behalten, während das Gehäuse gleichzeitig verstärkt wird. Genauer kann die Tragwirkung der Achse verbessert werden, ohne die Größe des Achsgehäuses übermäßig zu erhöhen. Es versteht sich, dass die Verstärkungsrippen 118 im Wesentlichen parallel zur y-Achse angeordnet sein können. Daher können die Verstärkungsrippen 118 einander entgegengesetzte plane Seiten 241 aufweisen, die jeweils parallel zu einer z-y-Ebene verlaufen. Es wurden jedoch auch andere Rippenformen vorgesehen.
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Die Verstärkungsrippen 118 können ferner dazu dienen, Wärmeenergie von der Achse weg an die Umgebung abzugeben. Die Rippen können daher als Wärmeübertragungsrippen fungieren. Die vertikalen Höhen der Rippen können lateral und/oder longitudinal variieren, um die strukturelle Verstärkung anhand der erwarteten lokalen Belastung in verschiedenen Abschnitten des Gehäusekörpers abzustimmen, um weitere Gewichtsreduzierungen zu ermöglichen und gleichzeitig Konstruktionsziele zu erreichen. So kann, wie dargestellt, die vertikale Höhe der Rippen 243, die sich über die Vertiefung 119 erstrecken, größer sein als die Höhe der Rippen 244, die sich lateral über den Gehäusekörper erstrecken. Auf diese Weise kann ein gewünschtes Gleichgewicht zwischen Achsstärke und Kompaktheit erreicht werden.
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Ein weiterer Abschnitt der Verstärkungsrippen 118 kann sich lateral über den Gehäusekörper erstrecken, um das Gehäuse weiter zu verstärken. Diese lateral ausgerichteten Rippen können sich in einigen Fällen bis zur Achswellenöffnung 206 erstrecken, um Lager und/oder andere Komponenten, die sich darin befinden, zu verstärken und abzustützen.
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Verstärkungsrippen 239 können ferner im dritten Abschnitt 114 bereitgestellt werden. Die Verstärkungsrippen 239 können sich insbesondere lateral über den dritten Abschnitt 114 erstrecken, um das Gehäuse hinsichtlich Torsions- und Biegebelastung zu verstärken, ohne das Gehäusegewicht über einen Zielwert zu erhöhen.
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Die Komponenten im Gehäuse 108 können entlang verschiedener Achsen angeordnet sein, um in einigen Ausführungsformen ein effizientes Komponenten-Packaging zu erleichtern. Genauer kann eine erste Achse 240 eine Drehachse des Elektromotor-Generators und/oder eine Antriebswelle des Getriebes sein und eine zweite Achse 242 kann eine Drehachse einer oder mehrerer Abtriebswellen des Getriebes und/oder des Differentials sein. Die erste Achse 240 ist in Längsrichtung gegenüber der zweiten Achse 242 versetzt dargestellt. Auf diese Weise kann die Achsbaugruppe effizient angeordnet werden. Es wurden jedoch zahlreiche geeignete Gehäuseprofile vorgesehen.
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Darüber hinaus kann sich der zweite Abschnitt 112 in Längsrichtung entlang des Gehäusekörpers von der ersten Achse 240 bis zur zweiten Achse 242 erstrecken. Auf diese Weise können Beschäftigte z. B. bei der Herstellung oder Reparatur von Achsen Zugang zu einem größeren Abschnitt des Getriebes erhalten. Eine erhöhte Herstellungs- und Reparatureffizienz kann sich aus dem verbesserten Zugang zum Getriebe ergeben.
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3 zeigt wiederum das Gehäuse 108 mit dem ersten Abschnitt 110, dem zweiten Abschnitt 112, dem dritten Abschnitt 114 und dem vierten Abschnitt 116. Der erste Flansch 210 und der zweite Flansch 216 des ersten Abschnitts 110 des Gehäuses 108 sind ferner in 3 dargestellt. Der vierte Abschnitt 116 ist mit einer kreisförmigen Außenform dargestellt, die es ermöglicht, den Elektromotor-Generator 209 effizient zu installieren, zugänglich zu machen und/oder zu reparieren. Es können jedoch auch andere, weniger platzsparende Formen der Zugangsplatte in anderen Ausführungsformen verwendet werden. Der vierte Abschnitt 116 und der zweite Abschnitt 112 sind an einander entgegengesetzten lateralen Seiten des ersten Abschnitts 110 (z. B. des Gehäusekörpers) angeordnet, was Beschäftigten einen effizienten Zugang zum Elektromotor-Generator 209 und zum Getriebe 205 ermöglicht, ohne den Zugang zu anderen Gehäuseabschnitten während der Installations-, Reparatur- und/oder Reparaturverfahren zu behindern. Darüber hinaus können der dritte und der vierte Abschnitt 114, 116 in Längsrichtung voneinander beabstandet angeordnet werden, damit die Zugangsplatten während der Reparatur unabhängig voneinander ein- und ausgebaut werden können.
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3 zeigt erneut die Rippen 118 mit einem Abschnitt, der sich über die Vertiefung 119 erstreckt. Diese Rippe kann sich nach unten verjüngen, um sich der zylindrischen Form des Hohlraums anzupassen.
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4 zeigt eine Draufsicht auf den ersten Abschnitt 110 des Gehäuses 108. Die in 1 gezeigte Öffnung 206, die für das Aufnehmen des zweiten Wellenabschnitts 106 bemessen ist, ist wieder zusammen mit den Verstärkungsrippen 118 dargestellt. Die Verstärkungsrippen 118 können lateral ausgerichtete Rippen 401 beinhalten, die die längs ausgerichteten Rippen 404 kreuzen, um eine robustere strukturelle Verstärkung des Gehäuses zu gewährleisten. Andere Rippenanordnungen können jedoch verwendet werden, wenn sich die Rippen nicht oder unter anderen Winkeln schneiden.
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Der erste Flansch 210 kann ferner parallel zu einer Gehäusefläche 402 verlaufen, die so profiliert ist, dass sie den vierten Gehäuseabschnitt 116 aufnimmt, der in 3 dargestellt ist. Die Gehäusefläche 402 kann lateral von der Achswellenöffnung 206 nach innen versetzt werden, um das Packaging der Achse noch effizienter zu machen.
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1-4 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn gezeigt ist, dass diese Elemente einander direkt berühren oder direkt gekoppelt sind, können sie zumindest in einem Beispiel als einander direkt berührend bzw. als direkt gekoppelt bezeichnet werden. Ähnlich können Elemente, die aneinander angrenzend oder zueinander benachbart gezeigt sind, in mindestens einem Beispiel aneinander angrenzend bzw. zueinander benachbart sein. Beispielsweise können Komponenten, die in einem vollflächigen Kontakt miteinander liegen, als in einem vollflächigen Kontakt befindlich bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt mit nur einem Zwischenraum und keinen anderen Komponenten dazwischen befindlich in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden, in mindestens einem Beispiel. Als noch ein weiteres Beispiel können Elemente, die über- bzw. untereinander, auf einander entgegengesetzten Seiten oder links bzw. rechts voneinander gezeigt sind, relativ zueinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, in mindestens einem Beispiel ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements als eine „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden, und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements kann als eine „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden, in mindestens einem Beispiel. Wenn hierin verwendet, können oben / unten, obere/r/s / untere/r/s, oberhalb / unterhalb relativ zu einer vertikalen Achse der Figuren sein und verwendet werden, um eine Positionierung von Elementen der Figuren relativ zueinander zu beschreiben. Elemente, die oberhalb anderer Elemente gezeigt sind, sind vertikal oberhalb den anderen Elementen positioniert, in einem Beispiel. Als noch ein weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die innerhalb der Figuren abgebildet sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (z. B. als rund, gerade, eben, gewölbt, abgerundet, gefast, abgewinkelt oder Ähnliches). Ferner können Elemente, die einander schneiden, als schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden, in mindestens einem Beispiel. Ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt wird, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden. In anderen Beispielen können gegeneinander versetzte Elemente als solche bezeichnet werden. In weiteren Beispielen können gegeneinander versetzte Komponenten als solche bezeichnet werden.
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Die technische Wirkung der hierin beschriebenen Achsbaugruppe und des Gehäuses besteht darin, eine kompakt angeordnete elektrische Antriebsachse mit erhöhter struktureller Integrität zu schaffen.
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Die Erfindung wird in den folgenden Abschnitten näher beschrieben. In einem Aspekt ist eine elektrische Antriebsachse bereitgestellt, die ein Gehäuse umfasst, das so konfiguriert ist, dass es einen Elektromotor-Generator und/oder ein Getriebe umschließt; wobei das Gehäuse einen ersten Abschnitt aufweist, der lösbar mit einem zweiten Abschnitt gekoppelt ist; wobei der zweite Abschnitt das Getriebe zumindest teilweise umschließt; und wobei der erste Abschnitt eine erste Achswellenöffnung aufweist und der zweite Abschnitt eine zweite Achswellenöffnung aufweist, die lateral an der ersten Achswellenöffnung ausgerichtet ist.
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In einem weiteren Aspekt ist eine starre elektrische Antriebsachse bereitgestellt, die umfasst: ein Gehäuse, das so konfiguriert ist, dass es zumindest einen Abschnitt von jeweils einem Elektromotor-Generator, einem Getriebe und einem Differential umschließt; und ein Paar von Wellenabschnitten, die sich durch ein Paar von Achswellenöffnungen in dem Gehäuse erstrecken; wobei das Gehäuse nicht direkt an einem Fahrzeugrahmen montiert ist; und wobei das Gehäuse eine erste Zugangsplatte aufweist, die lösbar mit einem Gehäusekörper gekoppelt ist und zumindest teilweise eines oder mehrere von dem Differential, dem Getriebe und/oder dem Elektromotor-Generator umsch ließt.
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Bei jedem der Aspekte oder jeder der Kombinationen der Aspekte kann die elektrische Antriebsachse eine Starrachse sein.
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Bei jedem der Aspekte oder jeder der Kombinationen der Aspekte kann sich der zweite Abschnitt in Längsrichtung zwischen einer Drehachse des Elektromotor-Generators und einer Drehachse einer Achswelle erstrecken.
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Bei jedem der Aspekte oder jeder der Kombinationen der Aspekte kann das Gehäuse eine Vielzahl von Verstärkungsrippen aufweisen, die eine zwischen einem Motorgehäuse und einem Differentialgehäuse gebildete Vertiefung durchkreuzen.
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Bei jedem der Aspekte oder jeder der Kombinationen der Aspekte kann das Gehäuse einen dritten Abschnitt aufweisen, der lösbar mit dem ersten Abschnitt verbunden und so konfiguriert ist, dass er ein Differential umschließt.
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Bei jedem der Aspekte oder jeder der Kombinationen der Aspekte kann das Gehäuse einen vierten Abschnitt aufweisen, der lösbar mit dem ersten Abschnitt verbunden und so konfiguriert ist, dass er den Elektromotor-Generator zumindest teilweise umschließt.
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Bei jedem der Aspekte oder jeder der Kombinationen der Aspekte kann eine erste Schnittstelle zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt gebildet werden, die das Getriebe zumindest teilweise in Umfangsrichtung umgibt.
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Bei jedem der Aspekte oder jeder der Kombinationen der Aspekte kann eine zweite Schnittstelle zwischen dem dritten Abschnitt und der ersten Schnittstelle gebildet werden, die lateral von der zweiten Schnittstelle versetzt sein kann.
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Bei jedem der Aspekte oder jeder der Kombinationen der Aspekte können die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle rechtwinklig zueinander angeordnet sein.
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Bei jedem der Aspekte oder jeder der Kombinationen der Aspekte kann der vierte Abschnitt lateral von der ersten Achswellenöffnung versetzt sein.
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Bei jedem der Aspekte oder jeder der Kombinationen der Aspekte kann der Gehäusekörper eine erste Achswellenöffnung aufweisen und die erste Zugangsplatte eine zweite Achswellenöffnung aufweisen, wobei sich die erste Zugangsplatte in Längsrichtung zwischen einer Drehachse des Elektromotor-Generators und einer Drehachse einer Achswelle erstreckt.
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Bei jedem der Aspekte oder jeder der Kombinationen der Aspekte kann das Gehäuse Folgendes umfassen: eine oder mehrere Längsverstärkungsrippen, die eine zwischen einem Motorgehäuse und einem Differentialgehäuse gebildete Vertiefung durchkreuzen; und eine oder mehrere Querverstärkungsrippen, die die eine oder mehreren Längsverstärkungsrippen schneiden.
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Bei jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Gehäuse eine zweite Zugangsplatte aufweisen, wobei die zweite Zugangsplatte den Zugang zum Differential ermöglicht und in einem nicht parallelen Winkel in Bezug auf die erste Zugangsplatte angeordnet ist.
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Bei jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Gehäuse eine dritte Zugangsplatte umfassen, die den Elektromotor-Generator zumindest teilweise umschließt.
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Bei jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die erste Zugangsplatte senkrecht zur zweiten Zugangsplatte angeordnet sein.
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Bei jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte können die dritte und die erste Zugangsplatte auf lateral gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses positioniert werden.
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Bei jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die dritte Zugangsplatte lateral von einer der Öffnungen in den beiden Achswellenöffnungen versetzt sein.
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Bei jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann eine Schnittstelle zwischen der ersten Zugangsplatte und dem Gehäusekörper gebildet werden, wobei die Schnittstelle so konfiguriert ist, dass sie das Getriebegehäuse zumindest teilweise am Umfang umschließt.
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Bei jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Paar von Achswellenöffnungen im Gehäuse lateral ausgerichtet sein.
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In einer anderen Darstellung ist eine elektrifizierte Kernachse bereitgestellt, die einen Gehäusekörper mit einer Vielzahl von Zugangsplatten umfasst, die Zugang zu einem Getriebe, einem Elektromotor und einem Differential bereitstellen, und wobei der Gehäusekörper eine erste Achswellenöffnung aufweist, eine der Vielzahl von Zugangsplatten eine zweite Achswellenöffnung aufweist, eine der Zugangsplatten sich in Längsrichtung von einer Drehachse des Elektromotors und einer Drehachse einer Achswelle erstreckt, und wobei eine der Zugangsplatten in Längsrichtung außerhalb der Drehachse der Achswelle positioniert ist.
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Obwohl vorstehend verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, sei klargestellt, dass sie als Beispiel und nicht zur Beschränkung angegeben wurden. Dem Fachmann ist offenkundig, dass der offenbarte Gegenstand in anderen konkreten Formen verkörpert sein kann, ohne vom Gedanken des Gegenstands abzuweichen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten. Es versteht sich daher, dass die hierin offenbarten Konfigurationen in ihrer Natur beispielhaft sind und dass diese konkreten Beispiele nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, da viele Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehend genannte Technologie auf Antriebsstränge angewendet werden, die verschiedene Arten von Antriebsquellen einschließlich verschiedener Arten von elektrischen Maschinen und Getrieben aufweisen. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie weitere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart wurden.
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Wenn hierin verwendet, wird der Begriff „im Wesentlichen“ und „ungefähr“ so ausgelegt, dass er plus oder minus fünf Prozent oder weniger eines Bereichs oder Wertes bedeutet, sofern nicht anders angegeben.
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Die folgenden Ansprüche stellen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden, besonders heraus. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind weder so zu verstehen, dass sie eine Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente beinhalten, noch so, dass sie den Ausschluss von zwei oder mehreren solcher Elemente verlangen. Weitere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch eine Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Präsentation neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, sei ihr Bereich nun breiter, enger, gleich oder anders als derjenige der ursprünglichen Ansprüche, werden ebenfalls als innerhalb des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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