DE202023102925U1

DE202023102925U1 - Elektrische Antriebseinheit mit einer Trennanordnung

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Publication number: DE202023102925U1
Application number: DE202023102925.6U
Authority: DE
Original assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 2022-05-27
Filing date: 2023-05-26
Publication date: 2023-09-06
Anticipated expiration: 2033-05-27
Also published as: US12011995B2; US20230382222A1; CN220562540U

Abstract

System für eine elektrische Antriebseinheit, das umfasst:
eine in einem Differential angeordnete Klauenkupplung, die dazu konfiguriert ist, einen Elektromotor wahlweise mechanisch von einem oder mehreren Antriebsrädern zu entkoppeln, und die eine erste Schnittstelle aufweist, die dazu ausgelegt ist, wahlweise in eine zweite Schnittstelle einzugreifen;
wobei die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle jeweils eine Vielzahl von Zähnen enthalten, wobei jeder Zahn der Vielzahl von Zähnen eine Antriebsflanke und eine Auslaufflanke aufweist und die Auslaufflanke einen ersten Zahnwinkel hat, der größer ist als ein zweiter Zahnwinkel der Antriebsflanke.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich allgemein auf Systeme für eine Trennanordnung in einer elektrischen Antriebseinheit eines Fahrzeugs oder für ein Fahrzeug.
HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG
In Kraftfahrzeugen werden elektrische Antriebseinheiten mit Traktionsmotoren u. a. zur Erzeugung von Antriebskraft eingesetzt. Einige elektrische Antriebe verwenden Permanentmagnetmotoren (PM-Motoren). PM-Motoren enthalten im Rotor eingebettete Permanentmagnete, die elektromagnetisch mit einem Stator zusammenwirken. Wenn die Stromversorgung des PM-Motors unterbrochen wird, ändert sich das Magnetfeld in den Permanentmagneten, und als Reaktion auf das sich ändernde Magnetfeld wird ein magnetisches Schleppmoment auf den Rotor des PM-Motors erzeugt. Das magnetische Schleppmoment kann insbesondere eine Hysteresekomponente und eine Wirbelstromkomponente enthalten.
Es wurden Versuche unternommen, das magnetische Schleppmoment in PM-Motoren zu reduzieren. Ein Ansatz zur Entkopplung des PM-Motors, um das magnetische Schleppmoment zu verringern, wird von Zepp et al. in US 7,863,789 beschrieben. Darin stellt Zepp einen PM-Elektromotor vor, der einen Rotor enthält. Der Rotor enthält eingebettete Permanentmagnete. Der Zepp-Motor besteht aus einem Stator, der den Rotor entlang derselben Achse konzentrisch umgibt, und einem Aktuator, der eine kontinuierliche axiale Verschiebung des Rotors entlang der Welle in Bezug auf den Stator ermöglicht. Durch die axiale Verschiebung des Rotors gegenüber dem Stator mittels des Aktuators kann die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Stator und dem Rotor reduziert werden, wenn der Rotor aus der Umhüllung des Stators herausgeschoben wird, wodurch das im Permanentmagnet induzierte magnetische Schleppmoment und die Eisenverluste in den Statorwicklungen verringert werden.
Die Erfinder haben jedoch mögliche Probleme mit solchen Systemen erkannt. Beim Betrieb des Zepp-Elektromotors mit Spannung am Stator wird beispielsweise der gesamte Stator mit Strom versorgt, was die Ineffizienz des Antriebsstrangs erhöht. Darüber hinaus kann das System von Zepp zur Verlagerung des Rotors zur Verringerung des Schleppmoments eine Latenz aufweisen. Darüber hinaus haben die Erfinder unerwartet erkannt, dass es wünschenswert sein kann, den Motor von den Antriebsrädern an einer Stelle zu entkoppeln, die näher an den Antriebsrädern liegt, um die Verluste im Antriebsstrang beim Abkoppeln der Räder zu verringern.
Die oben beschriebenen Probleme können zumindest teilweise durch ein elektrisches Fahrzeugsystem gelöst werden. Das System beinhaltet in einem Beispiel eine Klauenkupplung, die in einem Differential angeordnet ist. Die Klauenkupplung ist dazu konfiguriert, einen Elektromotor wahlweise mechanisch von einem oder mehreren Antriebsrädern zu entkoppeln. Die Klauenkupplung fungiert also als Trennvorrichtung. Die Klauenkupplung beinhaltet eine erste Schnittstelle, die dazu dient, wahlweise in eine zweite Schnittstelle einzugreifen. Die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle enthalten jeweils eine Vielzahl von Zähnen, wobei jeder Zahn der Vielzahl von Zähnen eine Antriebsflanke und eine Auslaufflanke aufweist und die Auslaufflanke einen ersten Zahnwinkel hat, der größer ist als ein zweiter Zahnwinkel der Antriebsflanke. Die Konstruktion einer Kupplung mit einer Auslaufflanke und einer Antriebsflanke mit dieser winkligen Anordnung verringert die Ausrückkraft, die zum Ausrücken der Kupplung und zum Entkoppeln des Motors von den Antriebsrädern erforderlich ist. Folglich lässt sich die Kupplung im Vergleich zu Kupplungen mit symmetrischen Auslauf- und Antriebsflanken effizienter und schneller auskuppeln.
In einem Beispiel kann der Elektromotor ein PM-Motor sein, und das System kann außerdem einen Elektromagnet enthalten, der zum Einrücken der Klauenkupplung ausgelegt ist, und eine interne Feder, die zum Ausrücken der Klauenkupplung ausgelegt ist, um die Gefahr eines unbeabsichtigten Einrückens zu verringern (z. B. zu verhindern). In einem solchen Beispiel kann das System außerdem eine Steuerung enthalten, die dazu ausgelegt ist, den Elektromagnet zu erregen, um die Klauenkupplung einzurücken. Umgekehrt kann der Elektromagnet aberregt werden, wenn der PM seine Leistung verliert, und die Feder fungiert dazu, die Klauenkupplung auszurücken. Auf diese Weise wird die Klauenkupplung bei einem Verlust der Motorleistung automatisch ausgerückt, um Getriebeverluste zu verringern und ein unerwünschtes Verhalten des Antriebsstrangs bei einem Verlust der Motorleistung zu vermeiden. Folglich wird die Leistung des Getriebes verbessert.
Es versteht sich, dass die obige Zusammenfassung dazu dient, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher erläutert werden. Sie ist nicht dazu gedacht, die wichtigsten oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert wird, die auf die detaillierte Beschreibung folgen. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die die oben oder in anderen Teilen dieser Offenbarung genannten Nachteile beheben.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

1A zeigt einen beispielhaften Getriebekasten, der in einem Elektrofahrzeug enthalten sein kann.
1B zeigt den beispielhaften Getriebekasten aus 1A mit abgenommener Abdeckung und veranschaulicht ein darin enthaltenes Getriebe.
2 zeigt eine Seitenansicht des Getriebes aus 1B.
3 zeigt ein Schaltbild des Getriebes aus 2.
4 zeigt eine Querschnittdarstellung eines Differentials des Getriebes aus 1B.
5 zeigt eine beispielhafte Klauenkupplung einer Trennanordnung des Getriebes aus 1B.
6 zeigt ein schematisches Beispiel eines Klauenzahns der Klauenkupplung aus 5, einschließlich verschiedener Winkel für eine Auslaufflanke und eine Antriebsflanke.
7 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Ausrücken der Trennanordnung, um die Antriebsräder als Reaktion darauf zu entkoppeln, dass der Motor Leistung verliert.
8 zeigt ein Beispiel für eine Zeitleiste zur Unterbrechung der Stromzufuhr zu einem Magnetstellantrieb der Trennanordnung als Teil der Entkopplung des Motors von den Antriebsrädern, wenn der Motor stromlos ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Betrieb einer Klauenkupplung einer Trennanordnung für eine elektrische Antriebseinheit. Der Elektromotor kann mit einem Getriebe gekoppelt sein, das in einem Getriebekasten enthalten sein kann, wie in 1A dargestellt. 1B zeigt eine geöffnete Ansicht des Getriebekastens mit dem darin enthaltenen Getriebe. Das Getriebe kann zusätzlich zur Trennanordnung ein oder mehrere Zahnräder in einem Getriebezug enthalten, wie in 2 dargestellt. Der Elektromotor kann mit dem Getriebe gekoppelt werden, wie in 3 schematisch dargestellt.. Der Getriebezug kann die Leistung des Elektromotors über ein Differential auf die Antriebsräder eines Fahrzeugs übertragen; eine Querschnittdarstellung des Differentials ist in 4 dargestellt. Ebenfalls mit dem Differential gekoppelt ist die Trennanordnung, die die Kraftübertragung vom Elektromotor zu den Antriebsrädern des Fahrzeugs durch Trennen von zwei Zahnrädern einer Klauenkupplung unterbrechen kann, wodurch das Getriebe mechanisch von den Antriebsrädern entkoppelt wird; Einzelheiten zu den beiden Zahnrädern der Klauenkupplung sind in 5 dargestellt. Jeder Zahn eines Zahnrads der Klauenkupplung kann zwei Flanken haben, eine Antriebsflanke und eine Auslaufflanke, die beide ein Ineinandergreifen der beiden Zahnräder der Klauenkupplung ermöglichen können. 6 zeigt einen Zahn einer Klauenkupplungsschnittstelle mit einer Auslaufflanke und einer Antriebsflanke, wobei der Winkel der Auslaufflanke flacher ist als der Winkel der Antriebsflanke. Die Trennanordnung kann die Klauenkupplung durch Aberregen eines Elektromagneten der Trennanordnung auskuppeln; ein entsprechendes Verfahren ist in 7 dargestellt. Ferner ist ein Anwendungsfall-Zeitdiagramm für das Ausrücken einer Klauenkupplung in 8 dargestellt.
Als Referenz ist ein Achsensystem 111 in 1A sowie in 1B-6 dargestellt. In einem Beispiel kann die z-Achse eine vertikale Achse sein (z. B. parallel zu einer Gravitationsachse), die x-Achse kann eine seitliche Achse sein (z. B. eine horizontale Achse), und/oder die y-Achse kann eine Längsachse sein. In anderen Beispielen können die Achsen jedoch auch andere Ausrichtungen haben. Ferner ist eine Drehachse 115 des Differentials 400 in 1A-4 als Referenz dargestellt. Es versteht sich, dass die Drehachse 115 die Drehachse der Achswellen im Differential sein kann. Wie hier beschrieben, kann sich die axiale Bewegung auf die Bewegung einer Komponente in einer Richtung parallel zur Drehachse beziehen. 1A-B, 2, 4, 5 und 6 sind annähernd maßstabsgetreu dargestellt. In anderen Ausführungsbeispielen können jedoch auch andere relative Komponentenabmessungen zum Einsatz kommen.
1A zeigt einen Getriebekasten 100, der Teil eines Getriebesystems eines Fahrzeugs sein kann, wobei das Fahrzeug schematisch mit 101 dargestellt ist. Das Fahrzeug 101 kann ein leichtes, mittleres oder schweres Nutzfahrzeug sein.
Das Fahrzeug 101 beinhaltet eine elektrische Antriebseinheit 160. So kann das Fahrzeug 101 ein Elektrofahrzeug sein (z. B. ein reines Elektrofahrzeug oder ein Hybridelektrofahrzeug mit Verbrennungsmotor). Im Einzelnen kann die elektrische Antriebseinheit 160 eine oder mehrere Antriebsachsen mit Antriebskraft versorgen. In einem Anwendungsfall kann die elektrische Antriebseinheit 160 zum Beispiel zwei elektrische Achsen mit separaten Traktionsmotoren enthalten. Alternativ kann die elektrische Antriebseinheit auch einen Traktionsmotor beinhalten, der die Antriebskraft je nach den Betriebszuständen des Fahrzeugs und/oder der Vorliebe des Fahrers auf eine oder beide Antriebsachsen verteilt. In beiden Beispielen kann die elektrische Antriebseinheit ein elektrischer Vierradantrieb sein (z. B. ein elektrischer Allradantrieb), bei dem die vorderen und hinteren Antriebsräder unter bestimmten Betriebsbedingungen angetrieben werden können. Bei der Ausführung als Hybridfahrzeug kann das Fahrzeug eine Achse enthalten, die von einem Elektromotor angetrieben wird, und eine weitere Achse, die von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, während des Fahrbetriebs. In anderen Beispielen kann die elektrische Antriebseinheit außerdem in einen Antriebsstrang mit Vorderradantrieb oder einen Antriebsstrang mit Hinterradantrieb eingebaut sein.
Der Getriebekasten 100 kann Komponenten eines Getriebesystems umschließen und ein geteiltes Gehäuse 103 enthalten, das das Getriebesystem umschließt, wobei das geteilte Gehäuse 103 einen unteren Teil 104 und einen oberen Teil 110 beinhaltet. Der untere Teil 104 des geteilten Gehäuses 103 kann für die Aufnahme des Schmieröls ausgelegt sein. Der obere Teil 110 des geteilten Gehäuses 103 kann dazu konfiguriert sein, das Gehäuse des geteilten Gehäuses 103 zu umschließen und für dessen mechanische Stabilität zu sorgen. Der untere Teil 104 und der obere Teil 110 des geteilten Gehäuses 103 können jeweils zusammenpassende Oberflächen aufweisen, die dazu konfiguriert sind, in flächigem Kontakt zu stehen, um das geteilte Gehäuse 103 abzudichten. Insbesondere kann die Dichtung, die durch den flächigen Kontakt zwischen dem oberen Teil 110 und dem unteren Teil 104 des geteilten Gehäuses 103 erzeugt wird, so gestaltet sein, dass der Flüssigkeitsaustritt aus dem geteilten Gehäuse reduziert und die Ermüdung des geteilten Gehäuses verringert wird. Die zueinander passenden Oberflächen des oberen Teils 110 und des unteren Teils 104 können über eine Vielzahl von Schrauben 106 so befestigt werden, dass sie in flächigem Kontakt miteinander stehen. Die Schrauben können so befestigt werden, dass die Körper der Schrauben aus der Vielzahl von Schrauben 106 durch jede Gegenfläche des oberen Teils 110 und des unteren Teils 104 hindurchgehen können, während die Köpfe derjeweiligen Schrauben aus der Vielzahl von Schrauben in flächigem Kontakt mit der Seite des oberen Teils 110 stehen können, die der Gegenfläche des oberen Teils 110 gegenüberliegt. In dem Ausführungsbeispiel aus 1A ist der Getriebekasten 100 mit mehreren Schrauben dargestellt. In einigen Beispielen können der obere Teil 110 und der untere Teil 104 des Gehäuses des Getriebekastens 100 aus Gusseisen oder Aluminium durch Formgießen oder Schalenformung hergestellt werden.
Auf der Oberfläche, die der Gegenfläche des oberen Teils 110 des geteilten Gehäuses 103 gegenüberliegt, befindet sich eine Ausgangsdichtung 112, die mit einer Ausgangsschnittstelle wie einem Ausgangsflansch oder einer Welle verbunden sein kann.
Außerdem ist im Getriebekasten 100 ein Entlüftungsrohr 102 enthalten, das aus dem oberen Teil 110 des geteilten Gehäuses 103 hervorsteht. Das Entlüftungsrohr 102 kann dazu konfiguriert sein, eine Entlüftung aus der Getriebekastenanordnung zu ermöglichen.
Der Getriebekasten 100 kann auch einen elektrischen Anschluss 108 enthalten, der aus dem oberen Teil 110 des geteilten Gehäuses 103 vorsteht. Der elektrische Anschluss 108 kann elektrische Verbindungen für einen oder mehrere Sensoren und/oder Aktuatoren innerhalb des Getriebekastens 100 bereitstellen, einschließlich Temperatursensoren, Drehzahlsensoren, einem Aktuator für den Elektromagneteingriff (wird in Bezug auf 1B-2 weiter erläutert), und so weiter. Darüber hinaus kann der obere Teil 110 des geteilten Gehäuses 103 ein oder mehrere Befestigungselemente 114 enthalten, welche die Gehäuseteile lösbar miteinander verbinden.
Die Sensoren und/oder Aktuatoren, die elektrische Leistung über den elektrischen Anschluss 108 empfangen, können über eine drahtgebundene und/oder drahtlose Kommunikation mit einer Fahrzeugsteuerung 105 (z. B. einer elektronischen Steuereinheit (ECU)) in elektronischer Verbindung stehen. Die Fahrzeugsteuerung kann so ausgelegt sein, dass sie Steuerungsstrategien wie Motorsteuerung, Elektromotorsteuerung, Antriebsstrangsteuerung und dergleichen implementiert. Um die oben erwähnte Fahrzeugsteuerungsfunktionalität zu erreichen, kann die Fahrzeugsteuerung einen Speicher 107 enthalten, der Anweisungen speichert, die von einem Prozessor 109 ausführbar sind, um die hier beschriebenen Fahrzeugsteuerungsstrategien auszuführen.
Ein oder mehrere Eingabevorrichtungen 113, wie z. B. ein Fahrmoduswähler 119, ein Gaspedal, ein Bremspedal, eine Berührungsschnittstelle, Kombinationen davon usw., können in elektronischer Verbindung mit der Steuerung 105 stehen, wie durch Pfeile 121 dargestellt. Der Fahrmoduswähler 119 kann eine Taste, ein Schalter, eine Berührungsschnittstelle, ein Schieberegler oder eine Kombination daraus sein, die es dem Fahrzeugführer ermöglicht, die Trennung des Getriebes 150 von den Antriebsrädern auszulösen. Beispielsweise kann der Fahrmoduswähler es dem Fahrzeug ermöglichen, von einem Zweirad- auf einen Vierradantriebsmodus umzuschalten, wenn das Fahrzeug über eine zweite elektrische Achse verfügt.
Ein Elektromotor 162 ist in 1A weiter schematisch dargestellt. Der Elektromotor 162 ist dazu ausgelegt, den Getriebekasten 100 mit mechanischer Leistung zu versorgen. Bei dem Elektromotor 162 kann es sich um einen Permanentmagnetmotor (PM-Motor) oder allgemeiner um einen Wechselstrommotor (AC-Motor) handeln. In einem solchen Beispiel erhält der Elektromotor 162 elektrische Energie von einem Wechselrichter 164, der wiederum elektrische Energie von einer oder mehreren Energiespeichervorrichtung(en) 166 (z. B. Traktionsbatterien, Kondensatoren, Kombinationen davon und dergleichen) erhält. Die Pfeile 167 bezeichnen die mechanische Leistungsübertragung zwischen dem Motor 162 und dem Getriebekasten 100. Die Pfeile 170 kennzeichnen die elektrische Leistungsübertragung zwischen dem Elektromotor 162, dem Wechselrichter 164 und der/den Energiespeichervorrichtung(en) 166.
1B zeigt eine freiliegende Ansicht des Getriebekastens 100, wobei der obere Teil 110 des geteilten Gehäuses 103 aus 1A von dem Getriebekasten entfernt ist, um die darin enthaltenen Komponenten zu zeigen. Komponenten, die sowohl in 1A als auch in 1B vorkommen, können das gleiche Bezugszeichen haben.
Der Getriebekasten 100 enthält mehrere ineinander greifende Zahnräder, die als Teil eines Getriebesystems 150 im geteilten Gehäuse 103 untergebracht sind. Das vorliegende Ausführungsbeispiel des Getriebes 150 kann ein Ein-Gang-Getriebe mit drei Stufen sein; in anderen Beispielen können jedoch auch andere Getriebeausführungen verwendet werden.
Der Eingang von einer ersten Welle, die über eine Keilwellenverbindung mechanisch mit einem Elektromotor gekoppelt ist, kann die elektrische Leistung des Motors in eine Rotationsleistung der ersten Welle übertragen. Die erste Welle kann mechanisch mit einem ersten Zahnrad gekoppelt sein, das konzentrisch mit der ersten Welle ausgerichtet sein kann und das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Schrägstirnrad sein kann. Die erste Welle und das erste Zahnrad können relativ zum geteilten Gehäuse über ein erstes Lager 122 mitdrehen, das mechanisch mit dem geteilten Gehäuse 103 und der ersten Welle an einem Ende der ersten Welle in der Nähe des ersten Zahnrads verbunden sein kann. Bei dem ersten Lager 122 und/oder den anderen hier beschriebenen Lagern kann es sich um Kugellager handeln, wie z. B. Rillenkugellager, Schrägkugellager, Rollenlager und dergleichen.
Mit dem ersten Zahnrad kämmt das zweite Zahnrad 118. Das zweite Zahnrad 118 kann mechanisch mit einer zweiten Welle 116 verbunden sein, wobei das zweite Zahnrad konzentrisch mit der zweiten Welle ausgerichtet ist. Das zweite Zahnrad 118 kann ein Schrägstirnrad sein. Die erste Welle und die zweite Welle 116 können parallel zueinander verlaufen, wobei die Drehung des ersten Zahnrads aufgrund des Ineinandergreifens des ersten Zahnrads und des zweiten Zahnrads eine gemeinsame Drehung des zweiten Zahnrads und der zweiten Welle bewirkt. Die gemeinsame Drehung des zweiten Zahnrads 118 und der zweiten Welle 116 in Bezug auf das geteilte Gehäuse 103 kann über ein zweites Lager 120 ermöglicht werden, das mechanisch mit der zweiten Welle 116 und mit dem Gehäuse an einem Ende der zweiten Welle in der Nähe des zweiten Zahnrads 118 verbunden sein kann.
An einem Ende der zweiten Welle 116, das dem zweiten Zahnrad 118 gegenüberliegt, befindet sich das dritte Zahnrad 168, das mechanisch mit der zweiten Welle gekoppelt und konzentrisch mit dieser ausgerichtet sein kann. Das dritte Zahnrad 168 kann ein Schrägstirnrad sein. Das dritte Zahnrad dreht sich zusammen mit dem ersten und dem zweiten Zahnrad 118 in Bezug auf das geteilte Gehäuse 103. Das dritte Zahnrad kann mit dem vierten Zahnrad 152 kämmen, wodurch die Rotationsleistung der zweiten Welle auf eine dritte Welle 144 übertragen wird.
Die dritte Welle 144 kann parallel zur ersten Welle und zur zweiten Welle 116 verlaufen. Die dritte Welle 144 kann das vierte Zahnrad 152 enthalten, das an einem Ende der dritten Welle mechanisch mit der dritten Welle gekoppelt und konzentrisch mit ihr ausgerichtet ist, wobei es mit dem dritten Zahnrad kämmt, sowie ein fünftes Zahnrad 146, das an einem gegenüberliegenden Ende der dritten Welle mechanisch mit der dritten Welle gekoppelt und konzentrisch mit ihr ausgerichtet ist. Das vierte Zahnrad 152 und das fünfte Zahnrad 146 können sich mit der dritten Welle 144 in Bezug auf das stationäre geteilte Gehäuse 103 drehen, und sowohl das vierte Zahnrad 152 als auch das fünfte Zahnrad 146 können Schrägstirnräder sein. Die Drehbewegung der dritten Welle 144 gegenüber dem stationären geteilten Gehäuse 103 kann über das dritte Lager 142 erfolgen, das mechanisch mit der dritten Welle und dem oberen Teil des geteilten Gehäuses an einem Ende der dritten Welle nahe dem fünften Zahnrad 146 verbunden sein kann.
Das fünfte Zahnrad 146 kann mit einem Zahnrad 140 (z. B. einem Hohlrad) eines Differentials 130 kämmen, was eine Drehung des Gehäuses 148 des Differentials entlang einer Drehachse 115 bewirken kann. Die Drehachse 115 des Differentials 130 kann parallel zu den Längsachsen der ersten Welle, der zweiten Welle 116 und der dritten Welle 144 verlaufen, und das Zahnrad 140 des Differentials 130 kann mechanisch mit der Drehachse gekoppelt und konzentrisch zu ihr ausgerichtet sein. Mechanisch mit dem Gehäuse 148 des Differentials 130 gekoppelt und in x-Richtung linear vor dem Zahnrad 140 angeordnet ist ein Flansch 138, der von der Drehachse 115 des Differentials 130 radial nach außen vorsteht. Der Flansch kann mechanisch mit einem Magnetstellantrieb 136 gekoppelt sein und diesen tragen, der verwendet werden kann, um eine wahlweise Leistungsübertragung vom Elektromotor zu den Antriebsrädern 117 (in 1B schematisch durch einen gestrichelten Kasten dargestellt) des Fahrzeugs 101 zu ermöglichen (wie in Bezug auf 3-6 erläutert), wobei die Kopplung zwischen dem Differential 130 und den Antriebsrädern 117 durch die gestrichelte Linie 127 dargestellt ist. Der Magnetstellantrieb 136 kann einen Kolben beinhalten, der durch einen Elektromagneten betätigt werden kann, um wahlweise einen Leistungsfluss zu den Antriebsrädern 117 zu ermöglichen. Ferner ist entlang der Drehachse 115 des Differentials 130 in flächigem Kontakt mit der Unterlegscheibe 134 ein viertes Lager 132 enthalten, das mechanisch mit dem oberen Teil 110 des geteilten Gehäuses 103 und der Unterlegscheibe 134 gekoppelt sein kann und eine Drehbewegung des Gehäuses 148 des Differentials in Bezug auf den oberen Teil des geteilten Gehäuses ermöglichen kann. Eine Ausgangswelle des Getriebesystems 150 kann mechanisch mit dem Differential 130 entlang der Drehachse 115 des Differentials gekoppelt sein und sich über das vierte Lager in Bezug auf das geteilte Gehäuse 103 drehen.
Ein Satz von Drähten 128 kann elektrisch mit dem Magnetstellantrieb 136 verbunden sein und kann durch eine Halterung 124, die mechanisch mit dem Magnetstellantrieb 136 verbunden ist, in Position gehalten werden. Die Drähte 128 können den Magnetstellantrieb 136 elektrisch mit dem elektrischen Anschluss 108 verbinden, der mit der Steuerung 105 gekoppelt sein kann, wie in 1A dargestellt, und/oder einer Stromquelle, um den Magnetstellantrieb 136 mit Strom zu versorgen. Insbesondere kann der elektrische Anschluss 108 eine Steckdose 126 enthalten.
2 zeigt die internen Komponenten des Getriebes 200, das im Getriebekasten 100 aus 1A-B enthalten ist. Es versteht sich, dass Komponenten des Getriebes 200, die im Wesentlichen die gleiche Funktion haben wie Komponenten des Getriebesystems 150, mit entsprechenden Nummern gekennzeichnet werden können, denen eine „2“ anstelle einer „1“ vorangestellt wird. Beispielsweise kann der Magnetstellantrieb 236 dem Magnetstellantrieb 136 im Wesentlichen ähnlich sein. Dementsprechend können im Folgenden nur zusätzliche Merkmale des Getriebes 200 oder solche Merkmale, die bei der Betrachtung des Getriebes wesentliche Konfigurationsunterschiede zu entsprechenden Merkmalen des Getriebesystems 150 aufweisen, im Detail beschrieben werden; die Beschreibung aller anderen Merkmale des Getriebes 200 kann durch die Beschreibung der entsprechenden Merkmale ergänzt werden, wie sie oben unter Bezugnahme auf 1A und 1B im Detail gegeben wurde.
Das Getriebe 200 kann über eine Keilwellenverbindung mit einem Elektromotor (z. B. einem PM-Motor) gekoppelt sein und kann die Leistung vom Elektromotor über einen ersten Satz von Zahnrädern 256, einen zweiten Satz von Zahnrädern 264 und einen dritten Satz von Zahnrädern 250 an die Antriebsräder eines Fahrzeugs übertragen, bevor es die Leistung an ein Zahnrad 240 (z. B. ein Hohlrad) überträgt, das mit einem Gehäuse 248 eines Differentials 230 verbunden ist. Darüber hinaus können Komponenten des Getriebes 200 innerhalb einer Getriebegrenze 274 enthalten sein.
Der erste Satz von Zahnrädern 256 kann das verzahnte Segment 262 der ersten Welle 213 einschließen, das mit einer Ausgangswelle des Elektromotors kämmen kann. Der erste Satz von Zahnrädern 256 kann Komponenten beinhalten, die mechanisch mit der ersten Welle 213 gekoppelt sind, einschließlich (von einer negativen x-Richtung zu einer positiven x-Richtung) des Keilsegments 262 der ersten Welle 213, eines ersten Lagers 260, eines ersten Zahnrads 258 und eines zweiten Lagers 222. Das erste Zahnrad 258 kann mit einem zweiten Zahnrad 218 des zweiten Satzes von Zahnrädern 264 ineinandergreifen, während das erste Lager 260 und das zweite Lager 222 eine Drehung der ersten Welle 213 in Bezug auf ein Gehäuse (z. B. das Gehäuse 103 aus 1A-B) zulassen, wie unter Bezug auf 1B erläutert. Der zweite Satz von Zahnrädern 264 kann Komponenten beinhalten, die mechanisch mit der zweiten Welle 266 gekoppelt sind, einschließlich (von einer negativen x-Richtung zu einer positiven x-Richtung) eines dritten Lagers 270, eines dritten Zahnrads 268, des zweiten Zahnrads 218 und eines vierten Lagers 220.
Das zweite Zahnrad 218 des zweiten Satzes von Zahnrädern 264 kann mit dem ersten Zahnrad 258 des ersten Satzes von Zahnrädern 256 kämmen, und das dritte Zahnrad 268 des zweiten Satzes von Zahnrädern 264 kann mit einem vierten Zahnrad 252 des dritten Satzes von Zahnrädern 250 kämmen, während das dritte Lager 270 und das vierte Lager 220 jeweils eine Drehung der zweiten Welle 266 in Bezug auf das Gehäuse ermöglichen können. Entsprechend kann der dritte Satz von Zahnrädern 250 Komponenten beinhalten, die mechanisch mit der dritten Welle 244 gekoppelt sind, einschließlich (von einer negativen x-Richtung zu einer positiven x-Richtung) des fünften Lagers 254, des vierten Zahnrads 252, des fünften Zahnrads 246 und des sechsten Lagers 242. Das vierte Zahnrad 252 des dritten Satzes von Zahnrädern 250 kann mit dem dritten Zahnrad 268 des zweiten Zahnradsatzes 264 kämmen, und das fünfte Zahnrad 246 kann mit dem Zahnrad 240 des Differentials 230 kämmen, während das fünfte Lager 254 und das sechste Lager 242 jeweils eine Drehung der dritten Welle 244 in Bezug auf das Gehäuse ermöglichen können.
Das Differential 230 kann dazu konfiguriert sein, die vom Elektromotor erzeugte und im Differential über die Drehbewegung von jeweils dem ersten Satz von Zahnrädern 256, dem zweiten Satz von Zahnrädern 264 und dem dritten Satz von Zahnrädern 250 induzierte Rotationsleistung auf eine Ausgangswelle zu übertragen, um die Antriebsräder eines Fahrzeugs zu drehen, wie in Bezug auf 1A-B erläutert. Die Komponenten des Differentials 230 können (von einer negativen x-Richtung zu einer positiven x-Richtung) das Gehäuse 248, eine Rückstellfeder 272, einen Flansch 238, der radial nach außen aus dem Differential hervorsteht, den mechanisch mit dem Differentialgehäuse 248 gekoppelten Magnetstellantrieb 236, eine mechanisch mit dem Magnetstellantrieb 236 gekoppelte Halterung 224 und ein sechstes Lager 232 beinhalten.
Der Magnetstellantrieb 236 und die Rückstellfeder 272 können verwendet werden, um das Getriebe 200 von den Antriebsrädern des Fahrzeugs zu koppeln bzw. zu entkoppeln, z. B. basierend auf einer Fahrzeugsteuerungsstrategie. Der Magnetstellantrieb 236 kann von der Steuerung 105 elektrische Leistung empfangen, wie in 1A dargestellt, und kann ein-/ausgeschaltet werden, um eine Klauenkupplung (wie die Klauenkupplung 390, dargestellt in 3) in einer Trennanordnung 233 des Differentials 230 auszurücken/einzurücken. Die Positionierung der Klauenkupplung der Trennanordnung 233 im Differential verringert die Verluste im Antriebsstrang im Vergleich zu Trennvorrichtungen, die sich näher am Motor befinden. Dadurch können die Effizienz und die Reichweite des Fahrzeugs erhöht werden. Die Klauenkupplung kann in dem Gehäuse 103 des Getriebes 100 aufgenommen sein, wie in 1A dargestellt. Das Gehäuse 103 umschließt außerdem das Differential 230 und kann daher auch als Differentialgehäuse dienen. In anderen Beispielen können der Getriebekasten und das Differential jedoch auch getrennte Gehäusestrukturen aufweisen.
Das Einrücken der Klauenkupplung kann dazu dienen, den Elektromotor mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs zu koppeln (z. B. ein Einrückzustand des Elektromotors), während das Auskuppeln der Klauenkupplung dazu dienen kann, den Elektromotor von den Antriebsrädern des Fahrzeugs zu entkoppeln (z. B. ein Ausrückzustand des Elektromotors). Der Ausrückzustand kann auf der Grundlage einer Fahrzeugsteuerungsstrategie oder auf der Grundlage eines Befehls des Fahrzeugführers wünschenswert sein. Alternativ kann der Ausrückzustand auch daher kommen, dass die Stromversorgung des Elektromotors unbeabsichtigt unterbrochen wird. Die Rückstellfeder 272 kann dazu verwendet werden, die Klauenkupplung während des Ausrückzustands auszurücken. Zum Beispiel kann die Rückstellfeder 272 Energie speichern, wenn die Klauenkupplung ausgerückt ist, um ein unbeabsichtigtes Einrücken der Klauenkupplung 390 zu verhindern. So kann die Feder die Kupplung in die ausgerückte Stellung zurückdrücken, sobald der Elektromagnet deaktiviert ist. Eine weitere Erläuterung des Magnetstellglieds 236 und des Mechanismus zum Koppeln und Entkoppeln des Elektromotors mit/von den Antriebsrädern des Fahrzeugs als Teil des Betriebs des Differentials 230 erfolgt in Bezug auf 3-5.
3 zeigt ein Schaltbild eines Getriebesystems 300. Das Getriebesystem 300 kann zumindest einige ähnliche Komponenten wie die Komponenten des Getriebesystems 200 aus 2 sowie der anderen hier beschriebenen Getriebesystemen enthalten. Es versteht sich, dass diese sich überschneidenden Komponenten des Schaltbildes des Getriebesystems 300, die ähnliche Strukturen und/oder Funktionen wie die Komponenten des Getriebesystems 200 haben, mit entsprechenden Nummern gekennzeichnet werden können, denen eine „3“ anstelle einer „2“ vorangestellt wird. Beispielsweise kann der Magnetstellantrieb 236 dem Magnetstellantrieb 136 im Wesentlichen ähnlich sein. Dementsprechend werden im Folgenden nur zusätzliche Merkmale des Getriebes 200 oder solche Merkmale, die bei der Betrachtung des Getriebes wesentliche Konfigurationsunterschiede zu entsprechenden Merkmalen aufweisen, die im Getriebesystems 300 dargestellt sind, ausführlich unten beschrieben. Die Beschreibung anderer Merkmale des Getriebesystems 300 kann durch die Beschreibung der entsprechenden Merkmale ergänzt werden, die oben unter Bezugnahme auf 2 bereitgestellt wurde.
3 veranschaulicht eine Getriebegrenze 374. Das Getriebesystem 300 kann neben der Kopplung des Getriebesystems 300 mit dem Elektromotor 376 über eine Keilwellenverbindung 362 auch die Kopplungen zwischen den Getriebekomponenten schematisch darstellen. Es versteht sich, dass die Zahnräder eines Getriebezugs 388 als Teil eines Ein-Gang-Getriebes ineinandergreifen können, um die Leistung vom Elektromotor 376 über das Zahnrad 340 auf das Differential 330 zu übertragen. Die Schnittstelle zwischen dem ersten Zahnrad 358 des ersten Satzes von Zahnrädern 356 und dem zweiten Zahnrad 318 des zweiten Satzes von Zahnrädern 364 (als Zahneingriff ausgebildet) ist beispielsweise bei 378 dargestellt. Die Schnittstelle zwischen dem dritten Zahnrad 368 des zweiten Satzes von Zahnrädern 364 und dem vierten Zahnrad 352 des dritten Satzes von Zahnrädern 350, die als Zahneingriff ausgebildet ist, ist bei 380 dargestellt. Ferner ist die Schnittstelle zwischen dem fünften Zahnrad 346 des dritten Satzes von Zahnrädern 350 und dem Zahnrad 340, die als Zahneingriff ausgebildet ist, bei 382 dargestellt.
Der Elektromotor 376 kann ein PM-Motor mit in den Rotor 379 eingebetteten Permanentmagneten 377 sein. Der Motor 376 enthält außerdem einen Stator 381, der während des Motorbetriebs elektromagnetisch mit dem Rotor zusammenwirkt. Der Elektromotor kann dazu ausgelegt sein, in einem Vorwärtsfahrmodus zu arbeiten, bei dem der Rotor in einer ersten Drehrichtung gedreht wird, und in einem Rückwärtsfahrmodus, bei dem der Rotor in einer entgegengesetzten Drehrichtung gedreht wird. Der Motor kann außerdem dazu ausgelegt sein, in einem Regenerationsmodus zu arbeiten, bei dem der Motor mechanische Leistung vom Getriebe erhält und elektrische Energie erzeugt, die an eine Energiespeichervorrichtung (z. B. eine Traktionsbatterie, einen Kondensator, Kombinationen davon und dergleichen) übertragen werden kann. Der Rotor 379 beinhaltet ferner eine Rotorwelle 383, die mechanisch mit der Eingangswelle 313 über eine Keilverbindung und/oder eine andere geeignete mechanische Verbindung wie Schweißnähte, ein Untersetzungsgetriebe, eine Kette oder Ähnliches gekoppelt sein kann. Es wird jedoch deutlich, dass eine direkte Verbindung der Rotorwelle 383 mit der Eingangswelle 313 die Kompaktheit der elektrischen Antriebseinheit erhöht.
Außerdem ist das Getriebe 340 mechanisch mit dem Differential 330 gekoppelt und treibt dieses zu einer Drehbewegung an. Darüber hinaus kann die Drehbewegung der Zahnräder (und der damit verbundenen Wellen) in einem Gehäuse (wie dem geteilten Gehäuse 103 aus 1A-B) durch Lager vermittelt werden. Insbesondere können das erste Lager 322 und das zweite Lager 360 eine gemeinsame Drehung der Eingangswelle 313 und des ersten Zahnrads 358 in Bezug auf das Gehäuse ermöglichen, das dritte Lager 370 und das vierte Lager 320 können eine gemeinsame Drehung der Vorgelegewelle 366, des zweiten Zahnrads 318 und des dritten Zahnrads 368 in Bezug auf das Gehäuse ermöglichen, das vierte Lager 342 und das fünfte Lager 354 können eine gemeinsame Drehung der Ausgangswelle 344, des vierten Zahnrads 352 und des fünften Zahnrads 346 in Bezug auf das Gehäuse ermöglichen, und das sechste Lager 332 und das siebte Lager 384 können eine gemeinsame Drehung des Zahnrads 340 und des Differentials 330 in Bezug auf das Gehäuse ermöglichen.
Im Schaltbild des Getriebesystems 300 ist ferner das Differential 330 einschließlich der Trennanordnung 386 dargestellt. Die Trennanordnung 386 kann dazu konfiguriert sein, die wahlweise Entkopplung des Differentials 330 von den Antriebsrädern 317 zuzulassen. So kann die Trennanordnung dazu ausgelegt sein, einen mechanischen Leistungsfluss zwischen dem Differential 330 und den Antriebsrädern 317 zuzulassen, wenn eine Klauenkupplung 390 in der Trennanordnung 386 eingerückt ist, und umgekehrt einen mechanischen Leistungsfluss zwischen dem Differential 330 und den Antriebsrädern 317 zu verhindern.
Die mechanische Verbindung, die über Achswellen zwischen den Antriebsrädern 317 und dem Differential 330 hergestellt werden kann, ist durch gestrichelte Linien 327 dargestellt. Die Klauenkupplung 390 kann gezahnte Schnittstellen beinhalten, die dazu ausgelegt sind, wahlweise ineinander zu greifen, um die oben erwähnte Funktion der Leistungsübertragung zu ermöglichen. Ferner kann in der Trennanordnung 386 ein Elektromagnet 392 enthalten sein. Der Elektromagnet 392 kann von einer Steuerung elektrische Leistung empfangen, welche die Aktivierung des Elektromagnets induziert. Die Steuerung (z. B. die Steuerung 105 aus 1A) kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, 10 Ampere (A) oder weniger zur Aktivierung des Elektromagnets 392 zu übertragen. Umgekehrt kann für den Übergang zum Einrücken der Klauenkupplung elektrische Energie an den Elektromagnet 392 angelegt werden, der die gezahnten Schnittstellen in den Eingriff drängt, so dass das Drehmoment über die Kupplung übertragen wird. Umgekehrt löst eine mit der Klauenkupplung 390 gekoppelte Feder 394 beim Ausrücken die Kupplung aus, um ein Differentialgehäuse 348 vom Differentialzahnrad 340 (z. B. dem Differentialhohlrad) zu entkoppeln.
4 zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Differentials 400. Das beispielhafte Ausführungsbeispiel des Differentials 400 kann zumindest einige der strukturellen und funktionellen Merkmale mit dem Differential 230 von 2 teilen.
Das Differential 400 kann ein Gehäuse 448 beinhalten, das in mehreren Abschnitten 486 ausgeführt sein kann. Das Gehäuse 448 kann ein Zahnrad (z. B. ein Hohlrad) enthalten, das mit einem Zahnrad im Getriebekasten kämmt (z. B. das Zahnrad 346, dargestellt in 3). So kann das Differential über ein Getriebe mechanisch mit einem Elektromotor gekoppelt sein.
Das Differential 400 kann eine Welle 482 enthalten, auf der sich die Zahnräder 480, 484 (z. B. Ritzel) befinden. Die Zahnräder 480, 484 können sich in Bezug auf die Längsachse der Welle 482 drehen. Jedes der Zahnräder 480, 484 kann mit beiden Seitenrädern 478, 488 über einen Eingriff gekoppelt sein. Insbesondere können die Zähne des Zahnrads 480 mit den entsprechenden Zähnen jedes der Seitenräder 478, 488 kämmen, und ebenso können die Zähne des Zahnrads 484 mit den entsprechenden Zähnen jedes der Seitenräder 478, 488 kämmen. Die Seitenräder 478, 488 können ihrerseits mit den Achswellen 453 (z. B. einem Paar von Achswellen) über eine Keilverzahnung und/oder eine andere geeignete mechanische Befestigung verbunden sein. Die Achswellen 453 können wiederum drehbar mit den Antriebsrädern 417 verbunden sein, wie durch die Pfeile 427 angezeigt.
Die Übertragung der Rotationsleistung vom Differential 400 auf die Antriebsräder 417 kann über eine Klauenkupplung 500 in einer Trennanordnung 501 eingeleitet werden. Die Klauenkupplung kann (von einer negativen x-Richtung zu einer positiven x-Richtung) eine erste Schnittstelle 476 und eine zweite Schnittstelle 477 aufweisen. Die erste Schnittstelle 476 kann in dem Differentialgehäuse 448 aufgenommen sein und dreht sich mit dem Differentialgehäuse. Umgekehrt kann die zweite Schnittstelle 477 mit den Zahnrädern 480, 484 und/oder der Welle 482 gekoppelt sein und sich mit diesen drehen. Wenn die erste und die zweite Schnittstelle 476 und 477 miteinander verbunden sind, kann die mechanische Leistung zwischen dem Differential und den Achswellen bzw. den Antriebsrädern entsprechend übertragen werden. Umgekehrt wird die mechanische Leistungsübertragung zwischen dem Differential und den Achswellen unterbunden, wenn die erste und die zweite Schnittstelle entkoppelt sind. Auf diese Weise werden, wenn die Klauenkupplung ausgerückt ist, die Antriebsräder vom Getriebe und entsprechend dem Elektromotor entkoppelt, was den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs erhöht.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Klauenkupplung 500 mit der ersten Schnittstelle 476 und der zweiten Schnittstelle 477. Die Klauenkupplung 500 kann als Teil der hier beschriebenen Getriebe und elektrischen Antriebseinheiten enthalten sein.
Die erste Schnittstelle 476 kann auf einer axialen Seite 479 eines ersten Körpers 481 (z. B. einer ersten Platte) angeordnet sein. Entsprechend kann die zweite Schnittstelle 477 auf einer axialen Seite 483 eines zweiten Körpers 485 (z. B. einer zweiten Platte) angeordnet sein. Die Zähne in den Schnittstellen erstrecken sich daher in axialer Richtung von den jeweiligen Körpern weg. Es kommen jedoch auch andere Klauenkupplungsanordnungen infrage.
Der erste Körper 481 kann in dem Gehäuse des Differentials aufgenommen sein und dreht sich mit diesem, wie zuvor beschrieben. Außerdem kann der zweite Körper 485 mit den Ritzeln und/oder der Welle, die die Ritzel koppelt, verbunden sein.
Die erste Schnittstelle 476 beinhaltet einen ersten Satz von Zähnen 598, wie im Nebenbild 590 dargestellt. Jeder Zahn des ersten Satzes von Zähnen 598 kann gleich oder im Wesentlichen ähnlich aufgebaut sein, und der erste Satz von Zähnen 598 kann entlang eines Umfangs der ersten Schnittstelle 476 angeordnet sein. Zwischen jedem Paar benachbarter Zähne des ersten Satzes von Zähnen 598 der ersten Schnittstelle 476 liegt ein erster Abstand 594 zwischen benachbarten Zähnen, der für jedes Paar benachbarter Zähne gleich oder im Wesentlichen ähnlich sein kann. Der erste Abstand 594 kann profiliert sein, um ein Ineinandergreifen mit einer zweiten Vielzahl von Zähnen 596 zu ermöglichen, wie im Nebenbild 590 gezeigt.
Entsprechend kann die zweite Schnittstelle 477 einen zweiten Satz von Zähnen 596 enthalten, wie im Nebenbild 590 dargestellt. Jeder Zahn des zweiten Satzes von Zähnen 596 kann gleich oder im Wesentlichen ähnlich aufgebaut sein, und der zweite Satz von Zähnen 596 kann entlang eines Umfangs der zweiten Schnittstelle 477 angeordnet und dem ersten Satz von Zähnen 598 zugewandt sein. Zwischen jedem Paar benachbarter Zähne des zweiten Satzes von Zähnen 596 der ersten Schnittstelle 476 liegt ein zweiter Abstand 592 zwischen benachbarten Zähnen, der für jedes Paar benachbarter Zähne gleich oder im Wesentlichen ähnlich sein kann. Der zweite Abstand 592 kann profiliert sein, um ein Ineinandergreifen mit dem ersten Satz von Zähnen 598 der ersten Schnittstelle 476 zu ermöglichen. Mit anderen Worten, während des Einrückens der Klauenkupplung greifen die Zähne in der ersten Schnittstelle 476 und der zweiten Schnittstelle 477 ineinander, um die Kraftübertragung in entgegengesetzten Drehrichtungen zu erleichtern. Die Zähne können in Bezug auf eine Antriebs- und eine Auslaufflanke asymmetrisch profiliert sein, um ein schnelleres Ausrücken mit weniger Kraftaufwand zu ermöglichen. So kann eine mit der Klauenkupplung gekoppelte Feder, auf die hier näher eingegangen wird, verkleinert werden, was eine entsprechende Verkleinerung des mit der Klauenkupplung gekoppelten Elektromagneten ermöglicht. Folglich können die Größe und der Leistungsbedarf der Trennanordnung auf Wunsch reduziert werden. Die Profilierung der Zähne wird in diesem Dokument mit Bezug auf 6 weiter erläutert.
Ein Elektromagnet 550, der mit der ersten Schnittstelle 476 gekoppelt ist, ist außerdem schematisch in 5 dargestellt. Eine Feder 554 kann mit der ersten Schnittstelle 476 gekoppelt und dazu ausgelegt sein, sich in einem neutralen Zustand zu befinden, wenn die Klauenkupplung ausgerückt ist. Umgekehrt kann sich die Feder 554 bei eingerückter Klauenkupplung in einer zusammengedrückten Position befinden. Der Pfeil 552 zeigt die Richtung an, in die der Magnet die erste Schnittstelle 476 drückt, wenn er erregt ist. Die Erregung des Elektromagnets bewirkt also das Einrücken der Klauenkupplung. Umgekehrt wird zum Ausrücken der Klauenkupplung die Erregung des Elektromagnets unterbrochen und die zusammengedrückte Feder 554 drückt die Klauenkupplung in ihre ausgerückte Position, indem sie in eine neutrale Stellung zurückkehrt. Auf diese Weise kann die Klauenkupplung ausgerückt werden, wenn der Elektromagnet nicht mehr erregt wird. Die Klauenkupplung 500 ist in einer ausgerückten Position in 5 dargestellt, wobei die erste Schnittstelle 476 und die zweite Schnittstelle 477 voneinander beabstandet sind und die Zähne in den Schnittstellen entkoppelt sind. Umgekehrt werden während des Eingriffs die Zähne in den ersten und zweiten Schnittstellen 476 und 477 miteinander verbunden und ermöglichen eine Drehmomentübertragung über die Schnittstellen.
6 zeigt eine erste Schnittstelle 601 und eine zweite Schnittstelle 600, die in einer Klauenkupplung enthalten sind. Diese Schnittstellen 600 und 601 sind Beispiele für die erste Schnittstelle 476 und die zweite Schnittstelle 477, die in der Klauenkupplung 500 enthalten sind, siehe 4-5.
Wie dargestellt, kämmt ein Zahn 602 in der ersten Schnittstelle 601 mit dem Zahn 642 der zweiten Schnittstelle 600. Im Einzelnen rückt der Zahn 602 in eine Aussparung 603 zwischen zwei der Zähne 642 ein.
Der Zahn 602 hat eine Auslaufflanke 608 und eine Antriebsflanke 606. Die Antriebsflanke 606 kann eine Antriebsfläche 614 haben, die einen Winkel 618 in Bezug auf eine Normale 609 bildet (die parallel zur x-Achse des Achsensystems 111 verläuft), während die Auslaufflanke 608 eine Auslauffläche 616 hat, die einen Winkel 620 in Bezug auf eine Normale 612 bildet. Der Winkel 620 ist größer als der Winkel 618. Die Auslaufflanke 608 kann daher weniger flach sein als die Antriebsflanke. In einem Beispiel kann der Winkel 618 in einem Bereich von 0º - 5º und der Winkel 620 in einem Bereich von 10º -20º liegen.
Dementsprechend stimmt die Neigung der entsprechenden Auslaufflanke 644 eines der Zähne 642 mit der Neigung der Auslaufflanke 608 des Zahns 602 überein. Außerdem stimmt die Neigung der entsprechenden Antriebsflanke 646 eines der Zähne 642 mit der Antriebsflanke 606 des Zahns 602 überein. Wenn sich also die zweite Schnittstelle 601 in einer Antriebsrichtung 643 dreht, wird die Kraft zwischen der ersten und der zweiten Schnittstelle 600 und 601 über den Kontakt zwischen den Antriebsflanken 606 und 646 übertragen. So erfährt die Antriebsflanke 606 des Zahns 602 ein Antriebsdrehmoment 638 von den vorgeschalteten Komponenten (z. B. dem Getriebe und letztlich dem Elektromotor). Das Antriebsdrehmoment 638 hat einen Hebelarm 630 und eine entlang der Achse 604 (die parallel zur y-Achse verläuft) wirkende Antriebskraft 632, die eine erste Komponente 634 senkrecht zur Antriebsflanke 606 und eine zweite Komponente 636 parallel zur Antriebsflanke einschließt.
Umgekehrt, wenn eine Drehmomentumkehr auftritt und die erste Schnittstelle 600 sich in eine Richtung 645 (entgegengesetzt zur Antriebsrichtung 643) dreht, wenn der Elektromotor seine Leistung verliert, was unerwartet auftreten kann. Dieser Drehzustand kann auch während des Regenerationsbetriebs auftreten, wenn der Motor elektrische Energie erzeugt, oder während des Rückwärtsbetriebs, wenn der Motor das Getriebe in die entgegengesetzte Richtung des Vorwärtsfahrmodus dreht. Wenn der Elektromotor aufhört, das Getriebe mit mechanischer Leistung zu versorgen, erfährt die Auslaufflanke 608 des Zahns ein Schleppmoment 640 (mit einem Hebelarm 628), das von dem durch den Elektromotor erzeugten Magnetwiderstand herrührt.
Es kann wünschenswert sein, die Klauenkupplung auszurücken, wenn der Motor die elektrische Leistung verliert, entweder unerwartet oder als Reaktion auf die Interaktion des Fahrers mit einer Eingabevorrichtung (z. B. einem Fahrmoduswähler), um die Konfiguration der elektrischen Antriebseinheit zu ändern (z. B. Wechsel von einem Vierradantriebsmodus zu einem Zweiradantriebsmodus). Handelt es sich bei dem Elektromotor jedoch um einen Permanentmagnetmotor, erzeugt der Motor einen magnetischen Widerstand, nachdem die Stromzufuhr zum Motor unterbrochen wurde, wie zuvor erläutert. Dieses magnetische Schleppmoment führt zu einem eingeschlossenen Drehmoment. In einem Anwendungsfall kann das eingeschlossene Drehmoment beispielsweise etwa 68 Newtonmeter (Nm) betragen.
Aufgrund der Latenzzeit in der Steuerung ist die Fahrzeugsteuerung möglicherweise nicht in der Lage, den Elektromagnet schnell genug zu erregen, um die Klauenkupplung auszurücken, bevor ein magnetisches Schleppmoment im Motor erzeugt wird. Durch die Profilierung der Auslaufflanke 608 mit größerem Winkel gegenüber der Normallinie wird die zum Ausrücken der Klauenkupplung erforderliche Kraft verringert. Genauer gesagt ermöglicht es die Vergrößerung des Winkels 620 der Auslaufflanke 608, die Kraftkomponente effektiv zur Ausrückkraft hinzuzufügen und auch die Normalkraft auf den Klauenzahn zu reduzieren. Mit anderen Worten, der Winkel 620 der Auslaufflanke ist größer als der Winkel 618, um die erste Kraftkomponente 624 der Widerstandskraft 622 an der Auslaufflanke und senkrecht dazu zu verringern. Durch Verringerung der ersten Kraftkomponente 624 der Widerstandskraft 622, die senkrecht zum Zahn auf der Flanke 608 steht, und Erhöhung der zweiten Kraftkomponente 626 der Widerstandskraft 622, die parallel zum Zahnflankenwinkel verläuft, wird die Ausrückkraft zum Trennen der Kupplungsschnittstellen verringert. Folglich kann die Klauenkupplung mit einer geringeren Elektromagnetkraft ausgerückt werden als eine Klauenkupplung mit symmetrischen Zahnwinkeln, die in Bezug auf die Normalen näher bei null Grad liegen.
Die Verringerung der Ausrückkraft, die zum Trennen der Kupplungsschnittstellen erforderlich ist, ermöglicht eine geringere Kraft, die von der Feder zum Trennen der Schnittstellen im Rahmen des Ausrückens des Elektromotors von den Antriebsrädern benötigt wird. Das Ergebnis der geringeren Federkraft ist eine geringere Elektromagnetkraft, die zum Einrücken erforderlich ist, was eine geringere Baugröße des Elektromagnets ermöglicht. Bei einem Beispiel für eine Klauenkupplung kann das zum Ausrücken erforderliche Drehmoment 20 Nm betragen, was mit einem Magnetstellantrieb mit einem oberen Betriebsschwellwert von 10 Ampere (A) erreicht werden kann.
Darüber hinaus kann der Winkel 618 der Antriebsflanke 606 so gewählt werden, dass während des Motorbetriebs ein ausreichendes Antriebsdrehmoment 638 an der Antriebsflanke 606 anliegt. Entsprechend kann der Winkel 620 der Auslaufflanke 608 so gewählt werden, dass die Ausrückkraft zum Entkoppeln der getarnten Schnittstellen reduziert wird und gleichzeitig die für den Fahrzeugbetrieb erforderlichen Rückdrehmomente sowie die regenerativen Bremsmomente erreicht werden. Ferner sind in 6 eine axiale Fläche 650 des Zahns 602 und eine axiale Fläche 652 der Aussparung 603 dargestellt. Diese axialen Flächen schneiden die Auslaufflanke 608 und die Antriebsflanke 606.
7 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 700 zur Betätigung einer Trennanordnung (wie die Trennanordnung 386 in 3) eines Differentials (wie das Differential 130 in 1B) eines Getriebes (wie das Getriebesystem 300 aus 3) in einem Fahrzeug (wie dem Fahrzeug 101 aus 1A-B). Das Verfahren 700 wird unter Bezugnahme auf die hierin beschriebenen Systeme und unter Berücksichtigung von 1A-6 beschrieben, aber es versteht sich, dass ähnliche Verfahren auch auf andere Systeme angewandt werden können, ohne vom Geltungsbereich dieser Offenbarung abzuweichen. Das Verfahren 700 und die anderen hier beschriebenen Verfahren können von der Fahrzeugsteuerung 105 ausgeführt werden und an der Steuerung 105 in dem Speicher 107 gespeichert werden. Anweisungen zur Ausführung des Verfahrens 700 können von der Fahrzeugsteuerung 105 in Verbindung mit Signalen ausgeführt werden, die von Sensoren des Fahrzeugs empfangen werden, wie z. B. von den Sensoren, die oben unter Bezugnahme auf 1A beschrieben wurden. Die Steuerung kann Aktuatoren des Fahrzeugsystems verwenden, um den Betrieb des Fahrzeugs gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei 702 beinhaltet das Verfahren das Bestimmen der Betriebszustände des Fahrzeugs. Das Bestimmen der Betriebszustände des Fahrzeugs kann das Bestimmen der einem Elektromotor zugeführten Leistung beinhalten (z. B. Elektromotor 376 aus 3). Zusätzliche Betriebszustände können die Drehzahl des Elektromotors, das auf die Antriebsräder (wie die Antriebsräder 317 aus 3) des Fahrzeugs durch den Elektromotor aufgebrachte Drehmoment und die Konfiguration der Trennanordnung (wie die Trennanordnung 386 aus 3) einschließen. In einem Beispiel kann das Bestimmen der Drehzahl des Elektromotors über einen an der Ausgangswelle montierten Drehzahlsensor erfolgen oder auf der Grundlage des dem Motor über einen Wechselrichter zugeführten Stroms berechnet werden. Das Bestimmen der Drehmomenterzeugung des PM-Motors kann das Schätzen der Stromversorgung des Elektromotors aus einer Traktionsbatterie über einen Wechselrichter durch die Fahrzeugsteuerung beinhalten. Ferner kann das Bestimmen des Betriebszustands der Trennanordnung das Bestimmen des Stroms beinhalten, der einem Magnetstellglied (z. B. dem Magnetstellglied 236 aus 2) über die Fahrzeugsteuerung zugeführt wird.
Bei 704 beinhaltet das Verfahren das Bestimmen, ob die Stromzufuhr zum Elektromotor unterbrochen ist. Der Motor kann ungewollt an Leistung verlieren, wenn der Wechselrichter und/oder die Traktionsbatterie nachlassen. In anderen Beispielen kann die Motorleistung jedoch als Reaktion auf eine Bedienereingabe unterbrochen werden. So kann ein Bediener beispielsweise einen Fahrmoduswähler betätigen, der den Betrieb der Antriebsachse unterbricht. Eine solche Bestimmung kann durch Überwachung des Stroms am Ausgang des Wechselrichters erfolgen, der an den Elektromotor geliefert wird. Es kommen jedoch auch andere Techniken zum Bestimmen eines Leistungsverlustes des Motors in Betracht.
Wird bestimmt, dass die Motorleistung keine Unterbrechung aufweist (NEIN bei 704), geht das Verfahren weiter zu 706. Bei 706 beinhaltet das Verfahren das Beibehalten der aktuellen Getriebebetriebsstrategie. So kann beispielsweise die Stromzufuhr zum Elektromagnet aufrechterhalten werden, um den Eingriff der Klauenkupplung aufrechtzuerhalten, und der Motor kann weiterhin arbeiten, um das Getriebe mit mechanischer Leistung zu versorgen.
Wird bestimmt, dass die zum Motor gelieferte Leistung unterbrochen wurde (JA bei 704), geht das Verfahren weiter zu 708. Bei 708 beinhaltet das Verfahren das Ausrücken einer Klauenkupplung der Trennanordnung durch Unterbrechung der Stromzufuhr zum Magnetstellantrieb. Durch die Unterbrechung der Stromzufuhr zum Magnetstellantrieb drückt die Feder die Klauenkupplung in ihre ausgerückte Position, wodurch das Differential vom Elektromotor entkoppelt wird, was wiederum die Antriebsräder vom Elektromotor entkoppelt. Auf diese Weise kann das Aberregung des Elektromagnets das Ausrücken der Klauenkupplung auslösen. Nach 706 endet das Verfahren 700.
8 zeigt ein Beispiel für eine Zeitleiste 800 im Zusammenhang mit einem Anwendungsfall für eine Trenntechnik für ein Differential in einer elektrischen Antriebseinheit. Diese Trenntechnik kann in jeder der zuvor beschriebenen elektrischen Antriebseinheiten oder in Kombinationen der elektrischen Antriebseinheiten eingesetzt werden. Auch wenn keine spezifischen Werte in 8 angegeben sind, bezeichnen die Abszissen die Zeit, die von links nach rechts ansteigt, wobei die Punkte t1 und t2 von Interesse sind. Außerdem nehmen die auf den Ordinaten für die Diagramme 802 und 804 angegebenen Betriebszustände in vertikaler Richtung zu. Der Kurvenverlauf 802 zeigt speziell die dem Elektromotor zugeführte Leistung an, der Kurvenverlauf 804 den dem Magneten zugeführten Strom und der Kurvenverlauf 808 den Zustand der Klauenkupplung (eingerückt und ausgerückt).
Vor t1 wird der Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt. Entsprechend wird die Leistung des Elektromotors von der Fahrzeugsteuerung angezeigt, der Elektromagnet wird bestromt, die Klauenkupplung ist voll eingerückt.
Bei t1 sinkt die Leistung des Elektromotors auf null. Als nächstes wird bei t2 als Reaktion auf den Leistungsverlust des Elektromotors die Stromzufuhr zum Elektromagnet unterbrochen, wodurch die Klauenkupplung ausgerückt wird. Es versteht sich, dass bei der Verwendung eines Permanentmagnetmotors ein Schleppmoment von t1 bis t2 durch den Motor erzeugt werden kann. Daher kann die Feder kann so bemessen sein, dass sie das Schleppmoment überwindet.
Der technische Effekt des hier beschriebenen Verfahrens zum Betrieb der elektrischen Antriebseinheit ist die Verringerung der Kraft, die zum Auskuppeln einer Kupplung in einer Trennanordnung in einem Differential oder einer elektrischen Antriebseinheit erforderlich ist. Dadurch kann die Kupplung effizienter und schneller ausgerückt werden. Folglich wird die Leistung der elektrischen Antriebseinheit erhöht.
1A-6 zeigt Beispielkonfigurationen mit der relativen Anordnung der verschiedenen Komponenten. Wenn diese Elemente in direktem Kontakt zueinander stehen oder direkt gekoppelt sind, können sie zumindest in einem Beispiel als in direktem Kontakt bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. In ähnlicher Weise können Elemente, die nebeneinander oder aneinander angrenzend dargestellt sind, zumindest in einem Beispiel aneinander oder aneinander angrenzend sein. So können beispielsweise Komponenten, die in flächigem Kontakt zueinander liegen, als in flächigem Kontakt stehend bezeichnet werden. Als weiteres Beispiel können in mindestens einem Fall Elemente, die voneinander getrennt sind und zwischen denen sich nur ein Zwischenraum befindet und die keine anderen Komponenten aufweisen, als solche bezeichnet werden. In noch einem weiteren Beispiel können Elemente, die über/untereinander, auf gegenüberliegenden Seiten oder links/rechts voneinander dargestellt sind, als solche bezeichnet werden, und zwar relativ zueinander. Wie in den Figuren dargestellt, kann ein oberstes Element oder ein oberster Punkt des Elements als „Oberseite“ der Komponente und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Die hier verwendeten Begriffe Oberseite/Unterseite, oberer/unterer, oberhalb/unterhalb können sich auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und zur Beschreibung der Positionierung von Elementen der Figuren zueinander verwendet werden. So sind in einem Beispiel Elemente, die oberhalb anderer Elemente angezeigt werden, vertikal über den anderen Elementen angeordnet. Als weiteres Beispiel können die Formen der in den Figuren dargestellten Elemente als solche bezeichnet werden (z. B. kreisförmig, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt o. ä.). Ferner können die dargestellten Elemente, die sich gegenseitig schneiden, in mindestens einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder als einander schneidende Elemente bezeichnet werden. Darüber hinaus kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements dargestellt wird, als solches bezeichnet werden.
Die Erfindung wird in den folgenden Absätzen noch weiter beschrieben. In einem Aspekt ist ein System für eine elektrische Antriebseinheit vorgesehen. Das System umfasst eine in einem Differential angeordnete Klauenkupplung, die dazu konfiguriert ist, einen Elektromotor von einem oder mehreren Antriebsrädern wahlweise mechanisch zu entkoppeln, und die eine erste Schnittstelle enthält, die dazu ausgelegt ist, wahlweise in eine zweite Schnittstelle einzugreifen, wobei sowohl die erste Schnittstelle als auch die zweite Schnittstelle eine Vielzahl von Zähnen enthält, jeder Zahn in der Vielzahl von Zähnen eine Antriebsflanke und eine Auslaufflanke enthält und die Auslaufflanke einen ersten Zahnwinkel hat, der größer ist als ein zweiter Zahnwinkel der Antriebsflanke.
In einem anderen Aspekt ist eine elektrische Antriebseinheit vorgesehen, die einen Permanentmagnetmotor (PM-Motor) umfasst; ein Getriebe, das mechanisch mit dem PM-Motor gekoppelt ist und ein Differential enthält; eine Trennanordnung, die in dem Differential enthalten ist, wobei die Trennanordnung Folgendes umfasst: eine Klauenkupplung, die dazu ausgelegt ist, den PM-Motor wahlweise von einem oder mehreren Antriebsrädern zu entkoppeln, und die eine erste Schnittstelle enthält, die dazu ausgelegt ist, wahlweise in eine zweite Schnittstelle einzugreifen, wobei die erste Schnittstelle eine Vielzahl von Zähnen beinhaltet, wobei jeder Zahn in der Vielzahl von Zähnen eine Antriebsflanke und eine Auslaufflanke enthält, und wobei die Auslaufflanke einen größeren Zahnwinkel als die Antriebsflanke aufweist; und einen Elektromagnet, der mit der Klauenkupplung gekoppelt ist; und eine Steuerung, die Befehle enthält, welche in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert sind und die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Anlegen eines Stroms an den Elektromagnet, um die Klauenkupplung auszurücken.
In einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit vorgesehen, das das Ausrücken einer Klauenkupplung in einer Trennvorrichtung eines Differentials umfasst; wobei das Ausrücken der Klauenkupplung das Unterbrechen des Stroms zu einem Elektromagnet beinhaltet, der zum Einrücken der Klauenkupplung ausgelegt ist; und wobei die Klauenkupplung eine Vielzahl von Zähnen enthält, wobei jeder Zahn in der Vielzahl von Zähnen eine Antriebsflanke und eine Auslaufflanke enthält und die Auslaufflanke einen größeren Zahnwinkel als die Antriebsflanke aufweist.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das System ferner eine Feder umfassen, die in einem Differentialgehäuse angeordnet und dazu ausgelegt ist, die Klauenkupplung als Reaktion auf die Aberregung des Elektromagnets auszurücken.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das System ferner eine Steuerung umfassen, die in einem nicht transitorischen Speicher gespeicherte Befehle enthält, welche, wenn sie ausgeführt werden, als Reaktion auf die Beendigung der Zufuhr von elektrischer Energie an den Elektromotor die Steuerung zu Folgendem veranlassen:

Aberregen des Elektromagnets, um die Klauenkupplung auszurücken.

In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Elektromagnet einen oberen Betriebsschwellwert von 10 Ampere aufweisen.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das System ferner eine Rückstellfeder umfassen, die in einem Differentialgehäuse angeordnet und dazu ausgelegt ist, die Klauenkupplung als Reaktion auf die Aberregung des Elektromagnets auszurücken.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Elektromotor ein Permanentmagnetmotor (PM) sein.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Differential in einem Ein-Gang-Getriebe enthalten sein, das mit dem Elektromotor gekoppelt ist.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Ein-Gang-Getriebe ein Drei-Stufen-Getriebe sein.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Stromzufuhr zum Elektromagnet unterbrochen werden, wenn der PM-Motor Leistung verliert.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der an den Elektromagnet gelieferte Strom als Reaktion darauf, dass einen von einem Bediener ausgelösten Ausrückbefehl empfängt, unterbrochen werden.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Elektromagnet in einem Gehäuse des Differentials aufgenommen sein.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Strom weniger oder gleich 10 Ampere sein.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Getriebe ein Ein-Gang-Getriebe sein.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der dem Elektromagnet zugeführte Strom automatisch unterbrochen werden, wenn der PM-Motor Leistung verliert.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der dem Elektromagnet zugeführte Strom automatisch unterbrochen werden, wenn ein Schleppmoment durch den PM-Motor erzeugt wird.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Strom dem Magneten als Reaktion auf die Interaktion des Bedieners mit einem Antriebsmoduswähler zugeführt werden.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Strom an den Elektromagnet auf der Grundlage eine Änderung in einer oder mehreren Fahrzeugbetriebszuständen angelegt werden.
Es sei angemerkt, dass die hierin enthaltenen Beispielroutinen zur Steuerung und Schätzung mit verschiedenen Konfigurationen des elektrischen Antriebsstrangs und/oder des Fahrzeugs verwendet werden können. Die hierin offengelegten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert und vom Steuerungssystem, einschließlich der Steuerung, in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Antriebselementen und anderer Hardware im Elektromotor ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere beliebige Verarbeitungsstrategien darstellen, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und Ähnliches. So können die verschiedenen dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge, parallel oder in einigen Fällen auch ohne sie durchgeführt werden. Entsprechend ist auch die Reihenfolge der Verarbeitung nicht zwingend erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern dient nur der besseren Veranschaulichung und Beschreibung. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können je nach der verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen grafisch einen Code darstellen, der in einen nicht transitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Elektromotorsteuerungssystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführung der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Hardwarekomponenten des Elektromotors in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet.
Es versteht sich, dass die hier offengelegten Konfigurationen und Routinen exemplarischen Charakter haben und dass diese spezifischen Ausführungsbeispiele nicht als einschränkend zu betrachten sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Die oben beschriebene Technologie kann zum Beispiel auf verschiedene Konfigurationen von Elektromotoren und Antriebssträngen angewendet werden. Sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, sollen die Begriffe „erster“, „zweiter“, „dritter“ usw. keine Reihenfolge, Position, Menge oder Bedeutung bezeichnen, sondern dienen lediglich zur Unterscheidung der einzelnen Elemente. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie weitere hier offengelegte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
Der Begriff „etwa“ bedeutet, sofern nicht anders angegeben, plus oder minus fünf Prozent des Bereichs.
Die folgenden Ansprüche weisen insbesondere auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht naheliegend angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen, wobei zwei oder mehr solcher Elemente weder erforderlich noch ausgeschlossen sind. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, ob sie nun einen breiteren, engeren, gleichen oder anderen Geltungsbereich als die ursprünglichen Ansprüche aufweisen, werden ebenfalls als zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gehörig betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7863789 [0003]

Claims

System für eine elektrische Antriebseinheit, das umfasst: eine in einem Differential angeordnete Klauenkupplung, die dazu konfiguriert ist, einen Elektromotor wahlweise mechanisch von einem oder mehreren Antriebsrädern zu entkoppeln, und die eine erste Schnittstelle aufweist, die dazu ausgelegt ist, wahlweise in eine zweite Schnittstelle einzugreifen; wobei die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle jeweils eine Vielzahl von Zähnen enthalten, wobei jeder Zahn der Vielzahl von Zähnen eine Antriebsflanke und eine Auslaufflanke aufweist und die Auslaufflanke einen ersten Zahnwinkel hat, der größer ist als ein zweiter Zahnwinkel der Antriebsflanke.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Elektromagnet umfasst, der dazu konfiguriert ist, die Klauenkupplung als Reaktion auf eine Erregung einzurücken.
System nach Anspruch 2, das ferner eine Steuerung umfasst, die in einem nicht transitorischen Speicher gespeicherte Befehle enthält, welche, wenn sie ausgeführt werden, als Reaktion auf die Beendigung der Zufuhr von elektrischer Energie an den Elektromotor die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Aberregen des Elektromagnets, um die Klauenkupplung auszurücken.
System nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Elektromagnet einen oberen Betriebsschwellwert von 10 Ampere aufweist.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, das ferner eine Rückstellfeder umfasst, die in einem Differentialgehäuse angeordnet und dazu ausgelegt ist, die Klauenkupplung als Reaktion auf die Aberregung des Elektromagnets auszurücken.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei: das Differential in einem dreistufigen Getriebe enthalten ist; und/oder der Elektromagnet in einem Gehäuse des Differentials aufgenommen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor ein Permanentmagnetmotor (PM) ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Zahnwinkel der Auslaufflanke größer als 10 Grad ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Differential in einem Ein-Gang-Getriebe enthalten ist, das mit dem Elektromotor gekoppelt ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: der Strom zum Elektromagnet als Reaktion auf den Leistungsverlust des Elektromotors unterbrochen wird; oder der Strom zum Elektromagnet als Reaktion darauf, dass die Steuerung einen von einem Bediener ausgelösten Ausrückbefehl empfängt, unterbrochen wird.