WO2010046003A1 - Elektrofahrzeug - Google Patents

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motor
shaft
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Tilo Marschall
Ulrich Ohnemus
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/18—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts the coupling parts (1) having slidably-interengaging teeth
    • F16D3/185—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts the coupling parts (1) having slidably-interengaging teeth radial teeth connecting concentric inner and outer coupling parts

Definitions

  • the present invention relates to an electric vehicle according to the preamble of claim 1.
  • the term "electric vehicle” in the present application is understood to mean a vehicle which has an electric motor which makes it possible to drive the vehicle, so that the term “electric vehicle” encompasses both “pure electric vehicles”, ie. H. Vehicles which have exclusively an electromotive drive source, as well as so-called “hybrid vehicles”, which in addition to an electromotive drive source have a different drive source, such as an internal combustion engine and which are selectively driven by an electric motor, a pure combustion engine or at the same time by an internal combustion engine and assisted by an electric motor For all these types of vehicles, the term “electric vehicle” is used below.
  • electric vehicles require a transmission to translate the torque delivered by the electric motor and transmit it to drive wheels. Similar to conventional vehicles, the drive motor must be coupled to the transmission. In contrast to conventional vehicles with an internal combustion engine, the "coupling device" does not have to be designed as a separating clutch, but instead the electric motor can be permanently rotationally coupled to the transmission input in a rotationally fixed manner.
  • the object of the invention is to provide an electric vehicle in which the electric motor is suitably and structurally simply coupled to the transmission input. This object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • the starting point of the invention is an electric vehicle with an electric motor provided for driving the electric vehicle, which has an engine shaft, and with a transmission which has on the input side a transmission input shaft driven by the electric motor.
  • the core of the invention is that the electric motor is coupled via a torque transmission device with the transmission, wherein the torque transmission device is provided between the motor shaft and the transmission input shaft existing or occurring in dynamic operation "coaxiality tolerances", ie in particular misalignment in the sense of axial or radial deviations and in the sense of inclinations to compensate.
  • the torque transmission device is not a disconnect clutch but a coupling device which permanently rotates the motor shaft and the transmission input shaft together.
  • Particularly suitable are coupling devices in which the motor shaft and the transmission input shaft are rotationally coupled to one another in a form-fitting manner.
  • the torque transmission device can be designed to be electrically insulating. What is meant is that the torque transmission device prevents an electrical current flow between the motor shaft of the electric motor and the transmission input, in particular the transmission input shaft, at least up to a predetermined maximum voltage.
  • the torque transmitting device comprises a motor shaft connected to the first gear-like element and a second input gear shaft connected to the transmission element and a gear provided with an internal, sleeve-like element which engages in the first and in the second gear-like element.
  • the "toothings" of the two gear-like elements and the internal toothing of the sleeve-like element can each be so-called “curved toothings".
  • Curved gears have the property that they allow a degree of angular and positional tolerance compensation between the drive and output.
  • a stop is provided in the sleeve-like element, which, considered in the axial direction of the torque transmission device, a "falling below” a predetermined minimum distance between the first gear-like element and the second prevents gear-like element.
  • the stopper is made of an electrically non-conductive material. The guaranteed by the stop "safety distance" between the two gear-like elements to ensure that the "breakdown voltage" from which an electrical current flow between the motor shaft and the transmission input shaft is possible, does not fall below a predetermined value.
  • Electric motor and gearbox are "blind" in production by plugging available;
  • the coupling or torque transmission device compensates for angular tolerances and positional tolerances in the axial and radial directions;
  • the torque transfer device isolates the electric motor electrically from ⁇ the transmission
  • FIGURE 1 shows the basic principle of a torque transmission device according to the invention.
  • Figure 1 shows a torque transmission device 1, which is intended to kinematically rotationally couple a motor shaft 2 of an electric motor not shown here in detail with a transmission input shaft 3 of a transmission not shown here.
  • a first gear 5 is non-rotatably arranged via a shaft-hub connection 4.
  • a second gear 7 is accordingly arranged via a shaft-hub connection 6.
  • the two shaft-hub connections 4, 6 may be positive or non-positive shaft-hub connections. Preferably, it is detachable, ie removable shaft-hub connections.
  • the two gearwheels 5, 7 have on their outer circumference in each case a so-called curved toothing 8, 9, which engages in a running as a straight toothing internal toothing 10, 11 of a sleeve-like element 12.
  • curved toothing 8 9 which engages in a running as a straight toothing internal toothing 10, 11 of a sleeve-like element 12.
  • the sleeve-like element 12 has an annular stop 13. By the stop 13 it is ensured that the two gears 5, 7 do not fall below the width of the ring stop 13 corresponding minimum distance.
  • the sleeve-like element 12 and the annular stop 13 are made of an electrically non-conductive material, which ensures that the two gears 5, 7 and thus the motor shaft 2 and the transmission input shaft 3 are electrically isolated from each other.
  • the assembly of the torque transmission device 1 shown in Figure 1 is very simple, since the two gears 5, 7 with their arcs 8, 9 only in the associated arc gears 10, 11 of the sleeve-like element 12 must be inserted.
  • a minimum distance between the two toothed wheels 5, 7 can also be ensured by snap rings or the like inserted into the sleeve-like element 12.

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Abstract

Elektrofahrzeug, mit einem zum Antrieb des Elektrofahrzeugs vorgesehenen Elektromotor, der eine Motorwelle aufweist, einem Getriebe, das eingangsseitig eine von dem Elektromotor angetriebene Getriebeeingangswelle aufweist. Der Elektromotor ist über eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit dem Getriebe drehgekoppelt. Die Drehmomentübertragungseinrichtung ist dazu vorgesehen, zwischen der Motorwelle und der Getriebeeingangswelle bestehende bzw. im dynamischen Betrieb auftretende Koaxialitätstoleranzen auszugleichen.

Description

Elektrofahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Unter dem Begriff „Elektrofahrzeug" wird in der vorliegenden Anmeldung ein Fahrzeug verstanden, das einen Elektromotor aufweist, der einen Antrieb des Fahrzeugs ermöglicht. Der Begriff Elektrofahrzeug umfasst somit sowohl „reine Elektrofahrzeuge", d. h. Fahrzeuge die ausschließlich eine elektromotorische Antriebsquelle aufweisen, als auch so genannte „Hybridfahrzeuge", die zusätzlich zu einer elektromotorischen Antriebsquelle eine andere Antriebsquelle, wie z. B. einen Verbrennungsmotor aufweisen und die wahlweise rein elektromotorisch, rein verbrennungsmotorisch oder gleichzeitig verbrennungsmotorisch und unterstützend elektromotorisch angetrieben werden können. Für all diese Fahrzeugarten wird im Folgenden der Begriff „Elektrofahrzeug" verwendet.
Auch Elektrofahrzeuge benötigen ein Getriebe, um das von dem Elektromotor gelieferte Drehmoment zu übersetzen und auf Antriebsräder zu übertragen. Ähnlich wie bei herkömmlichen Fahrzeugen muss der Antriebsmotor mit dem Getriebe gekoppelt sein. Im Unterschied zu herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor muss die „Kopplungseinrichtung" nicht als Trennkupplung ausgeführt sein. Vielmehr kann der Elektromotor permanent drehfest mit dem Getriebeeingang drehgekoppelt sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Elektrofahrzeug zu schaffen, bei dem der Elektromotor in geeigneter Weise und konstruktiv einfach mit dem Getriebeeingang gekoppelt ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist Elektrofahrzeug, mit einem zum Antrieb des Elektrofahrzeugs vorgesehenen Elektromotor, der eine Motorwelle aufweist, und mit einem Getriebe, das eingangsseitig eine von dem Elektromotor angetriebene Getriebeeingangswelle aufweist.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Elektromotor über eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit dem Getriebe gekoppelt ist, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtung dazu vorgesehen ist, zwischen der Motorwelle und der Getriebeeingangswelle bestehende bzw. im dynamischen Betrieb auftretende „Koaxialitätstoleranzen", d.h. insbesondere Fluchtungsfehler im Sinne axialer oder radialer Abweichungen sowie im Sinne von Schrägstellungen, auszugleichen.
Aufgrund von Fertigungstoleranzen und dynamisch auftretenden Belastungen kann es im „Antriebsstrang" zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe zu Winkel- und Lagetoleranzen kommen. In der Praxis ist also nicht sichergestellt, dass die Motorwelle und die Getriebeeingangswelle exakt koaxial, d. h. exakt parallel zueinander sind und miteinander fluchten. Um Zwangskräfte im Antriebsstrang zu vermeiden, wird daher vorgeschlagen, zwischen dem Elektromotor und dem Getriebeeingang eine Drehmomentübertragungseinrichtung anzuordnen, die in gewissem Umfang einen Winkel- und Lageausgleich ermöglicht. Unter dem Begriff „Lageausgleich" wird verstanden, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung dazu in der Lage ist, sowohl einen gewissen axialen Versatz der Motorwelle und der Getriebeeingangswelle als auch in gewissem Umfang axiale Relativverschiebungen der Motorwelle in Bezug auf die Getriebeeingangswelle auszugleichen bzw. zu kompensieren. Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei der Drehmomentübertragungseinrichtung gemäß der Erfindung nicht um eine Trennkupplung, sondern um eine Kopplungseinrichtung, welche die Motorwelle und die Getriebeeingangswelle permanent miteinander drehkoppelt. In Betracht kommen insbesondere Kopplungseinrichtungen, bei denen die Motorwelle und die Getriebeeingangswelle formschlüssig miteinander drehgekoppelt sind.
Aus Sicherheitsgründen kann die Drehmomentübertragungseinrichtung elektrisch isolierend ausgeführt sein. Gemeint ist, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung zumindest bis zu einer vorgegebenen Maximalspannung einen elektrischen Stromfluss zwischen der Motorwelle des Elektromotors und dem Getriebeeingang, insbesondere der Getriebeeingangswelle, unterbindet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Drehmomentübertragungseinrichtung ein mit der Motorwelle verbundenes erstes zahnrad artiges Element und ein mit der Getriebeeingangswelle verbundenes zweites zahnradartiges Element sowie ein mit einer Innenverzahnung versehenes, hülsenartiges Element auf, welches in das erste und in das zweite zahnradartige Element eingreift.
Bei den „Verzahnungen" der beiden zahnradartigen Elemente und der Innenverzahnung des hülsenartigen Elements kann es sich jeweils um so genannte „Bogenverzahnungen" handeln. Bogenverzahnungen haben die Eigenschaft, dass sie in gewissem Umfang einen Winkel-, und Lagetoleranzausgleich zwischen Antrieb und Abtrieb ermöglichen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist in dem hülsenartigen Element ein Anschlag vorgesehen, der, in Axialrichtung der Drehmomentübertragungseinrichtung betrachtet, eine „Unterschreitung" eines vorgegebenen Mindest- abstands zwischen dem ersten zahnradartigen Element und dem zweiten zahnradartigen Element verhindert. Vorzugsweise ist der Anschlag aus einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellt. Der durch den Anschlag gewährleistete „Sicherheitsabstand" zwischen den beiden zahnradartigen Elementen soll sicherstellen, dass die „Durchschlagspannung", ab der ein elektrischer Stromfluss zwischen der Motorwelle und der Getriebeeingangswelle möglich ist, einen vorgegebenen Wert nicht unterschreitet.
Zusammenfassend werden mit der Erfindung folgende Vorteile erreicht: Elektromotor und Getriebe sind in der Fertigung „blind" durch Stecken fügbar;
Die Kupplung bzw. Drehmomentübertragungseinrichtung gleicht Winkeltoleranzen sowie Lagetoleranzen in axialer und radialer Richtung aus;
Die Drehmomentübertragungseinrichtung isoliert den Elektromotor elektrisch gegenüber^dem Getriebe;
Mindestabstände zur Vermeidung von Kriechströmen werden sicher eingehalten.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur 1 zeigt das Grundprinzip einer Drehmomentübertragungseinrichtung gemäß der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine Drehmomentübertragungseinrichtung 1 , die dazu vorgesehen ist, eine Motorwelle 2 eines hier nicht näher dargestellten Elektromotors kinematisch mit einer Getriebeeingangswelle 3 eines hier nicht näher dargestellten Getriebes permanent drehzukoppeln.
Auf der Motorwelle 2 des Elektromotors ist über eine Welle-Nabeverbindung 4 drehfest ein erstes Zahnrad 5 angeordnet. Auf der Getriebeeingangswelle 3 ist dementsprechend über eine Welle-Nabeverbindung 6 ein zweites Zahnrad 7 angeordnet. Bei den beiden Welle-Nabe-Verbindungen 4, 6 kann es sich um formschlüssige oder kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen handeln. Vorzugsweise handelt es sich um lösbare, d. h. demontierbare Welle-Nabe-Verbindungen.
Die beiden Zahnräder 5, 7 weisen an ihrem Außenumfang jeweils eine so genannte Bogenverzahnung 8, 9 auf, die in eine als Geradverzahnung ausgeführte Innenverzahnung 10, 11 eines hülsenartigen Elements 12 eingreift. Über die Innenverzahnungen 10, 11 des hülsenartigen Elements 12 sind die beiden Zahnräder 5, 7 und somit die Motorwelle 2 und die Getriebeeingangswelle 3 drehfest miteinander gekoppelt.
Im Bereich zwischen den beiden Zahnrädern 5, 7 weist das hülsenartige Element 12 einen ringartigen Anschlag 13 auf. Durch den Anschlag 13 ist sichergestellt, dass die beiden Zahnräder 5, 7 einen der Breite des Ringanschlags 13 entsprechenden Mindestabstand nicht unterschreiten.
Das hülsenartige Element 12 und der Ringanschlag 13 sind aus einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellt, wodurch sichergestellt ist, dass die beiden Zahnräder 5, 7 und somit die Motorwelle 2 und die Getriebeeingangswelle 3 elektrisch gegeneinander isoliert sind.
Die Montage der in Figur 1 gezeigten Drehmomentübertragungseinrichtung 1 ist sehr einfach, da die beiden Zahnräder 5, 7 mit ihren Bogenverzahnungen 8, 9 lediglich in die zugeordneten Bogenverzahnungen 10, 11 des hülsenartigen Elements 12 gesteckt werden müssen.
Ein wesentlicher Vorteil der in Figur 1 gezeigten Bogenverzahnungen 8 - 11 besteht darin, dass die Verzahnungen Winkel- und/oder Lagetoleranzen zwischen der Motorwelle 2 und der Getriebeeingangswelle 3 „kompensieren" können. Zusätzlich ist in gewissem Umfang auch ein Längenausgleich mög- lieh, d. h. eine Relativverschiebung der Motorwelle 2 in Bezug auf die Getriebeeingangswelle 3 in Axialrichtung 14.
Alternativ zu dem in Figur 1 gezeigten ringartigen Anschlag 13 kann ein Mindestabstand zwischen den beiden Zahnrädern 5, 7 auch durch in das hülsenartige Element 12 eingesetzte Sprengringe o. ä. sichergestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrofahrzeug, mit
- einem zum Antrieb des Elektrofahrzeugs vorgesehenen Elektromotor, der eine Motorwelle (2) aufweist,
- einem Getriebe, das eingangsseitig eine von dem Elektromotor angetriebene Getriebeeingangswelle (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor über eine Drehmomentübertragungseinrichtung (1 ) mit dem Getriebe drehgekoppelt ist, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtung (1 ) dazu vorgesehen ist, zwischen der Motorwelle (2) und der Getriebeeingangswelle (3) bestehende bzw. im dynamischen Betrieb auftretende Koaxialitätstoleranzen auszugleichen.
2. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung (1) zusätzlich dazu vorgesehen ist, im dynamischen Betrieb auftretende axiale Verschiebungen der Motorwelle (2) in Bezug auf die Getriebeeingangswelle (3) zu ermöglichen.
3. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (2) und die Getriebeeingangswelle (3) über die Drehmomentübertragungseinrichtung (1) permanent drehgekoppelt sind.
4. Elektrofahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (2) und die Getriebeeingangswelle (3) über die Drehmomentübertragungseinrichtung (1 ) formschlüssig drehgekoppelt sind.
5. Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (2) und die Getriebeeingangswelle (3) durch die Drehmomentübertragungseinrichtung (1 ) elektrisch gegeneinander isoliert sind.
6. Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung (1 ) ein mit der Motorwelle (2) verbundenes erstes zahnrad artiges Element (5) und ein mit der Getriebeeingangswelle (3) verbundenes zweites zahnradartiges Element (7) und ein mit einer Innenverzahnung versehenes hülsenartiges Element (12) aufweist, welches in das erste und in das zweite zahnradartige Element (5, 7) eingreift.
7. Elektrofahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zahnradartigen Elemente (5, 7) als Bogenverzahnungen (8, 9) ausgebildete Außenverzahnungen aufweist, welche in eine als Geradverzahnung ausgeführte Innenverzahnung (10, 11 ) des hülsenartigen Elements (12) eingreifen.
8. Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hülsenartigen Element (12) ein Anschlag (13) vorgesehen ist, der, in Axialrichtung (14) betrachtet, eine Unterschreitung eines vorgegebenen Mindestabstands zwischen dem ersten zahnradartigen Element (5) und dem zweiten zahnradartigen Element (7) verhindert.
9. Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Getriebegehäuse aufweist, an das ein Gehäuse des Elektromotors angeflanscht ist und dass in einem Flanschbereich des Getriebegehäuses die Drehmomentübertragungseinrichtung (1 ) angeordnet ist.
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