電驅動裝置和具有這樣的電驅動裝置的傳動系裝置的製作方法

2023-09-22 01:52:35

本發明涉及一種用於驅動機動車的驅動軸的電驅動裝置。電驅動裝置可以用作機動車的唯一的驅動源或者除了內燃機之外被設置，其中電驅動裝置和內燃機可以分別自身或共同疊加地驅動機動車。這樣的具有兩個驅動源的驅動方案也稱為「混合驅動」。通常，電驅動裝置包括電動機和下遊的齒輪傳動機構，該齒輪傳動機構將所引入的旋轉運動從高速傳動為低速。齒輪傳動機構與下遊的差速器驅動連接，該差速器將所引入的扭矩分配到兩個半軸上，用於驅動車軸的車輛齒輪。

背景技術：

從us2007/0023211a1已知一種作為用於驅動機動車的前軸的輔助驅動裝置的電驅動裝置，該機動車具有內燃機作為用於驅動後軸的主驅動裝置。電驅動裝置包括電動機、行星齒輪變速器和差速器，它們彼此同軸地布置。

從ep1377473b1已知一種用於混合動力車輛的具有電動機、行星齒輪變速器和差速器的相似構造的驅動軸。

從us2008/0223635a1已知一種具有內燃機、齒輪傳動機構、差速器、第一電動機和第二電動機的混合傳動系。差速器具有兩個輸入端並且不僅可以由內燃機而且可以由第一電動機來驅動。第一電動機與差速器同軸地布置。

從de10146386a1已知一種用於多軸傳動的機動車的驅動單元。該驅動單元包括內燃機作為初級驅動源和電動機作為次級驅動源，該初級驅動源用於唯一地驅動第一驅動軸，該次級驅動源與初級驅動源一起用來驅動第二驅動軸。電動機和在功率路徑中後置的疊加傳動機構與機動車的縱驅動軸同軸地布置。

具有48伏特功率的電動機通常基於以下來設計，即在直至12000u/min的高轉速下輸出大約50nm的相對小的扭矩。這使得需要使用齒輪傳動機構，所述齒輪傳動機構將電動機的高轉速傳動為低速。

技術實現要素：

本發明所基於的任務是提出一種具有電機和為此同軸布置的差速器的驅動裝置，該驅動裝置佔用少的結構空間並且因此適合於裝配在機動車的後軸中。

一種解決方案在於一種用於驅動機動車的驅動軸的電驅動裝置，該電驅動裝置包括：電機、齒輪傳動機構和差速器；其中電機具有被構造為空心軸的電動機軸，該電動機軸能夠圍繞著第一旋轉軸（a）可旋轉地驅動；其中齒輪傳動機構包括與發動機軸連接的驅動齒輪、至少一個能夠由驅動齒輪圍繞著第二旋轉軸旋轉驅動的中間齒輪、能夠由至少一個中間齒輪圍繞著第三旋轉軸旋轉驅動的冠形齒輪以及與冠形齒輪連接的從動輪，其中從動輪和冠形齒輪彼此同軸地布置並且旋轉固定地相互連接，使得它們共同圍繞著第三旋轉軸旋轉；其中第三旋轉軸與第一旋轉軸交叉。

一個優點在於，電驅動裝置由於差速器和電機的同軸布置以及具有冠形齒輪的齒輪傳動機構的設計方案而特別緊湊地構造。齒輪傳動機構被設計用於產生從高速至低速的傳動。因此差速器比電動機的電動機軸慢多倍地選擇。在此，冠形齒輪能夠實現為了藉助電機來驅動差速器所需的至低速的傳動，或者傳動的部分。齒輪傳動機構的從動輪將扭矩傳輸到差速器上；該從動輪也可以被稱為驅動齒輪或驅動小齒輪。差速器將所引入的扭矩分配到兩個輸出齒輪上，所述輸出齒輪也可以被稱為半軸齒輪。半軸齒輪分別用於驅動所屬的半軸或機動車的與半軸連接的車輪。

電機轉換能量並且可以作為電動機或發電機來工作。在電動機運行中，電機將電能轉換為機械能，使得可以驅動機動車的驅動軸。在發電機運行中，電機將機械能轉換為電能，該電能然後可以存儲在電池中。該過程也稱為回收，在該過程中機動車的制動能被回收。

齒輪傳動機構或差速器的各個部件分別與用於傳輸扭矩的其他部件驅動連接。在此，利用表達「能夠旋轉驅動或驅動連接」應該分別一併包括以下可能性：在進行驅動的部件和由此被旋轉驅動的部件之間可以中間連接有在功率路徑中的一個或多個另外的部件。例如可以在驅動齒輪和中間齒輪之間和/或在中間齒輪和冠形齒輪之間中間連接有一個或多個另外的齒輪。也可以設想的是，在功率路徑中在兩個驅動連接的部件之間布置有離合器，該離合器可以可選地建立或中斷扭矩傳輸。

冠形齒輪具有正面的齒部，該齒部指向差速器的方向並且比從動輪的齒部置於更大的直徑上。冠形齒輪齒部的各個齒可以在其縱向延伸上具有不變的橫截面和相對於齒根線變化的高度。在此，齒可以關於冠形齒輪軸徑向向外擴展，以便可以實現與中間齒輪的齒部的均勻的齒部嚙合。冠形齒輪齒部的齒側的中線優選地處於與冠形齒輪旋轉軸法向的平面中，使得冠形齒輪和與其嚙合的中間齒輪之間的齒嚙合的接觸線平行於中間齒輪軸伸展。

冠形齒輪齒部或中間齒輪齒部可以被構造為直齒齒部或斜齒齒部。冠形齒輪例如可以改型地製造，特別是藉助鍛造，或者也可以原始形式地構造，特別是通過燒結。中間齒輪與冠形齒輪嚙合並且具有相應互補的齒部。優選地，中間齒輪被構型為具有端面齒部的圓柱形正齒輪（圓柱齒輪），其中該齒部可以根據冠形齒輪的齒部被構型為直齒齒部或斜齒齒部。

冠形齒輪或與其連接的驅動齒輪的旋轉軸（第三旋轉軸）與差動裝置或電動機的旋轉軸（第一旋轉軸）交叉。就此特別是應該一併包括：第三旋轉軸和第一旋轉軸在兩個旋轉軸的正交投影上觀察相交。在此，兩個旋轉軸可以彼此以間距交叉或者彼此實際上相交於交點。在正交投影上觀察在兩個旋轉軸之間所圍成的角度特別是為90°，其中不排除一定的例如高達±10°的偏差。

電驅動裝置可以被構型成，使得第三旋轉軸以間距與第一旋轉軸和第二旋轉軸中的至少一個交叉。替代地或補充地，電驅動裝置也可以被構型成，使得第三旋轉軸與第一旋轉軸和第二旋轉軸中的至少一個相交。第一和第二旋轉軸中的至少一個分別意指，第一和/或第二旋轉軸可以相應布置。由此得出不同的可行的設計方案，即第三旋轉軸以間距與第一和第二旋轉軸交叉，或者以間距與第一旋轉軸交叉並且與第二旋轉軸相交，或者與第一旋轉軸相交並且以間距與第二旋轉軸交叉。合適的設計方案可以根據具體車輛的結構空間比例和與其關聯的技術要求來選擇。

至少一個中間齒輪被布置或設計成，使得在電動機驅動齒輪和冠形齒輪之間的間距被調和。在此，中間齒輪的第二旋轉軸優選地平行於第一旋轉軸來布置，更確切地說在第一旋轉軸和通過冠形齒輪齒部撐起的徑向平面之間。根據一種可行的設計方案，可以設置恰好一個中間齒輪，該中間齒輪與能夠由電機驅動的驅動齒輪和與冠形齒輪齒部嚙合。如上所提及的，然而原則上可以在功率路徑中中間連接其他部件、例如一個或多個另外的中間齒輪。

也可以共同被稱為傳動單元的齒輪傳動機構和差速器被構型成，使得在電機和差速器的輸出部件或車輛的與其驅動連接的半軸之間得出以下傳動比，該傳動比可以總共在8和12之間。為此可以規定，冠形齒輪具有比驅動齒輪更大的直徑和更多的齒數，其中在驅動齒輪和冠形齒輪之間形成第一傳動比（i1），第一傳動比例如可以在3和4之間。此外，與冠形齒輪連接的從動輪可以具有比冠形齒輪更小的直徑和更少的齒數，其中在冠形齒輪和該從動輪之間形成第二傳動比（i2），第二傳動比例如可以在2和3之間。第一和第二傳動比的乘積於是形成總傳動比（iges）。

從動輪和冠形齒輪彼此旋轉固定地連接，使得它們共同旋轉。該連接可以通過所有技術上可設想的方案來實現，例如藉助形狀配合的連接、如齒輪連接（齒條），力配合的連接、如螺栓連接，材料配合的連接、如焊接，或者所述方案的組合。優選地，從動輪和冠形齒輪首先被製造成單獨的部件並且然後相互連接，其中原則上也可以設想整體製造。從動輪和冠形齒輪也可以間接地、例如通過驅動部件相互連接，利用該驅動部件，兩個齒輪可以連接，例如通過相應的軸連接（齒條）。驅動部件例如可以是軸頸，該軸頸能夠由機動車的驅動軸、特別是縱驅動軸來驅動。因此，包括從動輪和冠形齒輪的結構單元可以以兩種可能的方式來驅動，即通過電動機或通過另外的驅動源來驅動，該電動機可以將扭矩引入到冠形齒輪中，該另外的驅動源可以將扭矩引入到與冠形齒輪連接的驅動部件中。在此，扭矩從電動機或另外的驅動源的引入可以單獨地或疊加地進行。

差速器優選地包括差動載體以及多個差動齒輪，所述差動載體能夠由從動輪圍繞著第一旋轉軸旋轉驅動，所述差動齒輪與所述差動載體一起圍繞著第一旋轉軸旋轉並且與兩個輸出齒輪驅動連接。根據一種實施方案，差速器可以被構型為錐齒輪差速器，即差動齒輪和半軸齒輪以錐齒輪的形式構型。然而也可以設想其他實施方案、如行星齒輪差速器。差速器優選地包括環形齒輪，該環形齒輪與差動載體同軸地布置並且與其固定連接，其中環形齒輪和電機關於差速器的中間面在相同側布置。通過該方式得出所述單元的適宜的結構空間布置。

齒輪傳動機構的從動輪與差速器的環形齒輪齒部嚙合，其中兩個齒輪軸相交或與間距交叉並且特別是彼此垂直地布置。由從動輪和環形齒輪構成的齒輪組也可以被稱為雙曲線齒輪組或傘齒輪傳動。差速器的兩個輸出齒輪分別與用於驅動車輪的輸出軸旋轉固定地連接。特別是規定，差速器的兩個輸出軸之一與電機的空心軸同軸地布置並且穿過該空心軸延伸。

根據一種優選的設計方案，電機、齒輪傳動機構和差速器具有共同的殼體。這一併包括以下可能性，即各個部件容納在單獨的殼體部分中，其中各個殼體部分可以相互連接，例如通過凸緣連接。

上面提及的任務的一種解決方案此外在於一種用於多軸傳動的機動車的傳動系裝置，其包括：具有第一驅動軸的第一傳動系，第一驅動軸能夠由第一驅動源驅動；和具有第二驅動軸的第二傳動系，第二驅動軸能夠由第一驅動源和可選地由電驅動裝置來驅動，該電驅動裝置至少根據上述實施方式之一來構型。利用該傳動系裝置得出在機動車中的緊湊的結構和因此小的結構空間需求的上述優點。

第二傳動系可以具有縱驅動軸，其中差速器的從動輪和齒輪傳動機構的冠形齒輪可以與縱驅動軸旋轉固定地連接。通過該方式，扭矩可以不僅從第一驅動源而且從作為第二驅動源的電動機引入到差速器中來驅動所屬的驅動軸。也可以被稱為驅動裝置的電驅動裝置可以用在機動車的後軸中。在該情況下，前軸應該是由第一驅動源驅動的初級驅動軸。替代地，電驅動裝置也可以用在前軸中，其中後軸於是應該是初級驅動的驅動軸。

附圖說明

下面藉助附圖解釋優選的實施方式。其中：

圖1以俯視圖示意性示出根據本發明的電驅動裝置；

圖2以軸向視角示出根據圖1的電驅動裝置；

圖3示出在一種改型實施方式中的軸向視角下的根據本發明的電驅動裝置；

圖4示出在另一改型實施方式中的軸向視角下的根據本發明的電驅動裝置；以及

圖5以俯視圖示意性示出根據本發明的具有根據本發明的電驅動裝置的傳動系裝置。

具體實施方式

下面一起描述圖1和2。圖1示出根據本發明的具有電機3和能夠由電動機旋轉驅動的傳動單元4的電驅動裝置2。傳動單元4包括齒輪傳動機構5和在功率路徑中下遊的差速器6。電驅動裝置2可以用作初級驅動源，或者用作用於驅動機動車的能夠按需求來驅動的次級驅動軸的次級驅動源，該機動車具有用於驅動初級驅動軸的初級驅動源。

電動機3包括定子7和能夠關於該定子旋轉的轉子8，該轉子在給電動機通電時旋轉地驅動電動機軸9。電動機軸9的旋轉運動通過在功率路徑中下遊的齒輪傳動機構5傳輸到差速器6上。電動機3由電池（未示出）來供應電流，其中電池可以在電機3的發電機運行中被充電。電驅動裝置2還包括殼體10，在該殼體中布置有電動機3和傳動單元4。

齒輪傳動機構5被構型成，使得由電動機軸9引入的旋轉運動從高速傳動為低速，因此傳動機構也可以被稱為減速齒輪。電動機軸9被構型成空心軸並且藉助殼體10中的軸承（未示出）圍繞著第一旋轉軸a1可旋轉地安置。驅動齒輪14（第一齒輪）與驅動軸9例如藉助軸齒部（齒條）旋轉固定地連接，其中自然也可以考慮其他連接方案、如焊接。

齒輪傳動機構5包括驅動齒輪14、能夠由驅動齒輪圍繞著第二旋轉軸a2旋轉驅動的中間齒輪15（第二齒輪）以及能夠由中間齒輪圍繞著第三旋轉軸a3旋轉驅動的冠形齒輪16（第三齒輪）和與冠形齒輪固定連接的從動輪17（第四齒輪）。從動輪17與差速器6的環形齒輪18齒部嚙合，以便驅動該環形齒輪，並且就這點而言也可以被稱為驅動齒輪或驅動小齒輪。由驅動小齒輪17和環形齒輪18構成的齒輪組可以以雙曲線齒輪組的形式構型。在電機3和差速器6的輸出部件之間的功率路徑中可以設置可控的離合器（未示出），該離合器可以可選地建立或中斷電機3和差速器的輸出部件之間的扭矩傳輸。

差速器6包括與環形齒輪18固定連接的差動載體19、多個與差動載體19連接的差動齒輪20以及作為輸出部件的第一和第二半軸齒輪23、24，所述差動齒輪可旋轉地安置在一個或多個與差動載體19連接的軸頸22上，所述半軸齒輪能夠由差動齒輪20圍繞著旋轉軸a1旋轉驅動。差速器當前以錐齒輪差速器的形式構型，其中差動齒輪組19、23、24布置在差動載體19中，該差動載體就這點而言也可以被稱為差速器殼。第一半軸齒輪23與第一輸出軸25旋轉固定地連接，第一輸出軸與旋轉軸a1同軸地布置並且由被構造為空心軸的電動機軸9貫穿。輸出軸25具有傳動機構側的端部段和與傳動機構遠離的端部段，該傳動機構側的端部段與半軸齒輪23旋轉固定地連接，該與傳動機構遠離的端部段在殼體10中圍繞著旋轉軸a1可旋轉地安置並且與同步萬向節26連接。同步萬向節26用於在角運行下將扭矩從第一輸出軸25傳輸到機動車的第一半軸27。第一半軸27通過車輪側的另外的同步萬向節28與第一車輪29連接，以用於在角運行下傳輸扭矩。第二半軸齒輪24通過第二輸出軸30、傳動機構側的同步萬向節26'、第二半軸27'和車輪側的同步萬向節28'來驅動相對的第二車輪29'。

齒輪傳動機構5被構型成，使得在電機3和差動載體19之間實現高速到低速的傳動。在此，在電動機驅動齒輪14和差動載體19之間的傳動比例如可以在8和12之間。為此規定，冠形齒輪16具有比驅動齒輪14更大的直徑和更多的齒數，並且差速器6的從動輪17具有比與其同軸的冠形齒輪16更小的直徑和更少的齒數。為了實現8至12的總傳動比iges，在驅動齒輪14和冠形齒輪16之間形成的第一傳動比i1例如可以在3和4之間，並且在冠形齒輪16和從動輪17之間形成的第二傳動比i2例如可以在2和3之間。

齒輪傳動機構的從動輪17和冠形齒輪16彼此旋轉固定地連接，使得它們共同圍繞著旋轉軸a3旋轉。該連接可以通過形狀配合、力配合和/或材料配合來實現。由從動輪17和冠形齒輪16構成的結構單元具有軸頸21，該軸頸能夠在殼體10的殼套口中圍繞著旋轉軸a3可旋轉地安置。軸頸21可以與機動車的傳動系的在此未示出的驅動軸以驅動方式連接，使得扭矩不僅可以通過所述驅動軸而且可以由電機3單獨或疊加地引入到所述結構單元中。

冠形齒輪16具有正面的齒部32，該齒部指向差速器6的方向並且比從動輪17的齒部置於更大的直徑上。冠形齒輪16與中間齒輪15嚙合，該中間齒輪具有與冠形齒輪齒部32互補的齒部33。冠形齒輪齒部32的各個齒可以在其縱向延伸上具有不變的橫截面和相對於齒根線變化的高度。在此，齒可以關於冠形齒輪軸a3徑向向外擴展，以便可以實現與中間齒輪15的齒部的均勻的齒部嚙合。冠形齒輪齒部的齒側的中線處於與冠形齒輪旋轉軸a3法向的平面中，使得冠形齒輪16和與其嚙合的中間齒輪15之間的齒嚙合的接觸線平行於中間齒輪軸a2伸展。中間齒輪15被構型為具有端面齒部的圓柱形正齒輪（圓柱齒輪）。冠形齒輪齒部32和中間齒輪齒部33可以被構造為直齒齒部或斜齒齒部。

關於第一旋轉軸a1徑向內部，中間齒輪15與電動機驅動齒輪14嚙合。中間齒輪15被設計成，使得在電動機驅動齒輪14和冠形齒輪16之間的徑向間距被調和。在當前實施方式中，在驅動齒輪14和冠形齒輪16之間的功率路徑中設置恰好一個中間齒輪15。然而，易於理解的是，根據空間結構關係或其他技術要求也可以設置多個中間齒輪來將扭矩從驅動齒輪傳輸到冠形齒輪上。特別是在圖2中可見，中間齒輪15的旋轉軸a2與驅動齒輪14的旋轉軸a1平行地布置，並且與冠形齒輪16的旋轉軸a3相交。在此，在旋轉軸a3和旋轉軸a1之間形成軸錯位v（偏移）。所述軸錯位不僅涉及也可以被稱為雙曲線齒輪組的齒輪對--從動輪17和環形齒輪18而且涉及也可以被稱為冠形齒輪組的齒輪對—中間齒輪15和冠形齒輪16。

圖3以相對於根據圖2的實施方式輕微改型的形式示出根據本發明的裝置。根據圖3的實施方式的俯視圖對應於根據圖1的實施方式的俯視圖並且因此不再一次分開複述。根據圖3的實施方案在很大程度上對應於根據圖2的實施方案，因此關於共同點參考上面的描述。在此，相同的細節配備與圖1和2中的相同的附圖標記。根據圖3的實施方案的唯一區別在於，第三旋轉軸a3以間距與平行於第一旋轉軸a1伸展的第二旋轉軸a2交叉。該間距在此對應於第三旋轉軸a3和第一旋轉軸a1之間的軸錯位v（偏移），即第一和第二軸a1、a2共同撐開一個平面，該平面平行於第三軸a3伸展。因此技術上得出，僅僅在雙曲線齒輪組17、18中存在軸錯位，然而在冠形齒輪組15、16中不存在。

圖4以相對於根據圖2或圖3的實施方式再一次輕微改型的形式示出另一根據本發明的裝置。根據圖4的實施方式的俯視圖對應於根據圖1的實施方式的俯視圖並且因此不再一次分開複述。根據圖4的實施方案在很大程度上對應於根據圖2或根據圖3的實施方案，因此關於共同點參考上面的描述。在此，相同的細節配備與圖1至3中的相同的附圖標記。根據圖4的實施方案的唯一區別在於，第三旋轉軸a3與第一旋轉軸a1和第二旋轉軸a2相交。即所有三個軸a1、a2、a3位於一個共同的平面中。由此得出，在雙曲線齒輪組17、18中和在冠形齒輪組15、16中都不存在軸錯位。

圖5示出根據本發明的用於多軸傳動的機動車的傳動系裝置34。設置具有內燃機36的第一驅動裝置35和按照根據圖1至4的實施方式的根據本發明的電驅動裝置2作為第二驅動裝置。傳動系裝置34包括用於驅動第一驅動軸37的第一傳動系和用於驅動第二驅動軸38的第二傳動系。內燃機36通過變速器39驅動分動器40，通過該分動器將扭矩引入到第一或第二傳動系中。

第一傳動系5包括差速器（未示出），通過該差速器將所引入的扭矩傳輸到兩個半軸41、41'上，以便驅動所屬的車輪42、42'。半軸41、41'分別包括傳動機構側的和車輪側的同步萬向節43、43'、44、44'，它們分別能夠實現在角運行下的扭矩傳輸。

第二傳動系可以持久驅動（持久的全輪驅動）或藉助在功率路徑中布置的離合器在需要時可接通地構型（按需要驅動）。第二傳動系包括縱驅動軸45，利用該縱驅動軸能夠將扭矩傳輸到第二傳動系裝置2的驅動部件21上。縱驅動軸45以多部件軸的形式構型，該多部件軸具有：擁有端側的第一鏈節46的第一軸部段、中間鏈節47和擁有端側的第二鏈節48的第二軸部段。

第一驅動軸37和第二驅動軸38可以可選地通過第一驅動裝置35和/或第二驅動裝置2來驅動。第二驅動裝置2的電機3可以在發電機運行下在制動車輛時將機械能轉換為電能。本傳動系裝置34的特點在於，根據本發明的驅動裝置2由於電機3和差速器6的同軸定向以及具有冠形齒輪16的齒輪傳動機構5的設計方案而特別緊湊地構造並且因此可以良好地集成到後軸中。在當前實施方式中，具有作為初級驅動源的內燃機36的第一驅動裝置35分配給前軸，而具有作為次級驅動源的電動機3的第二驅動裝置2分配給後軸。然而，易於理解的是，根據車輛也可以實現相反的分配，即電驅動裝置2在前軸中並且初級驅動裝置35在後軸範圍內。

附圖標記列表

2電驅動裝置

3電動機

4傳動單元

5齒輪傳動機構

6差速器

7定子

8轉子

9電動機軸/空心軸

10殼體

14驅動齒輪

15中間齒輪

16冠形齒輪

17從動輪

18環形齒輪

19差動載體

20差動齒輪

21驅動部件

22軸頸

23半軸齒輪

24半軸齒輪

25驅動軸

26同步萬向節

27半軸

28同步萬向節

29車輪

30驅動軸

32冠形齒輪齒部

33中間齒輪齒部

34傳動系裝置

35驅動裝置

36內燃機

37第一驅動軸

38第二驅動軸

39多檔變速器

40分動器

41半軸

42車輪

43同步萬向節

44同步萬向節

45縱驅動軸

46同步萬向節

47同步萬向節

48同步萬向節

a1第一旋轉軸

a2第二旋轉軸

a3第三旋轉軸。