一種電動軸的製作方法

2023-12-02 02:16:31

一種電動軸的製作方法
【專利摘要】一種用於四輪道路車輛的電動軸。所述電動軸包括：電力推進電機(110)，該電力推進電機(110)同軸地設置在所述軸(100)上；差動機構(120)，該差動機構(120)連接於所述電力推進電機，用於驅動設置在所述電動軸(100)的第一側(160)和第二側(162)上的兩個車輪；以及電力扭矩引導電機(132)，該電力扭矩引導電機(132)同軸地設置在所述軸(100)上，並且連接於所述第一側(160)和第二側(162)，以改變所述軸(100)的第一側(160)和第二側(162)之間的扭矩分配，其中，所述電力扭矩引導電機(132)的直徑小於所述電力推進電機(110)的直徑。
【專利說明】—種電動軸

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種四輪車輛的電動軸。更具體地，本發明涉及一種具有扭矩引導裝置的電動軸，該扭矩引導裝置用於在所述電動軸的右車輪和左車輪之間提供扭矩差。

【背景技術】
[0002]與具有傳統的內燃機的四輪車輛相比，具有更環保的推進裝置的四輪車輛如汽車的供應需求日益增長。對於這種推進裝置的特別的選擇包括使用電動機。
[0003]典型地，電力推進電機設置在車輛的驅動軸上，並通過差速器為驅動輪提供扭矩。儘管可以使用這種電力驅動軸取代內燃機，但是多數汽車製造商的主要路徑是將電動軸作為對主內燃機的輔助來提供。因此，這種混合型汽車將能夠切換推進裝置以減小對環境的影響，同時提高車輛的驅動性能。
[0004]在相同的 申請人:一同申請的PCT/EP2011/070253中描述了電動軸的一個實例，其中，電力推進電機與扭矩引導裝置一起同軸地設置在電動軸上。扭矩引導裝置包括電動機，電動機連接於電動軸的差動機構以使得扭矩引導裝置一經激活便為設置在同一個軸上的其中一個車輪提供正扭矩並且為另一個車輪提供反向扭矩。
[0005]如果這種電動軸安裝在混合型汽車上，例如具有連接於前橋的內燃機的汽車，那麼將電動軸設置在該車輛的後橋上是合適的。然而，由於後橋的可用空間通常非常有限，因此，設置電動軸非常緊湊的布局是必要的。在內燃機的排氣系統必須通過電動軸的混合應用中，這將變得更加困難。
[0006]因此，需要一種改進的電動軸，在不降低電動軸的性能或功能的情況下，這種電動軸具有更緊湊的布局。


【發明內容】

[0007]因此，本發明優選地致力於單獨地或者以任何組合的方式減輕、緩和或消除本領域中的一個或者多個上述缺陷和缺點，並且通過提供一種根據所附的權利要求所述的裝置來解決至少一個上述問題。
[0008]因此，本發明的一個目的是，提供一種具有扭矩引導(torque vectoring)裝置的電動軸，以克服上述問題。
[0009]本發明的理念是提供一種電動軸，該電動軸通過減小尺寸來改進組裝。
[0010]本發明的另一理念是，在不減小電力推進電機的尺寸的前提下，允許更緊湊的組裝所述電動軸。
[0011]根據第一個方面，提供一種用於四輪道路車輛的電動軸。所述電動軸包括:電力推進電機(electrical propuls1n motor),該電力推進電機同軸地安裝在所述軸上；差動機構，該差動機構連接於所述電力推進電機，用於驅動設置在所述電動軸的第一側和第二側上的兩個車輪；以及電力扭矩引導電機(electrical torque vectoring motor),該電力扭矩引導電機同軸地設置在所述電動軸上，並且連接於所述第一側和第二側，以改變所述軸的所述第一側和第二側之間的扭矩分配，其中，所述扭矩引導電機的直徑小於所述電力推進電機的直徑。
[0012]所述電力扭矩引導電機可以設置在所述軸橫向的端部，因此，通常設置在所述車輛的橫向側面的排氣系統可以穿過所述電動軸而不需要任何進一步的改動。
[0013]所述電力扭矩引導電機的外徑在所述電力推進電機的外徑的45%和80%之間。因此，可以實現改進的布局(packing)，改進的布局仍然可以提供所述電力扭矩引導電機的必要的性能。
[0014]所述電力推進電機、所述差動機構、和所述電力扭矩引導電機可以封閉在殼體內，並且其中，所述殼體形成用於內燃機排氣系統的通道。由於改進了普通的殼體，因此改進了布局。
[0015]所述電力扭矩引導電機的最大旋轉速度可以在8000rpm到25000rpm之間。這能夠大大縮小(reduct1n)減速齒輪，以便於所述電機的扭矩水平可以降低。
[0016]所述電力扭矩引導電機還包括油冷卻系統，以改善冷卻並因此允許減小的直徑。
[0017]所述電力扭矩引導電機的轉子的內徑和所述電力扭矩引導電機的定子的外徑之比可以在48/136和65/136之間，以使由所述電力推進電機通過所述差動機構提供的扭矩可以穿過所述轉子的中心到達相鄰的輪軸。
[0018]所述電力扭矩引導電機可以包括至少一個徑向設置的相位連接器(pheaseconnector)。由於轉子直徑的降低可以通過增大所述電機的橫向長度來補償，因此這種長度的增大可以通過徑向設置而非軸向設置相位連接器來實現。
[0019]所述電力扭矩引導電機可以包括至少一個溫度傳感器，該至少一個溫度傳感器設置於所述電力扭矩引導電機的繞組中，藉此可以進一步最大限度地驅動所述電力扭矩引導電機。
[0020]所述差動機構可以包括第一行星齒輪機構(planetary gear)和第二行星齒輪機構，所述第一行星齒輪機構設置在所述電力推進電機的一側上，並且連接於所述電力推進電機和所述軸的第一側，所述第二行星齒輪機構設置在所述電力推進電機和所述電力扭矩弓I導電機之間，並且連接於所述連接電力推進電機和所述軸的第二側。所述電力扭矩弓I導電機還可以直接連接於所述第二行星齒輪機構，並且通過平衡軸連接至第一行星齒輪機構，所述平衡軸平行於所述電動軸延伸。這種差動機構的好處在於，與標準錐齒輪差動裝置(bevel differential)相比，它能夠明顯地減小扭矩偏離率(torque bias rat1)。
[0021]所述電力扭矩引導電機可以通過減速齒輪(140)連接於所述第一行星齒輪機構和第二行星齒輪機構。由此，可以降低由所述電力扭矩引導電機提供的扭矩水平。
[0022]所述電力扭矩引導電機可以為永磁同步磁阻電機和開關磁阻電機。好處在於，可以增大所述電力扭矩引導電機的扭矩密度以便可以降低直徑。
[0023]所述電力扭矩引導電機可以包括端板(end plate)以提高平衡。
[0024]所述電力扭矩弓I導電機可以通過控制器控制，該控制器設置為將控制信號傳遞至所述電力扭矩引導電機，以增大所述電力扭矩引導電機的扭矩-電流比(torque-currentrat1) ο進一步地，所述控制器可以配置為使用實時扭矩降額(real time torquederating)，該實時扭矩降額基於熱模型和溫度傳感器信號。此外，所述控制器可以配置成根據熱模型和溫度傳感器信號控制流向所述電力扭矩引導電機得合適的冷卻流。
[0025]根據第二方面，提供一種四輪道路車輛，該四輪道路車輛包括根據第一方面所述的電動軸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]在下文中，將參照附圖描述本發明，其中:
[0027]圖1是根據實施方式的電動軸的截面圖；
[0028]圖2是圖1中所示電動軸的等軸測視圖。

【具體實施方式】
[0029]為了使本領域技術人員能夠實施本發明，下面將參照附圖更詳細地描述本發明的一些實施方式。然而，本發明可能呈現多種不同的形式而不應解釋為局限於此處所描述的實施方式。更確切地說，提供這些實施方式是為了使本發明能夠徹底全面地公開，並且這些實施方式將向本領域技術人員充分地傳達本發明的範圍。這些實施方式不能限制本發明，本發明僅由所附的權利要求限制。此外，附圖中所示的【具體實施方式】的詳細描述中使用的術語並不用於限制本發明。
[0030]從圖1開始，顯示了電動軸100的一個實施方式。優選地，電動軸100可以應用在四輪車輛的後橋上，例如具有驅動前橋的內燃機的汽車。因此，所述電動軸可以設置用於提供四輪車輛驅動模式並且允許在前輪驅動和後輪驅動之間改變驅動模式。然而，當然也可以是其他驅動線路配置，該其他驅動線路配置在同一 申請人:的共同申請W02010101506中舉例描述。
[0031]電動軸100包括電力推進電機110，電力推進電機110同軸地設置在電動軸100上，以使電力推進電機110的轉子112與軸100的縱向軸線對齊。在一些實施方式中，轉子112可以包括齒輪箱114，在此將不作進一步描述。
[0032]電力推進電機110在每一側連接於差動機構120，差動機構120包括兩個同軸對齊的行星齒輪機構122a、122b，其中，電力推進電機110驅動行星齒輪機構122a、122b的太陽輪124a、124b。左側輪軸和右側輪軸分別連接於行星齒輪機構122a、122b各自的行星架126a、126b。行星齒輪機構122a、122b各自的環形齒輪128a、128b具有外表面，該外表面可以例如通過齒連接於扭矩引導裝置130。
[0033]扭矩弓I導裝置130包括電力扭矩弓I導電機132，電力扭矩弓I導電機132同軸地設置在軸100上，以使得電力扭矩引導電機132的轉子134的旋轉軸線與電力推進電機110的旋轉軸線對齊。電力扭矩引導電機132還設置在差動機構120的橫向的端部，即，設置在行星齒輪機構120a、120b中的一者和相鄰的輪軸之間。正如圖1中可以看出，電力扭矩引導電機132的直徑實質上小於電力推進電機110的直徑。
[0034]電力扭矩引導電機132通過減速齒輪140連接於環形輪128a、128b。減速齒輪140由電力扭矩引導電機132驅動並且可以是擺線傳動(cycloidal drive)、雙擺線傳動(double cycloidal drive)或如在PCT/EP2011/070253申請中描述的差動行星齒輪機構(differential planetary gear)。
[0035]優選地，減速齒輪140的輸出直接連接於第二行星齒輪機構122b的環形輪128b，並且通過可旋轉的平行於軸100延伸的平衡軸(未示出)連接於第一行星齒輪機構122a的環形輪128a，而且設置有與行星齒輪機構122a的環形齒輪128a嚙合的齒輪。平衡軸的齒輪配置為用於根據平衡軸的旋轉將扭矩傳遞至行星齒輪機構122a，其中，傳遞至行星齒輪機構122a的扭矩與直接傳遞至另一行星齒輪機構122b的扭矩方向相反。
[0036]現在轉向電機扭矩矢量電機132的細節，可以有多種實施方式用於增強電機132的性能。電力扭矩引導電機132的減小的直徑將導致性能的顯著減低。但是，這可以通過改進電力扭矩引導電機132的某些特徵來補償。
[0037]在一個實施方式中，減速齒輪140的減速足夠高以降低電機132的扭矩水平。通過降低該扭矩水平，電機132的直徑可以做的甚至更小，為此，減速齒輪140可以提供30:1至40:1之間的減速，優選地，減速為34:1。
[0038]儘管減速高，減速齒輪140仍然可以具有高效率以使扭矩不會因摩擦而損失。因此，扭矩可以減小並且電力扭矩引導電機132的直徑可以相應地增大。為此，減速齒輪140應當從高性能減速齒輪中選擇，並且應當關於所需性能進一步優化。
[0039]在另一個實施方式中，可能需要降低差動機構120的扭矩偏離率(torque biasrat1)，以使由電力扭矩引導電機132提供的扭矩以最小的摩擦損失傳遞至差動機構120。例如，這可以通過提供如雙行星齒輪機構122a、122b —樣的差動機構120來實現，與傳統的錐齒輪差動裝置相比，這種結構能能顯著降低扭矩偏離率。更進一步地，還可以通過優化差動機構的螺旋齒的角度來降低扭矩偏離率，從而減小引起摩擦的反作用力。此外，優選的是改善環形輪128a、128b的軸承以使得摩擦扭矩最小化。例如，可以通過選擇為低摩擦材料的行星式差動機構120的軸向滑動墊圈來實現。典型地，通過提供雙行星齒輪機構122a、122b式的差動機構120，使得扭矩偏離率低於1，I。這個值充分低於具有圓錐齒輪的傳統差動機構的範值，傳統差動機構的扭矩偏差率在1，2至1，5之間的範圍內。因此，可以降低扭矩並且可以進一步減小電力扭矩引導電機132的直徑。
[0040]優選地，增大電力扭矩引導電機132的扭矩密度，由此可以使電力扭矩引導電機132的直徑做的甚至更小。例如，可以通過設置永磁式開關磁阻電機(PMSRM)作為電力扭矩引導電機132，該永磁式開關磁阻電機具有高比率的磁阻轉矩、高性能的鐵和磁鐵、以及增大的濃度的繞組，以能夠增長電機的主動部分的長度。然而，也可以通過選擇開關磁阻電機來增大扭矩密度，該開關磁阻電機具有增大的濃度的繞組以及相對較低的基礎速度，因此，較小的電流和減小的銅損允許關於冷卻所需的更小的電機尺寸的需求。
[0041]在優選實施方式中，電力扭矩引導電機132配置為高速運轉，例如20000rpm。這使得減速齒輪140能夠高度減速，以使電機132的扭矩水平可以下降。為此，可以使用開關磁阻電機或者永磁同步電機(PMSM)作為電機132。
[0042]通常，適合用作電力扭矩引導電機132的電機設有用於冷卻電機的旋轉部分的水套(water mantle)。然而，如果提供更高效的冷卻，那麼這種扭矩引導電機132的外徑可以進一步減小。為此，電力扭矩引導電機132可以使用油冷卻系統來代替。
[0043]用於減小電力扭矩引導電機132的尺寸的另一個特徵是在電動軸100的外殼150內直接設置電力扭矩引導電機132而不藉助任何中間物。
[0044]在另外一個實施方式中，與定子135的外徑相比，電動扭矩導向電機132的轉子134的直徑相對較大，以使由電力推進電機110通過差動機構120提供的扭矩可以穿過轉子134的中心到達輪軸(未示出)。優選地，轉子134的直徑與定子135的直徑之比在50/136和60/136之間，與之相比,現有技術中的電力扭矩弓I導電機的相應的比率典型地在40/136或更少的範圍內。
[0045]此外，可以設計電力扭矩引導電機132的扭矩特性，以使電力扭矩引導電機132隻為需要低速的扭矩矢量分配系統(torque vectoring)提供高扭矩。這可以通過選擇具有非常高的磁場削弱率的開關磁阻電機來實現，或者選擇具有儘可能高的磁場削弱率的永磁開關磁阻電機(PMSRM)，優選具有能夠選擇性地在較高速度下實施短路的永磁開關磁阻電機，以防止電機過壓。
[0046]轉子134的直徑的減小可以通過增大電機132的橫向長度來補償。為了允許這種長度的增大，電力扭矩引導電機132可以設有徑向設置而非軸向設置的相位連接器136。相位連接器136可以連接於設置在外殼138中的動力電子設備，外殼138徑向地設置在殼體150的外面。
[0047]進一步有利的是，提供一種增強平衡的電氣扭矩矢量電機132以減少振動。這對高速(例如20.0OOrpm)運轉的優選的電機132來說是特別需要的。例如，可以通過提供具有端板的電力扭矩引導電機132來實現增強平衡。
[0048]另一個重要的參數是電力扭矩引導電機132的溫度。通過減低電機內的散熱可以減小電機的尺寸。這可以通過提供一種改進的控制算法實現，其中，電力扭矩引導電機132的激活和運行關於車輛的驅動性能進行了優化。為此，可以應用反饋控制，因此只提供所需扭矩。另一個優選的選擇是提供一種用於電力扭矩引導電機132的控制算法，以使運算優化為高扭矩-電流比。另外的一個實施方式中利用實時扭矩降額，該實時扭矩降額基於熱模型和來自包括溫度傳感器的信號。因此，這種控制運算能夠充分利用電機的性能，而不需要溫度限制。利用來自電機132的溫度傳感器的輸入，熱模型也可以允許流向電機的合適的冷卻流。
[0049]除此之外，可以有利的是在扭矩矢量電機132的繞組中設置一個或者多個這樣的溫度傳感器(未示出)。這種設置將可以朝其最大極限地進一步地驅動電機132。運行電機132的這種優化也將使進一步減小尺寸成為可能，特別是電機132的外徑的減小。
[0050]現在參考圖2，示出了圖1中顯示的電動軸100的立體圖。推進電機110、差動機構120和扭矩引導裝置130 (包括減速齒輪140)封閉在殼體150內，殼體150形成兩個隔室152、154。第一隔室152從電動軸100的第一側160朝向軸100的相對側162橫向延伸，並且封閉電力推進電機110和差動機構120。進一步地，第一隔室152包括封閉平衡軸的突出153，平衡軸將扭矩引導裝置130連接至差動機構120。
[0051]第二隔室154從第一隔室152的一端向軸的第二側162橫向延伸。因此,第二隔室154封閉扭矩矢量電機132，這就是第二隔室154的徑向尺寸可以比第一隔室152的徑向尺寸小得多的原因。此外，當排氣系統設置為穿過該電動軸100時，蓋板或隔熱板156連接於第二隔室154以防止第二隔室154受到排氣系統散發的過多熱量。
[0052]為了提供一種改進的布局，應當仔細確定電機110、132的尺寸。已經發現的是，推進電機I1的外徑應當在200mm到240mm之間，優選地大約是220mm。與此相比，電力扭矩引導電機132的外徑應當位於10mm和150mm之間，優選地大約是135mm。
[0053]應當理解的是，在不偏離由所附的專利權利要求書限定的範圍的情況下，前面描述的實施方式可以進行組合。儘管本發明在上面對【具體實施方式】進行了描述，但是並不意味著局限於此處公開的具體形式。相反地，本發明僅由所附權利要求限制，並且除上述【具體實施方式】之外的其他實施方式同樣可以包含在所附的權利要求的範圍內。
[0054]在權利要求書中，術語「包括/包含」並不排除其他部件或步驟的存在。此外，雖然個別的已列出，但是多種方式、元件或方法步驟可以通過一個單獨的單位或處理器實現。此外，雖然個別特徵可以包含在不同的權利要求中，但這些特徵可以有利地結合起來，並且不同權利要求中的包含的特徵並不意味著這些特徵的組合是不可行的和/或不有利的。此夕卜，單個引用不排除多個。術語「一」、「一個」、「第一」、「第二」等不排除多個。權利要求中的附圖標記僅僅作為一個明確的例子，不能夠以任何方式解釋為對權利要求的範圍的限制。
【權利要求】
1.一種用於四輪道路車輛的電動軸(100),該電動軸(100)包括: 電力推進電機(110),該電力推進電機(110)同軸地設置在所述軸(100)上， 差動機構(120),該差動機構(120)連接於所述電力推進電機，用於驅動設置在所述電動軸(100)的第一側(160)和第二側(162)上的兩個車輪，以及 電力扭矩引導電機(132),該電力扭矩引導電機(132)同軸地設置在所述軸(100)上，並且連接於所述第一側(160)和第二側(162)，以改變所述軸(100)的第一側(160)和第二側(162)之間的扭矩分配， 其中，所述扭矩引導電機(132)的直徑小於所述電力推進電機(110)的直徑。
2.根據權利要求1所述的電動軸，其中，所述電力扭矩引導電機(132)設置在所述軸(100)的橫向的端部。
3.根據權利要求1或2所述的電動軸，其中，所述電力扭矩引導電機(132)的外徑在所述電力推進電機(110)的外徑的45%和80%之間。
4.根據上述任一項權利要求所述的電動軸，其中，所述電力推進電機(110).所述差動機構(120)、和所述電力扭矩引導電機(132)封閉在殼體(150)內，並且其中，所述殼體(150)形成用於內燃機排氣系統的通道。
5.根據上述任一項權利要求所述的電動軸，其中，所述電力扭矩引導電機(132)的最大旋轉速度在800011)111到25000印111之間。
6.根據上述任一項權利要求所述的電動軸，其中，所述電力扭矩引導電機(132)還包括油冷卻系統。
7.根據上述任一項權利要求所述的電動軸，其中，所述電力扭矩引導電機的轉子(134)的內徑和所述電力扭矩引導電機的定子(135)的外徑之比在48/136和65/136之間。
8.根據上述任一項權利要求所述的電動軸，其中，所述電力扭矩引導電機(132)包括至少一個徑向設置的相位連接器(136^
9.根據上述任一項權利要求所述的電動軸，其中，所述電力扭矩引導電機(132)包括至少一個溫度傳感器，該至少一個溫度傳感器設置於所述電力扭矩引導電機(132)的繞組中。
10.根據上述任一項權利要求所述的電動軸，其中，所述差動機構(120)包括第一行星齒輪機構(1224和第二行星齒輪機構(1226),所述第一行星齒輪機構(1224設置在所述電力推進電機(110)的一側上，並且連接於所述電力推進電機(110)和所述軸的第一側(160),所述第二行星齒輪機構(1226)設置在所述電力推進電機(110)和所述電力扭矩引導電機(132)之間，並且連接於所述連接電力推進電機(110)和所述軸的第二側(162^
11.根據權利要求10所述的電動軸，其中，所述電力扭矩引導電機(132)直接連接於所述第二行星齒輪機構(12213),並且通過平衡軸連接於所述第一行星齒輪機構(1224,所述平衡軸平行於所述電動軸(100)延伸。
12.根據權利要求11所述的電動軸，其中，所述電力扭矩引導電機(132)通過減速齒輪(140)連接於所述第一行星齒輪機構(122幻和第二行星齒輪機構(1226)。
13.根據上述任一項權利要求所述的電動軸，其中，所述電力扭矩引導電機(132)為永磁同步磁阻電機或開關磁阻電機。
14.根據上述任一項權利要求所述的電動軸，其中，所述電力扭矩引導電機(132)包括端板。
15.根據上述任一項權利要求所述的電動軸，其中，所述電力扭矩引導電機(132)通過控制器控制，該控制器設置為將控制信號傳遞至所述電力扭矩引導電機(132)，以增大所述電力扭矩引導電機(132)的扭矩-電流比。
16.根據權利要求15所述的電動軸，其中，所述控制器配置為使用實時扭矩降額，該實時扭矩降額基於熱模型和溫度傳感器信號。
17.根據權利要求15或16所述的電動軸，其中，所述控制器配置為根據熱模型和溫度傳感器信號控制流向所述電力扭矩引導電機(132)的合適的冷卻流。
18.根據權利要求10或11所述的電動軸，其中，所述差動機構的扭矩偏差低於1，1。
19.一種四輪道路車輛，該四輪道路車輛包括根據上述任一項權利要求所述的電動軸(100)。
【文檔編號】B60K6/52GK104302497SQ201380022317
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年3月15日 優先權日:2012年4月27日
【發明者】K·尼森, G·拉貢夫 申請人:博格華納扭矩輸出系統公司