ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
ELECTRIC DRIVE FOR AUTOMOBILE VEHICLE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электроприводу для автомобильного транспортного средства, в котором полуоси оси автомобильного транспортного средства, чья ось содержит два ходовых колеса, могут быть приведены в движение с использованием электрической машины посредством устройства зубчатого механизма.
Уровень техники
Электропривод такого рода известен из документа WO 2014/008897 А1. В этом электроприводе устройство зубчатого механизма содержит цилиндрические прямозубные зубчатые ступени и планетарные зубчатые механизмы. В движение приводятся водила планетарных передач планетарных зубчатых механизмов, а для целей отбора мощности используются кольцевые зубчатые колеса планетарных зубчатых механизмов. В дополнение, можно сформировать функцию дифференциала или функцию векторизации крутящего момента. С этой целью в движение приводятся солнечные зубчатые колеса планетарных зубчатых механизмов.
В документе WO 2012/168413 А2 изображен электропривод, содержащий электрическую машину и устройство зубчатого механизма. Предусматривается соосное расположение электрической машины и планетарных передач планетарных зубчатых механизмов, при этом функция дифференциала реализуется посредством зубчатой передачи на кольцевых зубчатых колесах планетарных зубчатых механизмов.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка электропривода такого же типа, как упомянутый во вводной части так, чтобы он содержал особо эффективное устройство зубчатого механизма, также имеющее функцию дифференциала.
Эта задача решена электроприводом, спроектированным в соответствии с признаками пункта 1 формулы изобретения.
В электроприводе для автомобильного транспортного средства согласно изобретению полуоси двух ходовых колес оси автомобиля могут приводиться в движение с использованием электрической машины посредством устройства зубчатого механизма. В процессе выходной вал электрической машины удерживает два первых зубчатых колеса, входящих в зацепление с двумя вторыми зубчатыми колесами. Указанные вторые зубчатые колеса установлены на промежуточном валу, расположенном параллельно относительно выходного вала. Для того чтобы реализовать двухскоростное переключение, сцепление или колесо свободного хода с механическим стопором связывают с соответствующей парой зубчатых колес, образованной первым зубчатым колесом и вторым зубчатым колесом. Два планетарных зубчатых механизма, которые можно привести в движение посредством промежуточного вала, расположены соосно относительно промежуточного вала. Соответствующий планетарный зубчатый механизм приводится в движение посредством солнечного зубчатого колеса планетарного зубчатого механизма, а вывод мощности соответствующего планетарного зубчатого механизма на полуось, связанную с указанным планетарным зубчатым механизмом осуществляется посредством водила планетарной передачи планетарного зубчатого механизма. Для того чтобы реализовать функцию дифференциала, кольцевые зубчатые колеса планетарных зубчатых механизмов снабжены системами зубьев с внешним зацеплением, и посредством этих систем зубьев с внешним зацеплением сцеплены кольцевые зубчатые колеса планетарных зубчатых механизмов. Соответственно, кольцевые зубчатые колеса планетарных зубчатых механизмов не являются неподвижными, но вместо этого являются вращающимися. В качестве альтернативы, предусматривается дополнительный вал, при этом указанный дополнительный вал удерживает два вторых зубчатых колеса совместно с дополнительным зубчатым колесом и является расположенным параллельно относительно промежуточного вала, при этом дополнительное зубчатое колесо входит в зацепление с зубчатым колесом промежуточного вала.
Считается преимущественным, когда с одной парой зубчатых колес связано сцепление, а с другой парой зубчатых колес связано колесо свободного хода с механическим стопором. В частности, колесо свободного хода с механическим стопором связано с парой зубчатых колес для первой передачи, а сцепление связано с парой зубчатых колес для второй передачи. Так как промежуточный вал вращается быстрее на второй передаче, чем на первой передаче, то на второй передаче он обгоняет колесо свободного хода.
Согласно альтернативной преимущественной конфигурации, предусматривается сцепление, связанное с обеими парами зубчатых колес. На одной передаче одно сцепление открыто, в другом - закрыто, тогда как на другой передаче другое сцепление открыто, а первое сцепление - закрыто.
Соответствующее сцепление предпочтительно расположено между выходным валом и первым зубчатым колесом. Как результат, передачу крутящего момента между выходным валом и первой парой зубчатых колес и, соответственно, второй парой зубчатых колес можно установить особенно простым способом с низким уровнем конструктивных затрат.
В отношении действия функции дифференциала в электроприводе, считается особенно преимущественным, когда первое кольцевое зубчатое колесо из кольцевых зубчатых колес входит в зацепление с третьим зубчатым колесом в области системы зубьев с внешним зацеплением указанного первого кольцевого зубчатого колеса, при этом указанное зубчатое колесо установлено на внешнем валу, расположенном параллельно промежуточному валу так, что четвертое зубчатое колесо установлено на внешнем валу, при этом указанное четвертое зубчатое колесо входит в зацепление с пятым зубчатым колесом, при этом пятое зубчатое колесо входит в зацепление со вторым кольцевым зубчатым колесом в области системы зубьев с внешним зацеплением указанного второго кольцевого зубчатого колеса. Третье и пятое зубчатые колеса, таким образом, вращаются с противоположными направлениями вращения.
В силу указанной конфигурации два кольцевых зубчатых колеса планетарных зубчатых механизмов могут быть сцеплены конструктивно аналогичным образом.
Считается особенно преимущественным, когда ряд устройств третьего, четвертого и пятого зубчатых колес и внешнего вала распределены по окружности двух кольцевых зубчатых колес. Распределение этого расположения по окружности двух кольцевых зубчатых колес обеспечивает особенно целесообразную опору кольцевых зубчатых колес радиально наружу.
Считается особенно преимущественным, когда с использованием электропривода также можно реализовать функцию векторизации крутящего момента. С этой целью предусматривается сцепление кольцевых зубчатых колес в области систем зубьев с внешним зацеплением, при этом кольцевые зубчатые колеса могут приводиться в движение посредством системы зубьев с внешним зацеплением, использующей дополнительную электрическую машину. С целью достижения функции векторизации крутящего момента, крутящие моменты для этого вводят в системы зубьев с внешним зацеплением кольцевых зубчатых колес планетарных зубчатых механизмов посредством дополнительной электрической машины.
Считается особенно преимущественным, когда дополнительная электрическая машина для передачи крутящего момента взаимодействует с промежуточным валом. В частности, дополнительная электрическая машина соединена с промежуточным валом без возможности относительного поворота посредством зубчатого механизма, предпочтительно, цилиндрического прямозубного зубчатого механизма.
Соответственно, функцию дифференциала можно распространить на функцию векторизации крутящего момента в конструктивно простой конфигурации посредством введения крутящего момента в расположение третьего, четвертого и пятого зубчатых колес и внешнего вала, в частности, посредством введения крутящего момента во внешний вал. Если ряд устройств третьего, четвертого и пятого зубчатых колес и внешнего вала предусмотрены по окружности двух зубчатых колес, то нет необходимости во введении дополнительного крутящего момента для функции векторизации крутящего момента в этот ряд устройств. Достаточно введения крутящего момента в одно из устройств посредством дополнительной электрической машины. Предпочтительно, однако, предусмотреть введение крутящего момента во все устройства.
Краткое описание чертежей
Дальнейшие признаки изобретения можно получить из зависимых пунктов формулы изобретения, прилагаемого графического материала и описания двух примерных вариантов осуществления, показанных в графическом материале, не ограничиваясь ими. В графическом материале:
на фиг. 1 показано схематическое изображение элементов привода электропривода для первого примерного варианта осуществления,
на фиг. 2 представлен вид детали А согласно фиг. 1,
на фиг. 3 показано схематическое изображение элементов привода электропривода для второго примерного варианта осуществления, и
на фиг. 4 показан вид детали А согласно фиг. 3.
Осуществление изобретения
Электропривод используется, в частности, в пассажирском автомобиле. С использованием электропривода приводятся в движение два ходовых колеса оси автомобиля.
На фиг. 1 и 2 изображена, в отношении первого примерного варианта осуществления, базовая конструкция электропривода 1. На указанных фигурах изображена электрическая машина 2 - тяговая электрическая машина - совместно с ротором 3 указанной электрической машины и выходным валом 4, соединенным с ротором 3. Выходной вал 4 содержит два первых зубчатых колеса 5, 6, входящих в зацепление с двумя вторыми зубчатыми колесами 7, 8. Зубчатые колеса 7, 8 установлены на промежуточном валу 9, расположенном параллельно относительно выходного вала 4. Выходной вал 4 и промежуточный вал 9 установлены стационарно, таким образом, исключительно с возможностью вращения.
С целью реализации двухскоростного устройства переключения с соответствующей парой 10 или 11 зубчатых колес, сформированной из первого зубчатого колеса 5 или 6 и второго зубчатого колеса 7 или 8, связывают колесо свободного хода с механическим стопором 12 или сцепление 13. Конкретнее, пара 10 зубчатых колес действует как 1-ая передача электропривода 1, и с зубчатым колесом 7 из этой пары 10 зубчатых колес связано колесо свободного хода с механическим стопором 12. На первой передаче это колесо свободного хода заблокировано. Для сравнения, сцепление 13 расположено между зубчатым колесом 6 пары 11 зубчатых колес и выходным валом 4. Фрикционное соединение между выходным валом 4 и зубчатым колесом 6 устанавливается посредством закрытия сцепления 13. Пара 11 зубчатых колес связана со второй передачей. Так как промежуточный вал 9 вращается быстрее на второй передаче, чем на первой передаче, он обгоняет колесо свободного хода с механическим стопором 12. На первой передаче сцепление 13 открыто.
Таким образом, промежуточный вал 9 приводится в движение посредством пары 10 зубчатых колес или пары 11 зубчатых колес. Два планетарных зубчатых механизма 14, 15, расположенных в области периферических концов промежуточного вала 9, приводятся в движение посредством промежуточного вала 9. Эти планетарные зубчатые механизмы 14, 15 расположены соосно относительно промежуточного вала 9. Соответствующий планетарный зубчатый механизм 14 или 15 приводится в движение посредством солнечного зубчатого колеса 16. Привод соответствующего планетарного зубчатого механизма 14 или 15 представляет собой вывод на полуось, связанную с указанным планетарным зубчатым механизмом, посредством водила 17 планетарной передачи планетарного зубчатого механизма 14 или 15. Ось двух полуосей пассажирского автомобиля, направляемых от планетарных зубчатых механизмов 14, 15 в противоположных направлениях, идентифицируется ссылочной позицией 18. Каждая полуось удерживает ходовое колесо в области оси автомобильного транспортного средства. Двумя стрелками 19, 20 изображена линия вывода крутящего момента от планетарных зубчатых механизмов 14, 15 на ходовые колеса. Ссылочная позиция 21 идентифицирует планетарные передачи, установленные в водилах 17 планетарных передач планетарных зубчатых механизмов 14, 15.
Кольцевые зубчатые колеса 22 или 23 соответствующих планетарных зубчатых механизмов 14 или 15 расположены концентрически относительно промежуточного вала 9. Соответствующее кольцевое зубчатое колесо 23 или 24 снабжено системой 24 зубьев с внешним зацеплением радиально снаружи. Кольцевые зубчатые колеса планетарных зубчатых механизмов 14, 15 сцеплены посредством этих систем 24 зубьев с внешним зацеплением кольцевых зубчатых колес 22, 23, по меньшей мере, для того чтобы реализовывать функцию дифференциала устройства зубчатого механизма электропривода 1.
Кольцевое зубчатое колесо 22 входит в зацепление с зубчатым колесом 25 в области системы 24 зубьев с внешним зацеплением указанного кольцевого зубчатого колеса. Указанное зубчатое колесо установлено на внешнем валу 26, расположенном параллельно относительно промежуточного вала 9. Зубчатое колесо 25 неподвижно соединено с указанным внешним валом 26. Внешний вал 26 выполнен исключительно с возможностью вращения. Дополнительное зубчатое колесо 27 установлено на внешнем валу 26 и неподвижно соединено с внешним валом 26. Зубчатое колесо 28, которое аналогично установлено исключительно с возможностью вращения и может вращаться вокруг оси 29, расположенной параллельно относительно внешнего вала 26, входит в зацепление с указанным зубчатым колесом 27. Зубчатое колесо 28 входит в зацепление с системой 24 зубьев с внешним зацеплением кольцевого зубчатого колеса 23.
Функция дифференциала реализуется в силу этого распределенного сцепления двух кольцевых зубчатых колес 22, 23 посредством системы 24 зубьев с внешним зацеплением указанных кольцевых зубчатых колес. Направление вращения является обратным по причине такого взаимодействия зубчатых колес 27 и 28, так что зубчатые колеса 22, 23 приводятся в движение в противоположных направлениях при заданном направлении вращения внешнего вала 26.
Эта описанная функция дифференциала дополняется функцией векторизации крутящего момента. С этой целью, кольцевые зубчатые колеса 22, 23 сцеплены описанным образом в области систем 24 зубьев с внешним зацеплением указанных кольцевых зубчатых колес, при этом кольцевые зубчатые колеса 22, 23 могут дополнительно приводиться в движение посредством системы 24 зубьев с внешним зацеплением, использующей дополнительную электрическую машину 30. Выходной вал 31 указанной электрической машины 30 соединен вращательно неподвижным образом с внешним валом 26 посредством двух цилиндрических прямозубных зубчатых ступеней 32, 33. Когда электрическая машина 30 приводится в движение, крутящий момент, таким образом, вводится во внешний вал 26 посредством указанной электрической машины и в кольцевые зубчатые колеса 22 и 23 посредством внешнего вала 26, и, таким образом, в планетарные зубчатые механизмы 14, 15, и передается от указанных планетарных зубчатых механизмов на ось 18 посредством водил 17 планетарных передач указанных планетарных зубчатых механизмов.
Если исполнению в электроприводе подлежит только функция дифференциала, и, таким образом, не нужно исполнять функцию векторизации крутящего момента, электропривод выполняют таким образом, чтобы обходиться без элементов, изображенных на фиг. 1 в штриховой рамке 34. В этом случае, и в принципе, считается преимущественным, когда ряд устройств зубчатых колес 25, 27, 28 и внешнего вала 26 предусматриваются таким способом, чтобы они были распределены по окружности двух кольцевых зубчатых колес. Это изображено на фиг. 2 для рассмотрения детали А согласно фиг. 1 для расположений в области планетарного зубчатого механизма 15. На указанной фигуре представлены четыре внешних вала 26, каждый из которых смещен на 90° относительно другого, при этом с каждым из указанных валов неподвижно соединены с возможностью вращения зубчатые колеса 27, 28, при этом зубчатое колесо 27 входит в зацепление с зубчатым колесом 28, которое, в свою очередь, входит в зацепление с кольцевым зубчатым колесом 23. В отношении этого вида детали А согласно фиг. 2, одно устройство среди указанных устройств приводится в движение посредством электрической машины 3, и посредством указанного одного устройства реализуется функция векторизации крутящего момента. Вид детали в области другого планетарного зубчатого механизма 14 не изображен. В указанной области каждое из четырех расположений содержит только одно зубчатое колесо 25, входящее в зацепление с кольцевым зубчатым колесом 22, при этом каждое из четырех зубчатых колец 25, предпочтительно, может быть приведено в движение посредством электрической машины 30. В качестве альтернативы предусматривается только один внешний вал 26 с зубчатыми колесами 25, 27 и 28.
Распределение ряда устройств по окружности кольцевых зубчатых колес 22, 23 имеет то преимущество, что соответствующее кольцевое зубчатое колесо поддерживается радиально наружу. Это является преимущественным в отношении вводимых крутящих моментов.
Таким образом, изобретение предлагает электрическое двухскоростное последнее звено привода силового переключения с параллельной осевой конструкцией с функцией дифференциала и необязательным модулем векторизации крутящего момента.
Поэтому такой электропривод может иметь силовое переключение посредством колеса свободного хода с механическим стопором 12 и сцеплением 13. Возможность силового переключения предпочтительно реализована только с одним силовым приводом. Сцепление 13 для второй передачи предпочтительно проектируют как сухое сцепление с преимуществами низких потерь на сопротивление движению и высокого уровня производительности. Более того, сцепление 13 для второй передачи предпочтительно представляет собой стандартно закрытое сцепление.
На 1-ой передаче и на 2-ой передаче, где вторая передача предпочтительно представляет собой ведущую передачу, на которой транспортное средство предпочтительно приводится в движение, в передаче мощности имеется только две ступени зубчатых систем, конкретнее, ступень цилиндрического прямозубного зубчатого механизма и ступень планетарного зубчатого механизма. Это в результате приводит к низкому уровню потерь и высокому уровню производительности.
Так как колесо свободного хода с механическим стопором 12 является действующим на 1-ой передаче, а для 2-ой передачи предусмотрено стандартно закрытое сцепление 13, предпочтительно действующее фрикционным образом, вырабатывается хорошая отказоустойчивость. Более того, требуется только два узла главных зубчатых передач, конкретнее, узел входного вала зубчатого механизма и узел выходного вала зубчатого механизма.
Последнее звено привода формируется посредством двух, предпочтительно, физически одинаковых, планетарных передач, планетарных зубчатых механизмов 14 и 15, таким образом, распределяя мощность привода между двумя потоками мощности, это в результате приводит к более высоким возможным крутящим моментам в области последнего звена привода. Это обеспечивает компактную конструкцию планетарных передач в выражении диаметра и, таким образом, преимущественное исполнение. Использование большого количества одинаковых деталей в результате приводит к сокращению издержек.
Рекуперация на 1-ой передаче возможна только в комбинации с кулачковой муфтой; рекуперация возможна на 2-ой передаче, при этом, как изображено, указанная 2-ая передача предпочтительно является ведущей передачей.
Второй примерный вариант осуществления согласно фиг. 3 и 4 отличается от примерного варианта осуществления, изображенного на фиг. 1 и 2, только тем, что вместо колеса свободного хода с механическим стопором 12 в области первой пары 10 зубчатых колес предусмотрено дополнительное сцепление 13, соответствующее сцеплению 13 в области второй пары 11 зубчатых колес. На первой передаче сцепление 13 первой пары 10 зубчатых колес закрыто, а сцепление 13 пары 11 зубчатых колес открыто, тогда как на второй передаче сцепление 13 пары 10 зубчатых колес открыто, а сцепление 13 пары 11 зубчатых колес закрыто. Помимо этого различия, способы, с помощью которых функционируют эти два варианта осуществления, одинаковы.
В примерном варианте осуществления согласно фиг. 3 и 4 возможность силового переключения достигается посредством двойного сцепления, например, двух сцеплений 13. Указанная возможность силового переключения может быть сформирована двумя силовыми приводами. Сцепления 13 предпочтительно проектируют как сухие сцепления, что в результате приводит к низким потерям на сопротивление движению и к высокой степени производительности. Сцепление для 2-ой передачи предпочтительно представляет собой стандартно закрытое сцепление; сцепление для 1-ой передачи предпочтительно представляет собой стандартно открытое сцепление.
На 1-ой передаче и на 2-ой передаче (причем 2-ая передача предпочтительно является ведущей передачей) в потоке мощности имеется только две ступени систем зубьев, что в результате приводит к низкому уровню потерь и к высокой степени производительности. Хорошая отказоустойчивость вырабатывается за счет стандартно открытого сцепления, предпочтительно являющегося фрикционным - для 1-ой передачи, и стандартно закрытого сцепления, предпочтительно являющегося фрикционным - для 2-ой передачи.
В этом варианте осуществления также требуется только два узла главных зубчатых передач. Последнее звено привода аналогично сформировано посредством двух, предпочтительно, физически одинаковых, планетарных передач. Крутящие моменты распределяются между двумя потоками мощности в области последнего звена привода. Рекуперация возможна на 1-ой и 2-ой передаче, предпочтительно образующей ведущую передачу.