CN118019655A - 电驱动桥 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种商用车辆、尤其具有至少一个电动桥的电动公交车(18)，该至少一个电动桥具有配属于各一车轮组件(1)的变速器‑电机单元(2)，其中，电机(3)具有定子(4)和转子(5)，其中，转子(5)通过变速器(23)与相应的车轮组件(1)以传输转动力矩的方式连接，其中，转子(5)相应浮动地得到支承，并且转子(5)的支承件由变速器(23)的支承件承担。

Description

电驱动桥

本发明涉及一种用于商用车辆的电驱动桥，其借助分别配属于驱动轮的两个电动机和相关联的变速器被驱动。

商用车辆、如公交车和载重汽车通常通过内燃机、电动机器或两者的混合组合来驱动。在电驱动的商用车辆中存在中央电机方案，其直接或通过前置的变速器对驱动桥进行驱动。这相应地通过机械的车桥差速器来完成。电驱动的商用车辆还可以通过电动桥驱动，电动桥在每个车轮侧面分别具有电机。

在此，车轮轴承、变速器轴承和电动机器自身分别具有的支承件同时确保其所需自由度。在此，电动机器在转子侧通常通过联轴器与变速器输入轴连接，并且在定子侧与桥壳连接。

然而，在此，电动机器的额外的径向和轴向轴承部位意味着驱动桥的过度机械构造，因此联轴器在车轮与电机轴或转子轴之间相应地必须实施为挠性的。

基于此，本发明的目的在于，提供一种电动桥，其具有简单的、紧凑的结构且避免上述缺点。此外，旨在提供一种商用车辆，其尤其被实施为空间优化的。

所提出目的的解决方案通过一种商用车辆的电驱动桥实现，该电驱动桥具有配属于各一车轮组件的变速器-电机单元，其中，电机具有定子和转子，其中，转子通过变速器与相应的车轮组件以传输转动力矩的方式连接，其中，转子相应浮动地得到支承。

根据本发明，电动旋转机器实施为无轴承的，即浮动地得到支承因此变速器的支承件还承担电动机器的旋转的活动子部件。在此，转子的叠片铁芯理解为活动子部件，永磁体和/或导电的鼠笼嵌入叠片铁芯中。

因此，根据本发明，变速器输入轴的支承件被设计为，使得同时吸收电动机器的转子的额外输入的机械负载。此外，在此特别有利的是，转子的额外的重量和惯性力矩尽可能小。

在此，有利地，转子的活动部件定位在重量经优化的转子毂上，转子毂将转动力矩传输至轴上，而在此自身不具有较大的惯性力矩和较大的质量。

在此，电动机器的转子直接防旋转地施加到变速器输入轴上，其中，电动机器的定子与桥壳机械连接。

例如，这种防旋转连接通过本身已知的轴-毂连接来确保。电动机器的定子例如通过冷缩配合安置在桥壳中。桥壳尤其还可以在定子的区域中实施为液冷套。在此，桥壳容纳变速器和电机并因此构成变速器-电机单元。

因此，现在可以省去变速器与电动机器之间的挠性联轴器，其中，尤其根据本发明，因而还可以降低对机械公差、所需结构空间和驱动装置重量的要求。

在一实施方案中，变速器是减速器，因此，“到达”车轮的转动力矩所增大的程度与转速减小的程度相同。当然，从电动机器传输到车轮的功率在此保持相同。

在另一实施方案中，转子重量优化地设计，因此变速器的支承件没有过载，根据本发明，该支承件承担转子的支承件。这尤其通过转子的活动部件或转子的辐条状的承载结构来实现。在此，转子的活动部件如(永磁体和/或导电的鼠笼嵌入其中的叠片铁芯)防旋转地固定在辐条状的承载结构上且与变速器输入轴连接。

与变速器输入轴的支承件的支撑宽度相比，转子的轴向延伸尺寸以及距支承件的距离应该尽可能小。尤其，转子的轴向延伸尺寸对应于转子直径的0.3至0.7倍。

在此有利的是，转子的轴向延伸尺寸尽可能小，即大约对应于转子的直径的一半。

通过根据本发明的电动桥，商用车辆现在可以借助其电驱动装置的上级调节而构成电动差速器，通过电动差速器，改变方向的意义上的转向运动也是可能的。

商用车辆尤其是用于道路交通的电驱动的公交车或载重汽车或作为特殊车辆、如矿井中的特殊车辆。原则上，本发明还适用于所有电驱动的、具有电动桥和其两个变速器-电机单元的车辆，因此还适用于乘用机动车辆。

本发明的主题同时适用于内动子机器和外动子机器，因为转子的支承件完全由变速器的支承件承担。仅需注意：要将转子的重量保持得尽可能小；并且与支承件的支撑宽度相比，要将轴向延伸尺寸、尤其是距支承件的距离保持得很小。

通过将电动机器无轴承地整合桥壳中，与相当的驱动方案相比，可以节省结构空间、重量以及因此成本。由此，可能的是，在商用车辆的可用的结构空间中实现明显更大的电机功率和转动力矩。

由此，还可以实现总重量高达30t的、带有电动桥的电动公交车。常规的电机支承解决方案需要两个轴承盖和球轴承，它们还必须被保养、尤其润滑。

有利地，根据本发明的电动桥在变速器中具有不需保养的、用油润滑的轴承。

借助原理上示出的实施例详细阐述本发明以及本发明的其他的有利的设计方案，其中：

图1示出了车轮的驱动装置的局部透视图，

图2示出了电机-变速器单元的基本纵截面图，

图3示出了商用车辆中的电动桥的基本布置方式，

图4至6示出了转子的低惯性的实施方案。

应说明的是，术语“轴向”、“径向”、“切向”等与在相应的图或相应描述的示例中使用的轴线7相关。换言之，轴向、径向、切向等方向始终与转子5的轴线7并且因此与定子2的对应的对称轴线相关。在此，“轴向”描述平行于轴线的方向，“径向”描述与轴线正交的、朝向该轴线或远离该轴线的方向，并且“切向”是与轴线处于恒定径向间距并且在恒定的轴向位置圆形地围绕轴线指向的方向。表述“沿圆周方向”相当于“切向”。

关于表面，例如横截面，术语“轴向”、“径向”、“切向”等描述表面法向量(即垂直于涉及表面的向量)的定向。

表述“共轴构件”(例如转子5和定子4等共轴部件)在此理解为具有相同的法向量的构件，因此对于这些构件而言，由共轴构件限定的平面彼此平行。此外，该表述应包含的是，共轴构件的中心点位于相同的转动或对称轴线上。然而，这些中心点可以在必要时在不同的轴向位置上位于该轴上，并且提及的平面相互间具有>0的间距。该表述不一定要求共轴构件具有相同的半径。

术语“互补”是指就彼此“互补”的两个部件而言，其外部形状被设计成使得一个部件优选地可以完全地布置在其互补部件中，使得一个部件的内表面和另一个部件的外表面理想地无间隙或完全接触。因此，在两个相互互补的物体的情况下，一个物体的外部形状由另一个物体的外部形状决定。术语“互补”还可能用术语“逆”取代。

为了清晰起见，在构件多次存在的情况下，通常并非所有展示的构件在图中都设有附图标记。

描述的实施方式可以任意地组合。此外，在不脱离本发明的本质的情况下，还可以组合相应的实施方案的单独特征。

图1以局部透视图示出了变速器-电机单元2对车轮组件1的驱动。车轮组件1在此可以是单个车轮或双胎。变速器可以是单级或多级的变速器或行星齿轮变速器，在此情况下是单级的变速器。电动机器3可以是永磁激励同步电机或是具有鼠笼式动子的异步电机或借助滑环电激励的异步电机。

电动机器3安置在桥壳中，其中定子2和/或壳体具有液体冷却器件21。

在该实施方案中，转子5的叠片铁芯固定在承载结构6上，该承载结构实施为低惯性的。该承载结构尤其可以呈辐条状。承载结构6防旋转地与变速器输入轴9连接，以便将电机3的转动力矩导入变速器并且最后将其作为驱动力矩提供给车轮组件。转子5在此浮动地得到支承，即，其不具有明确的支承件，而是变速器输入轴9的支承件10支撑转子5。

通过与车轮组件防旋转地连接的变速器输出轴12，向车轮组件1提供驱动力矩。变速器输出轴12的支承件15尤其支撑在桥壳11上。车轮组件1的轴线16与电机3的轴线17平行布置。

图2以基本纵截面图示出了变速器-电机单元，其安置在桥壳11中。转子5的叠片铁芯7在此定位在承载结构6上，承载结构大体上实施为双T形。在此，用于减小惯性的中心件采用辐条状设计。在该处，在定子4的叠片铁芯8之间设置有液冷套。电机空间与变速器空间分离，因此变速器可以设有油，而电机空间具有尤其封闭的空气冷却。

在图2中示出的轴承仅示例性地实施为球轴承。根据电动桥的实施方案的不同，具有相应滚动体的其他轴承或轴承组件也是可能的，其可以用作固定轴承或浮动轴承。其尤其为角接触球轴承(单列、双列)、圆柱滚子轴承或球面滚子轴承。在成对的安装方案中，这些轴承可以采用O型布置或X型布置。

图3示出了电动桥，该电动桥具有分别驱动车轮组件1的两个变速器-电机单元。通过根据本发明的结构，现在可以提供较紧凑的布置方式，其因而提高了商用车辆的可用体积。通过这种布置方式，尤其可以将电动公交车18的中间过道设计得更宽。

在下文中，描述转子5的低惯性实施方案的其他可能性。

根据图4的图示在横截面图中示出了电动机器3的转子5。转子5在***区域中具有圆形的结构。被称为外圆环的圆形结构用作转子5上的力矩吸收器件。力矩由激励转子5的器件产生。如果这些器件已经位于转子上(在图4中不是该情况)，那么这些器件是转子5的一部分。用于激励的器件示例性地是永磁体或电导体，这些永磁体或电导体例如在异步电机中形成鼠笼或在同步电机中引导馈入的电流。在电动机器3的运行过程中，传输到转子5上的力矩或力被施加到用于激励的器件上，因为用于激励的器件是转子5的一部分。图4所示的外圆环用作动子上的力矩吸收器件，该外圆环形成用于吸收力矩的器件。转子5上的力矩吸收器件还用作引导通量的区域。该区域在图4中被称为通量引导环50，该通量引导环形成外环且对应于转子5上的力矩吸收器件。

因为转子5在该实施方案中可以实施为连续的多个转子铁芯，所以要设置将这些转子铁芯相互连接的器件。这种连接尤其可以藉由保持孔16来实施，其方法是，将保持杆引导穿过这些保持孔，借助保持杆使转子铁芯保持在一起。保持孔16分布在通量引导环50的内半径上。在此，对称分布是有利的，以便同样对称地吸收所产生的力。

如果有力矩施加到转子5上的力矩吸收器件上，那么该力矩可传输到变速器输入轴9上。力可被引导到转子5的内部区域中。根据图4，这通过割线状的接片62来完成。图4示出了割线数量为六个的实施方案，这些割线在保持孔63的区域中具有与通量引导环50的连接部并且在转子5的内部构成多边形。该多边形被设计为多边形环48。变速器输入轴9位于该多边形中心的圆形留空部中。由用于激励的器件产生的力矩通过转子5上的力矩吸收器件传输到割线状的接片62上。在此产生的力又通过割线状的接片62被引导到多边形环48的内部。例如，多边形环48可通过滑键组合防旋转地与变速器输入轴9连接。

多边形环48与变速器输入轴9之间的力传输不仅仅局限于滑键组合，因为其他机构也可以适用于力传输/力矩传输。这示例性地为(例如通过粘合或焊接实现的)材料配合连接、或是与滑键类似但几何形状不同(如多边形)的形状配合连接、或力配合连接，在力配合连接的情况下，转子5例如冷缩配合到变速器输入轴9上。

通过使用割线状的接片62，形成用于减小惯性的器件。与之相关的重量减小以积极的方式改变惯性力矩，使得电动机器3以及对应的转子5尤其获得动力。物体的更小的重量、即更小的质量会减小物体的惯性。惯性减小不仅由于一般的重量减小，而且尤其还由于转子的发生重量减小的那些部位的方位和位置。

在图4的本示例中，转子5是转动***。因为尤其在转子的外侧能够通过布置在***的割线状的接片62实现留空部，所以实现了整个转子5的惯性力矩的大幅减小。

如所描述的那样，根据图4的转子5在功能上被分为三个部分。一方面被分为如下部分，即，引导磁通量、承载磁体且被称为通量引导环50的部分。另一方面被分为如下部分，即，将力矩从磁体或激励部件或回流部件传输到轴且在图4中由割线状的接片62表示的部分。与变速器输入轴9的连接部形成粗略细分的第三部分，其在图4中被称为多边形环48且构成转子5与变速器输入轴9之间的力传输器件。

根据图5的图示示出了转子5的横截面，该转子具有转子5上的力矩吸收器件、通量引导环50、保持孔63和多边形环48。与图4相比，该图的割线状的接片62现在转变为蜂窝结构49。从多边形环48到变速器输入轴9的力传输尤其也通过滑键组合来实现。通过提高构成蜂窝结构49的接片和子接片的数量，可以提高转子5的强度。通过更多数量的割线状的接片和/或子接片，可以实现向接片/子接片的、或从接片/子接片向多边形环48的更均匀的力传递。因此，能够减小通量引导环50和/或多边形环48的材料厚度。这又减小了惯性力矩。

通过接片和子接片的设计方案以及通过选择构成接片的材料，能够影响刚度。如果蜂窝结构49实施有挠性的接片，那么转子5充当电机与由电机驱动的负载之间的阻尼器或弹簧。蜂窝结构49的挠性还可以由接片之间的连接部位的挠性产生。

根据图6的图示示出了转子5，该转子如在上述附图中一样具有力矩吸收器件、保持孔63。在图6中，根据图5的蜂窝结构49在有利的实施方式中被实施为蜂窝状的泡沫结构61。与图5的差异是，蜂窝的腔室大幅缩小且是封闭的。尤其，泡沫材料是价格低廉的材料，并且其特性千差万别。以此方式，根据应用情况的不同，可以使用含有很少的弹簧特性或阻尼特性或不含弹簧特性或阻尼特性的较硬的或刚性的泡沫材料。较软的、挠性的泡沫材料具有较强或较大的弹簧特性或阻尼特性。示例性地，从转子5上的力矩吸收器件到泡沫材料的力传输通过用于力传输的形状配合器件64来实现，该形状配合器件在图6中的***区域中被实施为花键。向图6中未示出的变速器输入轴9的力传输藉由已知的轴-毂连接来实现。

永磁体定位在通量引导环50上或其中，永磁体在此形成用于激励的器件。布置在***的永磁体以有利的方式通过绷带与通量引导环50连接。通量引导环可以被设计为叠片铁芯。在旋转运动中，绷带吸收永磁体的离心力，绷带布置在通量引导环的表面上。

本发明意义上的商用车辆尤其是用于道路交通的电驱动的公交车或载重汽车，或作为特殊车辆、例如地上和/或地下的矿井中的特殊车辆。原则上，本发明还适用于所有电驱动的、具有电动桥和其两个变速器-电机单元的车辆，因此还适用于乘用机动车辆。这涉及上述车辆的纯电驱动装置和混合驱动装置。

Claims (7)

1.一种商用车辆、尤其具有至少一个电动桥的电动公交车(18)，所述至少一个电动桥具有配属于各一车轮组件(1)的变速器-电机单元(2)，其中，电机(3)具有定子(4)和转子(5)，其中，所述转子(5)通过变速器(23)与相应的车轮组件(1)以传输转动力矩的方式连接，其中，所述转子(5)相应浮动地得到支承，并且所述转子(5)的支承件由所述变速器(23)的支承件承担。

2.根据权利要求1所述的商用车辆、尤其具有至少一个电动桥的电动公交车(18)，其特征在于，所述变速器(23)是减速器。

3.根据权利要求1或2所述的商用车辆、尤其具有至少一个电动桥的电动公交车(18)，其特征在于，所述转子(5)重量优化地设计。

4.根据权利要求3所述的商用车辆、尤其具有至少一个电动桥的电动公交车(18)，其特征在于，所述转子(5)具有其叠片铁芯(7)的辐条状的承载结构(6)。

5.根据权利要求4所述的商用车辆、尤其具有至少一个电动桥的电动公交车(18)，其特征在于，所述转子(5)的叠片铁芯(7)和/或所述承载结构实施为低惯性的、尤其实施为辐条状或蜂窝状。

6.根据前述权利要求中任一项所述的商用车辆、尤其具有至少一个电动桥的电动公交车(18)，其特征在于，所述转子(5)的轴向延伸尺寸对应于所述转子(5)的直径的0.3至0.7倍。

7.根据前述权利要求中任一项所述的商用车辆、尤其具有至少一个电动桥的电动公交车(18)，其特征在于，所述商用车辆的电驱动装置的上级调节构成至少一个电动差速器。