DE202024100415U1

DE202024100415U1 - Elektrische Antriebseinheit mit abnehmbarer Durchgangswelle

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Publication number: DE202024100415U1
Application number: DE202024100415.9U
Authority: DE
Original assignee: Dana Heavy Vehicle Systems Group LLC
Current assignee: Dana Heavy Vehicle Systems Group LLC
Priority date: 2023-01-30
Filing date: 2024-01-29
Publication date: 2024-05-07
Anticipated expiration: 2034-01-30

Abstract

Elektrische Antriebseinheit, die umfasst:
eine erste Welle mit einer Durchgangswellenöffnung;
eine zweite Welle, die axial mit der ersten Welle ausgerichtet ist; und
eine Durchgangswelle, die sich axial durch die Durchgangswellenöffnung erstreckt und abnehmbar an der ersten Welle und der zweiten Welle befestigt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine elektrische Antriebseinheit mit einer abnehmbaren Durchgangswelle, die, wenn sie entfernt wird, verhindert, dass ein Traktionsmotor einen Rotationsantrieb erhält.
HINTERGRUND UND KURZDARSTELLUNG
Elektrische Antriebsstränge enthalten Motoren, die die Antriebskraft für Elektrofahrzeuge (EVs) erzeugen. Diese elektrischen Antriebsstränge sind eine attraktive Alternative in Bezug auf Kohlenwasserstoffemissionen im Vergleich zu Fahrzeugen, die ausschließlich von Verbrennungsmotoren angetrieben werden. Bestimmte elektrische Antriebsstränge verfügen über Getriebe, die es ermöglichen, die Leistung des Motors auf die Antriebsräder zu übertragen.
Es kann wünschenswert sein, dass sich die Elektromotoren bei bestimmten Betriebszuständen nicht drehen, z. B. wenn das Elektrofahrzeug abgeschleppt wird. Wenn sich der Elektromotor während des Abschleppvorgangs dreht, erzeugt er elektromagnetische Felder (EMF), während die Stromzufuhr zum Motor unterbrochen ist. Die EMF haben das Potenzial, einige Motorkomponenten zu beeinträchtigen.
Um die Erzeugung von EMF zu verhindern, kann das Elektrofahrzeug während des Abschleppens auf einem Tieflader abgestellt werden. Diese Art des Abschleppens kann jedoch kostspielig und unpraktisch für bestimmte Fahrzeugtypen sein, die z. B. vergleichsweise große Höhen und/oder Gewichte haben.
US 11,433,765 B2 an Perry et al. lehrt eine elektrische Achsenarchitektur mit einer Achsentrennvorrichtung, die es ermöglicht, die Rotation des Antriebsstrangs und insbesondere die Rotation des Traktionsmotors zu stoppen, um die Erzeugung von EMF zu vermeiden. Die Achsentrennvorrichtung von Perry wird an einem Ausgang eines Differentials montiert.
Die Erfinder haben mehrere potenzielle Probleme mit der in US 11,433,765 B2 offenbarten Achsentrennvorrichtung erkannt. So wird beispielsweise die Trennvorrichtung von Perry über eine Steuerung elektronisch betätigt, so dass der Antriebsstrang über ein elektronisches Steuersignal schnell getrennt werden kann. Ist jedoch die Steuerung oder die Batterie nicht betriebsbereit, kann auch die Achsentrennvorrichtung nicht betriebsbereit sein. Daher kann es unter bestimmten Bedingungen vorkommen, dass die Achsentrennvorrichtung nicht funktioniert, wenn sie benötigt wird. Wenn die Achsentrennvorrichtung aktiviert ist, dreht sich das Differential während des Abschleppens weiter, wodurch sich der Verschleiß des Differentials erhöht und die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Differentials steigt.
Die Erfinder haben die oben genannten Probleme erkannt und eine elektrische Antriebseinheit entwickelt, um diese Probleme zumindest teilweise zu überwinden. Die elektrische Antriebseinheit umfasst in einem Beispiel eine erste Welle mit einer Durchgangswellenöffnung und eine zweite Welle, die axial mit der ersten Welle ausgerichtet ist. Die elektrische Antriebseinheit umfasst ferner eine Durchgangswelle, die sich axial durch die Durchgangswellenöffnung erstreckt und abnehmbar an der ersten Welle und der zweiten Welle befestigt ist. Die Konstruktion einer elektrischen Antriebseinheit mit einer abnehmbaren Durchgangswelle, die diese Merkmale aufweist, ermöglicht es, die Durchgangswelle vor dem Abschleppen oder anderen Betriebszuständen, bei denen die Rotation eines Traktionsmotors in der elektrischen Antriebseinheit vermieden werden soll, zuverlässig und manuell zu entfernen. Darüber hinaus kann die Durchgangswelle unabhängig vom Zustand einer Steuerung, einer Batterie oder ähnlichem, die in das elektrische Antriebssystem integriert sein können, entfernt werden, falls gewünscht.
Um die lösbare Verbindung zwischen der Durchgangswelle und der ersten und zweiten Welle zu erreichen, kann die Durchgangswelle mit der ersten und zweiten Welle verzahnt sein. Auf diese Weise wird eine feste und lösbare Verbindung zwischen der Durchgangswelle, der ersten Welle und der zweiten Welle hergestellt.
In einem Beispiel kann die erste Welle eine Rotorwelle in einem Traktionsmotor und die zweite Welle eine Eingangswelle eines Getriebes sein, wobei die Eingangswelle ein fest mit ihr verbundenes Zahnrad aufweist. Auf diese Weise wird die Durchgangswelle effizient in den Traktionsmotor integriert und kann leichter zugänglich gemacht werden.
Es versteht sich, dass die obige Zusammenfassung dazu dient, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher erläutert werden. Sie ist nicht dazu gedacht, die wichtigsten oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die auf die detaillierte Beschreibung folgen. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die oben oder in anderen Teilen dieser Offenbarung genannte Nachteile beheben.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

1 ist eine schematische Darstellung einer elektrischen Antriebseinheit.
2A zeigt eine elektrische Antriebseinheit mit einem Traktionsmotor, der eine abnehmbare Durchgangswelle hat.
2B zeigt die in 2A dargestellte elektrische Antriebseinheit, wobei die Durchgangswelle vom Traktionsmotor entkoppelt ist.
3 zeigt eine verzahnte Schnittstelle zwischen Wellen in einer elektrischen Antriebseinheit.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Beschrieben wird hier eine elektrische Antriebseinheit mit einer abnehmbaren Durchgangswelle, die, wenn sie entfernt wird, einen Traktionsmotor auf Wunsch daran hindert, einen Rotationsantrieb zu erhalten. Mit Hilfe der Durchgangswelle kann ein Fahrzeugführer oder anderes Personal den Motor unter bestimmten Bedingungen, z. B. beim Abschleppen eines Fahrzeugs, zuverlässig und effektiv abschalten. Die Durchgangswelle kann zum Beispiel mit einer Rotorwelle und einer Eingangswelle lösbar verbunden sein. In anderen Beispielen kann die Durchgangswelle jedoch lösbar mit einem anderen Wellenpaar der elektrischen Antriebseinheit verbunden sein. Kerbverzahnungen und/oder ein Flansch können verwendet werden, um eine lösbare Verbindung zwischen der Durchgangswelle und der Rotor- und Eingangswelle herzustellen. Auf diese Weise entsteht eine feste Verbindung zwischen der Durchgangswelle und den Eingangs- und Rotorwellen, die bei Bedarf, z. B. vor dem Abschleppvorgang, effektiv getrennt werden kann, um die Erzeugung elektromagnetischer Felder (EMF) und die Beeinträchtigung von Komponenten zu vermeiden.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Antriebseinheit mit einer abnehmbaren Durchgangswelle, die es ermöglicht, den Dreheingang zu einem Traktionsmotor wirksam zu sperren. 2A und 2B zeigen Detailansichten eines Beispiels einer elektrischen Antriebseinheit mit einer Durchgangswelle, die mit einer Rotorwelle und einer Eingangswelle verbunden ist (2A) und von der Rotorwelle und der Eingangswelle entkoppelt ist (2B). 3 zeigt eine Detailansicht einer verzahnten Schnittstelle zwischen Wellen in einer elektrischen Antriebseinheit.
1 zeigt ein Beispiel für eine elektrische Antriebseinheit 100 (z.B. eine elektrische Achse), die in einem Elektrofahrzeug (electric vehicle, EV) 101 enthalten sein kann. Bei der elektrischen Antriebseinheit 100 kann es sich beispielsweise um eine elektrische Achse handeln, die im Vergleich zu anderen elektrischen Antrieben leichter in eine Vielzahl von Fahrzeugplattformen eingebaut werden kann. Bei der elektrischen Achse kann es sich um eine elektrische Starrachse handeln, die an ein abhängiges Aufhängungssystem gekoppelt ist, um die Haltbarkeit und Gelenkigkeit der Achse im Vergleich zu Achsen zu erhöhen, die an Einzelradaufhängungssysteme gekoppelt sind. In anderen Beispielen kann die Achse jedoch auch mit einem Einzelradaufhängungssystem gekoppelt sein.
Das EV 101 kann in einem Beispiel ein vollelektrisches Fahrzeug sein, obwohl auch andere Beispiele möglich sind, wie z.B. ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV), das einen Verbrennungsmotor für den Antrieb und/oder das Aufladen einer Energiespeichervorrichtung verwendet. Darüber hinaus kann es sich bei dem EV 101 beispielsweise um ein leichtes, mittleres oder schweres Nutzfahrzeug handeln. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Nutzfahrzeug handeln (z. B. ein Fahrzeug mit einem Gesamtgewicht von mindestens 4.536 Kilogramm (kg)).
Die elektrische Antriebseinheit 100 umfasst einen Traktionsmotor 102 mit einem Stator 104, der elektromagnetisch mit einem Rotor 106 zusammenwirkt, um während des Motorbetriebs Antriebskraft zu erzeugen. Der Rotor 106 umfasst eine Rotorwelle 108. In einem weiteren Beispiel kann der Traktionsmotor 102 ein Motor-Generator sein, der so ausgelegt ist, dass er im Regenerationsbetrieb elektrische Energie erzeugt.
Der Traktionsmotor 102 kann über einen Wechselrichter 112 mit einem oder mehreren Energiespeichervorrichtung(en) 110 (z. B. einer oder mehreren Traktionsbatterien, Kondensator(en), Brennstoffzelle(n), Kombinationen davon usw.) elektrisch gekoppelt sein, wenn die Maschine als Wechselstrom (AC) ausgelegt ist. In alternativen Beispielen kann jedoch auch eine Gleichstrommaschine verwendet werden.
Die Pfeile 114 bezeichnen die elektrische Verbindung zwischen dem Traktionsmotor 102, dem Wechselrichter 112 und dem/den Energiespeichervorrichtung(en) 110. Der Wechselrichter 112 kann für die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt ausgelegt sein. In einem Anwendungsfall können der Traktionsmotor 102 und der Wechselrichter 112 dreiphasige Vorrichtungen sein, die im Vergleich zu anderen Motortypen einen höheren Wirkungsgrad erreichen. Es sind jedoch auch Motoren und Wechselrichter denkbar, die für den Betrieb mit mehr als drei Phasen ausgelegt sind.
Eine Durchgangswelle 116 ist im dargestellten Beispiel mit der Rotorwelle 108 und einer Eingangswelle 118 eines Getriebes 120 lösbar verbunden. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die Durchgangswelle 116 mit einem anderen Wellenpaar im Getriebe 120 lösbar verbunden werden kann. Beispielsweise kann die Durchgangswelle mit einem Paar benachbarter Wellen, die der Eingangswelle nachgeschaltet sind, lösbar verbunden sein. Um die lösbare Verbindung zwischen der Durchgangswelle 116, der Rotorwelle 108 und der Eingangswelle 118 zu ermöglichen, können Kerbverzahnungen, Flansche und/oder Befestigungselemente verwendet werden. Ein detailliertes Beispiel für eine Durchgangswelle wird hier in Bezug auf die 2A-2B näher erläutert. Der Traktionsmotor 102 kann auch eine abnehmbare Abdeckung 122 enthalten. Die abnehmbare Abdeckung 122 kann den Zugang zur Durchgangswelle ermöglichen und die Wahrscheinlichkeit einer Verschmutzung der inneren Motorteile verringern.
Die Eingangswelle 118 kann ein fest mit ihr verbundenes Zahnrad 124 enthalten. Das Zahnrad 124 kann mit einem Zahnrad 126 kämmen, das fest mit einer Welle 128 verbunden ist. Das Getriebe 120 ist als Mehrganggetriebe 120 mit Kupplungen 130 und 132 dargestellt, die zum Schalten zwischen verschiedenen Zahnradkombinationen im Getriebe vorgesehen sind. In anderen Ausführungsformen können in der elektrischen Antriebseinheit 100 jedoch auch Mehrganggetriebe mit einer anderen Anzahl von Kupplungen (z. B. eine einzige Kupplung oder mehr als zwei Kupplungen) oder ein Ein-Gang-Getriebe verwendet werden.
Die Kupplung 130 ist so konstruiert, dass sie selektiv ein Zahnrad 134 und ein Zahnrad 136 in Eingriff bringt, die frei auf der Welle 128 montiert sind. Ebenso ist die Kupplung 132 so konstruiert, dass sie selektiv ein Zahnrad 138 und ein Zahnrad 140 in Eingriff bringt, die auf einer Welle 142 (z. B. der Abtriebswelle) montiert sind. Im dargestellten Beispiel kämmt das Zahnrad 138 mit dem Zahnrad 134 und das Zahnrad 140 mit dem Zahnrad 136. Im Getriebe sind jedoch zahlreiche Zahnradauslegungen möglich.
Die Welle 142 kann ein Zahnrad 144 enthalten, das mit einem Zahnrad 146 in einem Differential 148 kämmt. Das Differential 148 kann über Achswellen (z. B. Halbwellen) mit den Antriebsrädern drehgekoppelt sein.
Die elektrische Antriebseinheit 100 kann ferner ein Steuersystem 190 mit einer Steuerung 192 umfassen, wie in 1 dargestellt. Die Steuerung 192 kann einen Mikrocomputer mit Komponenten wie einem Prozessor 193 (z. B. eine Mikroprozessoreinheit), Eingangs-/Ausgangsanschlüssen, einem elektronischen Speichermedium 194 für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte (z. B. einen Nur-Lese-Speicher-Chip, Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Keep-Alive-Speicher, einen Datenbus und dergleichen) einschließen. Das Speichermedium kann mit computerlesbaren Daten programmiert werden, die Anweisungen darstellen, die von einem Prozessor zur Durchführung von Verfahren und Steuerungstechniken ausgeführt werden können.
Die Steuerung 192 kann verschiedene Signale von Sensoren 195 empfangen, die mit verschiedenen Bereichen des EV 101 und des Getriebes 120 verbunden sind. Zu den Sensoren 195 kann beispielsweise ein Pedalstellungssensor gehören, der die Betätigung eines vom Fahrer betätigten Pedals wie eines Gas- und/oder Bremspedals erkennt, ein Geschwindigkeitssensor an der Getriebeausgangswelle, ein Sensor für den Ladezustand (state of charge, SOC) der Energiespeichervorrichtung, Kupplungsstellungssensoren und dergleichen. Die Motorgeschwindigkeit kann anhand der vom Wechselrichter an die elektrische Maschine gelieferten Leistung ermittelt werden. Eine Eingabevorrichtung 199 (z. B. Gaspedal, Bremspedal, Fahrmoduswähler, Kombinationen davon und dergleichen) kann außerdem Eingabesignale liefern, die die Absicht des Fahrers zur Fahrzeugsteuerung anzeigen.
Nach dem Empfang der Signale von den verschiedenen Sensoren 195 aus 1 verarbeitet die Steuerung 192 die empfangenen Signale und setzt verschiedene Aktuatoren 196 von Komponenten des Fahrzeugs und/oder der elektrischen Antriebseinheit ein, um die Komponenten auf der Grundlage der empfangenen Signale und der im Speicher der Steuerung 192 gespeicherten Anweisungen einzustellen. So kann die Steuerung 192 beispielsweise ein Gaspedalsignal empfangen, das die Anforderung des Fahrers nach einer stärkeren Fahrzeugbeschleunigung anzeigt. Als Reaktion darauf kann die Steuerung 192 den Betrieb des Wechselrichters 112 anweisen, um die mechanische Leistung der elektrischen Maschine anzupassen und die vom Traktionsmotor 102 an das Getriebe 120 abgegebene Leistung zu erhöhen. Die Steuerung 192 kann ausgelegt sein, bei bestimmten Betriebszuständen Befehle an die Kupplungen 130 und 132 zu senden, um die Kupplungen ein- und auszurücken. So kann beispielsweise ein Steuerbefehl an eine der Kupplungen gesendet werden, und als Reaktion auf den Befehl kann ein Aktuator in der Kupplung die Kupplung auf der Grundlage des Befehls zum Ein- oder Auskuppeln einstellen. Die anderen steuerbaren Komponenten im Fahrzeug können in ähnlicher Weise funktionieren, z. B. in Bezug auf Sensorsignale, Steuerbefehle und Aktuatoreinstellung.
Ein Achsensystem ist in 1 sowie in den 2A, 2B und 3 als Referenz dargestellt. In einem Beispiel kann die z-Achse eine vertikale Achse (z. B. parallel zu einer Gravitationsachse) sein, die x-Achse kann eine Querachse (z. B. eine horizontale Achse) sein, und/oder die y-Achse kann eine Längsachse sein. In anderen Beispielen können die Achsen jedoch auch andere Ausrichtungen haben.
Es sei verstanden, dass die in 1 dargestellte elektrische Antriebseinheit 100 eine oder viele mögliche Architekturen offenbart. Beispielsweise kann die elektrische Antriebseinheit beispielsweise ein Ein-Gang-Getriebe mit einer anderen Anzahl von Wellen und Zahnrädern umfassen, oder in einem anderen Beispiel kann die Anzahl der Betriebszahnräder im Getriebe erhöht werden.
2A und 2B zeigen ein Beispiel für eine elektrische Antriebseinheit 200 (z.B. eine elektrische Achse) mit einem Traktionsmotor 202 mit einer Durchgangswelle 204, die in den Traktionsmotor eingebaut bzw. aus dem Traktionsmotor ausgebaut ist. Die elektrische Antriebseinheit 200 kann zumindest einige strukturelle und/oder funktionale Merkmale aufweisen, die der in 1 dargestellten elektrischen Antriebseinheit 100 ähnlich sind. Um der Kürze willen wird auf eine redundante Beschreibung sich überschneidender Komponenten verzichtet.
Der Traktionsmotor 202 enthält einen Stator 205 und einen Rotor 206 mit einer Rotorwelle 208. Die Rotorwelle 208 weist eine Durchgangswellenöffnung 210 auf. Ferner kann die Rotorwelle 208 mit einem Zahnkranz 212 gekoppelt sein, der z. B. mit Lamellen verbunden sein kann.
Die elektrische Antriebseinheit 200 umfasst ferner eine Eingangswelle 214 eines Getriebes 216. Die Eingangswelle 214 enthält eine Durchgangswellenaussparung 218. Die Durchgangswellenaussparung 218 darf sich nur teilweise durch die Eingangswelle 214 erstrecken. In anderen Beispielen kann sich die Durchgangswelle jedoch auch axial von einem Ende der Welle zum anderen Ende erstrecken. In alternativen Beispielen kann die Durchgangswelle eine Eingangswellenaussparung aufweisen, die mit einer axialen Verlängerung der Eingangswelle zusammenpasst. Mit anderen Worten, ein Teil der Durchgangswelle kann einen Teil der Eingangswelle in Umfangsrichtung umgeben und mit diesem zusammenpassen.
Die Durchgangswelle 204 ist mit der Rotorwelle 208 und der Eingangswelle 214 über die Durchgangswellenöffnung 210 und die Durchgangswellenaussparung 218 lösbar verbunden. Auf diese Weise kann die Durchgangswelle 204 manuell und zuverlässig von der Rotorwelle 208 und der Eingangswelle 214 oder umgekehrt entfernt werden.
Das Getriebe 216 kann ein Zahnrad 219 enthalten, das mit der Eingangswelle 214 gekoppelt oder anderweitig integral an ihr ausgebildet ist. Das Zahnrad 219 kann mit einem Zahnrad 221 kämmen, das fest mit einer Welle 223 verbunden ist. Die Welle 223 kann mit nachgeschalteten Komponenten wie z. B. Zahnrädern, Kupplungen und/oder einem Differential drehgekoppelt sein.
Ein Gehäuse 262 des Traktionsmotors 202 kann über Befestigungsvorrichtungen 227 mit einem Gehäuse 225 des Getriebes 216 verbunden sein. Das Gehäuse 225 kann die Zahnräder 219, 221 zumindest teilweise umschließen.
Im gezeigten Beispiel umfasst die Durchgangswelle 204 einen ersten Abschnitt von Kerbverzahnungen 220, einen zweiten Abschnitt von Kerbverzahnungen 222 und einen dritten Abschnitt von Kerbverzahnungen 224. Jeder der verzahnten Abschnitte enthält mehrere Kerbverzahnungen 226. Der erste und zweite Abschnitt der Kerbverzahnungen 220, 222 passen zu einem ersten Abschnitt der Kerbverzahnungen 228 bzw. einem zweiten Abschnitt der Kerbverzahnungen 230 in der Rotorwelle 208. Außerdem passt der dritte verzahnte Abschnitt der Kerbverzahnungen 224 im dargestellten Beispiel zu einem dritten Abschnitt der Kerbverzahnungen 232 in der Eingangswelle 214. Die Kerbverzahnungen bilden verzahnte Schnittstellen 238, 240 und 242. Außerdem enthält die Durchgangswelle 204 im dargestellten Beispiel einen unverzahnten Abschnitt 243 zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Kerbverzahnungen 220, 222.
Es sind jedoch auch andere Kerbverzahnungen in der Durchgangswelle möglich. So kann die Durchgangswelle 204 beispielsweise einen Satz Kerbverzahnungen aufweisen, die sich von einem Flansch 234 an einem proximalen Ende 245 zu einem distalen Ende 236 der Welle erstrecken. In einem anderen Beispiel kann die Durchgangswelle einen Satz von Kerbverzahnungen enthalten, der mit Kerbverzahnungen in der Eingangswelle zusammenpasst, und einen Satz von Kerbverzahnungen, der mit Kerbverzahnungen in der Rotorwelle zusammenpasst. In anderen Beispielen kann die Durchgangswelle sogar mehr als drei Sätze von Kerbverzahnungen enthalten.
Bei den oben genannten Kerbverzahnungen kann es sich beispielsweise um Evolventenverzahnungen handeln, um die Festigkeit der Wellenverbindung im Vergleich zu geraden Kerbverzahnungen zu erhöhen. In anderen Beispielen können jedoch auch gerade Kerbverzahnungen verwendet werden.
Die Lager 244 (z. B. Axiallager) sind im dargestellten Beispiel direkt mit der Eingangswelle 214 gekoppelt. Außerdem sind die Lager 246 (z. B. Kugellager) im dargestellten Beispiel direkt mit der Rotorwelle 208 gekoppelt. Im Einzelnen sind die Lager 244, 246 mit den gegenüberliegenden Enden der jeweiligen Wellen verbunden. Die Lager ermöglichen die Lagerung und Drehung der Welle. Wie hier beschrieben, kann ein Lager Innen- und Außenringe sowie Rollenelemente (z. B. Kugeln, Zylinder, konische Zylinder und dergleichen) enthalten. Der erste Abschnitt der Kerbverzahnungen 220 erstreckt sich in axialer Richtung über den Abschnitt der Rotorwelle 208, der mit einem der Lager 246 verbunden ist. Ebenso erstreckt sich der zweite Abschnitt der Kerbverzahnungen 222 axial über den Abschnitt der Rotorwelle 208, der mit einem der Lager 246 verbunden ist. In alternativen Beispielen können die Abschnitte der Kerbverzahnungen jedoch axial zu den Lagern 246 versetzt sein.
Die Durchgangswelle 204 umfasst in dem dargestellten Beispiel den Flansch 234. Der Flansch 234 hat einen Durchmesser 248, der größer ist als ein Durchmesser 250 des ersten Abschnitts der Kerbverzahnungen 220 der Durchgangswelle 204. Außerdem kann der Durchmesser 251 des dritten Abschnitts der Kerbverzahnungen 224 kleiner sein als der Durchmesser 250 des ersten Abschnitts der Kerbverzahnungen 220. Außerdem kann der Durchmesser 253 des zweiten Abschnitts der Kerbverzahnungen 222 gleich dem Durchmesser 250 des ersten Abschnitts der Kerbverzahnungen 220 sein. Die Gestaltung der Durchgangswelle mit diesen Konturen ermöglicht eine effiziente Montage und Demontage der Durchgangswelle von der Rotorwelle 208 und der Eingangswelle 214. In anderen Beispielen kann die Durchgangswelle 204 jedoch einen Abschnitt von Kerbverzahnungen enthalten, der sich vom Flansch 234 bis zum distalen Ende 236 erstreckt, und in einem solchen Beispiel kann der Durchmesser des Kerbverzahnungsabschnitts über seine axiale Länge konstant sein.
Außerdem kann die axiale Länge 270 der Durchgangswelle 204 größer sein als die axiale Länge der Rotorwelle 208, damit die Durchgangswelle sowohl an der Rotorwelle als auch an der Eingangswelle abnehmbar befestigt werden kann. In anderen Beispielen kann die Eingangswelle jedoch eine Verlängerung aufweisen, die mit einer Aussparung in der Durchgangswelle zusammenpasst, und die Länge der Durchgangswelle kann kleiner oder gleich der Länge der Rotorwelle sein.
Außerdem enthält der Flansch 234 Öffnungen 252, durch die sich Befestigungsvorrichtungen 254 (z. B. Bolzen) erstrecken. Die Befestigungsvorrichtungen 254 sind außerdem so profiliert, dass sie an einem Abschnitt 256 der Rotorwelle 208 befestigt werden können. Außerdem kann eine Fläche 257 des Flansches 234 an einer Fläche 261 der Rotorwelle 208 anliegen, wenn die Durchgangswelle im Motor eingebaut ist. Auf diese Weise kann die Rotorwelle die Durchgangswelle axial begrenzen. Der Flansch 234 erhöht die Festigkeit der Verbindung zwischen der Durchgangswelle 204 und der Rotorwelle 208 und kann das Axialspiel zwischen der Rotorwelle 208 und der Durchgangswelle 204 sowie die Wahrscheinlichkeit einer unbeabsichtigten Entkopplung der Durchgangswelle von der Rotorwelle und der Eingangswelle verringern. In anderen Beispielen kann der Flansch 234 jedoch von der Welle entfernt sein.
Der Traktionsmotor 202 umfasst außerdem eine abnehmbare Abdeckung 258, die abnehmbar an einem Abschnitt 260 des Gehäuses 262 angebracht ist. Der Abschnitt 260 des Gehäuses 262 befindet sich an einer axialen Seite 264 des Motors, die eine elektrische Schnittstelle 266 aufweist. Die elektrische Schnittstelle 266 dient als elektrische Verbindung zwischen den Endwicklungen im Stator 205 und einem Wechselrichter und/oder Energiespeichervorrichtung. Die abnehmbare Abdeckung 258 kann eine Dichtung 259 enthalten, die eine Abdichtung zwischen der Abdeckung und dem Gehäuse des Traktionsmotors bildet, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass das Innere des Motors verschmutzt wird. Genauer gesagt, kann die Dichtung die Abdeckung rundherum umgeben.
Zum Ausbau der Durchgangswelle 204, wie in 2B dargestellt, kann zunächst die Abdeckung 258 entfernt werden. Anschließend können die Befestigungsvorrichtungen 254 von der Eingangswelle 214 und dem Flansch 234 entkoppelt werden. Anschließend wird die Durchgangswelle 204 axial in Richtung 268 verschoben, bis die Kerbverzahnungen in der Durchgangswelle 204 von den Kerbverzahnungen sowohl in der Eingangswelle 214 als auch in der Rotorwelle 208 entkoppelt sind. Die Schritte des Entfernens der Abdeckung, des Entfernens der Befestigungsvorrichtung und des Entfernens der Durchgangswelle können nacheinander von einem Fahrzeugführer oder anderem Personal durchgeführt werden, während der Traktionsmotor 202 abgeschaltet ist. Die Schritte können in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden, um die Durchgangswelle wieder einzubauen und die elektrische Antriebseinheit wieder in Betrieb zu nehmen, um die mechanische Leistung vom Traktionsmotor auf die Antriebsräder zu übertragen. Auf diese Weise kann die Durchgangswelle effektiv und zuverlässig von der Rotorwelle und der Eingangswelle abgezogen und wieder eingebaut werden.
3 zeigt eine detaillierte Darstellung einer verzahnten Schnittstelle 300 zwischen einer Durchgangswelle 302 und einer Welle 304 (z. B. einer Rotorwelle oder einer Eingangswelle eines Getriebes). Die Kerbverzahnungen 306 in der Durchgangswelle 302 sind mit den Kerbverzahnungen 308 in der Welle 304 verzahnt. Die Kerbverzahnungen 306, 308 sind als Evolventenverzahnungen abgebildet. In alternativen Beispielen können jedoch auch gerade Kerbverzahnungen verwendet werden, wie bereits erwähnt.
2A und 2B sind, abgesehen von den schematisch dargestellten Bauteilen, annähernd maßstabsgetreu gezeichnet, obwohl in anderen Ausführungsformen andere relative Bauteilabmessungen verwendet werden können.
1, 2A, 2B und 3 zeigen Beispielkonfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn diese Elemente in direktem Kontakt zueinander stehen oder direkt gekoppelt sind, können sie zumindest in einem Beispiel als in direktem Kontakt bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. In ähnlicher Weise können Elemente, die nebeneinander oder aneinander angrenzend dargestellt sind, zumindest in einem Beispiel nebeneinander oder aneinander angrenzend sein. Beispielsweise können Komponenten, die in einem Flächenkontakt miteinander stehen, als in Flächenteilungskontakt stehend bezeichnet werden. Als weiteres Beispiel können in mindestens einem Fall Elemente genannt werden, die voneinander getrennt sind und zwischen denen sich nur ein Raum befindet und keine anderen Komponenten. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die über/untereinander, auf gegenüberliegenden Seiten oder links/rechts voneinander dargestellt sind, als solche bezeichnet werden, und zwar relativ zueinander. Wie in den Figuren dargestellt, kann ein oberstes Element oder ein oberster Punkt des Elements als „Oberseite“ der Komponente und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden, zumindest in einem Beispiel. Die hier verwendeten Begriffe Oberseite/Unterseite, obere/untere, oberhalb/unterhalb können sich auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und zur Beschreibung der Positionierung von Elementen der Figuren relativ zueinander verwendet werden. So sind in einem Beispiel Elemente, die über anderen Elementen angezeigt werden, vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als weiteres Beispiel können die Formen der in den Figuren dargestellten Elemente als solche bezeichnet werden (z. B. kreisförmig, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt o. ä.). Darüber hinaus können in einem Beispiel Elemente, die koaxial zueinander liegen, als solche bezeichnet werden. Ferner können die dargestellten Elemente, die sich gegenseitig schneiden, in mindestens einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder als einander schneidende Elemente bezeichnet werden. Darüber hinaus kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements dargestellt ist, als solches bezeichnet werden. In anderen Beispielen können auch zueinander versetzte Elemente als solche bezeichnet werden.
Die Erfindung wird in den folgenden Absätzen beschrieben. In einem Aspekt wird eine elektrische Antriebseinheit bereitgestellt, die umfasst: eine erste Welle mit einer Durchgangswellenöffnung; eine zweite Welle, die axial mit der ersten Welle ausgerichtet ist; und eine Durchgangswelle, die sich axial durch die Durchgangswellenöffnung erstreckt und abnehmbar an der ersten Welle und der zweiten Welle befestigt ist.
Ein weiterer Aspekt ist eine elektrische Achse, die einen Traktionsmotor mit einer Rotorwelle, die eine Durchgangswellenöffnung aufweist, ein Getriebe mit einer Eingangswelle, an die ein Zahnrad gekoppelt ist, und eine Durchgangswelle umfasst, die sich axial durch die Durchgangswellenöffnung erstreckt und abnehmbar an der Rotorwelle und der Eingangswelle befestigt ist.
In einem anderen Aspekt wird ein Traktionsmotor bereitgestellt, der einen Stator; einen Rotor, der zumindest teilweise in Umfangsrichtung von dem Stator umgeben ist und eine Rotorwelle mit einer Durchgangswellenöffnung aufweist; und eine abnehmbare Durchgangswelle umfasst, die mit der Durchgangswellenöffnung verzahnt ist und einen distalen Abschnitt aufweist, der eingerichtet ist, mit einer verzahnten Aussparung in einer Eingangswelle eines Getriebes verzahnt zu sein.
In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die erste Welle eine Rotorwelle in einem Traktionsmotor und die zweite Welle eine Eingangswelle eines Getriebes sein, wobei die Eingangswelle ein fest mit ihr verbundenes Zahnrad aufweist.
In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Getriebe ein Mehrganggetriebe sein, wobei der Traktionsmotor ein Mehrphasenmotor ist.
In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Durchgangswelle mit der ersten und der zweiten Welle verzahnt sein.
In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte können die Kerbverzahnungen in der Durchgangswelle umfassen: einen ersten Satz von Kerbverzahnungen mit einem größeren Durchmesser, die mit der ersten Welle zusammenpassen; und einen zweiten Satz von Kerbverzahnungen mit einem kleineren Durchmesser, die mit der zweiten Welle zusammenpassen.
In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte können die Kerbverzahnungen Evolventenverzahnungen sein.
In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Durchgangswelle einen Flansch an einem ersten Ende aufweisen, das einem zweiten Ende gegenüberliegt, das abnehmbar an der zweiten Welle befestigt ist; und der Flansch kann abnehmbar an der ersten Welle befestigt sein.
In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die elektrische Antriebseinheit ferner eine Abdeckung umfassen, die sich über das erste Ende der Durchgangswelle erstreckt und abnehmbar an einem Abschnitt eines Gehäuses eines Traktionsmotors befestigt ist.
In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Abschnitt des Gehäuses eine elektrische Schnittstelle enthalten, die elektrisch mit einem Stator verbunden ist.
In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die elektrische Antriebseinheit in einem vollelektrischen Fahrzeug enthalten sein.
Bei jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das vollelektrische Fahrzeug ein Nutzfahrzeug sein.
In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Durchgangswelle umfassen: einen ersten Kerbverzahnungsabschnitt, der mit Kerbverzahnungen in der Durchgangswellenöffnung zusammenpasst; und einen zweiten Kerbverzahnungsabschnitt, der mit Kerbverzahnungen in der Eingangswelle zusammenpasst.
In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der zweite Kerbverzahnungsabschnitt einen kleineren Durchmesser als der erste Kerbverzahnungsabschnitt haben.
Bei jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte können die Kerbverzahnungen in der Durchgangswellenöffnung auf gegenüberliegenden axialen Seiten der Durchgangswellenöffnung angeordnet sein.
In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Durchgangswelle einen Flansch an einem ersten Ende aufweisen, das einem zweiten Ende gegenüberliegt, das sich in die Eingangswelle erstreckt; und eine Vielzahl von Befestigungsvorrichtungen kann sich durch den Flansch erstrecken und abnehmbar mit einem Abschnitt der Rotorwelle verbunden sein.
In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Durchgangswelle einen Flansch an einem proximalen Ende aufweisen, und der Traktionsmotor kann ferner eine abnehmbare Abdeckung umfassen, die das proximale Ende der Durchgangswelle umschließt.
In jedem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die abnehmbare Abdeckung eine Dichtung enthalten, die einen Abschnitt eines Gehäuses abdichtet.
Bei allen Aspekten oder Kombinationen der Aspekte können die Kerbverzahnungen unterschiedliche Durchmesser haben.
Obwohl oben verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, sind diese als Beispiele und nicht als Einschränkung aufzufassen. Fachleuten wird sich erschließen, dass der offengelegte Gegenstand im Stand der Technik in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden kann, ohne vom Geist des Gegenstandes abzuweichen. Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht als einschränkend zu betrachten. So haben die hier offengelegten Konfigurationen und Routinen exemplarischen Charakter und dass diese spezifischen Beispiele nicht als einschränkend zu betrachten sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Die oben genannte Technologie kann beispielsweise auf Antriebsstränge angewandt werden, die verschiedene Arten von Antriebsquellen beinhalten, einschließlich verschiedener Arten von elektrischen Maschinen und/oder Verbrennungsmotoren. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie weitere hier offengelegte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
Der hier verwendete Begriff „etwa“ bedeutet, sofern nicht anders angegeben, plus oder minus fünf Prozent des Bereichs.
Die folgenden Ansprüche weisen insbesondere auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen, wobei zwei oder mehr solcher Elemente weder erforderlich noch ausgeschlossen sind. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch eine Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, ob sie nun einen breiteren, engeren, gleichen oder anderen Geltungsbereich als die ursprünglichen Ansprüche aufweisen, werden ebenfalls als zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gehörig betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 11433765 B2 [0005, 0006]

Claims

Elektrische Antriebseinheit, die umfasst: eine erste Welle mit einer Durchgangswellenöffnung; eine zweite Welle, die axial mit der ersten Welle ausgerichtet ist; und eine Durchgangswelle, die sich axial durch die Durchgangswellenöffnung erstreckt und abnehmbar an der ersten Welle und der zweiten Welle befestigt ist.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei die erste Welle eine Rotorwelle in einem Traktionsmotor ist und die zweite Welle eine Eingangswelle eines Getriebes ist und wobei die Eingangswelle ein fest mit ihr verbundenes Zahnrad aufweist.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 2, wobei das Getriebe ein Mehrganggetriebe ist und der Traktionsmotor ein Mehrphasenmotor ist.
Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchgangswelle mit der ersten Welle und der zweiten Welle verzahnt ist.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 4, wobei die Kerbverzahnungen in der Durchgangswelle umfassen: einen ersten Satz von Kerbverzahnungen mit größerem Durchmesser, die mit der ersten Welle zusammenpassen; und einen zweiten Satz von Kerbverzahnungen mit kleinerem Durchmesser, die mit der zweiten Welle zusammenpassen.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Kerbverzahnungen Evolventenverzahnungen sind.
Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die Durchgangswelle einen Flansch an einem ersten Ende aufweist, das einem zweiten Ende gegenüberliegt, das abnehmbar an der zweiten Welle befestigt ist; und der Flansch ist abnehmbar an der ersten Welle befestigt.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 7, ferner eine Abdeckung umfassend, die sich über das erste Ende der Durchgangswelle erstreckt und abnehmbar an einem Abschnitt eines Gehäuses eines Traktionsmotors befestigt ist.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 8, wobei der Abschnitt des Gehäuses eine elektrische Schnittstelle aufweist, die elektrisch mit einem Stator verbunden ist.
Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Antriebseinheit in einem vollelektrischen Fahrzeug enthalten ist.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 10, wobei das vollelektrische Fahrzeug ein Nutzfahrzeug ist.
Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchgangswelle umfasst: einen ersten Kerbverzahungsabschnitt, der mit den Kerbverzahnungen in der Durchgangswellenöffnung zusammenpasst; und einen zweiten Kerbverzahungsabschnitt, der mit den Kerbverzahnungen der Eingangswelle zusammenpasst.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 12, wobei der zweite Kerbverzahnungsabschnitt einen kleineren Durchmesser als der erste Kerbverzahnungsabschnitt aufweist.
Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Kerbverzahnungen in der Durchgangswellenöffnung auf gegenüberliegenden axialen Seiten der Durchgangswellenöffnung angeordnet sind.
Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die Durchgangswelle einen Flansch an einem proximalen Ende aufweist und der Traktionsmotor ferner eine abnehmbare Abdeckung umfasst, die das proximale Ende der Durchgangswelle umschließt; und/oder die abnehmbare Abdeckung eine Dichtung enthält, die mit einem Abschnitt des Gehäuses abschließt.