專利名稱：用于電動(dòng)機(jī)輪軸驅(qū)動(dòng)的具有行星差速器的減速齒輪系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于機(jī)動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于混合電動(dòng)機(jī)車輛的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元。
背景技術(shù)：
為了減少專由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)排放到大氣中的污染物的排放量，已經(jīng)開發(fā)了獨(dú)立或聯(lián)合運(yùn)行的包括電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。
用于四輪驅(qū)動(dòng)車輛、使電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)可以將動(dòng)力傳輸?shù)角膀?qū)動(dòng)輪和后驅(qū)動(dòng)輪的混合電動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)正在開發(fā)之中。然而，混合四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對機(jī)車設(shè)計(jì)師來說存在安裝難度。安裝用于前軸或后軸的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元時(shí)，最好將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元置于軸中心線上，以取得最佳安裝效率。
將電動(dòng)機(jī)安裝于軸上并消除對90度錐齒輪差速器的需求給電力混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)提供了安裝效率的實(shí)質(zhì)改進(jìn)。伴隨安裝效率而來的是性能的改進(jìn)和燃料的更加節(jié)約。
需要適用于四輪驅(qū)動(dòng)車輛的混合電動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，其使用傳統(tǒng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)組件，將安裝空間減至最小，并減少制造和組裝成本。

發(fā)明內(nèi)容
這里說明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元提供電動(dòng)機(jī)、緊湊的齒輪組和輪間差速機(jī)構(gòu)，其便于將牽引電動(dòng)機(jī)和齒輪傳動(dòng)裝置安裝在軸中心線上。電動(dòng)機(jī)速度可以通過兩個(gè)簡單行星齒輪組的運(yùn)行減少大約8-10∶1。車輛的最高速度和輪胎尺寸有助于確立最大電動(dòng)機(jī)速度和傳動(dòng)裝置的最大速度。
通過使用貝他比率(Beta ratios)，即，太陽輪的節(jié)圓直徑和內(nèi)齒圈節(jié)圓直徑的比率，約為2.0-2.5，將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的直徑保持較小，從而可使齒輪組嵌套在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的內(nèi)部。這種安排與那些可比較的安排相比，產(chǎn)生更低的小齒輪速度，而需要的安裝空間相差無幾。
較佳實(shí)施例提供了一種用于四輪驅(qū)動(dòng)車輛的混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)消除了對90度錐齒輪差速器的需求并提供了盡可能的安裝效率、性能和燃料節(jié)約。
一種用于車輛的電驅(qū)動(dòng)單元，包括電動(dòng)機(jī)、兩個(gè)輸出軸、由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的第一減速行星齒輪組、由第一齒輪組輸出端驅(qū)動(dòng)的第二減速齒輪組以及復(fù)合行星差速器齒輪組，其中該復(fù)合行星差速器齒輪組包括可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組輸出端的輸入端、可驅(qū)動(dòng)地連接至第一輸出軸的第一差速器輸出端、以及可驅(qū)動(dòng)地連接至第二輸出軸的第二差速器輸出端。
較佳實(shí)施例的應(yīng)用范圍可從以下詳細(xì)說明、權(quán)利要求和附圖中變得顯而易見。應(yīng)該理解，盡管說明和具體的實(shí)例對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了說明，但其僅以說明性的方式給出。對所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，各種對所述實(shí)施例和所舉實(shí)例的變化和修改都是顯而易見的。


本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)對所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，當(dāng)考慮所附附圖時(shí)，可以從以下對較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中很容易變得顯而易見，其中圖1為用于混合電動(dòng)車輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的示意圖，其中該車輛的前半軸由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)；圖2為用于混合電動(dòng)車輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的示意圖，其中該車輛的后輪軸或后半軸由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)；圖3為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的截面圖，表示齒輪單元的第一實(shí)施例；圖4為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的截面圖，表示齒輪單元的第二實(shí)施例；圖5為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的截面圖，表示齒輪單元的第三實(shí)施例；以及圖6為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的截面圖，表示齒輪單元的第四實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
首先參照圖1，用于混合電動(dòng)車輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)10包括前輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括分別可驅(qū)動(dòng)地連接至前輪16、18的前半軸12、14，輪軸由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元20驅(qū)動(dòng)。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)10還包括后輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)22，其包括分別可驅(qū)動(dòng)地連接至后輪28、30的后輪軸24、26。后輪軸可以用半軸替換。內(nèi)燃機(jī)32通過變速器34、驅(qū)動(dòng)軸36和輪間差速機(jī)構(gòu)38驅(qū)動(dòng)后輪軸24、26，其中差速機(jī)構(gòu)將動(dòng)力差速傳輸至后輪28、30。
圖2表示具有前驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和后驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)可選實(shí)施例，其中前驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中前輪16、18由發(fā)動(dòng)機(jī)32驅(qū)動(dòng)，后驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中后輪28、20由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元20驅(qū)動(dòng)。在圖2的實(shí)施例中，前輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)40包括可驅(qū)動(dòng)地連接在發(fā)動(dòng)機(jī)32和右側(cè)和左側(cè)前半軸12、14之間的變速驅(qū)動(dòng)橋42。變速驅(qū)動(dòng)橋42包括變速器和輪間差速機(jī)構(gòu)，可以是任何自動(dòng)、手動(dòng)或自動(dòng)化手動(dòng)分步改變的變速器、或皮帶驅(qū)動(dòng)、鏈條驅(qū)動(dòng)或牽引驅(qū)動(dòng)連續(xù)可變變速器。后輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)后輪軸24、26和后輪28、30的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元20。后輪軸可以用半軸替換。
混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包括IC發(fā)動(dòng)機(jī)32和電動(dòng)機(jī)46兩個(gè)動(dòng)力源。電動(dòng)機(jī)46可驅(qū)動(dòng)地連接至齒輪單元48，位于具有齒輪單元的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元20內(nèi)。連接至蓄電池50的電動(dòng)機(jī)46可以在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)、充電狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)下運(yùn)行。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元20發(fā)揮電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的作用，其電源為蓄電池50。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在充電狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元20發(fā)揮發(fā)電機(jī)的作用，并將電能儲(chǔ)存在電池50中。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在關(guān)閉狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)46不起作用，其電動(dòng)機(jī)軸自由旋轉(zhuǎn)。
圖3表示電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元20，其與電動(dòng)機(jī)46及齒輪單元48結(jié)合在其殼體60內(nèi)。圖3表示具有相對較大直徑安裝空間的齒輪單元48，其具有徑向位于發(fā)動(dòng)機(jī)定子62和轉(zhuǎn)子64內(nèi)的傳動(dòng)裝置。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元20參照圖1的實(shí)施例進(jìn)行說明，但其也可以應(yīng)用于圖2的實(shí)施例。
電動(dòng)機(jī)定子62固定至殼體60，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子64被支承用于繞縱軸66旋轉(zhuǎn)，該縱軸與右半軸12和左半軸14共軸。第一行星齒輪組68包括固定到轉(zhuǎn)子64上的太陽輪70、內(nèi)齒圈72、固定在殼體60上不能旋轉(zhuǎn)的行星小齒輪承載器74、以及一組支承在承載器上用于旋轉(zhuǎn)并與內(nèi)齒圈和太陽輪嚙合的行星小齒輪76。
第二行星齒輪組78包括固定到承載器74上的太陽輪80、固定在殼體60上不能旋轉(zhuǎn)的內(nèi)齒圈82、行星小齒輪承載器、以及一組支承在承載器84上用于旋轉(zhuǎn)并與內(nèi)齒圈82和太陽輪80嚙合的行星小齒輪86。
雙行星差速器齒輪組包括可驅(qū)動(dòng)地連接至左半軸14的太陽輪90、固定到承載器84上的內(nèi)齒圈92、可驅(qū)動(dòng)地連接至右半軸12的行星小齒輪94、第一組被支承用于在承載器94上旋轉(zhuǎn)并與內(nèi)齒圈92嚙合的行星小齒輪96、以及第二組支承在承載器94上用于旋轉(zhuǎn)并與太陽輪90和小齒輪96嚙合的行星小齒輪98。
轉(zhuǎn)子64驅(qū)動(dòng)太陽輪70，第一齒輪組68的承載器74相對于轉(zhuǎn)子速度受低速傳動(dòng)。類似地，承載器74驅(qū)動(dòng)太陽輪80，第二輪組78的承載器84相對于承載器74和太陽輪80的速度受低速傳動(dòng)。差速器齒輪組88的內(nèi)齒圈92由承載器84驅(qū)動(dòng)。第一輸出端為承載器94及其半軸12；第二輸出端為太陽輪90及其半軸14。
圖4表示齒輪單元48，其安排成通過軸向?qū)R齒輪組68、78并將齒輪組78置于齒輪組68徑向外側(cè)而最小化其軸向長度。齒輪組68、78、88的組件間的互相連接及齒輪組的運(yùn)行參照圖3進(jìn)行說明。在圖4的實(shí)施例中，齒輪組78可以徑向位于齒輪組68內(nèi)。
圖5表示齒輪單元48，其安排成通過將齒輪組68、78、88軸向連續(xù)排列、將定子62和轉(zhuǎn)子64軸向?qū)R、將定子和轉(zhuǎn)子軸向緊鄰齒輪組放置、以及將轉(zhuǎn)子徑向置于定子內(nèi)而最小化其徑向長度。齒輪組68、78、88的組件間的互相連接及齒輪組的運(yùn)行參照圖3進(jìn)行說明。
圖6表示齒輪單元48，其安排成通過將齒輪組68、78、88軸向連續(xù)排列、將轉(zhuǎn)子64和定子62軸向?qū)R、以及將齒輪組徑向置于定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)而最減小其軸向尺寸。除了內(nèi)齒圈72、82固定在定子62上，定子固定防止旋轉(zhuǎn)，最好固定在殼體60上，轉(zhuǎn)子64徑向位于定子62外側(cè)，齒輪組68、78、88的組件間的互相連接及齒輪組的運(yùn)行如參照圖3進(jìn)行的說明。
將電動(dòng)機(jī)46和齒輪單元48置于單獨(dú)的殼體60內(nèi)有利于更換具有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元20的傳統(tǒng)輪軸組件。通過此方式，傳統(tǒng)的后輪驅(qū)動(dòng)和前輪驅(qū)動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)可以用于與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元結(jié)合，以生產(chǎn)用于四輪驅(qū)動(dòng)車輛的混合電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
根據(jù)專利法規(guī)的規(guī)定，對較佳實(shí)施例已進(jìn)行了說明。然而，應(yīng)該注意，可選實(shí)施例可以以不同于已具體說明和描述的其它方式實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)單元，包含電動(dòng)機(jī)；第一和第二輸出軸；齒輪單元，包括第一和第二簡單行星齒輪組，每個(gè)齒輪組包括太陽輪、內(nèi)齒圈、承載器以及一組支承在承載器上并與相應(yīng)齒輪組的太陽輪和內(nèi)齒圈嚙合的行星小齒輪，第一和第二齒輪組的內(nèi)齒圈被固定，不能旋轉(zhuǎn)，每個(gè)齒輪組各包括輸出端和輸入端，第一齒輪組的輸入端可驅(qū)動(dòng)地連接至電動(dòng)機(jī)，第一齒輪組的輸出端可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組的輸入端；以及復(fù)合行星差速器齒輪組，其包括可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組輸出端的輸入端、可驅(qū)動(dòng)地連接至第一輸出軸的第一差速器輸出端、以及可驅(qū)動(dòng)地連接至第二輸出軸的第二差速器輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于第一齒輪組的太陽輪可驅(qū)動(dòng)地連接至電動(dòng)機(jī)；以及第一齒輪組的承載器可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組的太陽輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于，復(fù)合行星差速器齒輪組包括太陽輪；可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組承載器的內(nèi)齒圈；承載器；支承在承載器上并與太陽輪嚙合的第一組行星小齒輪；以及支承在承載器上并與內(nèi)齒圈和第一組行星小齒輪的小齒輪嚙合的第二組行星小齒輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于，復(fù)合行星差速器齒輪組包括太陽輪；可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組承載器的內(nèi)齒圈；承載器；支承在承載器上并與太陽輪嚙合的第一組行星小齒輪；支承在承載器上并與內(nèi)齒圈和第一組行星小齒輪的小齒輪嚙合的第二組行星小齒輪，承載器可驅(qū)動(dòng)地連接至第一輸出軸，太陽輪可驅(qū)動(dòng)地連接至第二輸出軸。
5.一種用于機(jī)動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)單元，包含電動(dòng)機(jī)，其包括被固定不能旋轉(zhuǎn)的定子及與定子對齊以使定子和轉(zhuǎn)子之一徑向位于其他定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子；第一和第二輸出軸；齒輪單元，其徑向位于轉(zhuǎn)子和定子的內(nèi)側(cè)，該齒輪單元包括第一和第二簡單行星齒輪組，每個(gè)齒輪組包括太陽輪、內(nèi)齒圈、承載器、以及一組支承在承載器上并與相應(yīng)齒輪組的太陽輪和內(nèi)齒圈嚙合的行星小齒輪，第一和第二齒輪組的內(nèi)齒圈被固定不能旋轉(zhuǎn)，每個(gè)齒輪組各包括輸出端和輸入端，第一齒輪組的輸入端可驅(qū)動(dòng)地連接至轉(zhuǎn)子，第一齒輪組的輸出端可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組的輸入端；以及復(fù)合行星差速器齒輪組，其包括可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組輸出端的輸入端、可驅(qū)動(dòng)地連接至第一輸出軸的第一差速器輸出端、以及可驅(qū)動(dòng)地連接至第二輸出軸的第二差速器輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于，第一齒輪組與第二齒輪組軸向分隔，差速器齒輪組與第二齒輪組軸向分隔。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于第一齒輪組的太陽輪可驅(qū)動(dòng)地連接至轉(zhuǎn)子；以及第一齒輪組的承載器可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組的太陽輪。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于第一齒輪組的內(nèi)齒圈和第二齒輪組的內(nèi)齒圈固定到定子上。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于，復(fù)合行星差速器齒輪組包括太陽輪；可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組承載器的內(nèi)齒圈；承載器；支承在承載器上并與太陽輪嚙合的第一組行星小齒輪；以及支承在承載器上并與內(nèi)齒圈和第一組行星小齒輪的小齒輪嚙合的第二組行星小齒輪。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于，復(fù)合行星差速器齒輪組包括太陽輪；可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組承載器的內(nèi)齒圈；承載器；支承在承載器上并與太陽輪嚙合的第一組行星小齒輪；支承在承載器上并與內(nèi)齒圈和第一組行星小齒輪的小齒輪嚙合的第二組行星小齒輪，承載器可驅(qū)動(dòng)地連接至第一輸出軸，太陽輪可驅(qū)動(dòng)地連接至第二輸出軸。
11.一種用于機(jī)動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)單元，包含電動(dòng)機(jī)，其包括被固定不能旋轉(zhuǎn)的定子，以及與定子對齊以使定子和轉(zhuǎn)子之一徑向位于其他定子和轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子；第一和第二輸出軸；齒輪單元，其與轉(zhuǎn)子和定子軸向分離，該齒輪單元包括第一和第二簡單行星齒輪組，每個(gè)齒輪組包括太陽輪、內(nèi)齒圈、承載器、以及一組支承在承載器上并與相應(yīng)齒輪組的太陽輪和內(nèi)齒圈嚙合的行星小齒輪，第一和第二齒輪組的內(nèi)齒圈被固定不能旋轉(zhuǎn)，每個(gè)齒輪組包括輸出端和輸入端，第一齒輪組的輸入端可驅(qū)動(dòng)地連接至轉(zhuǎn)子，第一齒輪組的輸出端可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組的輸入端；以及復(fù)合行星差速器齒輪組，其包括可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組輸出端的輸入端、可驅(qū)動(dòng)地連接至第一輸出軸的第一差速器輸出端、以及可驅(qū)動(dòng)地連接至第二輸出軸的第二差速器輸出端。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于，第一齒輪組與第二齒輪組軸向?qū)R，差速器齒輪組與第一和第二齒輪組軸向分隔。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于，第一齒輪組與第二齒輪組軸向分隔，差速器齒輪組與第一和第二齒輪組軸向分隔。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于第一齒輪組的太陽輪可驅(qū)動(dòng)地連接至轉(zhuǎn)子；以及第一齒輪組的承載器可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組的太陽輪。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于第一齒輪組的內(nèi)齒圈和第二齒輪組的內(nèi)齒圈固定到定子上。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于，復(fù)合行星差速器齒輪組包括太陽輪；可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組承載器的內(nèi)齒圈；承載器；支承在承載器上并與太陽輪嚙合的第一組行星小齒輪；以及支承在承載器上并與內(nèi)齒圈和第一組行星小齒輪的小齒輪嚙合的第二組行星小齒輪。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于，復(fù)合行星差速器齒輪組包括太陽輪；可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組承載器的內(nèi)齒圈；承載器；支承在承載器上并與太陽輪嚙合的第一組行星小齒輪；支承在承載器上并與內(nèi)齒圈和第一組行星小齒輪的小齒輪嚙合的第二組行星小齒輪，承載器可驅(qū)動(dòng)地連接至第一輸出軸，太陽輪可驅(qū)動(dòng)地連接至第二輸出軸。
全文摘要
一種用于車輛的電驅(qū)動(dòng)單元，包括電動(dòng)機(jī)、兩個(gè)輸出軸、由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的第一減速行星齒輪組、由第一齒輪組輸出端驅(qū)動(dòng)的第二減速齒輪組以及復(fù)合行星差速器齒輪組，其中該復(fù)合行星差速器齒輪組包括可驅(qū)動(dòng)地連接至第二齒輪組輸出端的輸入端、可驅(qū)動(dòng)地連接至第一輸出軸的第一差速器輸出端、以及可驅(qū)動(dòng)地連接至第二輸出軸的第二差速器輸出端。
文檔編號F16H48/06GK101067438SQ20071009732
公開日2007年11月7日 申請日期2007年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月5日
發(fā)明者史蒂文·G·托馬斯, 大衛(wèi)·A·杰森, 馬修·D·哈蒙德 申請人:福特全球技術(shù)公司