用于机动车的具有电机和离合器的驱动单元的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于机动车的驱动单元，包括：构造成电机的驱动设备，具有定子和与该定子同轴地可绕转动轴线转动支承的转子；用于建立转子与驱动元件的旋转传动连接的可通断的离合器。在此，离合器具有分离部件，该分离部件借助操纵机构可轴向移动，并且操纵机构至少部分布置在由定子包围的容纳腔里。本发明提出，操纵机构包括伺服驱动电机和横向于驱动设备的转动轴线取向的伺服驱动轴，该伺服驱动轴与分离组件有效连接，该分离组件能够将伺服驱动轴的转动运动转换为作用于离合器的分离部件的平移运动。此外，分离组件包括可转动的且轴向相对于分离部件固定的输入元件和相对于该输入元件可轴向移动的与分离部件有效连接的输出元件。
【专利说明】用于机动车的具有电机和离合器的驱动单元【技术领域】
[0001]本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的用于机动车的驱动单元。
【背景技术】
[0002]这样的前述类型的驱动单元例如由EP2148107B1公开并且能单独地或与内燃机相结合地被用在机动车 的驱动系统中。以与电机成结构单元形式构成的离合器可根据运行状况利用设置于定子内的操纵机构将电机的转子接合至车辆驱动系统的另一个驱动元件并且在此尤其是内燃机上或与之分离。在那里，该操纵机构最好以液压作动的或气压作动的中心分离件形式设置。
[0003]在此结构单元中被认为不利的是由离合器操纵机构的压力传递管线布置而导致相对高昂的安装成本和相应大的结构空间需求。另外，操纵机构的变速比可以通过期望长度的压力输送线路并通过所采用的流体的温度关系来改变，因而不利地影响到离合器的分离位移的所期望的大小。
[0004]EP0716242B1公开一种不属于开头所述类型的包括电机驱动装置的操纵机构，用于可借助薄膜弹簧操纵的车辆摩擦离合器。在此，电动机驱动装置具有包括横向于离合器的分离轴线取向的伺服驱动轴的伺服驱动电机，该伺服驱动轴借助蜗杆与离合器的分离轴承的构成蜗轮的带外齿结构的壳体部分相啮合。分离轴承壳体利用多线螺纹可转动地布置在位置固定的支座上。当伺服驱动轴转动运动时，轴承壳体执行通过蜗杆-蜗轮组合来简单转换的转动运动，该转动运动因该多线螺纹而同时被转换成轴向运动。由此，于端侧设置在壳体上的分离轴承移动向离合器分离部件，这造成离合器的分离。
[0005]在此操纵机构中，多线螺纹为了调整移动该分离轴承壳体而需要相对高的调整力矩，对此，必须选择相对大的蜗轮蜗杆传动机构距转动轴线或者说分离轴线的径向距离。另外，在外侧固定在大致呈柱形的变速器壳体上的电动机的伺服驱动轴就其抗弯抗扭刚度而言必须设定足够大。在其它方面，蜗轮部分的轴向宽度被选择成在操纵过程中保证在整个调整位移中与蜗杆啮合。因为该蜗轮部分除了转动运动外还克服薄膜弹簧作用轴向移动，故在蜗轮蜗杆传动机构上出现很大的摩擦力，其不利地影响到该操纵机构的效率。
【发明内容】
[0006]鉴于所述的现有技术，本发明的任务是尤其在离合器的操纵机构方面改善前述类型的驱动单元。
[0007]根据权利要求1，该任务将通过上述类型的驱动单元来完成，其附加地具有此权利要求的特征部分特征。
[0008]本发明规定，在前述类型的驱动单元中，操纵机构形成有伺服驱动电机和伺服驱动轴，该伺服驱动轴与分离组件有效连接。分离组件将伺服驱动轴的转动运动转换成作用于离合器的分离部件的平移运动。分离组件包括可转动的且轴向相对于分离部件固定的输入元件和相对于输入元件可轴向移动的输出元件，该输出元件与分离部件有效连接。[0009]通过此方式，分离组件的与伺服驱动轴共同作用的输入元件可以只进行围绕分离轴线的转动或者说摆动运动，由此，在此位置上作用的摩擦力可被减小，而操纵机构的效率总体可被提高。与从现有技术中知道的操纵机构相比，可以放弃高成本的压力管线布设和所需要的液压式或气压式离合器位置。用于控制伺服驱动电机的电缆的布设设计得比较简单。
[0010]从属权利要求中给出了本发明的有利的实施方式和改进方案。
[0011]根据第一有利改进方案而提出，在伺服驱动轴和分离组件的输入元件之间设置减速器，其中该减速器尤其可设计成具有第一和第二变速级。由此，伺服驱动电机的额定转矩可以相对较低地设计并且替代地可以针对高转速来设计，由此可以很紧凑地构成。由伺服驱动电机的输出转速和分离组件的输入转速所限定的变速比i优选大于50，尤其优选大于100，尤其大于120。通过至少两级的有利地布置在分离组件区域内的减速器，该伺服驱动轴可以比较短地构成。由于要由伺服驱动轴传递的转矩较小，故伺服驱动轴也还是只须具有较小的直径。换句话说，伺服驱动轴所要求的轴向结构空间需求比较小。
[0012]分离组件的输出元件的轴向调整位移与伺服驱动轴的转动角度的关系原则上可以是线性的。但作为替代，当该关系具有非线性变化曲线时，也可证明是很有利的。这样的在分离机构的调整位移内可变的操纵机构变速传动尤其可以与分离部件、如薄膜弹簧的可变的变速传动相关地是有利的。这可以是如下情况，在薄膜弹簧输入区域通过分离机构压入所产生的调整位移相对于在薄膜弹簧输出区域所产生的轴向行程以非线性关系变化。但在其它方面，在存在分离部件的线性传动特性情况下，上述的非线性传动特性也可有助于局部增大作用于分离部件的分离力。
[0013]根据本发明的一个实施方式，以下措施是有利的，分离组件以滚珠斜台传动机构的形式构成。在此，优选将输入元件和输出元件设计成具有相应的滚珠斜台或滚道和在其间运动的滚珠并且在轴向上相对布置。尤其优选的是，滚道或滚珠斜台在端侧设置于该输入元件和输出元件上，这造成分离组件具有节省空间的且只是小的径向延伸。
[0014]有利的是，减速器的第一变速级包括蜗轮蜗杆传动机构，其中该伺服驱动轴承载有蜗杆或者可与蜗杆相联接，蜗杆与蜗轮共同作用。该蜗轮可以单独地或与圆柱齿轮成结构单元来构成，圆柱齿轮作为减速器的第二变速级的组成部分并且与另一个优选设计成具有该分离组件输入元件或者布置在该输入元件上的其它圆柱齿轮相互啮合，以传递并减速伺服驱动转动。
[0015]特别有利的是操纵机构以自锁形式构成，从而连接的离合器的分离部件即使在伺服驱动电机无电流时也留在最后到达的轴向位置。自锁可以特别优选但并非唯一地利用蜗轮蜗杆传动机构、即在蜗杆和蜗轮之间实现。作为其替代方式，操纵机构也能以自复位形式构成，带来了非常好的安全技术优点。
[0016]可以如此获得该驱动单元的一种特别节省结构空间的构造方式，S卩，伺服驱动轴是横向于该驱动设备的转动轴线A来取向的并且在轴向上与定子相邻地延伸，以及该伺服驱动电机沿径向布置在作为驱动设备的电机之外。在此，伺服驱动电机和驱动设备能够以节省空间的方式相互轴向叠置。伺服驱动电机可以优选固定在包围驱动设备的壳体上，其在这里非常容易接近以便进行维护或更换。
[0017]该操纵机构尤其可以随伺服驱动轴且必要时随该减速器和分离组件被至少间接固定在电机定子上并且相对于起作用的离合器操纵力支撑。优选定子座或者与定子固定连接的另一元件像例如与定子相连的壳体壁等适用于此。
[0018]根据本发明的一个改进方案，分离组件具有用于补偿摩擦盘的衬片磨损的机构，该机构与摩擦盘的磨损程度无关地造成薄膜弹簧始终抵接分离轴承。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]以下将参照附图来举例描述本发明。其中:
[0020]图1是包括电机、摩擦离合器和用于操纵离合器的操纵机构的驱动单元的轴向剖视图；
[0021]图2是图1的驱动单元的端侧视图，其中示出伺服驱动电机和第一变速减速器；
[0022]图3示出了包括离合器的分离组件的图1的放大局部；
[0023]图4a是分离组件的示图，其包括用于在离合器摩擦盘的崭新状态下补偿离合器摩擦盘的衬片磨损的机构；
[0024]图4b是处于在离合器摩擦盘的使用寿命到期时的磨损状态下的根据图4a的示图。
[0025]附图标记列表
[0026]10 驱动单元
[0027]12 电机
[0028]14 驱动设备
[0029]16 定子
[0030]16a 定子座
[0031]17 容纳腔
[0032]18 转子
[0033]18a 磁性激活区段
[0034]18b 转子座
[0035]20 离合器
[0036]22 压板组件
[0037]22a 轴向凸起
[0038]24 压板
[0039]26 薄膜弹簧
[0040]26a 环形区段
[0041]26b 弹簧舌
[0042]28 分离部件
[0043]30 切割凸起
[0044]32 分离组件
[0045]32a 输入元件
[0046]32b 输出元件
[0047]32c 基体
[0048]32d 轴承座[0049]32e导销
[0050]32 i弹性元件
[0051]34操纵机构
[0052]35摩擦盘
[0053]36伺服驱动电机
[0054]36a伺服驱动轴
[0055]36b固定夹板
[0056]36c分离轴承
[0057]36f固定轴承环
[0058]36g环绕轴承环
[0059]36h接触盘
[0060]38旋转传动组件
[0061]38a毂套
[0062]38b形状配合结构
[0063]40驱动轴
[0064]42a, b滚动轴承
[0065]44轴承组件
[0066]46滚动轴承
[0067]48轴承座
[0068]50减速器
[0069]50a, b 变速级
[0070]50c变速器壳体
[0071]52蜗杆
[0072]54蜗轮
[0073]56圆柱齿轮
[0074]58圆柱齿轮
[0075]60磨损补偿机构
[0076]A转动轴线
[0077]B分离轴线
【具体实施方式】
[0078]如图所示的混合动力车辆的驱动单元10首先包括呈电机12形式的驱动设备14，该驱动设备具有定子16和与定子同轴地可绕转动轴线A转动支承的转子18。电机12在此实施为外转子电机，但原则上也可以根据当前结构空间状况构造成内转子电机。
[0079]驱动单元10还包括在此与电机12以结构单元形式构成的离合器20，尤其是可通断的用于建立转子18与车辆驱动系统的至少一个其它驱动元件旋转传动连接的摩擦离合器。转子18包括具有金属叠片和布置于其上的永磁体的磁性激活区段18a并且还包括在此呈罐形的转子座18b。
`[0080]转子座18b装有可随之转动的环形压板组件22以形成该离合器20，压板组件可朝向与转子18不可相对转动地连接的压板24的方向移动。压板组件22为此具有多个分布于周边的轴向凸起22a,这些凸起延伸通过转子座18b的轴向开口。构造成薄膜弹簧26的分离部件28用于传递操纵力至压板组件22。薄膜弹簧26可摆动地支承在转子座18b的轴向切割凸起30上并且以径向靠外的环形区段26a抵靠该凸起22a，而以径向内伸的弹簧舌26b抵靠分离组件32。
[0081]分离组件32是用于操纵摩擦离合器20的操纵机构34的组成部分，借助于分离组件可以使薄膜弹簧舌26b的内侧区段轴向移动，并且由此使薄膜弹簧26可利用上述的杠杆组件对压板组件22轴向加载。
[0082]沿轴向在压板组件22和压板24之间设有同样可轴向移动的摩擦盘35，摩擦盘在离合器20闭合时能承受电机12的转矩和/或可被输入至转子18的转矩。为了后一目的，与转子18相连或在那里构成的压板24具有旋转传动组件38。在此，它是与压板24连接的毂套38a，毂套上承载有呈齿结构、尤其是端齿结构形式的形状配合结构38b。毂套38a能以此方式与车辆驱动系统的其它元件、如下文的变速器简单地有效连接。
[0083]摩擦盘或者说离合器盘35与在电机12内居中穿过的驱动轴40旋转传动连接，其可将转矩例如继续传递至机动车的内燃机的曲轴。当然，在转矩路线相反且离合器20闭合时，由内燃机输出的转矩可经过驱动轴40和摩擦盘35作用于转子18并且同时通过连接组件输出至在此未示出的其它驱动系统元件。
[0084]如图1所示，驱动轴40利用两个轴向相互间隔的滚动轴承组件42a、42b沿径向和沿轴向支承在罐形转子座18b的内腔中。
[0085]转子18本身利用被固定在定子座16a上的轴承组件44相对于定子16同心地可转动地支承，并且也在轴向上相对于定子16被固定。在此实施例中，轴承组件44构造成滚动轴承46，尤其构造成双列滚珠轴承，该滚动轴承容纳在套筒形的且沿轴向在定子16内于定子座16a上居中延伸的轴承座48中。
[0086]沿径向在定子座16a和轴承座48之间形成环形容纳腔17，它如下文详述地容纳用于操纵摩擦离合器20的操纵机构34的至少一部分。
[0087]操纵机构34包括具有横向于驱动设备12、14的转动轴线A取向的伺服驱动轴36a的伺服驱动电机36和上述的分离组件32。伺服驱动电机36在径向上设于电机12之外。伺服驱动轴36a在轴向上与定子16相邻地且横向于(尤其基本垂直于)电机的转动轴线A延伸，该转动轴线在此与分离组件32的分离轴线B重合。
[0088]所示的驱动单元10设置成布置在附图未示出的壳体内，例如在变速器壳体内或者在车辆驱动系统的独立于变速器壳体的中间壳体内。伺服驱动电机36此时可以借助多个固定夹板36b被固定在壳体的外侧面上。
[0089]分离组件32与伺服驱动轴36a有效连接并且构造成用于将伺服驱动轴36a的转动运动转换为作用于离合器20的分离部件28的平移运动。
[0090]为此目的，分离组件32包括可转动的且相对于分离部件28被轴向固定的输入元件32a和相对该输入兀件可轴向移动的输出兀件32b,输出兀件通过分尚轴承36c与分尚部件28即薄膜弹簧26有效连接而实现转动脱接。在此实施例中，分离组件32实施为滚珠斜台传动机构，其中，在斜台内导向移动的滚珠在输入元件32a和输出元件32b之间移动。
[0091]分离组件32还具有用于补偿摩擦盘35的衬片磨损的机构60，该机构与摩擦盘35的磨损程度无关地造成薄膜弹簧26始终抵接分离轴承36c。为此目的，输出元件32b包括可借助导销32e相对于基体32c轴向移动的轴承座32d，该轴承座容纳分离轴承36c，该分离轴承自身具有一个轴承环36f，在此是外轴承环36f。另一个随离合器20转动的轴承环36g通过接触盘36h抵靠弹簧舌26b的自由端。轴承座32d的轴向运动空间一方面在离合器20方向上通过抵靠在导销32e上、且另一方面在相反方向上通过抵靠在基体32c上来限制。沿轴向在轴承座32d和基体32c之间张紧一个弹性元件32i，在此是盘簧，该盘簧对轴承座32d朝向薄膜弹簧26加载并且分离轴承36c利用接触盘36h抵靠薄膜弹簧舌26b。因而，轴承座32d在摩擦盘35的未磨损的崭新状态下相对于输出元件32b的基体32c以这样的位移量移动，该位移量优选至少等于或者大于下文所述的分离磨损位移X。
[0092]随着摩擦盘35的磨损增大，弹簧舌26b的自由端在离合器20的闭合状态中沿轴向移动向分离组件32，其中，从摩擦盘35的崭新状态至使用寿命到期的位移量表示成分离磨损位移X。随着磨损增大，相对于闭合的离合器20、即离合器的未操作状态，使分离轴承36c在克服弹性元件32i的弹簧力的情况下移向基体32c，直到耗尽分离磨损位移X，并且其轴承座32d抵靠基体32c。
[0093]就操纵力输入而言，弹性元件32i和薄膜弹簧26是串列的，从而在离合器20操纵时，首先在弹性元件32i的张力下越过或者说耗用从实际磨损状态总是存在的剩余磨损位移，随后才使薄膜弹簧26摆动。
[0094]为了产生转速传递或转矩传递，在伺服驱动轴36a和分离组件32之间设有包括至少一个第一和第二变速级50a、50b的减速器50。减速器50的第一变速级50a通过蜗轮蜗杆传动机构来实现，对此，伺服驱动轴36a本身或者说在此是与之连接或可与之连接的驱动轴区段，包括蜗杆52，蜗杆与蜗轮54共同作用。蜗轮54双重支承并且为此可转动地布置在定子座16a和变速器壳体50c上。
[0095]第二变速级50b包括由一对两个圆柱齿轮56、58构成的圆柱齿轮传动机构。在此，第一圆柱齿轮56以结构单元形式与蜗轮54布置在一起。第二圆柱齿轮58在分离组件32的输入元件32a上形成并且可随其转动地定位在轴承座48上。因此，减速器50和分离组件32支撑布置在定子座16a上。第一变速级50a在轴向上与电机12紧邻，而第二变速级50b和分离组件32布置在容纳腔17内。
[0096]通过两个变速级50a、50b与分离组件32本身的附加变速的相互配合，就是说当将转动运动转变为平移运动时，总体可以产生操纵机构34的非线性特性，在这里，分离组件32的输出元件32b的轴向调整位移相对于伺服驱动轴36a的转动角度成非线性关系。非线性量值(Beitrag)尤其通过相应构成该分离组件32 (在此是滚珠斜台传动机构)来产生。或者，也可以总体显现出操纵机构34的线性特性。
[0097]另外，在操纵机构34的元件之间作用的摩擦力能被选择为大到在被启动的操纵机构34的情况下且在本实施例中是在离合器20被分离的情况下不发生自动复位，就是说，该操纵机构34是以自锁形式构成的。
[0098]然而可替换地或者例如从安全技术方面而言也有利的是，用于获得自动复位的操纵机构34的摩擦被尽量减小，在此，所需要的复位力通过在分离部件28中本身积蓄的能量来提供，或者通过在操作过程中在独立的复位弹簧中积蓄的能量来提供。为此，例如可以合适地选择蜗轮传动副设计，即蜗杆52和蜗轮54。如果伺服驱动电机36不通电，则离合器20转变至其正常状态，正常状态在此实施为常闭状态。
[0099]可替换地，伺服驱动电机也可以布置在电机的径向延伸范围内，在这里，伺服驱动电机被保护而免受外界影响，其中只需将供电线引导至伺服驱动电机。
【权利要求】
1.一种用于机动车的驱动单元(10)，包括: -以电机(12)形式构成的驱动设备(14)，所述驱动设备具有定子(16)和与该定子同轴地能够围绕转动轴线A转动地支承的转子(18)， -用于建立该转子(18)与驱动元件(40)的旋转传动连接的能通断的离合器(20)，其中， -该离合器(20)具有分离部件(28)，该分离部件能够借助操纵机构(34)轴向移动，并且其中，该操纵机构(34)至少部分布置在由该定子(16)包围的容纳腔(17)里， 其特征是，该操纵机构(34)包括: -带有伺服驱动轴(36a)的伺服驱动电机(36)，和 -与该伺服驱动轴(36a)有效连接的分离组件(32)，该分离组件将该伺服驱动轴(36a)的转动运动转换为作用于该离合器(20)的分离部件(28)的平移运动，并且其中 -该分离组件(32)包括能够转动的且轴向相对于分离部件(28)固定的输入元件(32a)和相对于该输入元件能够轴向移动的输出元件(32b)，该输出元件与该分离部件(28)有效连接。
2.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征是，在该伺服驱动轴(36a)和该分离组件(32)之间设有减速器(50)。
3.根据权利要求2所述的驱动单元，其特征是，该减速器(50)形成有第一变速级(50a)和第二变速级(50b)。
4.根据权利要求1至3之一所述的驱动单元，其特征是，该分离组件(32)的输出元件(32b)的轴向调整位移相对于伺服驱动轴(36a)的转动角度成非线性关系。
5.根据权利要求1至4之一所述的驱动单元，其特征是，该分离组件(32)是滚珠斜台传动机构。
6.根据权利要求2至5之一所述的驱动单元，其特征是，该减速器(50)的第一变速级(50a)包括蜗轮蜗杆传动机构。
7.根据权利要求2至6之一所述的驱动单元，其特征是，该减速器(50)的第二变速级(50b)包括圆柱齿轮传动机构。
8.根据权利要求1至7之一所述的驱动单元，其特征是，该操纵机构(34)是自锁形式的。
9.根据权利要求1至7之一所述的驱动单元，其特征是，该操纵机构(34)是自复位形式的。
10.根据权利要求1至8之一或权利要求9所述的驱动单元，其特征是，该伺服驱动轴(36a)横向于该驱动设备(14)的转动轴线A取向并且在轴向上与该定子(16)相邻地延伸，该伺服驱动电机(36)在径向上设于该电机(12)之外。
11.根据权利要求1至10之一所述的驱动单元，其特征是，该操纵机构(34)至少间接被固定在该电机的定子(16)上。
12.根据权利要求1至11之一所述的驱动单元，其特征是，该分离组件(32)具有用于补偿摩擦盘(35)的衬片磨损的机构(60)。
【文档编号】B60K6/365GK103660907SQ201310394512
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2012年9月18日
【发明者】A·拉特, G·菲尔内克斯, A·马尔科夫 申请人:Zf腓特烈斯哈芬股份公司