Differential transmission for a vehicle

Abstract

The present disclosure relates to a differential transmission (10) comprising an input (11), a first and a second output (12, 13), a stationary element (16), a first planetary gearset (14) as well as a second planetary gearset (15). A first element (17) of the first planetary gearset (14) is mechanically coupled to the input (11) and a second element (18) of the first planetary gear set (14) as well as a third element (22) of the second planetary gearset (15) are mechanically coupled to an output (12, 13). The third element (19) of the first planetary gearset (14) is mechanically coupled to the first element (20) of the second planetary gearset (15). The second element (21) of the second planetary gearset (15) is mechanically coupled to the stationary element (16). One of the second and third elements (18; 19) of the first planetary gearsets (14) is a planet carrier and one of the second and third elements (21; 22) of the second planetary gearsets (15) is a planet carrier. One of the planet carriers (18; 19; 21; 22) comprises at least three planet gears (23; 24), said planet gears (23; 24) exhibiting a varying circumferential distance (α1, α2) with respect to each other.

Description

Differential transmission for a vehicleTechnical field

[0001] The present disclosure relates to a differential transmission for a vehicle. Furthermore, the present disclosure relates to a driving arrangement comprising such a differential transmission, and to a vehicle comprising such a driving arrangement.Prior art

[0002] Vehicles, e.g., passenger cars, exhibit a differential transmission to allow for rotation of wheels at different speeds. Furthermore, in the course of the electrification of the drivetrains of vehicles, electric axles have been developed, in which an electric motor and a differential transmission are combined in an axial drive for driving the vehicle.Summary of the invention

[0003] The present disclosure relates to a differential transmission for a vehicle. The vehicle may be a passenger car or an arbitrary other vehicle. The differential transmission may allow for two drive axles and / or wheels coupled to the differential transmission to rotate at different speeds, e.g., when driving with the vehicle around a curve. The differential transmission comprises an input as well as first and second outputs. Each of the outputs of the differential transmission may be mechanically couplable to a driving axle, which may respectively support a wheel. The outputs may be arranged coaxially to each other. In an embodiment, the entire differential transmission is arranged coaxially to the outputs. The input may be arranged coaxially to one or both outputs and may be provided as a hollow shaft radially outside of one of the outputs. The input may be mechanically couplable to a motor, e.g., an electric motor, for supplying a torque into the differential transmission. The differential transmission may be configured to transmit the torque provided at the input to the outputs for driving the vehicle. Therefore, the differential transmission of the present disclosure may exhibit, besides the differential functionality, a functionality for transmitting a torque of a motor from the input to the outputs for driving the vehicle. The differential transmission may provide a gear ratio between the input and the outputs. The gear ratio of the differential transmission may be  larger than 1, optionally larger than 5, in an embodiment larger than 10. Furthermore, the differential transmission comprises a stationary element, which may be provided by a housing. The housing may house the entire differential transmission but may exhibit openings for the input and the outputs.

[0004] The differential transmission comprises a first planetary gearset with a first element, a second element and a third element. Furthermore, the differential transmission comprises a second planetary gearset with a first element, a second element and a third element. The first element of the first planetary gearset is mechanically coupled to the input, e.g., torque-proofly connected to the input. The second element of the first planetary gear set and third element of the second planetary gearset are mechanically coupled to an output, e.g., each torque-proofly connected to one of the outputs. The third element of the first planetary gearset is mechanically coupled to the first element of the second planetary gearset, e.g., torque-proofly connected to the first element of the second planetary gearset. In an embodiment, a sun-ring-gear may be provided, which may be integrally formed and provide both the third element of the first planetary gearset and the first element of the second planetary gearset. The second element of the second planetary gearset is mechanically coupled, e.g., torque-proofly connected, to the stationary element.

[0005] By providing a differential transmission with said two planetary gearsets coupled to each other in the above-described manner, a differential transmission for a vehicle may be provided, which allows for both a differential and transmission functionality in an effective and efficient way. The first and the second planetary gearsets may be arranged coaxially with respect to each other and / or coaxially to one or both of the output shafts. Furthermore, the first and the second planetary gearsets may be stacked in radial direction of the differential transmission, i.e., may be arranged behind each other in a radial direction, i.e., arranged behind each other in said radial direction. This results in a differential transmission exhibiting a compact design, which allows for a good integrability into a vehicle axle.

[0006] One of the second and the third elements of the first planetary gearset and one of the second and third elements of the second planetary gearset is a planet carrier. In other words, either the second or third element of the first planetary gearset, and either the  second or third element of the second planetary gearset constitutes a planet carrier. One of these planet carriers comprises at least three planet gears, e.g., three, five, six, eight or more than eight planet gears. According to the present disclosure, said at least three planet gears of the planet carrier exhibit a varying circumferential distance to each other. Accordingly, two of the planet gears of the three planet gears exhibit a circumferential distance with respect to each other, which is different from a circumferential distance of two other of the three planet gears. Thus, the at least three planet gears are not arranged equidistantly in circumferential direction with respect to each other.

[0007] Such a varying circumferential distance of the planet gears provides a high flexibility in the gear design of the differential transmission. Inter alia, this makes it possible to design a differential transmission that is ideally adjusted to an electric motor mechanically coupled to the input, e.g., to a pole arrangement of said motor. It also allows for a simultaneous meshing phase of all planet gears of the planet carrier. At the same time, such a configuration allows for a differential transmission with high gear ratios between the input and the outputs, e.g., gear ratios larger 5 or even larger 10.

[0008] In an embodiment, it is the planet carrier of the second planetary gearset which comprises the at least three planet gears. By providing the planet gears of the second planetary gearset with a varying circumferential distance as described above, the above-described advantages can be provided in a particularly effective and efficient way. In an alternative embodiment, it is the planet carrier of the first planetary gearset, which comprises the at least three planet gears having a varying circumferential distance to each other. In an embodiment, both the first and the second planet gears of the first and second planetary gearsets exhibit a varying circumferential distance with respect to each other.

[0009] In an embodiment, the planet carrier, e.g., the planet carrier of the second planetary gearset, comprises at least five planet gears. The circumferential distances of adjacent planetary gears in this embodiment are alternating between a first and a second circumferential distance. In other words, a circumferential distance between a first and a second planet gear corresponds to a first circumferential distance, and a circumferential distance between the second and a third planet gear corresponds to a second  circumferential distance. Further, a circumferential distance between the third and a fourth planet gear corresponds to the first circumferential distance, and a circumferential distance between the fourth and a fifth planet gear corresponds to the second circumferential distance. The first circumferential distance is different, e.g., smaller, than the second circumferential distance. Such a configuration allows for the above-described advantages, while at the same time allowing for a mechanically balanced design due to the recurrent circumferential distance pattern of the first and the second circumferential distances.

[0010] In this embodiment, the planet carrier, e.g., the planet carrier of the second planetary gearset, may comprise eight planet gears, and the first and second circumferential distances, which are different from each other, may each amount to a value of in between 40 and 50°. In an embodiment, the first circumferential distance is smaller than 45 ° and the second circumferential distance is larger than 45°. Furthermore, in an embodiment, the first circumferential distance and the second circumferential distance may add up to 90°. Accordingly, in this embodiment, a first, a third, a fifth and a seventh planet gear may exhibit a circumferential distance of 90° with respect to each other. In between two of said planet gears, an additional planet gear may be provided, which may exhibit the first circumferential distance with respect to one neighbouring and the second circumferential distance with respect to the other neighbouring planet gear.

[0011] In an embodiment, the planet carrier of the second planetary gearset comprises a larger number of planet gears than the planet carrier of the first planetary gearset. Such a design allows for high gear ratios, which makes it possible to utilize a compact and relatively cost-efficient electric machine. For example, the planet carrier of the first planetary gearset comprises four or less planet gears, and the planet carrier of the second planetary gearset comprises five or more planet gears. Such a design allows for relatively thin-walled elements of the second planetary gearset, e.g., thin-walled sun and ring gears, which results in a good cost efficiency and a good space utilization. At the same time, the larger number of planet gears in the second planetary gearset allows for a more uniform introduction of gearing forces into the sun and / or ring gears. This results in lower elastic deformations. Furthermore, the larger number of planet gears in the second planetary gearset enhances the support / bearing characteristics of the  component mechanically connecting the first and the second planetary gearsets, e.g., the sun-ring-gear described above.

[0012] In an embodiment, the first planetary gearset and the second planetary gearset are aligned in an axial direction of the differential transmission, e.g., in the direction of the first and / or second output. In this embodiment, the first and the second planetary gearsets may be provided at the same axial height but may be stacked behind each other in a radial direction of the differential transmission. In an alternative embodiment, the first and the second planetary gearsets are stacked in radial direction, but are axially displaced with respect to each other. In other words, in axial direction, the first and the second planetary gearsets are provided at different axial heights, e.g., behind each other. Depending on the space available in the specific vehicle, either configuration may have benefits concerning the spatial integrability of the differential transmission in the drive train of the vehicle.

[0013] In an embodiment, the first and the second planetary gearsets are configured as minus-planetary gearsets. Accordingly, the first element of the first and second planetary gearsets is respectively a sun gear, the second element of the first and second planetary gearsets is respectively a planet carrier, and the third element of the first and second planetary gearsets is respectively a ring gear. In an alternative embodiment, only the first and / or second planetary gearset is configured as a minus-planetary gearset, while the other planetary gearset is configured as a plus-planetary gearset. The configuration with both planetary gearsets being configured as minus-planetary gearsets has the advantage that the differential transmission is compact and relatively cost-efficient.

[0014] The present disclosure further relates to a driving arrangement comprising a motor, e.g., an electric motor, and a differential transmission according to one of the previously described embodiments. The motor is mechanically coupled, e.g., torque-proofly connected, to the input of the differential transmission. In an embodiment, the motor and the differential transmission are arranged coaxially with respect to each other. The motor may be provided coaxially and radially outside of one of the outputs of the differential transmission. In axial direction, the motor may be provided in front of the input of the differential transmission. Furthermore, the present disclosure relates to a  vehicle comprising such a driving arrangement. Concerning the understanding and the advantages of the individual features, it is referred to the above description in connection with the differential transmission according to the present disclosure.

[0015] Brief description of the figures

[0016] Figure 1 shows a vehicle comprising a driving arrangement according to an embodiment.

[0017] Figure 2 shows the driving arrangement of Figure 1 comprising a differential transmission according to an embodiment.

[0018] Figure 3A shows the differential transmission of the driving arrangement of Figure 2 according to an embodiment.

[0019] Figure 3B shows the differential transmission of the driving arrangement of Figure 2 according to an alternative embodiment.

[0020] Figure 4 shows a circumferential arrangement of planet gears of the differential transmission of Figures 3A and 3B.Detailed description of embodiments

[0021] Figure 1 shows a vehicle 100 comprising a driving arrangement 1 according to an embodiment. In the present embodiment, the vehicle 100 is a passenger car. The driving arrangement 1 is an electric axle of the passenger car 100 comprising a differential transmission 10 and an electric motor 2. As shown in Figure 2, the motor 2 and the differential transmission 10 are arranged coaxially to each other. The driving arrangement 1 further comprises a first driving axle 3 and a second driving axle 4, which are each mechanically coupled to a wheel 5 of the vehicle 100. The axles 3 and 4 are coaxially arranged to the motor 2 and the differential transmission 10 as shown in Figure 2. The differential transmission 10 of the driving arrangement 1 of the vehicle 100 serves two functions. Firstly, it provides a differential mechanism for allowing the wheels 5 and therefore the drive axles 3 and 4 to rotate at different rotational speeds.  Secondly, it functions as a gear to transmit a torque of the motor 2 to the drive axles 3 and 4 and therefore the wheels 5 with a certain gear ratio. In the present embodiment, the gear ratio is larger than 5, e.g., larger than 10. The driving arrangement 1 is configured to transmit a torque of the motor 2 via the differential transmission 10 to both axles 3 and 4 and thus the wheels 5 for driving the vehicle 100.

[0022] Figure 3A shows the differential transmission 10 of the driving arrangement 1 of Figure 2 according to an embodiment. The differential transmission 10 comprises an input 11 and two outputs 12 and 13. The outputs 12 and 13 are coaxially aligned to each other and are each torque-proofly mechanically connected to a drive axle 3 and 4, respectively. The input 11 is configured as a hollow shaft and is provided coaxially but radially outside of the first output 12. The input 11 is torque-proofly mechanically connected to the motor 2 for supplying a motor torque to the differential transmission 10. The torque is then transmitted with the gear ratio of the transmission 10 to the outputs 12 and 13. The differential transmission 10 comprises a housing 16, which forms a stationary element. The housing 16 houses the entire differential transmission 10 but exhibits openings for the input 11 and the outputs 12 and 13, which respectively extend out of the housing 16.

[0023] The differential transmission 10 comprises a first planetary gearset 14 and a second planetary gearset 15. The first planetary gearset 14 comprises a first element 17, a second element 18 and a third element 19. Likewise, the second planetary gearset 15 comprises a first element 20, a second element 21 and a third element 22. In the present embodiment, both the first and the second planetary gearsets 14 and 15 are formed as minus-planetary gearsets. Therefore, the first elements 17 and 20 are each formed as sun gears, the second elements 18 and 21 are each formed as planet carriers and the third elements 19 and 22 are each formed as ring gears. In the embodiment of Figure 3A, the first and the second planetary gearsets 14 and 15 are aligned with respect to each other in an axial direction of the differential transmission 10, i.e., in a direction of the outputs 12 and 13. Further, the first and the second planetary gearsets 14 and 15 are stacked in a radial direction of the differential transmission 10.

[0024] As derivable from Figure 3A, the first element 17 of the first planetary gearset 14, i.e., the sun gear 17, is torque-proofly connected to the input 11. Furthermore, the second  element 18 of the first planetary gearset 14, i.e., the planet carrier 18, is torque-proofly connected to the first output 12. Furthermore, the third element 19 i.e., the ring gear 19, of the first planetary gearset 14, is torque-proofly connected to the first element 20, i.e., the sun gear 20, of the second planetary gearset 15. For providing said torque-proof connection, in the present embodiment, the differential transmission 10 comprises a sun-ring-gear, which forms both the ring gear 19 and the sun gear 20. The second element 21 of the second planetary gearset 15, i.e., the planet carrier 21, is torque-proofly connected to the housing 16. Furthermore, the third element 22 of the second planetary gearset 15, i.e., the ring gear 22, is torque-proofly connected to the second output 13.

[0025] Both the first planet carrier 18 of the first planetary gearset 14 and the second planet carrier 21 of the second planetary gearset 15 comprise multiple planet gears 23 and 24, respectively. In the present embodiment, the number of planet gears 24 of the second planetary gearset 15 is larger than the number of planet gears 23 of the first planetary gearset 14. The differential transmission 10 of the present embodiment comprises eight planet gears 24 on the second planet carrier 21 of the second planetary gearset 15 and four planet gears 23 of the first planet carrier 18 of the first planetary gearset 14. The planet gears 23 of the first planetary gearset 14 are provided in an equidistant arrangement in circumferential direction, which means that the circumferential distances of the planet gears 23 are identical to each other. In contrast, the planet gears 24 of the second planetary gearset 15 are provided with an asymmetric circumferential arrangement since the planet gears 24 exhibit a varying circumferential distance with respect to each other. The circumferential arrangement of the planet gears 24 of the second planetary gearset 15 is explained in detail with reference to Figure 4.

[0026] As described above and as shown in Figure 4, the second planet carrier 21 of the second planetary gearset 15 comprises eight planet gears 24.1, 24.2, 24.3, `, 24.8, which are distributed around the circumference of the planet carrier 21. The planet gears 24.1, 24.2, 24.3, `, 24.8 exhibit a varying circumferential distance to each other. Specifically, the first planet gear 24.1 and the second planet gear 24.2, the third planet gear 24.3 and the fourth planet gear 24.4, the fifth planet gear 24.5 and the sixth planet gear 24.6 and the seventh planet gear 24.7 and the eighth planet gear 24.8 exhibit a first circumferential distance α1 with respect to each other. The second planet gear 24.2  and the third planet gear 24.3, the fourth planet gear 24.4 and the fifth planet gear 24.5, the sixth planet gear 24.6 and the seventh planet gear 24.7 and the eighth planet gear 24.8 and the first planet gear 24.1 exhibit a circumferential distance α2 with respect to each other. The first circumferential distance α1 is different from the second circumferential distance α2.

[0027] In the present embodiment, the second circumferential distance α2 is larger than the first circumferential distance α1. Both circumferential distances α1 and α2 exhibit a value of in between 40 and 50°, wherein, in the present embodiment, the first circumferential distance α1 is smaller than 45° and the second circumferential distance α2 is larger than 45°. In the present embodiment, the first circumferential distance α1 and the second circumferential distance α2 add up to 90°. This implies that the first planet gear 24.1, the third planet gear 24.3, the fifth planet gear 24.5 and the seventh planet gear 24.7 are arranged symmetrically with respect to each other exhibiting a circumferential distance of 90° in-between adjacent planet gears. This design of the planet gears 24 of the second planet carrier 21 of the second planetary gearset 15 allows for a simultaneous gear meshing phase of the planet gears 24, an effective and efficient coordination of the motor 2 and the transmission 10 with respect to each other, and high gear ratios of over 10.

[0028] Figure 3B shows a differential transmission 10 of the driving arrangement 1 of Figure 2 according to an alternative embodiment. The differential transmission 10 of the embodiment of Figure 3B is configured as the differential transmission 10 of the embodiment of Figure 3 except for the following described differences. Corresponding components are denoted with the same reference signs. In contrast to the embodiment of Figure 3A, in the embodiment of Figure 3B, the first and the second planetary gearsets 14 and 15 are not axially aligned but are displaced with respect to each other in an axial direction of the differential transmission 10. Accordingly, the sun-ring-gear forming the ring gear 19 of the first planetary gearset 14 and the sun gear 20 of the second planetary gearset 15 exhibits a larger axial dimension to bridge the axial offset of the first and the second planetary gearsets 14 and 15. Besides, the differential transmission 10 of the embodiment of Figure 3B is configured identical to the differential transmission 10 of the embodiment of Figure 3A.

[0029] Reference signs

[0030] 1         driving arrangement

[0031] 2         motor

[0032] 3, 4      drive axle

[0033] 5,        wheel

[0034] 10        differential transmission

[0035] 11        input

[0036] 12, 13    output

[0037] 14, 15    planetary gearset

[0038] 16        housing

[0039] 17, 20    sun gear

[0040] 18, 21    planet carrier

[0041] 19, 22    ring gear

[0042] 23, 24    planet gear

[0043] 100       vehicle

Claims

1.A differential transmission (10) for a vehicle (100) comprising an input (11) , a first and a second output (12, 13) , a stationary element (16) , a first planetary gearset (14) with a first element (17) , a second element (18) and a third element (19) as well as a second planetary gearset (15) with a first element (20) , a second element (21) and a third element (22) ,wherein the first element (17) of the first planetary gearset (14) is mechanically coupled to the input (11) , the second element (18) of the first planetary gear set (14) and third element (22) of the second planetary gearset (15) are mechanically coupled to an output (12, 13) , the third element (19) of the first planetary gearset (14) is mechanically coupled to the first element (20) of the second planetary gearset (15) , and the second element (21) of the second planetary gearset (15) is mechanically coupled to the stationary element (16) ,wherein one of the second and third elements (18; 19) of the first planetary gearset (14) is a planet carrier and one of the second and third elements (21; 22) of the second planetary gearsets (15) is a planet carrier, andwherein one of the planet carriers (18; 19; 21; 22) comprises at least three planet gears (23; 24) , said planet gears (23; 24) exhibiting a varying circumferential distance (α1, α2) with respect to each other.2.The transmission (10) according to claim 1, wherein the planet carrier (21) of the second planetary gearset (15) comprises the at least three planet gears (24) .3.The transmission (10) according to one of the preceding claims, wherein the planet carrier (18; 19; 21; 22) comprises at least five planet gears (23; 24) , the circumferential distance of adjacent planet gears alternating between a first (α1) and a second circumferential distance (α1, α2) , the first circumferential distance (α1) being different from the second circumferential distance (α2) .4.The transmission (10) according to claim 3, wherein the planet carrier (18; 19; 21; 22) comprises eight planet gears (23; 24) and the first and second circumferential distances (α1, α2) each amount to a value of between 40° and 50°.5.The transmission (10) according to one of the preceding claims, wherein the planet carrier (21; 22) of the second planetary gearset (15) comprises a larger number of planet gears (24) than the planet carrier (18; 19) of the first planetary gearset (14) .6.The transmission (10) according to claim 5, wherein the planet carrier (18; 19) of the first planetary gearset (14) comprises four or less planet gears (23) and the planet carrier (21; 22) of the second planetary gearset (15) comprises five or more planet gears (24) .7.The differential transmission (10) according to one of the preceding claims, wherein the first planetary gearset (14) and the second planetary gearset (15) are either displaced or aligned in an axial direction of the differential transmission (10) .8.The differential transmission (10) according to one of the preceding claims, wherein the first element of the first and the second planetary gearsets (14, 15) is a sun gear (17, 20) , the second element of the first and the second planetary gearsets (14, 15) is a planet carrier (18, 21) and the third element of the first and the second planetary gearsets (14, 15) is a ring gear (19, 22) .9.A driving arrangement (1) comprising a motor (2) and a differential transmission (10) according to one of the preceding claims, the motor (2) being mechanically coupled to the input (11) of the differential transmission (10) .10.A vehicle (100) comprising a driving arrangement (1) according to claim 9.

Images