JP2011184041A - 電気アクスルを有する自動車用シャーシ - Google Patents

Abstract

【課題】ホイールを非剛性の態様で取り付けることができ、電気機械の全長を変えることができるシャーシを提供する。
【解決手段】２基の電気機械４を備えた電気アクスル２を有し、１つのホイール６が電気アクスルの端部の領域に回転可能に取り付けられ、前記ホイールに対応する電気機械を用いて各ホイール６を駆動することが可能である、自動車用のシャーシ１に関し、このシャーシはまた、それぞれの電気機械と、前記電気機械に対応するホイールとの間に配置された減速ギヤ機構１０、１１を有する。この種のシャーシにおいて、本発明に従って、それぞれの減速ギヤ機構は、カルダンシャフトを用いて、この減速ギヤ機構に対応するホイールに連結され、さらに、２基の電気機械のそれぞれの回転軸５が互いに隣接して平行に配置される。このように設計されたシャーシにより、ホイールを非剛性の態様で取り付けられ、電気機械の全長を変えることが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、２基の電気機械を備えた電気アクスルを有する自動車用シャーシに関し、いずれも場合も、１つのホイールが電気アクスルの２つの端部領域に回転可能に取り付けられ、前記ホイールに対応する電気機械を用いて各ホイールを駆動することが可能であり、シャーシはまた、それぞれの電気機械と、前記電気機械に対応するホイールとの間に配置された減速（ｓｔｅｐ−ｄｏｗｎ）ギヤ機構を有する。

商用車で使用されるこの種のシャーシは、特許文献１から公知である。この商用車は人々を輸送する都市バスである。都市バスでは、低い高さに配置され、バス全体に延びる車両床が、特に、剛性アクスルの形態のリアアクスルの領域に必要とされる。これを実現するために、電気アクスルが、中空のポータルアクスルとして設計されており、前記ポータルアクスルに収容され、電気駆動モータの形態とされた２基の電気機械を有する。平歯車変速段の形態の減速ギヤ機構が、それぞれの電気機械と、前記電気機械に対応するホイールとの間に配置される。代替案として、電気機械はポータルアクスルの隣に取り付けられる。

上記導入部に記載したタイプの特徴を有するシャーシは、特許文献２からも公知である。

特許文献３は、特に、農業用車両用の、２基の電気式単一ホイール駆動体を有する車軸（アクスル）を開示している。２基の単一ホイール駆動体は、車軸の駆動ホイールに不均一な負荷がかかった場合に、比較的長い期間にわたって１つの単一ホイール駆動体に過負荷がかかるのを回避するために、クラッチを用いて力を調整する態様で連結することができる。それぞれの電気式単一ホイール駆動体は、平歯車変速段の形態の減速ギヤ機構に連結され、前記減速ギヤ機構は、この単一ホイール駆動体に対応するホイールに連結された遊星歯車機構に連結される。ホイールのアクスルは、電気モータのロータの回転軸に対して半径方向にずれて配置される。それぞれの電気モータ用電気入力エネルギは、特に、車両自体の内燃機関によって駆動される発電機によって生成される。

特許文献４は、自動車のポータルアクスル駆動体を開示しており、それぞれのホイールに関するトルクの流れは、遊星歯車機構から出力シャフトに導入され、この出力シャフトは、平歯車変速段の形態の減速ギヤ機構を介して、回転方向に固定された態様でホイールに連結される。

特許文献５は、共通のハウジング内に取り付けられた２基の電気駆動モータを有する、直接駆動される自動車の駆動アクスルを開示している。

記載されたシャーシまたはアクスル構造の１つの欠点は、特に、これらの構造がポータルアクスルに関係する場合に、剛性アクスルの形態をとることである。その結果、振動および乗り心地上の理由から、この種のシャーシは、商用車、例えばバスまたは農業用車両での使用を差し控えられている。さらに、電気機械の回転軸が同軸上に配置されるため、その長さに関して適切に変えることができない。

独国実用新案第２９５ １８ ４０１号明細書 独国実用新案第２９６ １１ ８６７号明細書 独国特許出願公開第４４ ３４ ２３７明細書 独国特許出願公開第１０ ２００４ ００３ ６３４号明細書 独国実用新案第２０２ １３ ６７０号明細書

本発明の目的は、導入部に記載した種類のシャーシにおいて、それぞれのホイールから減速ギヤ機構への別々の連結を提供することであり、前記連結により、ホイールを非剛性の態様で取り付けることが可能になり、さらに、電気機械の全長を変えることが可能になる。

この目的は、それぞれの減速ギヤ機構が、カルダンシャフトを用いて、この減速ギヤ機構に対応するホイールに連結され、さらに、２基の電気機械のそれぞれの回転軸が互いに隣接して平行に配置されることで達成される。

減速ギヤ機構と前記減速ギヤ機構に対応するホイールとの間の、カルダンシャフトを用いた、力を調整する連結により、アクスルを剛性にする必要なく、トルクを伝達することが可能になる。その結果、そのシャーシを装備した自動車には、前述の先行技術による自動車とは対照的に、独立したホイール懸架（サスペンション）システムが設けられる。これは、シャーシの使用分野を、特に、乗り心地および走行安全性といった理由から、それぞれのホイールが個別にすなわち車両の他のホイールから独立してばね圧縮およびばね伸長を受けるならば、それが有益である車までかなり広げる。

２基の電気機械のそれぞれの回転軸が互いに隣接して平行に配置され、その結果、半径方向に互いに隣接して配置され、したがって、同軸上に配置されないため、１基の電気機械の長さ（ひいてはその出力）を、電気アクスルの長さの約半分よりも大きくなるように選択することができる。電気機械が同軸に配置された場合、したがって、一方の後ろに他方が配置された場合、電気機械の長さの限界は回転軸の範囲となる。電気機械の長さは変えることができるので、結果的にその出力も調整することができる。したがって、出力は、同じユニットで車両のタイプに応じて調整することができる。したがって、低出力要件の場合、２基の電気機械は、重ならないように、そのそれぞれの回転軸に関して互いに隣接して平行に配置することができる。一方、それぞれの電気機械の長さを必要とされる出力に合わせることを可能にするために、２基の電気機械が回転軸の方向に重なるように配置されるならば、それは有益である。したがって、それぞれの電気機械の長さをとりわけ長くすることができる。重なりは、電気機械が他方の電気機械の減速ギヤ機構に到達する範囲とすることができる。

電気機械のそれぞれの回転軸に関する２基の電気機械の配置を互いに隣接して平行にすることにより、必要とされる出力を生成するために長さは比較的長いが、他方で、幅の範囲は比較的狭い電気機械の使用が可能になる。したがって、電気機械のこの配置により、車両の長手方向および垂直方向の範囲を比較的小さい設置空間で済ますことができる。後者は、車両の最低地上高という点で特に重要である。

それぞれのカルダンシャフトは、それぞれのホイールを駆動するために、それぞれの減速ギヤ機構を適切な大きさにすることにより、電気アクスルの２つの端部に同軸に連結されるのが好ましい。さらに、それぞれの電気機械をそれぞれのホイールから切り離すクラッチを、それぞれの電気機械とそれぞれの減速ギヤ機構との間にそれぞれ設けることができる。

電気アクスルは、複数の固定点を用いて、自動車のシャーシ支持体にねじ留めされるハウジングを有するのが好ましい。

それぞれのカルダンシャフトは、複式継手として設計されるのが好ましく、その端部領域において、力を調整する態様で、平歯車変速段の出力シャフトおよびホイールハブに連結される。

電気アクスルとホイールハブのアクスルとの半径方向のずれは、平歯車変速段の形態の減速ギヤ機構によって補償されるのが好ましい。遊星歯車機構がそれぞれの電気機械と、前記電気機械に面する平歯車変速段との間に配置されるならば、それは特に有益であると考えられる。電気機械と、前記電気機械に対応するホイールとの間のこのギヤ機構の配置によって、特に高いトルクをホイールに伝達することが可能になる。

電気アクスルは、分割されたポータルアクスルの形態とすることができ、このポータルアクスルは、電気機械を収容するための、互いに隣接して配置されたポータルアクスル部を有する。平歯車変速段および／または遊星歯車機構は、それぞれのポータルアクスル部に統合することができる。ポータルアクスル部は、特に、制振ホルダを用いて、シャーシ支持体に固定される。

有利にも、それぞれの電気機械のハウジングは、それぞれのポータルアクスル部のハウジングによって形成される。したがって、それぞれの電気機械のステータ（固定子）は、ハウジング内に回転方向に固定された態様で取り付けられる。

電気機械に対して、いずれの場合も、電気機械のロータの位置を検出するために、回転角センサが設けられるのが好ましい。このために、対応するセンサによって位置が検出されるマグネットが、特に、電気機械のそれぞれのシャフトに設けられる。

それぞれのホイールの駆動系のトルクを検出するために、トルクセンサが設けられるならば、それも有益であると考えられる。その結果として、それぞれの電気駆動体は、それぞれのホイールを用いてもたらされる所望のトルクに基づいて個別に制御することができる。

本発明は、フロントアクスルおよびリアアクスルを有する自動車、特に、乗用車を提案し、フロントアクスルおよび／またはリアアクスルは、説明した、本発明によるシャーシを装備し、独立したホイール懸架（サスペンション）システムを有する。前記自動車は、特に、フロントアクスルが本発明によるシャーシを装備し、リアアクスルが内燃機関を用いて駆動される自動車である。

自動車は、特に、エネルギ貯蔵手段を有し、電気機械は、モータ動作時、および発電機動作時に作動する。

したがって、本発明によるシャーシは、特に、ハイブリッド駆動体を用いて駆動できる車両で使用される。ハイブリッドシステムは、別の電気駆動機械およびエネルギ貯蔵手段を追加することにより、特に、スポーツカーで、車両の出力を増強し、燃料消費を少なくする働きをする。２基の電気機械を用いて、ホイール特有の正または負のトルクを自動車のフロントアクスルの駆動シャフトに加えることができる。車両は、電気機械を作動させることで、加速されるか（モータモード）、または減速される（発電機モード）。エネルギ貯蔵手段は、プロセス中に放電または充電される。

電気アクスルの機能は、適切な減速手段を用いて、電気機械によって付与されたトルクを車両のフロントホイールに伝達することである。このために、遊星歯車段および平歯車変速段を含む２段ギヤ機構が、いずれの場合も、電気機械の出力シャフトにフランジで連結される。ギヤ機構の出力シャフトは、カルダンシャフトを用いて、ホイールに直結される。分離可能なクラッチは設けられない。ギヤ機構の変速比により、電気アクスルを用いて伝達できる最大トルクを大幅に増大させることが可能になる。したがって、それぞれのホイールで発生するトルクは、容易に、例えば、６倍〜８倍にすることができる。

本発明による自動車では、ポータルアクスルの両側にある減速手段は、第１に、回転数を適合させ、第２に、カルダンシャフトへの機械連結を確実にするために、Ｚ方向の高さを調整する働きをする。低重心にするためには、ポータルアクスルは、車両の車台に可能な限り近接して設置されるべきであり、最低地上高をより高くするためには、ポータルアクスルは、車両の車台から可能な限り遠く離れて設置されるべきである。ポータルアクスルは、車両のステアリングギヤ機構の真後ろに配置されるのが好ましい。

本発明のさらなる特徴が、従属請求項、以下の「図面の簡単な説明」、および図面自体から分かる。

好ましい例示的な実施形態が、以下の「発明を実施するための形態」でより詳細に説明され、図面に示される。

本発明によるシャーシの概略的な平面図である。 電気アクスルに対応したホイールを含む、図１に示したシャーシの構造を示し、１つのホイールの電気駆動体を示しているが、他方のホイールの電気駆動体も同じ構造である。

本発明によるシャーシが装備された自動車は、特に、レースで使用することを意図され、リアアクスルに対応する独立懸架式ホイールが内燃機関を用いて駆動され、また、フロントアクスルに対応し、同様に個別に懸架されたホイールが、例えば、フロントホイールによってさらなる駆動トルクを加えるために電気モータにより駆動され得る乗用車である。以下の説明は、フロントアクスルの領域における自動車の構造、およびこの点に関して、本発明に従って形成されたシャーシに関する。このシャーシ１は電気アクスル２を有し、この電気アクスルは、ポータルアクスルとして設計され、管の形態であり、２基の電気機械４を収容するハウジング３に相当する２つのポータルアクスル部を有する。これらのハウジング３または電気機械４は、その回転軸５に関して、互いに隣接して平行に配置され、回転軸５間の間隔は、電気機械４の外径を考慮して、電気機械４がそれらの長手方向の範囲で部分的に重なることができ、重なった領域で接触できるような大きさとされる。２基の電気機械４間の重なった長さは、図１の図解で分かるように、重なった長さによって形成される線が、自動車の長手方向中心軸１６に関して対称に配置されるように選択され、前記長手方向中心軸１６は、直線走行に対応する２つのフロントホイール６間の長手方向中心線を表す。

図２は、一方のフロントホイール６およびこのフロントホイール６に対応する電気機械４、ならびにこの電気機械４の駆動トルクをフロントホイール６に伝達する手段の領域におけるシャーシの構造の詳細な図解を示している。他方のフロントホイール６用の駆動体は同じ構造であり、図１の図解によれば、２つのフロントホイール６に対応する電気機械４は、重なるように、かつ接触して配置されている。図２では、示した電気機械４は、この電気機械４すなわち２つの電気機械４というものが、車両の出力要件を満たすように長さを増減することができ、したがって、既存の車両タイプの出力要件に応じて、規定された長さの電気機械４が使用されることを示すために、その長さの範囲において断裂されて示されている。

図２は、それぞれの電気機械４のステータ７が、回転方向に固定された態様でハウジング３に取り付けられていることを示しており、このハウジング３は、電気機械４を収容する機能を持つ。それぞれの電気機械４のステータ７は、前記電気機械のロータ８を収容している。

それぞれの電気機械４は、それぞれのロータ８の回転角を検出するよう機能する、対応する回転角センサ９を有する。ロータ８の回転数も、回転数センサの形態のセンサを用いて測定できることが好ましく、こうして、所望の駆動状態に従って２基の電気機械４を駆動することができる。

車両はエネルギ貯蔵手段を有し、したがって、電気機械４は、モータモードまたは発電機モードで動作することができる。

遊星歯車機構１０は、それぞれのホイール６に面する、それぞれのハウジング３の端部にフランジで連結される。平歯車変速段１１の形態のさらなる減速ギヤ機構が、トルクの流れの点で遊星歯車機構１０の下流に配置されている。前記平歯車変速段は、遊星歯車機構１０にフランジで連結される。

これまで説明したポータルアクスル２は、フロントアクスルの領域で前端部に配置される。低重心を得るために、ポータルアクスル２は、車両の車台に可能な限り近接して配置される。さらに、ポータルアクスル２は、車両のステアリングギヤ機構に可能な限り近接して配置される。

ポータルアクスル２は、２つのホルダによって車両のシャーシ支持体に固定される。ホルダは、遊星歯車機構１０および平歯車変速段１１を含むギヤ機構装置の領域で、制振ベアリングを用いて、前記ギヤ機構装置にねじ留めされる。

それぞれの電気機械４の出力シャフトは、対応する遊星歯車機構１０の太陽歯車に回転方向に固定された態様で連結されている。遊星歯車機構１０の内歯車は動かない。遊星歯車を載せた遊星キャリアは、平歯車変速段１１のピニオンに回転方向に固定した態様で連結され、平歯車変速段の前記ピニオンは、平歯車変速段１１の大きい方の歯車と噛み合っている。

２つの端部の領域に継手１３を有するカルダンシャフト１２は、それぞれの平歯車変速段１１の出力に回転方向に固定された態様で連結されている。カルダンシャフト１２は、対応する平歯車変速段１１の反対側の前記カルダンシャフトの端部の領域で、車両の対応するフロントホイール６のハブに、回転方向に固定された態様で連結されている。カルダンシャフト１２を減速ギヤ機構に連結する部分、この場合では、平歯車変速段１１の出力シャフトは、これらの出力シャフトの回転軸１５によっても示されるように、同軸とされる。参照数字１４は、それぞれのフロントホイール６用のスプリング付きベアリングを示している。これは、きわめて簡略化した態様で、ホイール６の独立懸架（サスペンション）システムを示すことを意図されている。

図２は、シャーシがカルダンシャフト１２を用いて形成された場合に、前記シャーシが電気的に駆動され、電気機械４およびハウジング３が、ホイール６の回転軸よりも低い高さに配置されているのを明瞭に示している。

図２において、矢印は、それぞれの電気機械４がモータモードにあるか、または発電機モードにあるかに関係なく、それぞれの電気機械４と、前記電気機械に対応するカルダンシャフト１２との領域のトルクを示すためのトルク矢印を表している。

１ シャーシ
２ 電気アクスル
４ 電気機械
５ 回転軸
６ ホイール
１０ 減速ギヤ機構
１１ 減速ギヤ機構
１２ カルダンシャフト

Claims (16)

1. ２基の電気機械（４）を備えた電気アクスル（２）を有し、いずれの場合も、１つのホイール（６）が前記電気アクスル（２）の端部の領域に回転可能に取り付けられ、前記ホイールに対応する前記電気機械（４）を用いて各ホイール（６）を駆動することが可能である自動車用のシャーシ（１）であって、さらに、前記それぞれの電気機械（４）と、前記電気機械に対応する前記ホイール（６）との間に配置された減速ギヤ機構（１０、１１）を有するシャーシ（１）において、
   前記それぞれの減速ギヤ機構（１０、１１）は、カルダンシャフト（１２）を用いて、この減速ギヤ機構（１０、１１）に対応する前記ホイール（６）に連結され、
   さらに、前記２基の電気機械（４）のそれぞれの回転軸（５、５）が互いに隣接して平行に配置されることを特徴とするシャーシ。
2. 前記２基の電気機械（４）は、前記回転軸（５、５）の方向において重なるように配置されることを特徴とする、請求項１に記載のシャーシ。
3. 前記２基の電気機械（４）の重なった長さは、前記自動車の長手方向中心軸（１６）に関して対称に配置されることを特徴とする、請求項２に記載のシャーシ。
4. 前記カルダンシャフト（１２）の前記減速ギヤ機構（１０、１１）への連結は同軸であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシャーシ。
5. 前記減速ギヤ機構（１０、１１）は、平歯車変速段（１１）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシャーシ。
6. 前記それぞれのカルダンシャフト（１２）は、その端部の領域で、前記平歯車変速段（１１）の出力シャフトおよびホイールハブに、力を調整する態様で連結されることを特徴とする、請求項５に記載のシャーシ。
7. 前記減速ギヤ機構（１０、１１）は遊星歯車機構（１０）を有し、前記遊星歯車機構（１０）は、前記それぞれの電気機械（４）と、前記電気機械に対応する前記平歯車変速段（１１）との間に配置されることを特徴とする、請求項５または請求項６に記載のシャーシ。
8. 前記電気アクスル（２）は、前記電気機械（４）を収容するか、または前記電気機械（４）の構成部品を形成するハウジング（３）を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシャーシ。
9. 前記電気アクスル（２）は、複数の固定点を用いて前記自動車のシャーシ支持体にねじ留めされることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシャーシ。
10. 前記電気機械（４）を前記それぞれのホイール（６）から切り離すためのクラッチが、前記それぞれの電気機械（４）と、前記電気機械に対応する前記減速ギヤ機構（１０、１１）、特に、前記対応する平歯車変速段（１１）との間に配置されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシャーシ。
11. 前記それぞれの電気機械（４）の前記ロータ（８）の回転角を検出するために、回転角センサ（９）が設けられることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシャーシ。
12. 前記回転角センサ（９）は、前記電気アクスル（２）の前記ハウジング（３）に取り付けられることを特徴とする、請求項１１に記載のシャーシ。
13. フロントアクスルおよびリアアクスルを有し、前記フロントアクスルおよび／または前記リアアクスルは、請求項１〜１２のいずれか一項のシャーシを装備し、独立したホイール懸架システムを有する、乗用車を含む自動車。
14. 前記フロントアクスルは、請求項１〜１２のいずれか一項のシャーシを装備し、前記リアアクスルは、内燃機関を用いて駆動される、請求項１３に記載の自動車。
15. 前記リアアクスルは、請求項１〜１２のいずれか一項のシャーシを装備し、前記フロントアクスルは、内燃機関を用いて駆動される、請求項１３に記載の自動車。
16. エネルギ貯蔵装置を有し、前記電気機械（４）は、モータ動作時および発電機動作時に作動する、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の自動車。

Images