JP2011503492A - 電気自動車用２段変速トランスアクスルギヤボックス - Google Patents

Abstract

電気モータから車の第１及び第２のアクスルに動力を伝達するトランスミッションは、電気モータによって駆動されるように構成された入力シャフトと、第１の遊星歯車装置とを含む。第２の遊星歯車装置は、第１の遊星歯車装置によって駆動される第１の部材と、回転が制限された第２の部材と、第３の部材とを有する。差動アセンブリは、第１のアクスルを駆動するように構成された第１のサイドギヤと、第２のアクスルを駆動するように構成された第２のサイドギヤと、前記第１及び第２のサイドギヤとかみ合った一対のピニオンギヤとを有する。第１のクラッチは、第１の部材及び差動アセンブリを駆動可能に相互接続するよう作動する。第２のクラッチは、第３の部材及び差動アセンブリを駆動可能に相互接続するよう作動する。

Description

本開示物は概して自動車用の動力伝達装置に関する。更に詳細には、電気自動車用の２段変速トランスアクスルが開示される。

従来の２段変速トランスアクスルは、２つのヘリカル駆動ギヤを有する入力シャフトを含むことができる。円錐ころ軸受（tapered roller bearing）上で回転するように支持されることの可能な入力シャフトに入力トルクが提供される。速度の選択は、中間シャフトアセンブリの２つの位置の間でシンクロナイザスリーブをスライドさせることによってなされる。ファイナルドライブギヤ装置の駆動ピニオンを中間シャフトアセンブリの一部とすることができる。ファイナルドライブ出力ギヤが、車の左右の車輪に出力トルクを分配するベベル（bevel）サイドギヤ差動アセンブリに取り付けられている。このタイプの２段減速ギヤボックスはこれまでは申し分なく機能してきたが、この設計によっては比較的大きな質量が比較的高速で回転する。よって、製品の望ましい寿命にわたって静かな動作を確実にするために、バランスを保つための高価な手順が必要となる場合がある。また、公知の２段変速トランスアクスルは、入力シャフト、中間シャフト及び差動キャリアの製造及び使用を必要とする。これらの構成要素の各々はハウジングによって回転可能に支持される。これらの構成要素の製造及びサポートに関連するコストは好ましくない負担となる場合がある。また、従来のトランスアクスルは所望のものよりも重い場合がある。

米国特許第６，３０６，０５７号

電気モータから車の第１及び第２のアクスル（車軸）に動力を伝達するトランスミッションが、電気モータによって駆動されるように構成された入力シャフトと第１の遊星歯車装置とを含む。第２の遊星歯車装置は、第１の遊星歯車装置によって駆動される第１の部材と、回転が制限された第２の部材と、第３の部材とを有する。差動アセンブリは、第１のアクスルを駆動するように構成された第１のサイドギヤと、第２のアクスルを駆動するように構成された第２のサイドギヤと、第１及び第２のサイドギヤとかみ合った一対のピニオンギヤとを有する。第１のクラッチは、第１の部材及び差動アセンブリを駆動可能に相互接続するよう作動する。第２のクラッチは、第３の部材及び差動アセンブリを駆動可能に相互接続するよう作動する。

他の形態において、電気モータから車の第１及び第２のアクスルに動力を伝達するトランスミッションは、電気モータによって駆動されるように構成された入力シャフトを含む。第１の遊星歯車装置は、入力シャフトによって駆動される第１の太陽歯車と、回転が制限された第１のリングギヤと、第１のキャリア上に回転可能に支持され、第１の太陽歯車及び第１のリングギヤとかみ合った複数の第１の遊星歯車とを有する。第２の遊星歯車装置は、第１の遊星歯車装置の第１のキャリアによって駆動される第２の太陽歯車と、回転が制限された第２のキャリアと、キャリアによって回転可能に支持された遊星歯車の第２及び第３のセットとを有する。第２の遊星歯車の各々は、第２の太陽歯車、そして第３の遊星歯車のうちの１つとかみ合っている。第３の遊星歯車の各々は第２のリングギヤとかみ合っている。差動アセンブリは、第１のアクスルを駆動するように構成された第１のサイドギヤと、第２のアクスルを駆動するように構成された第２のサイドギヤと、第１及び第２のサイドギヤとかみ合った一対のピニオンギヤとを有する。第１のクラッチは、第２の太陽歯車及び差動アセンブリを駆動可能に相互接続するよう作動する。第２のクラッチは、第２のリングギヤ及び差動アセンブリを駆動可能に相互接続するよう作動する。

更なる適用性の領域は、本明細書中に述べられる説明から明らかになるであろう。説明及び具体例は例示のみを目的にしており、本開示物の範囲の限定を目的としていないことを理解されたい。

本明細書に説明される図面は例示のみを目的としており、決して本開示物の範囲の限定を目的としていない。

本開示物の教示内容に従って構成されたトランスアクスルのスティック線図である。 図１に示すトランスアクスルの部分斜視図である。 他のトランスミッションを示すスティック線図である。

以下の説明は本質的に例示的なものにすぎず、本開示物、応用又は使用の限定を目的としていない。図面を通して、対応する参照番号は同様の又は対応する部分及び特徴を示すことを理解されたい。

例示的な電気モータ１２によって駆動される２段変速トランスアクスル１０を図１及び図２に示す。トランスアクスル１０は、電気モータ１２の出力シャフト１６と共に回転するよう固定された入力シャフト１４を含む。トランスアクスル１０は、第１のアクスルシャフト１８及び第２のアクスルシャフト２０に駆動トルクを提供するよう作動する。第１のアクスルシャフト１８及び第２のアクスルシャフト２０は車の車輪（図示せず）を駆動する。動力は、入力シャフト１４から第１の遊星歯車装置２２、第２の遊星歯車装置２４、第１のクラッチ２６及び第２のクラッチ２８のうちの１つ、スプロケット−チェーンアセンブリ３０、ならびに差動アセンブリ３２を介して伝えられる。

遊星歯車装置２２は、入力シャフト１４と共に回転するよう固定された太陽歯車３８を含む単式遊星歯車装置である。リングギヤ４０がトランスアクスル１０のハウジング４２に結合され、回転が制限されている。複数の遊星歯車４４がキャリア４６上に回転可能に支持されている。各遊星歯車４４は、太陽歯車３８及びリングギヤ４０とかみ合って駆動可能に係合している。入力シャフト１４及び太陽歯車３８は、ハウジング４２内で回転するように軸受４８によって支持されている。前述の構成に基づき、遊星歯車装置２２は減速装置として機能し、入力は太陽歯車３８に供給され、出力はキャリア４６によって供給される。図１に示す実施の形態では、遊星歯車装置２２は約５．７０：１のギヤ減速比をもたらすと考えられる。本開示物の範囲から逸脱することなく他のギヤ減速比を用いてもよいことを理解されたい。

遊星歯車装置２４は、遊星歯車装置２２によって駆動される複式遊星歯車装置である。具体的に、遊星歯車装置２４は、遊星歯車装置２２のキャリア４６と共に回転するよう固定された太陽歯車５０を含む。遊星歯車装置２４は、リングギヤ５２、遊星歯車の第１のセット５４、遊星歯車の第２のセット５６及びキャリア５８を更に含む。第１の遊星歯車５４及び第２の遊星歯車５６の各々は、キャリア５８上で回転するように支持されている。遊星歯車５４の各々は、太陽歯車５０とかみ合って係合するように位置決めされている。遊星歯車５６の各々は、リングギヤ５２及び１つの遊星歯車５４とかみ合って係合するように位置決めされている。キャリア５８はハウジング４２に結合されており、回転が制限されている。遊星歯車装置２４は前述のように構成されており、リングギヤ５２が太陽歯車５０と同一の方向に回転することを確実にする。

第１のクラッチ２６は、太陽歯車５０をスプロケット−チェーンアセンブリ３０と駆動可能に相互接続するよう選択的に作動する。同様に、第２のクラッチ２８は、リングギヤ５２及びスプロケット−チェーンアセンブリ３０を駆動可能に相互接続するよう選択的に作動する。トランスアクスル１０は２段変速動力トランスミッション機構として構成されている。よって、トランスアクスル１０を低範囲モード（low range mode）、高範囲モード（high range mode）又は中立モード（neutral mode）で作動させることができる。高範囲の動作モードは、第１のクラッチ２６を作動させ、太陽歯車５０をスプロケット−チェーンアセンブリ３０に駆動可能に相互接続することによって得られる。この時点では第２のクラッチ２８は作動せず、トルクを移動させる。高範囲モードでは、遊星歯車装置２４はギヤ減速をもたらさず、遊星歯車装置２２からのトルクを正比例で、即ち１：１の比で通すのみである。

トランスアクスル１０を低範囲モードで作動させるために、トルクが伝達されないよう第１のクラッチ２６の作動が停止され、第２のクラッチ２８がリングギヤ５２からスプロケット−チェーンアセンブリ３０にトルクを伝達するように作動される。図１に示す実施の形態では、トランスアクスル１０が低範囲モードで作動される際に遊星歯車装置２４が約１．９３：１のギヤ減速比をもたらすと考えられる。中立モードは、第１のクラッチ２６及び第２のクラッチ２８双方の作動を停止させることによって得られる。

第１のクラッチ２６は、太陽歯車５０と共に回転するよう固定されたドラム６０を含む。ハブ６２が、スプロケット−チェーンアセンブリ３０の駆動スプロケット６３と共に回転するよう固定されている。クラッチプレート６４の第１のセットは、ドラム６０と共に回転するようスプライン加工されている。クラッチプレート６６の第２のセットは、ハブ６２と共に回転するようスプライン加工されている。クラッチパックにかかる外力によってトルクが第１のクラッチ２６を介して伝達されるように、第１のクラッチプレート６４は第２のクラッチプレート６６と交互に配置されている。

第２のクラッチ２８は、リングギヤ５２と共に回転するよう固定されたドラム７０を含む。ハブ７２が、駆動スプロケット６３と共に回転するよう固定されている。クラッチプレート７４の第１のセットは、ドラム７０と共同で回転するようにスプライン加工されている。クラッチプレート７６の第２のセットは、ハブ７２と共に回転するよう固定されている。第１のクラッチプレート７４は第２のクラッチプレート７６と交互に配置されている。外部からの圧縮力を受けると第１のクラッチプレート７４は第２のクラッチプレート７６と係合し、第２のクラッチ２８を介してトルクを移動させる。

駆動スプロケット６３、ハブ６２及びハブ７２は、軸受８２によってハウジング４２内に回転可能に支持された駆動軸８０と共に回転するよう固定されている。従動スプロケット８４が、第２のアクスルシャフト２０と共に回転するよう固定されている。チェーン８６が、駆動スプロケット６３及び従動スプロケット８４を駆動可能に相互接続している。図１に示す例では、駆動スプロケット６３は３７の歯を含み、従動スプロケット８４は４７の歯を含んで約１．２７：１の減速比をもたらしている。

差動アセンブリ３２は、第１のアクスルシャフト１８と共に回転するよう固定された第１のサイドギヤ９０を含む。第２のサイドギヤ９２が、第２のアクスルシャフト２０と共に回転するよう固定されている。ピニオンギヤ９４が、キャリア９６によって回転可能に支持されている。各ピニオンギヤ９４は、第１のサイドギヤ９０及び第２のサイドギヤ９２とかみ合って駆動可能に係合している。前述の種々の構成要素の減速比に基づき、トランスアクスル１０は約１４．００：１の低範囲ギヤ比と約７．２４：１の高範囲をもたらしている。

他のトランスアクスル２００を図３に示す。トランスアクスル２００はトランスアクスル１０とほぼ同様である。従って、同様の要素は先に示した参照番号を保持する。トランスアクスル２００は、第１のアクスルシャフト１８及び第２のアクスルシャフト２０に駆動トルクを提供することに加え、プロペラシャフト２０２を介して駆動トルクを第２の動力伝達系路に移動させ、フルタイム四輪駆動構成を提供するように配置されている。遊星歯車装置２２、スプロケット−チェーンアセンブリ３０及び差動アセンブリ３２は前述とほぼ同じである。

遊星歯車装置２０４が、遊星歯車装置２２のキャリア４６からトルクを受ける。遊星歯車装置２０４は、遊星歯車装置２２のキャリア４６と共に回転するよう固定されたリングギヤ２０６を含む。太陽歯車２０８がハウジング４２に結合されており、回転が制限されている。複数の遊星歯車２１０が、キャリア２１２上で回転するように支持されている。各遊星歯車２１０は、リングギヤ２０６及び太陽歯車２０８とかみ合って駆動可能に係合している。第１のクラッチ２１４が、キャリア２１２を駆動スプロケット６３に選択的に駆動可能に相互接続している。第２のクラッチ２１６が、リングギヤ２０６を駆動スプロケット６３に選択的に駆動可能に相互接続している。太陽歯車２０８の回転が制限されるとリングギヤ２０６がキャリア２１２と同一の方向に回転するため、遊星歯車装置２０４を単式遊星歯車装置として構成できることを理解されたい。

第１のクラッチ２１４は、キャリア２１２と共に回転するよう固定されたハブ２１８を含む。ドラム２２０が、駆動スプロケット６３と共に回転するよう固定されている。クラッチプレート２２２の第１のセットがハブ２１８とスプライン係合している。クラッチプレート２２４の第２のセットがハブ２２０とスプライン係合している。第１のクラッチプレート２２２及び第２のクラッチプレート２２４に圧縮力がかかると、トルクは第１のクラッチ２１４をわたって移動される。

第２のクラッチ２１６は、リングギヤ２０６と共に回転するよう固定されたドラム２３０を含む。クラッチプレート２３２の第１のセットがドラム２３０にスプライン結合されている。ハブ２３４が、駆動スプロケット６３と共に回転するよう固定されている。クラッチプレート２３６の第２のセットがハブ２３４にスプライン結合されている。第１のクラッチプレート２３２及び第２のクラッチプレート２３６に圧縮力をかけることで、第２のクラッチ２１６をわたってトルクを移動させることができる。

増速歯車装置２４０は、駆動軸８０と共に回転するよう固定されたピニオンギヤ２４２と、ピニオンギヤ２４２とかみ合って係合するリングギヤ２４４とを含む。増速歯車装置２４０は、プロペラシャフト２０２を介して駆動トルクを第２の動力伝達系路に提供する。歯車装置２４０はオーバードライブ（増速駆動）又は増速歯車装置として構成されており、プロペラシャフト２０２は被駆動車輪の他のセットにトルクを移動させるように減少した直径を含むことができる。直径を減少させることによって質量が減り、直径のより大きなプロペラシャフトとのバランスに関連して付随する問題が減る。増速歯車装置２４０をトランスアクスル１０の駆動軸８０に結合して四輪駆動能力を提供してもよいことを理解されたい。

また、前述の考察は、本開示物の例示的な実施の形態を開示し、説明したにすぎない。当業者は、下記の請求の範囲で定義されるような本開示物の趣意及び範囲から逸脱することなく種々の変更、改変及び変形を本開示物中で行えることを、このような考察、添付の図面及び請求の範囲から容易に認識するであろう。

Claims (21)

1. 電気モータから車の第１及び第２のアクスルに動力を伝達するトランスミッションであって、
   前記電気モータによって駆動されるように構成された入力シャフトと、
   第１の遊星歯車装置と、
   前記第１の遊星歯車装置によって駆動される第１の部材、回転が制限された第２の部材及び第３の部材を有する第２の遊星歯車装置と、
   前記第１のアクスルを駆動するように構成された第１のサイドギヤと、前記第２のアクスルを駆動するように構成された第２のサイドギヤと、前記第１及び第２のサイドギヤとかみ合った一対のピニオンギヤとを有する差動アセンブリと、
   前記第１の部材及び前記差動アセンブリを駆動可能に相互接続するよう作動する第１のクラッチと、
   前記第３の部材及び前記差動アセンブリを駆動可能に相互接続するよう作動する第２のクラッチと、
   を含むトランスミッション。
2. 前記第２の遊星歯車装置の前記第１の部材及び前記第３の部材が同一方向に回転する、請求項１に記載のトランスミッション。
3. 前記第２の遊星歯車装置の前記第１の部材がリングギヤである、請求項２に記載のトランスミッション。
4. 前記第２遊星歯車装置の前記第２の部材が太陽歯車である、請求項３に記載のトランスミッション。
5. 前記第２の遊星の前記第３の部材が、前記リングギヤ及び前記太陽歯車とかみ合った遊星歯車を回転可能に支持するキャリアである、請求項４に記載のトランスミッション。
6. 前記第１の遊星歯車装置が、前記入力シャフトによって駆動される太陽歯車と、前記第２の遊星歯車装置の前記第１の部材を駆動するキャリアとを含む、請求項５に記載のトランスミッション。
7. 前記第２の遊星歯車装置によって駆動され、前記差動アセンブリを駆動する減速装置を更に含む、請求項１に記載のトランスミッション。
8. 前記減速装置が、前記第１のクラッチ及び前記第２のクラッチのうちの１つによって選択的に駆動される駆動スプロケットと、従動スプロケットと、前記駆動スプロケット及び前記従動スプロケットを駆動可能に相互接続する可撓性の駆動部材とを含む、請求項７に記載のトランスミッション。
9. 前記従動スプロケットが前記第２のサイドギヤと共に回転するよう固定されている、請求項８に記載のトランスミッション。
10. 前記第１及び第２のサイドギヤが、前記入力シャフトの回転軸からオフセットしてこれにほぼ平行な共通軸を中心に回転する、請求項９に記載のトランスミッション。
11. 前記第１及び第２のクラッチのうちの１つによって駆動され、車の第３のアクスルにトルクを伝達するように構成された増速歯車装置を更に含む、請求項１に記載のトランスミッション。
12. 前記第２の遊星歯車装置の前記第１の部材が、前記第１の遊星歯車装置によって駆動される太陽歯車である、請求項１に記載のトランスミッション。
13. 前記第２の遊星歯車装置の前記第２の部材がキャリアである、請求項１に記載のトランスミッション。
14. 前記第２の遊星歯車装置の前記第３の部材がリングギヤである、請求項１に記載のトランスミッション。
15. 電気モータから車の第１及び第２のアクスルに動力を伝達するトランスミッションであって、
    前記電気モータによって駆動されるように構成された入力シャフトと、
    前記入力シャフトによって駆動される第１の太陽歯車と、回転が制限された第１のリングギヤと、第１のキャリア上に回転可能に支持され、前記第１の太陽歯車及び前記第１のリングギヤとかみ合った複数の第１の遊星歯車とを有する第１の遊星歯車装置と、
    前記第１の遊星歯車装置の前記第１のキャリアによって駆動される第２の太陽歯車と、回転が制限された第２のキャリアと、前記第２のキャリアによって回転可能に支持された遊星歯車の第２及び第３のセットとを有する第２の遊星歯車装置であって、前記第２の遊星歯車の各々が前記第２の太陽歯車及び前記第３の遊星歯車のうちの１つとかみ合っており、前記第３の遊星歯車の各々が前記第２のリングギヤとかみ合っている、第２の遊星歯車装置と、
    前記第１のアクスルを駆動するように構成された第１のサイドギヤと、前記第２のアクスルを駆動するように構成された第２のサイドギヤと、前記第１及び第２のサイドギヤとかみ合った一対のピニオンギヤとを有する差動アセンブリと、
    前記第２の太陽歯車及び前記差動アセンブリを駆動可能に相互接続するよう作動する第１のクラッチと、
    前記第２のリングギヤ及び前記差動アセンブリを駆動可能に相互接続するよう作動する第２のクラッチと、
    と含むトランスミッション。
16. 前記第２の遊星歯車装置によって駆動され、前記差動アセンブリを駆動する減速装置を更に含む、請求項１５に記載のトランスミッション。
17. 前記減速装置が、前記第１のクラッチ及び前記第２のクラッチのうちの１つによって選択的に駆動される駆動スプロケットと、従動スプロケットと、前記駆動スプロケット及び前記従動スプロケットを駆動可能に相互接続する可撓性の駆動部材とを含む、請求項１６に記載のトランスミッション。
18. 前記従動スプロケットが前記第２のサイドギヤと共に回転するよう固定されている、請求項１７に記載のトランスミッション。
19. 前記第１及び第２のサイドギヤが、前記入力シャフトの回転軸からオフセットしてこれにほぼ平行な共通軸を中心に回転する、請求項１８に記載のトランスミッション。
20. 前記第１及び第２のクラッチが摩擦プレートクラッチである、請求項１９に記載のトランスミッション。
21. 前記第１及び第２のクラッチのうちの１つによって駆動され、車の第３のアクスルにトルクを伝達するように構成された増速歯車装置を更に含む、請求項１５に記載のトランスミッション。

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