JP2012254787A - 車両用電気推進システム - Google Patents

Abstract

【課題】１つの歯車が常に係合した状態で、トルクの伝達が途切れることなく、１つの歯車から別の歯車に変えることができるようにする車両用電気推進システムを提供することである。
【解決手段】推進システム（１０）は、電気モータ（１２、１４）と、少なくとも３つの前進歯車を備えたギヤボックス（１６）と、電気モータ（１２、１４）を制御し、且つギヤボックス（１６）の歯車の係合を制御する制御手段とを有し、ギヤボックス（１６）は、シャフトを有し、シャフトは、一方が奇数歯で、他方が偶数歯で、それぞれが電気モータ（１２、１４）に接続される。制御手段は、第１歯車と第２歯車とが同時に係合する第１動作モード及び第２歯車と第３歯車とが同時に係合する第２動作モードを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、独立請求項１の前提部において規定されるように、車両用電気推進システムに関する。

前記に示したタイプの車両用電気推進システムは、独国特許出願公開第１０１１１１３７Ａ号から知られている。

本発明の目的は、より多くの前進歯車を利用することができるようにし、１つの歯車が常に係合した状態で、従ってトルクの伝達が途切れることなく、１つの歯車から別の歯車に変えることができるようにする車両用電気推進システムを提供することである。

この目的及び他の目的は、添付される独立請求項１の特徴部に記載の特徴を有する電気推進システムによって本発明に従って完全に実現される。

要約すれば、本発明は、車両（vehicle）用電気推進システムの単に原動機としての２つの電気モータと、少なくとも３つの前進歯車を備えたギヤボックスと、前記２つの電気モータを制御すると共に前記ギヤボックスの前記歯車の係合を制御するように配置された制御手段とを有し、前記ギヤボックスが、２つの一次シャフトを有し、一方の一次シャフトが奇数歯に関連付けられると共に他方の一次シャフトが偶数歯に関連付けられ、且つ各一次シャフトがそれぞれの電気モータに永久的にねじり接続（torsionally connect）され、前記制御手段が、第１歯車と第２歯車とが同時に係合する第１動作モード及び第２歯車と第３歯車とが同時に係合する第２動作モードであって、これらの各動作モードにおいて、トルクが、それぞれの一次シャフトを通じて両方の電気モータによって伝達される、第１動作モード及び第２動作モードを少なくとも付与するために、前記２つの電気モータを制御すると共に前記ギヤボックスの前記歯車の係合を制御するように配置される、車両用電気推進システムを提供するという考えに基づいている。

前記ギヤボックスのそれぞれの一次シャフトにそれぞれが永久的にねじり接続された前記２つの電気モータによって、本発明に係る前記電気推進システムは、摩擦クラッチの使用を必要とすることがなく、常に係合して常にトルクを伝達する前述の２つの隣接する歯車に関連付けられた２つの歯車セットを有するという利点を有している。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項の主題であり、従属請求項の内容は、本明細書の不可欠な一体化部分であるとみなされる。

本発明の更なる特徴及び利点は、非制限的な実施例を用いて単に付与される添付図面に関する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明の好ましい実施形態に係る車両用電気推進システムの斜視図である。 図１の車両用電気推進システムの一部を切除して示す斜視図である。 図１の車両用電気推進システムのギヤボックス形成部分を示す断面図である。

先ず図１及び図２を参照すると、本発明の好ましい実施形態に係る車両用電気推進システムが概括的に１０で示され、車両用電気推進システムは、基本的に、以下において第１電気モータ及び第２電気モータとそれぞれ呼ばれる２つの電気モータ１２及び１４と、少なくとも３つの前進歯車を備えたギヤボックス１６とを有している。提案実施形態では、ギヤボックス１６は、２つの歯車（第１歯車及び第３歯車）が奇数歯であると共に２つの歯車（第２歯車及び第４歯車）が偶数歯である４つの前進歯車を有しているが、明らかに異なる数の前進歯車（３つ若しくはそれ以上である場合）を有してもよい。さらに、提案実施形態では、２つの電気モータ１２及び１４は、互いに同軸上にあり（図２では２つの電気モータの軸がＸで示されている）、ギヤボックス１６の反対側に配置されているが、車両内の利用可能空間に応じて、図示されているものとは異なる方法で配置するようにしてもよい。推進システム１０は、ギヤボックス１６に連結された差動歯車１８をさらに有している。差動歯車１８は、一方ではそれ自体周知のタイプからなるものであり他方ではその構造及び機能は本発明の目的において重要ではないので、ここでは詳細に記載されていない。２つの電気モータ１２及び１４は、ギヤボックスのケーシング２４にそれぞれの取付フランジ２０及び２２を用いて取り付けられる。２つの電気モータ１２及び１４もまた、それ自体周知のタイプからなるものであるので、詳細に記載されていない。

ここで図３を参照して、ギヤボックス１６の構造を説明する。ギヤボックス１６は、まず第１に、以下において第１の一次シャフト及び第２の一次シャフトとそれぞれ呼ばれる２つの一次シャフト２６及び２８を有している。２つの一次シャフト２６及び２８は、互いに同軸上に配置され、２つの一次シャフト２６及び２８の軸は、２つの電気モータ１２及び１４の軸Ｘと一致する。第１の一次シャフト２６は、第１電気モータ１２の駆動シャフト３０に永久的にねじり接続されている。同様に、第２の一次シャフト２８は、第２電気モータ１４の駆動シャフト３２に永久的にねじり接続されている。さらに具体的に言えば、提案実施形態では、第１の一次シャフト２６は、スプライン連結３４によって第１電気モータ１２の駆動シャフト３０に直結され、それによってシャフト２６及びシャフト３０は常に同じ角速度で回転する。同様に、提案実施形態では、第２の一次シャフト２８は、スプライン連結３６によって第２電気モータ１４の駆動シャフト３２に直結され、それによってシャフト２８及びシャフト３２は常に同じ角速度で回転する。従って、トルクの伝達を制御するように構成された摩擦クラッチ又は同様の連結装置が、それぞれの一次シャフト２６又は２８とそれぞれの電気モータ１２又は１４の駆動シャフト３０又は３２との間に介在されない。

第１の一次シャフト２６は、奇数歯、現在の場合は第１歯車及び第３歯車に関連付けられる一方、第２の一次シャフト２８は、偶数歯、現在の場合は第２歯車及び第４歯車に関連付けられる。第１の一次シャフト２６は、第１歯車及び第３歯車のそれぞれの歯車セットのための駆動歯車として機能する一対の歯車３８及び４０を保持する（carry）。歯車３８及び４０は、例えばそれぞれのニードル軸受４２及び４４を用いて第１の一次シャフト２６に空転状態で（idly）取り付けられ、それ自体周知のタイプからなる係合スリーブ４６を用いてこのシャフトと共に回転するために選択的に接続することができる。同様に、第２の一次シャフト２８は、第２歯車及び第４歯車のそれぞれの歯車セットのための駆動歯車として機能する一対の歯車４８及び５０を保持する。歯車４８及び５０は、例えばそれぞれのニードル軸受５２及び５４を用いて第２の一次シャフト２８に空転状態で取り付けられ、それ自体周知のタイプからなる係合スリーブ５６を用いてこのシャフトと共に回転するために選択的に接続することができる。係合スリーブ４６及び５６は、それぞれのシフトフォーク５８及び６０によって操作され、シフトフォーク５８及び６０は、ギヤボックスのケーシング２４によって支持されるロッド６２に沿ってスライド可能に取り付けられ、次に電気機械又は電気流体タイプのギヤシフト制御装置（それ自体周知で示されていない）を用いて操作される。

ギヤボックス１６はさらに、二次シャフト６４を有しており、二次シャフト６４は、回転のためにケーシング２４によって支持され、２つの一次シャフト２６及び２８に平行に延在すると共に２つの一次シャフト２６及び２８から間隔をあけて配置されている。二次シャフト６４は、ギヤボックスの種々の歯車に関連付けられた歯車セットのための被駆動歯車として機能する４つの歯車、すなわち、第１歯車の歯車セットを形成するために第１の一次シャフト２６によって保持された歯車４８と永久的に噛み合う歯車６６、第２歯車の歯車セットを形成するために第２の一次シャフト２８によって保持された歯車５８と永久的に噛み合う歯車６８、第３歯車の歯車セットを形成するために第１の一次シャフト２６によって保持された歯車５０と永久的に噛み合う歯車７０、及び、第４歯車の歯車セットを形成するために第２の一次シャフト２８によって保持された歯車６０と永久的に噛み合う歯車７２を保持する。歯車６６、６８、７０及び７２は全て、固定歯車として、すなわち、二次シャフト６４と回転のために駆動接続された歯車として作られる。二次シャフト６４はまた、出力ピニオン７４を保持しており、出力ピニオン７４はまた、固定歯車として作られ、差動歯車１８の入力歯車７６と永久的に噛み合う。

推進システム１０はさらに、以下本明細書において簡単に説明される動作モードに応じて、２つの電気モータ１２及び１４、及びギヤシフト制御装置、並びにギヤシフト制御装置を介して係合スリーブ４６及び５６を制御するように配置された電子制御ユニット（図示されていない）を有している。

推進システム１０は、両方の電気モータ１２及び１４を用いて、ギヤボックス１６の二次シャフト６４に、従って差動歯車１８にトルクを正常に伝達するように配置され、それによって、二次シャフトに伝達されたトルクは、両方の電気モータによって付与されるトルク入力の合計に等しい。

本発明に係る電気推進システムの第１動作モードでは、第１歯車と第２歯車とが同時に係合する。この動作モードでは、従って、奇数歯に関連付けられた係合スリーブ４６は、第１歯車３８の駆動歯車を第１の一次シャフト２６と回転のために接続するように位置付けられる一方、偶数歯に関連付けられた係合スリーブ５６は、第２歯車４８の駆動歯車を第２の一次シャフト２８と回転のために接続するように位置付けられる。さらに、２つの電気モータ１２及び１４は、電子制御ユニットによって好適に制御され、共に二次シャフト６４と回転のために駆動接続される第１歯車６６の駆動歯車と第２歯車６８の駆動歯車の角速度が互いに等しいように制御される。第１歯車６６の駆動歯車の角速度が、第１歯車の伝達率を乗じた第１の一次シャフト２６、すなわち第１電気モータ１２の駆動シャフト３０の角速度に等しく、第２歯車６８の駆動歯車の角速度が、第２歯車の伝達率を乗じた第２の一次シャフト２８、すなわち第２電気モータ１４の駆動シャフト３２の角速度に等しいので、２つの電気モータ１２及び１４は、第２電気モータ１４の角速度に対する第１電気モータ１２の角速度の割合が第１歯車の伝達率に対する第２歯車の伝達率の割合に等しいような角速度で回転される。この動作モードでは、従って、２つの電気モータ１２及び１４の速度は、運転者によって与えられる命令に応じて電子制御ユニットによって変更されるが、前記に規定された割合に常に保持する。

本発明に係る電気推進システムの第２動作モードでは、第２歯車と第３歯車とが同時に係合する。この動作モードでは、従って、奇数歯に関連付けられた係合スリーブ４６は、第３歯車４０の駆動歯車を第１の一次シャフト２６と回転のために接続するように位置付けられる一方、偶数歯に関連付けられた係合スリーブ５６は、第２歯車４８の駆動歯車を第２の一次シャフト２８と回転のために接続するように位置付けられる。また、この場合には、２つの電気モータ１２及び１４は、電子制御ユニットによって好適に制御され、共に二次シャフト６４と回転のために駆動接続される第２歯車６８の駆動歯車と第３歯車７０の駆動歯車の角速度が互いに等しいように制御される。第１動作モードに関連して前述したものと同様の見解に基づいて、２つの電気モータ１２及び１４は、第２電気モータ１４の角速度に対する第１電気モータ１２の角速度の割合が第３歯車の伝達率に対する第２歯車の伝達率の割合に絶えず等しいように電子制御ユニットの制御の下で回転される。

本発明に係る電気推進システムの第３動作モードでは、第３歯車と第４歯車とが同時に係合する。この動作モードでは、従って、奇数歯に関連付けられた係合スリーブ４６は、
第３歯車４０の駆動歯車を第１の一次シャフト２６と回転のために接続するように位置付けられる一方、偶数歯に関連付けられた係合スリーブ５６は、第４歯車５０の駆動歯車を第２の一次シャフト２８と回転のために接続するように位置付けられる。また、この場合には、２つの電気モータ１２及び１４は、電子制御ユニットによって好適に制御され、共に二次シャフト６４と回転のために駆動接続される第３歯車７０の駆動歯車と第４歯車７２の駆動歯車の角速度が互いに等しいように制御される。第１動作モード及び第２動作モードに関連して前述したものと同様の見解に基づいて、２つの電気モータ１２及び１４は、第２電気モータ１４の角速度に対する第１電気モータ１２の角速度の割合が第４歯車の伝達率に対する第３歯車の伝達率の割合に絶えず等しいように電子制御ユニットの制御の下で回転される。

当然、４つ以上の前進歯車を備えたギヤボックスを有する推進システムの場合には、１つ若しくはそれ以上の更なる動作モードが設けられ、該動作モードでは、第４歯車を発端として連続する歯車の対が同時に係合される。

ある動作モードから直ちに連続したものに変える場合、２つの歯車の一方は係合したままである。当然、これは、最初の動作モードでは同時に係合する２つの歯車の最も高いものである、あるいは最後の動作モードでは同時に係合する２つの歯車の最も低いものである。前記の動作モードに関して、前記の第１動作モードから第２動作モードに変える場合には、（第２電気モータ１４に関連付けられた）第２歯車は係合したままで第１電気モータ１２に関連付けられた歯車が変更される一方、第２動作モードから第３動作モードに変える場合には、（第１電気モータ１２に関連付けられた）第３歯車は係合したままで第２電気モータ１４に関連付けられた歯車が変更される。ある動作モードから次のものに変える間に、二次シャフトの角速度は、従って車両の速度は、係合したままにある歯車に関連付けられた電気モータの角速度によって決定される一方、電気モータの角速度は、新しい歯車（第１動作モードから第２動作モードに変える場合には第１歯車に代えて第３歯車、又は第２動作モードから第３動作モードに変える場合には第２歯車に代えて第４歯車）の伝達率に適合するように好適に変化させる（低減させる）必要がある。さらに、ある動作モードから次の動作モードに変える場合、電子制御ユニットは、古い歯車を解除して新しい歯車を係合することができるようにするために、トルクを伝達しないように変更される歯車に関連付けられた電気モータを制御する一方、他方の電気モータのトルクの損失を補償し、従ってホイールにおいて利用可能であるトルクが変わらないままであることを確保するために、他方の電気モータによって、すなわち係合したままにある歯車に関連付けられた電気モータによって供給されるトルクを増大させる。

当然、本発明の原理を変更しないままで、実施形態及び構造の詳細は、添付される特許請求の範囲に規定されるように本発明の範囲を逸脱することなしに、非制限的な実施例のみを用いて説明され示されるものから広範に変更することができる。

例えば、電子制御ユニットによって実行される電気モータやギヤシフト制御装置の制御論理は、それぞれの電気モータにそれぞれ永久的にねじり接続された２つの一次シャフトを有するギヤボックスを備えた電気推進システムを提供する本発明の基本的な考えから逸脱することなしに、前記に簡単に説明したものから変更することができる。

Claims (7)

1. 第１電気モータ（１２）及び第２電気モータ（１４）と、少なくとも３つの前進歯車を備えたギヤボックス（１６）と、前記第１電気モータ（１２）及び第２電気モータ（１４）を制御すると共に前記ギヤボックス（１６）の前記歯車の係合を制御するように配置された制御手段と、を有する車両用電気推進システム（１０）であって、
   前記ギヤボックス（１６）は、奇数歯に関連付けられると共に前記第１電気モータ（１２）に永久的にねじり接続された第１の一次シャフト（２６）と、偶数歯に関連付けられると共に前記第２電気モータ（１４）に永久的にねじり接続された第２の一次シャフト（２８）とを有し、
   前記制御手段は、第１歯車と第２歯車とが同時に係合する第１動作モード及び第２歯車と第３歯車とが同時に係合する第２動作モードであって、前記各動作モードにおいて、トルクが、前記第１の一次シャフト（２６）及び前記第２の一次シャフト（２８）を通じてそれぞれ前記第１電気モータ（１２）及び前記第２電気モータ（１４）によって共に伝達される第１動作モード及び第２動作モードを少なくとも付与するために、前記第１電気モータ（１２）及び前記第２電気モータ（１４）を制御すると共に前記ギヤボックス（１６）の歯車の係合を制御するように配置される、
   ことを特徴とする推進システム。
2. 前記ギヤボックス（１６）は、４つの前進歯車を有しており、その第１歯車と第３歯車とが第１の一次シャフト（２６）に関連付けられる一方、その第２歯車と第４歯車とが第２の一次シャフト（２８）に関連付けられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の推進システム。
3. 前記第１電気モータ（１２）と前記第２電気モータ（１４）とは、互いに同軸上にあり、前記ギヤボックス（１６）の反対側に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の推進システム。
4. 前記第１の一次シャフト（２６）と前記第２の一次シャフト（２８）とは、互いに同軸上にある、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の推進システム。
5. 前記２つの一次シャフト（２６、２８）は、前記２つの電気モータ（１２、１４）と同軸上にある、
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の推進システム。
6. 前記第１の一次シャフト（２６）と前記第２の一次シャフト（２８）のそれぞれが、それに関連付けられた各歯車のために、前記シャフトに空転状態で取り付けられた駆動歯車（３８、４０、４８、５０）を保持する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の推進システム。
7. 前記ギヤボックス（１６）は、前記第１の一次シャフト（２６）及び前記第２の一次シャフト（２８）に平行に配置される二次シャフト（６４）であって、前記ギヤボックス（１６）の各歯車のために、前記シャフトと回転のために駆動接続され、それぞれの駆動歯車（３８、４０、４８、５０）と永久的に噛み合う駆動歯車（６６、６８、７０、７２）を保持する二次シャフト（６４）をさらに有している、
   ことを特徴とする請求項６に記載の推進システム。

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