JP2012532061A - 電気機械を具備するポータルアクスルを備えた自動車用推進装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、２基の電気機械（４）を収容する中空ポータルアクスル（２）を有する、自動車両用の駆動装置（１）に関し、ポータルアクスル（２）の２つの端部領域内にそれぞれ１つのホイール（１２）が回転可能に取り付けられ、それぞれのホイール（１２）はこのホイールに対応する電気機械（４）によって駆動することができ、それぞれの電気機械（４）と、前記電気機械に対応するホイール（１２）との間に配置された、ステップダウンギヤ機構（８、９）を有する。本発明の目的は、この種の駆動装置において、それぞれのホイールからステップダウンギヤ機構までの個別の連結を提供することであり、前記連結は、ホイールが非剛性の態様で取り付けられることを可能にする。本発明によれば、それぞれのステップダウンギヤ機構（８、９）は、カルダンシャフト（１０）によって、このステップダウンギヤ機構（８、９）に関連するホイール（１２）に接続される。

Description

本発明は自動車両のための駆動装置に関し、この駆動装置は、２基の電気機械を収容する中空ポータルアクスルを有し、前記ポータルアクスルの２つの端部領域それぞれに１つのホイールが回転可能に取り付けられ、前記ホイールは、それぞれ対応する前記電気機械によってのみ駆動することができ、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ステップダウンギヤ機構を有する。

商用車において使用されるこの種の駆動装置は、（特許文献１）から公知である。ここでの商用車とは、人々を輸送する都市バスであり、都市バスにおいては、リアアクスルの領域を含むバス全体にわたって延びる車両床を低い高さに配置する必要がある。（なおここでは、リアアクスルは剛性アクスルの形態をとっている。）これを実現するために、電気駆動モーターの形態をとる２基の電気機械を収容した、中空のポータルアクスルが設けられる。平歯車変速段の形態のステップダウンギヤ機構が、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。

導入部に記載したタイプの特徴を有する駆動装置は、（特許文献２）からも公知である。

（特許文献３）は、特に、農業自動車両用の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は、比較的長い時間にわたって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、クラッチによるフォースフィッテング式連結が可能になっている。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ステップダウンギヤ機構に連結され、前記ステップダウンギヤ機構は、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、電気モーターの回転子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ー用電気入力エネルギーは、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、自動車両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ステップダウンギヤ機構を介して、回転方向に動かない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ーを有する、直接駆動される自動車両の駆動アクスルを開示している。

記載された駆動装置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、剛性アクスルの形態を取ることである。その結果、振動および乗り心地上の理由から、この種の駆動装置は、商用車、例えばバスまたは農業用車両でしか使用されていない。

独国実用新案第２９５１８４０１Ｕ１号明細書 独国実用新案第２９６１１８６７Ｕ１号明細書 独国特許出願公開第４４３４２３７Ａ1号明細書 独国特許出願公開第１０２００４００３６３４Ａ1号明細書 独国実用新案第２０２１３６７０Ｕ１号明細書

本発明の目的は、導入部に記載した種類の駆動装置において、それぞれのホイールからステップダウン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方法で取り付けることが可能になる。

この目的は、それぞれのステップダウンギヤ機構が、カルダンシャフトによって、このステップダウンギヤ機構に対応するホイールに連結されることで達成される。

ステップダウンギヤ機構と対応するホイールとの間の、カルダンシャフトを用いたフォースフィッテング式（Force Fitting Manner）連結（遊びを許容しつつ力を伝達することが可能な連結方式）は、アクスルに剛性をもたせることなくトルクを伝達することが可能になる。その結果、その駆動装置を装備した自動車両には、前述の先行技術による自動車両とは対照的に独立懸架システムを設けることができる。これは、駆動装置の使用分野をかなり広げ、特に自動車において、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場合、乗り心地上および安全走行性の理由から有利である。

それぞれのカルダンシャフトは、好ましくはダブルカルダンジョイントとして設計されており、その両端部領域において、平歯車変速段の出力軸およびホイールハブにフォースフィッテング式連結によって接続される。

好ましくは、ポータルアクスルとホイール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ステップダウンギヤ機構によって相殺される。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と、それは特に有利と考えられる。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設計によって、特に高いトルクをホイールに伝達することが可能であるが、到達可能な最高速度は低減される。

好ましくは、平歯車変速段および／または遊星歯車機構は、ポータルアクスルの構成要素である。ポータルアクスルは、特に、シャシクロスメンバおよび自動車両の本体にしっかりと固定される。

本発明の１つの特別の実施形態によれば、ポータルアクスルは、２基の電気機械を収容するインテグラルハウジングを有する。

したがって、電気機械は、ハウジングの外側にいかなる設置スペースも必要とせず、この理由で車両の車台領域に省スペース的な方法でポータルフレームも配置することができる。それぞれの電気機械のハウジングがポータルアクスルのハウジングによって形成される場合、特に有利であると考えられる。したがって、それぞれの電気機械の固定子は圧力ばめにより回転方向に動かない態様でインテグラルハウジングに接続され、特に、連結前にインテグラルハウジングを加熱し、それぞれの電気機械の固定子を冷却することにより固定子は収縮被覆される。

好ましくは、電気機械のそれぞれには、電気機械の回転子の位置または回転子の回転速度を検知するために回転角センサーまたは回転速度センサーが設けられる。この目的のために、電気機械のそれぞれのシャフトに被検知片が設けられ、被検知片は対応するセンサーによって位置が検知される。

トルクセンサーがそれぞれのホイールのドライブトレインのトルクを検知するために設けられる場合もまた、有利であると考えられる。その結果、それぞれのホイールに導入さされるべき目標トルクに応じて、対応する電気駆動装置を個別に作動させることが可能となる。

本発明はまた、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／またはリアアクスルが、独立懸架システムを備えるとともに、本発明に係る駆動装置を装備する自動車両、特に自動車を提案する。この自動車両は、特にフロントアクスルが本発明による駆動装置を装備しており、リアアクスルが内燃機関によって駆動されるものであるのがよい。

自動車両は特に、エネルギー貯蔵手段を有する。また、電気機械はモーターモードおよび発電機モードで作動する。

したがって、本発明による駆動装置は、特にハイブリッド駆動装置によって駆動することができる車両において使用される。ハイブリッドシステムは、追加の電気的な駆動機械およびエネルギー貯蔵手段を加えることにより、特に、スポーツカーで車両の出力を高めて、燃料消費を削減する働きをする。２基の電気機械により、ホイール特有の正または負のトルクを自動車両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。電気機械の操作により、車両は加速されるか（モーターモード）、または減速される（発電機モード）。エネルギー貯蔵手段はその過程において放電または充電される。両電気機械のトルク間に機械的結合がないことが重要である。

ポータルアクスルの機能は、適切なステップダウン手段を用いて、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。この目的を達成するために、遊星歯車段および平歯車変速段を含む２段階ギヤ機構が、電気機械の出力軸にそれぞれフランジで接続される。ギヤ機構の出力シャフトは、カルダンシャフトによりホイールに直結される。この場合、断接可能なクラッチを緊急用に設置することができる。したがって、多板クラッチは、遊星歯車段の内歯車とハウジングとの間のステップダウンギヤ機構に形成することができる。前記クラッチは油圧によって切ることができ、油圧が作動しない場合には繋がっている。前記クラッチは、第１には安全機能として作用し、その結果、たとえば短絡の場合には電気機械をホイールから機械的に切り離すことができ、第２には構成要素の保護手段として作用する。高トルクが駆動側に加えられギヤ機構または駆動軸が破損される可能性がある場合、クラッチは過度のトルクを低減するためにスリップする。スリップ時のトルクは、規定のプレテンションをクラッチに付与するための接触圧用バネのバネ定数によって決まる。ギヤ機構伝達比は、ポータルアクスルによって伝達することができる最大トルクの著しい増加を可能にする。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、たとえば６〜８倍にすることができる。

本発明による自動車両において、電気機械を含むポータルアクスルは、特にフロントアクスルに対しその長さ方向に沿って配置される。ポータルアクスル両側のステップダウン手段は、第１に回転速度を適合させ、第２にカルダンシャフトとの機械的連結を確実にするためにＺ方向の高さを調節する働きをする。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接近して取り付けられることとする。ポータルアクスルは、好ましくは車両のステアリングシステムまたはステアリングギヤ機構のすぐ後ろに配置する。この場合、ポータルアクスルは（ホイール回転軸回りに）「回転可能」であり、したがって、アクスルの垂直方向スペースは、取り付け具または固定手段の位置を変えることにより異なる車体高の車両に適合させることができるので、このポータルアクスルは汎用的に使用することができる。

本発明のさらなる特徴が、従属請求項、以下の図面の記述および図面自体から得ることができる。

好ましい代表的な実施形態は、以下の記述により詳細に説明され、図面に示される。

本発明による駆動装置の立体的な具体例を示す。 ポータルアクスルに対応したホイールを含む、図１に示した駆動装置の概略設計である。

本発明による駆動装置を装備している自動車両は、特にカーレースにおいて使用されることを意図され、リアアクスルに対応する独立懸架ホイールが内燃機関によって駆動され、フロントアクスルに対応して同様に個別に懸架されたホイールが、たとえば、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、電動モーターによって駆動され得る自動車である。以下の記述は、フロントアクスルの領域における自動車両の構造、およびこの点に関して本発明に従って形成された駆動装置に関する。この駆動装置１は管の形態の中央ハウジング３を備えたポータルアクスル２を有する。前記ハウジングが２基の電気機械４を収容する役割をする。それぞれの機械４の固定子５は回転方向に動かない態様でハウジング３に取り付けられ、このハウジング３は機械４のハウジングの機能を有する。それぞれの機械４の固定子５は、それぞれ前記機械４の回転子６をその内側に有する。

駆動装置１は、回転子６の回転軸に垂直で電気機械４同士の間に配置された平面に関して対称的に設計されている。それぞれの回転子６の回転する角度を検知する役割をする回転式の角度センサー７は、この対称面に配置される。所望の駆動状態に従って２基の電気機械４を駆動させることができるように、好ましくは回転子６の回転速度も回転速度センサーの形態をとるセンサーによって特定することができる。

車両はエネルギー貯蔵手段を有する。したがって、電気機械４はモーターモードまたは発電機モードで作動し得る。

遊星歯車機構８は、ハウジング３のそれぞれの端部にフランジ接続される。平歯車変速段９の形態の追加的なステップダウンギヤ機構が、トルクの流れの点でこの遊星歯車機構８の下流に配置される。前記平歯車変速段は遊星歯車機構８にフランジで連結される。

上述のポータルアクスル２は、フロントアクスルの領域において前方端部に配置される。低重心にするために、ポータルアクスル２は、車両の車台に可能な限り接近して配置される。さらに、ポータルアクスル２は、可能な限り車両のステアリングギヤ機構の近くに配置される。

ポータルアクスル２はハウジングによって車両のシャシクロスメンバに２点で固定される。さらに、車両本体に固定するために平歯車変速段９上のギヤ機構に２つのホルダーが設けられる。

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８の太陽歯車に回転方向に動かない態様で連結されている。遊星歯車機構８の内歯車は動かない。複数の遊星歯車を収容する遊星キャリアは平歯車変速段９のピニオンに回転方向に動かない態様で連結され、前記平歯車変速段は平歯車変速段９の大きな方のギヤと噛み合っている。

２つの端部領域においてジョイント１１を有するカルダンシャフト１０は、それぞれの平歯車変速段４の出力に回転方向に動かない態様で連結されている。図２にでのみ図示されるように、カルダンシャフト１０は、対応する平歯車変速段９の反対側の前記カルダンシャフトの端部領域で、対応するフロントホイール１２のハブに、回転方向に動かない態様で連結されている。さらにこの図は、それぞれのフロントホイール１２用のスプリング付き懸架装置１３を示す。これは、きわめて簡略化した態様で、ホイール１２の独立懸架システムを示すことを意図している。

図２は、駆動装置がカルダンシャフト１０を用いて形成された場合に、前記駆動装置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１２の回転軸のレベルより低いレベルに配置されていること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がモーターモードか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１０との領域のトルクを示すためのトルク矢印を表わしている。

Claims (15)

1. ２基の電気機械（４）を収容する中空ポータルアクスル（２）を有し、前記ポータルアクスル（２）の２つの端部領域にそれぞれ１つのホイール（１２）が回転可能に取り付けられ、前記ホイール（１２）は、それぞれに対応する前記電気機械（４）を用いて駆動することができ、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（１２）との間に配置されたステップダウンギヤ機構（８、９）を有する自動車両用の駆動装置において、
   それぞれのステップダウンギヤ機構（８、９）が、カルダンシャフト（１０）によって、対応する前記ホイール（１２）に連結されていることを特徴とする駆動装置（１）。
2. 前記ステップダウンギヤ機構（８、９）が平歯車変速段（９）を有することを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
3. それぞれの前記カルダンシャフト（１０）が、その端部領域において、前記平歯車変速段（９）の出力シャフトおよびホイールハブにフォースフィッテング式連結で連結されることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記ステップダウンギヤ機構（８、９）が遊星歯車機構（８）を有し、前記遊星歯車機構（８）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平歯車変速段（９）との間に配置されることを特徴とする請求項２または３に記載の駆動装置。
5. 前記平歯車変速段（９）および／または前記遊星歯車機構（８）が、前記ポータルアクスル（２）の構成要素であ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駆動装置。
6. 前記ポータルアクスル（２）が前記２基の電気機械（４）を収容するためのインテグラルハウジング（３）を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の駆動装置。
7. 前記それぞれの電気機械（４）の前記ハウジングが、前記ポータルアクスル（２）の前記ハウジング（３）によって形成されることを特徴とする、請求項６に記載の駆動装置。
8. 回転角センサー（７）または回転速度センサーが、前記それぞれの電気機械（４）の回転子（６）の回転角または回転速度を検知するために設けられ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駆動装置。
9. 前記センサー（７）が前記電気機械（４）同士の間に配置されていることを特徴とする、請求項８に記載の駆動装置。
10. 前記センサー（７）が、前記ポータルアクスル（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８または９に記載の駆動装置。
11. トルクセンサーが、前記それぞれのホイール（１２）のドライブトレインのトルクを検知するために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駆動装置。
12. 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、独立懸架システムを備えるとともに、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の駆動装置（１）を装備した自動車両、特に自動車。
13. 前記フロントアクスルが、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の機能による駆動装置を装備し、前記リアアクスルが内燃機関によって駆動される、請求項１２に記載の自動車両。
14. エネルギー貯蔵手段と、モーターモードおよび発電機モードで作動する前記電気機械（４）とを備えた、請求項１２または１３に記載の自動車両。
15. 前記ポータルアクスル（２）が、ステアリングギヤ機構のすぐ後ろの、前記車両の車台の領域に配置されている、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の車両。

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