JP2013530676A - 自動車用電動式駆動装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、駆動シャフト（２６）を回転するように配置した固定子（２４）と回転子（２２）を有する電動モータ（２０）と、当該電動モータ（２０）を収容した、仮想中心軸線（Ｘ）を有する基本的にリング状の断面を有する筐体（３０、１３０、２３０、３３０、４３０）とを備える電動式駆動装置（１０、１１０、２１０、３１０、４１０）に関し、電動モータ（２０）は、該電動モータ（２０）の駆動シャフト（２６）の回転中心が基本的に筐体（３０、１３０、２３０、３３０、４３０）の中心軸線に平行に離間して延びて電動モータと筐体の間に所望の空間（３６）を形成するように、筐体（３０、１３０、２３０、３３０、４３０）内に偏心して配置される。本発明はまた、電動式駆動装置を有する自動車に関する。
【選択図】図２ａ

Description

本発明は、請求項１の前文に係る電動式駆動装置に関する。本発明はまた、自動車に関する。

車両業界は、車両がより広範囲に電動化される変革期に入っており、様々な種類のハイブリッド化が最新のトレンドである。コンパクトさ、高電力、および高トルク出力（ｔｏｒｑｕｅ ｏｕｔｌｅｔ）の要求が高まっている。

ドイツ特許出願公開第１９８４０００６号明細書では、筐体に収容された電動モータが開示されており、当該電動モータの回転中心が駆動輪の回転中心に対して偏心している。電動モータの駆動シャフトは電動モータの筐体と中心が同一である。

米国特許出願公開第２００７１１７６６９号明細書では、筐体に収容された電動モータを有する電動式駆動装置が開示されており、電動モータの出力シャフトが電動モータの駆動シャフトに対して同心に配置されている。当該駆動装置はさらに、電動モータと接続して配置された差動モータを備える。電動モータの回転中心は、駆動輪の回転中心に対して偏心している。

本発明の目的は、コンパクトで、容積効率が良く、安定的な製造を容易にする、自動車駆動用の電動式駆動装置を提供することである。

この目的およびその他の目的は、下記の説明から明らかであるが、前置きとして述べられる類の電動式駆動装置と自動車、さらには、添付の請求項１および請求項１３の発明特定事項に記載の特徴を有する電動式駆動装置と自動車により達成される。電動式駆動装置の好適な実施形態は添付の従属請求項２乃至１２で定義されている。

本発明によれば、上記の目的は、駆動シャフトを回転するように配置された回転子と固定子とを有する電動モータと、当該電動モータが収容される筐体とを備える、自動車駆動用の電動式駆動装置で達成される。筐体は、仮想的な中心軸線を有する基本的にリング状断面を有する。電動モータは、電動モータと筐体との間に所望の空間が形成されるべく電動モータの駆動シャフトの回転中心が基本的に筐体の中心軸線と平行にかつ該中心軸線から離間して延びるよう、筐体内に偏心して配置される。

これにより、例えば筐体内に油溜めおよび／または差動部／差動シャフトのための空間が設けられると同時に、コンパクトで、容積効率が良く、安定な装置が容易になる。さらに、油溜めに注油するための連結部を集約し、筐体外部へケーブルを引き出すことが容易になる。

電動式駆動装置の一実施形態によれば、上記の所望の空間は谷状の構成を有する。

電動式駆動装置の一実施形態によれば、上記のリング状断面は円形である。これにより、非常に安定した高剛性の筐体が得られる。当該筐体はまた、直円管を当該筐体の製造に使用できるので安価に製造できる。

電動式駆動装置の一実施形態によれば、上記のリング状断面は楕円形である。この結果、安定的な製造とコンパクト化の解決手段が得られる。

電動式駆動装置の一実施形態によれば、電動モータは、筐体内の電動モータ下部で上記空間が何もない状態とされるように偏心して変位している。電動モータ下部に空間を設けることにより、油溜めの利用が容易になる。

電動式駆動装置の一実施形態によれば、油溜めが筐体の上記空間の底部に配置される。これにより、ギヤホイール／ギヤに効率的に潤滑油を注入すること、および、電動モータを冷却するための油冷媒を効率的に受け入れることが容易になる。

一実施形態によれば、電動式駆動装置は駆動シャフトに接続させた出力シャフトを備える。これにより、車両を駆動するための、駆動輪／ハブ・リダクションへの接続を提供することができる。

電動式駆動装置の一実施形態によれば、出力シャフトが駆動シャフトと整列される。これにより、所謂シャフト内電動モータ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｏｔｏｒ−ｉｎ−ｓｈａｆｔ）を形成するための解決手段が得られる。この結果、内部断面力のような追加の力が筐体に働くことが回避され、トルクと曲げ力のみが生ずることとなる。

電動式駆動装置の一実施形態によれば、出力シャフトは駆動シャフトを通って延伸する。これにより、所謂シャフト内電動モータの解決手段が得られる。この結果、遊星ギヤ／リダクションギヤを電動モータの各側に配置することができ、各遊星ギヤの太陽ギヤが電動モータの各側の出力シャフトに接続される。

一実施形態によれば、電動式駆動装置はさらに、電動モータが偏心して変位しているため電動モータと筐体の間で何もない状態とされた筐体の空間に配置されたアクスル構成を有する差動装置を備える。これにより、差動機能のための差動装置のコンパクト化の解決手段が得られる。当該差動装置は、遊星ギヤに接続され、効率的な駆動が容易になる。

電動式駆動装置の一実施形態によれば、筐体は、外部負荷を受けるように構成される。当該筐体が、例えばハブリダクションを介して例えば各側からの外部負荷が当該筐体の構造で受けられるように構成されるので、かかる負荷は筐体内の遊星構成または電動モータに影響を及ぼさない。

電動式駆動装置の一実施形態によれば、筐体は、筐体下部の拡張部に沿った中央領域に配置された開口部を有する。これにより、電動モータから筐体外部へケーブルを引き出すことと、筐体へ注油することが容易になる。

下記の詳細な説明を添付図面と関連して読むと、本発明はより良く理解されよう。添付図面では、幾つかの図面にわたって同じ参照番号は同じ部分を指す。

自動車の略側面図である。 本発明の一実施形態に従う、電動式駆動装置の略軸線方向断面図である。 図２ａの電動式駆動装置の差動装置を上から見た概略図である。 図２ａに従う電動式駆動装置の略径方向断面図である。 本発明の一実施形態に従う、電動式駆動装置の略側面図である。 図４に従う電動式駆動装置の略径方向断面図である。 本発明の代替的な実施形態に従う電動式駆動装置の略径方向断面図である。 本発明の代替的な実施形態に従う電動式駆動装置の略径方向断面図である。 本発明の代替的な実施形態に従う電動式駆動装置の略径方向断面図である。

図１を参照すると、自動車１の側面図が示されている。当該車両は、建設用車両または軍用車のような大型車両であってもよい。車両は装輪車両であっても装軌車両であってもよい。あるいは、車両は乗用車であってもよい。車両１は、以下の諸実施形態の何れかによれば、車両を推進するための少なくとも１つの電動式駆動装置を備える。

図２ａは、本発明の一実施形態に従う電動式駆動装置１０の軸線方向断面図を概略的に示し、図２ｂは、図２ａの電動式駆動装置１０の差動装置４０を上から見た図であり、図３は、図２ａの電動式駆動装置１０の径方向断面図を概略的に示すものである。電動式駆動装置１０は、電動モータ２０と、電動モータ２０が収容される筐体３０とを備える。当該電動式駆動装置は自動車を推進するように配置される。

電動モータ２０は回転子２２と固定子２４とを備え、当該回転子２２は駆動シャフト２６または回転シャフト２６に接続されており、当該駆動シャフト２６を回転するように配置されている。駆動シャフト２６は、回転子２２に対して同心に延びるように配置され、回転子２２は駆動シャフト２６を囲むように配置される。固定子２４は回転子２２を囲むように配置され、回転シャフト、そして結果として回転子２２は固定子２４に対して同心に配置される。１変形によれば、電動モータ２０および結果として駆動シャフト２６は、車両の長手方向拡張部（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）にわたって配置するようにしたものである。駆動シャフトは、車両の駆動輪に接続され、当該駆動輪を駆動するように配置される。駆動シャフト２６は、基本的に水平に延びるように配置される。駆動シャフト２６は、駆動輪または駆動トラック（ｄｒｉｖｅ ｔｒａｃｋ）のような接地部材と接続されこれらを駆動するようにしたものである。電動式駆動装置１０は結果として、自動車を推進するための、駆動輪または駆動トラックのような接地部材を駆動するように配置される。

駆動シャフト２６は結果として、電動モータ２０の仮想中心軸線に対して同心に延びる。これにより、電動モータと上記筐体との間に所望の空間３６が形成される。当該空間３６は谷状の構成を有する。

筐体３０は基本的に、仮想中心軸線Ｘを伴うリング状断面を有する。本実施形態によれば、筐体３０は基本的に円形の断面を有する。電動モータ２０は、電動モータ２０の駆動シャフト２６が筐体３０の中心軸線Ｘと平行に離間して延びて上記所望の空間３６を形成するように、筐体３０に対して偏心して変位するように配置される。筐体３０は結果として、仮想中心軸線Ｘが基本的に水平に延びるように、基本的に水平に配置されるようにしたものである。

電動モータ２０は、基本的に円柱の筐体３０において主に径方向上方に変位している。筐体３０は、電動式駆動装置１０における支持構造の中心的部分を構成する。一変形例によれば、駆動シャフト２６／仮想中心軸線２６の筐体３０に対する変位は２０〜８０ｍｍであり、一変形例によれば約４５ｍｍである。結果として、上記所望の空間は筐体３０の下部領域において軸線方向に延びる。

駆動シャフト２６に対して電動モータ２０が偏心的に配置されているために電動モータ２０の下に生じた数センチメートルを、差動装置４０と油溜めＯの差動アクスル構成４２ａ、４２ｂの配置に利用する。さらに、筐体３０の中央からケーブルをスムーズに引き出すことが容易になり、このことは図４および図５で示されており、後でより詳細に説明する。

電動式駆動装置１０は、駆動シャフト２６に接続された出力シャフト１２を備える。本実施形態によれば、出力シャフト１２は、駆動シャフト２６と整列される。本実施形態によれば、出力シャフト１２は上記駆動シャフト２６を通って延伸する。

本実施形態によれば、電動式駆動装置１０は、筐体３０内に配置した差動手段を備える。前記差動手段は、第１の遊星ギヤ構成５０と第２の遊星ギヤ構成６０を備え、電動モータ２０が第１の遊星ギヤ構成５０と第２の遊星ギヤ構成６０との間に配置される。

第１の遊星ギヤ構成５０は、遊星ギヤ５２、太陽ギヤ５４、およびリングギヤ５６を備える。第２の遊星ギヤ構成６０は、遊星ギヤ６２、太陽ギヤ６４、およびリングギヤ６６を備える。

第１の遊星ギヤ構成５０と第２の遊星ギヤ構成６０は、出力シャフト１２を介して互いに駆動可能に接続される。出力シャフト１２は、遊星ギヤ構成５０、６０の各々の太陽ギヤ５４、６４に接続される。

差動手段は、第１の遊星ギヤ構成５０のリングギヤ５６と第２の遊星ギヤ構成６０のリングギヤ６６とに係合して自動車の差動機能を提供する差動装置４０を備える。

差動装置４０は、アクスル構成４２ａ、４２ｂを備える。アクスル構成４２ａ、４２ｂは、筐体３０において、電動モータ２０の中心軸線２６が筐体３０の中心軸線Ｘに対して上記のように変位することで何もない状態とされた空間３６内で電動モータと筐体３０の筐体壁の間に配置されている。

図２ｂから分かるように、当該アクスル構成は、基本的に筐体の軸線方向の長手方向拡張部に沿って空間３６内で互いと平行に延びる、第１の差動シャフト４２ａと第２の差動シャフト４２ｂを備える。差動装置は、差動ギヤ４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂを備え、第１の差動シャフト４２ａのギヤ４４ａは、歯によってリングギヤ５６と係合し、第１の差動シャフト４２ｂのギヤ４４ｂは歯によってリング車輪６６と係合する。

差動装置４０は、出力シャフト１２の片側でギヤを高速にし、同時に、反対側でギヤを低速にする。これは、リングギヤ５６、６６がギヤ４６ａ、４６ｂにより互いと反対方向に回転できるので実現されるものである。

電動式駆動装置１０の電動モータ２０は、出力シャフト１２と軸線方向に整列し、差動装置４０のアクスル構成４２は、電動モータ２０の中心軸線が筐体３０の中心軸線に対して変位することで何もない状態とされた筐体３０内の空間３６において電動モータ２０のジャケット面（ｊａｃｋｅｔ ｓｕｒｆａｃｅ）に沿って延びるように配置される。

筐体３０は、図２ａに概略的に示した径方向に延びる壁部３２、３４を備える。壁部３２、３４は、遊星ギヤ構成５０、６０と電動モータ２０の間の区画を構成するように配置されている。これらの壁部３２、３４は、とりわけ、回転シャフトとリングギヤのサスペンションに必要である。

電動式駆動装置１０は、高出力トルクを生成しようとするものであり、出力回転速度が高い。一変形例によれば、図示していないが、ハブリダクションを備える電動式駆動装置１０は、２００ｋＮｍの範囲で出力トルクを生成するように配置され、ハブリダクションを除いた電動式駆動ユニットでは対応するトルクが１０ｋＮｍの範囲であり、本実施形態によれば、ハブリダクションを備える電動式駆動装置１０は、最大出力回転速度を１００ｒｐｍ近くにするように配置され、ハブリダクションを除いた電動式駆動ユニットでは対応する回転速度は２０００ｒｐｍに近い。

筐体３０は、貨物運搬用に構成され、一変形例によれば２００トンの範囲の高負荷に耐えるように製造されている。筐体３０は、外部負荷を支持するように配置されている。筐体３０は、例えばハブリダクションを介した例えば両側からの外部負荷が筐体の構造に伝達されても、かかる負荷が遊星ギヤ構成または電動モータに影響を及ぼさないように構成されている。筐体３０は、電動モータ２０からの駆動トルクを受けるように配置されている。かかる負荷は、電動式駆動装置１０の駆動中に生じた負荷、上方からの負荷、等を含む。

上記値は例にすぎず適用事例に応じて任意の適切な電動式駆動装置を使用することができる。

円形断面を有する円柱筐体３０を用いることで、容易かつ安価に製造できる高剛性の筐体３０が得られる。一実施形態によれば、筐体３０の構成要素は、負荷を受けるのに最適な円形断面を有する管を用いて製造される。電動モータ２０を水平に配置した筐体３０内に偏心して配置することで、筐体３０の最上部の容積部（空間部）が利用される。即ち、その上部ジャケット面が筐体３０の内部上面に沿って軸線方向に延び、同時に、差動装置のアクスル構成が開放された空間３６内で電動モータ２０の下に配置されるように、電動モータが配置される。即ち、アクスル構成が筐体３０の内部下面に沿って空間３６内で軸線方向に延びるように配置され、コンパクトな構成が得られ、同時に、上述の利点を有する直円管が利用される。

本発明は、電動モータ２０を、車両内に水平に配置された直円柱状の筐体３０内に偏心して配置させるものである。即ち、駆動シャフト２６の回転中心は直円柱状の筐体３０の仮想中心軸線Ｘに対して径方向に変位しており、電動モータ２０の下に軸線方向に延びる空間３６において、筐体３０内の差動装置４０のアクスル構成４２ａ、４２ｂに空間が与えられている。電動モータ２０が変位したときに利用できる容積部は、油溜めＯとして利用され、上述のように差動装置４０のアクスル構成４２ａ、４２ｂ用の空間を提供し、結果として、図示していないが差動ブレーキ／トルク・ベクタリングをも提供する。さらに、開放された空間３６により、注油、冷却手段、電源およびセンサ、等のための接続を集約することが容易になる。

出力シャフトが上記駆動シャフトを通って延伸することにより、電動モータ２０の各側の遊星ギヤ構成５０、６０を介した出力シャフト１２によるシャフト内モータを構成するための解決手段が得られる。このシャフト内モータ解決手段では、カルダン・シャフトは必要でなく、全ての出力伝達はケーブルを介して実現される。特に、電動モータ２０が円形の断面を有する筐体３０内に偏心して配置された本実施形態に従う変形に対して、コンパクトで容積効率の良い装置が得られ、同時に、筐体３０は直円柱状を保って最高の強度と剛性を得る。

本発明に従う電動式駆動装置１０は、第一に、中型車両と大型特殊車両を対象とする。ここで、電動モータ２０は車両内で水平に配置され、車両内に水平に配置された直円柱状の筐体３０に対して偏心して配置され、同時に、駆動シャフトと出力シャフト、および結果として駆動輪との間の同軸性が保たれる。

図４は、本発明の一実施形態に従う電動式駆動装置１１０の側面図を概略的に示し、図５は、図４に従う電動式駆動装置１０の径方向断面図を概略的に示す。

本実施形態に従う電動式駆動装置１１０は図２および図３の実施形態に従う電動式駆動装置１０と次の点でのみ相違する。即ち、筐体１３０は、筐体１３０の下部で片側に沿って中央領域内に配置されたポート１１２を通じて形成された開口部１１４を有し、それにより、ケーブルを電動モータから筐体１３０外部に導くことができる。

電動モータ２０が偏心して配置されているので、筐体１３０の下部にポート１１２を配置することにより、ケーブルの引出しが可能となる。さらに、一実施形態によれば、上記ポートはまた、注油手段への接続を構成するように配置される。

図６ａ〜図６ｃは、本発明の代替的な実施形態に従う電動式駆動装置２１０、３１０、４１０の径方向断面を概略的に示す。筐体２３０、３３０、４３０は異なるリング状の断面を有する。

電動式駆動装置１０の上には、筐体３０を有する電動式駆動装置１１０と、電動モータ２０を収容するための筐体１３０が記載され、筐体３０、１３０は仮想中心軸線Ｘを有する基本的に円形の断面を有する。

図６ａに示す代替的な実施形態によれば、電動式駆動装置２１０は、中心軸線Ｘを有する、基本的に断面が楕円形である筐体２３０を有する。電動モータ２０は、電動モータ２０の駆動シャフト２６／中心軸線２６が筐体２３０の中心軸線と平行に離間して延びるように、筐体２３０内で偏心して変位するように配置される。

代替的な実施形態によれば、電動式駆動装置３１０は、中心軸線Ｘを有する、基本的に断面が卵形である筐体３３０を有する。電動モータ２０は、電動モータ２０の駆動シャフト２６／中心軸線２６が筐体３３０の中心軸線Ｘと平行に離間して延びるように、筐体３３０内で偏心して変位するように配置される。

代替的な実施形態によれば、電動式駆動装置４１０は、中心軸線Ｘを持ち平行な側面と半円の端部を有する基本的に細長い断面の筐体４３０を有し、電動モータ２０は、電動モータ２０の駆動シャフト２６／中心軸線２６が筐体３０の中心軸線と平行に離間して延びるように、筐体４３０内で偏心して変位するように配置される。

リング状の筐体と当該筐体内に偏心して配置された電動モータとを有する電動式駆動装置の上には、車両の長手方向拡張部にわたって基本的に水平に配置するものとしたリング形状の筐体が記載されており、これにより、車両推進用の電動モータの駆動シャフトが、駆動輪または駆動トラックのような接地部材を駆動するために車両の長手方向拡張部にわたって延びる。

代替えとして、電動式駆動装置のリング状の筐体と、当該筐体内に偏心して配置された電動モータは、車両推進用の電動モータの駆動シャフトが車両の長手方向に延びるように、基本的に車両の長手方向拡張部において水平に配置されるようにしたものであり、カルダン・シャフトが、駆動シャフトから接地駆動輪または接地駆動トラックへ駆動力を伝達するように配置される。

以上の本発明の好適な諸実施形態は、例示および説明の目的で提供したものである。包括的であることは意図しておらず、開示した形態そのものに本発明を限定する意図もない。明らかに、当業界の技術者は多数の修正と変形を理解するであろう。上記の諸実施形態は、本発明の諸原理とその実用的な適用を最も良く説明するために選択し説明したものである。これにより、当業界の他の技術者は、考えられる具体的な利用に適した、本発明の様々な実施形態と本発明に対する様々な修正を理解することができる。

Claims (13)

1. 駆動シャフト（２６）を回転するように配置した回転子（２２）と固定子（２４）とを有する電動モータ（２０）と、
   前記電動モータ（２０）を収容した、仮想中心軸線（Ｘ）を有する基本的にリング状の断面を有する筐体（３０、１３０、２３０、３３０、４３０）と
   を備える、自動車を駆動するための電動式駆動装置（１０、１１０、２１０、３１０、４１０）において、
   前記電動モータ（２０）は、前記電動モータ（２０）の前記駆動シャフト（２６）の回転中心が基本的に前記筐体（３０、１３０、２３０、３３０、４３０）の中心軸線に平行に離間して延びて前記電動モータと前記筐体の間に所望の空間（３６）を形成するように、前記筐体（３０、１３０、２３０、３３０、４３０）内に偏心して配置されていることを特徴とする、電動式駆動装置。
2. 前記所望の空間（３６）が谷状の構成を有する、請求項１に記載の電動式駆動装置。
3. 前記リング状の断面が円形である、請求項１または２に記載の電動式駆動装置。
4. 前記リング状の断面が楕円形である、請求項１または２に記載の電動式駆動装置。
5. 前記空間（３６）が前記筐体（３０）において前記電動モータ（２０）の下で開放されるように前記電動モータ（２０）が偏心して変位されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動式駆動装置。
6. 油溜め（Ｏ）が前記筐体（３０、１３０、２３０、３３０、４３０）の底部に配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動式駆動装置。
7. 前記駆動シャフト（２６）に接続された出力シャフト（１２）を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動式駆動装置。
8. 前記出力シャフト（１２）が前記駆動シャフト（２６）と整列されている、請求項７に記載の電動式駆動装置。
9. 前記出力シャフト（１２）が前記駆動シャフト（２６）を通って延びる、請求項７または８に記載の電動式駆動装置。
10. 前記電動モータ（２０）が偏心して変位していることにより前記電動モータ（２０）と筐体の間で何もない状態にされた前記筐体（３０、１３０、２３０、３３０、４３０）の前記空間（３６）内にアクスル構成（４２ａ、４２ｂ）が配置された差動装置（４０）をさらに備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の電動式駆動装置。
11. 前記筐体（３０、１３０、２３０、３３０、４３０）が外部負荷を受けるように構成された、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電動式駆動装置。
12. 前記筐体（１３０）が、前記筐体下部の拡張部に沿って中央領域内に配置された開口部（１１４）を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電動式駆動装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電動式駆動装置（１０、１１０、２１０、３１０、４１０）を備える自動車。

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