JP2014503758A

JP2014503758A - 電気アクスル

Info

Publication number: JP2014503758A
Application number: JP2013538239A
Authority: JP
Inventors: ラーシュセヴェリンソン，
Original assignee: ボルグワーナートルクトランスファーシステムズエービー
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: CN103210243A; CN103210243B; US9120479B2; US20140148307A1; RU2013122950A; EP2641001A1; WO2012066035A1; RU2592198C2; JP5937607B2; EP2641001B1; KR20130129374A

Abstract

四輪路上走行車両用の電気アクスル（２００，３００，４００）が提供される。アクスル（２００，３００，４００）は、前記アクスル（２００，３００，４００）に同軸に配置された推進モータ（２１０，３１０，４１０）と、前記推進モータ（２１０，３１０，４１０）と前記アクスル（２００，３００，４００）の第一の側とに接続された第一遊星歯車装置（２２２ａ，３２２ａ，４２２ａ）および前記推進モータ（２１０，３１０，４１０）と前記アクスル（２００，３００，４００）の第二の側とに接続された第二遊星歯車装置（２２２ｂ，３２２ｂ，４２２ｂ）であって、差動機構（２２０，３２０，４２０）を形成する第一および第二遊星歯車装置（２２２，３２２，４２２）と、前記アクスル（２００，３００，４００）に同軸に配置されたモータ（２４２，３４２，４４２）を備え、前記アクスル（２００，３００，４００）の前記第一の側と前記第二の側との間のトルク配分を変化させるためのトルクベクタリングユニット（２４０，３４０，４４０）とを備え、前記トルクベクタリングユニット（２４０，３４０，４４０）の前記モータ（２４２，３４２，４４２）は第一および第二遊星歯車装置（２２２，３２２，４２２）に接続される。

Description

本発明は四輪走行車両の電気アクスルに関する。特に、本発明は、前記アクスルの右車輪と左車輪との間にトルク差を与えるためのトルクベクタリングユニットを有する電気アクスルに関する。

路上走行車両の場合は、車両の安定度および／または性能を向上させるためにそれぞれの車輪に異なる駆動トルクを配分できることが望ましい。したがって、車両の駆動トルク配分を変化させることを目的とした路上走行車両用のトルクベクタリングユニットが公知である。

このようなトルクベクタリング装置は、駆動トルクを従動軸上で横方向に、または従動軸と非従動軸との間で長手方向に、振り分けるように構成される。

駆動力学に関して所望の結果を得るために、状況によっては駆動軸上の一方の駆動輪との関係において、もう一方の駆動輪に正トルクを加えることが好都合な場合もある。このような正トルクは、シフトアップするため、すなわち当該車輪の駆動軸の回転速度を例えば１０％上げるための機械式歯車装置によって、それ自体は公知の方法で得ることもできる。

このような機械式歯車装置の多くの例が公知である。このような重くて高価な構成においては、２つの駆動軸のためのトルクベクタリング装置がセンターデフ（差動装置）の両側に配置されている。

したがって、２つの車輪間に回転速度差が要求されると、従来技術の装置は絶対回転速度に対する相対回転速度に影響を及ぼすので、消費電力が相対的に高い重い装置となる。

この点に鑑みて、本出願人は、上記諸欠点を克服するトルクベクタリングユニットを以前公開した。このようなユニットは国際公開第２０１０１０１５０６号に全体が開示されており、起動されると、正トルクを一方の車輪に加え、反対のトルクをこの車輪と同じアクスルに配設されている別の車輪に加えるように、路上走行車両の従動軸に連結されたモータを備えている。

このトルクベクタリングユニットは、車両の従動軸に配置される。トルクベクタリングユニットが車両の電気アクスルに作用するように、推進力がモータによって与えられるとよい。このような電気アクスルは、例えばハイブリッド車、すなわち推進トルクをフロントアクスルに加えるための第一伝動装置と、推進トルクをリヤアクスルに加えるための第二伝動装置とを備えた車両、に四輪駆動を搭載するために極めて魅力的である。

以前公開したユニットは極めて魅力的ではあるが、性能、簡潔性、スペース要件、コストなどに関する改良の要望が業界において高まっている。したがって、よりコンパクトでよりコスト効率の高い、トルクベクタリングユニット付き電気アクスルが必要とされている。

よって、本発明は、好ましくは、当該技術分野における上記不具合および欠点の１つ以上を単独で、または何れかの組み合わせにおいて、軽減、緩和、または排除することを目的とし、添付の請求項に記載の装置を提供することによって少なくとも上記課題を解決する。

したがって、本発明の目的は、上記課題を克服する、トルクベクタリングユニット付き電気アクスルを提供することである。

本発明の別の目的は、より高いギア比を実現するトルクベクタリングユニット付き電気アクスルを提供することである。

さらに、本発明の目的は、大幅に小型化されたトルクベクタリング装置付き電気アクスルを提供することである。

第一の態様によると、四輪路上走行車両用の電気アクスルが提供される。この電気アクスルは、前記アクスルに同軸に配置された推進モータと、前記推進モータと前記アクスルの第一の側とに接続された第一遊星歯車装置および前記推進モータと前記アクスルの第二の側とに接続された第二遊星歯車装置であって、差動機構を形成する第一および第二遊星歯車装置と、前記アクスルに同軸に配置されたモータを備え、前記アクスルの前記第一の側と前記第二の側との間のトルク配分を変化させるためのトルクベクタリングユニットと、を備え、前記トルクベクタリングユニットの前記モータは第一および第二遊星歯車装置に接続される。

第二の態様によると、第一の態様による電気アクスルを備えた四輪路上走行車両が提供される。

次に、添付図面を参照して本発明を説明する。
一実施形態による車両の概略図である。別の実施形態による車両の概略図である。さらに別の実施形態による車両の概略図である。さらに別の実施形態による車両の概略図である。別の実施形態による車両の概略図である。一実施形態によるトルクベクタリング装置の概略図である。一実施形態によるトルクベクタリング装置を備えた車両の電気アクスルの断面図である。別の実施形態によるトルクベクタリング装置を備えた車両の電気アクスルの断面図である。図８に示された変速装置の等角図である。さらに別の実施形態によるトルクベクタリング装置の断面図である。図１０に示された変速装置の等角図である。

当業者が本発明を実施できるように、添付図面を参照して本発明のいくつかの実施形態をより詳細に以下に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態で具現化可能であり、本願明細書に記載の実施形態に限定されるとは解釈されないものとする。むしろ、これらの実施形態は、本開示が周到かつ完全であり、本発明の範囲を当業者に十分伝えるように提供されている。これらの実施形態は本発明を限定するものではなく、本発明は添付の請求項によってのみ限定される。さらに、添付図面に図示されている特定の実施形態の詳細説明に用いられている用語は、本発明を限定しようとするものではない。

車両の駆動系の構成例が図１乃至図６に示されている。これらの実施形態において、車両１０は、リヤアクスル１４に接続されたフロントアクスル１２とトルクベクタリング装置１６とを有する。

図１において、フロントアクスル１２は伝動装置１８によって駆動され、リヤアクスル１４はモータ２０によって駆動される。トルクベクタリング装置１６が電気リヤアクスル１４に配置されている。

図２に同様の構成が示されているが、この構成ではリヤアクスルは伝動装置１８によって駆動され、フロントアクスルはモータ２０によって駆動される。したがって、トルクベクタリング装置１６は電気フロントアクスルに配置されている。

図３および図４は、フロントアクスル１２またはリヤアクスル１４がモータ２０によって駆動される構成を示す。この構成では、トルクベクタリング装置１６は従動側電気アクスル１２、１４に配置される。

別の例として、図５は、フロントアクスル１２とリヤアクスル１４とがそれぞれモータ２０によって駆動される構成を示す。トルクベクタリング装置１６が各電気アクスル１２、１４に配置されている。

図６を参照すると、トルクベクタリング装置１１０を備えた電気アクスル１００の基本構成が示されている。車両の駆動アクスル１００は推進ユニット１２０によって駆動され、２つの車輪１０２ａ，１０２ｂがアクスル１００の両端に接続されている。推進ユニット１２０は、モータとして設けられ、車輪１０２ａ，１０２ｂをそれぞれ異なる速度で回転させるための差動機構１３０に連結されている。トルク差をアクスル１００の両端に与えるためのモータ１４０が差動機構１３０に接続されている。モータ１４０には制御手段１５０がさらに接続されている。制御手段１５０は計算を行って制御信号をトルクベクタリング装置１１０のモータ１４０に伝達するように構成される。

この車両が直線コースを走行しているとき、両車輪１０２ａ，１０２ｂは同じ速度で回転することになる。この状況では、モータ１４０は静止している。車両が通過する表面の摩擦が不均一であると、駆動アクスル１００の牽引力を上げるためにトルクベクタリング装置１１０が使用される。このような場合、制御手段１５０は、モータ１４０を起動してトルクを加える信号をトルクベクタリング装置１１０のモータ１４０に送る。これにより、アクスル１００の一端に加わるトルクが増加し、アクスル１００の他端に加わるトルクが対応して減少する。

図７には、トルクベクタリング装置を備えた車両の電気アクスル２００の一実施形態がより詳細に示されている。電気アクスル２００は、推進モータ２１０と、差動機構２２０と、トルクベクタリング装置２４０とを備え、左車輪軸と右車輪軸（図示せず）とに接続されるように構成されている。推進モータ２１０はアクスル２００に同軸に配置され、その各側面は２つの同軸に位置合わせされた遊星歯車装置２２２ａ，２２２ｂで構成された差動機構２２０に接続される。これにより推進モータ２１０がサンギヤ２２４ａ，２２４ｂを駆動する。左右の車輪軸は、遊星歯車装置２２２ａ，２２２ｂの遊星キャリア２２６ａ，２２６ｂにそれぞれ接続される。遊星歯車装置２２２ａ，２２２ｂのリングギヤ２２８ａ，２２８ｂは、トルクベクタリング装置２４０に、例えば歯によって、接続可能な外面を有する。

トルクベクタリング装置２４０は、アクスル２００に同軸に配置されたモータ２４２を備え、モータ２４２の回転軸は推進モータ２１０の回転軸に位置合わせされる。さらに、モータ２４２は、差動機構２２０から遠位に、すなわち遊星歯車装置２２０ａ，２００ｂの一方とこれに隣接した車輪軸との間に、配置される。

トルクベクタリング装置２４０のモータ２４２は、第二遊星歯車装置２２２ｂのリングギヤ２２８ｂに直接接続され、第一遊星歯車装置２２２ａのリングギヤ２２８ａにはアクスル２００と平行に延在する、遊星歯車装置２２２ａのリングギヤ２２８ａとの係合用のギヤを複数備えた回転可能なバランス軸２４４を介して接続される。バランス軸２４４のこれらのギヤは、バランス軸２４４の回転時にトルクを遊星歯車装置２２２ａに伝達するように構成される。遊星歯車装置２２２ａに伝達されるトルクは、もう一方の遊星歯車装置２２２ｂに直接伝達されるトルクとは反対方向のトルクである。

リングギヤ２２８ａ，２２８ｂは、モータ２４２と差動機構２２０との間に減速比を発生させるサイクロイドドライブ２５０を介してモータに連結される。サイクロイドドライブ２５０は、モータ２４２によって直接駆動される偏心入力軸２５２を備える。この入力軸２５２にサイクロイドディスクが直接接続される。サイクロイドディスクは、固定されたリングギヤの内部で回転自在である。回転すると、サイクロイドディスクは、複数のローラを有するディスクを備えた出力軸を駆動する。これらのローラは、このディスクに設けられた対応する凹部内で回転可能である。

減速比は３０乃至５０の範囲内であることが好ましいが、他の減速比も適用可能である。一般的な減速要件は、低性能モータに対する要望、すなわち高い減速比の必要性、ならびにこのモータの最大速度を下げるために望ましい低い減速比に応じて決まりうる。

別の実施形態において、サイクロイドドライブの出力軸はリングギヤであり、ローラディスクは固定された状態に維持される。

次に図８を参照すると、別の実施形態の電気アクスル３００が示されている。電気アクスル３００は、推進モータ３１０と、図７を参照して上で説明したのと同じ差動機構３２０とを備えている。トルクベクタリング装置３４０と前の実施形態との違いは、減速装置３５０の選択であり、この場合の減速装置３５０は差動遊星歯車装置である。このような差動遊星歯車装置は極めてコンパクトであり、モータ３４２と差動機構３２０との間に、通常の遊星歯車装置より大きな減速比を与える。

例えば、減速比５０が所望される場合、通常は３または４つの遊星歯車装置の直列配置が必要になるであろう。したがって、差動遊星歯車装置の選択は非常に有利である。

差動遊星歯車装置３５０は、図９にも示されているが、２つの異なるギヤを有する遊星車３５２を複数備え、これらギヤの一方は、差動機構の遊星歯車装置３２２ａ，３２２ｂのリングギヤに接続され、もう一方は固定されたリングギヤ３５４に接続される。複数の遊星車３５２から成る第二ギヤは、モータ３４２に接続されたサンギヤ３５６にも接続される。したがって、遊星キャリア３５８は何れのアクスルにも接続されない。

図１０には、第三実施形態の電気アクスル４００が示されている。電気アクスル４００は、推進モータ４１０と、図７および図９を参照して上述したものと同じ差動機構４２０とを備えている。トルクベクタリング装置４４０と前の実施形態との違いは、減速装置４５０の選択であり、この場合の減速装置４５０はダブルサイクロイドドライブである。このようなダブルサイクロイドドライブは極めてコンパクトであり、モータ４４２と差動機構４２０との間に付与される減速比が通常の遊星歯車装置より大きい。さらに、ダブルサイクロイドドライブの使用により、径方向反力を均衡化する効果および重量の均衡化を実現する。すなわち、この減速装置はより高い回転速度を可能にする。

ダブルサイクロイドドライブは、例えば最大１６．５００ｒｐｍで動作しうる。これは、図７を参照して上で説明したように通常のサイクロイドドライブよりはるかに高い。

このダブルサイクロイドドライブは、図１１にも示されているが、モータ４４２の回転軸に偏心配置された２つのディスク４５２，４５４を備える。回動に対してロックされたローラサポート４５８に複数のローラ４５６が設けられる。ディスク４５２，４５４の偏心動作は、サイクロイドドライブ４５０のリングギヤ４５９に対する相対的なステップ動作を実現し、これにより減速比が達成される。

さらに別の実施形態においては、ダブルサイクロイドドライブ４５０の代わりに、モータの回転軸に３つ以上のディスクが配置されたマルチサイクロイドドライブが使用される。

さらに別の実施形態においては、減速装置２５０，３５０，４５０が省かれ、トルクベクタリングユニットのモータは差動機構の第二遊星歯車装置のリングギヤに直接接続され、差動機構の第二遊星歯車装置のリングギヤにはバランス軸を介して接続される。このような実施形態は、使用される構成要素が減る点で有利であるが、モータに極めて高い性能を要求する。

上記の各実施形態は添付の請求項によって規定される範囲から逸脱せずに組み合わせられうることを理解されるであろう。特定の実施形態に言及して本発明を上で説明したが、本発明は本願明細書に記載されている特定の形態に限定されるものではない。むしろ、本発明は添付の請求項によってのみ限定され、上記特定の実施形態以外の実施形態もこれら添付の請求項の範囲内で等しく可能である。

各請求項において、用語「備える／備えた／含む／含んだ（”ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ／ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”）」は他の要素またはステップの存在を排除するものではない。さらに、複数の手段、要素、または方法ステップが個々に列挙されているが、これらの手段、要素、または方法ステップは、例えば単一のユニットまたはプロセッサによって実現されうる。また、個々の特徴がそれぞれ異なる請求項に含まれることもあるが、これらの特徴は好都合に組み合わされうるものであり、それぞれ別の請求項に含まれていることは、複数の特徴の組み合わせが実現不可能および／または不都合であることを意味するものではない。また、単数への言及は複数を排除するものではない。用語「一／１つの（”ａ”、”ａｎ”）」、「第一（”ｆｉｒｓｔ”）」、「第二（”ｓｅｃｏｎｄ”）」などは複数を除外しない。請求項内の参照符号は、単に明確化の例として付与されており、請求項の範囲を限定するものとは決して解釈されないものとする。

Claims

四輪路上走行車両用の電気アクスル（２００，３００，４００）であって、
前記アクスル（２００，３００，４００）に同軸に配置された推進モータ（２１０，３１０，４１０）と、
前記推進モータ（２１０，３１０，４１０）と前記アクスル（２００，３００，４００）の第一の側とに接続された第一遊星歯車装置（２２２ａ，３２２ａ，４２２ａ）および前記推進モータ（２１０，３１０，４１０）と前記アクスル（２００，３００，４００）の第二の側とに接続された第二遊星歯車装置（２２２ｂ，３２２ｂ，４２２ｂ）であって、差動機構（２２０，３２０，４２０）を形成する第一および第二遊星歯車装置（２２２，３２２，４２２）と、
前記アクスル（２００，３００，４００）に同軸に配置されたモータ（２４２，３４２，４４２）を備え、前記アクスル（２００，３００，４００）の前記第一の側と前記第二の側との間のトルク配分を変化させるためのトルクベクタリングユニット（２４０，３４０，４４０）と、
を備え、
前記トルクベクタリングユニット（２４０，３４０，４４０）の前記モータ（２４２，３４２，４４２）は、前記第一および第二遊星歯車装置（２２２，３２２，４２２）に接続される、電気アクスル（２００，３００，４００）。
前記モータ（２４２，３４２，４４２）は、前記第二遊星歯車装置（２２２ｂ，３２２ｂ，４２２ｂ）に直接接続され、前記第一遊星歯車装置（２２２ａ，３２２ａ，４２２ａ）には前記電気アクスル（２００，３００，４００）に平行に延在するバランス軸（２４４，３４４，４４４）を介して接続される、請求項１に記載の電気アクスル。
前記モータ（２４２，３４２，４４２）は前記第一および第二遊星歯車装置（２２２，３２２，４２２）の前記リングギヤ（２２８ａ，２２８ｂ，３２８ａ，３２８ｂ，４２８ａ，４２８ｂ）に接続され、前記推進モータ（２１０，３１０，４１０）は前記第一および第二遊星歯車装置（２２２，３２２，４２２）の前記サンギヤ（２２４ａ，２２４ｂ，３２４ａ，３２４ｂ，４２４ａ，４２４ｂ）を駆動する、請求項１または２に記載の電気アクスル。
前記トルクベクタリングユニット（２４０，３４０，４４０）の前記モータ（２４２，３４２，４４２）は前記第一および第二遊星歯車装置（２２２，３２２，４２２）に減速装置（２５０，３５０，４５０）を介して接続される、請求項１乃至３の何れか１項に記載の電気アクスル。
前記減速装置（２５０）はサイクロイドドライブであり、そのモータ（２４２，３４２，４４２）は偏心入力軸（２５２）を駆動する、請求項４に記載の電気アクスル。
前記減速装置（４５０）はサイクロイドドライブであり、そのモータ（４４２）は偏心入力軸（４５２）を駆動し、前記ダブルサイクロイドドライブは前記入力軸（４５２）に配置された少なくとも２つのディスク（４５３，４５４）と、前記遊星歯車装置（４２２ａ，４２２ｂ）の前記リングギヤ（４２８ａ，４２８ｂ）にそれぞれ接続された複数のローラ（４５６）を担持するローラサポート（４５８）と、固定されたリングギヤ（４５９）とをさらに備える、請求項４に記載の電気アクスル。
前記減速装置（３５０）は、複数の遊星車（３５２）からなる第一ギヤに接続された固定されたリングギヤ（３５４）と、前記トルクベクタリングユニット（３４０）の前記モータ（３４２）に接続されたサンギヤ（３５６）とを備えた差動遊星歯車装置であり、前記複数の遊星車（３５２）からなる第二ギヤは前記差動機構（３２０）の前記遊星歯車装置（３２２ａ，３２２ｂ）の前記リングギヤ（３２８ａ，３２８ｂ）にそれぞれ接続される、請求項４に記載の電気アクスル。
前記減速装置（２５０，３５０，４５０）は前記第二遊星歯車装置（２２２ｂ，３２２ｂ，４２２ｂ）に直接接続され、前記第一遊星歯車装置（２２２ａ，３２２ａ，４２２ａ）には前記電気アクスル（２００，３００，４００）に平行に延在するバランス軸（２４４，３４４，４４４）を介して接続される、請求項４乃至７の何れか１項に記載の電気アクスル。
前記トルクベクタリングユニット（２４０，３４０，４４０）の前記モータ（２４２，３４２，４４２）は、起動されると、正トルクを前記第一および第二遊星歯車装置（２２２，３２２，４２２）の一方に加え、負トルクを前記第一および第二遊星歯車装置（２２２，３２２，４２２）の他方に加える、請求項１乃至８の何れか１項に記載の電気アクスル。
前記減速装置（２５０，３５０，４５０）は、前記電気アクスル（２００，３００，４００）に同軸に配置される、請求項１乃至９の何れか１項に記載の電気アクスル。
前記推進モータ（２１０，３１０，４１０）は前記第一および第二遊星歯車装置（２２２，３２２，４２２）の前記サンギヤ（２２４，３２４，４２４）に接続され、前記第一および第二遊星歯車装置（２２２，３２２，４２２）の前記遊星キャリア（２２６，３２６，４２６）は前記左右の車輪軸にそれぞれ接続される、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の電気アクスル。
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の電気アクスル（２００，３００，４００）を備えた四輪路上走行車両。