JP2015506862A - 純電気的に全輪駆動可能な自動車のドライブトレイン - Google Patents

Abstract

本発明は、純電気的に全輪駆動可能な自動車のドライブトレイン（１）であって、車軸半体（７、８）、および車軸半体（７、８）を接続するディファレンシャル（９）を有する第１の車軸（２）と、車軸半体（４、５）、および車軸半体（４、５）を接続するディファレンシャルを有する第２の車軸（３）と、２つの車軸（２、３）を駆動させるための２つの電気機械（１９、２０）とを備えるドライブトレイン（１）に関する。このようなドライブトレインにおいては、本発明によれば、第１の電気機械（１９）が、第１の歯車機構（２４）を介して、第１の車軸（２）の一方の車軸半体（７）に接続され、第２の電気機械（２０）が、第２の歯車機構（２５）を介して、第１の車軸（２）の他方の車軸半体（８）に接続され、２つのディファレンシャル（６、９）が、シャフト（１３）を介して接続されるようになっている。したがって、２つの電気機械を有する構成の場合、ドライブトレインの車軸の領域で、本発明によるドライブトレインにより、単純な構造の手段、特に標準化された手段によって全輪駆動が可能となり、したがって他方の車軸の駆動も可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、純電気的に全輪駆動可能な自動車のドライブトレインであって、車軸半体、および車軸半体を接続するディファレンシャルを有する第１の車軸と、車軸半体、および車軸半体を接続するディファレンシャルを有する第２の車軸と、２つの車軸を駆動させるための２つの電気機械とを備えるドライブトレインに関する。

電気駆動可能な土木車両に関して、または４輪駆動機構を備える農業用車両に関して使用できる前記ドライブトレインは、（特許文献１）から知られている。前記ドライブトレインでは、２つの電気機械が、一方の後車軸の上方に、走行方向に対して長手方向に配置され、前記後車軸の前に配置された歯車機構と協働する。歯車機構は、１つのシャフトまたは２つのシャフトを介してディファレンシャルに接続される。ディファレンシャルは、２つの車軸、すなわち後車軸と前車軸とに割り当てられる。

独国特許出願公開第６００ １３ ３４０ Ｔ２号明細書

本発明の目的は、純電気的に全輪駆動可能な自動車のドライブトレインであって、ドライブトレインの車軸の領域に２つの電気機械を配置することにより、構造的に単純な、特に標準化された手段によって、全輪駆動を可能にする、したがって他方の車軸の駆動も可能にするドライブトレインを提供することである。

上記目的は、特許請求項１の特徴に従って設計されるドライブトレインによって実現される。

したがって、純電気的に全輪駆動可能な自動車のドライブトレインは、第１の車軸と第２の車軸とを有する。第１の車軸と第２の車軸は、どちらも分割される。第１の車軸は、車軸半体と、車軸半体を接続するディファレンシャルとを有する。それぞれの電気機械は、特に電動機と発電機の機能を有する。すなわち、電動機としての電気機械は、それぞれの車軸を駆動させる働きをし、発電機としての機能においては、それぞれの車軸を介して駆動される。

本発明によるドライブトレインでは、２つの電気機械の一方（第１の電気機械と呼ぶ）が、第１の歯車機構を介して第１の車軸の一方の車軸半体に接続され、他方の電気機械（以下では第２の電気機械と呼ぶ）が、第２の歯車機構を介して第１の車軸の他方の車軸半体に接続されることが必要である。一方の電気機械は、それに割り当てられた歯車機構を介して第１の車軸の一方の車軸半体に接続され、他方の電気機械は、それに割り当てられた歯車機構を介して第１の車軸の他方の車軸半体に接続されるため、第１の車軸の独立懸架式の駆動、したがってトルクベクタリングが可能である。

ここで、ドライブトレインの第２の車軸も駆動させるために、本発明によれば、自動車の左右の車輪を支承する第１の車軸の２つの半体が、ディファレンシャルを介して互いに接続される。第１の車軸のこのディファレンシャルと第２の車軸のディファレンシャルとは、シャフトを介して接続される。

２つの電気機械を、それらに割り当てられた歯車機構を介して、第１の車軸の車軸半体、および第１の車軸に割り当てられたディファレンシャルに接続することにより、電気機械を介して第１の車軸に導入されるトルクは、前記ディファレンシャルの領域内でいわば足し合わされ、前記ディファレンシャルからのトルクの一部は、シャフトを介して、第２の車軸に割り当てられたディファレンシャルに導入される。

ドライブトレインは、好ましくは、乗用車の形態である自動車で使用される。前記乗用車は、特にスポーツカーである。前記自動車、特に乗用車またはスポーツカーは、好ましくは後輪駆動の形態である。したがって、２つの電気機械が、自動車またはドライブトレインの後部領域に配置される。ドライブトレインの後部領域に配置された２つの電気機械の経路内の力の流れの中で、まず第１の後車軸が駆動され、そこから、シャフトを介して第２の前車軸が駆動される。

２つの電気機械が後車軸の後ろに、したがって第１の車軸の後ろに配置される場合に特に有利であると考えられる。

しかしながら、原理的には、自動車は前輪駆動の形態でもよい。

ドライブトレインに割り当てられる車輪は、特に、プロペラシャフトを介してドライブトレインに個別に接続される。したがって、ドライブトレインは固定車軸を有しない。

２つの電気機械が、自動車の走行方向に対して横向きに配置される場合に特に有利であると考えられる。ここで、ドライブトレインの構造的に特に単純な設計の態様において、電気機械の回転子の回転軸線が同一である場合に有利である。したがって、電気機械は、自動車の走行方向に対して互いに横並びに配置される。特に、電気機械は、２つの車軸に関係して、長手方向中心軸に対して対称に配置される。これにより、実質的に、ドライブトレインの中心長手方向平面に対して、ドライブトレインの個々の構成要素の重量の対称的な分散が可能となる。

本発明の好ましい実施形態によれば、それぞれの電気機械が、第１の車軸を駆動させるために、平歯車歯列を介して第１の車軸の対応する車軸半体に接続されるようになっている。この設計により、構造的に単純な、特に標準化された手段によってそれぞれの歯車機構を形成することが可能となる。さらに、第１の車軸のディファレンシャルおよび／または第２の車軸のディファレンシャルが冠歯車を有する場合に有利であると考えられる。２つの冠歯車を有する実施形態では、冠歯車は、特にシャフトを介して互いに接続される。シャフトは、両端部の領域にピニオンを有し、ピニオンは、冠歯車と協働する。それぞれのピニオンがそれぞれの冠歯車に噛合するため、第１の車軸のディファレンシャル内で足し合わされたトルクは、シャフトによって、第１の車軸の２つの半体から第２のシャフトに伝達される。シャフトに割り当てられたピニオンおよび／または対応する冠歯車は、サイズが異なることがあり、したがって、対応する冠歯車と共に様々な伝達比が生み出される。

これにより、他方の車軸のための追加の電気機械なしで、単一の被動車軸を有する純電気車両に全輪駆動機能を電気的に装備することが単純に可能になる。特に、本発明によるドライブトレインの重要な部分領域に関して、従来の全輪駆動車から既に知られている技術、したがって内燃機関によって駆動される既知の全輪駆動車の車輪で使用される技術を使用することができる可能性が生じる。これは、特に、第１の車軸から第２の車軸へのトルクの伝達に関する。例えば、シャフトがさらに、制御可能なクラッチ、特にハングオンクラッチを有することが知られている。シャフトは、プロペラ／カルダンシャフトとして既知の様式で設計することもできる。特に、従来の全輪駆動車に関して既に知られている、ハングオンクラッチを有するプロペラ／カルダンシャフトと、接続された車両車軸との組合せを、さらなる変更なしで本発明によるドライブトレインにおいて使用することができる。

特に好ましい設計によれば、２つの歯車機構、特に２つの歯車機構の平歯車歯列と、第１の車軸のディファレンシャルとが、共通のハウジングを有するようになっている。特に、ハウジングは、２部分設計であり、特に２つのハウジングシェルを有する。前記ハウジングは、２つの平歯車段または２つの歯車機構のシャフトのそれぞれの左右の軸受に関して、それぞれ別個の軸受を必要とし、すなわち、各場合に、シャフトごとに計４つの同軸配置された軸受点を必要とする。それにも関わらず、２つだけのハウジングシェルと、ハウジングシェルの両方の外側にあるそれぞれの軸受とを備える単純に構成されたハウジングを実現可能にするために、シャフトのそれぞれ２つの中心軸受ではなく、ここでは、それぞれの２つのシャフトのためのニードル軸受を設けることが提案される。前記ニードル軸受は、互いに嵌合式に取り付けられる。ニードル軸受の使用によって、中心軸受をなくすことができる。したがって、単純に構成された２つのハウジング半体を使用することができる。

本発明のさらなる特徴は、独立請求項、添付図面、および、図面に示される好ましい例示的実施形態の説明から明らかになるが、本発明は、それらの例示的実施形態に限定されない。

本発明によるドライブトレインの第１の実施形態の概略図である。 本発明によるドライブトレインの第２の実施形態の概略図である。 図２に示されるドライブトレインの部分領域の拡大図である。

図１による例示的実施形態は、純電気自動車用のドライブトレイン１を示す。自動車は、特に乗用車、具体的にはスポーツカーである。

独立懸架式サスペンションを備えるドライブトレイン１は、第１の車軸となる後車軸２と、第２の車軸となる前車軸３とを有する。後車軸２は、プロペラシャフトを有する２つの車軸半体７および８を有する。ディファレンシャル９が、前記車軸半体７と８を接続する。前車軸３は、プロペラシャフトを有する２つの車軸半体４および５を有する。ディファレンシャル６が、前記車軸半体４と５を接続する。前輪１０が、２つの車軸半体４および５に接続され、後輪１１が、車軸半体７および８に接続される。

前方走行方向（以下では略して「走行方向」と呼ぶ）が、矢印１２によって示されている。

２つのディファレンシャル６と９は、シャフト１３によって接続される。シャフト１３は、特に、プロペラシャフトまたはカルダンシャフトとして設計される。シャフトは、特に２つの車軸２と３を結合させる、または切り離すために、特にハングオンクラッチ１４の形態での制御可能なクラッチを有する。シャフト１３は、クラッチ１４の両側に配置された軸受１５でクラッチ１４に取り付けられる。前車軸３の車軸半体４および５の軸受、ならびに後車軸２の車軸半体７および８の軸受は、参照番号１６によって表される。車輪１０、１１とは逆側の端部の領域で、車軸半体４〜８は、それぞれディファレンシャル６および７に取り付けられる。

それぞれのディファレンシャル６または９は、冠歯車１７を有する。冠歯車１７は、ピニオン１８と協働する。ピニオン１８は、シャフト１３の両端に配置され、シャフト１３に接続される。冠歯車１７および／またはピニオン１８は、サイズが異なり得る。

ドライブトレイン１は、２つの電気機械１９、２０を備える。電気機械１９、２０は、自動車の走行方向１２に対して横向きに配置される。前記電気機械１９と２０のそれぞれの被動シャフト２１によって示される２つの電気機械１９と２０の回転軸線は、同一である。それぞれの電気機械２０の固定子が、参照番号２２によって表され、被動シャフト２１が接続されるそれぞれの電気機械２０の回転子が、参照番号２３によって表される。それぞれの回転子２３およびそれぞれの被動シャフト２１は、例えば２つの軸受４３に取り付けられる。一方の第１の電気機械１９は、第１の歯車機構２４を介して後車軸２の車軸半体７に接続され、他方の第２の電気機械２０は、第２の歯車機構２５を介して後車軸２の他方の車軸半体８に接続される。各歯車機構２４または２５は、平歯車機構として設計され、したがって平歯車歯列を有する。具体的には、それぞれの歯車機構２４または２５は、一体回転するように被動シャフト２１に接続されたピニオン２６と、前記ピニオンと噛み合う平歯車２７とを有し、前記平歯車２７は、中間シャフト２８に取り付けられ、一体回転するように中間シャフト２８に接続される。平歯車３０と協働するピニオン２９が、後輪１１に面する中間シャフト２８の側で、それぞれの中間シャフト２８に接続される。それぞれの平歯車３０は、車軸半体７または８に取り付けられ、一体回転するように車軸半体７または８に接続される。２つの中間シャフト２８はそれぞれ、その両端部の領域で軸受３１に取り付けられる。２つの中間シャフト２８の回転軸線は同一である。

２つの歯車機構２４および２５と、後車軸２のディファレンシャル９とは、共通のハウジング内に配置される。２つの電気機械１９、２０、ならびに歯車機構２４、２５および平歯車歯列は、互いに別々に形成されるため、後車軸２の車輪１１の独立懸架式の駆動、およびしたがってトルクベクタリングが可能である。前車軸３も駆動させるために、後車軸２の２つの車軸半体７と８は、ディファレンシャル９を介して互いに接続される。したがって、前記ディファレンシャル９内で足し合わされたトルクが、シャフト１３によって、後車軸２の車軸半体７および８から前車軸３に伝達される。これにより、従来の全輪駆動車、したがって内燃機関によって駆動される全輪駆動車から既に知られている、ハングオンクラッチ１４を有するプロペラ／カルダンシャフト１３と、接続された車両車軸との組合せを、さらなる変更なしで純電気車両に使用することが可能になる。

トルクベクタリングの可能性は、記号ΔＴによって図に示されている。これにより、車軸半体７、８に異なるトルクを導入することができる。

図１による実施形態のドライブトレインは、２つの平歯車段の車軸および後車軸の車軸半体のそれぞれの左右の軸受点に関して、それぞれ個別の軸受を必要とし、すなわち車軸ごとに、総計４つの同軸に配置された軸受点を必要とする。

図２および図３の例示によるドライブトレインの例示的実施形態は、車軸の取付けの変更形態を示す。これにより、ハウジングシェル２つのみと、ハウジングシェルの両方の外側にあるそれぞれの軸受とを有する単純に構成されたハウジングを使用することができるようになる。この場合、図１の実施形態による車軸のそれぞれ２つの中心軸受の代わりに、図２および図３による実施形態ではニードル軸受が設けられる。ニードル軸受の使用によって、中心軸受をなくすことができ、したがって、単純に構成された２つのハウジング半体を使用することができる。

図２および図３の実施形態では、図１による実施形態に対応するドライブトレイン部分は、図１での参照番号に対応する参照番号で表されている。図１による実施形態に対する図２および図３の実施形態の変更形態を以下に詳細に論じる。

図２は、基本的には、ハウジングに取り付けられた２つの外側軸受３１のみが２つの中間シャフト３２、３３の取付けに必要であり、２つのニードル軸受３４によって、中間シャフト３２が中間シャフト３３に取り付けられることを示す。中間シャフト３３は、中間シャフト３２の波形区域３６を受け取るための管状区域３５を有し、前記区域３６は、区域３５を通って延びる。区域３５の内部に配置された区域３６の領域は、２つのニードル軸受３４によって半径方向で区域３５に取り付けられる。フランジ区域３７が、中間シャフト３３の区域３５に垂直に延在し、フランジ区域３８が、中間シャフト２２の区域３６に垂直に延在する。中間シャフト３２と中間シャフト３３との軸方向取付けを行う働きをするさらなるニードル軸受３９が、２つのフランジ区域３７と３８の間に配置される。後輪１１に面する側で、中間シャフト３２の区域３６と中間シャフト３３の区域３５とは、軸受３１に取り付けられる。

取付け用に設けられたニードル軸受３４および３９による中間シャフト３２、３３の差込み式の取付けに対応する様式で、車軸半体７および８の取付けが行われる。この詳細は、図３に拡大して示されており、そこでは、遊星ディファレンシャルの存在により、特定の変更が施される。

トルクは、２つの電気機械１９および２０の作用により、２つの平歯車３３によって車軸半体７および８に独立して導入される。前記車軸半体７および８は、後輪１１に面する側で、軸受１６に取り付けられる。前記軸受は、この実施形態による軸受３１と全く同様に、ハウジング側の軸受である。一方の後輪１１に割り当てられる軸受１６および３１は、一方のハウジング半体に取り付けられ、他方の後輪１１に割り当てられる軸受１６および３１は、ハウジングの他方のハウジング半体に取り付けられる。ハウジング自体は、図示されていない。

車軸半体７は、区域４０で、車軸半体８の管状区域４１内に挿入される。区域４０と４１の半径方向取付けのために２つのニードル軸受４２が設けられる。したがって、２つの車軸半体７と８のこの取付けにより、図１による実施形態で設けられている２つの中心軸受を省き、ニードル軸受によって置き換えることができる。遊星ディファレンシャルの形態であり、同様にニードル軸受の軸受構成要素を有するディファレンシャル９が、車軸半体７の区域４０と車軸半体８の区域４１との間のトルクの流れの中に配置される。

したがって、図２および図３による実施形態に従って、歯車機構２４および２５と、ディファレンシャル９とに関して共通のハウジングが設けられ、ハウジングが、２つのハウジングシェルを備え、歯車機構および後側車軸２のそれぞれのシャフトが、ハウジング内で中心には取り付けられず、それぞれの車軸に割り当てられたシャフトが、嵌合式に取り付けるニードルを有するドライブトレイン１が提案される。

Claims (15)

1. 車軸半体（７、８）、および、前記車軸半体（７、８）を接続するディファレンシャル（９）を有する第１の車軸（２）と、車軸半体（４、５）、および、前記車軸半体（４、５）を接続するディファレンシャル（６）を有する第２の車軸（３）と、前記２つの車軸（２、３）を駆動させるための２つの電気機械（１９、２０）とを備える純電気的に全輪駆動可能な自動車のドライブトレイン（１）において、第１の電気機械（１９）が、第１の歯車機構（２４）を介して、前記第１の車軸（２）の一方の車軸半体（７）に接続され、第２の電気機械（２０）が、第２の歯車機構（２５）を介して、前記第１の車軸（２）の他方の車軸半体（８）に接続され、前記２つのディファレンシャル（６、９）が、シャフト（１３）を介して接続されることを特徴とするドライブトレイン（１）。
2. 前記第１の車軸（２）が前記自動車の後車軸であることを特徴とする請求項１に記載のドライブトレイン。
3. 前記２つの電気機械（１９、２０）が、前記自動車の前記後車軸（２）の後ろに配置されることを特徴とする請求項２に記載のドライブトレイン。
4. 乗用車、特にスポーツカーのドライブトレインであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
5. 前記２つの電気機械（１９、２０）が、前記自動車の走行方向（１２）に対して横向きに配置され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ドライブトレイン。
6. 前記電気機械（１９、２０）の回転子（２３）の回転軸線が同一であることを特徴とする請求項５に記載のドライブトレイン。
7. 前記それぞれの歯車機構（２４または２５）が平歯車歯列を有し、前記それぞれの電気機械（１９または２０）が、前記平歯車歯列を介して、前記第１の車軸（２）の対応する車軸半体（７または８）に接続されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
8. 前記第１の車軸（２）の前記ディファレンシャル（９）および／または前記第２の車軸（３）の前記ディファレンシャル（６）が、冠歯車（１７）を有す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ドライブトレイン。
9. 前記２つの冠歯車（１７）が前記シャフト（１３）を介して互いに接続され、前記シャフト（１３）が、両端部の領域内にピニオン（１８）を有し、前記ピニオン（１８）が、前記冠歯車（１７）と協働することを特徴とする請求項８に記載のドライブトレイン。
10. 前記シャフト（１３）が、制御可能なクラッチ（１４）、特にハングオンクラッチを有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
11. 前記２つの歯車機構（２４、２５）、特に前記２つの歯車機構（２４、２５）の前記平歯車歯列と、前記第１の車軸（２）の前記ディファレンシャル（９）とが、共通のハウジング、特に２つのハウジングシェルを有する共通のハウジングを有す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ドライブトレイン。
12. 前記第１の車軸（２）の前記２つの車軸半体（７、８）が嵌合式に取り付けられ、特に、ニードル軸受（３４、３９）によって軸方向および／または半径方向で嵌合式に取り付けられることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
13. 前記第１の車軸（２）の前記２つの車軸半体（７、８）が、前記ハウジングシェルの外側の領域で前記ハウジングシェルに取り付けられることを特徴とする請求項１２に記載のドライブトレイン。
14. 前記それぞれの歯車機構（２４または２５）が、前記歯車機構（２４または２５）に割り当てられた前記電気機械（１９または２０）の被動シャフト（２１）と、前記電気機械（１９または２０）に割り当てられた前記第１の車軸（２）の前記車軸半体（７または８）との間に中間シャフト（３２または３３）を有し、前記２つの歯車機構（２４、２５）の前記中間シャフト（３２、３３）が嵌合式に取り付けられ、特にニードル軸受（３４、３９）によって軸方向および／または半径方向で嵌合式に取り付けられることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
15. 前記２つの中間シャフト（３２、３３）が、前記歯車機構シェルの外側の領域内で、前記歯車機構シェルに取り付けられることを特徴とする請求項１４に記載のドライブトレイン。

Images