JP2016097967A - 自動車用の電気車軸駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車用の電気車軸駆動装置を提供する。【解決手段】 本発明は、自動車用の電気車軸駆動装置（１）であって、自動車の車軸（１３）の少なくとも１つの出力シャフト（１５、１６）を駆動させるための電気機械（２）と、平歯車装置（５）とを有する電気車軸駆動装置（１）に関する。そのような車軸駆動装置において、本発明によれば、電気車軸駆動装置（１）が２つのギアシフト位置を有し、電気機械（２）によって、２つの平歯車段（６、７）によって遊星歯車装置（１４）を駆動させることができ、遊星歯車装置（１４）を２つのギアシフト位置の間でシフトさせることができ、第１のギアシフト位置では、前記遊星歯車装置（１４）の変速比にシフトされ、第２のギアシフト位置では、ブロックとしての前記遊星歯車装置（１４）にシフトされることが企図される。【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車用の電気車軸駆動装置であって、自動車の車軸の少なくとも１つの出力シャフトを駆動させるための電気機械と、平歯車装置とを有する電気車軸駆動装置に関する。

そのような電気車軸駆動装置は、（特許文献１）から知られている。電気車軸駆動装置は電気機械を有し、電気機械の出力シャフトが自動車の車軸に平行に延びる。電気機械のトルクは、上流に接続された一段平歯車装置の形態での歯車段を介して、車軸に配置されたディファレンシャルに加えられる。さらに、レイシャフト歯車装置に作用するトルクベクトリングユニットが設けられ、それにより、個々の車輪に対して車軸内部でトルクを配分させることができる。レイシャフト歯車装置は、２つの動力分割遊星歯車から構成され、これらは同じ寸法を有し、並列に接続される。個々の車輪に対するトルクの配分は、トルクベクトリングユニットの電気機械のトルクによって無段式に調節することができる。動力分割遊星歯車装置の下流には、遊星歯車装置の形態でのアクティブ段としての負荷配分歯車段が接続されて、動力分割遊星歯車装置によって分割されたトルクの流れを足し合わせて出力する。

国際公開第２０１１／０７６５４２Ａ１号パンフレット

本発明の目的は、車軸駆動装置の最適な効率で、車両を広い速度範囲にわたって純電気式に駆動させることができるように、冒頭で述べたタイプの自動車用の電気車軸駆動装置を改良することである。

この目的は、請求項１の特徴に従って具現化された電気車軸駆動装置によって実現される。

本発明による電気車軸駆動装置において、電気車軸駆動装置は２つのギアシフト位置を有し、電気機械によって、平歯車装置の２つの平歯車段によって遊星歯車装置を駆動させることができ、遊星歯車装置を２つのギアシフト位置の間でシフトさせることができ、第１のギアシフト位置では、前記遊星歯車装置（１４）の変速比にシフトされ、第２のギアシフト位置では、ブロックとしての前記遊星歯車装置（１４）にシフトされることが企図される。

特にプライマリギア位置である第２のギアシフト位置では、２つの平歯車段のみが動力伝達経路内にあり、動いている。シフト可能な遊星歯車セットが、ブロックとして回転する。その結果、効率の面での利点を得ることができる。電気車軸駆動装置を２つのギアシフト位置で動作させることができるので、車両を広い速度範囲にわたって純電気式に駆動させることが可能である。

特に、構造的にコンパクトな構成の面で、遊星歯車装置の中心軸が、少なくとも１つの出力シャフトの中心軸に同軸に配置されることが有利である。

したがって、電気機械は、中間シャフトを介して少なくとも１つの出力シャフトを駆動させる。この少なくとも１つの出力シャフトは、車軸の１つまたは複数の車輪を駆動させる働きをする。好ましくは、電気機械によって駆動させることができる２つの出力シャフトが設けられる。したがって、電気機械は、車軸の２つの車輪を駆動させる働きをし、これらの車輪はそれぞれ出力シャフトに割り当てられている。

平歯車装置の出力ギアホイールが、遊星歯車装置のリングギアに接続されると特に有利と考えられる。この実施形態の１つの発展形態では、特に、遊星キャリアに取り付けられた遊星歯車装置の遊星歯車が、遊星歯車装置のリングギアおよび太陽歯車と噛み合うことが企図され、ここで、遊星歯車装置の出力を成す遊星キャリアによって少なくとも１つの出力シャフトを駆動させることができる。

遊星歯車装置のこの構成、特に、平歯車装置および少なくとも１つの出力シャフトへの遊星歯車装置の特定の接続は、非常に良いフェールセーフ挙動を保証する各ギアシフト位置のシフト状態を実現することを可能にする。第１の好ましい変形形態では、第１のギアシフト位置で、太陽歯車を制止するためのブレーキが閉じられ、太陽歯車とリングギアを結合するためのクラッチが開かれる。第２ギアシフト位置では、この場合特に、太陽歯車を制止するためのブレーキが開かれ、太陽歯車とリングギアを結合するためのクラッチが閉じられる。これは、好ましくは、第１のギアシフト位置に関する通常は開いたブレーキと、第２のギアシフト位置に関する通常は閉じたクラッチとに関わり、この通常は閉じたクラッチは、好ましくは摩擦係止式に作用する。第２の好ましい変形形態では、第１のギアシフト位置で、フリーホイールが太陽歯車を制止し、太陽歯車とリングギアを結合するためのクラッチが開かれる。第２のギアシフト位置では、特に、フリーホイールが太陽歯車を解放し、太陽歯車とリングギアを結合するためのクラッチが閉じられる。したがって、この変形形態では、第１のギアシフト位置に関するフリーホイール、および第２のギアシフト位置に関する通常は閉じたクラッチ、好ましくは摩擦係止式に作用するクラッチが設けられる。

ブレーキ／クラッチは、ドライブレーキ／クラッチとして具現化され、これは、低い引き摺り損失、したがって高い効率レベルを保証する。代替として、ブレーキ／クラッチは、ウェットブレーキ／クラッチとして具現化され、これは高性能を可能にする。

したがって、電気車軸駆動装置は、クラッチおよびブレーキまたはフリーホイールによってパワーシフトさせることができる。クラッチとフリーホイールの組合せの場合、好ましくはただ１つのアクチュエータを用いてパワーシフト機能が設けられる。ブレーキとクラッチの組合せの場合、好ましくは２つのアクチュエータが、クラッチおよびブレーキのために設けられる。

ブレーキとクラッチが使用される第１の変形形態では、第１のギアシフト位置と第２のギアシフト位置の両方で回生が可能である。第２の変形形態では、フリーホイールが使用されるので、第２のギアシフト位置でのみ回生が可能である。第１のギアシフト位置では、そのような回生は、任意選択のクラッチ、特に爪クラッチを併用するときに可能である。

本発明の１つの特定の発展形態によれば、遊星歯車装置の出力を介して遊星差動歯車を駆動させることが可能であり、遊星差動歯車の出力は２つの出力シャフトに割り当てられる。遊星差動歯車は、特に、ラビニヨ型の遊星セットを備える遊星差動歯車として具現化される。

さらに、この電気車軸駆動装置において、トルクベクトリングユニットを提供することができる。このトルクベクトリングユニットは、特に、２つの出力シャフトの間で差動トルクを発生させるために、さらなる電気機械とクロスドライブ式トランスミッションとを有する。さらに、トルクベクトリングユニットはトランスミッション段を有することもでき、トランスミッション段は、さらなる電気機械とクロスドライブ式トランスミッションとの間に配置される。

電気車軸駆動装置の特にコンパクトな構成の面で、およびまた少なくとも１つの出力シャフト、特に２つの出力シャフトに対するそのコンパクトな構成の面で、遊星歯車装置の中心軸が、遊星差動歯車および／またはクロスドライブ式トランスミッションおよび／またはトランスミッション段および／または他の電気機械のそれぞれの中心軸に同軸に配置されると特に有利であると考えられる。

したがって、本発明は、その発展形態を含め、任意選択のトルクベクトリングユニットを備える電気的な、パワーシフト可能な２ギアシフト位置車軸駆動装置を提案する。

本発明のさらなる特徴は、従属請求項、添付図面、図面に表される好ましい例示的実施形態の説明から分かるが、それらに限定されない。

第１の例示的実施形態に関する電気車軸駆動装置の駆動構成要素の概略図である。 第２の例示的実施形態に関する電気車軸駆動装置の駆動構成要素の概略図である。

特に乗用車で、電気車軸駆動装置が使用される。電気車軸駆動装置によって自動車の車軸の２つの車輪が駆動される。

図１は、電気車軸駆動装置１の基本設計を、第１の例示的実施形態に関して示す。電気機械２（トラクション電気機械）が、その回転子３、および回転子３に接続された回転子シャフト４と共に示されている。前記電気機械２は、平歯車装置５と相互作用し、平歯車装置５は、２つの平歯車段６および７を有する。平歯車段６は、小さな平歯車８を有し、平歯車８は、回転子シャフト４に一体回転するように接続され、平歯車段６の大きな平歯車９と噛み合う。この平歯車９は、中間シャフト１０に一体回転するように接続され、中間シャフト１０自体は、平歯車段７の小さな平歯車１１を一体回転するように受け取る。この平歯車１１は、平歯車段７の大きな平歯車１２と噛み合う。平歯車１２は、電気機械２の動作中に、軸１３の周りで回転し、軸１３は、同時に遊星歯車装置１４の中心軸を成し、遊星歯車装置１４は、電気機械２によって駆動させることができる。

この軸１３または中心軸１３は、電気車軸駆動装置１の２つの出力シャフト１５、１６の回転軸も成し、ここで、それぞれの出力シャフトが、自動車の車軸の（走行）車輪を駆動させる働きをする。したがって、出力シャフトは、電気車軸駆動装置の出力シャフト、または車両車軸の領域内で乗用車のそれぞれの車輪／走行車輪を駆動させるための歯車装置の出力シャフトである。

遊星歯車装置１４は、リングギア１７と、遊星キャリア１８に取り付けられた遊星歯車１９と、太陽歯車２０とを有する。平歯車段７の平歯車１２は、リングギア１７に接続される。遊星歯車１９は、リングギア１７および太陽歯車２０と噛み合う。遊星歯車装置１４の出力を形成する遊星キャリア１８によって、出力シャフト１５および１６は、以下により詳細に述べる様式で駆動させることができる。

電気車軸駆動装置１は、２つのギアシフト位置を有する。第１のギアシフト位置では、太陽歯車２０を制止するためのブレーキ２１が閉じられ、太陽歯車２０とリングギア１７を結合するためのクラッチ２２が開かれる。ブレーキ２１とクラッチ２２は、共通のアクチュエータ（図示せず）によってシフトされる。第２のギアシフト位置では、太陽歯車２０を制止するためのブレーキ２１が開かれ、太陽歯車２０とリングギア１７を結合するためのクラッチ２２が閉じられる。第１のギアシフト位置に関する好ましくは通常は開いたブレーキ、および第２のギアシフト位置に関する通常は閉じたクラッチ（好ましくは摩擦係止式に作用する）により、良いフェールセーフ挙動が得られる。これにより、第１のギアシフト位置および第２のギアシフト位置において、存在するブレーキ２１または存在するクラッチ２２に基づく一体回転接続により、回生が可能である。

第１のギアシフト位置では、太陽歯車２０が固定され、それにより、平歯車１２とリングギア１７から形成されるユニットからのトルクの流れは、遊星歯車１９を介して遊星キャリア１８内に、およびそこから出力シャフト１５、１６に進む。対照的に、主に使用される第２のギアシフト位置では、遊星歯車装置１４は、ブロックとしてシフトされる。したがって、２つの歯列段、したがって２つの平歯車段６、７のみが動力伝達経路内に配置される。第１のギアシフト位置では、遊星歯車装置１４において、クラッチ２２を開いた状態でブレーキ２１を使用することによって伝達が行われる。

遊星差動歯車２３、特に遊星差動歯車２３のリングギア２４は、遊星歯車装置１４の出力、特に遊星キャリア１８を介して駆動させることができる。２つの駆動シャフト１５、１６が、遊星差動歯車２３の出力２５に割り当てられる。遊星差動歯車２３は、ラビニヨ型の遊星セットを備える遊星差動歯車として具現化される。

さらに、電気車軸駆動装置１は、特に任意選択で、トルクベクトリングユニット２６を有する。これは、２つの出力シャフト１５、１６の間の差動トルクを生成させるために、さらなる電気機械２７とクロスドライブ式トランスミッション２８とを有する。さらに、トルクベクトリングユニット２６は、電気機械２７とクロスドライブ式トランスミッション２８との間にトランスミッション段２９を有する。

遊星歯車装置１４の軸または中心軸１３は、電気機械２７、クロスドライブ式トランスミッション２８、およびトランスミッション段２９の中心軸（同様に参照番号１３によって示される）に同軸に配置される。

図２による例示的実施形態は、ブレーキ２１の代わりにフリーホイール３０が設けられる点で、図１による例示的実施形態から変更されている。第１のギアシフト位置では、フリーホイール３０は、太陽歯車２０を制止し、太陽歯車２０とリングギア１７を結合するためのクラッチ２２が開かれる。第２のギアシフト位置では、フリーホイール３０は、太陽歯車２０を解放し、太陽歯車２０とリングギア１７を結合するためのクラッチ２２が閉じられる。この変形形態では、第１のギアシフト位置に関するフリーホイール、および第２のギアシフト位置に関する通常は閉じたクラッチ、好ましくは摩擦係止式クラッチにより、特に良いフェールセーフ挙動が得られる。この変形形態では、第２のギアシフト位置で回生が可能である。第１のギアシフト位置での回生は、任意選択のクラッチ、特に爪クラッチを併用するときにのみ可能である。

さらに、図２による例示的実施形態では、図１での対応する構成要素に関するものと同じ参照符号が使用されている。

１ 電気車軸駆動装置
２ 電気機械
５ 平歯車装置
６、７ 平歯車段
１２ 出力ギアホイール
１３ 車軸
１４ 遊星歯車装置
１５、１６ 出力シャフト
１７ リングギア
１８ 遊星キャリア
１９ 遊星歯車
２０ 太陽歯車
２１ ブレーキ
２２ クラッチ
２３ 遊星差動歯車
２５ 出力
２６ トルクベクトリングユニット
２７ 電気機械
２８ クロスドライブ式トランスミッション
２９ トランスミッション段
３０ フリーホイール

Claims (15)

1. 自動車用の電気車軸駆動装置（１）であって、前記自動車の車軸（１３）の少なくとも１つの出力シャフト（１５、１６）を駆動させるための電気機械（２）と、平歯車装置（５）とを備え、前記電気車軸駆動装置（１）が２つのギアシフト位置を有し、前記電気機械（２）によって、２つの平歯車段（６、７）を介して遊星歯車装置（１４）を駆動させることができ、前記遊星歯車装置（１４）を２つのギアシフト位置の間でシフトさせることができ、前記第１のギアシフト位置では、前記遊星歯車装置（１４）の変速比にシフトされ、前記第２のギアシフト位置では、ブロックとしての前記遊星歯車装置（１４）にシフトされることを特徴とする電気車軸駆動装置（１）。
2. 前記遊星歯車装置（１４）の中心軸（１３）が、前記少なくとも１つの出力シャフト（１５、１６）の前記中心軸（１３）に同軸に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電気車軸駆動装置。
3. 前記平歯車装置（５）の出力ギアホイール（１２）が、前記遊星歯車装置（１４）のリングギア（１７）に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の電気車軸駆動装置。
4. 遊星キャリア（１８）に取り付けられた前記遊星歯車装置（１４）の遊星歯車（１９）が、前記遊星歯車装置（１４）の前記リングギア（１７）および太陽歯車（２０）に噛み合い、前記遊星歯車装置（１４）の出力を形成する前記遊星キャリア（１８）によって前記少なくとも１つの出力シャフト（１５、１６）を駆動させることができることを特徴とする請求項３に記載の電気車軸駆動装置。
5. 前記第１のギアシフト位置で、前記太陽歯車（２０）を制止するためのブレーキ（２１）が閉じられ、前記太陽歯車（２０）と前記リングギア（１７）とを結合するためのクラッチ（２２）が開かれることを特徴とする請求項４に記載の電気車軸駆動装置。
6. 前記第２のギアシフト位置で、前記太陽歯車（２０）を制止するためのブレーキ（２１）が開かれ、前記太陽歯車（２０）と前記リングギア（１７）とを結合するためのクラッチ（２２）が閉じられることを特徴とする請求項４または５に記載の電気駆動装置。
7. 前記第１のギアシフト位置で、フリーホイール（３０）が前記太陽歯車（２０）を制止し、前記太陽歯車（２０）と前記リングギア（１７）とを結合するためのクラッチ（２２）が開かれることを特徴とする請求項４に記載の電気車軸駆動装置。
8. 前記第２のギアシフト位置で、フリーホイール（３０）が前記太陽歯車（２０）を解放し、前記太陽歯車（２０）と前記リングギア（１７）とを結合するためのクラッチ（２２）が閉じられることを特徴とする請求項４または７に記載の電気車軸駆動装置。
9. 回生のために、前記フリーホイール（３０）を、クラッチ、特に爪クラッチと併用することができることを特徴とする請求項７または８に記載の電気駆動装置。
10. 前記遊星歯車装置（１４）の前記シフトが、ただ１つのアクチュエータによって行われることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の電気車軸駆動装置。
11. 前記遊星歯車装置（１４）の前記出力（１８）を介して遊星差動歯車（２３）を駆動させることが可能であり、前記遊星差動歯車（２３）の出力（２５）が２つの出力シャフト（１５、１６）に割り当てられ、特に、前記遊星差動歯車（２３）が、ラビニヨ型の遊星セットを備える遊星差動歯車（２３）として具現化さ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電気車軸駆動装置。
12. トルクベクトリングユニット（２６）が設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電気車軸駆動装置。
13. 前記トルクベクトリングユニット（２６）が、２つの出力シャフト（１５、１６）の間の差動トルクを生成させるために、さらなる電気機械（２７）とクロスドライブ式トランスミッション（２８）とを有することを特徴とする請求項１２に記載の電気車軸駆動装置。
14. 前記トルクベクトリングユニット（２６）がトランスミッション段（２９）を有し、前記トランスミッション段（２９）が、前記さらなる電気機械（２７）と前記クロスドライブ式トランスミッション（２８）との間に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の電気車軸駆動装置。
15. 前記遊星歯車装置（１４）の前記中心軸（１３）が、前記遊星差動歯車（２３）および／または前記クロスドライブ式トランスミッション（２８）および／または前記トランスミッション段（２９）および／または前記さらなる電気機械（２７）のそれぞれの中心軸（１３）に同軸に配置されることを特徴とする請求項２〜１４のいずれか一項に記載の電気車軸駆動装置。

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