JP2017519943A - 乗り物のための電気駆動ユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、乗り物のための電気駆動ユニットに関し、収納ユニット（１６）を有し、当該収納ユニット（１６）が或る最大数の収納部（２６）を有し、当該収納部のそれぞれが一つの電気機械（１８）を収納するように形成されており、構造的に独立に形成された一定数の電気機械（１８）を有し、これらの電気機械（１８）のそれぞれが、機械トルクを供給するための一つの機械出力軸（３０）を有し、これらの電気機械（１８）のそれぞれが、一つの電気機械に対応して設けられた一つの収納部（２６）に組み込まれているとともに収納ユニット（１６）に結合されており、組み込まれる電気機械（１８）の数は、組み立てるべき駆動ユニット（１０）の出力側のパラメータに関して前もって既定されている事前設定値に応じて予め決められており、組み込まれる前記電気機械（１８）の数は、１と上記最大数との間にあり、共通の主軸（２４）を有し、当該主軸を介して、駆動ユニット（１０）が出力側で駆動ユニットトルクを供給することができ、連結部（３４）を有し、当該連結部を介して、機械出力軸（３０）が機械トルクを入力するように駆動側で主軸（２４）と作用的に接続されている。

Description

本発明は、乗り物のための電気駆動ユニットに関する。

本発明による電気駆動ユニットは、任意の乗り物、つまり、地上用、水上用、空中用の乗り物に対して必ず使用できるものであるが、好ましくは、地上走行車両に使用されるべきものである。従って、以下の実施例は、重点的に地上走行車両に関する。しかしながら、このことが何らかの限定作用を有するものではない。この実施例は、然るべき方法で例えば水上用乗り物にも転用可能である。

電気駆動ユニットは、ハイブリッド車両にも、電気自動車にも使用することができる。ハイブリッドカーや電気自動車は、駆動機械として少なくとも一つの電気機械を有し、その場合、この電気機械は、トラクションバッテリから電気エネルギーが供給される。ハイブリッドカーの場合、少なくとも一つの電気機械の他に、さらに別の駆動用のユニットが使用され、通常それは内燃機関である。これに対して、電気自動車は、専ら少なくとも一つの電気機械によって駆動される。使用される電気機械は、通常は、回転可能に支承されたロータが、位置の固定されたステータによって囲まれているインナーロータ型の機械として設計されている。駆動機械としては、例えば、同期電動機、とりわけハイブリッド同期電動機を使用することができる。

以下の実施例は、電気自動車に関するものだが、必ずしもこれに限定されるものではない。この実施例は、然るべき方法でハイブリッド車両にも転用可能である。

通常、電気自動車を駆動するには、単独の電気機械と、要求に合わせて設計された変速機ないしトランスミッション機構が使用される。要求される或いは必要な全駆動変速比（Ｇｅｓａｍｔａｎｔｒｉｅｂｓｕｅｂｅｒｓｅｔｚｕｎｇ）を得るために、様々な変速段（Ｕｅｂｅｒｓｅｔｚｕｎｇｓｓｔｕｆｅ）を使用することができる。例えば、副軸式変速機（Ｖｏｒｇｅｌｅｇｅｇｅｔｒｉｅｂｅ）、手動変速機（Ｓｃｈａｌｔｇｅｔｒｉｅｂｅ）、二次変速機（Ｓｅｋｕｎｄａｅｒｔｒｉｅｂｅ）、無段階変速機（ｓｔｕｆｅｎｌｏｓｅ Ｇｅｔｒｉｅｂｅ）（いわゆるＣＶＴ変速機）、主軸式変速機（Ｎａｃｈｇｅｌｅｇｅｇｅｔｒｉｅｂｅ）、車軸駆動変速機（Ａｃｈｓａｎｔｒｉｅｂｓｇｅｔｒｉｅｂｅ）等々である。上述の変速機は、手動か自動で切替えができるように設計されていることもある。特殊な駆動を実現するために、電気機械が同軸の入力軸を介して直接変速機に接続されているような構造の類（Ｂａｕｖａｒｉａｎｔｅ）も使用される。さらに、ベルト、ドライブチェーン或いは平歯車を介して、電気機械から変速機にパワーを伝達することができる。

より高い出力トルクないし出力パワーを達成するために、複数の電気機械を互いに連結し、これらの電気機械からそれぞれ供給される力ないしそれぞれ供給されるトルクを共通の変速機に導入するようにされていてもよい。この連結は、伝導ベルトやドライブチェーンを用いて行うことができる。しかしながら、このような連結は、次のような欠点を有する：先ず、非常に多くの組立スペースが必要である。この理由から、電気駆動ユニットは、電気機械を二つ有するだけでも（或いはそれより多くても）、オートバイやスクータには使用するのがやっとか或いは全く使用できない。というのも、これら二つの乗り物では、限られた組立スペースしか使えないからである。また、特に小型の乗用車の場合や、或いは水上乗り物の場合に使用される船外モータの場合にも、上記の組立スペースが問題になる。また、この種の連結は、効率の点で最善でもない。力を伝達するのに関わる部材が多いために、全体として摩擦損失が増加することになり、その結果、駆動機構ないし駆動ユニット内に持ち込まれる熱が増える。

同じ電気機械を互いに連結することで（キーワードは、“群モータ化（Ｓｃｈｗａｒｍｍｏｔｏｒｉｓｉｅｒｕｎｇ）”或いは“数量スケール化（Ｍｅｎｇｅｎｓｋａｌｉｅｒｕｎｇ）”）、異なる出力の駆動部ないしモータを、変更自在に、つまりはその都度要求に合わせて乗り物に搭載することを可能にする従来知られた組立キットの着想でさえ、依然として最善ではない。その理由は、この着想の場合、適用対象のそれぞれの乗り物に対し、相応の、つまりそれぞれに合わせたクラッチギア（Ｋｏｐｐｅｌｕｎｇｓｇｅｔｒｉｅｂｅ）を、それに付属するケーシングとともに開発ないし応用しなければならない点にある。

従って、本発明の課題は、簡素に且つ費用について有利に構成されていながら、それでも確実に動作し、しかも同時に、様々な乗り物ないし乗り物の部類の様々なトルクや出力の要求に容易なやり方で適応することができ、さらには、効率の損失が著しく低い点に特徴がある、乗り物のためのコンパクトな電気駆動ユニットを提供することにある。

この課題は、乗り物のための電気駆動ユニットであって、以下の手段を有する電気ユニットにより解決される：収納ユニットを有し、当該収納ユニットが、或る最大数の収納部を有し、当該収納部のそれぞれが一つの電気機械を収納するように形成されており、構造的に独立に構成された若干数の電気機械を有し、これらの電気機械のそれぞれが、機械トルクを供給するための一つの機械出力軸を有し、これらの電気機械のそれぞれが、その対応する収納部に組み込まれているとともに収納ユニットに結合されており、組み込まれる電気機械の数は、組み立てるべき駆動ユニットの出力側（ａｂｔｒｉｅｂｓｓｅｉｔｉｇ）のパラメータに関して前もって既定されている事前設定値に応じて予め決められており、組み込まれる電気機械の数は、１と上記最大数との間にあり、共通の主軸を有し、当該主軸を介して、駆動ユニットが出力側で駆動ユニットトルクを供給することができ、連結部を有し、当該連結部を介して、機械出力軸が機械トルクを入力（供給）（Ｅｉｎｓｐｅｉｓｅｎ）するように駆動側（ａｎｔｒｉｅｂｓｓｅｉｔｉｇ）で主軸と作用的に接続されている。

本発明による電気駆動ユニットは、以下の基本思想に基づいている：本発明による駆動ユニットは、構造的に独立に構成された若干数の電気機械を中に組み込むことができる一つの収納ユニットを有している。組み込むべき電気機械の数、或いは、結局のところ上記収納ユニットに組み込まれる電気機械の数は、組み立てようとしている電気駆動ユニットごとに予め決められ、しかも、具体的な乗り物用に或いは具体的な乗り物の部類用に組み立てようとしている駆動ユニットの出力側のパラメータに関して前もって（つまり設計時に）既定されている事前設定値に応じて予め決められている。この数は、１（電気駆動ユニットは、この場合には、最小の駆動ユニットトルクを供給する。）と、収納ユニットの構造から決まる最大数（この場合には、電気駆動ユニットは、最大の駆動ユニットトルクを供給する。）との間にあるようにできる。本発明による駆動ユニットは、主軸と連結部を持ち、この連結部を介して、複数の電気機械からそれぞれ供給される機械トルクを入力するべく、個々の電気機械の機械出力軸が主軸に作用的に（作用を及ぼすように）結合されている。この主軸を介して、駆動ユニットは、個々の電気機械からそれぞれ供給される機械トルクを重ね合わせることで生じる一つの駆動ユニットトルクを出力側において供給する。本発明による駆動ユニットでは、個々の電気機械から供給される機械トルクが入力側において重畳される。

従って、本発明による電気駆動ユニットを用いれば、簡易な仕方で、特定の乗り物用に、或いは特定の乗物の部類用に、乗り物別、或いは乗物の部類別のトルクや出力の要求に適合されている駆動ユニットを提供することができる。このように簡単に適合させたり適応させたりすることは、１と最大数の間にある若干数の電気機械を収納ユニットに組み込むことが可能であることにより達成される。すなわち、いかなるトルクないしいかなる出力を最終的に電気駆動ユニットが出力側において最大で供給しなければならないかによって方針が定められている或いは事前に決められている若干数の電気機械を組み込めばよい。換言すれば、本発明による駆動ユニットは、等級分け可能な駆動ユニットである。この駆動ユニットでは、出力側において最大限供給可能なトルク或いは出力側において最大限供給可能な出力を段階的に調整することができ、これらのステップが、使用される個々の電気機械によって定められている。

機械トルクが共通の連結部を介して主軸に入力されることで、よりコンパクトな、より簡易な、そしてさらには信頼性のある動作をする電気駆動ユニットの構成が達成される。さらに、入力に関わる個々の構成要素の数が少ないおかげで、効率損失が非常に少なくなる。加えて、この種の入力の仕方は、機械出力軸と連結部とから形成される対が、個々の電気機械から供給される機械トルクだけに関して設計をすればよい点で優れている。専ら、主軸は、その大きさと軸受の点で、個々の機械トルクの重畳によって生じる、特に最大限可能な、駆動ユニットから出力側で主軸を介して供給される駆動ユニットトルクに関して設計をすればよい。このことが、本発明による駆動ユニットの経済的な組み立てに寄与する。

上述の課題は、こうして完全に解決される。

好ましくは、構造が同じ電気機械が使用される。つまり、収納ユニットに、構造が同じの若干数の電気機械を組み込むこととされている。標準的な電気機械を用意することで、特にコスト的に優位な電気駆動ユニットが組み立てられる。というのも、この場合には、駆動ユニットが、非常に大量の、その結果として入手の点でコストのかからない同一の部材から構成されるからである。さらに、いわゆる標準機械を利用することは、駆動ユニットから出力側において供給される駆動ユニットトルクが、既定の等級で既定され、その等級が、標準機械の機械トルク（定格トルク）によって既定されているという利点がある。換言すると、標準機械の機械トルクに対応して、駆動ユニットトルクを段階付けることができる。駆動ユニットから供給すべき最大駆動ユニットトルクに応じて、そこから導かれた数の標準機械が駆動ユニット内に組み込まれる。

本発明の他の形態において、収納ユニットは、機械出力軸が互いに平行に揃った状態となるように、組み込まれた電気機械が配置されているように形成されている。この解決手段により、特にコンパクトな構成の電気駆動ユニットを実現することができる。

本発明の他の形態では、収納ユニットは、機械出力軸が主軸に関して対称に配置された状態となるように、組み込まれた電気機械が配置されているように形成されている。この解決手段は、一方では、主軸への機械トルクの特に良好な導入ないし入力を可能にするとともに、他方では、駆動ユニットの非常にコンパクトな組立を可能にする。

本発明の他の好ましい形態では、収納ユニットは、機械出力軸が主軸に対して平行に揃った状態となるように、組み込まれた電気機械が配置されているように形成されている。この解決手段も、電気駆動ユニットの特にコンパクトな組立を可能にする。

好ましくは、電気機械は、中心軸線に関して対称に配置されており、この中心軸線は、主軸の回転軸線に一致する。特に好ましくは、電気機械は、円に形作られた線の上に個々の機械出力軸が存在するように配置されており、主軸は、この線の中心点を通って延在するとともに、機械出力軸は、この主軸に対して平行に揃えられている。換言すると、特に好ましい配置では、電気機械は、主軸に対して平行に揃えられた機械出力軸が、主軸に対して同心状に配置された状態となるように配置されている。このように配置された電気機械を有する電気駆動ユニットは、最小の組み立てスペースを有する。好ましくは、このように構成された駆動ユニットが使用される乗り物は、車輪の軌跡が一本の乗り物、つまり、例えばオートバイやスクータである。既に冒頭で述べたように、これら二つの乗り物の類で使用できる組み立てスペースは、極めて限られており、そのために、電気駆動ユニットが特にコンパクトに組み立てられていなければならない。代替的に、このように構成された電気駆動ユニットは、小型の乗用車や、水上乗り物用の船外モータにも使用することができる。

好ましい本発明の形態において、連結部は、主軸と作用的に接続している歯車である。当然の帰結として、このように構成された連結部では、機械出力軸は、少なくとも一つの歯車部を有し、この歯車部を介して機械出力軸がそれぞれ上記歯車と作用的に接続されている。歯車部は、機械出力軸上に取り付けられた、つまり、機械出力軸に接続された構造的に同一に形成された歯車とすることができる。また、歯車部は、機械出力軸に機械加工により刻設されていることも考えられ得る。歯車として形成された連結部は、一方では、その製造においてコストがかからず、他方では、然るべく形成された機械出力軸と一緒になって、主軸への機械トルクの特に信頼性のある入力と、それにより動作確実な駆動ユニットの組み立てを可能にする。従って、組み込まれる個々の電気機械は、そのそれぞれの機械出力軸を介して、主軸上に支持された一つの歯車を駆動する。この形態において与えられる歯車対は、それぞれの電気機械から主軸に入力すべき機械トルクの点のみを考慮して設計すればよい。

さらに、上で述べたように、電気機械が好ましくは中心軸線に関して対称に配置されていることで、この中心軸線が主軸の回転軸線に一致し且つ個々の機械出力軸が円に形作られた線の上に位置し、その中心点を通って主軸が延在するとともに機械出力軸が主軸に対して平行に揃えられた状態になっているときには、歯車として形成された連結部と、それぞれ一つの歯車部を有する複数の機械出力軸とからなる全体の配置構成が、遊星歯車変速機（ただし、内歯車を有さない）に対応することになる。空間的な配置から、歯車部が遊星歯車に、歯車として形成された連結部が共通の太陽歯車に対応する。このように実現された歯車対は、変速機の変速段（Ｕｅｂｅｒｓｅｔｚｕｎｇｓｓｔｕｆｅ）に対応する。機械出力軸は、主軸に対して同心的に配置されている。

既に上で述べたように、駆動ユニットから最大限供給できる駆動ユニットトルクは、収納ユニット内に組み込まれる電気機械の数により決定されており、そのトルクは、最大数の電気機械が収納ユニット内に組み込まれているときに生じる値に上限が定められている。従って、先に記載された変速機を構成している構成要素を設計すること、従って、組み込まれた電気機械が最大数のときに設定される駆動ユニットトルクに変速機を設計することが可能である。こうして、本発明による電気駆動ユニットを使用すべき様々な乗り物ないし乗物の部類のために、統一的に寸法決めされた変速機を用いることができる。構造が同じ電気機械を用いると、それに伴って、同じ部材を使用することを後押しすることにもつながり、このことがまた、本発明による駆動ユニットのコストを抑えた構成に寄与する。

有利なように、連結部は、フリーホイールクラッチ装置を介して主軸と作用的に接続している。好ましいのは、主軸が複数段に形成された変速機の一部である場合である。特に好ましくは、二段に形成された変速機である。フリーホイールクラッチ装置では、最も簡単な場合、機械的に実現されるフリーホイール（Ｆｒｅｉｌａｕｆ）とすることができる。これは、例えば、伝動ローラー式フリーホイールの形態か、或いは、スプラグ式フリーホイールの形態で実現されている。この形態では、主軸の回転数が増加するのに伴い、或る特定の、つまり既定の回転数以降は、第一ギア段が追い越される。また、制御されるアクチュエータでもよく、これは、特に、電気駆動ユニットに関して、いわゆる回生モードが可能でなければならないというときに有利である。アクチュエータは、クラッチの形態で構成されていてもよく、このクラッチにより、相応に主軸の回転数が大きいときに、第一変速段を主軸から切り離すことができる。つまり、クラッチは、或る特定の主軸の回転数以降は、連結部と主軸の間の摩擦接続が解消されるように形成されている。アクチュエータの制御は、このとき電気的或いは油圧式に行なうことができる。

好ましくは、このような変速機の第一段を形成するために、機械出力軸の歯車部と、歯車として形成された連結部とが協働する必要がある。変速機のさらに他の段、特に第二段を形成するために、複数の機械出力軸は、それぞれがさらに他の歯車部を有し、この他の歯車部は、主軸と作用的に接続しているさらに他の歯車と協働する。変速機に対して選択されたこの構造は、簡単な仕方で、ギア段の数ｎが非常に多いコンパクトに構成される変速機を実現することができ、好ましくも、例えば主軸の回転数に応じてギア段が切替え可能に形成できるというメリットがある。

多段構成の変速機は、次のようにして実現可能である：ｎ段の変速機の場合、機械出力軸は、ｎ個の前後に並べて配置された歯車部を有し、これらの歯車部は、好ましくはそれぞれ異なる歯車数を有している。前後に並べて配置された歯車部は、例えば、複数の機械出力軸上にそれぞれｎ個の歯車（レイヤ１からレイヤｎまで）が配置されていることで実現できる。これらの歯車が、対応して主軸上に設けられたｎ個の歯車（同じくレイヤ１からレイヤｎまで）、いわゆる太陽歯車と、それぞれ作用的に接続或いは係合する。好ましくは、主軸上に設けられた個々の歯車と主軸との間の摩擦接続を回転数に応じて制御することで、変速機を異なる段に切替えることができる。それぞれ互いに対応させられた一方の歯車部と他方の太陽歯車からなる個々の対に対して異なる変速比を実現可能にするためには、対が互いに異なる歯数比を有していなければならない。つまり、例えばレイヤ１の対は、歯数比ｚ_１を有し、レイヤｎ−２の対は、歯数比ｚ_ｎ−２を有し、このとき、ｚ_１とｚ_ｎ−２とが異なり、この見方が、あらゆる想定可能な一組の対の組みについても当てはまらなければならない。

複数段に形成された、または切替え可能な変速機を実現可能にするために、有利な本発明の形態では、上記他の歯車がクラッチ装置を介して主軸と作用的に接続しているものとされている。有利には、クラッチ装置は、このために上記他の歯車と主軸との間の摩擦接続が可能となるように形成されている。従って、既定の基準が存在すると、例えば、主軸の予め定められた回転数に達すると、上記他の歯車を主軸と係合させ、これにより他のギア段が選択されているようにすることが可能である。このクラッチ装置では、発生する遠心力のために可動部材が動き、或いは位置が変更されることで必要な摩擦接続が行われるという、純粋に機械的に動作するクラッチとすることができる。例として、ここでは、遠心力クラッチが挙げられる。しかし、然るべき制御信号により摩擦接続を形成するように制御される電磁的或いは油圧式に構成されたアクチュエータとしてもよい。こういった制御可能なクラッチ装置を使用することは、例えば、本発明による駆動ユニットを具備している乗り物を回生モードでも動作させようというときに向いている。代替的に、クラッチ装置は、手動操作可能に構成されていてもよい。

本発明の他の形態では、収納ユニットは、冷却フィンを有する。この解決手段は、簡単な仕方で電気駆動ユニットの確実な冷却が可能であるというメリットがある。面倒な水冷は省くことができる。この解決手段によれば、確実に動作する駆動ユニットをコストをかけずに組み立てることが可能となる。代替的或いは付加的に、駆動ユニットの他の構成要素に、同じように冷却フィンが設けられていてもよい。

本発明による駆動ユニットは、その非常にコンパクトな構成により、オートバイやスクータに使用するのに特によく適している。本発明による駆動ユニットにおいて、一方の電気機械と他方の変速機とが一つのコンパクトな駆動ユニットに構造上統一されることで、スクータの場合にはユニットスイングに固定された取り付けが可能となる一方、オートバイの場合にはフレームに固定された取り付けが行なわれる。パワートレイン（Ｔｒｉｅｂｓａｔｚ）（スクータ）としての、或いはフレーム固定された構成要素（オートバイ）としての、本発明による駆動ユニットの構成は、本発明による駆動ユニットに関して熱効率を良くする作用がある。

本発明の他の形態において、組み込まれた複数の電気機械は、それぞれが個別に対応付けて設けられた制御装置を持っている。この解決手段によれば、個々の電気機械から供給される機械トルクを均等に入力することが可能になる。これは、例えば、構成要素に特有の公差を補償することができるからである。これに関連して、これらの制御装置の一つにマスター機能が割り当てられている一方で、その他の制御装置がそれぞれスレーブ機能を内包しているものとされていてもよい。代替的に、制御装置の一つ自身がマスター機能を引き受けるのではなく、このために上位に置かれた中心制御ユニットが設けられているようにされていてもよい。

既に上で説明したように、駆動ユニットは、主軸を介して出力側で一つの駆動ユニットトルクを供給し、このトルクは、個々の電気機械からそれぞれ供給される機械トルクの重ね合わせにより生じるものである。この点では、本発明による駆動ユニットは、“足し合わせ変速機”の働きを有する一つの変速機を持った一つの駆動ユニットとして捉えることができる。

本発明の実施例は、図面に記載されており、以下の記載で詳細に説明される。

本発明による電気駆動ユニットの構成を示す概略図である。 駆動ユニットに組み込まれた電気機械が別にして示されている本発明による駆動ユニットを示す他の概略図である。 変速機カバーが取り外された状態で変速機側部の構成を示す他の概略図である。 本発明による駆動ユニットの構成の分解図である。 本発明による駆動ユニット内にある変速機の第一ギア段を形成する部分を示す概略図である。 本発明による駆動ユニット内にある変速機の第二ギア段を形成する部分を示す概略図である。

図１は、本発明により実施された電気駆動ユニット１０を示す。
駆動ユニット１０は、機械側部１２と変速機側部１４に分かれている或いは区分けされている。モータ（電動機）側の部分１２は、収納ユニット１６を備え、この中に、若干数の電気機械が組み込まれており、これらのうちの一つが符号１８で示されている。モータ側部１２は、モータ部キャップ２０により閉止されている。変速機側部１４は、このモータ部キャップ２０の上に載置されている。変速機側部１４は、変速機カバー２２により封閉されている。変速機側部１４は、このカバーから一部が飛び出している主軸２４を有している。この軸を介して、電気駆動ユニット１０は、出力側で駆動ユニットトルクを供給することができる。駆動ユニットトルクは、図１に不図示の伝達装置を介して、同じく不図示の乗り物の駆動輪に伝達される。乗り物が、例えばスクータやオートバイである場合は、伝達装置は、チェーンや伝動ベルトでもよい。

図２は、別の概略図において本発明による駆動ユニット１０を改めて示している。ここでは、図１と比べると、駆動ユニット１０内に取り付けられた電気機械が別途示されている。これらの電気機械の一つが、代表的に符号１８によって示されている。

図２の記載から分かるように、収納ユニット１６は、構造的に独立に形成された若干数の電気機械１８を収容するように形成されている。このために、収納ユニット１６は、以下に図４との関連で述べられることになる最大数の収納部２６を有し、収納部２６のそれぞれは、電気機械１８の一つを収容するように形成されている。

これらの図に示された駆動ユニットは、最大で三つの電気機械を収容するように形成されている。このことは、限定的な作用を持つものではあり得ない。当然、駆動ユニットは、機械側部１２と変速機側部１４とを上手く適合するように変更して、他の任意の最大数の電気機械を収容するようにも形成されていてよい。

図２の記載から分かるように、収納ユニット１６に組み込むべき或いはその後に組み込まれる電気機械１８は、いずれもが別々に付属する制御装置２８を持ち、当該制御装置により、それぞれの電気機械１８がそれらの動作のために制御可能とされる。図２の記載によれば、一つの制御装置２８と一つの電気機械１８とが、それぞれ一つの構造的なユニットを形成することになっている。このことは、限定的な作用を持つものではあり得ない。制御装置２８と電気機械１８とが、空間的に互いに分離されて設けられていることも考えられ得る。さらに、制御装置が一つだけ設けられ、この制御装置を用いて、駆動ユニット内に組み込まれた全ての電気機械が同等に制御されることも考えられ得る。

図３は、本発明による駆動ユニット１０を変速機カバー２２無しで示している。

図３の記載から分かるように、電気機械１８のそれぞれが、機械トルクを供給するための機械出力軸を有しており、これらの機械出力軸の一つが代表的に符号３０で示されている。機械出力軸３０は、歯車部３２を有しており、これを介して、それぞれの機械出力軸３０が、歯車として形成された連結部３４に作用的に接続されている。連結部３４を介して、機械出力軸３０が、機械トルクを入力すべき主軸２４に駆動側で作用接続されている。

変速機側部１４は、二段で形成された変速機３６を備えることになっており、二段式の変速機３６の第一段を形成するように、機械出力軸３０の歯車部３２と、歯車として形成された連結部３４とが協働する。変速機３６の次の、すなわち第二段を形成するように、機械出力軸３０は、それぞれ他の歯車部３８を有している。この他の歯車部３８は、主軸２４と作用的に接続している他の歯車４０と協働している。

二段式の変速機３６が切替え可能となるように、連結部３４は、そのまま主軸２４に作用接続しているのではなく、フリーホイールクラッチ装置４２を介している。さらに、他の歯車４０は、図３では見えないクラッチ装置４４を介して、主軸２４に作用接続されている。クラッチ装置４４は、他の歯車４０と主軸２４との間の摩擦接続を可能にするように形成されている。

二段式の変速機３６の動作の仕方は、このとき次のようなものである：第一段では、電気機械１８が、フリーホイールクラッチ装置４２上に設けられた連結部３４を介して、主軸２４を駆動する。このとき、フリーホイールクラッチ装置４２は、その阻止する状態或いは阻止された状態にある。主軸２４の所定の回転数以降では、好ましくは機械的に作用する遠心力クラッチとして形成されているクラッチ装置４４が係合状態になる。このクラッチ装置４４を介して、他の歯車４０が主軸２４上に支承されている。第二段のクラッチ装置４４が係合することで、第一段のフリーホイールクラッチ装置４２が追い越される。従って、機械トルクの入力は、もはや変速機の第一段（歯車部３２、連結部３４の対）を介してではなく、第二段（次の歯車部３８、次の歯車４０の対）を介して行なわれる。こうして、自動的な、しかも回転数ないし遠心力に応じて切り替わる二段変速機となる。

歯車として形成された連結部３４も、他の歯車４０も、歯車部３２或いは他の歯車部３８に対するその配置から、太陽歯車とみなすことができる。

図３の記載（当該記載によれば、二段式に形成された変速機である。）は、何らの限定作用を持つものではない。一般的に表そうとすれば、本発明による駆動ユニットは、ｎ段を持つ多段式の変速機を有するものでもよい。図３に記載されたニ段よりも多い段を持つ変速機である場合は、機械出力軸は、対応してもっと多くの他の歯車部を有し、主軸２４上には、対応してもっと多くの他の歯車が、付属のクラッチ装置を介して設けられており、その際、これら他の歯車部も、他の歯車も、それぞれ前後に配置されている。このとき、クラッチ装置は、慣性によって、主軸２４の異なる回転数のときに、それぞれ、別の歯車と主軸２４との間に摩擦接続をクラッチ装置が可能にするように設計されているか、或いは、然るべく設けられた制御ユニットを用いて、それぞれ対応している他の歯車部と他の歯車とから形成されたギア段を介して、異なる回転数において機械トルクを主軸２４に入力するように制御される。

図３の記載から分かるように、収納ユニット１６は、組み込まれた電気機械１８が、機械出力軸３０が互いに平行に揃えられた状態となるように配置されているように形成されている。加えて、組み込まれた電気機械１８は、機械出力軸３０が主軸２４に関して対称に配置された状態になるように配置されている。このとき、機械出力軸３０は、主軸２４に対して平行に揃った状態となっている。電気機械は、中心軸線に関して対称に配置されており、この中心軸線は、主軸の回転軸線に一致する。ここで、個々の機械出力軸は、円に形作られた線の上に存在し、その中心点を通って主軸が延在している。つまり、電気機械は、主軸に対して平行に揃えられた機械出力軸が、主軸に対して同心状に配置された状態となるように配置されている。

図４には、本発明による駆動ユニット１０の構成が分解図により示されている。駆動ユニット１０は、収納ユニット１６を有している。この収納ユニットは、収納フランジ４６、冷却フィン５０付きのケーシング壁部４８及びモータ部キャップ２０から組み立てられている。収納ユニット１６は、或る最大数の収納部を有し、そのうちの一つが、代表的に符号２６で示されている。収納部２６は、収納フランジ４６にある円形開口部５２と、ケーシング壁部４８に形成された凹部５４とから構成されている。収納部２６のそれぞれが、電気機械１８の一つを収容するように形成されている。

図４の記載によれば、構造的に独立に形成された三つの電気機械１８が収納ユニット１６内に組み込まれ或いは組み込まれていることになる。ここで、これらの電気機械１８は、構造が同じに形成されていることになっており、電気駆動ユニット１０の組み立てや実現に関していえば、いわば電気的な標準機械ということである。電気機械１８は、収納フランジ４６に固定されており、従って、収納ユニット１６に接続されている。このために、電気機械１８には、複数の固定孔部が設けられており、これらのうちの一つが代表的に符号５６で示されている。固定孔部５６には、例えば、見やすくするために図４では不図示とされたネジを通すことができ、このネジが、電気機械１８を固定するために、収納フランジ４６にある対応するネジ山に係合する。

電気機械１８のそれぞれは、機械トルクを供給するための機械出力軸を有し、機械出力軸の一つが代表的に符号３０で示されている。図３との関連で既に説明したように、機械出力軸３０は、歯車部３２と、他の歯車部３８とを有している。モータ部キャップ２０には、機械出力軸３０が、コロ軸受を介して支承されており、このうち一つが、代表的に符号５８で示されている。個々のコロ軸受５８と、モータ部キャップ２０との間には、変速機側部１４を外界に対して封止するために、シールリングが配置されている。このシールリングの一つが、代表的に符号６０で示されている。また、変速機カバー２２には、機械出力軸３０が、コロ軸受を介して支承されており、このうち一つが、代表的に符号６２で示されている。また、このコロ軸受６２では、個々のコロ軸受６２と、変速機カバー２２との間にシールリングが配置されており、この箇所でも変速機側部１４を外界に対して封止するようになっている。選択された表し方のために、変速機側部１４に配置されたこのシールリングは、しかしながら見ることができない。

主軸２４は、同じくコロ軸受により支承され、しかも、機械側部１２に対して設けられたコロ軸受６４を介して支承されているとともに、変速機側部１４に対して設けられたコロ軸受６６を介して支承されている。コロ軸受６４とモータ部キャップ２０との間には、選択された視点のために、見ることができないシールリングが配置されている。コロ軸受６６と変速機カバー２２との間には、シールリング６８が配置されている。変速機側部１４は、こうして、外界７０に対して完全に封止されている。これにより、例えば、変速機側部１４をオイルによって冷却することが可能になる。機械側の部分１２は、これに対して、既に上述したように、好ましくは空気で冷却される。

歯車部３２は、それぞれ連結部３４と協働する。連結部は、歯車として形成されており、幾何学的な現状からして太陽歯車と称されてもよい。連結部３４は、フリーホイールクラッチ装置４２を介して主軸２４と作用接続している。他の歯車部３８は、それぞれ他の歯車４０と協働する。この歯車は、コロ軸受７２により主軸２４上に支承されている。さらに、他の歯車４０は、クラッチ装置４４を介して主軸２４と作用接続している。主軸は、他の歯車４０と主軸２４との間の摩擦接続を可能にするように形成されている。

ここでなお言及すべきは、図４において専らコロ軸受だけが示されているにしても、それが限定的な作用は持ち得ないということである。例えばボールベアリングといった、異なる構成の軸受を使用するのでも構わない。

図５には、本発明による駆動ユニットに入っている、第一ギア段７４を構成する変速機の一部分が示されており、図６には、本発明による駆動ユニットに入っている、第二ギア段７６を構成する変速機の一部分が示されている。第一ギア段７４は、歯車部３２と、歯車として形成された連結部３４とが協働することにより形成される。連結部３４は、フリーホイールクラッチ装置４２を介して主軸２４と協働する。第二ギア段７６は、他の歯車部３８が、他の歯車４０と協働することにより形成される。この他の歯車４０は、クラッチ装置４４を介して主軸２４と作用接続している。従って、ここに記載された変速機は、二段式で形成されている。このことは、何ら限定作用を持つものではない。当然のことながら、変速機は、変速機が二段よりも多くの段を有するように形成されていてもよい。

１０ 電気駆動ユニット
１２ 機械側部
１４ 変速機側部
１６ 収納ユニット
１８ 電気機械
２０ モータ部キャップ
２２ 変速機カバー
２４ 主軸
２６ 収納部
２８ 制御装置
３０ 機械出力軸
３２ 歯車部
３４ 連結部
３６ 二段変速機
３８ 別の（他の）歯車部
４０ 別の（他の）歯車
４２ フリーホイールクラッチ装置
４４ クラッチ装置
４６ 収納フランジ
４８ ケーシング壁部
５０ 冷却フィン
５２ 円形開口部
５４ 凹部
５６ 固定孔部
５８ コロ軸受
６０ シールリング
６２ コロ軸受
６４ コロ軸受
６６ コロ軸受
６８ シールリング
７０ 外界
７２ コロ軸受
７４ 第一ギア段
７６ 第二ギア段

Claims (15)

1. 乗り物のための電気駆動ユニットであって、
   収納ユニット（１６）を有し、当該収納ユニット（１６）が或る最大数の収納部（２６）を有し、当該収納部のそれぞれが一つの電気機械（１８）を収納するように形成されており、
   構造的に独立に形成された若干数の電気機械（１８）を有し、これらの電気機械（１８）のそれぞれが、機械トルクを供給するための一つの機械出力軸（３０）を有し、これらの電気機械（１８）のそれぞれが、一つの前記電気機械に対応して設けられた一つの収納部（２６）に組み込まれているとともに前記収納ユニット（１６）に結合されており、
   組み込まれる前記電気機械（１８）の数は、組み立てるべき駆動ユニット（１０）の出力側のパラメータに関して前もって既定されている事前設定値に応じて予め決められており、
   組み込まれる前記電気機械（１８）の数は、１と前記最大数との間にあり、
   共通の主軸（２４）を有し、当該主軸を介して、前記駆動ユニット（１０）が出力側で駆動ユニットトルクを供給することができ、
   連結部（３４）を有し、当該連結部を介して、前記機械出力軸（３０）が前記機械トルクを入力するように駆動側で前記主軸（２４）と作用的に接続されている電気駆動ユニット。
2. 請求項１に記載の電気駆動ユニットにおいて、前記収納ユニット（１６）は、前記機械出力軸（３０）が互いに平行に揃った状態となるように、組み込まれた前記電気機械（１８）が配置されているように形成されていることを特徴とする電気駆動ユニット
3. 先行請求項のいずれか一項に記載の電気駆動ユニットにおいて、前記収納ユニット（１６）は、前記機械出力軸（３０）が前記主軸（２４）に関して対称に配置された状態となるように、組み込まれた前記電気機械（１８）が配置されているように形成されていることを特徴とする電気駆動ユニット。
4. 先行請求項のいずれか一項に記載の電気駆動ユニットにおいて、前記収納ユニット（１６）は、前記機械出力軸（３０）が前記主軸（２４）に対して平行に揃った状態となるように、組み込まれた前記電気機械（１８）が配置されているように形成されていることを特徴とする電気駆動ユニット。
5. 先行請求項のいずれか一項に記載の電気駆動ユニットにおいて、前記連結部（３４）は、前記主軸（２４）と作用的に接続している歯車であることを特徴とする電気駆動ユニット。
6. 先行請求項のいずれか一項に記載の電気駆動ユニットにおいて、前記連結部（３４）は、フリーホイールクラッチ装置（４２）を介して前記主軸（２４）と作用的に接続していることを特徴とする電気駆動ユニット。
7. 先行請求項のいずれか一項に記載の電気駆動ユニットにおいて、前記機械出力軸（３０）は、少なくとも一つの歯車部（３２）を有し、当該歯車部を介して、前記機械出力軸がそれぞれ歯車として形成された前記連結部（３４）と作用的に接続していることを特徴とする電気駆動ユニット。
8. 先行請求項のいずれか一項に記載の電気駆動ユニットにおいて、前記主軸（２４）は、多段構成の変速機（３６）の一部分であることを特徴とする電気駆動ユニット。
9. 請求項８に記載の電気駆動ユニットにおいて、前記変速機（３６）の第一段（７４）を形成するために、前記機械出力軸（３０）の前記歯車部（３２）と、歯車として形成された前記連結部（３４）とが協働することを特徴とする電気駆動ユニット。
10. 請求項８又は９に記載の電気駆動ユニットにおいて、前記変速機（３６）の他の段（７６）を形成するために、前記機械出力軸（３０）は、それぞれ他の歯車部（３８）を有し、当該他の歯車部（３８）は、前記主軸（２４）と作用的に接続している他の歯車（４０）と協働することを特徴とする電気駆動ユニット。
11. 請求項１０に記載の電気駆動ユニットにおいて、前記他の歯車（４０）は、クラッチ装置（４４）を介して前記主軸（２４）と作用的に接続していることを特徴とする電気駆動ユニット。
12. 請求項１１に記載の電気駆動ユニットにおいて、前記クラッチ装置（４４）は、前記他の歯車（４０）と前記主軸（２４）との間の摩擦接続を可能とするように形成されていることを特徴とする電気駆動ユニット。
13. 先行請求項のいずれか一項に記載の電気駆動ユニットにおいて、前記収納ユニット（１６）は、冷却フィン（５０）を有することを特徴とする電気駆動ユニット。
14. 先行請求項のいずれか一項に記載の電気駆動ユニットおいて、組み込まれた前記電気機械（１８）は、個別に対応付けて設けられた制御装置（２８）をそれぞれが使用できることを特徴とする電気駆動ユニット。
15. 先行請求項のいずれか一項に記載の電気駆動ユニットにおいて、前記乗り物は、車輪の軌跡が一本の乗り物であることを特徴とする電気駆動ユニット。

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