JP2018200107A - 車両のための駆動ユニットおよび車両の２つの出力シャフトの間でトルクをシフトさせるための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車に対して２つの出力シャフトおよびそれぞれの車輪の間で正確にトルクを分配することが可能な駆動ユニットを提供する。【解決手段】駆動ユニット１０は、モータ１１、遊星差動３９を収容し、２つの出力シャフト２９、３４と駆動係合する差動ケージ３８と、遊星キャリア３３と、第１ギア１８と、第２ギア１９と、２つの可変的に係合可能なクラッチ２８、３２を含む。遊星キャリアは、遊星差動を支持し、第１出力シャフト２９と駆動的に係合される。第１ギアはオーバードライブされることが可能であり、モータおよび可変的に係合される複数のクラッチと駆動係合する。第２ギアは、モータおよび差動ケージと駆動係合する。第１クラッチ２８は、第１ギアと第２出力シャフトとの間に配置され、第２クラッチ３２は、第１ギアと遊星キャリアとの間に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、２つの出力シャフトの間でトルクをシフトさせるべく、ダブル遊星差動機構、および、ダブル遊星差動機構の２つの出力シャフトと可変的に係合され得るオーバードライブギアを利用する、駆動ユニットに関する。

複数の駆動ユニットが、通常、モータと、モータによって生成される回転運動を低減するように配置された減速機とを含む。減速機から差動アセンブリにトルクが伝達され、差動アセンブリは、複数の動輪のための２つの出力シャフトにトルクを分ける。

駆動ユニットを使用する複数の電気またはハイブリッド車両が昔から知られている。複数のハイブリッド電気自動車は、通常、２つの動力源である電気モータと内燃エンジンを組み合わせた構成を有して、より少ない排出物を生成する。複数の被駆動前輪の組および複数の被駆動後輪の組の両方に電気モータとエンジンが動力を伝達することができるように、複数の全輪駆動車両に使用するための複数のハイブリッド電気駆動ユニットが開発されてきている。

全輪駆動の複数のハイブリッド電気自動車においては、通常、減速ギアセットが、電気モータからの出力速度を低減し、低減された出力速度を差動ギアアセンブリへと伝達する。差動ギアアセンブリは、導入されたトルクを２つの出力シャフトに分配する。それにより、２つの出力シャフトのうちの一方が、互いに対して異なる速度で回転することができる。

自動車に対して改善された安定性と敏捷性を提供すべく、２つの出力シャフトおよびそれぞれの車輪の間で正確にトルクを分配することが可能な駆動ユニットを開発することは有益だろう。

本発明は、２つの出力シャフト間でトルクをシフトさせるべく、ダブル遊星差動ギア機構およびオーバードライブギアを利用した駆動ユニットに関する。駆動ユニットは、モータと、２つの出力シャフトと駆動係合するダブル遊星ギア機構を収容する差動ケージと、遊星キャリアと、第１ギアと、第２ギアと、可変係合される一対のクラッチとを含む。遊星キャリアは、ダブル遊星差動ギア機構を支持し、第１出力シャフトと駆動係合する。第１ギアは、モータおよび可変的に係合される複数のクラッチと駆動的に係合される。第２ギアは、モータおよび差動ギア機構の複数の遊星ギアと駆動係合する。第１ギアは、モータによって、第２ギアに対してオーバードライブされることが可能である。第１の可変的に係合可能なクラッチは、第１ギアと第２出力シャフトとの間に配置され、第２の可変的に係合可能なクラッチは、第１ギアと遊星キャリアとの間に配置される。第１の可変係合可能なクラッチが作動された場合、増大したトルクが第１出力シャフトに加えられる。第２の可変的に係合可能なクラッチが作動された場合、増大したトルクが第２出力シャフトに加えられる。

本発明の上述した利点、並びにその他複数の利点は、次の添付の複数の図面を考慮して検討された場合に、以下の詳細な説明から、本技術分野の当業者には容易に明らかになるだろう。
本発明の好ましい実施形態に従った駆動ユニットアセンブリの略図である。 本発明の別の好ましい実施形態に従った駆動ユニットアセンブリの略図である。

本発明は、そうでないということが明確に特定されている場合を除いて、様々な代替的な方向性および段階の順番を取り得ることが理解されるべきである。添付の複数の図面に示された、および、以下の明細書に説明された特定の複数の装置およびプロセスは、添付の特許請求の範囲にて定義される複数の発明の概念の、単なる例示的な複数の実施形態に過ぎないこともまた理解されるべきである。従って、開示される複数の実施形態に関する特定の寸法、方向、またはその他の物理的特性は、特許請求の範囲にてそうでないことを明確に述べていない限り、限定的とみなされるべきではない。

ここで、複数の図面のうちの図１を参照すると、電気駆動ユニットアセンブリ１０の、１つの好ましい実施形態が提供される。

図１に示されるように、モータ１１が、第１ハウジング部材１２および出力シャフト１３に接続される。モータ１１は、電気モータまたは油圧モータを含め、任意の種類のモータであり得る。第１ハウジング部材１２は、モータ１１から軸方向に延在し、出力シャフト１３と比べると、半径方向外側にある。出力シャフト１３は、モータから軸方向に延在し、第１ハウジング部材１２から半径方向内側にある。

出力シャフト１３は、減速ギアセット１４に駆動的に係合される。減速ギアセット１４は、第１減速ギア１４ａと第２減速ギア１４ｂを含む。第１減速ギア１４ａは、出力シャフト１３から半径方向内側に配置される。第１減速ギア１４ａは、出力シャフト１３と駆動的に係合される。

第２減速ギア１４ｂは、第１減速ギア１４ａから軸方向に延在するシャフト１４ｃによって、第１減速ギア１４ａに接続される。第２減速ギア１４ｂの駆動ギアが、第１クラッチ装置１５と係合されることが可能である。

第１クラッチ装置１５は、第２減速ギア１４ｂから半径方向外側に配置され、第２ハウジング部材１６によって支持される。第１クラッチ装置１５は、任意の手段、具体的には、電気機械式、油圧式または電磁式手段によって作動され得る。図１に示されるように、第１クラッチ装置は噛み合いクラッチであるものの、任意の種類のクラッチ装置であり得る。

第１クラッチ装置１５は、第２減速ギア１４ｂおよびピニオンギア１７に選択的に連結することが可能である。ピニオンギア１７は、軸方向に延在するシャフト１７ｃによって接続された２つのピニオン１７ａ、１７ｂを有する。ピニオンギア１７は、減速ギアセットのシャフト１４ｃの周りに回転可能である。ピニオン１７ａ、１７ｂは、それらに形成された複数の歯を有する。ピニオン１７ａは、第１クラッチ装置１５を係合することが可能である。ピニオン１７ｂは、一組のリングギア１８、１９と駆動的に係合される。ピニオン１７ｂおよびリングギア１８、１９は、共通の中心距離を有する。

リングギア１８、１９は、ピニオンギア１７から半径方向内側に配置される。リングギア１８、１９は、それらに配置された複数の歯を有する。第１リングギア１８は、第２リングギア１９よりも少ない数のギア歯を有するので、第１リングギア１８が第２リングギアよりも速く駆動されることが可能である。従って、第１リングギア１８は、第２リングギア１９に対してオーバードライブされる。

１つの好ましい実施形態において、ピニオンギア１７は１７枚の歯を有し、第１リングギア１８は５０枚の歯を有し、第２リングギア１９は５１枚の歯を有する。その他複数の実施形態において、第２リングギア１９に対して約２から約４．５パーセントの第１リングギア１８のオーバースピードを与えるように、それぞれのギアの歯の数が選択され得る。

第１ハウジング部材１２は、リングギア１９から半径方向外側に配置され、第２ハウジング部材１６は、リングギア１８から半径方向外側に配置される。ギア１８と１９との間に第３ハウジング部材２０が配置される。図１に示されるように、第３ハウジング部材２０の一部は、第１ハウジング部材１２と第２ハウジング部材１６との間に位置され、複数の保持ボルトを含む追加の保持手段を必要とせずに、第３ハウジング部材２０の軸方向の位置を固定する。図１に示されるように、第３ハウジング部材２０の形状が、このハウジングの回転を防ぐ。その他複数の実施形態において、複数のだぼを含め、その他の手段が回転を防ぐために使用され得る。

第１リングギア１８は、ラジアルシャフト２１に接続される。ラジアルシャフト２１は、第１リングギア１８から半径方向内側に延在し、自身の他方の端部から軸方向外側に延在する第１クラッチハブ２２を有する。クラッチハブ２２は、それ自身において半径方向外側に延在する一組のクラッチプレート２３と、それ自身において半径方向内側に延在する第２の組のクラッチプレート２４を有する。

クラッチハブ２２と平行且つそこから半径方向外側の第２クラッチハブ２５が、それ自身において半径方向内側に延在する一組のクラッチプレート２６を有する。クラッチプレート２３および２５は、クラッチパックを形成すべく、交互に配置される。第２クラッチハブ２５は、半径方向に延在する出力シャフト２７から軸方向に延在する。出力シャフト２７は、第２クラッチハブ２５の端部から回転軸Ｚに向かって半径方向内側に延在する。クラッチプレート２３、２６、クラッチハブ２２、２５、およびシャフト２７は、第１の可変的に係合可能なクラッチ２８を形成する。シャフト２７は、半径方向内側端部に形成され、第１出力シャフト２９と駆動的に係合されるギア２７ａを有する。出力シャフト２９は、自動車の車軸ハーフシャフトである。第１の可変的に係合可能なクラッチ２８が係合された場合、モータから、第１リングギア１８およびシャフト２７を通って、出力シャフト２９へとトルクが伝達される。

クラッチハブ２２と平行且つそこから半径方向内側の第３クラッチハブ３０が、それ自身において半径方向外側に延在する一組のクラッチプレート３１を有する。クラッチプレート２４、３１は、クラッチパックを形成すべく、交互に配置される。クラッチプレート２４、３１、クラッチハブ２２、３０、およびシャフト２７は、第２の可変的に係合可能なクラッチ３２を形成する。

第３クラッチハブ３０は、遊星ギアキャリア３３の端部に接続される。遊星ギアキャリア３３は、第３クラッチハブ３０から遊星差動ギア機構３９に向けて軸方向に延在し、回転軸Ｚの周りに回転可能である。

遊星ギアキャリア３３は、一組の遊星ギア３５、３６に対する支持を提供し、第２出力シャフト３４に駆動的に接続される。遊星ギアキャリア３３は、平行なラジアルセクション３３ｃ、３３ｄに接続される、２つの平行な軸方向セクション３３ａ、３３ｂを有する。セクション３３ａ、３３ｂは、遊星ギアセット３５、３６を支持する。セクション３３ａは、セクション３３ｂから半径方向外側にあり、遊星ギアセット３５を支持する。セクション３３ｂは、３３ａから半径方向内側にあり、遊星ギアセット３６を支持する。

第２の可変的に係合可能なクラッチ３２が係合された場合、モータから、第１リングギア１８および遊星ギアキャリア３３を通って、出力シャフト３４へとトルクが伝達される。

可変的に係合可能なクラッチ２８、３２は、個別の複数のアクチュエータによって作動され得る。または、常に１つのクラッチのみを動作させるように構成された単一のアクチュエータによって作動され得る。可変的に係合可能なクラッチ２８、３２は、任意の機械的手段、すなわち、モータ、複数のアクチュエータギア、ボールランプアクチュエータによって、もしくは、油圧式または電磁式手段によって作動され得る。

第２リングギア１９は、シャフト３７を介して差動ケージ３８に取り付けられる。シャフト３７は、第２リングギア１９から半径方向内側に延在し、差動ケージ３８から半径方向外側に延在する。差動ケージ３８は、釣鐘形状をしており、遊星差動ギア機構３９を収容する。差動ケージ３８は、軸方向セクション３８ａを含む。差動ケージのセクション３８ａは、それ自身において半径方向内側に延在するギア４０を有する。ギア４０は、第２遊星ギアセット３６に駆動的に係合される第１遊星ギアセット３５と駆動的に係合される。第１遊星ギアセット３５は、第２遊星ギアセット３６から半径方向外側にある。第２遊星ギアセット３６は、出力シャフト２９に接続される太陽ギア４１に駆動的に係合される。

第１ベアリング４２が、ラジアルシャフト２１とハウジング部材２０との間に配置され、ギア１８を支持する。第２ベアリング４３が、差動ケージ３８とハウジング部材２０との間に配置され、遊星差動ギア機構３９を支持する。第２ベアリング４３は、第１ベアリング４２に隣接する。ベアリング４２、４３の両方が、ハウジング部材２０によって支持される。

出力シャフト２９、３４は、それぞれ、自動車の右車輪および左車輪（図示せず）に接続された複数の車軸ハーフシャフトである。駆動ユニットは、リア駆動ユニットまたはフロント駆動ユニットとして使用され得る。出力シャフト２９、３４は、必要であれば、差動動作が生じることを可能にしつつ、同じ方向且つ同じ速度で回転する。

標準的な動作の間、可変的に係合可能なクラッチ２８、３２にわたって生じる速度差は小さく、低クラッチドラフト、低減されたクラッチクリアランス、および高駆動速度を可能にする。

第１クラッチ装置１５は、係合された場合、減速ギアセット１４をピニオンギア１７へ連結する。第１クラッチ装置１５が係合解除された場合、モータ１１および減速ギアセット１４が出力シャフト２９、３４から切り離され、出力シャフト２９、３４がアイドル状態となることを可能にする。二次全車輪ドライブラインとして使用された場合、出力シャフト２９、３４が車輪の速度で回転し、モータを安定にすること、抗力を低減すること、および燃費を改善することを可能にする。さらに、第１クラッチ装置１５は、高駆動速度下において、最大モータ速度を制限すべく係合解除され得る。

可変的に係合可能なクラッチ２８、３２を制御することにより、トルクは、出力シャフト２９、３４間で強制的に伝達され得る。出力シャフト２９にてさらにトルクが必要な場合、第１の可変的に係合可能なクラッチ２８が係合されることができ、第１リングギア１８を通じて出力シャフト２９への第２動力経路を形成することが可能である。出力シャフト３４にてさらにトルクが必要な場合、第２の可変的に係合可能なクラッチ３２が係合されることができ、第１リングギア１８および遊星キャリア３３を通じて出力シャフト３４への第２動力経路を形成することが可能である。

第１クラッチ装置１５が係合解除され、モータと複数のリングギアとが切り離された場合、トルクをバランスさせて出力シャフト２９、３４へと流すために、可変的に係合可能なクラッチ２８、３２が依然として制御され得る。

図２は、本発明の別の実施形態に従った電気駆動ユニットを示す。図２に示される実施形態は、図１に示される電気駆動ユニットと類似した複数の構成要素を含む。電気駆動ユニット１００の類似した複数の構造上の特徴は、以下に説明される複数の特徴を除いて、同じ参照番号およびプライム（'）符号を含む。

図２に示される電気駆動ユニット１１０の実施形態は、図１に示されるピニオンギア１７と類似の動作をする、３つのピニオン１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃを有するピニオンギア１１７を使用することを除いて、電気駆動ユニット１０と類似している。ピニオンギア１１７は、軸方向に延在するシャフト１１７ｄに接続された３つのピニオン１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃを有する。ピニオン１１７ａは、第１クラッチ装置１５'を係合することが可能である。ピニオン１１７ｂはリングギア１８'と駆動的に係合され、ピニオン１１７ｃはリングギア１９'に駆動的に係合される。ピニオン１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃは、それらに形成された複数の歯を有する。ピニオン１１７ｂの歯の数およびピニオン１１７ｃの歯の数は、互いに異なり、第１ギア１８'および第２ギア１９'の間の代替的な複数の速度比を可能にする。

特許法の規定に従って、本発明は、その複数の好ましい実施形態を表すと考えられるものにおいて説明されてきた。しかしながら、本発明は、その主旨または範囲から逸脱することなく、具体的に示され、説明されているものとは異なるように実施され得ることに留意すべきである。

Claims (19)

1. モータと、
   差動ケージであって、その中に配置されたダブル遊星差動ギア機構を有し、前記ダブル遊星差動ギア機構は２つの出力シャフトと駆動係合する、差動ケージと、
   前記ダブル遊星差動ギア機構を支持し、第１出力シャフトと駆動係合する遊星キャリアと、
   前記モータおよび一対の可変的に係合されるクラッチと駆動係合する第１ギアと、
   前記モータおよび前記ダブル遊星差動ギア機構の複数の遊星ギアと駆動係合する第２ギアであって、前記第１ギアが前記第２ギアに対して前記モータによりオーバードライブされることが可能である、第２ギアと、
   前記第１ギアと第２出力シャフトとの間に配置され、前記第１ギアから前記第２出力シャフトへ選択的にトルクを伝達する、第１の可変的に係合可能なクラッチと、
   前記第１ギアと前記遊星キャリアとの間に配置され、前記遊星キャリアを介して前記第１ギアから前記第１出力シャフトへ選択的にトルクを伝達する、第２の可変的に係合可能なクラッチと、
   を備える、車両のための駆動ユニット。
2. 前記モータは電気モータである、請求項１に記載の駆動ユニット。
3. 前記モータは油圧モータである、請求項１に記載の駆動ユニット。
4. 前記第１ギアおよび前記第２ギアは、それらに配置された複数のギア歯を有し、前記第１ギアの前記複数のギア歯の数は、前記第２ギアの前記複数のギア歯の数よりも少ない、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
5. 前記第１ギアおよび前記第２ギアの前記複数のギア歯の数は、２から４．５パーセントのオーバースピード条件を生成するように選択される、請求項４に記載の駆動ユニット。
6. 前記第１ギアの前記複数のギア歯の数は５０であり、前記第２ギアの前記複数のギア歯の数は５１である、請求項４または請求項５に記載の駆動ユニット。
7. 前記モータと前記第１ギアおよび前記第２ギアとの間に配置された減速ギアセットをさらに備え、前記減速ギアセットは、前記モータと前記第１ギアおよび前記第２ギアとに駆動的に係合される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
8. 前記モータと前記第１ギアおよび前記第２ギアとの間に配置された第３クラッチ装置であって、前記モータを、前記第１ギアおよび前記第２ギアと選択的に接続したり切り離したりするための第３クラッチ装置をさらに備える、請求項１に記載の駆動ユニット。
9. 前記第３クラッチ装置は噛み合いクラッチである、請求項８に記載の駆動ユニット。
10. 前記モータと前記第３クラッチ装置との間に配置された減速ギアセットをさらに備え、前記減速ギアセットは、前記モータと駆動係合する、請求項８または請求項９に記載の駆動ユニット。
11. 第１ピニオンおよび第２ピニオンを有し、前記第３クラッチ装置と前記第１ギアおよび前記第２ギアとの間に配置されたピニオンギアをさらに備え、前記第２ピニオンは、前記第１ギアおよび前記第２ギアと駆動係合し、前記第１ピニオンは、前記第３クラッチ装置によって選択的に係合される、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
12. 前記第１ピニオン、前記第２ピニオン、前記第１ギア、および前記第２ギアは、それらの端部に配置された複数の歯を有する、請求項１１に記載の駆動ユニット。
13. 前記第２ピニオンの前記複数の歯の数は１７であり、前記第１ギアの前記複数の歯の数は５０であり、前記第２ギアの前記複数の歯の数は５１である、請求項１２に記載の駆動ユニット。
14. 前記第１ギアおよび前記第２ギアの前記複数の歯の数は、２から４．５パーセントのオーバースピード条件を生成するように選択される、請求項１２に記載の駆動ユニット。
15. 第１ピニオン、第２ピニオン、および第３ピニオンを有し、前記第３クラッチ装置と前記第１ギアおよび前記第２ギアとの間に配置されたピニオンギアをさらに備え、前記第２ピニオンは前記第１ギアと駆動係合し、前記第３ピニオンは前記第２ギアと駆動係合し、前記第１ピニオンは前記第３クラッチ装置によって選択的に係合される、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の駆動ユニット。
16. 前記第１ピニオン、前記第２ピニオン、前記第３ピニオン、前記第１ギア、および前記第２ギアは、それらの端部に配置された複数の歯を有する、請求項１５に記載の駆動ユニット。
17. 前記第１ギアおよび前記第２ギアの前記複数の歯の数は、２から４．５パーセントのオーバースピード条件を生成するように選択される、請求項１６に記載の駆動ユニット。
18. 前記第２ピニオンおよび前記第３ピニオンの前記複数の歯の数は互いに異なり、２から４．５パーセントのオーバースピード条件を生成する、請求項１６に記載の駆動ユニット。
19. 車両の２つの出力シャフトの間でトルクをシフトさせるための方法であって、
    モータと、差動ケージであって、その中に配置されたダブル遊星差動ギア機構を有し、前記ダブル遊星差動ギア機構は２つの出力シャフトと駆動係合する、差動ケージと、前記ダブル遊星差動ギア機構を支持し、第１出力シャフトと駆動係合する遊星キャリアと、前記モータおよび一対の可変的に係合されるクラッチと駆動係合する第１ギアと、前記モータおよび前記ダブル遊星差動ギア機構の複数の遊星ギアと駆動係合する第２ギアであって、前記第１ギアが前記第２ギアに対して前記モータによりオーバードライブされることが可能である、第２ギアと、を備える駆動ユニットを提供する段階と、
    前記第１ギアと第２出力シャフトとの間に配置された第１の可変的に係合可能なクラッチを係合することにより、前記モータから前記第２出力シャフトへトルクをシフトさせる段階と、
    前記第１ギアと前記遊星キャリアとの間に配置され、前記遊星キャリアを介して前記第１ギアから前記第１出力シャフトへ選択的にトルクを伝達するための第２の可変的に係合可能なクラッチを係合することにより、前記モータから前記第１出力シャフトへトルクをシフトさせる段階と、
    を有する方法。