JP2019521025A - 多速度ギアボックスを備えた電気駆動系車軸 - Google Patents
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Abstract
一次モータジェネレータ・アセンブリと、電気車軸駆動ユニットと、動力源とを含む電気駆動系。一次モータジェネレータ・アセンブリは、原動機と、当該原動機に駆動係合している第1ギアボックスと、第1クラッチとを含む。第1ギアボックスは、原動機に駆動係合している。電気車軸駆動ユニットは、差動アセンブリと、車輪アセンブリに駆動係合している第2モータジェネレータ・アセンブリと、別の車輪アセンブリに駆動係合している第3モータジェネレータ・アセンブリとを含む。差動アセンブリは、第1クラッチに選択的に係合しており、第1車軸クラッチを介して第2モータジェネレータ・アセンブリに選択的に係合しており、第2車軸クラッチを介して第3モータジェネレータ・アセンブリに選択的に係合している。電気車軸駆動ユニットは、第1クラッチを介して一次モータジェネレータ・アセンブリに選択的に係合する。第2モータジェネレータ・アセンブリおよび第3モータジェネレータ・アセンブリは、モータジェネレータおよび減速ギアボックス部を含む。
Description
本願は、2016年3月28日に出願された米国特許仮出願第62/314,349号に対する優先権およびそれに基づく利益を主張するものである。ここで、上記特許出願の内容は、本願の詳細な説明を参照することにより明示的に組み込まれる。
ハイブリッド車両および電気車両は、主に内燃機関車両の燃料費および温室効果炭素排出に関する政府規定によって人気および支持を高めつつある。ハイブリッド車両は、車両を推進させるために内燃機関および電動機の両方を含む。特に都市部における公害への懸念、および、車両排ガスに関する規定の高まりから、従来の駆動系アーキテクチャを電池式電気駆動系アーキテクチャに置き換えることへの関心が高まりつつある。これまでのところ、電気駆動系アーキテクチャは、重く、費用がかかり、複雑であることが示されている。係る既知のアーキテクチャでは、電池式電気駆動系のばね下重量が増え、電池式電気駆動系に利用可能なスペースを利用しにくいといった傾向がある。
ばね下重量を減らし、費用効果を高め、かつ、電気駆動系アーキテクチャを組み込んだ駆動系パッケージングを改善するような電気駆動系アーキテクチャを開発すれば有利であろう。
本明細書では、一次モータジェネレータ・アセンブリと、電気車軸駆動ユニットと、動力源とを含む自動車の電気駆動系が提供される。一次モータジェネレータ・アセンブリは、原動機と、第1ギアボックスと、第1クラッチとを含む。第1ギアボックスは、原動機および第1クラッチに駆動係合しており、第1クラッチは、駆動シャフトおよび原動機に選択的に駆動係合している。電気車軸駆動ユニットは、差動アセンブリと、第1車輪アセンブリに駆動係合している第2モータジェネレータ・アセンブリと、第2車輪アセンブリに駆動係合している第3モータジェネレータ・アセンブリと、第1車軸クラッチと、第2車軸クラッチとを含む。動力源は、第2モータジェネレータ・アセンブリおよび第3モータジェネレータ・アセンブリと通信している。差動アセンブリは、第1クラッチに選択的に駆動係合しており、第1車軸クラッチを介して第2モータジェネレータ・アセンブリに選択的に駆動係合しており、第2車軸クラッチを介して第3モータジェネレータ・アセンブリに選択的に駆動係合している。電気車軸駆動ユニットは、第1クラッチを介して一次モータジェネレータ・アセンブリに選択的に駆動係合する。第2モータジェネレータ・アセンブリは、第2モータジェネレータおよび第2ギアボックス部を含み、第3モータジェネレータ・アセンブリは、第3モータジェネレータおよび第3ギアボックス部を含む。第3ギアボックス部および第2ギアボックス部は、減速ギアボックスである。
添付図面を踏まえて考慮されると、本実施形態の上記の利点および他の利点が以下の発明を実施するための形態から当業者にとって容易に明らかになるであろう。
好ましい実施形態は、明示的に別段の定めがない限り、様々な代替的な向きおよび工程順位を想定してよいことが理解されるべきである。添付図面に図示され、以下の明細書で説明される特定のデバイスおよびプロセスは、本開示の発明概念の例示的な実施形態に過ぎないことも理解されるべきである。それ故、開示される実施形態に関する特定の寸法、方向、向きまたは他の物理的特性は、明示的に別段の定めがない限り、限定的と見なされるべきでない。
この電気駆動系は、ハイブリッド車両および電気車両において使用されることになる電気パワートレインの構成およびアーキテクチャに関連する。本明細書で開示されるパワートレインは、HEVシステム、EVシステム、および燃料電池式電気&ハイブリッド電気システムに適用可能である。本明細書で開示されるハイブリッドアーキテクチャの実施形態を組み込んだ電気車両またはハイブリッド電気車両は、以下に限定されるわけではないが、電池管理システムまたはウルトラキャパシタを備えた高電圧電池パック、車載型充電器、DC−DC変換器、様々なセンサ、アクチュエータおよび制御装置などといった多くの他のパワートレイン部品を含み得ることが理解されるべきである。
説明を目的として、本明細書ではレバー図と呼ばれる概略図が使用される。レバーアナロジー図としても知られるレバー図は、遊星ギアシステムの回転する部分を並進運動系で表したものである。ある特定の実施形態では、トランスミッション装置の機能を説明する際の視覚補助としてレバー図が提供される。レバー図では、複合遊星ギアセットが単一の鉛直線(「レバー(lever)」)で表されることが多い。入力トルク、出力トルクおよび反作用トルクは、レバーに対する水平力で表される。反作用点に対するレバーの動きは、回転速度の方向を表す。例えば、リングギア、遊星枠および太陽ギアを有する典型的な遊星ギアセットが、リングギアを表すノード「R」、太陽ギアを表すノード「S」、および、遊星枠を表すノード「C」を有する鉛直線で表される。機械的結合は何れも、ノードまたは塗りつぶされた点としてレバー図に描写されていることが理解されるべきである。例えば、あるノードが、固く接続された駆動系の2つの部品を表す。
図1aは、好ましい実施形態に係る電気駆動系100の概略図である。電気駆動系100は、一次モータジェネレータ・アセンブリ102および電気車軸駆動ユニット104を含む。電気車軸駆動ユニット104は、例えば、駆動シャフト106を介して一次モータジェネレータ・アセンブリ102に駆動係合する。電気車軸駆動ユニット104は、一対の車輪アセンブリ108とも駆動係合する。一次モータジェネレータ・アセンブリ102および電気車軸駆動ユニット104は、電池・制御アセンブリ110と電気的に通信している。示されている電気駆動系100は電池式電気車両駆動系であり、複数の動作モードにおいて動作してよい。
図1a、図1bおよび/または図1cに描写されている通り、駆動系100は、エネルギー蓄積デバイスとして電池120を含む。しかしながら、他の実施形態は、以下に限定されるわけではないが、特に燃料電池式電気車両駆動系(FCEV)にウルトラキャパシタまたは燃料電池を含むエネルギー蓄積デバイスまたは電気化学エネルギー変換デバイスまたはそれらの組み合わせを有する他の動力源を備え得ることが理解される。
一次モータジェネレータ・アセンブリ102は、第1モータジェネレータ112、ギアボックス114および一次クラッチ116を含む。ギアボックス114は、第1モータジェネレータ112と一次クラッチ116の一部とに駆動係合している。一次クラッチ116の残りの部分は、駆動シャフト106に駆動係合している。ギアボックス114および一次クラッチ116は、電池・制御アセンブリ110または別の制御装置と通信している。幾つかの実施形態において、駆動系100は、電池管理システム(不図示)の一環として別個の電池制御装置(不図示)を含む。
幾つかの実施形態において、駆動系100の全ての部品は、車両システム制御装置(VSC)(不図示)の監視制御下にある。各駆動系部品が、VSCの監視制御下にある別個の制御装置を有し得る。
幾つかの実施形態において、制御装置118および/またはVSCは、車両および/またはギアボックスに設けられたセンサから多くの電子信号を受信するよう構成される。センサには、温度センサ、速度センサ、位置センサなどが任意に含まれる。幾つかの実施形態において、制御装置118およびVSCは、信号取得、信号調停、または信号を処理するための他の既知の方法といったルーチンを実行するよう構成され、様々なアクチュエータおよびセンサと電子的に通信するよう構成される。
第1モータジェネレータ112は、ギアボックス114に駆動係合している。第1モータジェネレータ112は、電池・制御アセンブリ110と電気的に通信している。電池120および制御アセンブリ110を用いた第1モータジェネレータ112の電気的制御に応じて、第1モータジェネレータ112は、ギアボックス114およびギアボックス114に駆動係合した任意の他の駆動系部品に力を加えてもよいし、それらを減速させてもよい。第1モータジェネレータ112は、ギアボックス114の入力部とギアボックス114に駆動係合した任意の部品とを回転させて電池120に蓄積された電気エネルギーを運動エネルギーに変換することにより力を加える。制御装置118による電気的制御に応答してギアボックス114の入力部が減速すると、第1モータジェネレータ112は電気エネルギーを生成する。当該電気エネルギーは電池120に蓄積されてよい。
ギアボックス114は、トランスミッション装置に通常使用されているギア、クラッチ、アクチュエータおよび他の部品のアセンブリを含む駆動比調節デバイスである。幾つかの実施形態において、ギアボックス114は、以下に限定されるわけではないが、デュアルクラッチトランスミッション装置、自動機械式トランスミッション装置、手動ギアボックスまたは自動ギアボックスであり得る。非限定的な例として、ギアボックス114は、固定比ギアボックスであってよく、電気車軸駆動ユニット104の速度要件およびトルク要件がより多い場合に第1モータジェネレータ112の動作が容易となるよう複数の駆動比を提供してよい。ギアボックス114は、第1モータジェネレータ112と一次クラッチ116の一部とに駆動係合する。ギアボックス114は、制御装置118と通信している。加えて、ギアボックス114は、制御装置118およびVSCと通信している独自の制御装置(不図示)を有してよい。幾つかの実施形態では、ギアボックス制御装置がクラッチ116の係合を調整し、かつ/または、VSCがクラッチ116の係合を制御する。制御装置またはVSCのうちの1つからの通信に応答して、ギアボックス114の駆動比が調節および/または選択される。
一次クラッチ116は、可変的に係合し得る円板状クラッチまたは円錐状クラッチなどのクラッチである。一次クラッチ116によって、第1モータジェネレータ112は、一次クラッチ116が少なくとも部分的に係合した場合に、電気車軸駆動ユニット104に駆動係合することができる。幾つかの実施形態では、一次クラッチ116も制御装置118と通信している。制御装置118から一次クラッチ116への通信に応答して、一次クラッチ116は、非係合位置、部分的に係合した位置、または係合位置に設置される。一次クラッチ116の係合が解除されると、第1モータジェネレータ112は駆動ユニット104に駆動係合しない。
電気車軸駆動ユニット104は、差動アセンブリ122、第2モータジェネレータ・アセンブリ124および第3モータジェネレータ・アセンブリ126を含む。幾つかの実施形態において、図1aから図1cに描写されている通り、電気駆動車軸ユニット104は、第1車軸クラッチ128および第2車軸クラッチ130を更に含む。差動アセンブリ122は、(駆動シャフト106を介して)一次クラッチ116に駆動係合しており、第1車軸クラッチ128を介して第2モータジェネレータ・アセンブリ124に駆動係合しており、第2車軸クラッチ130を介して第3モータジェネレータ・アセンブリ126に駆動係合している。第2モータジェネレータ・アセンブリ124は、第1車軸クラッチ128を介して差動アセンブリ122に駆動係合しており、車輪アセンブリ108のうちの1つに駆動係合している。第3モータジェネレータ・アセンブリ126は、第2車軸クラッチ130を介して差動アセンブリ122に駆動係合しており、車輪アセンブリ108のうちの残りの1つに駆動係合している。幾つかの実施形態において、第2モータジェネレータ・アセンブリ124は、制御装置118および電池120と電気的に通信している。幾つかの実施形態において、第3モータジェネレータ・アセンブリ126は、制御装置118および電池120と電気的に通信している。幾つかの実施形態において、差動アセンブリ122は、回転動力を伝達するために実装された共通の差動ギアセットである。
第1車軸クラッチ128は、少なくとも1つの係合位置および少なくとも1つの非係合位置に設置され得るドッグクラッチなどのクラッチである。更に、第1車軸クラッチ128は、可変的に係合し得る円板状クラッチまたは円錐状クラッチなどのクラッチであり得ることが理解される。第1車軸クラッチ128によって、差動アセンブリ122は、第1車軸クラッチ128が少なくとも部分的に係合した場合に、第2モータジェネレータ・アセンブリ124に駆動係合することができる。第1車軸クラッチ128も制御装置118と通信している。制御装置118から第1車軸クラッチ128への通信に応答して、第1車軸クラッチ128は、少なくとも1つの係合位置および少なくとも1つの非係合位置に設置される。
第2車軸クラッチ130は、少なくとも1つの係合位置および少なくとも1つの非係合位置に設置され得るドッグクラッチなどのクラッチである。更に、第2車軸クラッチ130は、以下に限定されるわけではないが、可変的に係合し得る円板状クラッチまたは円錐状クラッチなどのクラッチであってよいことが理解される。第2車軸クラッチ130によって、差動アセンブリ122は、第2車軸クラッチ130が少なくとも部分的に係合した場合に、第3モータジェネレータ・アセンブリ126に駆動係合することができる。幾つかの実施形態において、第2車軸クラッチ130は、制御装置118と通信している。制御装置118から第2車軸クラッチ130への通信に応答して、第2車軸クラッチ130は、少なくとも1つの係合位置および少なくとも1つの非係合位置に設置される。
差動アセンブリ122は、車軸ハウジング(不図示)の中に配置される。差動アセンブリ122は、車軸駆動ピニオン132およびモータジェネレータ・アセンブリ124、126に駆動係合している。少なくとも1つの軸受(不図示)がスラストころ軸受であってよく、当該軸受は、車軸ハウジングの中で差動アセンブリ122が回転できるよう差動アセンブリ122の一部と接触している。差動アセンブリ122は、当技術分野において知られている通り、リングギアと、差動ハウジングと、駆動ピニオンと、サイドギアとを含む従来の差動アセンブリである。差動アセンブリ122のサイドギアは、車軸クラッチ128、130とそれぞれ駆動係合した車軸出力シャフトとそれぞれ駆動係合する。差動アセンブリ122のリングギアは、ギアボックス114、一次クラッチ116および駆動シャフト106を介して第1モータジェネレータ112と差動アセンブリ122との間の駆動係合が容易となるよう車軸駆動ピニオン132に駆動係合する。
第2モータジェネレータ・アセンブリ124は、第1車軸クラッチ128の一部と車輪アセンブリ108のうちの1つとに駆動係合している。第2モータジェネレータ・アセンブリ124は、ギアボックス部134およびモータジェネレータ部136を含む。ギアボックス部134は、以下に限定されるわけではないが、第1車軸クラッチ128と車輪アセンブリ108との間の駆動比を増加もしくは減少させるのに使用されるエピサイクリックギアセット、ギア列または二速式ギアボックスなどの比調節デバイスである。より具体的には、ギアボックス部134は、2段変速ギアボックスまたは3段変速ギアボックスである。
幾つかの実施形態において、モータジェネレータ部136は、制御装置118および電池120と電気的に通信している。制御装置118によるモータジェネレータ部136の電気的制御に応じて、モータジェネレータ部136は、第1車軸クラッチ128の一部および関連する車輪アセンブリ108に力を加えてもよいし、それらを減速させてもよい。モータジェネレータ部136は、車輪アセンブリ108およびそれに駆動係合した任意の部品を回転させて電池120に蓄積された電気エネルギーを運動エネルギーに変換することにより力を加える。制御装置118による電気的制御に応答して第1車軸クラッチ128の当該一部および関連する車輪アセンブリ108が減速すると、モータジェネレータ部136は電気エネルギーを生成する。当該電気エネルギーは電池120に蓄積されてよい。
第3モータジェネレータ・アセンブリ126は、第2車軸クラッチ130の一部と車輪アセンブリ108のうちの残りの1つとに駆動係合している。第3モータジェネレータ・アセンブリ126は、ギアボックス部138およびモータジェネレータ部140を含む。ギアボックス部138は、以下に限定されるわけではないが、第2車軸クラッチ130の一部と車輪アセンブリ108との間の駆動比を増加もしくは減少させるのに使用されるエピサイクリックギアセット、ギア列または二速式ギアボックスなどの比調節デバイスである。より具体的には、ギアボックス部138は、2段変速ギアボックスまたは3段変速ギアボックスである。
幾つかの実施形態において、モータジェネレータ部140は、制御装置118および電池120と電気的に通信している。制御装置118によるモータジェネレータ部140の電気的制御に応じて、モータジェネレータ部140は、第2車軸クラッチ130の一部および関連する車輪アセンブリ108に力を加えてもよいし、それらを減速させてもよい。モータジェネレータ部140は、車輪アセンブリ108およびそれに駆動係合した任意の部品を回転させて電池120に蓄積された電気エネルギーを運動エネルギーに変換することにより力を加える。制御装置118による電気的制御に応答して第2車軸クラッチ130の一部および関連する車輪アセンブリ108が減速すると、モータジェネレータ部140は電気エネルギーを生成する。当該電気エネルギーは電池120に蓄積されてよい。
電池・制御アセンブリ110は、制御装置118および電池120を含む。制御装置118は、電池120と電気的に通信している。
幾つかの実施形態において、制御装置118は、少なくとも第1モータジェネレータ112、一次クラッチ116、第2モータジェネレータ・アセンブリ124、第3モータジェネレータ・アセンブリ126および車軸クラッチ128、130と電気的に通信している。制御装置118は、電気駆動系100または車両の他の部品(不図示)とも通信していてよいことが理解される。幾つかの実施形態において、制御装置118および/またはVSCは、一次クラッチ116および車軸クラッチ128、130を係合位置または非係合位置に設置すること、並びに、第1モータジェネレータ112、第2モータジェネレータ・アセンブリ124および第3モータジェネレータ・アセンブリ126を制御して、各々がそれぞれ駆動係合した電気駆動系100の部分に力を加えるか、または当該部分を減速させることにより、車両の電気駆動系100の動作モードを制御する。加えて、幾つかの実施形態において、ギアボックス部134、138およびクラッチ128、130は、制御装置118およびVSCと通信している別個の制御装置(不図示)を有してよい。
幾つかの実施形態では、当該別個の制御装置がクラッチ128、130の係合を調整し、かつ/または、VSCがクラッチ128、130の係合を制御する。
幾つかの実施形態において、VSCは、ギアボックス部134、138の比選択を制御すると共に、モータジェネレータ112、136、140のトルクおよび動力を管理するよう構成される。
一実施形態において、電池120は、制御装置118、第1モータジェネレータ112、第2モータジェネレータ・アセンブリ124および第3モータジェネレータ・アセンブリ126と電気的に通信している再充電可能な電気化学エネルギー蓄積デバイスである。電池120は、電気駆動系100または車両の他の部品に動力を供給するために、当該他の部品とも電気的に通信していてよいことが理解される。制御装置118またはVSCによる電気駆動系100の動作モードの調節に応答して、電池120は充電または放電されてよい。
使用にあたって、電気駆動系100は、複数の動作モードで動作してよい。電気駆動系100は、駆動モード、再生/制動モードおよび切断モードで動作してよい。更に、電気駆動系100に関して本明細書で後ほど説明される動作モードは、本明細書で説明される他の電気駆動系と共に使用できるよう適合されてよく、当該他の電気駆動系は、各々のアーキテクチャを利用して、駆動モード、再生/制動モードおよび切断モードで動作することが理解される。
駆動モードにおいて、一次モータジェネレータ・アセンブリ102、電気車軸駆動ユニット104、または、一次モータジェネレータ・アセンブリ102および電気車軸駆動ユニット104の両方は、車輪アセンブリ108のうちの少なくとも1つを回転させるための力を加えて、電気駆動系100を組み込んだ車両を推進させる。一次モータジェネレータ・アセンブリ102のみが駆動モードで使用されると、一次クラッチ116および車軸クラッチ128、130は係合位置に設置され、第1モータジェネレータ112は、制御装置118またはVSCからの通信に応答して電気駆動系100に力を加え、車両を推進させる。電気車軸駆動ユニット104のみが駆動モードで使用されると、一次クラッチ116は非係合位置に設置され、車軸クラッチ128、130は係合位置に設置され、第2モータジェネレータ・アセンブリ124および第3モータジェネレータ・アセンブリ126は、制御装置118またはVSCからの通信に応答して電気駆動系100に力を加え、車両を推進させる。一次モータジェネレータ・アセンブリ102および電気車軸駆動ユニット104の両方が駆動モードで使用されると、一次クラッチ116および車軸クラッチ128、130は係合位置に設置され、第1モータジェネレータ112、第2モータジェネレータ・アセンブリ124および第3モータジェネレータ・アセンブリ126は、制御装置118またはVSCからの通信に応答して電気駆動系100に力を加え、車両を推進させる。
再生/制動モードにおいて、一次モータジェネレータ・アセンブリ102、電気車軸駆動ユニット104、または、一次モータジェネレータ・アセンブリ102および電気車軸駆動ユニット104の両方は、電池120に蓄積されるべき電力として車両の運動エネルギーを回収するのが容易となるよう車両の電気駆動系100を減速させるのに使用される。再生/制動モードは、従来の制動システムを支援するのに使用されてもよいし、坂を下るときに車両の速度を調節するのに使用されてもよい。一次モータジェネレータ・アセンブリ102が再生/制動モードで使用されると、一次クラッチ116および車軸クラッチ128、130は係合位置に設置され、第1モータジェネレータ112は、電気駆動系100を減速させて、電力として運動エネルギーを回収する。
電気車軸駆動ユニット104が再生/制動モードで使用されると、一次クラッチ116は非係合位置に設置されてよく、車軸クラッチ128、130は非係合状態で設置され、電気車軸駆動ユニット104は、電気駆動系100を減速させて、電力として運動エネルギーを回収する。車軸クラッチ128、130の係合が解除されると、モータジェネレータ136、140は、車輪アセンブリ108に動力を供給するか、または、車輪アセンブリ108から運動エネルギーを回収することができる。
一次モータジェネレータ・アセンブリ102および電気車軸駆動ユニット104の両方が再生/制動モードで使用されると、一次クラッチ116および車軸クラッチ128、130は係合位置に設置され、電気車軸駆動ユニット104および第1モータジェネレータ112の両方は、電気駆動系100を減速させて、電力として運動エネルギーを回収する。
切断モードにおいて、車軸クラッチ128、130を用いて、電気駆動系100は、差動アセンブリ122および駆動シャフト106をモータジェネレータ・アセンブリ124、126から切断する能力による寄生損失の減少から利益を得る。この利益は、2つまたはそれ以上の電動車軸を電気駆動系100が組み込んでいるときに得られる場合があり、二重車軸アセンブリなどにおいて車両を推進させるには、電動車軸のうちの1つのみが使用される。
更に、電気駆動系100は、車両のクルーズ速度に達したときなどに電気駆動系100の不要な部分を切断する能力から利益を得る。非限定的な例として、一次クラッチ116および車軸クラッチ128、130は、車軸トルク損失の解消によって電気駆動系100の効率を高めるために係合解除されてよい。
更に、電気駆動系100は、モータジェネレータ112、136、140のサイズを減らして費用要件およびパッケージング要件を減らすという利点を提供する。電気駆動系100により提供される分散型モータジェネレータ112、136、140は、車両運動性を高め、モータジェネレータ112、136、140のうちの1つが正常に機能しなくなるか、または稼働しなくなった場合にフェイルセーフ動作を提供する。電気駆動系100は、車軸に単装された場合と比べて、モータジェネレータ112、136、140の重さの減少によってばね下重量を減らすという利点を提供する。最後に、電気駆動系100は汎用性を高める。なぜなら、電気駆動系100は、以下に限定されるわけではないが、バス用途またはトラクター用途といった多くの用途に使用され得るからである。
モータジェネレータ112、136、140にエネルギーを供給する目的で、インバータ(不図示)がモータジェネレータ112、136、140に電気的に接続される。電池120は、インバータを用いて電池120の直流をモータジェネレータ112、136、140用の交流に変換すべく、インバータに電気的に接続される。
別の好ましい実施形態において、図1bに描写されている通り、モータジェネレータ112は、ハイブリッド車両と共に使用するための内燃機関112aまたは他の原動機に置き換えられる。幾つかの実施形態において、制御装置118は、少なくとも一次クラッチ116、第2モータジェネレータ・アセンブリ124、第3モータジェネレータ・アセンブリ126および車軸クラッチ128、130と電気的に通信している。電池120は、制御装置118、第2モータジェネレータ・アセンブリ124および第3モータジェネレータ・アセンブリ126と電気的に通信している再充電可能な電気化学エネルギー蓄積デバイスである。
説明を目的として、本明細書では「原動機」、「機関」および類似用語などの用語が動力源を示すのに使用される。当該動力源は、幾つか例を挙げると、炭化水素、電気、バイオマス、核、太陽、地熱、水力、空気および/または風力を含むエネルギー源を原料とし得る。通常は車両用途または自動車用途で説明されるが、当業者は、この技術のより広い用途、および、この技術を備えた車両を駆動するための代替動力源の使用に気付くであろう。
図1cに描写されている通り、電気駆動車軸ユニット104は、自動車の多軸駆動系を形成する無動力のタグ車軸またはプッシャー車軸として含まれてよい。一実施形態において、図1cに示されている通り、電気駆動車軸ユニット104は、6×4二重車軸車両の二次電気車軸として置かれる。しかしながら、幾つかの実施形態において、電気駆動車軸ユニット104は、6×2二重車軸車両を形成する一次電気車軸として置かれてよい。
図2は、別の実施形態に係る電気駆動系200を図示している。電気駆動系200は、電気駆動系100の変形例であり、電気駆動系100に類似した特徴を有する。図2に示されている実施形態は、電気駆動系100に類似した部品を含む。図2に示されている実施形態の類似した特徴が同様に連続して番号付けされている。図2に示されている変形例の異なる追加的特徴が本明細書で後ほど説明される。当業者は、本開示で図示および説明される図1a、図1bおよび/または図1cおよび他の実施形態を考慮して、これらの追加的特徴を理解することができる。
図2は、別の実施形態に係る車両(不図示)の電気駆動系200の概略図である。電気駆動系200は、電気車軸駆動ユニット242を含む。電気車軸駆動ユニット242は、一対の車輪アセンブリ208に駆動係合する。電気車軸駆動ユニット242は、電池・制御アセンブリ210と電気的に通信している。示されている電気駆動系200は、電池式電気車両駆動系であり、本明細書で先ほど説明された通り、複数の動作モードで動作してよい。図示はされていないが、電気駆動系200は、多軸駆動系を形成する無動力のタグ車軸またはプッシャー車軸で動作してよいことが理解される。
電気車軸駆動ユニット242は、第1モータジェネレータ244、差動アセンブリ222、第2モータジェネレータ・アセンブリ224、第3モータジェネレータ・アセンブリ226、第1車軸クラッチ228および第2車軸クラッチ230を含む。差動アセンブリ222は、第1モータジェネレータ244に駆動係合しており、第1車軸クラッチ228を介して第2モータジェネレータ・アセンブリ224に駆動係合しており、第2車軸クラッチ230を介して第3モータジェネレータ・アセンブリ226に駆動係合している。第2モータジェネレータ・アセンブリ224は、第1車軸クラッチ228を介して差動アセンブリ222に駆動係合しており、車輪アセンブリ208のうちの1つに駆動係合している。第3モータジェネレータ・アセンブリ226は、第2車軸クラッチ230を介して差動アセンブリ222に駆動係合しており、車輪アセンブリ208のうちの残りの1つに駆動係合している。幾つかの実施形態において、第2モータジェネレータ・アセンブリ224は、制御装置218および電池220と電気的に通信している。第3モータジェネレータ・アセンブリ226は、制御装置218および電池220と電気的に通信している。
第1モータジェネレータ244は、差動アセンブリ222に駆動係合している。第1モータジェネレータ244は、車軸ハウジング(不図示)に連結されてよい。幾つかの実施形態において、第1モータジェネレータ244は、電池・制御アセンブリ210と電気的に通信している。電池・制御アセンブリ210による第1モータジェネレータ244の電気的制御に応じて、第1モータジェネレータ244は、差動アセンブリ222およびそれに駆動係合した任意の他の駆動系部品に力を加えてもよいし、それらを減速させてもよい。第1モータジェネレータ244は、差動アセンブリ222およびそれに駆動係合した任意の部品を駆動して電池220に蓄積された電気エネルギーを運動エネルギーに変換することにより力を加える。制御装置218またはVSCによる電気的制御に応答して差動アセンブリ222が減速すると、第1モータジェネレータ244は電気エネルギーを生成する。当該電気エネルギーは電池220に蓄積されてよい。
図3は、別の実施形態に係る電気駆動系300を図示している。電気駆動系300は、電気駆動系100の変形例であり、電気駆動系100に類似した特徴を有する。図3に示されている実施形態は、電気駆動系100に類似した部品を含む。図3に示されている変形例の類似した特徴が同様に連続して番号付けされている。図3に示されている変形例の異なる追加的特徴が本明細書で後ほど説明される。当業者は、本開示で図示および説明される図1a、図1bおよび/または図1cおよび他の実施形態を考慮して、これらの追加的特徴を理解することができる。
図3は、別の実施形態に係る車両(不図示)の電気駆動系300の概略図である。電気駆動系300は、電気車軸駆動ユニット346を含む。電気車軸駆動ユニット346は、一対の車輪アセンブリ308に駆動係合する。電気車軸駆動ユニット346は、電池・制御アセンブリ310と電気的に通信している。示されている電気駆動系300は、電池式電気車両駆動系であり、本明細書で先ほど説明された通り、複数の動作モードで動作してよい。図示はされていないが、電気駆動系300は、多軸駆動系を形成する無動力のタグ車軸またはプッシャー車軸で動作してよいことが理解される。
電気車軸駆動ユニット346は、第1モータジェネレータ348、ギアボックス350、一次クラッチ352、差動アセンブリ322、第2モータジェネレータ・アセンブリ324、第3モータジェネレータ・アセンブリ326、第1車軸クラッチ328および第2車軸クラッチ330を含む。ギアボックス350は、第1モータジェネレータ348および一次クラッチ352に駆動係合する。差動アセンブリ322は、一次クラッチ352に駆動係合しており、第1車軸クラッチ328を介して第2モータジェネレータ・アセンブリ324に駆動係合しており、第2車軸クラッチ330を介して第3モータジェネレータ・アセンブリ326に駆動係合している。第2モータジェネレータ・アセンブリ324は、第1車軸クラッチ328を介して差動アセンブリ322に駆動係合しており、車輪アセンブリ308のうちの1つに駆動係合している。第3モータジェネレータ・アセンブリ326は、第2車軸クラッチ330を介して差動アセンブリ322に駆動係合しており、車輪アセンブリ308のうちの残りの1つに駆動係合している。幾つかの実施形態において、第2モータジェネレータ・アセンブリ324は、制御装置318および電池320と電気的に通信している。第3モータジェネレータ・アセンブリ326は、制御装置318および電池320と電気的に通信している。
第1モータジェネレータ348は、ギアボックス350に駆動係合している。第1モータジェネレータ348は、車軸ハウジング(不図示)に連結されてよい。幾つかの実施形態において、第1モータジェネレータ348は、電池・制御アセンブリ310と電気的に通信している。電池・制御アセンブリ310による第1モータジェネレータ348の電気的制御に応じて、第1モータジェネレータ348は、ギアボックス350およびそれに駆動係合した任意の他の駆動系部品に力を加えてもよいし、それらを減速させてもよい。第1モータジェネレータ348は、ギアボックス350およびそれに駆動係合した任意の部品を駆動して電池320に蓄積された電気エネルギーを運動エネルギーに変換することにより力を加える。制御装置318またはVSCによる電気的制御に応答してギアボックス350が減速すると、第1モータジェネレータ348は電気エネルギーを生成する。当該電気エネルギーは電池320に蓄積されてよい。
ギアボックス350は、トランスミッション装置に通常使用されているギア、クラッチ、アクチュエータおよび他の部品のアセンブリを含む駆動比調節デバイスである。非限定的な例として、ギアボックス350は、固定比ギアボックスであってよく、電気車軸駆動ユニット346の速度要件およびトルク要件がより多い場合に第1モータジェネレータ348の動作が容易となるよう複数の駆動比を提供してよい。ギアボックス350は、第1モータジェネレータ348と一次クラッチ352の一部とに駆動係合する。ギアボックス350は、制御装置318および/またはVSCと通信している。制御装置318またはVSCからの通信に応答して、ギアボックス350の駆動比が調節される。
一次クラッチ352は、可変的に係合し得る円板状クラッチまたは円錐状クラッチなどのクラッチである。一次クラッチ352によって、第1モータジェネレータ348は、一次クラッチ352が少なくとも部分的に係合した場合に、ギアボックス350を介して電気車軸駆動ユニット346に駆動係合することができる。一次クラッチ352も制御装置318および/またはVSCと通信している。制御装置318またはVSCから一次クラッチ352への通信に応答して、一次クラッチ352は、非係合位置、部分的に係合した位置、または係合位置に設置される。
図4は、別の実施形態に係る電気駆動系400を図示している。電気駆動系400は、電気駆動系100の変形例であり、電気駆動系100に類似した特徴を有する。図4に示されている実施形態は、電気駆動系100に類似した部品を含む。図4に示されている変形例の類似した特徴が同様に連続して番号付けされている。図4に示されている変形例の異なる追加的特徴が本明細書で後ほど説明される。当業者は、本開示で図示および説明される図1a、図1bおよび/または図1cおよび他の実施形態を考慮して、これらの追加的特徴を理解することができる。
図4は、別の実施形態に係る車両(不図示)の電気駆動系400の概略図である。電気駆動系400は、第1モータジェネレータ454および電気車軸駆動ユニット456を含む。電気車軸駆動ユニット456は、一対の車輪アセンブリ408に駆動係合する。幾つかの実施形態において、電気車軸駆動ユニット456は、電池・制御アセンブリ410と電気的に通信している。示されている電気駆動系400は、電池式電気車両駆動系であり、本明細書で先ほど説明された通り、複数の動作モードで動作してよい。図示はされていないが、電気駆動系400は、多軸駆動系を形成する無動力のタグ車軸またはプッシャー車軸で動作してよいことが理解される。
第1モータジェネレータ454は、駆動シャフト406を介して電気車軸駆動ユニット456に駆動係合しており、電気車軸駆動ユニット456から離れて装着される。第1モータジェネレータ454は、電池・制御アセンブリ410と電気的に通信している。電池・制御アセンブリ410による第1モータジェネレータ454の電気的制御に応じて、第1モータジェネレータ454は、電気車軸駆動ユニット456およびそれに駆動係合した任意の他の駆動系部品に力を加えてもよいし、それらを減速させてもよい。第1モータジェネレータ454は、電気車軸駆動ユニット456の入力部と電気車軸駆動ユニット456に駆動係合した任意の部品とを回転させて電池420に蓄積された電気エネルギーを運動エネルギーに変換することにより力を加える。制御装置418またはVSCによる電気的制御に応答して電気車軸駆動ユニット456の入力部が減速すると、第1モータジェネレータ454は電気エネルギーを生成する。当該電気エネルギーは電池420に蓄積されてよい。
電気車軸駆動ユニット456は、ギアボックス458、一次クラッチ460、差動アセンブリ422、第2モータジェネレータ・アセンブリ424、第3モータジェネレータ・アセンブリ426、第1車軸クラッチ428および第2車軸クラッチ430を含む。ギアボックス458は、駆動シャフト406を介して第1モータジェネレータ454に駆動係合しており、一次クラッチ460に駆動係合している。差動アセンブリ422は、一次クラッチ460に駆動係合しており、第1車軸クラッチ428を介して第2モータジェネレータ・アセンブリ424に駆動係合しており、第2車軸クラッチ430を介して第3モータジェネレータ・アセンブリ426に駆動係合している。第2モータジェネレータ・アセンブリ424は、第1車軸クラッチ428を介して差動アセンブリ422に駆動係合しており、車輪アセンブリ408のうちの1つに駆動係合している。第3モータジェネレータ・アセンブリ426は、第2車軸クラッチ430を介して差動アセンブリ422に駆動係合しており、車輪アセンブリ408のうちの残りの1つに駆動係合している。幾つかの実施形態において、第2モータジェネレータ・アセンブリ424は、制御装置418および電池420と電気的に通信している。第3モータジェネレータ・アセンブリ426は、制御装置418および電池420と電気的に通信している。
ギアボックス458は、トランスミッション装置に通常使用されているギア、クラッチ、アクチュエータおよび他の部品のアセンブリを含む、電気車軸駆動ユニット456のハウジング(不図示)に配置された駆動比調節デバイスである。非限定的な例として、ギアボックス458は、固定比ギアボックスであってよく、電気車軸駆動ユニット456の速度要件およびトルク要件がより多い場合に第1モータジェネレータ454の動作が容易となるよう複数の駆動比を提供してよい。ギアボックス458は、第1モータジェネレータ454と一次クラッチ460の一部とに駆動係合する。ギアボックス458は、制御装置418および/またはVSCと通信している。制御装置418またはVSCからの通信に応答して、ギアボックス458の駆動比が調節される。
一次クラッチ460は、電気車軸駆動ユニット456のハウジング(不図示)に配置された、可変的に係合し得る円板状クラッチまたは円錐状クラッチなどのクラッチである。一次クラッチ460によって、ギアボックス458は、一次クラッチ460が少なくとも部分的に係合した場合に、差動アセンブリ422に駆動係合することができる。一次クラッチ460も制御装置418および/またはVSCと通信している。制御装置418またはVSCから一次クラッチ460への通信に応答して、一次クラッチ460は、非係合位置、部分的に係合した位置、または係合位置に設置される。
図5は、別の好ましい実施形態に係る電気駆動系500を図示している。電気駆動系500は、電気駆動系100の変形例であり、電気駆動系100に類似した特徴を有する。図5に示されている実施形態は、電気駆動系100に類似した部品を含む。図5に示されている変形例の類似した特徴が同様に連続して番号付けされている。図5に示されている変形例の異なる追加的特徴が本明細書で後ほど説明される。当業者は、本開示で図示および説明される図1a、図1bおよび/または図1cおよび他の実施形態を考慮して、これらの追加的特徴を理解することができる。
図5は、別の好ましい実施形態に係る車両(不図示)の電気駆動系500の概略図である。電気駆動系500は、第1モータジェネレータ562および電気車軸駆動ユニット564を含む。電気車軸駆動ユニット564は、一対の車輪アセンブリ508に駆動係合する。電気車軸駆動ユニット564は、電池・制御アセンブリ510と電気的に通信している。示されている電気駆動系500は、電池式電気車両駆動系であり、本明細書で先ほど説明された通り、複数の動作モードで動作してよい。図示はされていないが、電気駆動系500は、多軸駆動系を形成する無動力のタグ車軸またはプッシャー車軸で動作してよいことが理解される。
第1モータジェネレータ562は、駆動シャフト506を介して電気車軸駆動ユニット564に駆動係合しており、電気車軸駆動ユニット564から離れて装着される。第1モータジェネレータ562は、電池・制御アセンブリ510と電気的に通信している。電池・制御アセンブリ510による第1モータジェネレータ562の電気的制御に応じて、第1モータジェネレータ562は、電気車軸駆動ユニット564およびそれに駆動係合した任意の他の駆動系部品に力を加えてもよいし、それらを減速させてもよい。第1モータジェネレータ562は、電気車軸駆動ユニット564の入力部と電気車軸駆動ユニット564に駆動係合した任意の部品とを回転させて電池520に蓄積された電気エネルギーを運動エネルギーに変換することにより力を加える。制御装置518またはVSCによる電気的制御に応答して電気車軸駆動ユニット564の入力部が減速すると、第1モータジェネレータ562は電気エネルギーを生成する。当該電気エネルギーは電池520に蓄積されてよい。
電気車軸駆動ユニット564は、運動エネルギー回生システム566、ギアボックス568、一次クラッチ570、差動アセンブリ522、第2モータジェネレータ・アセンブリ524、第3モータジェネレータ・アセンブリ526、第1車軸クラッチ528および第2車軸クラッチ530を含む。運動エネルギー回生システム566は、駆動シャフト506およびギアボックス568を介して第1モータジェネレータに駆動係合する。ギアボックス568は、一次クラッチ570に駆動係合する。差動アセンブリ522は、一次クラッチ570に駆動係合しており、第1車軸クラッチ528を介して第2モータジェネレータ・アセンブリ524に駆動係合しており、第2車軸クラッチ530を介して第3モータジェネレータ・アセンブリ526に駆動係合している。第2モータジェネレータ・アセンブリ524は、第1車軸クラッチ528を介して差動アセンブリ522に駆動係合しており、車輪アセンブリ508のうちの1つに駆動係合している。第3モータジェネレータ・アセンブリ526は、第2車軸クラッチ530を介して差動アセンブリ522に駆動係合しており、車輪アセンブリ508のうちの残りの1つに駆動係合している。第2モータジェネレータ・アセンブリ524は、制御装置518および/またはVSC並びに電池520と電気的に通信している。第3モータジェネレータ・アセンブリ526は、制御装置518および/またはVSC並びに電池520と電気的に通信している。
運動エネルギー回生システム566は、電気車軸駆動ユニット564のハウジング(不図示)に配置され、電気駆動系500に存在するエネルギーを蓄積して加える。運動エネルギー回生システム566は、フライホイール型の運動エネルギー回生システムであってよい。ここで、運動エネルギーは、例えば制動動作中に回収され、フライホイールに蓄積される。更に、加速または発進する場合などに備えて電気駆動系500が更なる出力を必要とする場合は、フライホイールに蓄積されたエネルギーが電気駆動系500に加えられる。図5に示されている通り、運動エネルギー回生システム566は、ギアボックス568に駆動係合し、駆動シャフト506を介して第1モータジェネレータ562に駆動係合する。運動エネルギー回生システム566は制御装置518および/またはVSCと通信しており、制御装置518および/またはVSCは、例えば電池520の充電状態または電気駆動系500の動作モードに基づき、エネルギーを蓄積して電気駆動系500に放出するよう運動エネルギー回生システム566に命令する。
ギアボックス568は、トランスミッション装置に通常使用されているギア、クラッチ、アクチュエータおよび他の部品のアセンブリを含む、電気車軸駆動ユニット564のハウジング(不図示)に配置された駆動比調節デバイスである。非限定的な例として、ギアボックス568は、固定比ギアボックスであってよく、電気車軸駆動ユニット564の速度要件およびトルク要件がより多い場合に第1モータジェネレータ562の動作が容易となるよう複数の駆動比を提供してよい。ギアボックス568は、運動エネルギー回生システム566と一次クラッチ570の一部とに駆動係合する。ギアボックス568は、制御装置518および/またはVSCと通信している。制御装置518またはVSCからの通信に応答して、ギアボックス568の駆動比が調節される。
一次クラッチ570は、電気車軸駆動ユニット564のハウジング(不図示)に配置された、可変的に係合し得る円板状クラッチまたは円錐状クラッチなどのクラッチである。一次クラッチ570によって、ギアボックス568は、一次クラッチ570が少なくとも部分的に係合した場合に、差動アセンブリ522に駆動係合することができる。一次クラッチ570も制御装置518および/またはVSCと通信している。制御装置518またはVSCから一次クラッチ570への通信に応答して、一次クラッチ570は、非係合位置、部分的に係合した位置、または係合位置に設置される。
幾つかの実施形態において、図6に描写されている通り、ギアボックス部134、138、234、238、334、338、434、438、534、538は、2段変速遊星ギアボックス600である。モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540は、遊星ギアセット602に駆動接続される。遊星ギアセット602は、第1リングギア604、第1遊星枠606、第1太陽ギア608、第2リングギア610、第2遊星枠612および第2太陽ギア614を備える。幾つかの実施形態において、第1太陽ギア608は、モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540と、第1遊星枠606と、第2太陽ギア614とに連結される。第1遊星枠606は、第1リングギア604および第2遊星枠612に連結される。第1リングギア604は、ブレーキ616を介して固定される。第2リングギア610は第1クラッチ620に動作可能に連結され、第2遊星枠612は第2クラッチ622に動作可能に連結される。第1クラッチ620および第2クラッチ622は選択的に係合して、第2リングギア610および第2遊星枠612を、車輪アセンブリ108、208、308、408、508に駆動係合した出力部に連結する。
ギアボックス600の動作中、ブレーキ616は常に係合している。ギアボックス600は2つの動作モードを提供する。第1クラッチ620が係合し、かつ、第2クラッチ622の係合が解除されると、ギアボックス600は、低速ギア比を提供する第1モードで動作する。第1クラッチ620の係合が解除され、第2クラッチ622が係合すると、ギアボックス600は、高速ギア比を提供する第2モードで動作する。第1クラッチ620および第2クラッチ622は、以下に限定されるわけではないが、電磁アクチュエータまたは空気圧式アクチュエータを含む作動デバイスを用いて作動する。
幾つかの実施形態において、図7に描写されている通り、ギアボックス部134、138、234、238、334、338、434、438、534、538は、2段変速遊星ギアボックス700である。モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540は、遊星ギアセット702に駆動接続される。遊星ギアセット702は、第1リングギア704、第1遊星枠706、第1太陽ギア708、第2リングギア710、第2遊星枠712および第2太陽ギア714を備える。幾つかの実施形態において、第1太陽ギア708は、モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540と、第1遊星枠706と、第2太陽ギア714とに連結される。第1遊星枠706は、第1リングギア704および第1クラッチ720に連結される。第1クラッチ720は、第1遊星枠706を選択的に固定する。第1リングギア704は、第2クラッチ722および第2リングギア710に連結される。第2クラッチ722は、第1リングギア704を選択的に固定する。第2リングギア710は、第2遊星枠712に連結される。第2遊星枠712は、車輪アセンブリ108、208、308、408、508に駆動係合した出力部に連結される。
動作中、ギアボックス700は、2つの動作モードを提供する。第1クラッチ720が係合し、かつ、第2クラッチ722の係合が解除されると、ギアボックス700は、低速ギア比を提供する第1モードで動作する。第1クラッチ720の係合が解除され、かつ、第2クラッチ722が係合すると、ギアボックスは高速ギア比を提供する第2モードで動作する。第1クラッチ720および第2クラッチ722は、以下に限定されるわけではないが、電磁アクチュエータまたは空気圧式アクチュエータを含む作動デバイスを用いて作動する。
幾つかの実施形態において、図8に描写されている通り、ギアボックス部134、138、234、238、334、338、434、438、534、538は、2段変速有段ピニオン遊星ギアボックス800である。モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540は、遊星ギアセット802に駆動接続される。遊星ギアセット802は、第1リングギア804、第1遊星枠806、第1太陽ギア808、第2リングギア810、第2遊星枠812、第2太陽ギア814、第1ピニオンギア815および第2ピニオンギア817を備える。第1ピニオンギア815および第2ピニオンギアは、有段ピニオンギアを形成する。幾つかの実施形態において、第1太陽ギア808は、モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540と、第1遊星枠806とに連結される。第1遊星枠806は、第1リングギア804および第2遊星枠812に連結される。第1リングギア804は、第1クラッチ820および第1ピニオンギア815に連結される。第1ピニオンギア815は、第2リングギア810に連結された第2ピニオンギア817に連結される。第2リングギア810は、第2遊星枠812に連結され、第2クラッチ822を介して出力部に選択的に連結される。第2遊星枠812は、第3クラッチ824を介して出力部に選択的に連結される。第1クラッチ820は、第1リングギア804を選択的に固定する。出力部は、車輪アセンブリ108、208、308、408、508に駆動係合する。
動作中、ギアボックス800は2つの動作モードを提供する。第2クラッチ822が係合し、かつ、第3クラッチ824の係合が解除されると、ギアボックス800は、低速ギア比を提供する第1モードで動作する。第2クラッチ822の係合が解除され、かつ第3クラッチ824が係合すると、ギアボックス800は、高速ギア比を提供する第2モードで動作する。クラッチ820、822、824は、以下に限定されるわけではないが、電磁アクチュエータまたは空気圧式アクチュエータを含む作動デバイスを用いて作動する。
幾つかの実施形態において、図9aおよび図9bに描写されている通り、ギアボックス部134、138、234、238、334、338、434、438、534、538は、3段変速遊星ギアボックス900である。モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540は、遊星ギアセット902に駆動接続される。遊星ギアセット902は、第1リングギア904、第1遊星枠906、第1太陽ギア908、第2リングギア910、第2遊星枠912、第2太陽ギア914、第3太陽ギア915、第3リングギア917および第3遊星枠919を備える。幾つかの実施形態において、第1太陽ギア908は、モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540と第1遊星枠906とに連結される。第1遊星枠906は、第1リングギア904および第2太陽ギア914に連結される。第1リングギア904は、第1クラッチ920と第2遊星枠912に連結された第2リングギア910とに連結される。第2遊星枠912は、第3遊星枠919に連結された第3太陽ギア915に連結される。第3遊星枠919は、第3リングギア917とギアボックス900の出力部とに連結される。第3リングギアは、ブレーキ921により選択的に固定される。第1クラッチ920は、第1リングギア904を選択的に固定する。更なる実施形態において、第1クラッチ920は、3つの動作モードを選択するよう構成されたセレクタクラッチである。出力部は、車輪アセンブリ108、208、308、408、508に駆動係合する。
動作中、ギアボックス900は、第1クラッチ920の位置に応じて3つの動作モードを提供する。第1クラッチ920が遊星ギアセット902に係合すると、ギアボックス900は高速ギア比で動作する。第1クラッチ920が中立モードまたは非係合モードにあると、ギアボックス900は、中立モードまたは直接駆動モードで動作する。第1クラッチ920が第1リングギア904を選択的に固定すると、第1クラッチ920は低速ギア比動作モードを提供する。クラッチ920は、以下に限定されるわけではないが、電磁アクチュエータまたは空気圧式アクチュエータを含む作動デバイスを用いて作動する。
幾つかの実施形態において、図10に描写されている通り、ギアボックス部134、138、234、238、334、338、434、438、534、538は、2段変速副軸ギア装置1012を含むギアボックスを有する。モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540は、出力シャフト1002に駆動接続される。2段変速副軸ギア装置1012は、出力シャフト1002に回転可能に接続された一組のギアパス1004、1006、1008と回転可能な副軸1010とを含む。第1ギアパス1004の一部が出力シャフト1002に回転可能に接続され、一部が副軸1010に回転可能に接続される。第1ギアパス1004と第2ギアパス1006との間の出力シャフト1002にセレクタクラッチが置かれる。第1ギアパス1004は、出力シャフト1002に駆動接続された部分と副軸1010に回転可能に接続された部分とを有する。更に、第2ギアパス1006は、出力シャフト1002に回転可能に接続された部分と副軸1010に回転可能に接続された部分とを有する。幾つかの実施形態において、副軸1010は、出力シャフト1002に平行である回転可能な中空シャフトである。
ギアボックス1000の動作中、セレクタクラッチは、第1ギアパス1004および第2ギアパス1006を副軸1010に選択的に接続する。セレクタクラッチが第1ギアパス1004を副軸1010に駆動接続すると、ギアボックス1000は低速ギア比で動作する。セレクタクラッチが第2ギアパス1006を副軸1010に駆動接続すると、ギアボックス1000は高速ギア比で動作する。クラッチ1012は、以下に限定されるわけではないが、電磁アクチュエータまたは空気圧式アクチュエータを含む作動デバイスを用いて作動し得る。副軸1010は、車輪アセンブリ108、208、308、408、508に駆動接続される。更なる実施形態において、ギアボックス1000は、更なるギアパスおよび更なるセレクタクラッチを備えた更なる副軸を含んで、ギアボックス1000が提供し得るギア比の数を増やすことができる。
幾つかの実施形態において、図11aに描写されている通り、ギアボックス部134、138、234、238、334、338、434、438、534、538は、3段変速遊星ギアボックス1100である。モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540は、遊星ギアセット1102に駆動接続される。遊星ギアセット1102は、第1リングギア1104、第1遊星枠1106、第1太陽ギア1108、第2リングギア1110、第2遊星枠1112および第2太陽ギア1114を備える。幾つかの実施形態において、第1太陽ギア1108は、モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540と、第1遊星枠1106と、第2太陽ギア1114とに連結される。第1遊星枠1106は、第1リングギア1104、第2遊星枠1112および第1クラッチ1120に連結される。第1クラッチ1120は、モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540の出力部を第1遊星枠1106に選択的に連結する。第1リングギア1104は、第1リングギア1104を選択的に固定するブレーキ1121に連結される。第2遊星枠1112は、第2太陽ギア1114および第2リングギア1110に連結され、第2クラッチ1122を介して出力部に選択的に連結される。第2リングギア1110は、第3クラッチ1124を介して出力部に選択的に連結される。出力部は、車輪アセンブリ108、208、308、408、508に駆動係合する。
動作中、ギアボックス1100は、クラッチ1120、1122、1124の係合位置に応じて3つの動作モードを提供する。第1クラッチ1120が係合し、かつ、モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540が第1遊星枠1106に駆動接続されると、第1太陽ギア1108は中立モードで動作する。ブレーキ1121、第2クラッチ1122および第3クラッチ1124の係合が解除されると、ギアボックス1100は直接駆動モードで動作する。第1クラッチ1120および第2クラッチ1122の係合が解除され、かつ、ブレーキ1121および第3クラッチ1124が係合すると、ギアボックス1100は高速ギア比動作モードで動作する。第1クラッチ1120および第3クラッチ1124の係合が解除され、かつ、ブレーキ1121および第2クラッチ1122が係合すると、ギアボックス1100は低速ギア比動作モードで動作する。クラッチ1120、1122、1124は、以下に限定されるわけではないが、電磁アクチュエータまたは空気圧式アクチュエータを含む作動デバイスを用いて作動する。
更なる実施形態において、ギアボックス1100は、図11bに描写されている通り、第1リングギア1104と第2リングギア1110とを選択的に連結する第4クラッチ1126を含む。第1クラッチ1120、第3クラッチ1124、第4クラッチ1126が係合し、かつ、ブレーキ1121および第2クラッチ1122の係合が解除されると、ギアボックス1100は直接駆動モードで動作する。第1クラッチ1120、第2クラッチ1122および第4クラッチ1126の係合が解除され、かつ、ブレーキ1121および第3クラッチ1124が係合すると、ギアボックス1100は高速ギア比動作モードで動作する。第1クラッチ1120、第3クラッチ1124および第4クラッチ1126の係合が解除され、ブレーキ1121および第2クラッチ1122が係合すると、ギアボックス1100は低速ギア比動作モードで動作する。クラッチ1120、1122、1124、1126は、以下に限定されるわけではないが、電磁アクチュエータまたは空気圧式アクチュエータを含む作動デバイスを用いて作動する。
幾つかの実施形態において、図12に描写されている通り、ギアボックス部134、138、234、238、334、338、434、438、534、538は、3段変速遊星ギアボックス1200である。モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540は、遊星ギアセット1202に駆動接続される。遊星ギアセット1202は、第1リングギア1204、第1遊星枠1206、第1太陽ギア1208、第2リングギア1210、第2遊星枠1212および第2太陽ギア1214を備える。幾つかの実施形態において、第1太陽ギア1208は、モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540と第1遊星枠1206とに連結され、第1クラッチ1220を介して第2太陽ギア1214に選択的に連結される。第1遊星枠1206は、第1リングギア1204および第2クラッチ1222に連結される。第2クラッチ1222は、第1遊星枠1206を選択的に固定する。第1リングギア1204は、第3クラッチ1224および第2リングギア1210に連結される。第3クラッチ1224は、第1リングギア1204を選択的に固定する。第2リングギア1210は第2遊星枠1212に連結され、第4クラッチ1226を介して第2太陽ギア1214に選択的に連結される。第2遊星枠1212は、車輪アセンブリ108、208、308、408、508に駆動係合した出力部に連結される。
動作中、ギアボックス1200は3つの動作モードを提供する。第1クラッチ1220および第4クラッチ1226が係合し、かつ、第2クラッチ1222および第3クラッチ1224の係合が解除されると、ギアボックス1200は第1直接駆動モードで動作する。第1クラッチ1220、第2クラッチ1222および第4クラッチ1226の係合が解除され、かつ、第3クラッチ1224が係合すると、ギアボックスは、高速ギア比を提供する第2モードで動作する。第1クラッチ1220、第2クラッチ1222および第3クラッチ1224の係合が解除され、第4クラッチ1226が係合すると、ギアボックスは、低速ギア比を提供する第2モードで動作する。クラッチ1220、1222、1224、1226は、以下に限定されるわけではないが、電磁アクチュエータまたは空気圧式アクチュエータを含む作動デバイスを用いて作動する。
幾つかの実施形態において、図13に描写されている通り、ギアボックス部134、138、234、238、334、338、434、438、534、538は、3段変速遊星ギアボックス1300である。モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540は、遊星ギアセット1302に駆動接続される。遊星ギアセット1302は、第1リングギア1304、第1遊星枠1306、第1太陽ギア1308、第2リングギア1310、第2遊星枠1312および第2太陽ギア1314を備える。幾つかの実施形態において、第1太陽ギア1308は、モータジェネレータ136、140、236、240、336、340、436、440、536、540と、第1遊星枠1306と、第2太陽ギア1314とに連結される。第1遊星枠1306は、第1リングギア1304および第1クラッチ1320に連結される。第1クラッチ1320は、第1遊星枠1306を選択的に固定する。第1リングギア1304は、第2クラッチ1322および第2リングギア1310に連結される。第2クラッチ1322は、第1リングギア1304を選択的に固定する。第2リングギア1310は、第2遊星枠1312に連結される。第2遊星枠1312は、車輪アセンブリ108、208、308、408、508に駆動係合した出力部に連結される。第2太陽ギア1314は、第3クラッチ1324を介して出力部に選択的に連結される。
動作中、ギアボックス1300は3つの動作モードを提供する。第1クラッチ1320および第2クラッチ1322の係合が解除され、かつ、第3クラッチ1324が係合すると、ギアボックス1300は直接駆動モードで動作する。第1クラッチ1320が係合し、かつ、第2クラッチ1322および第3クラッチの係合が解除されると、ギアボックス1300は、低速ギア比を提供する第1モードで動作する。第1クラッチ1320および第3クラッチ1324の係合が解除され、第2クラッチ1322が係合すると、ギアボックスは、高速ギア比を提供する第2モードで動作する。第1クラッチ1320および第2クラッチ1322は、以下に限定されるわけではないが、電磁アクチュエータまたは空気圧式アクチュエータを含む作動デバイスを用いて作動する。
特許法の規定により、本実施形態は、その好ましい実施形態を表していると見なされるものにおいて説明されている。しかしながら、当該実施形態は、その範囲または趣旨から逸脱することなく、具体的に図示および説明されるものとは別の方法で実施され得ることに留意すべきである。
Claims (16)
- 原動機と、第1ギアボックスと、第1クラッチとを有する一次モータジェネレータ・アセンブリであって、前記第1ギアボックスは、前記原動機および前記第1クラッチに駆動係合しており、前記第1クラッチは、駆動シャフトおよび前記原動機に選択的に駆動係合している、一次モータジェネレータ・アセンブリと、
差動アセンブリと、第1車輪アセンブリに駆動係合している第2モータジェネレータ・アセンブリと、第2車輪アセンブリに駆動係合している第3モータジェネレータ・アセンブリと、第1車軸クラッチと、第2車軸クラッチとを有する電気車軸駆動ユニットと、
前記第2モータジェネレータ・アセンブリおよび前記第3モータジェネレータ・アセンブリと通信している動力源と
を備える自動車の電気駆動系であって、
前記差動アセンブリは、前記第1クラッチに選択的に駆動係合しており、前記第1車軸クラッチを介して前記第2モータジェネレータ・アセンブリに選択的に駆動係合しており、前記第2車軸クラッチを介して前記第3モータジェネレータ・アセンブリに選択的に駆動係合しており、
前記電気車軸駆動ユニットは、前記第1クラッチを介して前記一次モータジェネレータ・アセンブリに選択的に駆動係合し、
前記第2モータジェネレータ・アセンブリは、第2モータジェネレータおよび第2ギアボックス部を含み、
前記第3モータジェネレータ・アセンブリは、第3モータジェネレータおよび第3ギアボックス部を含み、
前記第3ギアボックス部および前記第2ギアボックス部は、減速ギアボックスである、電気駆動系。 - 前記原動機は、第1モータジェネレータであり、前記動力源は、前記一次モータジェネレータ・アセンブリと通信している、請求項1に記載の電気駆動系。
- 前記減速ギアボックスは、2段変速ギアボックスである、請求項1または2に記載の電気駆動系。
- 前記減速ギアボックスは、3段変速ギアボックスである、請求項1または2に記載の電気駆動系。
- 前記減速ギアボックスは、遊星ギアセットを含む、請求項1から4の何れか一項に記載の電気駆動系。
- タグ車軸多軸駆動系として請求項1から5の何れか一項に記載の電気駆動系を備える自動車。
- 多軸駆動系のプッシャー車軸として請求項1から5の何れか一項に記載の電気駆動系を備える自動車。
- 前記2段変速ギアボックスは、
第1リングギアと、第1遊星枠と、第1太陽ギアと、第2リングギアと、第2遊星枠と、第2太陽ギアとを含む遊星ギアセットであって、
前記第1太陽ギアは、前記モータジェネレータ、前記第1遊星枠および前記第2太陽ギアに連結され、
前記第1遊星枠は、前記第1リングギアおよび前記第2遊星枠に連結され、
前記第2リングギアは、前記遊星枠に連結される、遊星ギアセットと、
前記第1リングギアを選択的に固定するよう構成されたブレーキと、
前記第2リングギアに動作可能に連結された第1クラッチと、
前記第2遊星枠に動作可能に連結された第2クラッチと、
前記車輪アセンブリに駆動係合した出力シャフトと
を含み、
前記第1クラッチおよび前記第2クラッチは、前記出力シャフトに選択的に連結される、請求項3に記載の電気駆動系。 - 前記2段変速ギアボックスは、
第1リングギアと、第1遊星枠と、第1太陽ギアと、第2リングギアと、第2遊星枠と、第2太陽ギアとを含む遊星ギアセットであって、
前記第1太陽ギアは、前記モータジェネレータ、前記第1遊星枠および前記第2太陽ギアに連結され、
前記第1遊星枠は、前記第1リングギアに連結され、
前記第2リングギアは、前記第1リングギアおよび前記第2遊星枠に連結される、遊星ギアセットと、
前記第1リングギアに連結され、前記第1リングギアを選択的に固定するよう構成された第1クラッチと、
前記第1遊星枠に連結され、前記第1遊星枠を選択的に固定するよう構成された第2クラッチと、
前記第2遊星枠および前記車輪アセンブリに駆動接続された出力シャフトと
を含む、請求項3に記載の電気駆動系。 - 前記3段変速ギアボックスは、
第1リングギアと、第1遊星枠と、第1太陽ギアと、第2リングギアと、第2遊星枠と、第2太陽ギアとを含む遊星ギアセットであって、
前記第1太陽ギアは、前記モータジェネレータ、前記第1遊星枠および前記第2太陽ギアに連結され、
前記第1遊星枠は、前記第1リングギアおよび前記第2遊星枠に連結され、
前記第2リングギアは、前記第2遊星枠に連結される、遊星ギアセットと、
前記車輪アセンブリに駆動係合した出力シャフトと、
前記モータジェネレータを前記第1遊星枠に選択的に連結するよう構成された第1クラッチと、
前記第2遊星枠に連結され、前記第2遊星枠を前記出力シャフトに選択的に連結するよう構成された第2クラッチと、
前記第2リングギアに連結され、前記第2リングギアを前記出力シャフトに選択的に連結するよう構成された第3クラッチと、
前記第1リングギアを選択的に固定するよう構成されたブレーキと
を含む、請求項4に記載の電気駆動系。 - 前記3段変速ギアボックスは、前記第1リングギアと前記第2リングギアとを選択的に連結するよう構成された第4クラッチを更に含む、請求項10に記載の電気駆動系。
- 前記3段変速ギアボックスは、
第1リングギアと、第1遊星枠と、第1太陽ギアと、第2リングギアと、第2遊星枠と、第2太陽ギアとを含む遊星ギアセットであって、
前記第1太陽ギアは、前記モータジェネレータおよび前記第1遊星枠に連結され、
前記第1遊星枠は、前記第1リングギアに連結され、
前記第2リングギアは、前記第1リングギアおよび前記第2遊星枠に連結される、遊星ギアセットと、
前記第2遊星枠および前記車輪アセンブリに駆動係合した出力シャフトと、
前記第1太陽ギアと前記第2太陽ギアとを選択的に連結するよう構成された第1クラッチと、
前記第2リングギアと前記第2太陽ギアとを選択的に連結するよう構成された第2クラッチと、
前記第1遊星枠を選択的に固定するよう構成された第3クラッチと、
前記第1リングギアを選択的に固定するよう構成された第4クラッチと
を含む、請求項4に記載の電気駆動系。 - 前記3段変速ギアボックスは、
第1リングギアと、第1遊星枠と、第1太陽ギアと、第2リングギアと、第2遊星枠と、第2太陽ギアとを含む遊星ギアセットであって、
前記第1太陽ギアは、前記モータジェネレータ、前記第1遊星枠および前記第2太陽ギアに連結され、
前記第1遊星枠は、前記第1リングギアに連結され、
前記第2リングギアは、前記第1リングギアおよび前記第2遊星枠に連結される、遊星ギアセットと、
前記第2遊星枠および前記車輪アセンブリに駆動係合する出力シャフトと、
前記第2太陽ギアと前記出力シャフトとを選択的に連結するよう構成された第1クラッチと、
前記第1遊星枠を選択的に固定するよう構成された第2クラッチと、
前記第1リングギアを選択的に固定するよう構成された第3クラッチと
を含む、請求項4に記載の電気駆動系。 - 前記2段変速ギアボックスは、
第1リングギアと、第1遊星枠と、第1太陽ギアと、第2リングギアと、第2遊星枠と、第2太陽ギアと、第3リングギアと、第3遊星枠と、第3太陽ギアとを含む遊星ギアセットであって、
前記第1太陽ギアは、前記モータジェネレータおよび前記第1遊星枠に連結され、
前記第1遊星枠は、前記第1リングギアおよび前記第2太陽ギアに連結され、
前記第2リングギアは、前記第1リングギアおよび前記第2遊星枠に連結され、
前記第2遊星枠は、前記第2太陽ギアおよび前記第3太陽ギアに連結され、
前記第3遊星枠は、前記第3リングギアおよび出力シャフトに連結される、遊星ギアセットと、
前記第1リングギアおよび前記第3リングギアを選択的に固定するよう構成された第1クラッチと
を含み、
前記出力シャフトは、前記車輪アセンブリに駆動係合する、請求項3に記載の電気駆動系。 - 前記動力源は、電池を含む、請求項1から5の何れか一項に記載の電気駆動系。
- 前記遊星ギアセットは、第2ピニオンギアおよび前記第1リングギアに連結された第1ピニオンギアを更に含み、前記第1ピニオンギアおよび前記第2ピニオンギアは、有段ピニオンギアを形成する、請求項8から14の何れか一項に記載の電気駆動系。
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