JP2022527554A - 差動太陽ギヤ切断クラッチを有する電気アクスル - Google Patents

Abstract

電気アクスルは、電気モータから車両の駆動シャフトへの動力供給を、選択的に可能にするように構成されている。電気アクスルは、駆動トルクを駆動シャフトに伝達するように構成された差動遊星ギヤセットを備える。差動遊星ギヤセットは、駆動シャフトを取り囲むように構成された太陽ギヤを有する。クラッチは、太陽ギヤを駆動シャフトに、選択的に回転不可能に連結するように構成されている。クラッチは、軸方向に移動可能なスリーブを備えていてもよい。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１９年４月５日に出願された米国特許出願第１６／３７６，１５３号に対する優先権を主張するものであり、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。

本開示は、電気アクスル（「ｅ－アクスル（ｅ－ａｘｌｅ）」）であって、電気モータから、そのアクスルに関連付けられた車輪への動力供給を選択的に可能にするためのクラッチを装備する、電気アクスルに関する。

電気モータは、車両における駆動力源としてますます使用されており、化石燃料を必要とする従来の内燃機関の代替手段を提供している。全電気車両またはハイブリッド車両における電気モータの適合性を向上させるために、すでに多大な努力がなされてきた。

ｅ－アクスルまたはｅアクスル（ｅＡｘｌｅ）とも称する電気アクスルは、当該技術分野で周知であり、駆動トルクを電気モータから出力へと、任意選択的に減速または増速駆動歯車装置を介して伝達する。例えば、遊星ギヤセットは、電気モータからトルクを１つ以上のアクスルに伝達するために設けることができると同時に、遊星歯車装置の動作に起因して、電気モータのロータがアクスルとは異なる速度で回転することを可能にする。

一実施形態によれば、電気アクスルは、電気モータから車両の駆動シャフトへの動力供給を、選択的に可能にするように構成されている。電気アクスルは、駆動トルクを駆動シャフトに伝達するように構成された差動遊星ギヤセットを備える。差動遊星ギヤセットは、駆動シャフトを取り囲むように構成された太陽ギヤを有する。クラッチは、太陽ギヤを駆動シャフトに、選択的に回転不可能に連結するように構成されている。

別の実施形態において、駆動シャフト用の電気アクスルは、ハウジングと、少なくとも部分的にはハウジング内に配置された差動遊星ギヤセットと、を含む。差動遊星ギヤセットは、ハウジング内で回転可能な太陽ギヤを含む。太陽ギヤは、歯を画定する内面を有する。スリーブは、太陽ギヤの径方向内側に配置されている。スリーブは、太陽ギヤの歯と噛み合う歯を画定する外面を有する。スリーブは、（ｉ）差動太陽ギヤが駆動シャフトとは独立して回転可能な、非ロックまたは非係合位置と、（ｉｉ）スリーブが差動太陽ギヤと駆動シャフトとを回転不可能に連結する、ロックまたは係合位置との間で軸方向に移動可能である。

さらに別の実施形態において、電気アクスルは、太陽ギヤと、駆動シャフトの周りに嵌合するように寸法決めされたスリーブと、を含む遊星ギヤセットを含む。スリーブは、太陽ギヤと駆動シャフトとの間の間隙において軸方向に移動するように構成されている。アクチュエータアセンブリは、スリーブを軸方向に押しやって、スリーブを太陽ギヤおよび駆動シャフトの両方に選択的に回転不可能にロックするように構成されている。

一実施形態による、組み立てられた電気アクスルアセンブリ、または電気アクスルの斜視図である。 一実施形態による、外側ハウジングが除去された電気アクスルの一部の拡大斜視図である。 図１の電気アクスルの断面図である。 一実施形態による、電気アクスルのクラッチが非ロックまたは非係合構成である、図３の電気アクスルの一部の拡大断面図である。 一実施形態による、電気アクスルのクラッチが係合またはロック構成である、図４の電気アクスルの一部の拡大断面図である。 一実施形態による、図５の線６－６に沿って取られた、電気アクスルのクラッチを作動させるためのクラッチアクチュエータアセンブリの正面断面図である。 一実施形態による、図５の線７－７に沿って取られた、係合またはロック構成にある電気アクスル１０の一部の正面断面図である。

本開示の実施形態が、本明細書に記載されている。しかしながら、開示された実施形態は単なる例であり、他の実施形態は様々な代替形態を取り得ることを理解されたい。図は必ずしも縮尺どおりではなく、いくつかの特徴は、特定の構成要素の詳細を示すために誇張または最小化されている場合がある。したがって、本明細書に開示される特定の構造的詳細および機能的詳細は、限定として解釈されるべきではなく、単に、当業者に実施形態を様々に使用することを教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。当業者が理解するように、図のいずれか１つを参照して図示および説明される様々な特徴は、１つ以上の他の図に示される特徴と組み合わせて、明示的に図示または説明されない実施形態を生成することができる。図示された特徴の組み合わせは、典型的な用途のための代表的な実施形態を提供する。しかしながら、特定の用途または実装のために、本開示の教示と一致する特徴の様々な組み合わせおよび修正が望まれる可能性がある。

本明細書で使用される方向を示す用語は、例示的な図面において示された表示および向きを参照してなされる。中心軸線は、図面において示されており、以下で説明する。「外」および「内」などの用語は、中心軸線に対するものである。例えば、「外」面は、面が中心軸線から離れる方向に面することを意味し、またはもう一方の「内」面の外側である。「径方向」、「直径」、「円周」などの用語もまた、中心軸線に対するものである。「前」、「後」、「上」、および「下」という用語は、参照される図面における方向を示す。

ハイブリッド電気車両、電気車両などにおいて、車両は、少なくとも部分的には電気モータによって駆動される。電気モータは、高電圧バッテリパックによって電力供給されてもよく、例えば、回生制動を行って、車両の運動エネルギーをバッテリに貯蔵するために電気エネルギーに転換することが可能であってもよい。

電気アクスル（ｅ－アクスル、ｅアクスル、電子アクスルなどとも称する）は、車両の駆動シャフトアセンブリ上に置くことができる。電気アクスルは、例えば、車両が方向転換するとき、複数の駆動シャフトが異なる回転速度をとることを可能にする、差動装置として機能することができる。電気アクスルはまた、動力をモータから駆動シャフトに増速または減速歯車装置を介して伝達することができる。電気アクスルにより、駆動シャフトまたはプロペラシャフトを不要にすることができ、それぞれのフロントアクスルおよびリアアクスルは、独立して動力供給されるかまたは推進されることができる。

本明細書に記載の実施形態によれば、電気アクスルには、太陽ギヤと、太陽ギヤに選択的に係合する切断クラッチと、を有する遊星差動装置が設けられている。クラッチが開または非係合のとき、モータは、駆動シャフトに動力供給できない。この構成において、それらの駆動シャフト上の車輪は、車両が走行しているときに受動的に回転することができる。クラッチが閉または係合のとき、駆動シャフトに接続された太陽ギヤは、トルクを電気モータから駆動シャフトに遊星差動装置を通って伝達することができる。本明細書に記載の特定の実施形態において、クラッチは、ドッグクラッチとして作用するスリーブを含む。スリーブは、クラッチを開閉するために軸方向に移動可能であり得る。スリーブは、スプライン付きの外面を有し、常に太陽ギヤと係合して共に回転することができる。スリーブはまた、スリーブが軸方向に移動したとき、アクスルシャフトと噛み合う内面を有することができる。スリーブが噛み合いから外れて軸方向に移動すると、アクスルシャフトは、太陽ギヤに対して自由に回転することができる。この概念は、差動装置の太陽ギヤに設けられたクラッチの単なる例示であり、この概念のさらなる記述が以下で説明する実施形態において記述されている。

ただし、以下に記載の構成は、電気アクスルにおける切断クラッチの一実施形態である。本開示は、電気アクスルにおける切断クラッチに関する実施形態をさらに開示する米国特許出願第１６／３７６，１２５号の教示を、本明細書で参照することにより完全に組み込んでいる。本出願の教示および米国特許出願第１６／３７６，１２５号の教示を組み合わせて、さらなる実施形態を形成することができる。

図１は、組み立てられた電気アクスルアセンブリ、または電気アクスル１０を示す。図２は、分かりやすくするために外側ハウジングを除去した、電気アクスルアセンブリ１０の一部の拡大図を示す。図３は、電気アクスル１０の断面図を示し、図４は、クラッチが非係合または非ロック構成である、電気アクスル１０の一部の拡大断面図を示す。図５は、クラッチが係合またはロック構成である、電気アクスル１０を示す。図６は、駆動シャフトの周りのクラッチアクチュエータアセンブリの相互作用を示す。図７は、図５の係合またはロック構成における、電気アクスル１０の拡大領域を示し、図８は、係合またはロック構成における、電気アクスル１０の正面断面図を示す。これらの図面の少なくとも１つに示された部品が以下で参照される。

電気アクスル１０は、中心軸線１１の周りに、かつ第１の駆動シャフト１２および第２の駆動シャフト１４などの一対の駆動シャフトの周りに配置されている。駆動シャフト１２、１４のそれぞれは、軸線１１を中心に回転して、対応する車輪（図示せず）を回転させるように構成されている。駆動シャフト１２は、中空コア１３を有してもよく、中空コア１３により、シャフト１２の総質量を低減することができる。外側ハウジング１６またはシェルが設けられており（図２では除去されている）、第１のハウジングシェル１８および第２のハウジングシェル２０を含んでもよい。

電気モータ２２は、第２のハウジングシェル２０内に収容されている。電気モータ２２は、高電圧バッテリ（図示せず）によって電力供給されてもよいため、モータは、駆動シャフト１２、１４に動力供給するように構成されている。モータ２２は、ステータ２４と、動力供給されたときに軸線１１を中心にステータ２４に対して回転するように構成された対応するロータシャフト２８を有するロータ２６と、を含んでもよい。ロータシャフト２８は、第２のハウジングシェル２０に回転可能に連結されているため、ロータ２６は、動作中にハウジング１６が固定されたままであるか、または据え付けられたままである間、ハウジング１６内で回転することができる。ロータシャフト２８はまた、駆動シャフト１４に連結されていてもよい。

電気アクスル１０は、遊星ギヤセット３０を含む。一実施形態において、遊星ギヤセット３０は、例えば、ロータシャフト２８に（例えば、スプラインを介して）回転不可能に連結された太陽ギヤ３２を含む。太陽ギヤ３２は、例えば、噛み合い係合により遊星ギヤ３４に連結されている。これにより、遊星ギヤ３４は、太陽ギヤ３２の周りで集合的に回転しながら、遊星ギヤ３４自体の中心軸線のそれぞれを中心に回転することが可能となる。キャリア３６は、遊星ギヤ３４を支持する。遊星ギヤ３４はまた、噛み合い係合によりリングギヤ３８に接続されているため、遊星ギヤ３４は、リングギヤ３８内で（かつリングギヤ３８に対して）回転することができる。

電気アクスル１０はまた、トルクベクタリング機能を提供する差動遊星ギヤセット３１を含む差動装置を含む。差動遊星ギヤセットは、シャフト１２に外接する差動太陽ギヤ３３を含む。差動遊星ギヤセットはまた、遊星ギヤセット３０として共通キャリア３６を共有するか、またはキャリア３６と噛み合ったキャリアもしくは別様にキャリア３６と共に回転するように構成されたキャリアを有してもよい。一対の対向する差動太陽ギヤが存在してもよい。例えば、第１の差動太陽ギヤ３３が、シャフト１２の周りに配置されてもよく、一方で、第２の差動太陽ギヤ３５が、シャフト１４の周りに配置されてもよい。第２の差動太陽ギヤ３５は、シャフト１４に直接係合されて（例えば、噛み合わされて、スプライン係合されて）もよい。一方で、第１の差動太陽ギヤ３３は、シャフト１２から径方向に離間されるかまたは間隙が設けられて、以下に記載のスリーブ５２を収容してもよい。

クラッチアセンブリまたはクラッチ５０はまた、一方のアクスルシャフト（例えば、シャフト１２）を対応する差動太陽ギヤ３３に選択的に回転不可能に固定するために設けられている。換言すれば、クラッチ５０が起動されて、シャフト１２を差動太陽ギヤ３３に回転不可能に係合し、クラッチ５０が動作停止されて、シャフト１２を差動太陽ギヤ３３から連結解除し、それらの間で自由に回転ができるようにすることができる。クラッチが係合されている接続のこの点では、トルクを遊星差動装置を通って伝えることが可能である。

クラッチアセンブリ５０は、ドッグクラッチスリーブまたはドッグクラッチ部材とも称されるスリーブ５２を含む。スリーブ５２は、差動太陽ギヤ３３の内面と直接係合されている（例えば、スプライン係合されている）中心軸線１１から離れる方向に面する外面を有する。スリーブ５２が差動太陽ギヤ３３と係合されている間、スリーブ５２は、軸方向に（例えば、図２の向きにおいて右に）移動して、シャフト１２の外面と係合することもまたできる。換言すれば、アクスルシャフト１２は、スプライン付けされており、スリーブ５２が軸方向に移動してシャフト１２と噛み合うとき、スリーブ５２の内面と噛み合う。スリーブ５２が噛み合いから外れて軸方向に（図２の向きにおいて左に）移動すると、アクスルシャフト１２は、差動太陽ギヤ３３の内径の内側で自由に回転することができる。

アクチュエータアセンブリ６０はまた、スリーブ５２を移動させて、シャフト１２と太陽ギヤ３２との間で係合する、かつ係合から外すために設けられている。アクチュエータアセンブリ６０の少なくとも一部は、ハウジング１８の外側に取り付けられてもよく、または別様に連結されてもよい。アクチュエータアセンブリ６０は、電圧が加えられたときにギヤセット６４を回転させるように構成された電気モータ６２を含む。ギヤセット６４は、アクチュエータナット６６と噛み合い係合している。アクチュエータナット６６は、ねじ係合によりアクチュエータ６８に接続されている。アクチュエータ６８は、例えば、対面係合でスリーブ５２に接続されている。したがって、モータ６２がギヤセット６４を回転させると同時に、ギヤセット６４は、アクチュエータ６８を軸方向に押しやるアクチュエータ６８のねじ部に沿って、アクチュエータナット６６を回転させる。

図３および図４を参照すると、クラッチアセンブリ５０は、非係合状態で示されている。スリーブ５２は、噛み合いまたはスプライン接続を介して太陽ギヤ３２と係合されているが、スリーブ５２は、シャフト１２と係合されていないため、シャフト１２およびスリーブ５２は、互いに独立に回転することができる。

クラッチアセンブリ５０の係合は、図５および図７に示されている。（上述のように）モータ６２に電圧を加えることによるアクチュエータアセンブリ６０の起動は、矢印５１により示したように、スリーブ５２の軸方向の移動をもたらす。係合またはロック構成であるとき、スリーブ５２の内面は、シャフト１２とスプライン係合されているか、または別様に噛み合っており、スリーブ５２の外面は、差動太陽ギヤ３３とスプライン係合されているか、または別様に噛み合っている。これにより、シャフト１２が差動太陽ギヤ３３に回転不可能に固定され、差動遊星ギヤセットを通ってシャフト１２にトルクを伝達すること（またはその逆）が可能である。図７に示すように、差動遊星ギヤ７０は、差動太陽ギヤ３３と噛み合い、差動太陽ギヤ３３の周りで回転する。

図５および図７に示すように、シャフト１２には、シャフト１２の端部領域７４にのみスプライン機構７２が設けられてもよい。スプライン機構７２は、そこから外側に延びて、シャフト１２の残部よりも大きな外径を画定する。これらのスプライン機構７２は、スリーブ５２が係合またはロック構成に動かされたとき、スリーブ５２の内面と噛み合うように寸法決めされ、かつ構成された径方向に延びる歯を含んでもよい。同様に、差動太陽ギヤ３３は、スリーブが係合またはロック構成に動かされたとき、スリーブ５２の外面と噛み合うように構成された径方向に延びる歯を含んでもよいスプライン機構７６を有する。差動太陽ギヤ３３のスプライン機構７６はまた、スリーブが非係合または非ロック構成に位置しているときであっても、スリーブ５２の外面と係合するように連続していてもよい（例えば、図４を参照）。

ばね７８がスリーブ５２の周りに設けられてもよい。アクチュエータアセンブリがスリーブ５２をロックまたは係合構成にもはや押しやることがないとき、ばね７８が付勢されて、スリーブ５２を非ロックまたは非係合構成に戻してもよい。一実施形態において、ばね７８は、スリーブ５２と差動太陽ギヤ３３との間の軸方向の間隙に位置している。ばね７８は、スリーブ５２がロックまたは係合構成へと軸方向に移動されるときに縮み、ばねに力を加えて圧縮状態として、スリーブ５２がその非ロックまたは非係合構成に戻るように付勢する。スリーブ５２には、一方の端部に径方向に延びるフランジ８０が設けられて、スリーブ５２と差動太陽ギヤ３３との間の軸方向にばねを含んでもよい。

例示的な実施形態が上記に説明されているが、これらの実施形態が、特許請求の範囲に含まれるすべての可能な形態を説明することは意図されていない。本明細書で使用される用語は、限定ではなく説明の用語であり、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができることが理解される。前述のように、様々な実施形態の特徴を組み合わせて、明示的に説明または図示されていない可能性がある本発明のさらなる実施形態を形成することができる。様々な実施形態は、１つ以上の所望の特性に関して、利点を提供するか、または他の実施形態または従来技術の実装よりも好ましいと説明できたが、当業者は、１つ以上の特徴または特性を妥協して特定の用途と実装に依存する所望の全体的なシステム属性を達成できることを認識する。これらの属性は、コスト、強度、耐久性、ライフサイクルコスト、市場性、外観、包装、サイズ、保守性、重量、製造性、組み立ての容易さなどを含み得るが、これらに限定されない。したがって、任意の実施形態が、１つ以上の特性に関して他の実施形態または先行技術の実装よりも望ましくないと記載される限りにおいて、これらの実施形態が本開示の範囲外ではなく、特定の用途に望ましい場合があり得る。

以下は、図に示されている参照番号のリストである。しかしながら、これらの用語の使用は、一実施形態に関して単に例示を目的とするものであることを理解されたい。そして、図に例示され、特許請求の範囲に存在する特定の用語を相関させる参照番号の使用は、例示された実施形態のみを網羅するように特許請求の範囲を限定することを意図しない。

１０ 電気アクスル
１１ 中心軸線
１２ 第１の駆動シャフト
１３ 中空コア
１４ 第２の駆動シャフト
１６ 外側ハウジング
１８ 第１のハウジングシェル
２０ 第２のハウジングシェル
２２ 電気モータ
２４ ステータ
２６ ロータ
２８ ロータシャフト
３０ 遊星ギヤセット
３１ 差動遊星ギヤセット
３２ 太陽ギヤ
３３ 差動太陽ギヤ
３４ 遊星ギヤ
３５ 第２の差動太陽ギヤ
３６ キャリア
３８ リングギヤ
５０ クラッチアセンブリ
５１ 矢印
５２ スリーブ
６０ アクチュエータアセンブリ
６２ 電気モータ
６４ ギヤセット
６６ アクチュエータナット
６８ アクチュエータ
７０ 差動遊星ギヤ
７２ スプライン機構
７４ 端部領域
７６ スプライン機構
７８ ばね
８０ フランジ

Claims (10)

1. 電気モータから車両の駆動シャフトへの動力供給を、選択的に可能にするように構成された電気アクスルであって、前記電気アクスルが、
   駆動トルクを駆動シャフトに伝達するように構成された差動遊星ギヤセットであって、前記差動遊星ギヤセットが、前記駆動シャフトを取り囲むように構成された太陽ギヤを有する、差動遊星ギヤセットと、
   前記太陽ギヤを前記駆動シャフトに、選択的に回転不可能に連結するように構成されたクラッチと、を備える、電気アクスル。
2. 前記クラッチが、軸方向に移動するように構成されたスリーブを備え、前記スリーブが、前記軸方向に移動してロックまたは係合構成となったとき、選択的に前記太陽ギヤと係合する、請求項１に記載の電気アクスル。
3. 前記太陽ギヤが、径方向に延びる歯の第１のセットを有する内面を有し、前記スリーブが、径方向に延びる歯の第２のセットを有する外面を有し、前記クラッチが前記ロックまたは係合構成にあるとき、前記歯の第２のセットが、径方向に延びる前記歯の第１のセットと噛み合う、請求項２に記載の電気アクスル。
4. 前記スリーブが、前記駆動シャフトの対応する歯と噛み合うように構成された、径方向に延びる歯を有する内面を有する、請求項２に記載の電気アクスル。
5. アクチュエータを備えるアクチュエータアセンブリをさらに備え、前記アクチュエータが、前記軸方向に移動して、前記スリーブを前記軸方向に押しやるように構成されている、請求項２に記載の電気アクスル。
6. 前記アクチュエータアセンブリが、アクチュエータナットを回転させるように構成されたギヤセットを含み、前記アクチュエータナットの回転により、前記アクチュエータが前記軸方向に押しやられる、請求項５に記載の電気アクスル。
7. 前記アクチュエータナットが、前記アクチュエータの対応するねじ部と噛み合うねじ部を有する、請求項６に記載の電気アクスル。
8. 前記スリーブの周りに巻かれ、前記スリーブを非ロックまたは非係合構成に戻すように構成されている、ばねをさらに備える、請求項２に記載の電気アクスル。
9. 駆動シャフトのための電気アクスルであって、前記電気アクスルが、
   ハウジングと、
   少なくとも部分的には前記ハウジング内に配置された差動遊星ギヤセットであって、前記差動遊星ギヤセットが、前記ハウジング内において回転可能な太陽ギヤを備え、前記太陽ギヤが歯を画定する内面を有する、差動遊星ギヤセットと、
   前記太陽ギヤの径方向内側に配置されたスリーブであって、前記スリーブが、前記太陽ギヤの前記歯と噛み合う歯を画定する外面を有する、スリーブと、を備え、
   前記スリーブが、（ｉ）前記太陽ギヤが前記駆動シャフトとは独立して回転可能な、非ロックまたは非係合位置と、（ｉｉ）前記スリーブが、前記太陽ギヤと前記駆動シャフトとを回転不可能に連結する、ロックまたは係合位置との間で軸方向に移動可能である、電気アクスル。
10. 前記スリーブが、前記駆動シャフトと噛み合う歯を画定する内面を有し、前記電気アクスルが、アクチュエータを備えるアクチュエータアセンブリをさらに備え、前記アクチュエータが、前記非ロックまたは非係合位置から、前記ロックまたは係合位置へと、前記スリーブを移動させるように構成されている、請求項９に記載の電気アクスル。

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