JP2022553051A - ねじり動吸振器が装着されたハイブリッド自動車または電気自動車用のドライブトレイン - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車用のドライブトレイン（１）であって、ドライブトレイン（１）は、電気モータ（２）と、駆動トルクを自動車のホイールに伝達するよう設計された減速機構（３）と、を備え、電気モータ（２）は、ロータシャフト（４）を設けられたロータを備え、ロータシャフト（４）は、減速機構（３）の一次シャフト（５）に回転的に連結され、ドライブトレイン（１）は、ねじり動吸振器（１３）をさらに備え、ねじり動吸振器（１３）は、支持要素（１４）と、軸Ｘを中心として前記支持要素（１４）に対して回転可能に装着された慣性質量体（１５）と、支持要素（１４）に対する慣性質量体（１５）の、軸Ｘを中心とした相対的な回転に対抗する弾性部材（１６）と、を備える、ドライブトレイン（１）に関する。

Description

本発明は、自動車用、特に電気自動車またはハイブリッド自動車、すなわち車両を推進することができる少なくとも１つの電気モータを備えた車両用のドライブトレインの分野に関する。

車両を推進することができる電気モータと、電気モータのシャフトと車両のホイールとの間でトルクが伝達される経路に介設されたギアボックス等の減速機構と、を備えるドライブトレインが、従来技術から知られている。

本件出願人は、電気モータが一定のトルクを生成せず、特に電気モータの磁石の磁化均質性の不足を原因とする非周期的な挙動を呈することに気づいた。非周期的な挙動により振動が発生する。振動は、ドライブトレイン全体および車両のホイールに伝達され得るとともに、非常に好ましくない揺れ、騒音、および騒音公害を引き起こし得る。非周期的な挙動は、特に、振動の周波数がドライブトレインの共振周波数に一致する場合、特に重大な振動を発生させやすい。

本発明を支持する１つの発想は、上述の欠点に対処することができる、すなわち電気モータが発生させやすい振動を効果的にフィルタリング（除去）することができるドライブトレインを提案することである。

このことをなすために、本発明は、自動車用のドライブトレインであって、電気モータと、前記駆動トルクを前記自動車のホイールに伝達するよう設計された減速機構と、を備え、前記電気モータは、ロータシャフトを設けられたロータを備え、前記ロータシャフトは、前記減速機構の一次シャフトに回転的に連結され、前記ドライブトレインは、ねじり動吸振器をさらに備え、前記ねじり動吸振器は、支持要素と、軸Ｘを中心として前記支持要素に対して回転可能に装着された慣性質量体と、前記支持要素に対する前記慣性質量体の、前記軸Ｘを中心とした相対的な回転に対抗する弾性部材と、を備える、ドライブトレインを提案する。

したがって、ねじり動吸振器によって、ドライブトレインの振動、特に前記ドライブトレインの共振周波数付近の振動が制限される。

他の実施形態によれば、ドライブトレインは、以下に記載の特徴のうちの単数または複数を有し得る。

一実施形態によれば、前記ねじり動吸振器の共振周波数は、１～２０Ｈｚの間であり、好適には４～１０Ｈｚの間である。

一実施形態によれば、前記慣性質量体は、０．００１～０．０１０ｋｇ．ｍ^２の間であり、より具体的には０．００５～０．００６ｋｇ．ｍ^２の間である慣性モーメントを有する。

一実施形態によれば、前記弾性部材は、０．０１～０．７０Ｎｍ／°の間である角度剛さを提供するように構成される。

一実施形態によれば、前記連結装置は、クラッチ装置である。一実施形態によれば、前記クラッチ装置は、第１クラッチと第２クラッチとを備える。

一実施形態によれば、前記減速機構は、ギアボックスである。

一実施形態によれば、前記ギアボックスは、第１一次シャフトと第２一次シャフトとを備え、前記クラッチ装置は、前記ロータシャフトを前記第１一次シャフトおよび前記第２一次シャフトに連結することがそれぞれ意図された第１クラッチと第２クラッチとを備える。

一実施形態によれば、前記支持要素は、トルクが前記ロータシャフトから前記車両の前記ホイールに伝達される際に回転駆動されるように配置され、有利には、ロータシャフトと同一速度で回転駆動される。

一実施形態によれば、前記支持要素は、前記ロータシャフトに回転的に固定される。

一実施形態によれば、前記ロータシャフトは、前記減速機構の前記一次シャフトに、連結装置により回転的に連結される。

一実施形態によれば、前記ねじり動吸振器の前記支持要素は、前記連結装置に装着される。一実施形態によれば、前記連結装置がクラッチ装置である場合、前記ねじり動吸振器の前記支持要素は、前記機構に、または前記クラッチ装置のクラッチディスクに装着される。

一実施形態によれば、前記ねじり動吸振器の前記支持要素は、前記一次シャフトに装着される。

一実施形態によれば、前記支持要素は、前記ロータシャフトに装着される。

一実施形態によれば、前記ねじり動吸振器は、ヒステリシス装置を備える。１つの有利な実施形態によれば、前記ヒステリシス装置は、前記支持要素に対する前記慣性質量体の角度行程が増加するにつれて増加する摩擦トルクを加えるように構成される。

一実施形態によれば、本発明は、上述のドライブトレインを設けられた自動車を提案する。

添付図面を参照しつつ非限定的な例示のみにより提供される本発明の複数の特定の実施形態についての以下の説明から、本発明はより良く理解され得るとともに、その他の目的、詳細、特徴および利点がより明瞭になるであろう。

図１は、第１実施形態によるドライブトレインの概略図である。 図２は、第２実施形態によるドライブトレインの概略図である。 図３は、第３実施形態によるドライブトレインの概略図である。 図４は、第４実施形態によるドライブトレインの概略図である。 図５は、一実施形態によるねじり動吸振器の特性曲線である。 図６は、他の実施形態によるねじり動吸振器の特性曲線である。

第１実施形態による電気自動車のドライブトレイン１を、図１を参照しつつ以下に説明する。ドライブトレイン１は、トルクが伝達される経路に沿って連続的に、電気モータ２と、減速機構３と、図示しない差動装置と、を備えている。差動装置は、自動車の横方向において対向する２つのホイールを駆動することができる。減速機構３は、車両のホイールに所望レベルの速度およびトルクを達成することができる。

電気モータ２は、例えば、同期型永久磁石電気モータである。電気モータ２は、ステータと、ロータシャフト４が設けられたロータと、を備えている。

減速機構３は、少なくとも一次シャフト５を備えている。一次シャフト５は、連結装置６によってロータシャフト４に回転的に連結されている。連結装置６は、特に、永久連結装置またはクラッチ装置であり得る。図示の実施形態において、連結装置６は、一方でロータシャフト４に形成された図示しないスプラインと協働し、他方で一次シャフト５に形成された図示しないスプラインと協働するスプラインスリーブである。

減速機構３は、二次シャフト７および三次シャフト８をさらに備えている。三次シャフト８は、差動装置に接続可能である。差動装置それ自体は、車両のホイールに接続されている。一次シャフト５、二次シャフト７、および三次シャフト８は、互いに平行に配置されている。一次シャフト５は、ギアホイール９を設けられている。ギアホイール９は、二次シャフト７と一体的に回転する第１ギアホイール１０と噛み合う。二次シャフト７は、第２ギアホイール１１をさらに備えている。第２ギアホイール１１は、三次シャフト８と一体的に回転するギアホイール１１と噛み合う。ギアホイール９、１０、１１、１２の歯数は、減速機構３が一次シャフト５から三次シャフト８に向かって回転速度を低下させることができ、これによりトルクを増大させ得るようなものとされている。

図示しない変形実施形態によれば、減速機構３は、複数の減速比を有するギアボックスである。本例において、ドライブトレイン１は、ロータシャフト４をギアボックスの一次シャフト５に対して連結または連結解除するように構成されたクラッチ装置を備えている。したがって、このようなクラッチ装置により、ギア比の変更中に、トルクの伝達が中断され得る。

１つの特定の変形例によれば、ギアボックスは、第１一次シャフトと、空洞であるとともに第１一次シャフトを取り囲む第２一次シャフトとを備えている。第１一次シャフトおよび第２一次シャフトの各々は、二次シャフトのギアホイールと噛み合うギアホイールを備えている。本例において、クラッチ装置は、第１クラッチと第２クラッチとを備えている。第１クラッチおよび第２クラッチは、ロータシャフト４を第１一次シャフトおよび第２一次シャフトにそれぞれ連結することができる。ギア比を変更するには、第１クラッチおよび第２クラッチの一方をその係合位置からその係合解除位置に移動させるとともに、他方をその係合解除位置からその係合位置に移動させる。これにより、駆動トルクが第１クラッチおよび第２クラッチの一方から他方に次第に伝達される。したがって、このようなクラッチ装置により、トルクの途切れを生じることなく、すなわち、駆動トルクの車両のホイールへの伝達を維持しながら、ギア比を変更することができる。

また、ドライブトレイン１は、ねじり動吸振器１３を備えている。このようなねじり動吸振器１３は、自動車のドライブトレイン１と並行して動作するバネ－質量システムを備えている。

ねじり動吸振器１３は、支持要素１４と、例えば環状の慣性質量体１５であって、軸Ｘを中心として支持要素１４に対して回転可能に装着された慣性質量体１５と、バネ等の弾性部材１６と、を備えている。弾性部材１６は、支持要素１４と慣性質量体１５との間に配置されるとともに、支持要素１４に対する慣性質量体１５の、軸Ｘを中心とした相対的な回転に対抗する。一例として、このようなねじり動吸振器１３の構造は、文書ＦＲ３０５１０２９、ＦＲ３０２７９８５、ＦＲ２８６５５１６、ＦＲ２８２４３７４、ＷＯ１１０６０７５２、およびＤＥ１０２０１２２３７５１に記載されている。

このようなねじり動吸振器１３は、所定の周波数範囲に亘る振動を選択的にフィルタリングすることができる。したがって、慣性質量体１５の慣性モーメントおよび弾性部材１６の集合体の剛さは、ねじり動吸振器１３の共振周波数がフィルタリングされるべき振動の周波数に一致するように調整される。ねじり動吸振器１３の共振周波数は、例えば、１～２０Ｈｚの間であり、より具体的には４～１０Ｈｚの間であり、例えばおおよそ６～８Ｈｚの間であり、より具体的には、ドライブトレイン１の共振周波数に一致する。

慣性質量体１５は、例えば、０．００１～０．０１０ｋｇ．ｍ^２の間の、より具体的には、０．００５～０．００６ｋｇ．ｍ^２の間の慣性モーメントを有している。したがって、このようなねじり動吸振器１３は、実質的に１０倍大きい慣性モーメント、すなわち０．０１０～０．１００ｋｇ．ｍ^２の間の慣性モーメントを有するロータに関連付けられることに特に良好に適している。

さらに、ねじり動吸振器１３の弾性部材１６の集合体を模した単一の弾性部材は、例えば、０．０１～０．７０Ｎｍ／°の間の角度剛さを有している。

図１の実施形態において、ねじり動吸振器１３は、ロータシャフト４と減速機構３の一次シャフト５とを連結する連結装置６に装着されている。したがって、一例として、連結装置６がスリーブである場合、ねじり動吸振器１３の支持要素１４は、前記スリーブに装着される。連結装置６がクラッチ装置である場合、ねじり動吸振器１３の支持要素１４は、特にクラッチ装置の機構、または前記クラッチの摩擦ディスクに装着され得る。

図２、３および４は、他の実施形態によるドライブトレインを示す。これらの実施形態は、上述の実施形態と、ねじり動吸振器１３の位置において異なっている。図示の全ての実施形態において、ねじり動吸振器１３は、ロータシャフト４、または、減速比を有さずに前記ロータシャフト４に接続されたドライブトレインの要素のいずれかに直接関連付けられていることに留意されたい。

図２の実施形態において、ねじり動吸振器１３の支持要素１４は、ロータシャフト４に装着されている。図２において、ねじり動吸振器１３は、ロータシャフト４に、前記シャフト４の一端部であって、減速機構３の一次シャフト５に連結された端部の反対側の端部である一端部において固定されている。

図２および図３の実施形態において、ねじり動吸振器１３の支持要素１４は、一次シャフト５に装着されている。図３の実施形態において、ねじり動吸振器１３の支持要素１４は、一次シャフト５を支持する２つのベアリング間に配置されている。これに対し、図４の実施形態において、ねじり動吸振器１３の支持要素１４は、一次シャフト５の一端部であって、ロータシャフト４に連結された端部とは反対側の端部である一端部に配置されている。

実施形態の変形例によれば、ねじり動吸振器１３は、図示しないヒステリシス装置を備えている。ヒステリシス装置は、慣性質量体１５と支持要素１４との間で相対的な回転があるとき、摩擦抵抗トルクを加えるように構成されている。これにより、弾性部材１６に蓄積されたエネルギーの一部が摩擦により消散され得る。

図５は、支持要素１４に対する慣性質量体１５の角度行程の関数としてのねじり動吸振器１３を通過するトルクを表す曲線を示す。図５の実施形態において、ヒステリシス装置は、角度行程に応じて変化する摩擦トルク、より具体的には、慣性質量体のその静止位置に対する行程が増加するにつれて増加する摩擦トルクを加える。この実施形態の変形例において、角度行程の関数としての摩擦トルクを表す曲線は、線形関数である。換言すれば、摩擦トルクは、角度行程に比例して変化する。一例として、このような摩擦トルクを得ることができるヒステリシス装置の構造は、出願ＷＯ１１０６０７５２に記載されている。

図６は、別の実施形態による、支持要素に対する慣性質量体の角度行程の関数としてのねじり動吸振器を通過するトルクを表す曲線を示す。ヒステリシス装置は、同様に、角度行程に応じて変化する、より具体的には増加する摩擦トルクを加える。ただし、本実施形態において、摩擦トルクは、段階的に増加する。これを達成すべく、ヒステリシス装置は、角度行程に関係なく一定である摩擦トルクを加える第１ヒステリシス手段と、摩擦トルクを特定の相対位置においてのみ加える条件付起動の第２ヒステリシス手段と、を備えている。条件付起動の第２ヒステリシス手段は、摩擦トルクを一方向においてのみ、すなわち行程が閾値角度値の上方に増加した場合にのみ加える。

本発明を複数の特定の実施形態に関して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、説明した手段の全ての技術的同等物、および本発明の範囲に含まれるそれらの組み合わせを備えることが極めて明白である。

動詞「有する（ｈａｖｅ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」または「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」およびその活用形の使用は、請求項に記載されたもの以外の要素やステップの存在を排除しない。

特許請求の範囲において、括弧内の参照符号は、特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (10)

1. 自動車用のドライブトレイン（１）であって、
   電気モータ（２）と、
   駆動トルクを前記自動車のホイールに伝達するよう設計された減速機構（３）と、を備え、
   前記電気モータ（２）は、ロータシャフト（４）を設けられたロータを備え、
   前記ロータシャフト（４）は、前記減速機構（３）の一次シャフト（５）に回転的に連結され、
   前記ドライブトレイン（１）は、ねじり動吸振器（１３）をさらに備え、
   前記ねじり動吸振器（１３）は、支持要素（１４）と、軸Ｘを中心として前記支持要素（１４）に対して回転可能に装着された慣性質量体（１５）と、前記支持要素（１４）に対する前記慣性質量体（１５）の、前記軸Ｘを中心とした相対的な回転に対抗する弾性部材（１６）と、を備える、
   ドライブトレイン（１）。
2. 前記ねじり動吸振器（１３）の共振周波数は、１～２０Ｈｚの間である、
   請求項１に記載のドライブトレイン（１）。
3. 前記ねじり動吸振器（１３）の前記共振周波数は、４～１０Ｈｚの間である、
   請求項２に記載のドライブトレイン（１）。
4. 前記慣性質量体（１５）は、０．００１～０．０１０ｋｇ．ｍ^２の間の慣性モーメントを有する、
   請求項１～３のいずれか一項に記載のドライブトレイン（１）。
5. 前記慣性質量体（１５）は、０．００５～０．００６ｋｇ．ｍ^２の間の慣性モーメントを有する、
   請求項１～４のいずれか一項に記載のドライブトレイン（１）。
6. 前記ロータシャフト（４）は、前記減速機構（３）の前記一次シャフト（５）に、連結装置（６）により回転的に連結され、
   前記ねじり動吸振器（１３）の前記支持要素（１４）は、前記連結装置（６）に装着される、
   請求項１～６のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
7. 前記ねじり動吸振器（１３）の前記支持要素（１４）は、前記ロータシャフト（４）に装着される、
   請求項１～６に記載のドライブトレイン。
8. 前記ねじり動吸振器（１３）の前記支持要素（１４）は、前記一次シャフト（５）に装着される、
   請求項１～６に記載のドライブトレイン。
9. 前記ねじり動吸振器（１３）は、ヒステリシス装置を備える、
   請求項１～８のいずれか一項に記載のドライブトレイン（１）。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載のドライブトレイン（１）を設けられた自動車。

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