JP2023521461A - 電動化車両用のドライブトレインシステム - Google Patents

Abstract

本開示は、電動化車両用のドライブトレインシステムに関する。ドライブトレインシステムは、駆動力を提供するために構成され、回転子および回転子によって駆動される駆動軸を含む電気モータと、速度を減少させ、駆動軸から受信されるトルクを増加させるために構成される減速機であって、中間伝動軸少なくとも２つの減速ギアセットを含む減速機と、減速した駆動力を被駆動輪に分配するために構成される差動装置と、中間伝動軸上に提供され、電気モータと差動装置との間における駆動力の伝達の中断を提供するために構成される切断可能なクラッチと、減速機のための活発および連続的な潤滑を提供するために潤滑材を移動させ、差動装置が投じられる潤滑のレベルを最小限にするために構成されるポンピング構成要素と、を含む。

Description

本開示の実施形態は、概して、電動化車両用のドライブトレインシステムに関する。

省燃費、低排出車両を設計および構築する傾向は、劇的に増加しており、この傾向は、環境、ならびに増加する燃料費に対する懸念により引き起こされている。この傾向の最前線にあるのが、ＢＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ、エクステンデッドレンジＥＶ、燃料電池などの電動化車両、比較的効率的な燃焼機関を電気駆動モータと組み合わせる電動化車両の開発であった。電動化車両は、回転構成要素、特に、ドライブトレインシステムを含み得、これは、回転構成要素の長い耐用年数を達成するために潤滑される必要がある。一般的には、潤滑材の適切な供給を達成するため、ドライブトレインシステムを備える差動装置は、差動装置を備え潤滑材と接触する少なくとも１つの回転構成要素を介した潤滑のための、ドライブトレインシステム全体にわたる回転構成要素に移送されるべき潤滑材を収容するリザーバを含む。しかしながら、潤滑材は、差動装置のリザーバ内において常に高レベルに保たれなければならず、差動装置の高い撹拌損失ならびに車両の走行フェーズの間の差動装置スプラッシュ損失が存在する。

したがって、電動化車両用のドライブトレインシステムのための潤滑設計に対する何らかの改善が、少なくとも、単純な構成、低エネルギー消費または損失、および低費用で提供されれば望ましいことである。

本発明の態様および利点は、以下の説明において部分的に明記されるか、または本説明から明白であり得るか、または本発明の実践を通じて習得され得る。

本明細書に開示される１つの態様によると、電動化車両用のドライブトレインシステムが提供される。ドライブトレインシステムは、駆動力を提供するために構成され、回転子および回転子によって駆動される駆動軸を含む電気モータと、速度を減少させて駆動軸から受信されるトルクを増加させるために構成される減速機であって、中間伝動軸を含む減速機と、減速した駆動力を被駆動輪に分配するために構成される差動装置と、中間伝動軸上に提供され、電気モータと差動装置との間における駆動力の伝動の中断を提供するために構成される切断可能なクラッチと、減速機のための活発および連続的な潤滑を提供するように潤滑材を移動させ、差動装置が投じられる潤滑のレベルを最小限にするために構成されるポンピング構成要素と、を含む。

１つの実施形態において、減速機は、異なる比率を有し電気モータおよび差動装置と接続する、複数の減速ギアセットを含む。

１つの実施形態において、減速機は、電気モータに接続される第１の駆動ギアおよび中間軸に接続される第１の被駆動ギアを含む減速ギアの第１のセットと、中間軸に接続される第２の駆動ギアおよび差動装置に接続される第２の被駆動ギアを含む減速ギアの第２のセットと、をさらに含む。

１つの実施形態において、減速ギアの第２のセットの第２の駆動ギアまたは減速ギアの第１のセットの第１の被駆動ギアは、切断可能なクラッチの一方に強固に連結され、他方の切断可能なクラッチは、中間軸に強固に連結される。

１つの実施形態において、ドライブトレインシステムは、軸受をさらに含む。軸受は、切断可能なクラッチを支持するために構成され、第２の駆動ギアまたは第１の被駆動ギアは、中間伝動軸上に同軸に設けられる軸受上を転がっている。

代替的な実施形態において、減速機は、異なる比率を有し、電気モータおよび差動装置と接続する、少なくとも３つのギアセットを含む。

１つの実施形態において、切断可能なクラッチは、差動装置に最も近い、または電気モータに最も近い、少なくとも３つの減速ギアセットのうちの１つと同軸に提供され、少なくとも３つの減速ギアセットのうちの１つのギアは、切断可能なクラッチの一方の部分に強固に連結される。

１つの実施形態において、ドライブトレインシステムは、切断可能なクラッチを支持するための軸受をさらに含み、少なくとも３つの減速ギアセットのうちの１つのギアは、軸受上を同軸に転がっている。

１つの実施形態において、ドライブトレインシステムは、アクチュエータをさらに含む。アクチュエータは、切断可能なクラッチに係合力および非係合力を提供するために構成される。

１つの実施形態において、ポンピング構成要素は、駆動軸または中間伝動軸上に機械的に統合され、これにより駆動される。

代替的な実施形態において、ポンピング構成要素は、別の電気モータによって電気的に駆動される。

１つの実施形態において、ポンピング構成要素は、ジロータポンプである。

１つの実施形態において、切断可能なクラッチは、ドッグクラッチである。

本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明を参照してよりよく理解されるようになる。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を例証し、本説明と一緒に、本発明の原則を説明する役割を果たす。

当業者に向けられる、本発明の完全かつ有効な開示は、それらの最良の形態を含め、添付の図を参照する本明細書に明記される。

本開示の例示的な態様によるドライブトレインシステムの概略図である。

これより、本発明の実施形態について詳細に言及がなされ、それらの１つまたは複数の例は、添付の図面に例証される。詳細な説明は、図面内の特徴を指すために数字または文字による指示を使用する。図面および説明における同じまたは同様の指示は、本発明の同じまたは同様の部分を指すために使用されている。本明細書で使用される場合、用語「ａ（１つの）」、「ａｎ（１つの）」、および「ｔｈｅ（その）」は、別途文脈が明白に示さない限り、要素の１つまたは複数が存在することを意味することが意図される。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包含的であることが意図され、列挙された要素以外に追加の要素が存在する場合があることを意味する。用語「第１の」および「第２の」は、１つの構成要素を別の構成要素と区別するために交換可能に使用され得、個々の構成要素の場所または重要性を示すことは意図されない。

これより図面を参照すると、図１は、本開示の１つの実施形態によるドライブトレインシステム１００を示す。より詳細には、ドライブトレインシステム１００は、一般的に、インバータ（図示せず）、電気モータ１、減速機２、および差動装置３と統合される。具体的には、電気モータ１は、１つのハウジングに収容され、減速機２および差動装置３は、別のハウジングに収容される。２つのハウジングは、一体であり得るか、またはハウジングサブ部品を一緒に組み立てることにより形成され得る。２つのハウジングは、例えば、ねじを用いて、一緒にしっかりと固定される。ここでは、封止壁が２つのハウジングの間に提供される。

電気モータ１は、同期モータまたは非同期モータであり得る。それが同期モータであるとき、それは、巻線形回転子または永久磁石回転子を含み得る。電気モータによって供給される公称電力は、４８Ｖ～３５０Ｖ、またはより高い電力では８００Ｖ以下の公称供給電圧では、例えば、１５ＫＷのオーダーにおいて１０ＫＷ～３００ＫＷであり得る。高電圧供給に適合される電気モータの場合、この電気モータによって供給される公称電力は、３００ＫＷであり得る。例証された実施形態において、電気モータ１は、１０ＫＷ～３００ＫＷの公称電力を提供する、永久磁石を有する同期モータである。電気モータ１は、三相巻線、または２つの三相巻線の組合せもしくは五相巻線を有する固定子を含み得る。さらには、電気モータ１は、電気モータ１に含まれる回転子（図示せず）および固定子（図示せず）の電磁効果から生成される電力によって駆動される駆動軸１１を含み得る。

インバータは、電線により電気モータ１に取り付けられる。インバータは、公称電圧の電気エネルギーを提供する電気エネルギー貯蔵ユニット（図示せず）によって供給される直流（「ＤＣ」）を、電気モータ１に用いられる交流（「ＡＣ」）に変換する。インバータは、限定なしに、電界効果トランジスタ（「ＦＥＴ」）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（「ＭＯＳＦＥＴ」）、または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（「ＩＧＢＴ」）であり得る。４８Ｖの公称供給電圧の場合、インバータは、ＭＯＳＦＥＴトランジスタであり得る。高電圧に対応する供給電圧の場合、インバータは、ＩＧＢＴであり得る。

減速機２は、電気モータ１に結合している。減速機２は、電気モータの高速低トルクを低速高トルクへ変換することができる。減速機２は、異なる比率を有し、電気モータ１および差動装置３と接続する、複数の減速ギアセットを含み得、ギアのうちの１つは、例えば、減速によるトルク増加のため、電気モータ１によって駆動される。減速機２は、駆動軸１１によって駆動されるギアと、減速した駆動力を被駆動輪４に分配するための差動装置３に結合されるより大きい直径の別のギアとを連結する、中間伝動軸２１をさらに含み得る。

描写される実施形態では、中間伝動軸２１は回転可能であり、各軸受が中間伝動軸２１の端に置かれている転がり接触軸受の形態で提供される２つの軸受９を用いてハウジング内に支持されている。

さらに、減速機２は、異なる比率を有し、電気モータおよび差動装置と接続する、複数の減速ギアセットを含み得る。１つの実施形態において、減速機２は、少なくとも３つのギアセットを含み得、切断可能なクラッチ６は、電気モータ１と差動装置３との間に駆動力の伝達の中断を提供するように、差動装置に最も近い、または電気モータに最も近い、少なくとも３つの減速ギアセットのうちの１つと同軸に提供され得る。１つの実施形態において、少なくとも３つの減速ギアセットのギアのうちの１つは、切断可能なクラッチの一方の部分に強固に連結される。

例証された実施形態において、減速機２は、２つの減速ギアセットを含み、これは、電気モータ１に接続される第１の駆動ギア２２および中間伝動軸２１に接続される第１の被駆動ギア２３を含む減速ギアの第１のセットであって、第１の駆動ギア２２および被駆動ギア２３が互いに係合状態にある、減速ギアの第１のセット、ならびに中間伝動軸２１に接続される第２の駆動ギア２４および差動装置３に接続される第２の被駆動ギア２５を含む減速ギアの第２のセットであって、第２の駆動ギア２４および被駆動ギア２５が互いに係合状態にある、減速ギアの第２のセットである。

例証された実施形態において、一対の切断可能なクラッチ６が、電気モータ１と差動装置３との間に駆動力の伝達の中断を提供するために提供される。切断可能なクラッチの一方６２は、中間伝動軸２１上に設けられ、さらに第２の駆動ギア２４と強固に連結している。切断可能なクラッチの他方６１は、中間伝動軸２１に強固に連結される。１つの実施形態において、切断可能なクラッチの一方６２は、さらに、第１の被駆動ギア２３と強固に連結され得る。一対の切断可能なクラッチ６が係合状態にあるとき、電気モータ１の駆動力は、減速機２およびクラッチ６を介して車両へ伝達されて、補助的な駆動力を提供することができる。

軸受７は、切断可能なクラッチ６を支持するためにさらに提供され、第２の駆動ギア２４は、中間伝動軸２１上に同軸に設けられる軸受７上を転がっている。１つの実施形態において、第１の被駆動ギア２３は、クラッチ６が第１の被駆動ギア２３と強固に連結している場合、軸受７上を転がっている。

アクチュエータ８は、切断可能なクラッチ６に係合力および非係合力を電気的に提供するためにさらに提供される。特に、アクチュエータ８は、中間伝動軸２１上に設けられ、クラッチ６１と機械的に接続される。１つの実施形態において、アクチュエータ８は、ソレノイドであり得る。

描写される実施形態では、クラッチ６は、第１の被駆動ギア２３または第２の駆動ギア２４に強固に連結する固定歯６１、および中間伝動軸２１に強固に連結する可動歯６２を含むドッグクラッチである。車両への補助的な駆動力を必要とする状況において、アクチュエータ８は、電源をオンにし、固定歯６１が可動歯６２を回転させることができるように、可動歯６２を固定歯６１と係合させるために係合力を提供し、さらに歯６１、６２が回転するために設けられる中間伝動軸２１を駆動し、最終的には減速ギアにより差動装置３を駆動して駆動力を車両に提供する。

依然として例証された実施形態において、ポンピング構成要素５は、ドライブトレインシステム１００全体に潤滑材を移動させるために、特に、差動装置３に含有されるリザーバ（図示せず）内の潤滑材を圧送することにより減速機２のための活発な潤滑を提供するために、さらに提供される。切断可能なクラッチ６が非係合状態にある状況において、ポンピング構成要素５は、電気モータが連続して冷却され得るように、常に作動している、すなわち、差動装置３から潤滑材を圧送し続ける。

１つの実施形態において、ポンピング構成要素５は、別の電気モータ（図示せず）によって電気的に駆動され得る電気ポンプであってもよい。１つの実施形態において、ポンピング構成要素５は、駆動軸１１または中間伝動軸２１上に機械的に統合され、これにより駆動され得る機械ポンプであってもよい。描写される実施形態では、ポンピング構成要素５は、中間伝動軸２１上に機械的に統合され、これにより駆動され、その結果として、切断可能なクラッチ６が非係合状態にあるとき、ポンピング構成要素５は、電気モータの冷却および潤滑を継続するために、電気モータ１からのトルクにより、必要な速度、すなわち低速で常に作動され得る。

本開示によって提供されるようなドライブトレインシステム１００によると、切断のための中間軸の使用は、高減速比ギアボックスのための切断に従事する間のより小さい衝撃、切断のために高減速比ギアボックスおよびより低い力のソレノイドを有する高ＲＰＭ電気モータと係合する際のより素早い同期時間を可能にする。さらには、中間軸がトルクを差動装置に伝達していないため、クラッチが切断されるとき、電気モータ弱め磁束のための電気エネルギー損失は存在しない。活発な潤滑システムのおかげで、油レベルは、低レベルに保たれ、差動装置による潤滑材の撹拌から生じる損失を最小限にする。

この記載された説明は、最良の態様を含む本開示の実施形態を開示するために、また、任意のデバイスまたはシステムを作製および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実施することを含め、当業者が本開示の実施形態を実践することを可能にするために、例を使用する。本明細書に説明される実施形態の特許を受けることができる範囲は、請求項によって規定され、当業者が想起する他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが請求項の文言と違わない構造的な要素を有する場合、またはそれらが請求項の文言とごくわずかな違いを有する等価の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図される。

Claims (10)

1. 電動化車両用のドライブトレインシステムであって、
   駆動力を提供するために構成される電気モータであって、回転子および前記回転子によって駆動される駆動軸を含む、電気モータと、
   速度を減少させ、前記駆動軸から受けるトルクを増加させるために構成される減速機であって、中間伝動軸および少なくとも２つの減速ギアセットを含む、減速機と、
   減速した駆動力を被駆動輪に分配するために構成される差動装置と、
   前記電気モータと前記差動装置との間における前記駆動力の伝達の中断を提供するために構成され、前記中間伝動軸上に提供される切断可能なクラッチと、
   前記減速機のための活発および連続的な潤滑を提供するために潤滑材を移動させるために構成されるポンピング構成要素と、
   を備える、ドライブトレインシステム。
2. 前記差動装置の１つのギアは、前記切断可能なクラッチが非係合状態にあるとき、前記電気モータからの前記トルクにより前記ポンピング構成要素を作動させる前記中間伝動軸に強固に連結される、請求項１に記載のドライブトレインシステム。
3. 前記減速機は、前記電気モータおよび前記差動装置と接続する異なる比率を有する２つの減速ギアセットを含み、
   前記２つの減速ギアセットは、前記電気モータに接続される第１の駆動ギアおよび前記中間伝動軸に接続される第１の被駆動ギアを含む減速ギアの第１のセットと、前記中間伝動軸に接続される第２の駆動ギアおよび前記差動装置に接続される第２の被駆動ギアを含む減速ギアの第２のセットと、を含み、
   前記減速ギアの第２のセットの前記第２の駆動ギアまたは前記減速ギアの第１のセットの前記第１の被駆動ギアは、前記切断可能なクラッチの一方の部分に強固に連結され、前記中間伝動軸は、前記切断可能なクラッチの他方の部分に強固に連結される、請求項１に記載のドライブトレインシステム。
4. 前記ドライブトレインシステムは、前記切断可能なクラッチを支持するための軸受をさらに含み、前記第２の駆動ギアまたは前記第１の被駆動ギアは、前記中間伝動軸上に同軸に設けられる前記軸受上を転がっている、請求項３に記載のドライブトレインシステム。
5. 前記減速機は、異なる比率を有し、前記電気モータおよび前記差動装置と接続する、少なくとも３つのギアセットを含み、前記切断可能なクラッチは、前記差動装置に最も近い、または前記電気モータに最も近い、前記少なくとも３つの減速ギアセットのうちの１つと同軸に提供され、前記少なくとも３つの減速ギアセットのうちの１つのギアは、前記切断可能なクラッチの一方の部分に強固に連結される、請求項１に記載のドライブトレインシステム。
6. 前記ドライブトレインシステムは、前記切断可能なクラッチを支持するための軸受をさらに含み、前記少なくとも３つの減速ギアセットのうちの１つのギアは、前記軸受上を同軸に転がっている、請求項５に記載のドライブトレインシステム。
7. 前記ドライブトレインシステムは、前記切断可能なクラッチに係合力および非係合力を提供するために構成されるアクチュエータをさらに含む、請求項１に記載のドライブトレインシステム。
8. 前記ポンピング構成要素は、前記駆動軸もしくは前記中間伝動軸上に機械的に統合され、これにより駆動されるか、または別の電気モータによって電気的に駆動される、請求項１に記載のドライブトレインシステム。
9. 前記ポンピング構成要素は、ジロータポンプである、請求項１に記載のドライブトレインシステム。
10. 前記切断可能なクラッチは、ドッグクラッチである、請求項１に記載のドライブトレインシステム。

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