JP3394771B2 - 二入力無段変速一体型モータ及び伝動装置 - Google Patents

二入力無段変速一体型モータ及び伝動装置

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、一般に、２つの動力入力と、広い範囲にわ
たる連続可変回転速度の動力出力を有する、モータ装置
と伝動装置との一体的組合せ（組合せ装置）に関する。
本発明はデファレンシャルユニットまたは遊星ギヤユニ
ットの新規な使用を採用する。それは電気車両の駆動輪
を回転させるため、あるいは従来の車両における動力の
蓄積及び伝達用のフライホイールユニットとして有用で
ある。
従来の技術 伝動装置の回転速度（rpm）出力の広い範囲にわたっ
て動力源のピーク出力を伝達できる組合せ動力源（つま
り駆動）及び伝動装置を得ることは、当該分野で長い間
目標とされてきた。また、このピーク動力は、出力回転
速度の広い範囲にわたる連続可変回転速度で、伝動装置
から、または伝動装置を組み込んだ駆動装置から出力さ
れることが望ましい。そのような特性を可能にする伝動
装置は、無段変速伝動装置として当該分野で知られてい
る。「駆動及び伝動装置」または「組合せモータ及び伝
動装置」という用語は、本件開示において、駆動手段
（つまり動力源手段）と伝動手段を含む装置の場合の記
載に使用される。「モータ及び伝動装置」または「組合
せモータ及び伝動装置」という用語は、駆動手段（つま
り動力源）として電気モータを含む駆動装置の場合に使
用される。
公知の典型的な伝動装置は、単一の機械的回転入力と
単一の機械的回転出力を有する。そのような公知の伝動
装置は、手動式か自動式かにかかわらず、通常、ギヤの
セットを使用する。これらの伝動装置では、入力回転速
度と出力回転速度の比が、ギヤのセットに対応する固定
値のセットのうちのひとつになっている。これは、通
常、多数の部品と、多くの用途、特に車両の推進に望ま
しくない重量と、伝動装置の内部または伝動装置を組み
込んだ駆動装置の内部の多数の部材間の動力の多段伝達
に起因する大きな損失とをもたらす。
そのような公知の伝動装置に対する機械的回転入力は
ガソリンエンジンまたは電気モータの出力でよく、その
多くは通常、ピーク動力の速度（rpm）の範囲が限られ
ている。その結果、その伝動装置はピーク動力範囲での
モータの速度について連続可変出力回転速度を有してい
ないと考えられる。
ピーク動力出力を維持し得る実効範囲は伝動装置のギ
ヤの数とともに増大するが、その範囲は複数の小範囲が
オーバーラップし合って形成されるもので、各小範囲は
公知の伝動装置がそれぞれのギヤにおいてピーク動力を
出力する狭い回転速度範囲である。しかし、ギヤ数が増
すほど伝動装置は重く高価になり、動力を伝達するイン
ターフェース（機械的リンク）の数に起因して効率が悪
くなる。
伝動装置としては、デファレンシャルユニット及び遊
星ギヤユニットが当該分野で知られている。デファレン
シャル伝動ユニットは、車両において駆動軸から一対の
駆動輪へ動力を分配するために通常使用される。この使
用において、駆動軸の機械的回転入力は、駆動軸の端部
に固定されたギヤによってデファレンシャル伝動ユニッ
トのリングギヤに伝えられる。リングギヤは、一対の駆
動ギヤ間で回転するよう一対のピニオンギヤを保持する
フレームに取り付けられている。各駆動ギヤは軸に固定
されて、２つの駆動輪のそれぞれを回転させる。２個の
駆動ギヤは同心回転し、出力は駆動ギヤの軸心を横切る
軸心まわりの回転となる。
駆動ギヤ間での一対のピニオンギヤの回転は、２つの
車輪が自動車を駆動しながら独立して回転することを許
容する。ピニオンギヤ対の回転量は、角を曲がるとき、
または駆動輪の一方が牽引力を失ったとき等の両駆動輪
の回転差に相当する。
公知の遊星ギヤ式伝動装置は、内側の太陽ギヤ、外側
のリングギヤ、及び太陽ギヤとリングギヤの間で回転す
るようハブに保持された遊星ギヤのセットを含む。太陽
ギヤがリングギヤに対して回転すると、遊星ギヤがその
間で回転し、それに従ってハブが太陽ギア及びリングギ
ヤと同心で回転する。
遊星ギヤユニットの典型的な従来の使用では、ハブが
固定され、太陽ギヤかリングギヤが機械的回転入力とし
て駆動され、他方が機械的回転出力を与える。あるい
は、太陽ギヤ又はリングギヤのいずれか一方を固定する
ことができ、他方が機械的回転入力又は出力の一方にな
ると共にハブが機械的回転入力又は出力の他方になる。
従来の技術において、伝動装置と電気モータ駆動装置
との組合せには、通常、分離した電気モータが使用さ
れ、その軸が伝動装置に対する機械的回転入力を与える
べく延びている。通常、軸は間隔をあけた２箇所で２個
の軸受けで支持され、両軸受けの間にモータの要素が設
けられている。
従来の技術にあっては、電気モータ手段の必須要素は
伝動装置の必須要素と一体的に組み合わされず、電気モ
ータの要素の１つの軸受けで支持することもない。従っ
て、従来のモータと伝動手段の組合せの構成は、多数の
部品とそれに伴う望ましくない重量を有していた。
発明の開示 発明の目的は、無段変速組合せモータ及び伝動装置、
つまり出力の回転速度の非常に広い範囲にわたって連続
可変回転速度のピーク動力出力を供給できるものを提供
することにある。
発明の他の目的は、２つの入力を有し、入力の少なく
とも１つが電気モータ要素と伝動ユニット要素との一体
的組合せである無段変速組合せモータ及び伝動装置を提
供することにある。
発明の更に他の目的は、デファレンシャル伝動ユニッ
トまたは遊星ギヤユニットの新規な構成を採用した組合
せモータ及び伝動装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、電気推進車両の各組駆動輪のた
めの組合せモータ及び伝動装置であって、各装置が２つ
の動力入力を有し、少なくともその一方が車両を効率的
に推進させるための電気モータ手段と伝動装置の一体的
組合せを含むものを提供することにある。
発明の他の目的は、電気推進車両の車輪のホイールア
センブリ内に設けることができる組合せモータ及び伝動
装置を提供することにある。
発明の他の目的は、電気推進車両の車輪の駆動用とし
て、軽量で高効率の組合せモータ及び伝動装置を、少な
い部品、低損失、及びアンチロック制動が容易に適用さ
れる回生制動によって提供することにある。
発明の更に他の目的は、必要に応じてピーク動力を補
充すべく動力を貯蔵するため、そして回生制動のため
に、本発明の組合せモータ及び伝動装置を採用したフラ
イホイールユニットを提供することにある。
図面の簡単な説明 図1A及び図1Bは、自動車を推進させるために各車輪の
ホイールアセンブリ内に組み込まれた本発明の組合せモ
ータ及び伝動装置を備えた電気駆動車両を示す。
図２は、少なくとも１つ、望ましくは２つの電力入力
と、１つの機構的回転出力を備えた本発明の組合せモー
タ及び伝動装置の全体的特徴を示す。
図３は、デファレンシャルユニットを採用した本発明
の組合せモータ及び伝動装置の実施例を示す。
図４は、遊星ギヤユニットを採用した本発明の組合せ
モータ及び伝動装置の実施例を示す。
図５は、遊星ギヤユニットを採用した本発明の組合せ
モータ及び伝動装置の他の実施例を示す。
図６は、自動車を推進させるエネルギを蓄積し供給す
るための、本発明の組合せモータ及び伝動装置のフライ
ホイールの実施例を示す。
発明を実施する形態 本発明は、以下の具体的実施例の詳細な記載と各図面
から理解されよう。実施例の記載と図面は説明のためだ
けで、発明を限定しようとするものではない。
例えば４つの車輪を備え、各車輪が本発明の４つの組
合せモータ及び伝動装置１の１つによってそれぞれ駆動
される電気駆動車両が、図1A及び1Bに示されている。概
略的にのみ示されているように、４つのサスペンション
ユニット12が車両の車台即ち支持フレーム11に連結さ
れ、それぞれの他端は各車輪10のために設けられた組合
せモータ及び伝動装置１に連結されている。２つの前輪
10に連結する操向部材13が車両の操向のために設けられ
ている。サスペンション及び操向部材12,13には従来の
手段を採用できる。
図示の実施例で、それぞれの組合せモータ及び伝動装
置１はホイールアセンブリと一体化されてタイヤが回転
する空間内に効果的に組み込まれている。各組合せモー
タ及び伝動装置１の出力はホイールディスク16が連結さ
れたハブ14に沿い、ホイールディスクは径方向外方に広
がり、タイヤ10が取りつけられたリムに連結されてい
る。
本発明の組合せモータ及び伝動装置１の全体的特徴が
図２に示されている。２つの入力部2,3は動力の入力用
である。これら入力部2,3の少なくとも一方は、装置１
内の電気モータ要素と伝動ユニット要素の一体的組合せ
を駆動する電力入力である。例えば、電気モータ要素
は、図３を参照して次に記載するように、デファレンシ
ャルユニット伝動装置の必須要素としての回転リングギ
ヤに取り付けられた電気モータの電機子である。あるい
は、必須の電気モータ要素が界磁アセンブリであり、必
須のモータ要素が伝動装置の他の部品であってもよい。
機械的回転出力４は、本発明の種々の実施例において、
負の最大値から正の最大値までといった連続可変速度で
ある。
図３は、新規な形態でデファレンシャルユニットを採
用した本発明の組合せモータ及び伝動装置１の実施例を
示す。装置１はハウジングハーフ15を含み、これは、装
置が図1Aの電気車両に採用された場合、サスペンション
部材12に直接固定され、車輪が操向回転される場合は操
向部材13に固定され、あるいは車両の他の適当な部材に
固定される。
モータ及び伝動装置１の２つの入力部2,3は対応する
矢印の下に位置する。この実施例では、入力は内部で機
械動力に変換される電力である。駆動輪10を回転させる
出力部４は、外端がホイールハブ14に固定されてそれを
回転させる車軸43を介している。ホイールディスク16
は、車輪10を回転させるために、ボルト（図示せず）に
よってハブ14の環状周縁部49に連結されている。ホイー
ルディスク16の外周縁は、タイヤが取り付けられたリム
（図示せず）に連結されている。
このホイールアセンブリはフローティングハブ型とし
て当該分野で知られている。公知のように、車輪10にか
かる荷重は軸受け（図示せず）によってハブ14の内面47
からスピンドル44の円柱状外面へ伝えられる。スピンド
ル44は中空で、その中での鋼鉄製の軸43の回転を可能に
し、これによって車輪10にかかる荷重に影響されずに車
輪10を回転させるための回転力を供給している。
発明に戻って、入力部２は、例えば、ハウジング部15
の内側に固定された界磁部材21を含み、例えば、図３に
輪郭が示されている円形のディスクの形としたベベル駆
動ギヤ23の外周部に固定された電機子部材22と相互作用
する、図３に示してないが、複数の界磁部材21がハウジ
ング15の内周に沿って配設され、複数の電機子部材がベ
ベル駆動ギヤ23の外周に沿って配設されている。
ベベル駆動ギヤ23はハウジング15に固定された軸受け
25に支持され、従って車輪10と同じ軸心まわりに回転さ
せられる。ベベル駆動ギヤ23に駆動ギヤ24が固定され、
その筒状に傾斜した前面部に溝が切られてギヤ歯を形成
している。この実施例では、図３に示すように、入力部
３は入力部２と本質的に同じ部材を備えている。
出力部４へ進んで、ピニオンギヤ軸41は、入力部２及
び３の対向し合う駆動ギヤ、つまり図３に示す入力部２
の駆動ギヤ24と、対応する入力部３の駆動ギヤとの間で
回転する一対のピニオンギヤ42を保持している。車輪10
を回転させるために、第２軸であるピニオンギヤ軸41は
その中央で第１軸である車軸43と直角に、固定（回転不
能に）連結されている。
入力部２のベベル駆動ギヤ23と入力部３の対応駆動ギ
ヤが電気入力によって同じ速度で回転駆動されるとき、
ピニオンギヤ42はピニオンギヤ軸41上で回転しない。こ
の場合、ピニオンギヤ軸41はこれと同じ速度で（紙面に
直交する平面内で）回転し、車輪10もこの回転速度で回
転する。対向する２つのベベル駆動ギヤが、逆転方向の
場合を含み異なる速度で駆動されるときは、ピニオンギ
ヤ軸41上でピニオンギヤ42が回転することにより、対向
する２つのベベル駆動ギヤの回転速度の中間の速度でピ
ニオンギヤ軸41が回転させられる。
従って、２つの入力部２及び３が正転または逆転方向
に同一方向で、かつ、最高速度のときに、車輪10は正転
または逆転方向に最高速度で駆動される。一方の速度が
下がると車輪10が減速する。このようにして、車輪10の
回転速度は、正転フルスピードから逆転フルスピードま
で連続的に可変である。
電力源がバッテリーの場合、正転フルスピードと逆転
フルスピードとの間の範囲のいかなる速度でも、最大バ
ッテリー出力で車輪10を駆動できる。以下に説明するよ
うに、組合せモータ及び伝動装置１は、この広い範囲内
のいかなる速度で車輪10を回転させても全力を与えるこ
とができ、有効かつ効率的な無段変速伝動装置である。
２つの入力部2,3が大きさがほぼ等しく逆方向である
速度で駆動される場合は、車輪10は非常に遅い速度であ
るが、バッテリーから得られるピーク出力に相当する非
常に大きなトルクで回転される。最大正転速度及び最大
逆転速度に満たないそれぞれの出力速度について、実
際、２つの入力部2,3の速度の連続的な組合せが存在す
る。
この組合せが連続する幅、つまり、１つの出力速度に
ついての有効な組合せの数は、最高速度以下の出力速度
の低下に従って大きくなる。従って、出力速度を変更す
る制御において、入力の動力源と負荷の特性に応じて、
異なる制御方法を選択できる。
本発明の伝動及び駆動装置は、ホイールアセンブリの
残りの部分とともに、車輪の内部空間に収納することが
できるほど小型軽量である。その構造に種々の軽量材料
を使用できるので小型軽量になる。本発明の伝動及び駆
動装置の質量は約16ないし18kg以下といった小さいもの
で、外側円筒寸法は、例えば、直径0.35mで、長さ0.20m
以下と見積られる。
本発明の装置が十分小さくホイールアセンブリと共に
車輪内に収まることにより、車両のステアリング及びサ
スペンションの形状を適正にすることができる。このこ
とは一般的に車両設計において非常に重要である。軽量
なので、車両のばね下重量の増加が抑えられる。車体か
ら駆動装置を完全に取り除くことにより、バッテリーの
載置を含む他の目的のために車体を開放できる。
図３において、制動手段がホイールディスク16から水
平に突出したバンドまたはリップ（ドラム）51によって
示されている。このバンド51は、制動力を与えるため、
それを締める一対のキャリパ53間に突出している。この
ように、実際、制動手段を含む装置全体が、車輪の内部
空間の、通常のホイールアセンブリの空間内に収まる。
車軸43及びベベル駆動ギヤ23を支持するための他の軸
受け構造を使用することもできる。以下、簡単のために
車軸43が車輪10に直接連結されていて、車輪が装置１の
外側に位置する本発明の伝動及び駆動装置の別実施例を
２つ説明する。これら他の実施例を、必要なら図３と同
様に、つまり装置１を車輪の内部空間に収納するように
構成できることは明かである。
図４は遊星ギヤユニットを採用した本発明の伝動装置
の実施例を示す。図３の実施例と同一の部材は同じ参照
番号で示し、説明を繰り返さない。単純化された出力部
４は、ハウジングハーフ15に連結された軸受けハーフ4
4'に支持された車軸43を示している。顕著な相違は、デ
ファレンシャルギヤユニットを遊星ギヤユニットで置き
換えた点にある。
遊星ギヤユニットの最も外側の部材はリングギヤで、
その歯は中空円筒形状のリングギヤ部材36の内周に設け
られている。リングギヤ部材36の右端部は閉鎖されてい
てもよいが、いずれにせよ、この例では入力部３のディ
スク33に固着されて共に回転する。リングギヤ部材36の
内部には太陽ギヤ46（点線でのみ示されている）とハブ
が設けられている。ハブの一部26が左側に突出して、入
力２のベベル駆動ギヤ23に固着されている。太陽ギヤ46
とハブ（その一部26も）の両者がリングギヤ部材36と同
心で回転する。車軸43が右方へ延び、太陽ギヤ46と固定
連結されて共に回転する。スペーサ26は、通常、少なく
とも３個の遊星ギヤ27（１個だけが図４に点線で示され
ている）を備え、太陽ギヤ46とリングギヤ部材36の間で
回転する。
図５は遊星ギヤユニットを採用した本発明の伝動装置
の他の実施例を示す。ここでは、入力部２のベベル駆動
ギヤ23が太陽ギヤの延長部46'に固定連結され、入力部
２の作動時に太陽ギヤを回転させる。太陽ギヤとその延
長部46'は太陽ギヤの軸心に沿って円筒状に中空となっ
ており、車軸43の延長部43'（点線で示されている）が
その軸心に沿って右方へ延び、遊星ギヤセットのハブ2
6'と回転不能に固定連結されることを可能にしている。
図４の遊星ギヤユニットの実施例は、図５のそれと比
べて、それぞれの場合の２つの入力部の最高速度が等し
いとすれば、より高い出力速度を有する。つまり、図４
の実施例では、出力回転速度は両入力速度の重み付けさ
れた合計であり、その重みは遊星ギヤユニットのギヤの
相対径によって決まる。具体的には、図４の実施例で
は、出力速度が容易にいずれの入力速度よりも大きくな
る。従って、この実施例は、力の強い「低速ギヤ」特性
を維持しながらも、高速能力、即ち「オーバードライ
ブ」特性を有すると考えられる。
これに対して、図５の実施例は、出力速度がいずれの
入力速度をも超えられないことから、より「低速ギヤ」
的な装置と考えるべきである。つまり、図３のデファレ
ンシャルユニットのように、両方の入力が同方向で最高
速度のとき最高出力速度が得られる。
この後者の特徴は図４の実施例と図５の実施例との最
も重要な相違をもたらす。つまり、装置１への２つの入
力がベベル駆動ギヤ23及び33を同速度で回転させるもの
であるとき、少なくとも最高速度において、図５の実施
例は図４のそれよりずっと効率的である。この場合、ハ
ブとハブに支持された遊星ギヤ（図５には示されてない
が、図４に示されたハブ26及び遊星ギヤ27を参照）は太
陽ギヤ46とリングギヤ部材36に対して相対回転せず、そ
れらとともに回転する。図４の実施例では、最高速度で
これらが一緒に回転しない場合は、最高速度において遊
星ギヤ27とハブ26の相対運動とそれに伴う損失が大きく
なるが、ここではそのような損失は生じない。
伝動駆動装置の機械的回転出力は、負荷と２つの入力
制御次第で、任意の所望の速度、力、又はトルクにする
ことができる。モータに供給される電力を入力部の回転
機械動力に変換するために、あらゆるタイプの電気モー
タを各入力部に組み込むことができる。
図３、４及び５に示すように、本発明のひとつの特徴
は、電機子22のような必須の電気モータ要素が、図３の
駆動ギヤ24、図４のハブ26、あるいは図５の太陽ギヤ46
（延長部46'を介して）等の必須の伝動ユニット要素と
一体的に連結されていることにある。これは、モータ及
び伝動装置の部品数、大きさ及び重量を低減するための
非常に効果的な方策である。この低減は、従来技術にお
けるモータ出力軸、つまり従来の組合せにおける伝動装
置の機械的回転入力として作用する軸の両端を支持する
のに必要とされた軸受けの数の低減を含む。図面から理
解できるように、図示の伝動装置の必須要素に横方向の
力がほとんど作用しないので、軸受けはこれ以上必要で
はない。従って、具体的な場合ごとの適切な設計によ
り、必須の電気モータ部分に結合されてこれを支持する
必須の伝動部分用として十分な１つの軸受けを作ること
ができる。つまり、負荷の大半を必須の伝動部分の回転
軸心に直交するひとつの平面内に効果的に作用させるこ
とができる。
機械的回転入力の時間、従って速度の関数としての角
度位置を制御し、機械的回転出力を所望の値に制御する
ことを可能にするために、ステッピングモータが特に有
用である。公知のように、ステッピングモータのトルク
出力は、通常、回転速度の増加とともに、ゼロまたは低
回転速度における最大トルクから低下する。これに対し
て、ステッピングモータの典型的な出力は、回転速度の
増加とともに、ゼロから安定値へ急速に上昇する、つま
り出力は回転速度の非常に広い範囲にわたってこの安定
値にとどまる。
このように、本発明の伝動駆動装置の２つの入力部に
２台のステッピングモータが使用され、各モータがその
ピーク出力に安定値を供給するための最低速度以上の回
転速度で駆動された場合、２台のステッピングモータの
ピーク動力の合計が効果的に出力として利用され得る。
容易に理解されるように、本発明の伝動装置のこの合
計ピーク出力はいかなる出力速度でも得られる。従っ
て、低出力速度で出力トルクは非常に高くなり得る。
ステッピングモータは、バッテリー駆動式車両に採用
できる本発明の駆動装置での使用に特に有利である。そ
れは軽量かつ効率的で、所望の出力回転速度（rpm）を
得るための制御が容易である。減速時に全体効率をかな
り失うことが多い他のほとんどの電気モータと異なり、
その高い効率は広い回転速度範囲にわたってほとんど一
定である。また、他の多くのタイプの電気モータと異な
り、ステッピングモータは低速回転時にトルクが大き
い。他のほとんどのモータは十分に減速できず、逆回転
できない。
電機子回転と車輪回転の比が１対１である図示のすべ
ての実施例では、入力部2,3として作用する電気モータ
の比較的低い最高速度（rpm）が要求される。従って、
通常のタイヤの大きさの場合、800〜1000rpmの最高速度
が、各機械回転入力部2,3用として、ほとんどの目的に
ほぼ十分であろう。
本発明の駆動装置でステッピングモータの制御にコン
ピュータを使用すれば、運転者がステアリングホイール
を回す角度によるのと同様に、コンピュータが検出する
回転半径に従って２つの前輪を異なる出力速度で駆動す
ることによって、コーナリングが容易になる。各駆動輪
の速度の独立制御は、例えば一対の駆動輪間で動力を分
配するディファレンシャル伝動装置を採用した従来の自
動車においてしばしば生じる牽引力の喪失とそれに対応
する駆動輪のスピニングを回避するのに有効である。
本発明の重要な利点は、発電機として使用される本発
明の駆動装置によって、つまり回生制動によって、車両
の制動を行うことができる点にある。バッテリー駆動式
の自動車の場合、自動車の運動エネルギを利用可能な電
気に逆変換して、バッテリーを充電し、その後の自動車
の推進に利用できる。従って、例えば各車輪に設けられ
た小型で軽量の油圧ブレーキが、自動車のバックアップ
及び緊急用ブレーキとして十分である。
本発明の組合せモータ及び伝動装置の無段変速特性
は、この目的に特に有用である、つまり最大限の回生の
ために装置を合わせることができる。広い意味で、これ
は上記出力４を入力に、そして２つの入力2,3を２つの
出力または１つの出力と１つの入力に変換することを含
む。
２つの入力の少なくとも一方の非常に高い回転速度
が、大きな力の回生のために各電気モータ部材を駆動す
るように、組合せモータ及び伝動装置を作動させること
によって、制動力を高めることができよう。車両を駐車
している間、制御をこの同じ「高速ギヤ」回生モードに
設定すれば、わずかな電流の消費で効果的なパーキング
ブレーキが得られる。
本発明の組合せモータ及び伝動装置への電力入力の制
御に関するいくつかの考察は以下の通りである。車両を
停止状態から増速させるために本発明の装置を操作する
ための最初の制御法は簡単である。図３の実施例の場
合、各機械回転入力部2,3をゼロ回転速度から開始し一
緒に増速させることにより、ピニオンギヤ42の相対回転
を回避する。
図３の実施例における、より複雑な方法としては、両
方の機械回転入力部2,3を同速かつ逆方向で開始し、一
方を他方より減速させて行き、やがて車両の最高速度で
両機械入力部が同じ方向に一緒に回転させる。実際、こ
れは、回転するベベル駆動ギヤ23,33の一方に前もって
蓄積された運動エネルギを取ることによる、バッテリー
からのピーク動力のフライホイール式補充を行うもので
ある。
図６は、エネルギを蓄積し、必要なときに供給するた
めのフライホイールとして使用される本発明の他の実施
例を示す。これは、２つの電力入力2,3と、機械的回転
エネルギの出力４を有する組合せモータ及び伝動装置１
を示すが、回生制動の場合の先の実施例で述べたよう
に、入力または出力の構成に関して反転することができ
る。
しかし、この実施例の目的は、ピーク動力の必要時に
備えて、例えば予期された又は不測の加速状況ために、
または車両の制動時に得られる運動エネルギの機械的蓄
積のために、制動プロセス自体によってフライホイール
を加速して、車両全体の運動エネルギを、組合せモータ
及び伝動装置１に含まれる１又は２以上のフライホイー
ルの運動エネルギに変換することによってエネルギを蓄
積することにある。種々の設計がこれらの種々の目的に
合わせられる。図６の実施例をピーク動力の補充用とし
てのみ説明すれば十分であろう。
入力部２は、ハウジングハーフ15の内側に配設された
界磁アセンブリユニット21と、回転慣性モーメントを増
大させるための重い円筒状の周縁部28を有するベベル駆
動ギヤ23（輪郭で示されている）の上側に位置する電機
子ユニット22とを含む。入力部３も同様の部材を備えて
いる。この実施例は、ベベル駆動ギヤ33及び23にそれぞ
れ連結された、図４の実施例の遊星ユニットの実施例の
リングギヤ36とハブ26を示している。
出力部４からの出力は、駆動輪と係合するように下方
に延びる垂直の軸43から、さらに述べると、例えば２つ
の駆動輪を連結するディファレンシャルユニットのリン
グギヤと係合する軸43の端部に取り付けられたピニオン
ギヤにより取り出される。この組合せモータ及び伝動装
置１は、２つの駆動輪を連結するディファレンシャルユ
ニットを備える普通の車両に採用できる。
本発明は、上記実施例の詳細ではなく、以下の請求の
範囲のみによって限定される。上記実施例の多くの改良
や変化は、本開示を手にした当業者には明からであり、
本発明の範囲内の他の実施例についても同様であろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−22214（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−57121（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−92544（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−28840（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3799284（ＵＳ，Ａ) 米国特許3161083（ＵＳ，Ａ) 米国特許4729258（ＵＳ，Ａ) 西独国特許出願公開3140492（ＤＥ, Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60K 7/00 B60K 1/02

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の電力入力を受けるための第１電力入
    力手段と、第２の電力入力を受けるための第２電力入力
    手段と、前記第１及び第２電力入力手段が受けた電力を
    出力のために変換するための動力変換手段とを備え、前
    記動力変換手段は機械伝動ユニットを含み、この機械伝
    動ユニットは前記第１及び第２電力入力手段が受けた第
    １及び第２の電力入力に対応する機械動力をそれぞれ受
    けるための２つの入力部と、変換された動力を回転機械
    動力として出力するための１つの出力部とを有する組合
    せモータ及び伝動装置であって、 前記出力部の回転速度が車輪を駆動するように連続的に
    可変であり、前記動力変換手段が、第１動力入力手段の
    第１電気モータ要素と前記第２動力入力手段の第２電気
    モータ要素とを組み込んで形成するとともに、前記第１
    及び第２の電気モータ要素のそれぞれが機械動力を発生
    できるように前記第１及び第２の電気モータ要素の間を
    有機的に組み付けている車両の車輪駆動用の組合せモー
    タ及び伝動装置。
  2. 【請求項２】第１の電力入力を受けるための第１電力入
    力手段と、第２の電力入力を受けるための第２電力入力
    手段と、前記第１及び第２電力入力手段が受けた電力を
    出力のために変換するための動力変換手段とを備え、前
    記動力変換手段は機械伝動ユニットを含み、この機械伝
    動ユニットは前記第１及び第２電力入力手段が受けた第
    １及び第２電力入力に対応する機械動力をそれぞれ受け
    るための２つの入力と、変換された動力を回転機械動力
    として出力するため１つの出力部とを有する組合せモー
    タ及び伝動装置であって、 前記出力部の回転速度が車輪を駆動するように連続的に
    可変であり、前記動力変換手段が、第１動力入力手段の
    第１電気モータ要素と前記第２動力入力手段の第２電気
    モータ要素とを組み込んで形成するとともに、前記第１
    及び第２の電気モータ要素のそれぞれが機械動力を発生
    できるように前記第１及び第２の電気モータ要素を小型
    の構造物の中に有機的に組み込まれている車両の車輪駆
    動用の組合せモータ及び伝動装置。
  3. 【請求項３】前記小型の構造物は直径より実質的に短い
    長さを持つ円筒形状を有する請求項２記載の組合せモー
    タ及び伝動装置。
  4. 【請求項４】前記伝動ユニットが、前記２つの入力部に
    相当する一対の対向した駆動ギヤと、その一対の対向し
    た駆動ギヤの間で第１軸上で回転する一対のピニオンギ
    ヤと、前記第１軸の中間部に直交するように一端側が連
    結され他端側が前記回転機械動力を出力する第２軸と、
    前記駆動ギヤ、ピニオンギヤ、第１軸及び第２軸を少な
    くとも部分的に囲むハウジングとを含むデファレンシャ
    ルユニットとを備え、 前記２つの一体組合せが、前記伝動ユニットの要素とし
    ての前記駆動ギヤ対の一方又は他方をそれぞれ備え、各
    駆動ギヤが各電気モータ要素と機械的に連結されている
    請求項３記載の組合せモータ及び伝動装置。
  5. 【請求項５】前記伝動ユニットが、前記２つの入力部に
    相当する一対の対向した駆動ギヤと、その一対の対向し
    た駆動ギヤの間で第１軸上で回転する一対のピニオンギ
    ヤと、前記第１軸の中間部に直交するように一端側が連
    結され他端側が前記回転機械動力を出力する第２軸と、
    前記駆動ギヤ、ピニオンギヤ、第１軸及び第２軸を少な
    くとも部分的に囲むハウジングとを含むデファレンシャ
    ルユニットとを備え、 前記２つの一体組合せが、前記伝動ユニットの要素とし
    ての前記駆動ギヤ対の一方又は他方をそれぞれ備えてい
    る請求項１記載の組合せモータ及び伝動装置。
  6. 【請求項６】前記駆動ギヤ対のうちの第１駆動ギヤの周
    縁部に固定連結されて共に回転する電機子である第１電
    気モータの第１要素と、前記駆動ギヤ対のうちの第２駆
    動ギヤの周縁部に固定連結されて共に回転する電機子で
    ある第２電気モータの第１要素と、前記第１駆動ギヤの
    電機子と磁界を介して相互作用する位置で前記ハウジン
    グに機械的に連結された第１界磁アセンブリである第１
    電気モータの第２要素と、前記第２駆動ギヤの電機子と
    磁界を介して相互作用する位置で前記ハウジングに機械
    的に連結された第２界磁アセンブリである第２電気モー
    タの第２要素とを備え、前記２つの一体組合せの電気モ
    ータの要素が前記電機子である請求項５記載の組合せモ
    ータ及び伝動装置。
  7. 【請求項７】前記伝動ユニットが、遊星ギアユニット
    と、前記電気モータ及び伝動ユニットを少なくとも部分
    的に囲むハウジングとを備え、 前記遊星ギアユニットは、内側の太陽ギヤと、回転軸心
    が前記太陽ギヤと同じである外側のリングギヤと、ハブ
    に支持された複数の遊星ギヤとを含み、 前記複数の遊星ギヤは前記太陽ギヤと前記リングギヤと
    の間で一体回転するよう前記ハブに支持され、前記複数
    の遊星ギヤは前記太陽ギヤと前記リングギヤとの回転差
    に従って前記ハブに対して相対回転し、前記ハブは、前
    記太陽ギヤと前記リングギヤの共通回転速度である第１
    回転速度成分と前記太陽ギヤと前記リングギヤの回転速
    度の差である第２回転速度成分との２つの回転速度成分
    の合計に従って回転する、請求項３記載の組合せモータ
    及び伝動装置。
  8. 【請求項８】前記リングギヤの周縁部に固定連結されて
    共に回転する電機子である第１電気モータの第１要素
    と、前記ハブの周縁部に固定連結されて共に回転する電
    機子である第２電気モータの第１要素と、前記リングギ
    ヤの前記電機子と磁界を介して相互作用する位置で前記
    ハウジングに機械的に連結された第１界磁アセンブリで
    ある第１電気モータの第２要素と、前記ハブの前記電機
    子と磁界を介して相互作用する位置で前記ハウジングに
    機械的に連結された第２界磁アセンブリである第２電気
    モータの第２要素と、前記太陽ギヤに連結されて前記遊
    星ギヤ、ハブ、及びリングギヤによって回転駆動される
    軸とを備え、 前記一体組合せの前記電気モータ要素が前記電機子であ
    る請求項７の組合せモータ及び伝動装置。
  9. 【請求項９】前記リングギヤの周縁部に固定連結されて
    共に回転する電機子である第１電気モータの第１要素
    と、前記太陽ギヤの周縁部に固定連結されて共に回転す
    る電機子である第２電気モータの第１要素と、前記リン
    グギヤの前記電機子と磁界を介して相互作用する位置で
    前記ハウジングに機械的に連結された第１界磁アセンブ
    リである第１電気モータの第２要素と、前記太陽ギヤの
    電機子と磁界を介して相互作用する位置で前記ハウジン
    グに機械的に連結された第２界磁アセンブリである前記
    第２電気モータの第２要素と、前記ハブの延長部に連結
    されて前記遊星ギヤ、太陽ギヤ、及びリングギヤによっ
    て回転駆動される軸とを備え、 前記一体組合せの前記電気モータ要素が前記電機子であ
    る請求項７の組合せモータ及び伝動装置。
  10. 【請求項１０】第１の電力入力を受けるための第１電力
    入力手段と、第２の電力入力を受けるための第２電力入
    力手段と、前記第１及び第２電力入力手段が受けた電力
    を出力のために変換するための動力変換手段とを備え、
    前記動力変換手段は機械伝動ユニットを含み、この機械
    伝動ユニットは前記第１及び第２電力入力手段が受けた
    第１及び第２電力入力に対応する機械動力をそれぞれ受
    けるための２つの入力部と、変換された動力を回転機械
    動力として出力するため１つの出力部とを有する組合せ
    モータ及び伝動装置であって、 前記出力部の回転速度が車輪を駆動するように連続的に
    可変であり、前記動力変換手段が、第１動力入力手段の
    第１電気モータ要素と前記第２動力入力手段の第２電気
    モータ要素とを組み込んで形成するとともに、前記第１
    及び第２の電気モータ要素のそれぞれが機械動力を発生
    できるように前記第１及び第２の電気モータ要素を小型
    の構造物の中に有機的に組み込まれており、 前記伝動ユニットは、遊星ギヤユニットと、前記電気モ
    ータ及び伝動ユニットを少なくとも部分的に囲むハウジ
    ングとを備え、 前記遊星ギヤユニットは、内側の太陽ギヤと、回転軸心
    が前記太陽ギヤと同じである外側のリングギヤと、ハブ
    に支持された複数の遊星ギヤとを含み、 前記複数の遊星ギヤは前記太陽ギヤと前記リングギヤと
    の間で一体回転するよう前記ハブに支持され、前記複数
    の遊星ギヤは前記太陽ギヤと前記リングギヤとの回転差
    に従って前記ハブに対して相対回転し、前記ハブは、前
    記太陽ギヤと前記リングギヤの共通回転速度である第１
    回転速度成分と前記太陽ギヤと前記リングギヤの回転速
    度の差である第２回転速度成分との２つの回転速度成分
    の合計に従って回転し、 前記リングギヤの周縁部に固定連結されて共に回転する
    電機子である第１電気モータの第１要素と、前記ハブの
    周縁部に固定連結されて共に回転する電機子である第２
    電気モータの第１要素と、前記リングギヤの前記電機子
    と磁界を介して相互作用する位置で前記ハウジングに機
    械的に連結された第１界磁アセンブリである第１電気モ
    ータの第２要素と、前記ハブの前記電機子と磁界を介し
    て相互作用する位置で前記ハウジングに機械的に連結さ
    れた第２界磁アセンブリである第２電気モータの第２要
    素と、前記太陽ギヤに連結されて前記遊星ギヤ、ハブ、
    及びリングギヤによって回転駆動される軸と、その軸の
    軸心と同心状に前記ハウジングに連結され前記軸を受け
    入れるためにその軸心に沿って中空である車輪支持スピ
    ンドルと、その車輪支持スピンドル上で回転するための
    リム及び軸受け手段を有する車輪とを備え、前記軸が前
    記リム及び軸受け手段を介して前記車輪に連結すべく前
    記ハウジングから延出している、車両の車輪駆動用の組
    合せモータ及び伝動装置。
  11. 【請求項１１】第１の電力入力を受けるための第１電力
    入力手段と、第２の電力入力を受けるための第２電力入
    力手段と、前記第１及び第２電力入力手段が受けた電力
    を出力のために変換するための動力変換手段とを備え、
    前記動力変換手段は機械伝動ユニットを含み、この機械
    伝動ユニットは前記第１及び第２電力入力手段が受けた
    第１及び第２電力入力に対応する機械動力をそれぞれ受
    けるための２つの入力部と、変換された動力を回転機械
    動力として出力するための１つの出力部とを有する組合
    せモータ及び伝動装置であって、 前記出力部の回転速度が車輪を駆動するように連続的に
    可変であり、前記動力変換手段が、第１動力入力手段の
    第１電気モータ要素と前記第２動力入力手段の第２電気
    モータ要素とを組み込んで形成するとともに、前記第１
    及び第２の電気モータ要素のそれぞれが機械動力を発生
    できるように前記第１及び第２の電気モータ要素を小型
    の構造物の中に有機的に組み込まれており、 前記伝動ユニットは、遊星ギヤユニットと、前記電気モ
    ータ及び伝動ユニットを少なくとも部分的に囲むハウジ
    ングとを備え、 前記遊星ギヤユニットは、内側の太陽ギヤと、回転軸心
    が前記太陽ギヤと同じである外側のリングギヤと、ハブ
    に支持された複数の遊星ギヤとを含み、 前記複数の遊星ギヤは前記太陽ギヤと前記リングギヤと
    の間で一体回転するよう前記ハブに支持され、前記複数
    の遊星ギヤは前記太陽ギヤと前記リングギヤとの回転差
    に従って前記ハブに対して相対回転し、前記ハブは、前
    記太陽ギヤと前記リングギヤの共通回転速度である第１
    回転速度成分と前記太陽ギヤと前記リングギヤの回転速
    度の差である第２回転速度成分との２つの回転速度成分
    の合計に従って回転し、 前記リングギヤの周縁部に固定連結されて共に回転する
    電機子である第１電気モータの第１要素と、前記ハブの
    周縁部に固定連結されて共に回転する電機子である第２
    電気モータの第１要素と、前記リングギヤの前記電機子
    と磁界を介して相互作用する位置で前記ハウジングに機
    械的に連結された第１界磁アセンブリである第１電気モ
    ータの第２要素と、前記ハブの前記電機子と磁界を介し
    て相互作用する位置で前記ハウジングに機械的に連結さ
    れた第２界磁アセンブリである第２電気モータの第２要
    素と、前記ハブの延長部に連結されて前記遊星ギヤ、太
    陽ギヤ、及びリングギヤによって回転駆動される軸と、
    その軸の軸心と同心状に前記ハウジングに連結され前記
    軸を受け入れるためにその軸心に沿って中空である車輪
    支持スピンドルと、その車輪支持スピンドル上で回転す
    るためのリム及び軸受け手段を有する車輪とを備え、前
    記軸が前記リム及び軸受け手段を介して前記車輪に連結
    すべく前記ハウジングから延出している、車両の車輪駆
    動用の組合せモータ及び伝動装置。
  12. 【請求項１２】第１の電力入力を受けるための第１電力
    入力手段と、第２の電力入力を受けるための第２電力入
    力手段と、前記第１及び第２電力入力手段が受けた電力
    を出力のために変換するための動力変換手段とを備え、
    前記動力変換手段は機械伝動ユニットを含み、この機械
    伝動ユニットは前記第１及び第２電力入力手段が受けた
    第１及び第２電力入力に対応する機械動力をそれぞれ受
    けるための２つの入力部と、変換された動力を回転機械
    動力として出力するための１つの出力部とを有する組合
    せモータ及び伝動装置であって、 前記出力部の回転速度が車輪を駆動するように連続的に
    可変であり、前記動力変換手段が、第１動力入力手段の
    第１電気モータ要素と前記第２動力入力手段の第２電気
    モータ要素とを組み込んで形成するとともに、前記第１
    及び第２の電気モータ要素のそれぞれが機械動力を発生
    できるように前記第１及び第２の電気モータ要素を小型
    の構造物の中に有機的に組み込まれており、 前記伝動ユニットが、前記２つの入力部に相当する一対
    の対向した駆動ギヤと、その一対の対向した駆動ギヤの
    間で第１軸上で回転する一対のピニオンギヤと、前記第
    １軸の中間部に直交するように一端側が連結され他端側
    が前記回転機械動力を出力する第２軸と、前記駆動ギ
    ヤ、ピニオンギヤ、第１軸及び第２軸を少なくとも部分
    的に囲むハウジングとを含むデファレンシャルユニット
    とを備え、 前記２つの一体組合せが、前記伝動ユニットの要素とし
    ての前記駆動ギヤ対の一方又は他方をそれぞれ備え、各
    駆動ギヤが各電気モータ要素と機械的に連結されてい
    て、 前記第２軸の軸心と同心状に前記ハウジングに連結され
    前記第２軸を受け入れるためにその軸心に沿って中空で
    ある車輪支持スピンドルと、その車輪支持スピンドル上
    で回転するためのリム及び軸受け手段を有する車輪とを
    備え、前記第２軸が前記リム及び軸受け手段を介して前
    記車輪に連結すべく前記ハウジングから延長している、
    車両の車輪駆動用の組合せモータ及び伝動装置。
  13. 【請求項１３】前記リムを有する前記車輪上の別のハウ
    ジングと、前記第２軸に連結され、前記リムと車輪とを
    含む車輪手段と、前記車輪の回転を制動するために、前
    記伝動ユニットのハウジングに連結された第１ブレーキ
    手段と、前記別のハウジングに連結された第２ブレーキ
    手段とを備えている請求項12記載の組合せモータ及び伝
    動装置。
  14. 【請求項１４】前記動力変換手段が、フライホイールと
    して機能するように形成されている請求項３記載の組合
    せモータ及び伝動装置。
  15. 【請求項１５】組合せモータ及び伝動装置が少なくとも
    ２つの駆動輪を備えた車両の各駆動輪に動力を伝えるた
    めに効果的に接続している請求項２記載の組合せモータ
    及び伝動装置。
  16. 【請求項１６】前記車両が前記車輪を４つ備え、各車輪
    が各ホイールアセンブリとともに組み込まれた前記組合
    せモータ及び伝動装置をそれぞれ有する請求項15に記載
    のモータ及び伝動装置。
  17. 【請求項１７】各モータ及び伝動装置が各車輪のホイー
    ルアセンブリ内に組み込まれている請求項15記載のモー
    タ及び伝動装置。
  18. 【請求項１８】各モータ及び伝動装置が約18kg以下の質
    量である請求項16記載のモータ及び伝動装置。
  19. 【請求項１９】各モータ及び伝動装置が約16kg以下の質
    量である請求項16記載の組合せモータ及び伝動装置。
  20. 【請求項２０】組合せモータ及び伝動装置が、少なくと
    も２つの駆動輪を備えた車両の各駆動輪に動力を伝える
    ために効果的に接続しており、各組合せモータ及び伝動
    装置の前記動力変換手段がフライホイールとして機能す
    る時、エネルギは前記第１及び第２入力手段及び再生制
    動の少なくとも一つを介してフライホイールに蓄積され
    る請求項14記載の組合せモータ及び伝動装置。
  21. 【請求項２１】動力変換手段が第１電力入力手段の第１
    電気モータ要素と第２電力入力手段の第２電気モータ要
    素とを共通の中心軸に同軸的に単一のベアリングによっ
    て支持するとともに組み付けて形成している請求項１の
    組合せモータ及び伝動装置。
  22. 【請求項２２】動力変換手段が第１電力入力手段の第１
    電気モータ要素と第２電力入力手段の第２電気モータ要
    素とを共通の中心軸に同軸的に単一のベアリングによっ
    て支持するとともに組み付けて形成している請求項３の
    組合せモータ及び伝動装置。
  23. 【請求項２３】動力変換ユニットの外面を形成するハウ
    ジングと、前記動力変換ユニットの中心軸心から延出す
    る軸を備える機械動力出力手段と、前記ハウジングに連
    結されて前記中心軸心と同心状に延出し前記軸に外嵌す
    る中空スピンドル及び前記軸に連結された車輪支持スピ
    ンドルとを含むフローティングハブ型ホイールアセンブ
    リと、前記軸に連結されて前記車輪支持スピンドル上で
    回転するリム及び軸受け付車輪とを備え、前記車輪支持
    スピンドル上で前記車輪を回転させるために前記軸が前
    記リム及び軸受け手段を介して前記車輪に連結すべく前
    記ハウジングから延出している請求項１の組合せモータ
    及び伝動装置。
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