JP4280416B2 - 車両用の駆動部 - Google Patents

Description

【０００１】
この発明は、車両、特に電気自動車用の電気駆動部に関する。
【０００２】
このような電気駆動部は、二車線の乗物の場合、街路車両でも商用車でも益々使用されている。通常の構成では主に独立した二つの電気モータが使用されている。これ等の電気モータはそれぞれ一つの平歯車あるいは遊星歯車伝動機構によりモータが駆動歯車よりも高い回転数で回転するように減速される。これにより、駆動ユニットの構造容積と重量を低減できる。その場合の難点は個々の部品の経費が確実に高くなることにある。
【０００３】
ドイツ特許第 26 06 807号明細書には両側に駆動部のある電気モータが開示されている。この駆動部の固定子にはこの固定子により共通に励起される機械的および電気的に独立した二つの回転子がある。その場合、回転子は各駆動側に対向するロータ軸受に対して軸受シールドを必要としないように支承されている。
【０００４】
ドイツ特許第 42 36 093号明細書には電気車両用の駆動システムが開示されている。このシステムには複数のモータと遊星伝達装置を備えた減速機構があり、これ等は電気車両のモータと車輪の間で力を伝達するように接続されている。その場合、改善点はモータと伝動機構は両者が電気乗物の右と左の車輪の間に同軸に配置されるように同軸に配置されている点にある。その場合、説明した駆動部品は全て一つのハウジング内に配置されている。力の伝達を適当に選び、伝達装置によりトルクの車軸に対する分配が有利に影響を受けている。
【０００５】
同じように、ドイツ特許第 44 21 425号明細書には、電気駆動ユニットを備えた街路車両の駆動部が開示されている。この駆動部では、それぞれ一つの電気モータと各駆動歯車に対向して配置された伝動機構とを備えた個別に機能する二つの構造ユニットが、電気モータの回転軸に偏心して配置された駆動シャフトを有する平歯車伝動機構として形成され、車両の軸の駆動歯車に作用する。この場合、電気モータ、伝動機構および被動シャフト軸受は共通の支持部品上に支承されている。
【０００６】
上に示した従来の駆動ユニットにおける難点は、機械的および電気的に独立した二つの電気モータを使用している点にあり、各駆動歯車には多かれ少なかれ同じ構造経費が必要である。何故なら、各駆動歯車に一つの伝動機構が付属するからである。
【０００７】
この発明の課題は、一方で上に示した駆動部の難点を排除し、他方で構造が単純で、一つの軸の左と右の駆動歯車の互いに無関係な回転速度の要請を満たす車両用の電気駆動部を提供することにある。
【０００８】
この発明による電気駆動部は、車両構造体に対してあるいは車両のフレームに対して静止しているハウジングを設け、固定子を有するモータケースとハウジング内に設けてある回転子をそれぞれ回転可能に支承し、モータケースと回転子が作業出力のために逆向きの回転運動を行い、第１のドライブラインが回転子に接続し、回転子の回転運動が伝動装置を介して互いに同じ向きの駆動回転方向と被動回転方向を生じさせ、第２のドライブラインがモータケースに接続されているとともに、モータケースの回転運動が伝動装置を介して互いに逆向きの駆動回転方向と被動回転方向に変換されることに特徴がある。この発明により、差動機能を満たし、車軸と駆動部の間の同軸の強固な結合が可能となる程度に狭い構造スペースを要求し、車両の床の自由度を許せないほど低減することのない、左と右の駆動歯車の間に配置された駆動部を抵抗することが初めて可能になった。この発明は、回転運動により機械的な動作を与える駆動機械の何れでも、駆動シャフトに加わるモーメントがこの機械を周囲に対して支持する必要のあるモーメントと同じ大きさであることを前提としている。従って、静止機械を用いる従来の構成では、駆動出力は主に運動する駆動シャフトにより出力される。しかし、この発明は車両の駆動部の状況を正しく評価するため出力を二つのドライブラインに分岐させている。これは、この発明により、一方で駆動シャフトが第１のドライブラインにより、例えば回転子の回転運動を行い、他方でモータケースも第２のドライブラインにより駆動シャフトの回転方向に対して逆向きの回転運動を行って実現できる。両方のドライブラインの作業出力は、回転運動が発生するトルクと同じ向きであれば達成される。これはこの発明による装置では必ずそうなる。一方で駆動シャフトに作用モーメントとして加わり、他方で反作用モーメントとしてモータケースに加わるトルクを電磁的に発生させることにより、これ等の両方の部品の自由回転性を妨げるこの装置の両方の部品の間の機械的な結合が生じない。街路車両に対する駆動部では、左と右の車輪が同じ方向に回転する場合の駆動歯車の作業出力が生じることが必要である。これはこの発明により駆動部で達成されている。
【０００９】
本発明によれば、モータケースはハウジングの中に配置されている。この場合の利点は、経済的な作製を保証する簡単な構造を可能にする点にある。モータケースは、モータケースのシャフトが第１のドライブラインの伝動装置に達するようにハウジングの両側に装着されている。両方の軸受の間の支持長さができる限り短いのでエンジンの回転数を高くでき、機械的な共振は生じない。
【００１０】
本発明によれば、コンパクトな構造が可能であるため有利である。
【００１１】
本発明によれば、駆動シャフトが回転子及びエンジンケースにより任意の回転運動を行えることが保証されるので有利である。この発明による駆動部では、出力は電気モータの両側に効果的に分岐されているので、それに合った軸受を装備できる。更に、この軸受では大きな遠心力が生じなく、比較的小さな軸受直径を使用するという利点がある。
【００１２】
本発明によれば、回転子はこの回転子のシャフトの端部が第１のドライブラインの伝動装置に達するように一方で駆動部のハウジング内に、他方で回転するモータケースの中に装着されている。これによりトルク伝達に対する距離も有利に短くできる。
【００１３】
本発明によれば、ドライブラインは伝動装置を介して車軸を駆動する。これにより、車両にこの発明による駆動部を創意することが有利に可能となる。つまり、小型および中型の車両、特に一般乗用車を経済的に作製することができる。
【００１４】
本発明によれば、差動機能を最も簡単に満たす車両の駆動に対して殆ど不可欠な利点がある。
【００１５】
この発明による駆動装置には、説明した伝動装置の外に、一方で駆動シャフトと輪軸の間で必要な回転数をゆっくりと変換し、他方で回転方向の逆転が伝動装置内で達成できる平歯車、傘歯車およびウォーム歯車装置が適する。
【００１６】
変速段の中で駆動部と輪軸の間に必要な変換が得られるので、有利である。
【００１７】
本発明によれば、遊星歯車の組の回転直径を定めた場合、変速比は主としてより大きい太陽歯車の直径と両方の太陽歯車の直径との差により与えられる。これに反して、輪軸の望ましい回転方向は変速比を定めた場合、車両に対して静止しているか、あるいは輪軸に連結してより大きい太陽歯車を配置することにより得られる。衛星歯車の配置は必要な介入状況により必然的に決まる。
【００１８】
本発明の構成は、車両の駆動にあって大抵の場合、例えば直線走行時の駆動歯車が同じ回転数である場合に駆動出力が駆動歯車上の同じ部品に対して出力されるなら効果的である。これは、両方のドライブラインに対する伝達装置のそれぞれ同じ変速比によりこの発明の配置を達成する。
【００１９】
本発明によれば、伝動装置の変換が対応する比に互いに設定されているならば、ドライブラインに対してどんな任意の出力分布も考えられるという利点がある。
【００２０】
本発明によれば、車両に対して選択的に回転止めして結合する付加的な太陽歯車により第二の変換段に切り換わることが有利である。
【００２１】
本発明によれば、ハウジングに対して回転止めして支承されているブレーキディスクが設けてある。この有利な構成により、各ドライブラインに対して制動モーメントを増強する摩擦面を円錐状に形成した車両に対して静止しているリングが遊星ケージの対応する対向面に作用するなら、全軸構造を著しく単純にできる。遊星ケージはモータの高速で回転で回転するので、加わる制動モーメントは歯車の変速により増幅されるので、輪軸に著しく大きい制動モーメントが働く。ブレーキは操作電磁石に電流を流さない状態での摩擦リングが遊星ケージのバネ力により押圧されるように形成されている。これによりパーキングブレーキの機能が達成される。操作電磁石の磁力を定量的に与えて、説明した制動装置は走行ブレーキとしても利用できる。
【００２２】
同時に一方でモータケースに、また他方でドライブラインの伝動装置の回転子の回転に関連する部品に作用する摩擦面を設けることも考えられる。この種の制動装置により両方のドライブラインを同時に遅くすることができる。
【００２３】
本発明のような構成によれば、通常の場合、つまり両方のドライブラインの遅れが同じ場合にはハウジングに支持できる自由な反作用モーメントが生じないという構造上の利点が生じる。
【００２４】
高速回転する部品に制動が加わることにより輪軸のモーメントが変速比だけ増強されるので有利である。
【００２５】
単純な部品をブレーキとして使用するので、有利であることが分かる。
【００２６】
この場合でも簡単な機械的な部品のみを使用するので、機械的なブレーキは、牽引ロープにより操作される構成も可能である。
【００２７】
小さな操作力により磁気操作が本当に考えられるので、機械的なブレーキは、特に牽引ロープのところの昇降電磁石により磁気的に操作される構成も有利である。
【００２８】
本発明の構成によれば、電気機械的な変換のために非同期機械にカゴ型回転子が設けてある。この発明による駆動部では、モータケースが付属する被動軸に回転可能に支承されているので、モータへの電流導入はモータケースの周囲にあるスリップリングにより行われる。電気機械的な変換のためには、カゴ型回転子を持つ非同期機械の原理が特に好ましく、その回転磁場は電子切換による走行速度に依存する周波数制御で発生させる。しかし、固定子と回転子の間にトルクを発生する何らかのタイプの駆動機械も考えられる。
【００２９】
最後に、一つの構造ユニットを形成することにより、製造から補充部品の保持を介して販売までにいたる経済的な利点が与えられる。更に、その場合、軸受で伝動装置の被動側の太陽歯車は、車輪の力を引き受けることができるので他の軸受を必要としないように設計されると効果的である。しかし、車両のバネ性のない重量を低減し、場合によって駆動歯車間の床の自由度を高めるため、撓み軸の取付も考えられる。
【００３０】
以下、図面に示す実施例に基づきこの発明をより詳しく説明する。
【００３１】
最初に、説明する種々の実施形態で同じ部品に同じ参照符号あるいは同じ部品記号を使用し、記載全体に含まれる開示事項は同じ参照符号あるいは同じ部品記号を有する同じ部品に当てはまることを取り決めておく。例えば上、下、横等のような明細書内で選択された位置の表現は直接説明したあるいは図示する図面に関連し、位置の変更がある場合に新しい位置に移行すると合理的である。更に、個々の特徴あるいは特徴の組み合わせも独自で、発明的であるか、あるいは発明による解決策に対して図示して説明する種々の実施例から明らかになる。
【００３２】
図１によれば、電気駆動部は車両に対して静止しているハウジング１から成り、このハウジングから第１のドライブライン２と第２のドライブライン３が両側に出ている。第１のドライブライン２のトルクは自由回転可能に支承されている回転子４のシャフト２３から生じ、第２のドライブライン３のトルクはモータケース６の中に固定されている固定子５から出る。該モータケース６は、第２のドライブライン３のシャフト端部２５に固定連結されている。第１のドライブライン２の回転運動は遊星歯車の組８の遊星軸７を移動させる。この遊星歯車の組は、一方で車両に対して静止している第１のドライブライン２の伝動装置の太陽歯車９に係合し、他方で輪軸４３と共に回転可能な第１のドライブライン２の太陽歯車１０に係合している。第１のドライブライン２の伝動装置では、静止している太陽歯車９が回転可能な太陽歯車１０より小さいので、伝動装置の駆動シャフトと被動シャフトが同じ向きに回転運動する。更に、第２のドライブライン３の回転運動は遊星歯車の組１２の遊星軸１１を移動させ、この遊星歯車の組は一方で車両に対して静止している第２のドライブライン３の伝動装置の太陽歯車１３に係合し、他方で第２のドライブライン３の輪軸２８と共に回転可能な太陽歯車１４に係合している。第２のドライブライン３の伝動装置では静止太陽歯車１３が回転可能な太陽歯車１４より大きいので、伝動装置の駆動シャフトと被動シャフトを逆向きに回転させる。
【００３３】
図２は第２のドライブライン３の二段伝動装置の模式図を示す。この場合、第１のドライブライン２の伝動装置は修正でき、遊星軸１５はシャフト端部２３と共に回転し、このシャフト端部には三つの歯車を有する遊星歯車の組１６が回転可能に支承されている。遊星歯車の組１６は一方でブレーキ装置１９により選択的にあるいは代わりに車両に対して固定されている自由回転する太陽歯車１７，１８と係合し、他方で輪軸２８に接続する太陽歯車２０と係合する。
【００３４】
図３によれば、電気駆動部には静止したハウジング１があり、この中でローラ軸受２１，２２により電気モータの固定子５が固定されている自由回転可能なモータケース６が支承されている。モータケース６に固定連結されているシャフト端部２３は伝動装置の遊星ケージ２４に固定連結し、この伝動装置の遊星軸１１上では遊星歯車の組１２がローラ軸受２６，２７に自由回転可能に支承されている。遊星歯車の組１２は一方でハウジング１に対して静止している太陽歯車１３に係合し、他方で右の輪軸２８に固定されている太陽歯車１４に係合する。遊星ケージ２４は被動側で円錐状の摩擦面３１により形成され、この摩擦面にはハウジング１に対して回転止めして支承されたブレーキディスク３２が接している。このブレーキディスク３２は休止位置で皿バネ３４により遊星ケージ２４の円錐状の摩擦面３１に軸方向に押圧される。電磁操作装置３５により皿バネ３４の軸方向の力が克服されるので、ブレーキは通風を受ける。
【００３５】
電力を固定子５の励磁巻線３３へ供給することは回転可能なモータケース６近傍のスリップリング３７上のカーボン３６を介して行われる。左の第１のドライブライン２は電気モータの回転子４により形成され、この電気モータはモータケース６の右側でローラ軸受３８により、またハウジング１内の左側で同じようにローラ軸受３９により回転可能に支承され、左の伝動装置の遊星ケージ４０に固定連結している。この伝動装置の遊星軸７上には遊星歯車の組８がローラ軸受４１，４２の上で回転可能に支承されている。遊星歯車の組８は一方でハウジング１に対して静止している太陽歯車９に係合し、他方で右の輪軸４３に固定された太陽歯車１０に係合している。左の第１のドライブライン２のブレーキディスク３２を備えたブレーキ装置は右の第２のドライブライン３のものと同じように形成されている。左の第１のドライブライン２の静止している太陽歯車９は右の第２のドライブライン３の回転可能な太陽歯車１４と同じ大きさである。同様なことは太陽歯車１３と太陽歯車１０に対して成立する。遊星軸７または１１の回転直径は同じ大きさであるから、左右の伝動装置の減速比は生じる。
【００３６】
図４によれば、電気駆動部には静止しているハウジング１がある。このハウジングにはローラ軸受４６により遊星ケージ４７に固定連結しているモータケージ６が一方の側部に支承されている。更に、このエンジンケース６では固定子５と回転子４にシャフト２５が設けてある。回転子４は遊星ケージ４８に固定連結し、この遊星ケージはハウジング１内のローラ軸受４９上に支承されている。回転子４の第二の軸受はエンジンケース６内に配置されているローラ軸受５０により行われる。モータケース６の第二の軸受はシャフト２５上に着座部を有するローラ軸受５１により行われる。
【００３７】
輪軸４３は一方でハウジング１内に配置されているローラ軸受４４により、また他方で遊星ケージ４８内に設けてあるローラ軸受５２により支承されている。輪軸２８はハウジング１内に配置されたローラ軸受３０とモータケース６内に設けてあるローラ軸受５３により支承されている。
【００３８】
遊星ケージ４８を備えた輪軸４３に対する遊星歯車装置には遊星歯車の組５４と、ハウジング１に固定連結し静止している太陽歯車５５と、輪軸４３に固定連結する太陽歯車５６とがある。遊星ケージ４７を備えた輪軸２８に対する遊星歯車装置には遊星歯車の組５７と、ハウジング１に固定連結し静止している太陽歯車５８と、輪軸２８に固定連結している太陽歯車５９とがあると技術的に有効である。回転子４あるいはモータケース６の回転運動は、図３の実施例のように、遊星歯車装置により輪軸２８あるいは４３に移される。
【００３９】
ブレーキ装置１９としては、モータケース６の外周に、あるいはシャフト２５に連結する遊星ケージ４８の外周に嵌まる機械的なブレーキ６０を備えている。この機械的なブレーキ６０はケーブル牽引部６１を介して操作できる分割リングである。
【００４０】
最後に、整理のため、駆動部の構造をより良く理解するためこの駆動部および駆動部の構成要素を一部縮尺を変えておよび／または拡大しておよび／または縮小して示していることを指摘しておく。
【００４１】
自立的で発明的な解決策の基礎となる課題は記載から読み取れる。
【００４２】
取り分け、図１，２，３，４に示した個々の構成は自立的でこの発明による解決策の内容を形成する。これに関するこの発明の課題、解決策はこれ等の図面の詳細な説明から読み取れる。
【００４３】
【図面の簡単な説明】
【図１】 駆動部の模式図、
【図２】 伝動装置の二段構成、
【図３】 電気駆動部の断面図、
【図４】 駆動部の他の構成の断面図である。
【符号の説明】
１ ハウジング ３２ ブレーキディスク
２ 第１のドライブライン ３３ 励磁巻線
３ 第２のドライブライン ３４ 皿バネ
４ 回転子 ３５ 操作装置
５ 固定子 ３６ カーボン
６ モータケース ３７ スリップリング
７ 遊星軸 ３８ ローラ軸受
８ 遊星歯車の組 ３９ ローラ軸受
９ 太陽歯車 ４０ 遊星ケージ
１０ 太陽歯車 ４１ ローラ軸受
１１ 遊星軸 ４２ ローラ軸受
１２ 遊星歯車の組 ４３ 輪軸
１３ 太陽歯車 ４４ ローラ軸受
１４ 太陽歯車 ４５ ローラ軸受
１５ 遊星軸 ４６ ローラ軸受
１６ 遊星歯車の組 ４７ 遊星ケージ
１７ 太陽歯車 ４８ 遊星ケージ
１８ 太陽歯車 ４９ ローラ軸受
１９ ブレーキ装置 ５０ ローラ軸受
２０ 太陽歯車 ５１ ローラ軸受
２１ ローラ軸受 ５２ ローラ軸受
２２ ローラ軸受 ５３ ローラ軸受
２３ シャフト端部 ５４ 遊星歯車の組
２４ 遊星ケージ ５５ 太陽歯車
２５ シャフト ５６ 太陽歯車
２６ ローラ軸受 ５７ 遊星歯車の組
２７ ローラ軸受 ５８ 太陽歯車
２８ 輪軸 ５９ 太陽歯車
２９ ローラ軸受 ６０ ブレーキ
３０ ローラ軸受 ６１ ロープ牽引部
３１ 摩擦面

Claims (5)

1. 車両用の電気駆動部であって、車両構造体に対してあるいは車両のフレームに対して固定されているハウジング（１）が設けられ、固定子（５）を有するモータケース（６）と該モータケース（６）内に設けてある回転子（４）をそれぞれ回転可能に支承し、モータケース（６）と回転子（４）が作業出力のために互いに逆向きの回転運動を行い、第１のドライブライン（２）が回転子（４）に接続されているとともに、回転子（４）の回転運動が伝動装置を介して互いに同じ向きの駆動回転方向と被動回転方向を生じさせ、第２のドライブライン（３）がモータケース（６）に接続されているとともに、モータケース（６）の回転運動が伝動装置を介して互いに逆向きの駆動回転方向と被動回転方向に変換され、伝動装置は遊星歯車装置であり、回転子（４）はシャフト（２５）あるいはモータケース（６）を介して付属する遊星歯車装置の遊星ケージ（４０，４８または２４，４７）に固定連結され、少なくとも一つの遊星歯車の組（８，５４または１２，５７）の遊星軸（７または１１）を回転させることを特徴とする電気駆動部。
2. 回転子（４）の回転運動はシャフト（２５）あるいはモータケース（６）の回転運動により少なくとも一つの遊星歯車の組（８，５４または１２，５７）の遊星軸（７または１１）を回転させ、前記遊星歯車の組は回転軸がシャフト（２５）あるいはモータケース（６）の回転軸の周りを固定結合して回転止めされたそれぞれ二つの歯車から成り、遊星歯車の組（８，５４または１２，５７）の一方の歯車はハウジング（１）に回転止めされシャフトまたはモータケースの軸に同軸に配置された太陽歯車（９，５５または１３，５８）に係合し、遊星歯車の組（８，５４または１２，５７）の他方の歯車はシャフトまたはモータケースの軸に同軸に配置された太陽歯車（１０，５５または１４，５９）と係合し、この太陽歯車が付属する輪軸（２８または４３）を駆動し、その場合、ハウジング（１）に付属する太陽歯車（９，５５または１３，５８）が輪軸（２８または４３）に付属する太陽歯車（１０，５５または１４，５９）に対して異なった直径を有することを特徴とする請求項１に記載の電気駆動部。
3. 前記第１のドライブライン（２）ではハウジング（１）に付属する太陽歯車（９，５８）が輪軸（４３）に付属する太陽歯車（１０，５９）より小さい直径を有し、前記第２のドライブライン（３）ではハウジング（１）に付属する太陽歯車（１３，５５）が輪軸（２８）に付属する太陽歯車（１４，５６）より大きい直径を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電気駆動部。
4. 伝動装置は二段に形成され、遊星軸（１５）がシャフト（２５）あるいはモータケース（６）と共に回転し、その上に互いに固定されている三つの歯車を有する遊星歯車の組（１６）が回転可能に支承され、遊星歯車の組（１６）が一方でブレーキ装置（１９）によりどちらかを決めることのできる自由回転可能な太陽歯車（１７，１８）と係合し、他方で輪軸（２８）に付属する太陽歯車（２０）と係合していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電気駆動部。
5. 遊星ケージ（２４または４０）は被動側に円錐状の摩擦面を備え、ハウジング（１）に対して回転止めして支承されているブレーキディスク（３２）が電磁操作装置（３５）を介して前記摩擦面に作用することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電気駆動部。

Images