JP4317594B2 - マルチ入力およびデュアル出力電気差動モータ伝動装置のためのシステムおよび装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は一般的にマルチ出力推進装置を内臓または要求する種々の型の車両を推進させるシステムに関する。特に、本発明は連続的に可変する速度出力と装置駆動のための蓄積エネルギー供給を有する複数の複合電気モータ兼伝動（変速）装置を使用する電気車両用のモータ伝動システムに関する。
背景技術
現在、あらゆる陸上車両は主な原動エネルギー源として内燃エンジンの使用に依存している。しかしながら、内燃エンジンは一定の保守作業を要求し、延長使用や不適切な保守作業によりしばしば環境汚染を招く。例えば、内燃エンジンは不愉快で、目障りで、危険な副産物を漏らしかつ放出するオイルを主とする燃料および潤滑油を必要とする。さらに、内燃エンジンは比較的騒音が大きく、さらに経年と共に、一定のまたは過激な使用、または多くのの他の陸上車両の環境に共通である厳しい環境条件（例えば天候）に絶えず晒されることにより信頼性が低下する。必要な燃料システムやエンジンブロックはかさばり、車両に不必要な重量を加えている。さらに、車両に搭載する燃料や潤滑油の供給は制限され、かつ車両およびその使用者に火災の危険を引き起こす。
一方、電気モータは一般により静寂で、ほとんど汚染がなく、かつ内燃エンジンに比べ保守を必要としない。しかしながら、電気モータは多くの固有の問題がある。電気モータが陸上車両（例えば、電気自動車）に応用される場合、車両の各車輪に起動力を与えるために数個のモータが一般に必要とされる。４輪自動車の通常の構造において、４個のモータ制御器と共に４個の電気モータが、すなわち、各モータに１つの制御回路が必要とされる。電気車両が現在設計されている通常の自動車の全ての機能（例えば、勾配での加速、減速、速度維持、または増速、さらに滑りやすい道路での制御維持、さらに加速減速時の急な方向変化）を実行できるように成るためには、運転者の操縦、加速器およびブレーキ制御器を各電気モータ制御器とリンクさせる中央制御システムが要求される。さらに、もし自動車に全ての電子またはコンピュータ制御機能（例えば、ラジオ、ＨＶＡＣ、計装、航法手段）を集中化する努力がなされるのであれば、中央制御システムは非常に複雑化するであろう。
さらに、もし個別の電気モータの替りに、電気自動車がエドワード氏の米国特許番号５，０６７，９３２に開示されているような電気モータ伝動装置を使用して実施されるのであれば、電気モータ伝動装置が少なくとも外部リング歯車モータと内部太陽歯車モータからなり、各モータは個別に制御できないので、各電機モータ伝動装置の制御回路は非常に複雑になる。複数の電気モータ伝動装置の制御回路を運転者の操縦および加速器、およびブレーキ制御器にリンクさせる中央制御システムまたは回路は通常の電気モータを使用する電気自動車用の制御回路よりはるかに複雑になるであろう。また、電気自動車に電気モータ伝動装置を使用することにより、電気モータ伝動装置のようなより複雑な装置およびその制御回路を使用するためにより高いコストをかけることに成る。
電気自動車での電気伝動装置の使用は比較的軽量でありかつ、さらに少ない機械部品点数、低エネルギー損出、再生ブレーキの使用による高いエネルギー効率である利点を持っているが、電気モータ伝動装置およびその制御回路を使用するコストを最小化し、これらの使用による全ての利点を保持する努力がより望まれている。
従って、比較的軽量で、信頼でき、通常の内燃エンジンより空間を占有せず、かつ延長期間動作可能な電気モータ伝動装置に基ずく陸上車両用の推進システムのための需要がある。同時に、このようなシステムは電気モータ伝動装置型構造を採用することによるコストおよび複雑さを最小にし、この装置の使用により得られる全ての利点を保持しなければならない。
従来技術の不便および欠点に鑑みて、本発明の全般的な目的はマルチ入力およびデュアル出力電気差動モータ伝動装置のためのシステムおよび装置を提供することにある。
さらに全般的な目的は陸上車両用の電気差動モータ伝動システムのための装置および方法を提供することにある。
本発明の全般的な他の目的は比較的軽量および効率的である陸上車両用の電気差動モータ伝動システムのための装置および方法を提供することにある。
本発明のさらに全般的な目的は従来の補助推進システムよりスペースを必要とせずまたは少なくともよりスペース効率の良い陸上車両用の電気差動モータ伝動システムのための装置および方法を提供することにある。
さらに目的は電気モータ伝動装置およびそれらの制御回路を使用するコストおよび複雑さを最小化する陸上車両用の電気差動モータ伝動システム用の装置および装置を提供することにある。
発明の開示
本発明の一態様によれば、マルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動装置は互いに固定的に接続された第１および第２太陽歯車を有し、前記第１および第２太陽歯車が共通の回転軸の周囲を回転する太陽歯車装置と；第１および第２リング歯車を有する第１および第２リング歯車装置と；第１組の遊星歯車および第２組の遊星歯車とを内臓する。第１組の遊星歯車は前記第１太陽歯車と前記第１リング歯車間で相互にかみ合う。第２組の遊星歯車は前記第２太陽歯車と前記第２リング歯車間で相互にかみ合う。前記第１太陽歯車と前記第１リング歯車は相互にかみ合う前記第２組の遊星歯車と関連して同心円状に、独立して回転可能である。前記第２太陽歯車と前記第２リング歯車は相互にかみ合う前記第２組の遊星歯車と関連して同心円状に、独立して回転可能である。前記第１および第２太陽歯車、前記第１リング歯車および前記第２リング歯車の少なくとも一つの回転により、前記第１および第２組の遊星歯車の該当する歯車の回転および公転運動を生ずる。
本発明のより特定の態様によれば、マルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動装置は太陽歯車装置と；第１リング歯車および前記第１リング歯車を回転駆動する第１リング駆動手段と；第２リング歯車および前記第２リング歯車を回転駆動する第２リング駆動手段と；おのおのが回転可能に搭載された第１搭載素子を含む第１の複数の遊星ピニオン歯車と；おのおのが回転可能に搭載された第２搭載素子を含む第２の複数の遊星ピニオン歯車と；制御手段とを内臓している。太陽歯車装置は第１および第２太陽歯車と、前記第１および第２太陽歯車を共通の回転軸に沿って相互に固定的に接続するための手段と、前記第１および第２太陽歯車を回転するように駆動するための太陽駆動手段とを有する。制御手段は前記太陽駆動手段と、前記第１リング駆動手段と、前記第２リング駆動手段を互いに独立して制御し、前記太陽駆動手段、前記第１リング駆動手段、前記第２リング駆動手段の少なくとも一つの動作が前記第１および第２複数の遊星ピニオン歯車の少なくとも一つを回転させかつ前記第１および第２複数のピニオン歯車の各ピニオン歯車を回転駆動させる。前記第１の複数のピニオン歯車のおのおのが前記第１太陽歯車と前記第１リング歯車間で相互にかみ合い、前記第１太陽歯車と前記第１リング歯車はたがいに関連して同心円状に、独立して回転可能である。前記第２の複数のピニオン歯車のおのおのが前記第２太陽歯車と前記第２リング歯車間で相互にかみ合い、前記第２太陽歯車と前記第１２ング歯車はたがいに関連して同心円状に、独立して回転可能である。
本発明の他の目的および特徴は以下の好ましい実施例の詳細な説明から明らかになるであろう。
本発明は下記図面と共に説明される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の全般的実施例に従った電気モータ伝動装置搭載型推進システムのシステムブロック図を示す。
第２図は本発明に従ったマルチ入力およびデュアル出力電気差動モータ伝動装置の全般図の斜視図を示す。
第３図は本発明の第１実施例に従った電気差動モータ伝動システムの全般図を示す。
第４図は本発明の第１実施例にしたがった第３図のライン４−４に沿った外部リング歯車内の回転子と固定子の部分詳細図を示す。
第５図は本発明の第２実施例にしたがった電気差動モータ伝動システムの一般図を示す。
第６Ａおよび６Ｂ図は本発明の第２実施例にしたがった外部リング歯車内の回転子と固定子の部分詳細図を示し、第６Ａ図は第５図のライン６Ａ−６Ａに沿った図であり、第６Ｂ図は第５図のライン６Ｂ−６Ｂに沿った図である。
第７Ａ−７Ｃ図は本発明の第１および第２実施例にしたがった共通太陽歯車内の回転子と固定子の部分詳細図を示し、第７Ａ図は第５図のライン７Ａ−７Ａに沿った図であり、第７Ｂ図は第５図のライン７Ｂ−７Ｂに沿った図であり、第７Ｃ図は第５図のライン７Ｃ−７Ｃに沿った図である。
第８Ａ−８Ｂ図は本発明の全般の実施例にしたがった遊星歯車とそれらの該当出力構造体の詳細図を示す。
第９Ａ−９Ｅ図は本発明の全般の実施例の種々の動作モードを示す電気モータ伝動装置内臓推進システムの簡単な図を示す。
第１０図は中央制御回路、車輪制御回路、および太陽歯車制御回路の実施のための全般図を示す。
第１１図は差動モータ伝動装置のハイブリッド構成を実施する本発明の第３実施例を示す。
発明を実施するための最良の形態
図を参照して、同じ参照文字はいくつかの実施例およびその図において同一素子を示すために使用される。特に、第１図において、本発明の電気差動モータ伝動（変速）システム１０は共通の太陽歯車装置１２により共に接続された可変速度電気モータ／伝動装置対１４１，１４２に全般的に実施される。可変速度電気モータ／伝動装置対１４１，１４２は米国特許番号５，０６７，９３２（ここでは参考のため示される）に開示されているようにデュアル入力、無段速電気駆動モータ／伝動装置に基ずいている。
米国特許番号５，０６７，９３２に説明されるように、本発明に応用可能な電気モータ／伝動装置は太陽歯車アセンブリを駆動する太陽歯車モータと、リング歯車アセンブリを駆動するリング歯車モータと、伝動アセンブリを内蔵している。リング歯車アセンブリは無限数の速度で前進または後進方向に回転可能である。モータ／伝動装置により伝達されるトルク量を変えるために、太陽歯車アセンブリは前進方向または後進方向に回転可能であるか、静止位置にロックされる。４モータ伝動装置を内蔵する陸上車両において、４個の制御回路が個別的に各装置用に内蔵される。
本発明の電気差動モータ伝動システムにおいて、共通太陽歯車装置１２はおのおのモータ伝達装置１４１，１４２と相互に係合する太陽歯車１２ａ，１２ｂと、太陽歯車モータ１２ｃを内蔵している。太陽歯車モータ１２ｃは太陽歯車１２ａ，１２ｂのおのおのに動作可能に接続され、太陽歯車はモータ１２ｃの活性化により共通に回転する。例えば、太陽歯車１２ａ，１２ｂはそれぞれコネクタ素子１２ｄ，１２ｅを介して太陽歯車１２ｃの回転子（図示せず）に接続される。少なくとも１実施例において、コネクタ素子１２ｄ，１２ｅは該当する太陽歯車１２ａまたは１２ｂを太陽歯車モータ１２ｃ（例えば、大要歯車モータの回転子）と固定的に接続するシャフトとして形成される。
モータ伝動装置１４１は外部リング歯車２０ａ及び外部リング歯車モータ２０ｃを含み、モータ伝動装置１４２は外部リング歯車２０ｂ及び外部リング歯車モータ２０ｄを含む。モータ／伝動装置１４１，１４２の各々は車輪制御回路１６１，１６２を個別的に含み、中央制御回路１８は車輪制御回路１６１，１６２と通信する。さらに、中央制御回路１８と接続された太陽歯車制御回路１７は太陽歯車モータ１２ｃを制御するために設けられる。中央制御回路１８は車輪制御回路１６１，１６２の各々と太陽制御回路１７の動作を制御し、それによりモータ／伝動装置１４１，１４２の動作を制御する。
第２図に示されるように、モータ伝動装置１４１，１４２の各々は外部リング歯車と太陽歯車間に相互にかみ合う３個のピニオンまたは遊星歯車を含む。具体的に、ピニオンまたは遊星歯車２１ａ−２１ｃは外部リング歯車２０ａと太陽歯車１２ａ間に相互にかみ合わされる。遊星歯車２１ｄ−２１ｆは外部リング歯車２０ｂと太陽歯車１２ｂ間に相互にかみ合わされる。外部リング歯車２０ａ，２０ｂの内部周辺表面に形成された歯車の歯（図示せず）はこれらに該当する遊星歯車２１ａ−２１ｃ，２１ｄ−２１ｆの外部周辺表面に形成された歯車歯（図示せず）と回転係合する。同様に、太陽歯車１２ａ，１２ｂの外部周辺表面の歯車歯（図示せず）は該当する遊星歯車２１ａ−２１ｃ，２１ｄ−２１ｆの歯車歯と回転係合する。太陽歯車１２ａ，１２ｂはコネクタ素子１２ｄ，１２ｅ（この場合はシャフト）を介して太陽歯車モータ１２ｃに固定的に接続される。一般に、外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄと太陽歯車モータ１２ｃの一方または両者の活性化（例えば、回転）は遊星歯車２１ａ−２１ｃ，２１ｄ−２１ｆを移動可能に回転される。以下に説明されるように、外部リングモータ２０ｃ，２０ｄと太陽歯車モータ１２ｃを動作させる異なる組み合わせは遊星歯車の移動および動作を変化させる。
第３図に示されるように、電気歯車モータ伝動システムを実施する第１の実施例において、大要モータ１２ｃは同心円状に太陽歯車１２ａ，１２ｂと接続される円形フレーム２２から成る。太陽歯車モータ１２ｃの回転子２３はフレーム２２の外部周辺に沿って配置される。太陽歯車モータ１２ｃの固定子２４は回転子２３と円形フレーム２２を囲む円筒外部フレーム２５に搭載される。
第７図は図示された詳細な特徴を示すために第３図のライン７Ａ−７Ａに沿った太陽歯車モータ１２ｃと太陽歯車１２ａの図を示す。太陽歯車１２ｂと関連する素子も同様に構成される。第１に実施例において、回転子２３はフレーム２２の外部周辺部の周囲に放射状に交互に位置決めされた逆極性の磁極２３ａ，２３ｂを有する複数の永久磁石（この場合、永久磁石３６）として形成される。固定子２４は円筒外部フレーム２５の内部周辺表面に沿って位置決めされた複数の歯２４ａ（この場合、固定子歯３６）を使用して実施される。固定子の歯２４ａの各々は巻線２４ｃを有するコア２４ｂ有する。
第４図は詳細な特徴を図示するために第３図のライン４−４に沿った外部リング歯車モータ２０ｃと外部リング歯車２０ｃの図を示す。リング歯車モータ２０ｄは外部リング歯車２０ｂと関連する素子は同様に構成される。図示されるように、外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄは外部リング歯車２０ａ，２０ｂの外部周辺表面にそれぞれ放射状に形成された固定子２６ａ，２６ｂから構成される。固定子２７ａ，２７ｂは外部リング歯車２０ａ，２０ｂの回転子２６ａ，２６ｂを包囲する円筒フレーム２８ａ，２８ｂの内部周辺表面に搭載される。
この第１実施例において、回転子２６ａ，２６ｂの各々は外部リング歯車２０ａ，２０ｂの外部周辺表面に位置決めされた複数の永久磁石２６１，２６２（この場合、永久磁石３６）として形成される。逆極性の永久磁石２６１ａ，２６１ｂの磁極は交互に配置される。固定子２７ａ，２７ｂは固定子２６ａ，２６ｂに関連して円筒外部フレーム２８ａ，２８ｂの内部周辺表面に配置された複数の固定子歯２７１（この場合、固定子歯３６）を使用して実施される。固定子歯２７１の各々は巻線２７３を有する固定子コア２７２を内蔵する。
本発明の第２実施例の全体図が第５図に示される。第６Ａ図は第５図のライン６Ａ−６Ａに沿った外部リング歯車２０ｃの固定子２７ａの図を示す。６Ｂ図は第５図のライン６Ｂ−６Ｂに沿ったリング歯車モータ２０ｃの回転子２６ａの図を示す。外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄと関連する等価素子は同様に構成される。外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄはそれぞれ各外部リング歯車２０ａ，２０ｂの外方向面２０１の外部周辺部に軸方向に形成された回転子２６ａ，２６ｂから構成される。固定子２７ａ、２７ｂはそれぞれ外部リング歯車２０ａ，２０ｂ上の回転子２６ａ，２６ｂに対向して、外部フレーム２８‘ａ、２８’ｂの周辺部２８１に沿って軸方向に搭載される。
第１実施例に関して、回転子２６ａ，２６ｂの各々は交互に配置された逆極性の複数の永久磁石２６１，２６２（この場合、永久磁石３６）として形成される。固定子２７ａ，２７ｂは複数の固定子歯２７１（この場合、固定歯３６）を使用して実施される。各固定子歯２７１の各々は巻線２７３を有する固定子コア２７２を内蔵する。第２実施例において、太陽歯車モータ１２ｃは第７Ａ図に示されるように第１実施例で使用されたものと同じ構造で形成可能である。太陽歯車モータ１２ｃは第５図，７Ｂ図および７Ｃ図に示されるように回転子２３‘と共に形成できる。第７Ｂ図は固定子２４’の第５図のライン７Ｂ−７Ｂに沿った図を示し、第７Ｃ図は回転子２３’の第５図のライン７Ｃ−７Ｃに沿った図を示す。図示されるように、太陽歯車モータ１２ｃはフレーム２２の両面２２ａ，２２ｂの外部周辺部周りの軸方向に交互に位置決めされた逆極性の磁極２３‘ａ、２３’ｂを有する複数の永久磁石（この場合、永久磁石３６）を有する回転子２３‘により形成される。固定子２４’は回転子２３‘の両側で外部フレーム２５’の内部周辺表面に沿って位置決めされた複数の固定子歯２４‘（この場合、固定子歯３６）を使用して実施される。固定子歯２４’の各々は巻線２４‘ｃを有するコア２４’ｂを有する。
上記実施例において、外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄは外部リング歯車２０ａ，２０ｂの各々のおいて１．６の歯車比の２０馬力ＰＡＣ／ＤＣモータを使用して実施可能である。さらに太陽歯車モータ１２ｃは太陽歯車１２ａ，１２ｂに２．６歯車比の２０から２５馬力のＡＣ／ＤＣモータを使用して実施可能である。しかしながら、外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄおよび太陽歯車モータ１２ｃのための第１および第２実施例において、電気モータとそれらの部品の異なる型と構成がこの技術における通常の当業者に知られるような上記の型構成に対する変形例として使用可能である。さらに、全ての実施例において電気モータおよびそれらの部品に使用される材料はこの技術における当業者により理解されるような通常の応用に使用される材料に一致する。第８Ａ図および８Ｂ図に示されるように、少なくとも１実施例において複数の遊星歯車２１ａ−２１ｃまたは２１ｄ−２１ｆの各グループはそれぞれ搭載プレート２９ａ，２９ｂまたはケージ（かご）２９ａまたは２９ｂに回転可能に接続される。第８Ａ図において、搭載プレートまたはケージ２９ａ，２９ｂは３角形の各コーナの１辺に搭載された遊星歯車を有する成３角形板として実施される。第８Ｂ図において、搭載プレートやケージ２９‘Ａ，２９’Ｂは円板の外周部近傍の１辺にかつ１２０度離間して回転可能に搭載された遊星歯車を有する円盤として形成される。第３図の実施例において、３角形搭載プレートまたはケージが使用される。本発明の好ましい実施例において、遊星歯車は２１ａ−２１ｆは歯車比付きで形成され、搭載プレートまたはケージ２９ａ，２９ｂはシステムの特定の応用に適合する材料から形成され、この技術の当業者により理解されるような太陽歯車モータ１２Ｃと外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄの構造および動作に対応する。
プレートまたはケージ２９ａ，２９ｂは個別の軸上で遊星歯車の自由回転を可能にするように構成される。遊星歯車２１ａ−２１ｃ，２１ｄ−２１ｆが外部リング歯車２０ａ，２０ｂと太陽歯車１２ａ，１２ｂ間に位置決めされると（第３図参照）、さらに以下で論じられるように、外部リング歯車および／または太陽歯車の回転により遊星歯車の回転および公転運動を生じる。同様に、搭載プレートまたはケージ２９ａ，２９ｂが該当する遊星歯車に関連して回転する。搭載プレー他またはケージ２９ａ，２０ｂが回転は該当する出力軸３０ａ，３０ｂを介して伝達される。出力軸は車輪、推進器、他の歯車、またはギアシステム、プーリー等に動作可能に接続され、遊星歯車の動きにより発生する出力が移動のために使用される。
第９Ａ図，９Ｂ図は電気差動モータ伝動システムの動作のための種々のモードを示す。各図は第２図に例示されたシステムの簡単な図を示している。特に、各図の中央の円盤ＳＧは太陽歯車１２ａ，１２ｂ及び太陽歯車モータ１２ｃの動作を表示している。円盤ＳＧの両側の円盤ＲＧ１，ＲＧ２外部リング歯車２０ａ，２０ｂおよびそれらの外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄの動作を示している。円盤ＲＧ１，ＲＧ２の外側の円盤ＰＧ１，ＰＧ２はそれぞれ遊星歯車２１ａ−２１ｃ，２１ｄ−２１ｆの公転動作およびそれによる出力シャフト３０ａ，３０ｂの動作を示している。
各図において、矢印は該当する素子の動く方向を示している。南京錠シンボルは該当する素子が静止であるか、正位置にロックされていることを示す。零シンボルは該当する素子が最終的に得られた動作量または０の速度を示す。
図示されるように、システムの動作モードは（１）同回転方向に外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄのみ通電する工程、（２）太陽リング歯車モータ１２ｃ，従って太陽歯車１２ａ，１２ｂのみ通電する工程、（３）外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄおよび太陽歯車モータ１２ｃを同回転方向に通電する工程、（４）太陽歯車１２ａ，１２ｂと反対方向に回転する外部リング歯車状態で、外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄおよび太陽歯車モータ１２ｃを通電する工程、（５）外部リング歯車１２ａ，１２ｂの一つと同方向に静止しまたは回転する太陽歯車モータ１２ｃで互いに反対方向に外部歯車モータ２０ｃ，２０ｄを通電する工程を含む。
モード（１）において、第９Ａ図に示すように、ＲＧ１，ＲＧ２により示される外部リング歯車は同方向に通電および回転される。円盤ＳＧは非通電または静止状態にロックされる。ＲＧ１およびＲＧ２が回転すると、遊星歯車ＰＧ１，ＰＧ２は同方向に回転および公転し、同方向のトルクおよび回転動作が出力される。このモードで、出力された回転速度および得られるトルクのレベルは外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄの定格性能特性および遊星歯車２１ａ−２１ｃ，２１ｄ−２１ｆに関する外部リング歯車２０ａ，２０ｂの歯車比に依存する。
モード（２）に関して、第９Ｂ図に示されるように、太陽歯車兼太陽歯車モータＳＧが通電される。外部リング歯車ＲＧ１およびＲＧ２が非通電または静止状態にロックされる。ＳＧの回転により、遊星歯車ＰＧ１、ＰＧ２は反対方向に回転するが、同方向に公転し、ＳＧと同方向にトルクおよび回転動作が出力される。このモードで、出力された回転速度および選られるトルクのレベルは太陽歯車１２ｃの定格性能特性および遊星歯車１２ａ−１２ｃ，１２ｄ−１２ｆに関する太陽歯車１２ａ，１２ｂの歯車比に依存する。
各モード（１）または（２）において、速度は太陽歯車または外部リング歯車の定格能力ほどの高さに達し、どのモータが通電されるかに依存する。総出力トルクはどのモータが通電されても定格トルク能力に依存する。しかしながら、出力シャフト３０ａ，３０ｂの任意の出力実速度を達成するために、出力リング歯車モータ２０ｃ，２０は太陽歯車モータ１２ｃより高い実速度で動作している。
第９Ｃ図に示されるモード（３）は同一方向に通電され回転する外部リング歯車ＲＧ１およびＲＧ２と協働する太陽歯車兼太陽歯車モータＳＧを有する。ＳＧ１，ＲＧ１およびＲＧ２の組み合わせ回転により、遊星歯車ＰＧ１，ＰＧ２はＲＳＧ，ＲＧ１およびＲＧ２に関しておよび内で静止状態に成るが、同方向に公転し、ＳＧ，ＲＧ１およびＲＧ２の回転方向のトルクおよび運動が出力される。このモードで、得られる出力回転速度およびトルクのレベルは共動する場合の太陽歯車モータ１２ｃと外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄの定格性能特性および遊星歯車に関する該当する歯車比に依存する。モード（３）において、外部リング歯車および太陽歯車モータが等角速度で動作している場合外部リング歯車モータが太陽歯車モータおよび遊星歯車の動きに対するより高い実速度で動作しているので、実角速度は外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄの最大能力のみにより制限される。このモードで、出力されたトルクは外部リング歯車および太陽歯車モータの組み合わせ能力の結果として最大範囲にある。ＲＧ１，ＲＧ２が同一角速度ＳＧで動作される場合、出力されたトルクおよび実速度は最大である。出力されたトルクおよび実速度は外部リング歯車と太陽歯車間の角速度差を増減すること、たとえば、外部リング歯車モータまたは太陽歯車モータの角速度を増減させることにより変化させることができる。
モード（４）において、第９Ｄ図は外部リング歯車ＲＧ１，ＲＧ２と協働するＳＧで示される太陽歯車と太陽歯車モータが通電されるが、ＲＧ１およびＲＧ２に対して逆方向に回転することを示している。ＳＧ，ＲＧ１およびＲＧ２の最終的な回転により、遊星歯車がＳＧ，ＲＧ１およびＲＧ２に対して個別的に回転する。しかしながら、外部リング歯車モータおよび太陽歯車モータの相対角速度に依存して、ＰＧ１およびＰＧ２で示される遊星歯車および出力シャフト静止状態である（外部リングと太陽歯車間の等角速度）または地面基準に対するトルクおよび回転運動の（０に近い）最小レベルを示す。実質的に、トルクおよび回転運動は出力されない。トルクまたは回転のどの出力も外部リング歯車と太陽歯車モータの小さい角速度差の結果である。実質的に、システムはアイドルモードにある。ＲＧ１およびＲＧ２がＳＧと同一しかし逆の角速度で動作する限り、出力シャフト３０ａ，３０ｂでの出力トルクおよび実速度は最小すなわち０に留まる。出力トルクおよび実速度は外部リング歯車モータ又は太陽歯車モータの角速度を増減することにより増加又は変化させることができる。
第９Ｅ図で示されるようにモード（５）は通電されかつ回転しているＳＧ，ＲＧ１およびＲＧ２を含む。しかしながら、ＲＧ１およびＲＧ２は互いに独立して動作しており、例えば、ＲＧ１のみがＳＧと同一方向に回転し、ＲＧ２は静止状態、すなわち、ＲＧ１およびＲＧ２に対して逆に回転する。モード（３）と同様に、ＳＧおよびＲＧ１の組み合わせ回転により、ＰＧ１で示される遊星歯車がＳＧとＲＧ１に対して静止状態に成るが同方向に公転する。結果として、ＳＧおよびＲＧ２の回転方向のトルクおよび回転動作がＰＧ１を介して出力される。一方、ＳＧおよびＲＧ２の最終的な回転は遊星歯車（ＰＧ２）ＳＧおよびＲＧ２に対して個別的に回転する遊星歯車ＰＧ２になる。外部リング歯車モータおよび太陽歯車モータの相対角速度に依存して、ＰＧ２で示される遊星歯車および出力シャフトは静止状態であり、すなわち、地面基準に対してトルクおよび回転動作の最小レベルを示す。換言すれば、トルクおよび回転動作はすべてが出力されないか、または最小レベルでのみ出力される。モード（４）として、ＰＧ２は実質的にアイドルモードである。
モード（５）の変形において、ＲＧ１およびＲＧ２はＳＧが非導通、すなわち、静止状態にロックされた状態で通電され、回転する。ＲＧ１およびＲＧ２は再度相互に独立して動作し、例えば、ＲＧ１およびＲＧ２は互いに逆方向に回転する。さらに、ＲＧ１またはＲＧ２のみが通電され、同時にＳＧと協働する他の素子は非導通すなわち静止状態にロックされる。モード（５）のこの変形例において、ＲＧ１の回転方向のトルクおよび回転動作がＰＧ１を介して出力され、ＲＧ２の回転方向のトルク等はＰＧ２を介して出力される。
モード（５）は車両の向きを変える方法として使用できる。例えば、車両で、出力シャフト３０ａ，３０ｂは車両の反対側（例えば、左又は右側）の車輪または推進器に接続される場合、同方向（例えば、後方向）の力を作用させるために位置決めされる。同方向で共に回転するＳＧおよびＲＧ１で得られる出力は、ＰＧ１で示される出力シャフト３０ａを介して、左側の前進動作を発生させる。ＳＧおよびＲＧ２の逆回転によるＰＧ２のアイドルモードで、静止軸として動作する車両の左側を生じ、右回転が実行される。もしモード（５）の変更を動作させると、得られた左側の前進動作を発生する。ＰＧ２従ってＰＧ２の非通電モードは静止軸として動作する車両の右側になり、右回転が実行される。ＲＧ２従ってＰＧ２の逆回転により、車両は回転中心軸に対して右回転を実行する。
前述のモードに関して、出力されたトルクおよび実速度（この場合、回転率）は外部リング歯車と太陽歯車間の角速度差を増減させることにより、例えば、外部リング歯車モータまたは太陽歯車モータの角速度を増減させることにより変更することができる。モード（３）の変形において、ＳＧ，ＲＧ１およびＲＧ２は通電され、同方向に回転する。ＲＧ１とＲＧ２の各々とＳＧの組み合せ回転により、ＰＧ１，ＰＧ２により示される遊星歯車は同一方向に公転し、ＳＧ，ＲＧ１およびＲＧ２の回転方向のトルクおよび回転運動が出力される。従って、ＰＧ１およびＰＧ２は再度互いに独立して動作し、ＰＧ１およびＰＧ２の各々の出力トルクおよび実速度は該当する出力リング歯車モータと太陽歯車モータ間の角速度差増減することにより変化させることができる。この変形例において、外部リング歯車モータの角速度を相互に対して変化させることにより、回転が実行される。例えば、もしＲＧ１の角速度がＲＧ２のそれより大であれば、より大きなトルクおよび実速度がＰＧ２よりＰＧ１に対して出力される。ＲＧ１（例えば、右回転）を選ぶ回転が実行される。
上述のシステム動作の制御において、車輪制御回路１６１，１６２、太陽歯車制御回路１７および中央制御回路１８（第１図参照）が組み込まれる。
中央制御回路１８は車輪制御回路１６１，１６２の各々と太陽歯車制御回路１７の動作を制御する制御信号を発生する。車輪制御回路１６１，１６２の各々はモータ／伝動装置１４１、具体的に、出力リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄを通電し、動作させるモータ制御信号を発生する。太陽歯車制御回路１７は共通の太陽歯車装置１２、具体的に、太陽歯車モータ１２ｃを通電させ、動作させるモータ制御信号を発生する。
第１０図に示される本発明の制御システム用の制御システムの機能的な実行において、中央制御回路１８は主データ処理装置１８１、データを蓄積するメモリ１８２、および主データ処理装置１８１を装置に接続し、入力信号を受信したり出力信号を送信する入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース装置１８３から構成される。中央制御装置１８はさらに車輪制御回路１６１，１６２および太陽歯車モータ１２ｃを駆動する電圧および電流を制御し管理する電源制御回路１８４、および外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄ、および太陽歯車モータ１２ｃを有する。さらに、電源制御回路１８４は電圧及び電流を受信するように電源装置１９に接続される。
同様に、車輪制御回路１６１，１６２および太陽歯車制御回路１７は中央制御回路１８の回路に類似の、または従来技術の通常の当業者により理解されるような電気モータの動作を駆動しおよび／または制御する他の従来の回路に類似の回路から構成される（図示せず）。
技術の当業者に理解されるように、主データ処理装置１８１、メモリ１８２、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース装置１８３および電源制御回路１８４は、例えば、車両環境および用途で使用するために評価された通常のマイクロプロセッサー、コンピューター、集積回路または電子関連装置を使用して実施可能である。同様に、電源装置１９は車両に携帯で電気エネルギーを供給する応用技術において知られる如何なる種類の電源でも使用して実施可能である。このような通常の例としてバッテリや太陽電池パネルを含む。
第１０図に戻って、中央制御回路１８は制御装置から少なくとも制御信号を受信するように接続され、使用者／運転者は車両の方向、方向転換、速度、加速減速を制御する。例えば、図示されたような自動車用途において、制御信号は操縦装置の（例えば、ハンドル）の動きの程度および方向を示すＴＵＲＮ信号、加速器ペタルの動きの程度を示すＡＣＣＬ信号、ブレーキペタルの動きの程度を示すＤＥＣＬ信号、ギアシフトレバーを介して使用者／運転者により所望の特定のギア設定（例えば、Ｐａｒｋ（駐車）、Ｒｅｖｅｒｓｅ（後進）、Ｎｅｕｔｒａｌ（中立）、Ｄｒｉｖｅ（駆動））を示すＧＥＡＲ信号からなる。これらの信号の各々は、Ｉ／Ｏインターフェース装置１８３を介して、主データ処理装置１８１に入力される。主データ処理装置１８１はこれらの信号を車輪制御回路１６１，１６２、太陽歯車制御回路１７、および電源制御回路１８４のための該当信号に翻訳する。
同様に、車輪制御回路１６１，１６２および太陽歯車制御回路１７は中央制御回路１８から出力される制御信号を処理し、該当する電気モータに必要な速度および方向制御信号を発生する。さらに、電力制御回路１９はシステムの電気モータを駆動する電気エネルギー（例えば、電圧電流レベル、信号極性、交流直流変換）を制御し、その電力を車輪制御回路１６１，１６２および太陽歯車制御回路１７に送る。電気モータのための速度および方向信号の発生において、車輪制御回路１６１，１６２および太陽歯車制御回路１７はさらに電力制御回路１９からそれらに入力された電気エネルギーを制御し、管理する。例えば、制御回路は電気モータに対する電圧および／または制御レベルを変化させ、直流および交流間の電気エネルギー変換し、交流の電気エネルギーの周波数および／または振幅を変化させ、または直流の電気エネルギーの極性、振幅、および／またはパルス幅を変化させる。得られた電気信号の変動は外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄおよび太陽歯車モータ１２ｃ用の速度および方向信号を構成するために使用される。
車両を前方に推進させるためにモータを制御する動作の例において、中央制御回路１８はまず“Ｄｒｉｖｅ（ドライブ）”または“ｆｏｒｗａｒｄ（前進）”設定を示すＧＥＡＲ信号と、所望の速度および／または加速レベルを示すＡＣＣＬ信号を受信する。中央制御回路１８はさらに、要求により、電力制御回路１９、車輪制御回路１６１，１６２、または太陽歯車制御回路のための制御信号を発生する。換言すると、受信されたＧＥＡＲ，ＡＣＣＬ，およびＤＥＣＬ信号に依存して、中央制御回路１８は、プログラミングおよび所定のパラメータを介して、外部リング歯車モータ２０ｃ、２０ｄのみが活性に必要であること（モード（１））、太陽歯車モータのみが活性に必要であること（モード（２））、または全てのモータが活性に必要であること（モード（３））が決定される。例えば、もし車両が低速度領域（例えば、０−２５ｍｐｈ）すなわち低トルク条件で駆動されていると、太陽歯車モータ１２ｃ、２０ｄまたは太陽歯車１２ｃが活性化される（モード（１）または（２））。もし車両が高速度領域（例えば、２６＋ｍｐｈ）で駆動されていると、外部リング歯車モータ１２ｃ、２０ｄまたは太陽歯車１２ｃが活性化される（モード（３））。もし中央制御回路１８に接続されたセンサ（図示せず）が車両が勾配を登るような車両に対する過大な負荷または大きなトルクの印加を要求するような条件を検出すると、外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄおよび太陽歯車モータ１２ｃは活性化される（モード（３））。
車両を後進させるために、中央制御回路１８はまず“Ｒｅｖｅｒｓｅ（後進）”設定を示すＧＥＡＲ信号および所望の速度および／又は加速レベル示すＡＣＣＬ信号を受信する。中央制御回路１８は、要求されると、電力制御回路１９および車両制御及び太陽歯車制御回路用の制御信号を発生する。再度、要求されたＧＥＡＲ、ＡＣＣＬ、およびＤＥＣＬ信号に依存して、中央制御回路１８は、プログラミングおよび所定のパラメータを介して、外部リング歯車モータが活性化のため必要であること（モード（１））、太陽歯車モータのみが活性化のため必要であること（モード（２））、または全てのモータが活性化のため必要であること（モード（３））を決定する。しかしながら、外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄおよび太陽歯車モータ１２ｃの回転方向は車両を前進させるために使用される方向と逆である。
もしＧＥＡＲ信号が“Ｎｅｕｔｒａｌ（中立）”設定を示していると、中央制御回路１８は車輪制御回路１６１，１７２および太陽歯車制御回路１７用の必要な制御信号を発生し、モータをモード（４）で動作させる。
もしＴＵＲＮ信号が所望の回転方向（左又は右）を示すと、中央制御回路１８は車輪制御回路１６１，１７２および太陽歯車制御回路１７用に必要な制御信号を発生し、上述のようにモード（５）またはモード（３）の変形でモータを動作させる。
第１１図は本発明の第３実施例を示す。外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄまたは太陽歯車モータ１２ｃの電気モータは異なる動力装置構造で代替え可能である。これによりハイブリッド差動モータ伝動システムが造られる。示される例では、太陽歯車モータ１２ｃは化石燃料モータ１２’と代替え可能である。太陽歯車１２ａ，１２ｂはコネクタ素子１２ｄ，１２ｅを介してモータ１２‘の駆動シャフト１２’ｈに接続された駆動歯車１２‘ｇと相互にかみ合う中央太陽歯車１２’ｆに接続される。この場合、中央太陽歯車１２‘ｆおよび駆動歯車１２’ｇは互いに直角に係合する。しかしながら、他の実施例では、これらの２つの素子を互いに平行に接続してもよい。
ハイブリッド差動モータ伝動システムの自動車への応用において、外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄは短距離または市街走行用に通電することができる。化石燃料モータ１２‘は長距離またはハイウエー走行用に、またはシステムの電力再充電用に通電される。
ハイブリッド差動モータ伝動システム用の変形は外部リング歯車モータ２０ｃ，２０ｄを化石燃料モータと代替えし、外部リング歯車モータ又は大陽歯車モータをハイブリッドモータと代替えし、かつ（例えば、軸モータ構造対放射状モータ構造を使用している）第１実施例の替りにシステムの第２実施例に基ずいてハイブリッドシステムを形成することを含むが、これらに制限されるものでない。
以上本発明が添付図面を参照して好ましい実施例と関連して充分に説明されたが、種々の変更および改造が当業者にとって明らかであることを注意すべきである。例えば、この技術で知られる本発明のモータに必要な速度および方向信号を提供できる如何なる型の制御システムも使用可能である。これらのおよび他の変更および改造が添付の請求項により定義された発明の範囲内に含まれることが理解されるべきである。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明によれば、比較的軽量および効率的である陸上車両用の電気差動モータ伝動システムを提供することができる。本発明の電気差動モータ伝動システムは従来の補助推進システムよりスペースを必要とせず、より良好なスペース効率を有する。さらに本発明の電気差動モータ伝動システムはその制御回路を使用するコストおよび複雑さを最小化することができる。

Claims (13)

1. 互いに固定的に接続された第１および第２太陽歯車を有し、前記第１および第２太陽歯車が共通の回転軸の周囲を回転する太陽歯車装置と；
   第１および第２リング歯車を有する第１および第２リング歯車装置と；
   前記第１太陽歯車と前記第１リング歯車間で相互にかみ合う第１組の遊星歯車および前記第２太陽歯車と前記第２リング歯車間で相互にかみ合う第２組の遊星歯車と；
   からなるマルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動装置において、
   前記太陽歯車装置がさらに前記第１および第２太陽歯車に動作可能に接続された太陽歯車モータを含み、前記リング歯車装置の各々がそれぞれ第１および第２リング歯車モータを含み、前記第１および第２組の遊星歯車の各々が前記第１および第２組の該当する組が回転可能に搭載される搭載素子を含み、
   前記第１太陽歯車と前記第１リング歯車は相互にかみ合う前記第１組の遊星歯車と関連して同心円状に、独立して回転可能であり、
   前記第２太陽歯車と前記第２リング歯車は相互にかみ合う前記第２組の遊星歯車と関連して同心円状に、独立して回転可能であり、
   前記第１および第２太陽歯車、前記第１リング歯車および前記第２リング歯車の少なくとも一つの回転により、前記第１および第２組の遊星歯車の該当する歯車の回転および公転運動を生じ、前記第１および第２組の遊星歯車の少なくとも１つの公転運動が該当する搭載素子に回転運動を発生させることを特徴とするマルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動装置。
2. 前記各搭載素子が出力素子に動作可能に接続され、かつ前記搭載素子の回転運動が前記出力素子を介して出力運動を発生させることを特徴とする請求項第１項記載のマルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動装置。
3. 前記太陽歯車装置、前記第１リング歯車装置、および前記第２リング歯車装置の各々を独立的に制御する制御手段をさらに有することを特徴とする請求項第１項記載のマルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動装置。
4. 前記太陽歯車装置、前記第１リング歯車装置、および前記第２リング歯車装置の各々を独立的に制御する制御手段をさらに有することを特徴とする請求項第１項記載のマルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動装置。
5. 前記制御手段が第１および第２リング歯車モータ制御回路および太陽歯車モータ制御回路を含み、さらに前記第１および第２リング歯車モータの速度および方向の少なくとも１つを制御するように、前記第１および第２リング歯車モータ制御回路が前記第１および第２リング歯車装置に動作可能に接続され、さらに前記太陽歯車モータの速度および方向の少なくとも１つを制御するように、前記太陽歯車モータ制御回路が前記太陽歯車装置に動作可能に接続されることを特徴とする請求項第４項記載のマルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動装置。
6. 前記制御手段は、使用者入力信号が前記太陽歯車装置、前記第１リング歯車装置、前記第２リング歯車装置の各々を制御するため入力される入力手段を含むことを特徴とする請求項第３項記載のマルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動装置。
7. 前記制御手段がさらに中央制御回路、および使用者入力信号が前記中央制御回路に入力される入力手段を含み、前記中央制御回路は前記使用者入力信号を前記第１および第２リング歯車モータ制御回路および前記太陽歯車モータ制御回路の各々のための制御信号に変換するための手段を含むことを特徴とする請求項第３項記載のマルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動装置。
8. 第１および第２太陽歯車と、前記第１および第２太陽歯車を共通の回転軸に沿って相互に固定的に接続するための手段と、前記第１および第２太陽歯車を回転するように駆動するための太陽駆動手段とを有する太陽歯車装置と；
   第１リング歯車および前記第１リング歯車を回転駆動する第１リング駆動手段と；
   第２リング歯車および前記第２リング歯車を回転駆動する第２リング駆動手段と；
   おのおのが回転可能に搭載された第１搭載素子を含む第１の複数の遊星ピニオン歯車と；
   おのおのが回転可能に搭載された第２搭載素子を含む第２の複数の遊星ピニオン歯車と；
   からなるマルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動システムにおいて、
   前記太陽駆動手段が太陽歯車モータを含み、前記第１リング駆動手段が第１リング歯車モータを含み、前記第２リング駆動手段が第２リング歯車モータを含み、
   前記第１の複数の遊星ピニオン歯車のおのおのが前記第１太陽歯車と前記第１リング歯車間で相互にかみ合い、前記第１太陽歯車と前記第１リング歯車はたがいに関連して同心円状に、独立して回転可能であり、
   前記第２の複数の遊星ピニオン歯車のおのおのが前記第２太陽歯車と前記第２リング歯車間で相互にかみ合い、前記第２太陽歯車と前記第２リング歯車はたがいに関連して同心円状に、独立して回転可能であり、
   さらに前記太陽駆動手段と、前記第１リング駆動手段と前記第２リング駆動手段を互いに独立して制御する制御手段を有し、
   前記太陽駆動手段、前記第１リング駆動手段、前記第２リング駆動手段の少なくとも一つの動作が前記第１および第２の複数の遊星ピニオン歯車の少なくとも一つを回転させかつ前記第１および第２の複数の遊星ピニオン歯車の各ピニオン歯車を回転駆動させることを特徴とするマルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動システム。
9. 前記第１搭載素子が前記第１の複数の遊星ピニオン歯車の少なくとも公転運動を出力するための第１出力手段を含み、かつ前記第２搭載素子が前記第２の複数の遊星ピニオン歯車の少なくとも公転運動を出力するための第２出力手段を含むことを特徴とする請求項第８項記載のマルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動システム。
10. 前記第１出力手段は前記第１の複数の遊星ピニオン歯車の前記公転運動から変換された回転出力運動を発生する第１出力素子を含み、かつ前記第２出力手段は前記第２の複数の遊星ピニオン歯車の前記公転運動から変換された回転出力運動を発生する第２出力素子を含むことを特徴とする請求項第９項記載のマルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動システム。
11. 前記制御手段は第１および第２リング駆動制御回路および太陽駆動制御回路を含み、前記第１および第２リング歯車の速度および方向の少なくとも１つを制御するように、前記第１および第２リング駆動制御回路が各々前記第１および第２リング駆動手段に動作可能に接続され、かつ前記第１および第２太陽歯車の速度および方向の少なくとも１つを制御するように、前記太陽駆動制御回路が前記太陽駆動手段に動作可能に接続されることを特徴とする請求項第８項記載のマルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動システム。
12. 前記制御手段は使用者入力信号が前記太陽歯車装置、前記第１リング歯車装置、前記第２リング歯車装置の各々を制御するために入力される入力手段を含むことを特徴とする請求項第８項記載のマルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動システム。
13. 前記制御手段がさらに中央制御回路、および使用者信号が前記中央制御回路に入力される入力手段を含み、前記中央制御回路は前記使用者入力信号を前記第１および第２リング駆動制御回路および前記太陽駆動制御回路の各々のための制御信号に変換する手段を含むことを特徴とする請求項第８項記載のマルチ入力、デュアル出力差動モータ伝動システム。

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