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
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Description
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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