JP5308489B2 - 駆動システムおよび同駆動システムを有する自動車 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用の駆動システム、およびそのような駆動システムを有する自動車に関する。

本発明は、任意の所望する自動車に適用可能であるが、本発明および本発明の基となった課題が、乗用車に関連してより詳細に説明される。

ハイブリッド車とは、通常、複数の駆動ユニット、例えば、内燃機関および電気機械などを備えた複合駆動システムと呼ばれるシステムを有する車両を指す。ハイブリッド車では、できるだけ高いエネルギ効率レベルを達成するために、パラレルハイブリッド駆動システムと呼ばれるシステムが通常使用される。前記パラレルハイブリッド駆動システムにより、電気機械および内燃機関が、二者択一的だけでなく、重複的にも、トルクをトランスミッションに加えることが可能になる。さらに、電気機械はまた、発電機として使用することができる、すなわち、車両が制動をかけられたときに、運動エネルギの形で存在する車両の制動エネルギを回収することができ、次いで、このエネルギを、例えば、電気エネルギ貯蔵装置を充電するのに使用することができる。例えば、都市交通で一般に起こるような頻繁な始動プロセス、および加速プロセスは、負荷が頻繁に変わる中で内燃機関を使用すると、燃料消費および汚染物質の排出が増えることから、ハイブリッド車においては、電気機械で行うか、または電気機械で補助するのが好ましい。電気機械と、存在する駆動システムへの電気機械の連結部とは、複合駆動システムのない自動車と比べて、余分な重量となり、設置空間をさらに占有するので、そのような複合駆動システムを可能な限りコンパクトで空間節約的にすることが望ましい。

それに応じて、下記特許文献１は、内燃機関および電気機械を有するハイブリッド車の駆動アクスル（ａｘｌｅ、車軸）用の駆動システムについて記載しており、駆動システムは、自動車の進行方向に対して垂直に、かつ自動車の駆動アクスルの領域に配置される。内燃機関のクランクシャフトは、任意に、クラッチおよび中間シャフトを伴うトランスミッションを介して、自動車の駆動アクスルに連結することができる。電気機械の駆動シャフトは、ギヤ機構を介して自動車の駆動アクスルに常に連結され、発電機は、構造的に電気機械から独立して、内燃機関のクランクシャフトを軸にして配置される。しかしながら、電気機械および発電機のシャフトと駆動シャフトとの平行配置のために、駆動システム用の比較的大きな設置空間が必要であることがこの構成の欠点であると分かった。さらに、電気機械が駆動アクスルに常に連結されているため、電気機械が電気モータ動作モードでない場合に、不都合にも抵抗トルクが発生する。これは、明らかに回避されなければならない。

独国特許第４４ ３１ ９２９ Ｃ１号明細書

したがって、本発明は、上記の欠点のない、改良された駆動システムを提供するという目的に基づく。

この目的は、特許請求項１の特徴を有する駆動システムを用いて、かつ／または特許請求項１５の特徴を有する自動車を用いて本発明に従い達成される。

その結果、駆動アクスル（ａｘｌｅ）を少なくとも部分的に囲み、駆動アクスルを駆動することを目的とする電気機械を有する、自動車の駆動アクスル用の駆動システムが提供され、電気機械は、シフト可能な形で駆動アクスルに連結されるか、または駆動アクスルから切り離される。

さらに、そのような駆動システムを有する自動車が提供される。

その結果として、駆動アクスルを少なくとも部分的に囲む電気機械の構造により、非常にコンパクトな構造の駆動システムが得られ、それにより、駆動システムは、有利にも、設置空間が小さい場合でさえ使用することができる。電気機械を駆動アクスルにシフト可能に連結することで、電気機械が駆動アクスルとともに連続して同時に回転するのが回避され、その結果として、例えば、不利な抵抗トルクの発生が確実に防止される。

従属請求項は、特許請求項１で規定された駆動システムの有利な改善および改良を含む。

１つの好ましい発展形態によれば、駆動アクスルは、遊星歯車式のまたはボール式の差動伝動装置により、動作可能に互いに連結された２つの駆動アクスル部を有し、その結果として、有利にも、アクスル部の回転数（回転速度）の相対回転数（回転速度）差が生じても使用可能になる。

さらに好ましい例示的な実施形態によれば、駆動システムは、電気機械を冷却するための冷却装置を有し、冷却装置は、特に、液体冷却装置、および／または空気冷却装置として具現化される。その結果として、有利にも、電気機械から取り出すことができる出力が増加し、電気機械の効率レベルを改善することができる。

さらに好ましい発展形態によれば、駆動システムは、電気機械を駆動アクスルに連結したり、または電気機械を駆動アクスルから切り離したりするためのシフト装置を有し、このシフト装置は、駆動アクスルに対して同軸に配置され、特に、駆動アクスルを少なくとも部分的に囲む。これは、駆動システムの軸方向の設置空間を小さくし、その結果として、適用領域が広がる。

さらに好ましい実施形態によれば、駆動システムは、電気機械と駆動アクスルとの間の第１の変速比を実現する第１の変速段（ａ ｇｅａｒ ｓｔａｇｅ）、および／または電気機械と駆動アクスルとの間の第２の変速比を実現する第２の変速段を有する。これは、電気機械が広い回転数（回転速度）領域にわたって動作するのを可能にする。

さらに好ましい発展形態によれば、第１の変速段は、駆動アクスルに対して同軸に配置され、特に、駆動アクスルを少なくとも部分的に囲み、かつ／または第２の変速段は、駆動アクスルに対して同軸に配置され、特に、駆動アクスルを少なくとも部分的に囲み、その結果として、駆動システムの軸方向設置空間が縮小される。これは、有利にも、駆動システムの適用可能領域を広げる。

さらに好ましい例示的な実施形態によれば、第１の変速段は、第１の遊星歯車段として具現化され、かつ／または第２の変速段は、第２の遊星歯車段として具現化される。この結果として、変速段は、軸方向にも半径方向にも非常にコンパクトな構造となり、そのため、駆動システムに必要な設置空間が縮小される。

さらに好ましい発展形態によれば、駆動システムは、かさ歯車伝動装置を有しており、かさ歯車伝動装置の冠歯車は、第２の変速段の遊星キャリアに取り付けられる。これは、有利にも、冠歯車および遊星キャリアを同じベアリング装置で支持することを可能にし、それにより、駆動システムに必要な部品点数が少なくなる。

さらに好ましい実施形態によれば、駆動システムは、モジュール構造を有し、その結果として、駆動システムは、様々な技術的周辺条件に迅速かつ簡便に合わせることができる。この結果として、駆動システムの適用可能範囲がさらに広くなる。

好ましい例示的な実施形態によれば、シフト装置は、駆動アクスル上で軸方向に移動でき、第１のシフトスリーブ外歯があるシフトスリーブを有しており、第１のシフトスリーブ外歯は、第２の変速段の太陽歯車の太陽歯車内歯と動作可能に係合する。これは、有利にも、駆動システムの簡単なシフトを可能にする。

１つの好ましい実施形態によれば、シフトスリーブは、第１のシフトスリーブ外歯から軸方向に離間した第２のシフトスリーブ外歯を有し、その第２のシフトスリーブ外歯は、駆動システムの第１の動作状態において、第１の変速段の遊星キャリアの遊星キャリア内歯、および第１の変速段の太陽歯車の太陽歯車内歯から動作可能に切り離される。その結果として、電気機械は惰性で回転し、駆動アクスルから切り離され、その結果として、電気機械は、有利にも、スイッチを切られた状態でブレーキとなる抵抗トルクを何ら発生させない。

さらに好ましい実施形態によれば、駆動システムの第２の動作状態において、第２のシフトスリーブ外歯は、電気機械の駆動トルクを、第１の変速段、シフトスリーブ、第２の変速段、および遊星歯車式差動伝動装置により、駆動アクスルに伝達するために、第１の変速段の遊星キャリアの遊星キャリア内歯と動作可能に係合する。これは、有利にも、電気機械と駆動アクスルの間の第１の変速比を実現する。

１つの好ましい例示的な実施形態によれば、駆動システムの第３の動作状態において、第２のシフトスリーブ外歯は、電気機械の駆動トルクを、シフトスリーブ、第２の変速段、および遊星歯車式差動伝動装置により、駆動アクスルに伝達するために、第１の変速段の太陽歯車の太陽歯車内歯と動作可能に係合する。これは、有利にも、電気機械と駆動アクスルの間の第２の変速比を実現する。

１つの好ましい実施形態によれば、電気機械は、電気モータ運転モードと発電機運転モードとの両方用に設計され、その結果として、電気機械は、有利にも、駆動システムを駆動するのにも、制動エネルギを回収するのにも使用することができる。これは、駆動システムの適用領域を広げる。

本発明が、例示的な実施形態に基づき、また、添付した図面の概略図を参照して、以下にさらに詳細に説明される。

本発明の１つの好ましい実施形態による駆動システムの平面図を示している。 第１の動作状態の、図１による駆動システムを示している。 第２の動作状態の、図１による駆動システムを示している。 第３の動作状態の、図１による駆動システムを示している。 本発明のさらに好ましい実施形態による駆動システムの平面図を示している。 第１の動作状態の、図５による駆動システムを示している。 第２の動作状態の、図５による駆動システムを示している。 第３の動作状態の、図５による駆動システムを示している。 図１〜８による駆動システムを有する自動車の平面図を示している。

図面の各図において、同じ参照符号は、別途記載のない限り、同一の、または機能上同一の部品を表す。

図１は、自動車の駆動アクスル（ａｘｌｅ）２用の駆動システム１の好ましい例示的な実施形態を示している。駆動アクスル２は、例えば、自動車のフロントアクスル２として具現化される。駆動システム１は、自動車の負荷支持用の車両構造体に回転しないように連結された多部品ハウジング３を有するのが好ましい。ハウジング３は、例えば、基本的に、２つの環状端面７０、７１を有する中空円筒形状の第１のハウジング部品４を有する。第１のハウジング部品４は、複数の部分で具現化することができる。第２の、好ましくはバレル（ｂａｒｒｅｌ）形状のハウジング部品５は、片側で第１のハウジング部品４の終端を形成し、少なくとも特定の部分で第１のハウジング部品４内に保持されている。例えば、第２のハウジング部品５の円周フランジ部７２は、第１のハウジング部品４の端面７０に対接し、端面７０で封止されるのが好ましい。第２のハウジング部品５は、駆動アクスル２を少なくとも部分的に囲み、冷却流体を保持することを目的とする管状空洞７３が、好ましくは第２のハウジング部品５の円筒状外側面６と、同様に好ましくは第１のハウジング部品４の円筒状内側面７との間に形成されるように構成され、特定の部分で第１のハウジング部品４内に保持されている。冷却流体として水を空洞７３に供給するのが好ましい。したがって、空洞７３は、ウォータジャケット７３を形成するのが好ましい。空洞７３は、駆動システム１の冷却装置７４の構成要素とすることができる。冷却装置７４は、例えば、液体冷却装置７４として、空気冷却装置７４として、または液体／空気を組み合わせた冷却装置７４として具現化される。冷却流体は、空洞７３を貫流することができ、前記空洞は流体ダクト７３として具現化されるのが好ましい。第２のハウジング部品５は、複数の部分で具現化することができ、基本的にバレル形状であり、第２のハウジング部品５の端面８、９には、駆動アクスル２に送り込むための貫通穴（ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ）１０、１１がある。第１のハウジング部品４および第２のハウジング部品５は、例えば、互いにねじ留めされるか、または溶接される。ハウジング３はまた、例えば、第１のハウジング部品４の端面７１に取り付けられた第３のハウジング部品１２を有する。第３のハウジング部品１２は、基本的にポット形状であり、ポット形状の床部は、駆動アクスル２に送り込むための貫通穴１３を有して具現化される。第３のハウジング部品のポット形状の床部は、第１のハウジング部品４の端面７１から離れる方に向いている。第３のハウジング部品１２は、例えば、第１のハウジング部品４にねじ留めされる。ハウジング３の第４のハウジング部品１４もポット形状であるのが好ましく、ポット形状の床部には駆動アクスル２が案内される貫通穴１５がある。第４のハウジング部品１４のポット形状の縁部は、第３のハウジング部品１２の床部に置かれるのが好ましい。第４のハウジング部品１４は、例えば、第３のハウジング部品１２にねじ留めされるか、または溶接される。ハウジング３の外径は、例えば、２００ｍｍ〜２１０ｍｍである。

電気機械１６は、ハウジング、特に、第２のハウジング部品５内に収容されるのが好ましい。電気機械１６は、発電機動作モードおよび電気モータ動作モードの両方用に設計されるのが好ましい。電気機械１６は、第２のハウジング部品５内に固定されたステータ１７を有するのが好ましい。ステータ１７は、基本的に中空円筒形状であり、駆動アクスル２をその円周方向に囲むのが好ましい。中空シャフト１８として具現化される、電気機械１６のロータ１９のロータシャフト１８は、第２のハウジング部品５内の２つの支持点２０、２１で回転可能に支持されている。支持点２０、２１は、例えば、ローラベアリング２０、２１として具現化される。駆動アクスル２は、ロータシャフト１８、すなわちロータ１９を通って案内される。したがって、電気機械１６は駆動アクスル２を囲み、特に、電気機械１６は、駆動アクスル２をその円周方向に囲む。第２のハウジング部品５は、少なくとも特定の部分でステータ１７を囲む冷却ダクト７５を形成するように具現化されるのが好ましい。空気が冷却ダクト７５を貫流できるのが好ましく、電気機械１６を冷却するために、低温の外気がステータ１７に供給され、加熱された廃棄空気が冷却ダクト７５によって排出される。これは、電気機械１６の強制冷却を可能にする。冷却ダクト７５は、冷却装置７４の構成要素であるのが好ましい。冷却装置７４、特に流体ダクト７３は、基本的に、電気機械１６のロータ１９を冷却する働きをする。

駆動機械１はまた、例えば、第１の遊星歯車段２２として具現化される第１の変速段２２を有するのが好ましい。第１の変速段２２は、駆動機械２の長手方向ｘに電気機械１６に隣接して配置されている。第１の変速段２２の第１の内歯歯車（ｒｉｎｇ ｇｅａｒ）２３は、第２のハウジング部品５内で回転しないように固定されるのが好ましく、駆動アクスル２は内歯歯車２３を貫通している。内歯歯車２３は、駆動アクスル２の方に向いた内歯の付いた環状形状である。第１の変速段２２の第１の太陽歯車２４は、電気機械１６のロータシャフト１８に連結され、特に、ロータシャフト１８の一体部品である。太陽歯車２４は、内歯歯車２３の内歯の方に向いた外歯を有する。第１の変速段２２の遊星歯車は、内歯歯車２３の内歯および太陽歯車２４の外歯と動作可能に係合しており、以下に遊星歯車２５についてのみ言及する。例えば、第１の変速段２２は、３つの遊星歯車を有する。遊星歯車２５または遊星歯車２５の回転軸は、第１の変速段２２の第１の遊星キャリア２６によって保持されている。遊星歯車２５は、遊星キャリア２６に回転可能に支持されている。遊星キャリア２６は、例えば、ハウジング３に対して回転可能なように、第２のハウジング部品５内の支持点２７、２８に取り付けられている。支持点２７、２８は、例えば、スライドベアリング２７、２８として具現化される。遊星キャリア２６は、駆動アクスル２を囲んでおり、好ましくはその円周を囲んでいる。第１の変速段２２は、電気機械１６と駆動アクスル２との間の第１の変速比を実現するように設計されるのが好ましい。

駆動システム１は、例えば、遊星歯車式伝動装置２９として具現化される第２の変速段２９を有するのが好ましい。第２の変速段２９は、駆動アクスル２を少なくとも部分的に囲んでいる。第２の変速段２９の第２の冠歯車３０は、第３のハウジング部品１２内に回転しないように固定されるのが好ましい。冠歯車３０は、基本的に、駆動アクスル２の方に向いた内歯の付いた環状形状である。第２の変速段２９の第２の太陽歯車３１は、中空円筒状の基本形状を有し、駆動アクスル２を囲んでいる。太陽歯車３１は、冠歯車３０の方に向いた外歯と、駆動アクスルの方に向いた太陽歯車内歯５９とを有する。太陽歯車３１は、駆動アクスル２のまわりに回転可能なように、例えば、支持点３２によって第２のハウジング部品５上に支持され、支持点３３によって第２の変速段２９の第２の遊星キャリア３４上に支持されている。支持点３２、３３は、例えば、スライドベアリング３２、３３として具現化される。遊星キャリア３４は、第２の変速段２９の遊星歯車を支持しており、以下に１つの遊星歯車３５だけについて言及する。遊星歯車３５は、冠歯車３０および太陽歯車３１と動作可能に係合している。遊星歯車３５は、遊星キャリア３４に回転可能に取り付けられている。遊星キャリア３４は、支持点３７、３８によってハウジング３内に回転可能に支持されている。支持点３７、３８は、例えば、ローラベアリングとして具現化される。第２の変速段２９は、電気機械１６と駆動アクスル２との間の第２の変速比を実現するように設計されるのが好ましい。

駆動システムは、例えば、冠歯車３６と、冠歯車３６と動作可能に係合するかさ歯車３９とを含むかさ歯車伝動装置７６を有する。冠歯車３６は、第２の変速段２９の遊星キャリア３４に取り付けられるのが好ましい。冠歯車３６は、駆動アクスル２を囲み、駆動アクスル２と同軸上に配置されるのが好ましい。冠歯車３６は、支持点３７、３８によってハウジング３内に回転可能に支持され、冠歯車３６は、支持点３７を受け入れるのが好ましい。したがって、支持点３７、３８は、遊星キャリア３４および冠歯車３６の両方を支持する働きをする。冠歯車３６は、第１の変速段２２と第２の変速段２９との間に配置されるのが好ましい。かさ歯車３９は、冠歯車３６と係合し、かさ歯車３９の中心軸４０は、駆動アクスル２の中心軸４１に対して垂直であるのが好ましい。あるいは、角度は、かさ歯車３９の中心軸４０と駆動アクスル２の中心軸４１との間で所望通り形成される。

駆動アクスル２は、第１の駆動アクスル部４４および第２の駆動アクスル部４５を有するのが好ましい。第１の駆動アクスル部４４は、第２の駆動アクスル部４５に回転可能に支持されるのが好ましい。駆動アクスル部４４、４５は、互いに同一直線上に配置されるのが好ましい。第１の駆動アクスル部４４を第２の駆動アクスル部４５に支持するために、第１の駆動アクスル部４４は、ベアリング４７によって、第２の駆動アクスル部４５の対応する凹部４８内に回転可能に支持されたタペット（凸子）４６を有する。第１の駆動アクスル部４４および第２の駆動アクスル部４５はそれぞれ、差動伝動装置４３の太陽歯車４９、５０としてそれぞれ具現化される円周フランジ４９、５０を有し、差動伝動装置４３は、遊星歯車式差動伝動装置４３として具現化される。差動伝動装置４３は、代替方法として、ボール式の差動伝動装置４３として具現化することができる。駆動アクスル部４４は、タペット４６の反対側に位置するその端部に出力フランジ５５を有する。第２の駆動アクスル部４５も、凹部４８から離れる方に向いたその端部に出力フランジ５４を有する。出力フランジ５４、５５は、例えば、自動車のホイールを駆動する働きをする。

第２の変速段２９の遊星キャリア３４は、駆動システム１の遊星歯車式差動伝動装置４３の遊星歯車式差動伝動装置キャリア４２に永続的に連結されている。遊星歯車式差動伝達装置４３は、例えば、第２の変速段２９の下流で駆動アクスル２の長手方向ｘに配置される。駆動アクスル２は、遊星歯車式差動伝動装置４３を貫通している。遊星歯車式差動伝動装置４３は、遊星５１、５２、５３として参照符号を付与された遊星歯車を有する。遊星歯車式差動伝動装置４３は、駆動アクスル部４４、４５間の回転数（回転速度）の差が補償されるように具現化される。

駆動システム１はまた、基本的に中空円筒形状であり、駆動アクスル２が非接触の形で内部に延びることが好ましい歯付シフトスリーブ５６を有する。シフトスリーブ５６は、円周に第１のシフトスリーブ外歯５７を有することが好ましく、そのシフトスリーブ外歯５７は、シフトスリーブ５６の端部の近くに配置されている。端部は遊星歯車式差動伝動装置４３の方向に向いている。シフトスリーブ５６は、第１のシフトスリーブ外歯５７から軸方向に離間して配置されるのが好ましい第２の円周シフトスリーブ外歯５８を有するのが好ましい。第１のシフトスリーブ外歯５７は、第２の変速段２９の太陽歯車３１の太陽歯車内歯５９と動作可能に係合している。第１のシフトスリーブ外歯５７は、太陽歯車内歯５９に沿って軸方向に、長手方向ｘおよび長手方向ｘの反対方向に移動することができる。歯５７、５９は、動作可能に常に係合しているのが好ましい。第２のシフトスリーブ外歯５８は、シフト可能に配置されて、任意に、第１の変速段２２の遊星キャリア２６に設けられた遊星キャリア内歯６０か、または第１の変速段２２の太陽歯車２４の内側面に設けられた太陽歯車内歯６１のいずれかと動作可能に係合する。第２の変速段２９の太陽歯車３１の内歯５９は、シフトスリーブ５６が、駆動アクスル２に沿って軸方向に移動した場合に、歯付シフトスリーブ５６の第１の外歯５７が、第２の変速段２９の太陽歯車３１の内歯５９と、好ましくは常に係合するように、駆動アクスル２の長手方向ｘに形成されている。

歯付シフトスリーブ５６を駆動するために、特に、駆動アクスル２を囲む中空シャフト６２として具現化された駆動シャフト６２が設けられている。駆動シャフト６２は、シフトスリーブ５６上に、例えば、ベアリング６３によって支持され、例えば、特定の部分でシフトスリーブ５６を囲む。ベアリング６３は、例えば、ローラベアリング６３として具現化される。シフトスリーブ５６は、駆動シャフト６２に対して回転することができる。

駆動アクスル２が非接触の形で貫通する駆動スリーブ６４は、駆動シャフト６２を駆動するために、駆動シャフト６２に動作可能に連結されている。駆動スリーブ６４は、駆動シャフト６２と同様に、ハウジング３に対して静止しているのが好ましい。駆動スリーブ６４は、基本的に、円周フランジを備えた中空円筒状の基本形状を有し、例えば、ハウジング３の外側に配置される。駆動スリーブ６４は、終端スリーブ６５によってその円周で保持され、支持点６６によって終端スリーブ６５内に支持されている。終端スリーブ６５の円周フランジ６７は、ハウジング３の端面８を閉じている。駆動スリーブ６４およびシフトスリーブ５６は、駆動システムのシフト装置８７を形成している。シフト装置８７は、変速段２２、２９を有するのが好ましい。

図１による駆動システム１を機能させる方法が下記に説明される。図２は、第１の動作状態の駆動システム１を示している。シフトスリーブ５６は第１のシフト状態にある。第１のシフト状態は、シフトスリーブ５６の初期位置、またはゼロ位置に対応する。シフトスリーブ５６は切り離された状態にある。第２のシフトスリーブ外歯５８は、第１の変速段２２の第１の太陽歯車２４の内歯６１と動作可能に係合していないし、第１の変速段２２の第１の遊星キャリア２６の内歯６０とも動作可能に係合していない。シフトスリーブ５６の第１の円周外歯５７は、第２の変速段２９の第２の太陽歯車３１の内歯５９と動作可能に係合している。線６８で示すトルクは、電気機械１６によって第１の変速段２２の第１の太陽歯車２４に加えられるが、シフトスリーブ５６のこのシフト位置では駆動シャフト２に伝達されない。駆動システム１は、電気機械１６が変速段２２、２９から切り離され、駆動アクスル２から切り離されたニュートラル位置にある。シフトスリーブ５６のこのシフト状態では、電気機械１６はスイッチを切られるのが好ましい。線６９で示す、かさ歯車３９から冠歯車３６に伝達されたトルクは、冠歯車３６から、冠歯車３６が永続的に連結された、第２の変速段２９の第２の遊星キャリア３４に伝達される。例えば、内燃機関または別の電動機械がトルク６９をかさ歯車３９に加える。トルク６９は、遊星歯車式差動装置の遊星キャリア４２に永続的に連結された第２の遊星キャリア３４によって、遊星歯車式差動伝動装置４３に伝達され、前記トルクは、遊星歯車式差動伝動装置４３から駆動アクスル２の駆動アクスル部４４、４５に伝達される。

図３は、第２の動作状態の駆動システム１を示している。図２と比較すると、矢印７７で示すように、シフトスリーブ５６が、駆動スリーブ６４の駆動によってゼロ位置から右に移動されている。すなわち、シフトスリーブ５６の第２の円周外歯５８は、引き続き第１の変速段２２の第１の太陽歯車２４の内歯６１から切り離されているが、第１の変速段２２の第１の遊星キャリア２６の内歯６０と動作可能に係合している。シフトスリーブ５６の第１の外歯５７も、第２の変速段２９の第２の太陽歯車３１の内歯５９と動作可能に係合している。駆動システム１のこの動作状態では、電気機械１６のトルク６８は、電気機械１６のロータシャフト１８から第１の変速段２２の太陽歯車２４に伝達される。第１の太陽歯車２４は、遊星歯車２５と動作可能に係合し、次に、遊星歯車２５は、第１の変速段２２の内歯歯車２３と動作可能に係合している。遊星歯車２５は、第１の太陽歯車２４の回転運動によって、固定された第１の内歯歯車２３に対して動きだす。遊星歯車２５は、第１の内歯歯車２３内で駆動アクスル２のまわりを回る。その結果として、第１の遊星キャリア２６は回転する。したがって、トルクは、第１の太陽歯車２４から第１の遊星キャリア２６に特定の変速比で伝達される。シフトスリーブ５６の第２の外歯５８は、第１の遊星キャリア２６の内歯６０と動作可能に係合しているので、トルク６８は、第１の遊星キャリア２６からシフトスリーブ５６に伝達される。トルク６８は、第２の変速段２９の太陽歯車３１の内歯５９と動作可能に係合しているシフト装置５６の第１の外歯５７によってシフトスリーブ５６から第２の太陽歯車３１に伝達される。第２の太陽歯車３１は、静止した第２の冠歯車３０に対して回転し、その結果として、第２の遊星歯車３５が動きだす。第２の遊星歯車３５は、第２の冠歯車３０内で駆動シャフト２の周りを回る。その結果として、第２の遊星キャリア３４が回転する。したがって、トルク６８は、第２の太陽歯車３１から第２の遊星キャリア３４に特定の変速比で伝達される。第２の遊星キャリア３４は、遊星歯車式差動伝動装置４３の遊星差動キャリア４２に永続的に連結されているので、トルク６８は、第２の遊星キャリア３４から遊星歯車式差動伝動装置４３に伝達されて、駆動アクスル２の駆動アクスル部４４、４５を駆動する。

かさ歯車３９から冠歯車３６に伝達されたトルク６９は、図２による駆動システム１の第１の動作状態と同じ態様で、冠歯車３６から、冠歯車に動作可能に連結された第２の遊星キャリア３４に伝達され、遊星歯車式差動伝動装置の遊星キャリア４２によって、第２の遊星キャリア３４から遊星歯車式差動伝動装置４３に伝達されて、駆動アクスル部４４、４５を駆動する。２つのトルク６８、６９は、第２の変速段に集められる。

図４は、第３の動作状態の駆動システム１を示している。駆動システム１のこの動作状態では、シフトスリーブ５６は、駆動スリーブ６４を駆動することで、矢印７８で示すように、図２によるその位置に対して左に移動されている。すなわち、シフトスリーブ５６の第２の外歯５８は、第１の変速段２２の第１の太陽歯車２４の内歯６１と動作可能に係合し、第１の遊星キャリア２６の内歯６０から切り離されている。シフトスリーブ５６の第１の外歯５７は、引き続き第２の変速段２９の第２の太陽歯車３１の内歯５９と動作可能に係合している。電気機械１６によってそのロータシャフト１８に加えられたトルク６８は、ロータシャフト１８から第１の太陽歯車２４に伝達される。太陽歯車２４の内歯６１は、シフトスリーブ５６の第２の外歯５８と動作可能に係合しているので、トルク６８は、第１の太陽歯車２４からシフトスリーブ５６に伝達される。したがって、トルク６８は、第１の変速段２２を通り越して伝達される。第２の太陽歯車３１は、第２の変速段２９の第２の太陽歯車３１の内歯５９と係合しているシフトスリーブ５６の第１の円周外歯５７によって回転される。その結果として、遊星歯車３５が、固定された第２の冠歯車３０に対して動きだす。トルク６８は、遊星歯車３５から第２の遊星キャリア３４に伝達され、そこから遊星歯車式差動伝動装置のキャリア４２に伝達される。トルク６８は、遊星歯車式差動伝動装置４３によって、駆動アクスル２の駆動アクスル部４４、４５に同様に伝達される。

図２および図３による駆動システム１の動作状態と同様に、かさ歯車３９から、第２の遊星キャリア３４に永続的に連結された冠歯車に伝達されたトルク６９は、最初に冠歯車３６から第２の遊星キャリア３４に伝達され、そこから遊星歯車式差動伝動装置のキャリア４２に伝達される。遊星歯車式差動伝動装置４３は、トルク６９を駆動アクスル２の駆動アクスル部４４、４５に伝達する。

図５は、駆動システム１のさらに好ましい例示的な実施形態を示している。図５による駆動システム１は、基本的に、冠歯車３６および冠歯車３６と噛合するかさ歯車３９が不要であるという点で図１による駆動システム１とは異なる。これは、電気機械１６の軸方向設置空間ｂを大きくすることを可能にする。例えば、ステータ１７の有効長ｂとして、１００ｍｍ、１２０ｍｍ、または１４０ｍｍの長さを付与することができる。図１および図５の好ましい実施形態による駆動システム１は、同一部品コンセプトに従って設計されるのが好ましい。すなわち、冠歯車３６およびかさ歯車３９を有する図１による駆動システム１の実施形態、並びに、部品３６、３９のない図５による駆動システム１の実施形態に対して、可能な限り多数の構造上同一の部品、例えば、変速段２２、２９、駆動アクスル２、シフト装置８７、または差動伝動装置４３などが組み込まれるのが好ましい。変速段２２、２９、駆動アクスル２、シフト装置８７、および差動伝動装置４３は、例えば、容易に交換可能で、特に、前もって組み立てられた、駆動システム１のモジュール２２、２９、２、８７、４３として具現化される。技術的な必要条件に応じて、駆動システム１をモジュール式にモジュールの原則に従って構築することができる。例えば、有効長ｂに関して短いか、または長い電気機械１６が、機械式の全輪駆動に対する必要条件、すなわち、冠歯車３６およびかさ歯車３９を実装するための必要条件に合わせて使用される。電気機械１６の大きさは、例えば、必要な電気出力にも依存する。

図６は、図５による駆動システム１の好ましい例示的な実施形態の第１の動作状態を示している。シフトスリーブ５６は最初に切り離された状態にある。シフトスリーブ５６は、その初期位置またはゼロ位置にある。すなわち、シフトスリーブ５６の第１の外歯５７は、第２の変速段２９の太陽歯車３１の内歯５９と動作可能に係合している。シフトスリーブ５６の第２の外歯５８は、第１の変速段２２の遊星キャリア２６の内歯６０と動作可能に係合していないし、第１の変速段２２の太陽歯車２４の内歯６１とも動作可能に係合していない。電気機械１６は、駆動シャフト２にトルク６８を加えることができない。駆動システム１のこの動作状態では、電気機械１６はスイッチを切られるのが好ましい。

図７は、第２の動作状態の、図５による駆動システム１を示している。シフトスリーブ５６は、駆動スリーブ６４を駆動することで、矢印７７で示すように、その初期位置に対して右に移動されている。シフトスリーブ５６の第１の外歯５７は、やはり、第２の変速段２９の太陽歯車３１の内歯５９と動作可能に係合している。シフトスリーブ５６の第２の外歯５８は、第１の遊星キャリア２６の内歯６０と係合している。電気機械１６によってロータシャフト１８に加えられたトルク６８は、ロータシャフト１８から第１の変速段２２の太陽歯車２４に伝達され、そこから、遊星歯車２５および固定された第１の内歯歯車２３によって第１の遊星キャリア２６に伝達される。第１の遊星キャリア２６は、シフトスリーブ５６と動作可能に係合しているので、トルク６８は、第１の遊星キャリア２６からシフトスリーブ５６を介して第２の変速段２９の太陽歯車３１に伝達される。トルク６８は、第２の変速段２９の遊星歯車３５および第２の変速段２９の固定された冠歯車３０によって、遊星歯車式差動伝動装置のキャリア４２に永続的に連結された第２の遊星キャリア３４に所定の変速比で伝達される。遊星歯車式差動伝動装置４３によって、トルク６８は、駆動アクスル２の駆動アクスル部４４、４５に伝達される。

図８は、第３の動作状態の、図５による駆動システム１を示している。その初期位置に関して、シフトスリーブ５６は、駆動スリーブ６４を駆動することで、矢印７８で示すように、その初期位置から左に移動されている。したがって、シフトスリーブ５６の第１の外歯５７は、第２の変速段２９の第２の太陽歯車３１の内歯５９と動作可能に係合している。シフトスリーブ５６の第２の外歯５８は、第１の変速段２２の第１の遊星キャリア２６の内歯６０から動作可能に切り離されているが、第１の太陽歯車２４の内歯６１と動作可能に係合している。電気機械１６で発生したトルク６８は、中空シャフト１８を介して第１の太陽歯車２４に伝達される。第１の太陽歯車２４の内歯６１は、シフトスリーブ５６の第２の外歯５８と動作可能に係合しているので、トルク６８は、第１の変速段２２を通り越して第１の太陽歯車２４からシフトスリーブ５６に伝達され、そこから第１の外歯５７および第２の変速段２９の第２の太陽歯車３１の内歯５９を介して第２の太陽歯車３１に伝達される。トルク６８は、第２の変速段２９の遊星歯車３５および固定された第２の冠歯車３０によって、第２の太陽歯車３１から第２の遊星キャリア３４に所定の変速比で伝達される。トルクは、遊星歯車式差動伝動装置のキャリア４２に動作可能に連結された第２の遊星キャリア３４から遊星歯車式差動伝動装置４３に伝達される。遊星歯車式差動伝動装置４３は、トルク６８を駆動アクスル２の駆動アクスル部４４、４５に伝達する。電気機械１６はまた、自動車のエネルギ貯蔵装置を充電するために、図２〜４および図６〜８に記載した駆動システム１の動作状態において、発電機として機能することもできる。これに関連して、例えば、自動車の運動エネルギが、電気機械１６によって電気エネルギに変換される。

図９は、図１〜８による駆動システム１を備えた自動車７９の好ましい例示的な実施形態を示している。自動車７９は、例えば、内燃機関８０と、例えば、電気フロントアクスル１として具現化される駆動システム１とを有する。内燃機関８０および駆動システム１は、自動車７９のホイール８１〜８４を駆動する働きをする。内燃機関８０は、自動車７９の機械式４輪駆動を構築するために、例えば、適切なトランスミッション８５を用いて、好ましくはシフト可能な形で、駆動システム１に連結することができる。この連結は任意に選択できる。あるいは、内燃機関８０と駆動システム１との間に機械連結はない。自動車７９は、電気機械１６で発生した電気エネルギを蓄積するための、および電気機械１６を電気モータモードで動作させるためのエネルギ貯蔵装置８６を有するのが好ましい。

１ 駆動システム
２ 駆動アクスル
１６ 電気機械
７９ 自動車

Claims (13)

1. 駆動アクスル（２）を少なくとも部分的に囲み、前記駆動アクスル（２）を駆動することを目的とする電気機械（１６）を有する、自動車（７９）の駆動アクスル（２）用の駆動システム（１）であって、前記電気機械（１６）は、シフト可能な形で前記駆動アクスル（２）に連結されるか、または前記駆動アクスル（２）から切り離され、
   前記電気機械（１６）を前記駆動アクスル（２）に連結するか、または前記電気機械（１６）を前記駆動アクスル（２）から切り離すためのシフト装置（８７）を有し、そのシフト装置（８７）は、前記駆動アクスル（２）に対して同軸に配置され、特に、前記駆動アクスル（２）を少なくとも部分的に囲み、
   前記電気機械（１６）と前記駆動アクスル（２）との間の第１の変速比を実現する第１の変速段（２２）、および／または前記電気機械（１６）と前記駆動アクスル（２）との間の第２の変速比を実現する第２の変速段（２９）を有する、駆動システム。
2. 前記駆動アクスル（２）は、遊星歯車式か、またはボール式の差動歯車機構（４３）によって互いに動作可能に連結された２つの駆動アクスル部（４４、４５）を有することを特徴とする、請求項１に記載の駆動システム。
3. 前記電気機械（１６）を冷却するための冷却装置（７４）を有し、前記冷却装置（７４）は、特に、液体冷却装置（７４）として、および／または空気冷却装置（７４）として具現化されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の駆動システム。
4. 前記第１の変速段（２２）は、前記駆動アクスル（２）に対して同軸に配置され、特に、前記駆動アクスル（２）を少なくとも部分的に囲むこと、および／または前記第２の変速段（２９）は、前記駆動アクスル（２）に対して同軸に配置され、特に、前記駆動アクスル（２）を少なくとも部分的に囲むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動システム。
5. 前記第１の変速段（２２）は、第１の遊星歯車段（２２）として具現化され、かつ／または前記第２の変速段（２９）は、第２の遊星歯車段（２９）として具現化されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の駆動システム。
6. かさ歯車伝動装置（７６）を有し、前記かさ歯車伝動装置（７６）の冠歯車（３６）は、前記第２の変速段（２９）の遊星キャリア（３４）に取り付けられることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の駆動システム。
7. モジュール構造を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の駆動システム。
8. 前記シフト装置（８７）は、前記駆動アクスル上を軸方向に移動することができ、第１のシフトスリーブ外歯（５７）を備えたシフトスリーブ（５６）を有し、前記第１のシフトスリーブ外歯（５７）は、前記第２の変速段（２９）の太陽歯車（３１）の太陽歯車内歯（５９）と動作可能に係合することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の駆動システム。
9. 前記シフトスリーブ（５６）は、前記第１のシフトスリーブ外歯（５７）から軸方向に離間した第２のシフトスリーブ外歯（５８）を有し、その第２のシフトスリーブ外歯（５８）は、第１の動作状態において、前記第１の変速段（２２）の遊星キャリア（２６）の遊星キャリア内歯（６０）と、前記第１の変速段（２２）の太陽歯車（２４）の太陽歯車内歯（６１）とから動作可能に切り離されることを特徴とする、請求項８に記載の駆動システム。
10. 第２の動作状態において、前記第２のシフトスリーブ外歯（５８）は、前記第１の変速段（２２）、前記シフトスリーブ（５６）、前記第２の変速段（２９）、および前記遊星歯車式差動伝動装置（４３）により、前記電気機械（１６）の駆動トルク（６８）を前記駆動アクスル（２）に伝達するために、前記第１の変速段（２２）の前記遊星キャリア（２６）の前記遊星キャリア内歯（６０）と動作可能に係合することを特徴とする、請求項９に記載の駆動システム。
11. 第３の動作状態において、前記第２のシフトスリーブ外歯（５８）は、前記シフトスリーブ（５６）、前記第２の変速段（２９）、および前記遊星歯車式差動伝動装置（４３）により、前記電気機械（１６）の駆動トルク（６８）を前記駆動アクスル（２）に伝達するために、前記第１の変速段（２２）の前記太陽歯車（２４）の前記太陽歯車内歯（６１）と動作可能に係合することを特徴とする、請求項８または請求項９に記載の駆動システム。
12. 前記電気機械（１６）は、電気モータ動作モードおよび発電機動作モードの両方用に設計されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の駆動システム。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の駆動システムを有する自動車（７９）。

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