JP6087944B2 - 純電気的に全輪駆動可能な自動車のドライブトレイン - Google Patents

Description

本発明は、純電気的に全輪駆動可能な自動車のドライブトレインであって、第１および第２の車軸と、自動車の走行方向に配置された２つの電気機械とを備え、第１の車軸が、歯車機構を介して電気機械によって駆動可能であるドライブトレインに関する。

電気駆動可能な土木車両に関して、または４輪駆動機構を備える農業用車両に関して使用される前記ドライブトレインは、（特許文献１）から知られている。前記ドライブトレインは、２つの電気機械を備える。電気機械は、一方の後車軸の上方に、走行方向に配置され、前記後車軸の前に配置された平歯車機構と協働する。歯車機構は、１つのシャフトまたは２つのシャフトを介してディファレンシャルに接続される。ディファレンシャルは、２つの車軸、すなわち後車軸と前車軸とに割り当てられる。

独国特許出願公開第６００ １３ ３４０ Ｔ２号明細書

本発明の目的は、純電気的に作動することができる自動車におけるドライブトレインであって、構造的に単純な手段によって全輪駆動機構を構成することができるドライブトレインを提供することである。

上記目的は、特許請求項１の特徴に従って設計されるドライブトレインによって実現される。

したがって、純電気的に全輪駆動可能な自動車のドライブトレインは、第１および第２の車軸と、自動車の走行方向に配置された２つの電気機械とを備える。ここで、第１の車軸は、歯車機構を介して電気機械によって駆動可能である。歯車機構と第１の車軸とが、少なくとも１つの傘歯車歯列によって互いに接続され、歯車機構と、第２の車軸を駆動させるためのシャフトとが、少なくとも１つのさらなる歯列によって互いに接続されることが必要である。したがって、少なくとも１つの傘歯車歯列は、走行方向に配置された電気機械のトルクを、走行方向に対して横向きに配置された第１の車軸に伝達する働きをする。この第１の車軸に加えて、歯車機構は、特にプロペラまたはカルダンシャフトであるシャフトも駆動させる。前記シャフトは、車両の第２の車軸に接続されて、前記第２の車軸も駆動させる。

第１の車軸と、電気機械と、それらの間に位置する歯車機構との領域におけるこの設計により、ドライブトレインは、非常にコンパクトな設計となり得る。

ドライブトレインは、好ましくは、乗用車の形態である自動車で使用される。前記乗用車は、特にスポーツカーである。前記自動車、特に乗用車またはスポーツカーは、好ましくは後輪駆動の形態である。したがって、電気機械は、自動車またはドライブトレインの後部領域に配置される。したがって、電気機械は、第１の車軸となる後車軸の近くに位置付けられる。特に、前記第１の車軸となる後車軸が電気機械の前に位置付けられるようになっている。

しかしながら、原理的には、自動車は、前輪駆動の形態でもよい。この場合、電気機械は、ドライブトレインの第２の前車軸の領域、特に前記第２の車軸となる前車軸の前に位置付けられる。

ドライブトレインに割り当てられる車輪は、特に、プロペラシャフトを介してドライブトレインに個別に接続される。この場合、ドライブトレインは固定車軸を有しない。

２つの電気機械が、一定の伝達比で互いに接続される場合に特に有利であると考えられる。

有利な一代替形態では、歯車機構の一方のシャフトが、２つの電気機械によって駆動可能であり、傘歯車歯列が、ピニオンと、冠歯車とを有し、ピニオンが、前記歯車機構シャフトに接続され、第１の車軸のディファレンシャルが、冠歯車によって駆動可能であるようになっている。

さらに、歯車機構の一方のシャフトが、２つの電気機械によって駆動可能であり、前記歯車機構シャフトに接続された平歯車が、歯車機構の別のシャフトに接続された平歯車と噛み合い、前記別の歯車機構シャフトが、第２の車軸を駆動させるためのシャフトに接続されると有利である。

したがって、２つの電気機械は、特に、一定の伝達比で互いに接続され、共同でピニオンを駆動させる。ピニオンは、冠歯車を介して第１の車軸のディファレンシャルを駆動させる。このとき、ギアホイール（特にピニオンシャフト上の平歯車）によって、特にカルダンシャフトとして設計されたシャフトが、ギアホイール（特に平歯車）を介して駆動される。

別の有利な代替形態では、歯車機構が、２つの出力シャフトを有し、各出力シャフトが、電気機械の一方によって駆動可能であり、各出力シャフトが、それぞれのギアホイールを介して共通のディファレンシャルに接続され、ディファレンシャルの出力が、第２の車軸を駆動させるためのシャフトに接続されるようになっている。この代替形態では、特に、それぞれピニオンと冠歯車とを有する２つの傘歯車歯列が設けられる。それぞれのピニオンは、２つの出力シャフトの一方に接続され、それぞれの冠歯車は、第１の車軸のそれぞれの車軸半体に接続される。

したがって、この代替形態によれば、歯車機構は、２つの別個のピニオンを有する。ピニオンは、それぞれの冠歯車を介して、第１の車軸の左または右の車軸半体、したがって第１の車軸の左または右の車輪を駆動させる。２つのピニオンシャフトは、それぞれのギアホイールを介して共通のディファレンシャルに接続されて、第２の車軸に接続されたシャフト、特にカルダンシャフトにトルクを導入する。

本発明のドライブトレインにおいて、歯車機構が、歯車機構の出力ギアホイールを除いて、平歯車機構として設計され、出力ギアホイールが、傘歯車として設計される場合に特に好適であると考えられる。

本発明の好ましい発展形態によれば、ドライブトレインにおいて、２つの電気機械が同期機械もしくは非同期機械であるか、または、電気機械の一方が同期機械であり他方が非同期機械であるようになっている。車両が作動しているときに、一方の電気機械の電源を切ることができる。特に、一方の非同期機械は、その後、磁気抵抗なしで作動し続けることができるため、電源を切られる。したがって、前記電気機械を切り離す必要がない。しかし、原理的には、同期機械の形態での電気機械の電源を切ることもまた完全に可能である。一方の電気機械の電源が切られると、ドライブトレインは、他方の電気機械に作用される。したがって、後車軸および前車軸の車輪は、作動している前記一方の電気機械によって駆動される。

本発明のさらなる特徴は、独立請求項、添付図面、および、図面に示される好ましい例示的実施形態の説明から明らかになるが、本発明は、これら例示的実施形態に限定されない。

本発明によるドライブトレインの第１の実施形態の概略図である。 本発明によるドライブトレインの第２の実施形態の概略図である。

図１による例示的実施形態は、純電気自動車用のドライブトレインを示す。自動車は、特に乗用車、具体的にはスポーツカーである。図１には、自動車の後車軸に割り当てられたドライブトレインの領域のみが示されている。

独立懸架式サスペンションを有するドライブトレイン１は、第１の車軸となる後車軸２と、第２の車軸となる前車軸（図示せず）とを備える。自動車の前方走行方向３（以下では略して「走行方向」と呼ぶ）に対して、後車軸２は、左側車軸区域４と、右側車軸区域５とを有する。２つの車軸区域４および５は、後車軸２のディファレンシャル６によって駆動される。ディファレンシャル６は、冠歯車７を有する。後車軸２の左右の車輪が、参照番号８によって表され、後車軸２の車軸区域４および５に関する軸受が、参照番号９によって表される。後車軸２の車軸区域４および５はプロペラシャフトを有し、前車軸の車軸区域もプロペラシャフトを有する。

後車軸２は、歯車機構１１を介して２つの電気機械１０によって駆動可能である。この場合、歯車機構１１は、後車軸２の後ろに配置され、２つの電気機械１０は、歯車機構１１の後ろに配置される。電気機械１０はどちらも走行方向３に配置される。したがって、電気機械１０の被動シャフト１２によって示されるそれぞれの電気機械１０の回転軸は、走行方向３に配置される。

それぞれの電気機械１０の固定子が、参照番号１３によって表され、被動シャフト１２が接続されるそれぞれの電気機械１０の回転子が、参照番号１４によって表される。それぞれの被動シャフト１２は、軸受１５に取り付けられる。

歯車機構１１は、本質的には、平歯車機構の形態である。平歯車の形態でのピニオン１６が、一体回転するようにそれぞれの被動シャフト１２に接続される。電気機械１０の２つの被動シャフト１２に割り当てられたピニオン１６は、歯車機構１１の共通の平歯車１７と噛み合う。平歯車１７は、シャフト１８に接続される。前記シャフト１８は、軸受１９に取り付けられる。傘歯車の形態でのピニオン２０が、走行方向３に延在するシャフト１８に、前記シャフト１８の前端部の領域で接続される。前記ピニオンは、冠歯車７と噛み合い、したがって、冠歯車７と共に傘歯車歯列を形成する。したがって、ピニオン２０は、電気機械１０によって駆動可能であり、冠歯車７は、前記ピニオンを介して駆動可能であり、前記冠歯車は、後車軸２のディファレンシャル６を駆動させ、それにより、車軸区域４および５を介して２つの後輪８が駆動される。

歯車機構１１のシャフト１８は、平歯車１７とピニオン２０との間で、さらなる平歯車２２に接続される。前記平歯車２２は、歯車機構１１の平歯車２３と噛み合う。平歯車２３は、シャフト２４に接続される。平歯車２３とは逆側のシャフト２４の端部は、シャフト（図示せず）、特にカルダンシャフトのための接続部として働く。後車軸２の領域から前方にドライブトレインの前車軸の領域内に達する前記カルダンシャフトを介して、２つの電気機械１０は、トルクに関して、ドライブトレインの前車軸に接続される。シャフト２４の接続点２５と前車軸との間の前記接続は、従来技術から一般に知られている様式で行うことができる。ここで、制御可能なクラッチ、特にハングオンクラッチをシャフトまたはカルダンシャフトに割り当てることもまた完全に可能である。

したがって、図１による例示的実施形態は、純電気的に全輪駆動可能な自動車のドライブトレイン１であって、２つの電気機械１０が、一定の伝達比で互いに接続され、共同でピニオン２０を駆動させ、ピニオン２０が、冠歯車７を介して後車軸２のディファレンシャル６を駆動させるドライブトレイン１の設計を示す。ピニオンシャフト１８上のギアホイール２２によって、ギアホイール２３を介して、（カルダン）シャフト、さらには前車軸が駆動される。

図２によるドライブトレイン１の実施形態では、簡潔にするために、図１による実施形態の構成要素に構造または機能が対応する構成要素は、同じ参照番号で表されている。

図２による実施形態では、自動車の走行方向３に、平行に、配置された２つのシャフト１８が設けられる点で、図２の実施形態によるドライブトレイン１は、図１の実施形態によるドライブトレイン１とは本質的に異なる。各シャフト１８は、平歯車１７と、平歯車２２と、ピニオン２０とを有する。したがって、一方の電気機械１０が、当該電気機械に割り当てられたピニオン１６を介して一方のシャフト１８を駆動させ、他方の電気機械１０が、当該電気機械に割り当てられたピニオン１６を介して他方のシャフト１８を駆動させる。電気機械の回転速度が同一であると仮定すると、一方のシャフト１８は、他方のシャフト１８と同じ回転速度で駆動される。それぞれのシャフト１８のピニオン２０は、冠歯車２７と噛み合う。冠歯車２７は、左側車軸区域４または右側車軸区域５に接続される。ドライブトレインのこの設計では、後輪８は個別に駆動され、そのため、電気機械１０の異なるトルクによって、電気トルクベクタリングが可能である。

２つの電気機械１０をドライブトレイン１の前車軸（図示せず）に摩擦接合するために、平歯車１７とピニオン２０との間にそれぞれ配置された２つのシャフト１８の２つの平歯車２２が、遊星ディファレンシャル２９の平歯車２１および２８と噛み合う。ここで、接続点２５によって示されるディファレンシャル２９の出力が、シャフト（図示せず）、特にカルダンシャフトに接続され、当該シャフトを介してドライブトレイン１の前車軸が駆動される。

したがって、この実施形態によれば、歯車機構１１は、２つの別個のピニオン２０を有し、ピニオン２０は、それぞれの冠歯車２７を介して後車軸２の左右の車輪８を駆動させる。２つのピニオンシャフト１８は、それぞれのギアホイール２２を介して共通のディファレンシャル２９に接続されて、トルクを（カルダン）シャフトに導入する。

図１による例示的実施形態の２つの電気機械１０の場合、一方の電気機械１０を同期機械とすることができ、他方の電気機械１０を非同期機械とすることができる。特に、非同期機械は、単一の電気機械１０を用いた車両の作動に適しており、他方の電気機械１０（すなわち同期機械）の電源は切られる。同期機械は、磁気抵抗なしで作動し続けることができる。

Claims (11)

1. 第１の車軸（２）および第２の車軸と、自動車の走行方向（３）に配置された回転軸をそれぞれ有し、前記走行方向（３）に対して直角方向で並列に配置してある２つの電気機械（１０）とを備え、前記第１の車軸（２）が、歯車機構（１１）を介して前記電気機械（１０）によって駆動可能である純電気的に全輪駆動可能な自動車のドライブトレイン（１）において、前記歯車機構（１１）と前記第１の車軸（２）とが、少なくとも１つの傘歯車歯列（２０、７；２０、２７）によって互いに接続され、前記歯車機構（１１）と、前記第２の車軸を駆動させるためのシャフトとが、少なくとも１つのさらなる歯列（２２、２３；２２、２８；２２、２１）によって互いに接続されることを特徴とするドライブトレイン（１）。
2. 前記第１の車軸（２）が、前記自動車の後車軸であることを特徴とする請求項１に記載のドライブトレイン。
3. 前記電気機械（１０）が、前記後車軸（２）の後ろに配置されることを特徴とする請求項２に記載のドライブトレイン。
4. 乗用車のドライブトレインであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項のドライブトレイン。
5. 前記電気機械（１０）が、一定の伝達比で、またはスイッチング機構を介して互いに接続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ドライブトレイン。
6. 前記歯車機構（１１）の一方のシャフト（１８）が、前記２つの電気機械（１０）によって駆動可能であり、傘歯車歯列（２０、７）が、ピニオン（２０）と、冠歯車（７）とを有し、前記ピニオン（２０）が、前記シャフト（１８）に接続され、前記第１の車軸（２）のディファレンシャル（６）が、前記冠歯車（７）によって駆動可能であ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ドライブトレイン。
7. 前記歯車機構（１１）の一方のシャフト（１８）が、前記２つの電気機械（１０）によって駆動可能であり、前記シャフト（１８）に接続された平歯車（２２）が、前記歯車機構の別のシャフト（２４）に接続された平歯車（２３）と噛み合い、前記別の歯車機構シャフト（２４）が、前記第２の車軸を駆動させるための前記シャフトに接続され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ドライブトレイン。
8. 前記歯車機構（１１）が、２つの出力シャフト（１８）を有し、各出力シャフト（１８）が、前記電気機械（１０）の一方によって駆動可能であり、各出力シャフト（１８）が、それぞれのギアホイール（２２）を介して共通のディファレンシャル（２９）に接続され、前記ディファレンシャル（２９）の出力が、前記第２の車軸を駆動させるための前記シャフトに接続さ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ドライブトレイン。
9. それぞれピニオン（２０）と冠歯車（２７）とを有する２つの傘歯車歯列（２０、２７）を備えることを特徴とし、前記それぞれのピニオン（２０）が、前記２つの出力シャフト（１８）の一方に接続され、前記それぞれの冠歯車（２７）が、前記第１の車軸（２）のそれぞれの車軸区域（４または５）に接続されることを特徴とする請求項８に記載のドライブトレイン。
10. 前記第２の車軸を駆動させるための前記シャフトが、カルダンシャフトとして設計されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
11. 前記２つの電気機械（１０）が同期機械または非同期機械である、または、前記電気機械（１０）の一方が同期機械であり前記電気機械（１０）の他方が非同期機械である、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のドライブトレイン。

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