JP7197680B2 - 自動車用の電気機械式駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車を駆動するために設けられ且つ回転子および固定子を備える電気機械式主駆動モーターと、回転子に運動学的に結合された減速装置と、減速装置の出力に存在する駆動力を第１の車輪駆動系部分および第２の車輪駆動系部分に分岐するための車軸差動装置と、例えば、パワーステアリングポンプ、空調コンプレッサー、またはバッテリアセンブリ全体に中継される冷却液回路用のポンプの前方における少なくとも１つの補助ユニットであって、主駆動モーターを介して駆動可能な補助ユニットと、を有する自動車用の電気機械式駆動装置に関する。

上述したタイプの電気機械式駆動装置は、独国特許出願公開第１０ ２０１２ ０１０ １７１号明細書から知られている。この公知の駆動装置では、主駆動モーターは、２つの同軸に接合されたサブエンジンから構成され、その出力は、遊星歯車の２つの別個の入力に中継される。この駆動装置に設けられた補助ユニットは、内部サブエンジンの軸に対して同軸に配置され、その回転子に運動学的に結合されている。

本発明は、有利に実装可能な全体的な構造を特徴とし且つエネルギー観点から有利に動作することができる、全電気的に動作する自動車用の電気機械式駆動装置を形成することができる解決策を示す目的に基づいている。

本発明にかかる解決策
上記の目的は、本発明によれば、以下を有する自動車用の電気機械式駆動装置によって達成される：
－ 回転子および固定子を備える電気機械式主駆動モーターと、
－ 変速機入力、変速機出力、少なくとも１つの減速段、および減速段を収容する変速機ハウジングを備える減速装置と、
－ 減速段を介して中継された駆動力を第１の車輪駆動系部分および第２の車輪駆動系部分に分岐するための車軸差動装置と、
－ 減速段を介して主駆動モーターによって駆動可能な補助ユニットと、を有し、
－ 補助ユニットが、変速機ハウジングの外側に配置されており、
－ スイッチング素子が変速機ハウジング内に設けられており、
－ 減速段から車軸差動装置への駆動接続が、切り替え可能に接続および切断可能であるように、スイッチング素子が構成されて駆動装置に一体化されている。

これは、車両が静止しているときに補助ユニットが減速歯車を介して駆動可能である、純粋に電気機械的に動作される自動車用の駆動装置を形成することを有利に可能にする。

本発明の特定の態様によれば、スイッチング素子および補助ユニットの駆動装置への一体化は、車軸差動装置と減速段との間の駆動接続が切断され且つ自動車がオーバーランモードで運転されている場合、補助ユニットが車軸差動装置によって駆動可能であることで達成される。これは、有利な方法で、エネルギー変換なしで補助ユニットの直接の機械的駆動を達成することを可能にする。

さらにまた、スイッチング素子および補助ユニットの駆動装置への一体化はまた、車軸差動装置と減速段との間の駆動接続が切断され且つ自動車が静止している場合、補助ユニットが減速段を介して主駆動モーターによって駆動可能であることでスイッチング素子および補助ユニットの駆動装置への一体化が達成される点で、達成される。

減速段は、中間シャフトを備えるように構成されることが好ましい。この中間シャフトは、好ましくは、電気モーターの回転子軸に並列にオフセットされるように配置される。減速段は、さらに好ましくは、第１の歯車およびその第１の歯車に係合する第２の歯車を有するように構成され、第２の歯車は、中間シャフト上に配置され、第１の歯車の歯数よりも多い歯数を有する。減速段は、「減速」変速比、すなわち、速度の減速およびトルクの増加をもたらす。変速機ハウジングの外側に配置された補助ユニットは、特に車両が静止しているときに電気モーターによって駆動され且つ補助ユニットが動力を必要とし且つスイッチング素子の対応するスイッチング状態を設定することによって減速段の駆動系が車軸差動装置から他の方法で分離されている場合、減速段の変速比効果を使用する。

スイッチング素子は、好ましくは、中間シャフトを第２の歯車に切り替え可能に結合するように、変速機ハウジングの内側領域の駆動装置に一体化される。あるいは、またはこの手段と組み合わせて、変速機ハウジングの内側のスイッチング素子はまた、中間シャフトを中間シャフトに着座する出力歯車に着脱可能に結合させるように設計されて駆動装置に一体化されることができる。

変速機ハウジングの外側に配置された補助ユニットは、入力シャフトを有し且つ好ましくはこの入力シャフトが中間シャフトに対して同軸に延在するように配置されるように設計されることができる。あるいは、外部補助ユニットはまた、その入力シャフトが中間シャフトに並列にオフセットされるように、駆動装置に一体化されることもできる。そして、補助ユニットと減速段との変速機結合は、好ましくは、必要に応じてそれ自体がさらなる伝達に寄与する、変速機ハウジングの外側に延びる牽引機構駆動装置を含むことによって達成される。

駆動装置はまた、変速機ハウジングの外側に配置されたいくつかの、特に２つの補助ユニットを備えることができ、第１の補助ユニットは、好ましくは、中間シャフトの軸に対して同軸に配置された入力シャフトを有し、第２の補助ユニットは、中間シャフトの軸に並列にオフセットされるように配置された第２の入力シャフトを有する。補助ユニットは、好ましくは、それらの入力シャフトが減速段に面するように、駆動装置に一体化される。そして、減速段は、好ましくは、主駆動電気モーターと外部補助ユニットとの間に軸方向に配置される。

スイッチング素子は、好ましくは、減速段と車軸差動装置との間の駆動接続が切断され且つ補助ユニットが車両オーバーランモードで車軸差動装置を介して駆動される状態にすることができるように設計されて駆動装置に一体化される。この目的のために、確実にまたは摩擦的に係合する結合装置および／またはフリーホイール装置がスイッチング素子に設けられることができる。

本発明のさらなる態様によれば、電子制御装置が設けられ、スイッチング素子のスイッチング状態は、この制御装置を介して設定され、制御装置は、車両の現在の動作状態を考慮し、全体的なエネルギー効率を考慮した制御コンセプトにしたがってスイッチング状態を設定する。制御装置は、バッテリーシステムの現在のまたはモデル化された熱状態、車内を加熱するための熱エネルギー要件、冷却電力要件、および補助ユニットのエネルギー要件を考慮することができ、次に、この入力情報に基づいて、例えば、補助ユニットのエネルギー要件をカバーするために、そこからのエネルギーが車両のオーバーランモードで変換損失なしに可能な限り効率的に使用されるという効果を有するスイッチング状態を引き起こす。制御装置は、スイッチング素子が係合した場合にユニットが駆動される速度を考慮することができ、例えば、発電機として一時的に動作する主駆動モーターを介して補助ユニットの動作と並行して最初にエネルギー回生を実行した後、主に車両の減速速度が遅い場合にのみ補助ユニットの駆動のためにタップ可能な動力を使用する。推力からの補助ユニットの直接機械的駆動と電気モーターを介した回生の双方がオーバーランモードで実行される混合状態を一時的に設定することもできる。制御装置は、特に、補助ユニットが動力を必要とするとき、車両がオーバーランモードにあるときに車軸差動装置からの動力タッピングによって主にカバーされるように設計および構成されることができる。

変速機ハウジングの外側に配置された補助ユニットは、好ましくは、この補助ユニットが入力シャフトを有し且つこの入力シャフトが減速段の中間シャフトに対して同軸に配置されるように設計される。補助ユニットは、変速機ハウジングに直接取り付けられることができ、また、リンケージ、ストラット、またはその他の保持装置を介して変速機ハウジングに接続されることもできる。

本発明にかかる駆動装置はまた、補助ユニットの入力シャフトが、減速段の中間シャフトと並列にオフセットされるように配置されるように設計されることができる。そして、動力伝達は、特にベルト駆動装置の形態で、変速機ハウジングの外側またはその内側にも延在する駆動系部分によって達成されることができる。駆動装置はまた、２つの補助ユニットを備えるように設計されることができ、本明細書では、補助ユニットの１つは、その入力シャフトが減速段の中間シャフトに対して同軸に配置され、第２の補助ユニットは、この回転軸に並列にオフセットされる。

スイッチング素子は、好ましくは、車軸差動装置への駆動接続が確立され且つそれを介して切断されることができるように多機能であるように形成され、２つのさらなる結合機能、すなわち、電気モーターと補助ユニットとの選択的結合および車軸差動装置と補助ユニットとの選択的結合は、それによって提供される。スイッチング素子は、好ましくは、中間シャフトと車軸差動装置との間に配置され、特に減速段の歯車に一体化される。

減速段は、回転子軸に対して同軸に配置された平歯車を有する平歯車段として設計されることができ、そして、中間シャフトへの動力伝達は、好ましくは第２の平歯車によってひいては達成される。

減速段はまた、遊星歯車として設計されることもでき、ひいては、少なくとも２つの異なる変速比を切り替え可能に提供するように設計されることもできる。

既に上述したように、変速機ハウジングの外側に延在するベルト駆動装置を介して外部補助ユニットと減速段との運動学的結合を達成することが可能であり、このベルト駆動装置は、特に歯付きベルトとして、フラットまたはＶベルトとして、または特にポリＶベルトとして設計されることができる。

駆動装置はまた、フリーホイール装置を備え、且つこのフリーホイール装置が、車両がオーバーランモードにあるときに車軸差動装置からタップされることができるエネルギーによって補助ユニットの入力シャフトが駆動されることを可能にし、減速段の第２の歯車、すなわち中間シャフトに着座する歯車よりも高速で回転するように設計されることもできる。

スイッチング素子は、好ましくは、形状適合および／または摩擦結合スイッチング素子として設計される。スイッチング素子はまた、変速機装置として設計されることもでき、そのスイッチング状態は、例えばリングギアなどの伝達素子を取り付け／解放することによって設定されることができる。

減速装置はまた、多段切り替え可能歯車装置として設計されることもできる。本発明にかかる駆動装置は、主駆動力が電気モーターによって提供される全電気駆動装置である。駆動装置は、内燃機関を備えない。電気モーターは、有利には、最初は独立したアセンブリとして製造され、次に、駆動装置のアセンブリの一部として変速機ハウジングに接続されることができる。モーターハウジングの少なくとも一部を、特にバレルハウジング部分の形で、変速機ハウジングを介して提供することも可能である。

車軸差動装置は、その後に減速装置のハウジングに直接接続される、それ自体の差動装置変速機ハウジングを備えるように構成されることができる。車軸差動装置を変速機ハウジングにさらに収容すること、または車軸差動装置変速機ハウジングを減速歯車のハウジングと一体に製造することも可能である。モーターハウジングはまた、変速機ハウジングの一体部分を形成することができ、すなわち、それと一体的に実装されることができる。

本発明の概念は、水ポンプ、空調コンプレッサー、およびパワーステアリングポンプなどのユニットが、車両が静止しているとき、および車両がオーバーランモードにあるときに、エネルギー的に有利な方法で動作されることを可能にする。本発明は、外部補助ユニットへの新たなタイプの接続を提案する。それは、「インテリジェント」スイッチング素子に関連する変速機への補助ユニットの接続にあり、これは、車両および／または駆動モーターの動作状態および／またはバッテリー充電状態および／または外部要因（例えば、温度）に応じて、補助ユニットを最もエネルギー効率の高いモードで常に動作させることを可能にする。これは、車両が動いているときに変速機シャフトを介して駆動される補助ユニットによって保証される。特に、車両の運動エネルギーも使用されることができる。さらに、機械式駆動装置は、純粋に電動化されたユニットと比較して、効率チェーン全体で大きな利点を提供する。車両が静止しているとき、駆動装置は、電気モーターへの直接接続によって電気的である。外部ユニットと変速機シャフトとの間の接続が解放され、摩擦損失を低減する。この動作モードは、車両が静止しているときの静止空調などの快適機能の提供、または車両が静止した後のアフタークーリングのための水ポンプを介したバッテリー冷却回路の動作などの必要な機能の保護を可能にする。

本発明の概念は、全電気自動車の補助ユニットによるエネルギー消費が低減されることを可能にし、車両範囲の拡大をもたらす。

本発明は、本質的に、電気主エンジン、変速機、および少なくとも１つの補助ユニットを備えた電気自動車の駆動系に関する。以下により詳細に説明される例示によれば、変速機は、最終駆動装置および差動装置のみを含むことができる。あるいは、しかしながら、駆動装置はまた、さらなる変速機段を有することができる。少なくとも１つの補助ユニットは、駆動ユニットまたは変速機のハウジングの外側に配置される。電気主エンジンおよび変速機は、中間シャフトを介して互いに接続される。中間シャフトは、１つまたは複数の補助ユニットを駆動する。変速機ハウジングに配置されたスイッチング素子は、電気機械、補助ユニット、および変速機の間の動力の流れの中に配置され、中間シャフトに割り当てられる。

外部補助ユニットは、減速段の中間シャフトに対して同軸または軸方向に並列になるように配置されることができる。軸方向に並列の配置の場合、中間シャフトと補助ユニットとの間の変速機接続が形成され、好ましくは遊星変速機によって形成される。駆動装置は、好ましくは互いに軸方向に並列に配置され且つ動作可能な変速機接続を介して結合される２つの補助ユニットの任意の駆動も可能にするように有利に構成されることができる。

本発明によれば、変速機ハウジングの外側に配置された少なくとも１つの補助ユニットは、スイッチング素子を介して電気駆動機械に結合される。このスイッチング素子を使用して、少なくとも２つ、好ましくは３つの「経路」が切り替えられることができる。車軸差動装置のみに第１の経路を介して動力供給される。電気モーターからの動力は、減速段を経由して第２の経路を介して補助ユニットに流れる（車両が静止している場合）。動力は、第３の経路を介して差動装置から補助ユニットに流れる（車両オーバーランモードでは変速機シャフトを介して駆動する）。

本発明にかかる概念は、異なる実施形態で実装されることができる。中間シャフトおよび補助ユニットの軸は、互いに同軸にまたは軸方向に並列に配置されることができる。軸方向に並列の配置の場合、減速段と補助ユニットの回転子軸との間に変速機接続が存在する。第２のまたはさらなる補助ユニットは、必要に応じて、互いに同軸にまたは軸方向に並列に配置され、さらなる変速機段を介して互いに接続される。互いに軸方向に並列に配置された補助ユニットは、例えば、牽引機構駆動装置によって互いに接続されることができる。

本発明のさらなる詳細および特徴は、図面と併せて以下の説明から明らかになるであろう。
変速機ハウジングの外側に配置され且つ減速歯車の中間シャフトに対して同軸に配置された補助ユニット、および外部補助ユニットを減速段と、好ましくは車軸差動装置につながる駆動系部分と選択的に結合するための変速機に一体化されたスイッチング素子を有する、本発明にかかる電気機械式駆動装置の構造を説明するための第１の概略図を示している。 変速機ハウジングの外側に配置された補助ユニット、および減速歯車の中間シャフトと車軸差動装置につながり且つ変速機に一体化された駆動系部分との選択的結合のために設けられたスイッチング素子も有するが、ここでの補助ユニットが中間シャフトに対して軸方向に並列にオフセットされるように配置されている、本発明にかかる電気機械式駆動装置の構造を説明するための第２の概略図を示している。 今回は、変速機ハウジングの外側に配置された２つの補助ユニット、ならびに減速段および車軸差動装置につながる駆動系部分とのそれらの選択的結合のために設けられた変速機内部スイッチング素子を有し、ここでの補助ユニットの１つが中間シャフトの軸に対して同軸に配置され且つさらなる補助ユニットがそれに軸方向に並列にオフセットされるように配置されている、本発明にかかる電気機械式駆動装置の構造を説明するための第３の概略図を示している。 異なる車両動作状態における本発明にかかる駆動装置の動作モードおよびスイッチング状態を説明するための第４の概略図を示している。

図１にかかる図は、回転子ＥＲおよび固定子ＥＳを備える電気機械式主駆動モーターＥと、歯車入力ＧＥ、歯車出力ＧＡ、少なくとも１つの減速段ＧＲ、および減速段ＧＲを収容する変速機ハウジングＧＨを備える減速装置Ｇと、減速装置ＧＲの出力に存在する駆動力を第１の車輪駆動系部分ＤＬおよび第２の車輪駆動系部分ＤＲに分岐するための車軸差動装置ＡＤと、主駆動モーターＥによって駆動可能な補助ユニットＡＵＸ１と、を有する、電気機械式駆動装置を示している。補助ユニットＡＵＸ１は、特に、空調コンプレッサー、パワーステアリングポンプ、ブレーキシステムの送達モジュール、またはバッテリアセンブリを冷却して対応する自動車の車内を加熱する流体を循環させるための冷却水ポンプとすることができる。

補助ユニットＡＵＸ１は、変速機ハウジングＧＨの外側に配置され、減速段ＧＲを介して主駆動モーターＥによって駆動可能であることで駆動装置に一体化されている。スイッチング素子ＳＥ１が変速機ハウジングＧＨ内に設けられている。このスイッチング素子ＳＥ１は、減速段ＧＲから車軸差動装置ＡＤへの駆動接続が切り替え可能な閉鎖可能であり且つ切り替え可能な分離可能であるように、駆動装置に一体化されている。（図４の結合機能Ｓ１）。

スイッチング素子ＳＥ１および補助ユニットＡＵＸ１の駆動装置への一体化は、車軸差動装置ＡＤと減速段ＧＲとの間の駆動接続が切断され且つ自動車がオーバーランモードで運転されている場合、補助ユニットが車軸差動装置によって駆動可能であることで達成される。（図４の結合機能Ｓ３）

さらに、スイッチング素子ＳＥ１および補助ユニットＡＵＸ１の駆動装置への一体化は、車軸差動装置ＡＤと減速段ＧＲとの間の駆動接続が切断され且つ自動車が静止している場合、補助ユニットＡＵＸ１が減速段ＧＲを介して主駆動モーターＥによって駆動可能であることで達成される。（図４の結合機能Ｓ２）

減速段ＧＲは、中間シャフトＧＷと、それに係合する第１の歯車Ｇ１および第２の歯車Ｇ２とを備える。第２の歯車Ｇ２は、中間シャフトＧＷに配置され、減速段ＧＲが減速をもたらすように第１の歯車Ｇ１の歯数よりも多い歯数を有する。

スイッチング素子ＳＥ１は、ここでは中間シャフトＧＷを第２の歯車Ｇ２に着脱可能に結合させるように設計されている。あるいは、中間シャフトＧＷをその上に着座する出力歯車Ｇ３に着脱可能に結合させるようにスイッチング素子ＳＥ１を設計することも可能である。中間シャフトＧＷの前記出力歯車Ｇ３は、外側から半径方向に大歯車Ｇ４に係合し、これは、ここでは、車軸差動装置ＡＤの遊星ハウジングＵＨに直接的に且つねじり剛性に結合されている。

変速機ハウジングＧＨの外側に配置された補助ユニットＡＵＸ１は、入力シャフトＥ１を有し、この入力シャフトＥ１は、中間シャフトＧＷの軸に対して同軸に配置されている。

本発明にかかる駆動装置は、補助ユニットＡＵＸ１が変速機ハウジングＧＨの外側に配置されており、さらに、スイッチング素子ＳＥが変速機ハウジングＧＨ内に設けられており、回転子ＥＲと車軸差動装置ＡＤとの間の駆動接続が、切り替え可能な閉鎖可能且つ分離可能であり、回転子ＥＲと車軸差動装置ＡＤとの間の駆動接続が切断されたときに補助ユニットＡＵＸ１が回転子ＥＲを介して選択的に駆動可能であることで、スイッチング素子ＳＥが設計されて駆動装置に一体化されることを特徴とする。

本発明にかかる駆動装置では、補助ユニットＡＵＸ１は、入力シャフトＥ１を有し、この入力シャフトＥ１は、電気モーターＥの回転子ＥＲの回転軸Ｘに対して同軸に配置される。スイッチング素子ＳＥ１もまた、中間シャフトの軸に対して同軸に配置され、その出力トルクをスイッチング素子の出力に切り替えるか、または切り離しを引き起こす。

スイッチング素子ＳＥ１は、車軸差動装置ＡＤへの駆動接続が確立されることができるように設計されている。この例示的な実施形態では、スイッチング素子ＳＥ１は、減速段ＧＲに直接一体化されている。ここでの減速段ＧＲは、平歯車段として設計されており、スイッチング素子ＳＥ１は、その直径の観点で小さい第１の平歯車Ｇ１が回転子シャフトＲＳに結合させることを可能にする。この目的のために、スイッチング素子ＳＥ１は、形状適合または摩擦結合スイッチング素子ＳＥ１として設計されている。それぞれのスイッチング状態を設定するために設けられるアクチュエータは、ここには図示されておらず、それらは、スイッチング素子に一体化されることができ、特に電磁または流体機械的アクチュエータとして設計されることができる。

電気モーターＥおよび減速歯車Ｇは、共通のハウジング装置ＧＨに一体化されている。車軸差動装置ＡＤは、このハウジング装置ＧＨに接続されているか、または同様に一体化されている。車軸差動装置は、差動装置ハウジングＡＤＨに収容されている。それは、変速機ハウジングＧＨと一体的に形成されるか、またはそれに取り付けられることができる。

本発明にかかる駆動装置では、変速機Ｇは、入力側で少なくとも１つの電気駆動モーターＥに接続され、出力側で少なくとも１つの車軸ＤＬ、ＤＲに接続される。変速機Ｇは、遊星歯車セットが一体化されることができるか、または平歯車段または遊星歯車セットによって互いに接続される１つ以上のシャフトを備える。減速歯車ＧＲの中間シャフトＧＷには、空調コンプレッサー、水ポンプなどの補助ユニットＡＵＸ１が同軸に接続されている。

図２にかかる図は、同様に、回転子ＥＲおよび固定子ＥＳを備える電気機械式主駆動モーターＥと、歯車入力ＧＥ、歯車出力ＧＡ、少なくとも１つの減速段ＧＲ、および減速段ＧＲを収容する変速機ハウジングＧＨを備える減速装置Ｇと、減速装置の出力に存在する駆動力を第１の車輪駆動系部分ＤＬおよび第２の車輪駆動系部分ＤＲに分岐するための車軸差動装置ＡＤと、主駆動モーターＥによって駆動可能な補助ユニットＡＵＸ１と、を有する、電気機械式駆動装置を示している。

本発明にかかる駆動装置はまた、補助ユニットＡＵＸ１が変速機ハウジングＧＨの外側に配置されており、スイッチング素子ＳＥ１が変速機ハウジングＧＨ内に設けられており、減速段ＧＲと車軸差動装置ＡＤとの間の駆動接続が、切り替え可能な閉鎖可能且つ分離可能であり、減速段ＧＲと車軸差動装置ＡＤとの間の駆動接続が切断されたときに補助ユニットＡＵＸ１がまた減速段ＧＲを介して選択的に駆動可能であることで、スイッチング素子ＳＥ１が設計されて駆動装置に一体化されることを特徴とする。

この変形例では、補助ユニットＡＵＸ１は、補助ユニットＡＵＸ１の入力シャフトＥ１が中間シャフトＧＷの軸に並列にオフセットされるように配置されるように、外部から変速機ハウジングに接続されている。これは、ここでは牽引機構駆動装置ＴＭによって達成される。それは、第１の牽引機構ホイールＴＭ１および第２の牽引機構ホイールＴＭ２、ならびにベルトまたはチェーンとして設計された牽引機構ＴＭ３を備える。第１の牽引機構ホイールＴＭ１は、中間シャフトの軸に対して同軸に配置され、スイッチング素子ＳＥ１によって中間シャフトまたは減速段の第２の平歯車Ｇ２に切り替え可能に結合されることができる。牽引機構駆動装置ＴＭは、変速機ハウジングＧＨの外側に配置されている。

スイッチング素子ＳＥ１は、減速段ＧＲ、特にその第２の平歯車Ｇ２に一体化されている。減速段ＧＲは、２つの平歯車Ｇ１、Ｇ２を備える。第１の平歯車Ｇ１は、電気モーターの回転子シャフトＲＳによって駆動され、外側から半径方向に減速段ＧＲの第２の平歯車Ｇ２に係合する。減速段ＧＲからのさらなる動力の伝達は、中間シャフト上に着座する第３の平歯車Ｇ３によって達成される。この第３の平歯車Ｇ３は、第４の平歯車Ｇ４に係合し、これは、車軸差動装置ＡＤの大きなホイールまたはクラウンホイールを形成し、この目的のために、遊星ハウジングＵＨまたは車軸差動装置ＡＤのウェブにねじれ固定方法で接続される。スイッチング素子ＳＥ１は、外部補助ユニットＡＵＸ１に動力を伝達する。この伝達は、スイッチング素子ＳＥ１によって、切り替え可能、すなわち、閉鎖可能および分離可能である。

図３にかかる実施形態は、回転子ＥＲおよび固定子ＥＳを備える電気機械式主駆動モーターＥと、歯車入力ＧＥ、歯車出力ＧＡ、少なくとも１つの減速段ＧＲ、および減速段ＧＲを収容する変速機ハウジングＧＨを備える減速装置Ｇと、減速装置の出力に存在する駆動力を第１の車輪駆動系部分ＤＬおよび第２の車輪駆動系部分ＤＲに分岐するための車軸差動装置ＡＤと、減速段ＧＲを介して主駆動モーターＥによってそれぞれ駆動可能な第１の補助ユニットＡＵＸ１および第２の補助ユニットＡＵＸ２と、を有する、本発明にかかる電気機械式駆動装置の第３の変形を示している。

本発明にかかる駆動装置は、双方の補助ユニットＡＵＸ１、ＡＵＸ２が変速機ハウジングＧＨの外側に配置されており、スイッチング素子ＳＥ１が変速機ハウジングＧＨ内に設けられており、減速段の第２の歯車Ｇ２と車軸差動装置ＡＤとの間の駆動接続が、切り替え可能な閉鎖可能且つ分離可能であり、回転子ＥＲと車軸差動装置ＡＤとの間の駆動接続が切断されたときに外部補助ユニットＡＵＸ１、ＡＵＸ２が減速段によってさらに駆動可能であることで、スイッチング素子ＳＥ１が設計されて駆動装置に一体化されることを特徴とする。

この変形では、外部補助ユニットＡＵＸ１は、入力シャフトＥ１を有し、この入力シャフトＥ１は、中間シャフトＧＷの回転軸に対して同軸に配置されている。補助ユニットＡＵＸ２は、補助ユニットＡＵＸ２の入力シャフトＥ２が、中間シャフトの軸と並列にオフセットされるように配置されるように駆動装置に一体化されている。これは、ここでは、変速機ハウジングＧＨに対して外部にある牽引機構駆動装置ＴＭによって順次達成される。それは、第１の牽引機構ホイールＴＭ１および第２の牽引機構ホイールＴＭ２、ならびにベルトまたはチェーンとして設計された牽引機構ＴＭ３を備える。第１の牽引機構ホイールＴＭ１は、回転子軸Ｘに対して同軸に配置され、スイッチング素子ＳＥによって回転子シャフトまたは減速段の第１の平歯車Ｇ１に切り替え可能に結合されることができる。

スイッチング素子ＳＥ１は、能動的に、例えば、磁気クラッチとして、マルチディスククラッチとして、または受動的に、例えば、フリーホイールとして、結合可能または解放可能とすることができる。同時に、この１つのスイッチング素子ＳＥ１は、電気モーターおよび補助ユニットが、互いに独立して、または同時に、変速機から、したがって車両の駆動系から切り離されることを可能にする。この機能一体化は、構成要素の数を最小限に抑える。

スイッチング素子ＳＥ１は、遊星歯車セットなどの一定または可変の変速機／減速段を含むことができる。スイッチング素子ＳＥ１は、例えば、デュアルマスフライホイールと同様のばねダンパー素子によって、駆動系および／またはアセンブリに対して減衰または切り離し効果を同時に有することができる。スイッチング素子ＳＥ１はまた、例えば、歯車段ＧＲの歯車の内部に一体化されることができる。

図４にかかる図は、選択された車両動作状態に関連した本発明にかかる駆動装置の動作モードを示している。ここでは、スイッチング素子ＳＥ１は、３つの結合機能Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を提供することができるように設計されている。第１の結合機能Ｓ１は、電気モーターＥから車軸差動装置ＡＤへの動力伝達を可能にする。第２の結合機能は、電気モーターＥから補助ユニットＡＵＸ１への動力伝達を可能にする。第３の結合機能は、車軸差動装置ＡＤから補助ユニットＡＵＸ１への動力伝達を可能にする。自動車の異なる運転状態に応じたスイッチング素子ＳＥの結合機能Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の設定を表Ｔ１およびＴ２に示す。仕様「閉鎖」は、トルクが伝達されることを意味し、仕様「開放」は、トルクが伝達されることができないことを意味する。

表Ｔ１に指定された運転状態１では、電気モーターＥは、アクティブであり、スイッチング素子ＳＥ１は、結合機能Ｓ１を提供し、それにしたがって、回転子シャフトのトルクが減速段ＧＲを介して車軸差動装置に供給される。補助ユニットＡＵＸ１がこの状態でアクティブになる場合、結合機能Ｓ２および／またはＳ３も提供される。

車両が表Ｔ１の運転状態２にしたがってオーバーランモードにあり、過剰なオーバーラン動力がある場合、結合機能Ｓ１および結合機能Ｓ３がスイッチング素子ＳＥ１によって設定される。回生運転モードにおける動力変換は、ここで電気モーターＥを介して行われ、さらに、補助ユニットＡＵＸ１の機械的駆動は、車軸差動装置ＡＤからの動力をタップすることによって直接行われる。

クルージング運転と呼ばれるもの、すなわち、表Ｔ１の運転状態３にしたがって車両がいかなる所望の有意な制動効果もなくスムーズに走行し続ける場合、結合機能Ｓ１、Ｓ２が切断され、結合機能Ｓ３のみが作動する。補助ユニットＡＵＸ１は、ここで、電力を消費することなく、車軸差動装置ＡＤによって直接駆動される。

表Ｔ１の運転状態４にしたがって車両が静止しているとき、結合機能Ｓ１およびＳ３は、非アクティブ化され、補助ユニットは、結合機能Ｓ２を介して電気モーターＥによって直接駆動される。

例えば駐車時など、補助ユニットＡＵＸ１が作動を必要とせずに車両が静止している場合、電気モーターＥはオフになる。この状態では、特定の結合機能が必要とされないため、スイッチング素子ＳＥ１は、任意の状態をとることができる。しかしながら、ここでは、僅かに増加した保持トルク、意図しないローリングの場合の制動効果、および必要に応じて電気モーターＥをトリガーすることによるアクティブな制動効果をもたらすために、結合機能Ｓ１およびＳ３をアクティブにすることも可能である。

結合機能Ｓ１、Ｓ２は、形状適合結合スイッチング素子または適切に作動可能なクラッチを介して実装されることができる。結合機能Ｓ３はまた、フリーホイールによっても達成されることができるため、車両がオーバーランモードにあるときに自動的に実行される。

本発明にかかる駆動装置は、補助ユニットの新たなタイプの接続に関する。変速機におけるまたは変速機への補助ユニットの接続は、「インテリジェント」スイッチング素子に関連する変速機への補助ユニットの接続において達成され、これは、車両および／または駆動モーターの動作状態および／またはバッテリー充電状態および／または外部要因（例えば、温度）に応じて、補助ユニットを最もエネルギー効率の高いモードで常に動作させることを可能にする。

これは、車両が動いているときに変速機シャフトを介して駆動される補助ユニットによって保証される。特に、車両の運動エネルギーも使用されることができる。さらに、機械式駆動装置は、一般に、純粋に電動化されたユニットと比較して、効率チェーン全体で大きな利点を有する。車両が静止しているとき、駆動装置は、電気モーターへの直接接続によって電気的である。ユニットと変速機シャフトとの間の接続が解放され、摩擦損失を低減する。この動作モードは、車両が静止しているときの静止空調などの快適機能の提供、または車両が静止した後のアフタークーリングのための水ポンプを介したバッテリー冷却回路の動作などの必要な機能の保護を可能にする。

本発明にかかる駆動装置は、入力側で少なくとも１つの電気駆動モーターに接続され、出力側で少なくとも１つの車軸に接続される変速機を備える。変速機は、駆動シャフト、少なくとも１つの中間シャフト、および１つ以上の出力シャフトから構成される。変速機は、１つ以上の遊星歯車セットおよび／または平歯車段を含むことができる。中間シャフトには、空調コンプレッサー、水ポンプなどの補助ユニットが中間シャフトに対して同軸に且つ並列に接続されている（図１）。しかしながら、例えば、ベルトまたはチェーン駆動による接続も可能であり、駆動輪の１つまたは駆動プーリーの１つが同軸に接続され、牽引機構駆動装置が中間シャフトに軸方向に並列になるように配置される（図２）。必要に応じて、チェーンまたはベルト駆動装置には、従来のガイドおよび／またはテンションレールまたはたわみおよび／またはテンションローラーを装備することができる。

ユニットの中間シャフトへの接続、およびここで説明するシフト要素との組み合わせは、中間シャフトが完全で独立したモジュールとして設計されることができ、変速機の残りの部分の設計／構造がユニットの接続によって影響を受けないという利点を有する。例えば、後付けまたは単にオプションの装備が可能である。さらに、中間シャフトの速度は、ユニットが変速機入力シャフトに接続されたときよりも摩擦が少なく動作可能であるように、電気モーターまたは変速機入力シャフトよりも低速である。ここでは、電気機械および補助ユニットは、外部から変速機ハウジングに接続されているため、実績のある構成要素を使用することができ、メンテナンスや、必要に応じてこれらの構成要素の交換を容易にする。

中間シャフトにはまた、スイッチング素子が装備され、これは、電気モーターおよび補助ユニットの双方が、互いに独立してまたは同時に、変速機から、したがって車両の駆動系から切り離されることを可能にする。しかしながら、駆動系から完全に切り離された場合であっても、電気モーターと補助ユニットの間にはなおも接続が存在する。

スイッチング素子は、能動的に、例えば、磁気クラッチとして、または受動的に、例えば、フリーホイールとして、結合可能または解放可能とすることができる。スイッチング素子は、遊星歯車セットなどの一定または可変の変速機／減速段を含むことができる。スイッチング素子は、例えば、ＤＭＦと同様のばねダンパー素子によって、駆動系および／またはアセンブリに対して減衰または切り離し効果を同時に有することができる。スイッチング素子はまた、例えば、中間シャフトの歯車に一体化されることもできる。異なる動作状態に対応する素子のスイッチング状態は、図４の１つの例でより詳細に説明される。

同軸に接続された補助ユニットはまた、例えばチェーンまたは歯付きベルト駆動装置を用いて、さらなる補助ユニットに接続されることもできる（図３）。この場合、接続されている全ての補助ユニットは、さらに、それらの駆動シャフトに、さらなる結合および／または減衰および／または分離素子を有することができる。これは、車両の動作状態や他の要素に応じて、個々のユニットのそれぞれの個別動作を可能にする。同時に、ユニットは、駆動系のねじり振動から切り離されることができるため、より均一で効率的な動作を保証し、および／または駆動系への、したがって間接的に車両への接続プロセスの可能な悪影響を回避する。

Claims (10)

1. 自動車用の電気機械式駆動装置であって、
   － 回転子（ＥＲ）および固定子（ＥＳ）を備える電気機械式主駆動モーター（Ｅ）と、
   － 変速機入力（ＧＥ）、変速機出力（ＧＡ）、少なくとも１つの減速段（ＧＲ）、および前記減速段（ＧＲ）を収容する変速機ハウジング（ＧＨ）を備える減速装置（Ｇ）と、
   － 前記減速段（ＧＲ）を介して中継された駆動力を第１および第２の車輪駆動系部分（ＤＬ、ＤＲ）に分岐するための車軸差動装置（ＡＤ）と、
   － 前記減速段（ＧＲ）を介して前記電気機械式主駆動モーター（Ｅ）によって駆動可能な補助ユニットと、を有し、
   － 前記補助ユニットが、前記変速機ハウジング（ＧＨ）の外側に配置されており、
   － スイッチング素子（ＳＥ１）が前記変速機ハウジング（ＧＨ）内に設けられており、
   － 前記減速段（ＧＲ）から前記車軸差動装置（ＡＤ）への駆動接続が、切り替え可能に接続および切断可能であるように、前記スイッチング素子（ＳＥ１）が構成されて前記電気機械式駆動装置に一体化されている、電気機械式駆動装置。
2. 前記スイッチング素子（ＳＥ１）および前記補助ユニットの前記駆動装置への一体化が、前記車軸差動装置（ＡＤ）と前記減速段（ＧＲ）との間の前記駆動接続が切断され且つ前記自動車がオーバーランモードで運転されている場合、前記補助ユニットが前記車軸差動装置（ＡＤ）によって駆動可能であることで達成されることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記スイッチング素子（ＳＥ１）および前記補助ユニットの前記駆動装置への一体化が、前記車軸差動装置（ＡＤ）と前記減速段（ＧＲ）との間の前記駆動接続が切断され且つ前記自動車が静止している場合、前記補助ユニットが前記減速段（ＧＲ）を介して前記電気機械式主駆動モーター（Ｅ）によって駆動可能であることで達成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の駆動装置。
4. 前記減速段（ＧＲ）が中間シャフト（ＧＷ）を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の駆動装置。
5. 前記減速段（ＧＲ）が、第１の歯車（Ｇ１）およびその第１の歯車（Ｇ１）に係合する第２の歯車（Ｇ２）を有し、前記第２の歯車（Ｇ２）が、前記中間シャフト（ＧＷ）上に配置され、前記第１の歯車（Ｇ１）の歯数よりも多い歯数を有することを特徴とする、請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記スイッチング素子（ＳＥ１）が、前記中間シャフト（ＧＷ）を前記第２の歯車（Ｇ２）に脱着可能に結合させることを特徴とする、請求項５に記載の駆動装置。
7. 前記スイッチング素子（ＳＥ１）が、前記中間シャフトを前記中間シャフトに着座する出力歯車（Ｇ３）に脱着可能に結合させることを特徴とする、請求項４または５に記載の駆動装置。
8. 前記補助ユニットが入力シャフト（Ｅ１）を有し、この入力シャフト（Ｅ１）が、前記中間シャフト（ＧＷ）に対して同軸に配置されているか、または前記補助ユニットが入力シャフト（Ｅ１）を有し、この入力シャフト（Ｅ１）が、前記中間シャフト（ＧＷ）に並列にオフセットされるように配置されていることを特徴とする、請求項４から７のいずれか一項に記載の駆動装置。
9. 前記補助ユニットが第１の補助ユニット（ＡＵＸ１）および第２の補助ユニット（ＡＵＸ２）によって構成され、前記第１の補助ユニット（ＡＵＸ１）が、前記中間シャフト（ＧＷ）の軸に対して同軸に配置された入力シャフト（Ｅ１）を有し、前記第２の補助ユニット（ＡＵＸ２）が、前記中間シャフト（ＧＷ）の軸に並列にオフセットされるように配置された第２の入力シャフト（Ｅ２）を有することを特徴とする、請求項４から８のいずれか一項に記載の駆動装置。
10. 前記補助ユニットが、その入力シャフト（Ｅ１）が前記減速段（ＧＲ）に面するように前記駆動装置に一体化されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の駆動装置。

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