JP2013512646A - 電気駆動システム - Google Patents

Abstract

本発明は、駆動シャフト（１６）を回転させるように構成された電気モータ（１０）と、前記駆動シャフト（１６）及び前記駆動シャフト（１６）に対して回転可能な出力シャフト（５０）と駆動するよう係合している駆動遊星ギヤ構成（７０）と、前記出力シャフト（５０）の回転速度を変化させるための手段であって、前記回転速度変更手段（８０、８２）がモータ（１０）の両側にそれぞれ配置された手段とを備える、電気駆動システムに関する。本発明はまた、例えば自動車などモータ駆動ユニットに関する。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の前文による電気駆動システムに関する。本発明はさらに、例えば自動車などモータ駆動ユニットに関する。

地面に食い込む車輪、又は連続式のベルト若しくは軌道など、１対の出力アセンブリにそれぞれ差動駆動を提供するために１対の遊星ギヤ構成を使用することが知られており、この遊星ギヤ構成は、それぞれその太陽ギヤが共通の駆動部材又はシャフトによって駆動されるように構成される。主駆動源、通常、内燃機関によって駆動される駆動シャフトは、遊星ギヤ構成のうちの１つのリングギヤとかみ合って、方向決定及びギヤ減速を実現する。通常、駆動源は、駆動アクスルの回転軸に対して垂直に配置された回転軸を備え、ここでは交差駆動と呼ぶ。

このような交差駆動接続部により、動力伝達において損失が生じる。駆動源が差動装置に集積化された電気駆動のパワートレインにより、これらの損失が低減し、よりコンパクトなパワートレインアセンブリが実現する。

米国特許出願公開第２００３／０２０３７８２号明細書は、電気的に動作する入力装置、第１の遊星アセンブリ、及び第２の遊星アセンブリを備える差動アセンブリを開示する。第１の遊星アセンブリは、入力装置と駆動するよう係合しており、この第１の遊星アセンブリは、第１の出力アセンブリに駆動するように連結されている。第２の遊星アセンブリは、第１の遊星アセンブリと駆動するよう係合し、第２の出力アセンブリに駆動するように連結されており、第１の遊星アセンブリは、第２の遊星アセンブリと協働して、第１及び第２の出力アセンブリに実質的に等しいトルクを供給する。

米国特許出願公開第２００３／０２０３７８２号明細書による差動アセンブリは、駆動源と最終駆動アセンブリとの間の損失を低減させる相対的にコンパクトな解決策を実現し、車輪の滑りを制限する。米国特許出願公開第２００３／０２０３７８２号明細書による差動アセンブリは、コンパクトな解決策を提供しているが、例えば車両内の空間がますます重要になり、従って、空間を節約するためによりコンパクトにする必要がある。さらに前記差動アセンブリは、例えば制動中の回転構成部品の摩耗が原因となる、差動装置を制動する能力に関する欠点、及び、差動制動中のエネルギー損失、従って効率の低下が原因となる欠点を有することがある。

本発明の目的は、コンパクトな構造を容易にし、動作時に駆動源と出力アセンブリとの間の損失を低減させる電気駆動システムを提供することである。

上記及びその他の目的は、以下の説明から明らかであるが、前置きとして述べたタイプのもので、さらには添付の請求項１及び請求項１７の特徴部分で述べる特徴を示す電気駆動システム及びモータ駆動ユニットによって実現される。発明性のある電気駆動システムの好ましい実施形態が、添付の従属請求項２〜１６に定義されている。

具体的には、本発明の一目的は、駆動シャフトを回転させるように構成された電気モータと、前記駆動シャフト及び前記駆動シャフトに対して回転可能な出力シャフトと駆動するよう係合している駆動遊星ギヤ構成と、前記出力シャフトの回転速度を変化させるための手段であって、前記回転速度変更手段がモータの両側にそれぞれ配置された手段とを備える電気駆動システムによって実現される。

これにより、駆動シャフト及び出力シャフトと係合するときに遊星ギヤ構成の遊星ギヤセットのキャリア（支持体）の空間を解消できるという点で、電気駆動システムのコンパクトな構造が容易になる。これにより、電気モータを横方向に配置し、このように、動作時の交差駆動によるモータと出力シャフトとの間の損失を解消してもよい。このような電気駆動システムは、例えばレール取付け車両など差動装置が必要ではないモータ駆動ユニットで使用して、わずかな空間しかとらないコンパクトな設置を実現してもよい。

電気駆動システムの一実施形態によれば、前記出力シャフトは、前記駆動シャフトと実質的に整列されている。これにより、出力シャフトが駆動シャフトを通して延在してもよいという点で、さらにコンパクトなシステムの実現が容易になる。交差駆動がさらに回避され、モータ／駆動シャフトと最終駆動装置との間の損失を低減させる。

電気駆動システムの一実施形態によれば、前記回転速度変更手段は、駆動シャフトよりも遅い回転速度で出力シャフトが回転する第１の状態と、フリーホイール状態である第２の状態と、出力シャフト及び駆動シャフトが同じ回転速度で回転する第３の状態と、駆動が阻止された完全にロックアップした第４の状態との間で動作可能である。これにより、回転速度の効率的な変更による効率的な駆動が容易になる。

電気駆動システムの一実施形態によれば、前記回転速度変更手段は、駆動遊星ギヤ構成のリングギヤと係合するように動作可能な第１の連結アセンブリを備える。これにより、効率的な駆動が容易になる。

電気駆動システムの一実施形態によれば、前記回転速度変更手段は、駆動シャフトを出力シャフトに係合するように動作可能な第２の連結アセンブリを備え、前記第２の連結アセンブリは、第１の連結アセンブリに対してモータの反対側に配置される。これにより、効率的な駆動及びコンパクトな構造が容易になる。

電気駆動システムの一実施形態によれば、前記第２の連結アセンブリは、シフトアーム構成を備える。これにより、効率的な駆動及びコンパクトな構造が容易になる。

電気駆動システムの一実施形態によれば、前記第２の連結アセンブリはピストンを備える。これにより、効率的な駆動及びコンパクトな構造が容易になる。

一実施形態によれば、電気駆動システムはさらに差動手段を備え、前記差動手段は、第１の出力アセンブリに駆動するように連結された第１の遊星ギヤと、前記出力シャフトを介して前記第１の遊星ギヤ構成と駆動するように係合している第２の遊星ギヤ構成であって、第２の出力アセンブリに駆動するように連結された第２の遊星ギヤ構成と、前記第１の遊星ギヤ構成と前記第２の遊星ギヤ構成との間に配置された前記モータを備え、前記第１の遊星ギヤ構成が、前記第２の遊星ギヤ構成と協働して差動機能を実現するように構成される。これにより、効率的な駆動及び差動駆動が容易になる。

電気駆動システムの一実施形態によれば、前記駆動遊星ギヤ構成は、前記第１の遊星ギヤ構成と前記第２の遊星ギヤ構成との間に配置される。これにより、コンパクトな構造が容易になる。

電気駆動システムの一実施形態によれば、第１及び第２の遊星ギヤ構成の各リングギヤは、前記差動機能のための反転アセンブリを介して係合される。これにより、差動手段の各構成部品での摩耗が少ない状態で、効率的な差動機能が容易になる。これにより、差動手段を完全にロックすることができるが、それというのも、差動手段は駆動シャフトから分離されており、従って、電気駆動システムの駆動装置から分離されているからである。差動装置がロックされると、回転しない構成部品に制動がかかり、その結果、動作中の構成部品の摩耗が低減する。さらにトルク誘導が容易になる。

電気駆動システムの一実施形態によれば、前記反転アセンブリは、前記駆動シャフトから分離されたシャフト構成を備える。これにより、差動駆動はモータの駆動から分離されており、前述の利点を提供する。

電気駆動システムの一実施形態によれば、前記反転アセンブリは、前記シャフト構成を介して第１及び第２の遊星ギヤ構成のリングギヤに連結された回転方向変更構成を備える。これは、効率的な差動機能を提供するために、前記逆回転を実現する効率的な方法である。

一実施形態によれば、電気駆動システムはさらに、前記差動を制御するために、前記反転アセンブリに係合するように動作可能な制御手段を備える。これにより、トルク誘導、並びに／又は、完全にロック及び／若しくは制限された滑り差動を実現してもよい。

電気駆動システムの一実施形態によれば、前記制御手段は、前記反転アセンブリを制動するための連結構成を備える。これにより、完全にロック又は制限された滑り差動を実現してもよい。

電気駆動システムの一実施形態によれば、前記制御手段はモータを備える。これにより、トルク誘導を実現してもよい。

添付図面とともに読むとき、以下の詳細な説明を参照することにより、本発明がよりよく理解されよう。いくつかの図を通して、同じ参照文字は同じ部品を指す。

モータ駆動ユニットの概略図である。 本発明の一実施形態による電気駆動システムの概略図である。 本発明による差動構成を制御するための手段の、様々な実施形態のうちの一つを示す概略図である。 本発明による差動構成を制御するための手段の、様々な実施形態のうちの一つを示す概略図である。 本発明による差動構成を制御するための手段の、様々な実施形態のうちの一つを示す概略図である。 本発明の一実施形態による電気駆動システムの概略図である。 本発明の一実施形態による遊星ギヤ構成の動作状態の概略図である。 本発明の一実施形態による遊星ギヤ構成の動作状態の概略図である。 本発明の一実施形態による遊星ギヤ構成の動作状態の概略図である。 本発明の一実施形態による電気駆動システムの電気モータ及び駆動シャフトの詳細の概略図である。

図１には、本発明による電気駆動システム１を備えるモータ駆動ユニット１００が概略的に示されている。前記モータ駆動ユニット１００は、作業車両などの自動車によって構成されてもよい。

図２には、本発明の一実施形態による電気駆動システム１が概略的に示されている。電気駆動システム１は、回転子１２及び固定子１４を有する電気モータ１０を備え、前記回転子１２は駆動シャフト１６に連結されており、前記回転子１２は、前記駆動シャフト１６を回転させるように構成されている。

電気駆動システム１はさらに、差動手段２０を備える。前記差動手段２０は、第１の遊星ギヤ構成３０及び第２の遊星ギヤ構成４０を備え、前記モータ１０が、前記第１の遊星ギヤ構成３０と第２の遊星ギヤ構成４０との間に配置されている。

第２の遊星ギヤ構成４０は、前記駆動シャフト１６に対して回転可能である出力シャフト５０で、該駆動シャフトと実質的に整列されている出力シャフト５０を介して、前記第１の遊星ギヤ構成３０と駆動するよう係合している。

一実施形態によれば、駆動シャフト１６は、モータ１０によって駆動される中空の駆動シャフト１６であり、出力シャフト５０は、中空の駆動シャフト１６を通って延在し、その中で自由に回転するように構成されている。

第１の遊星ギヤ構成３０は、第１の出力アセンブリ５２に駆動するように連結される。第２の遊星ギヤ構成は、第２の出力アセンブリ５４に駆動するように連結される。第１及び第２の出力アセンブリ５２、５４は、一実施形態によれば、車輪構成とそれぞれ駆動するように係合している最終駆動アセンブリである。車輪構成は、地面に食い込んでいるタイヤをそれぞれ推進することができる。最終駆動アセンブリはそれぞれ、一実施形態によれば、差動手段２０とそれぞれの車輪構成との間のギヤ減速を実現する。一実施形態によれば、各最終駆動アセンブリは、所望のギヤ減速を実現する遊星ギヤ構成である。

或いは、出力アセンブリ５２、５４は、最終駆動アセンブリ、連続式の軌道若しくはベルト構成のない、またギヤ減速のある若しくはギヤ減速のない車輪構成である。

第１の遊星ギヤ構成３０は、太陽ギヤ３２、キャリア３６によって支持される遊星ギヤセット３４、及びリングギヤ３８を備える。第１の遊星ギヤ構成３０では、太陽ギヤ３２は、遊星ギヤセット３４とかみ合っており、遊星ギヤセット３４は、リングギヤ３８とかみ合っている。第１の遊星ギヤ構成３０のキャリア３６は、第１の出力アセンブリ５２に出力トルクを伝達するように構成される。

第２の遊星ギヤ構成４０は、太陽ギヤ４２、キャリア４６によって支持される遊星ギヤセット４４、及びリングギヤ４８を備える。第２の遊星ギヤ構成４０では、太陽ギヤ４２は、遊星ギヤセット４４とかみ合っており、遊星ギヤセット４４は、リングギヤ４８とかみ合っている。第２の遊星ギヤ構成４０のキャリア４６は、第２の出力アセンブリ５４に出力トルクを伝達するように構成される。

第２の遊星ギヤ構成４０は、出力シャフト５０を介して前記第１の遊星ギヤ構成３０と駆動するよう係合しており、その結果、第１の遊星ギヤ構成３０の太陽ギヤ３２は、前記出力シャフト５０を介して第２の遊星ギヤ構成４０の太陽ギヤ４２に連結されている。

リングギヤ３８、４８の歯の数を、太陽ギヤ３２、４２の歯の数で割った値で表される比は、好ましい一実施形態によれば、第１及び第２の遊星ギヤ構成３０、４０において同じである。前記比は、代替実施形態では、第１及び第２の遊星ギヤ構成において異なる。前記比は、一実施形態によれば、用途に応じて１：２〜１：６の範囲にある。

差動手段２０はさらに反転アセンブリ２２を備え、第１及び第２の遊星ギヤ構成３０、４０のリングギヤ３８、４８が、前記差動機能用の前記反転アセンブリ２２を介して係合されている。前記反転アセンブリ２２は、駆動シャフト１６から分離されており、従って、電気駆動システム１の駆動から分離されている。前記反転アセンブリ２２は、前記駆動シャフト１６及び前記出力シャフト５０から分離されたシャフト構成２４を備える。

前記反転アセンブリ２２は、前記シャフト構成２４を介して第１及び第２の遊星ギヤ構成３０、４０のリングギヤ３８、４８に連結された、回転方向変更構成２５を備える。

前記反転アセンブリ２２は、この実施形態によれば、第１の遊星ギヤ構成３０のリングギヤ３８と第２の遊星ギヤ構成４０のリングギヤ４８との間に連結され、その結果、第１のギヤ構成のリングギヤ３８が、ある回転速度で、ある回転方向に回転可能であるとき、第２の遊星ギヤ構成４０のリングギヤ４８は、第１の遊星ギヤ構成３０のリングギヤ３８と実質的に同じ速度で逆の回転方向に回転する。

順方向に回転するリングギヤ３８、４８により、この遊星ギヤ構成３０、４０のキャリア３６、４６の出力シャフトの回転速度が増大し、逆方向に回転するリングギヤ３８、４８により、この遊星ギヤ構成３０、４０のキャリア４６、３６の出力シャフトの対応する回転速度が低下する。

例えば、第１の遊星ギヤ構成３０のリングギヤ３８が順方向に回転し、キャリア３６の出力シャフトの回転速度が増大する場合、第２の遊星ギヤ構成４０のリングギヤ４８は逆方向に回転し、キャリア４６の出力シャフトの回転速度が低下する。

リングギヤ３８、４８のどちらが、順方向若しくは逆方向に回転するのかに関係なく、それぞれのリングギヤの回転速度に関係なく、又は、それぞれのキャリア３６、４６の出力シャフトが同じ回転速度で回転するように、リングギヤがロックされているかどうか、すなわち回転していないかどうかに関係なく、モータの回転速度が一定の場合、キャリア３６、４６それぞれの出力シャフトの回転速度の合計は一定である。

例えば、モータの回転速度が３０００ｒｐｍである場合、リングギヤが依然として停止しているときには、それぞれのキャリア３６、４６は、同じ回転方向に１０００ｒｐｍで回転し、合計２０００ｒｐｍであり、第１のリングギヤがある回転速度で順方向に回転し、第２のリングギヤが同じ回転速度で逆方向に回転するときには、キャリア３６は、順方向に例えば１１００ｒｐｍで回転し、キャリア４６は、順方向に９００ｒｐｍで回転することになる。

図２に概略的に示すように、前記反転アセンブリ２２は、第１の遊星ギヤ構成３０のリングギヤ３８とかみ合っている第１のギヤ２６、第２の遊星ギヤ構成４０のリングギヤ４８とかみ合っている第２のギヤ２７、及び、シャフト２４ａによって構成された前記シャフト構成２４を介して第２のギヤ２７に連結され、第１のギヤ２６とかみ合っている第３のギヤ２８を備え、前記第１のギヤ２６及び第３のギヤ２８は、前記回転変更構成２５を設けて回転方向を変更する。従って、第２及び第３のギヤ２６、２７は、シャフト２４ａに固定するように連結され、その結果、同じ回転速度で回転する。

或いは、図４から部分的に分かるように、前記反転アセンブリ２２は、前記第３のギヤの代わりに、第１の差動シャフト（図示せず）を介して第１のギヤ２６に連結された第４のギヤ（図示せず）、及び、第２の差動シャフト２４ｂを介して第２のギヤ２７に連結された第５のギヤ２９ａを備えてもよく、第４及び第５のギヤは互いにかみ合っており、前記第４及び第５のギヤは、前記回転変更構成２５を設けて回転方向を変更し、その結果、第４のギヤを有する第１の差動シャフトの回転方向は、第５のギヤ２９ａを有する第２の差動シャフト２４ｂの回転方向と逆になる。シャフト構成２４は、この実施形態によれば、第１及び第２の差動シャフトから構成される。

差動手段２０では、モータ１０からの入力動力が、第１及び第２の遊星ギヤ構成３０、４０の太陽ギヤ３２、４２に伝達され、第１及び第２の遊星ギヤ構成３０、４０のキャリア３６、４６のシャフトから、それぞれの出力アセンブリ５２、５４にそれぞれ出力動力が伝達される。

差動手段２０は開放差動装置でもよい。すなわち、第１の遊星ギヤ構成３０のリングギヤ３８及び第２の遊星ギヤ構成４０のリングギヤ４８は、最終駆動装置が様々な回転速度に曝されるとき、例えば最終駆動装置が車両の車輪に連結され、前記車両が方向を変えているとき、すなわちカーブで駆動しているときに、逆の回転方向に回転する。

図３ａ〜ｃに示すように、差動手段２０は、差動手段２０を制御するための任意の適切な制御手段６０を備えてもよい。前記制御手段６０は、図２に点線で示すように、差動手段２０を制御するための第１のギヤ２６、第２のギヤ２７又は第３のギヤ２８に連結されるように構成してもよい。

図３ａには、圧力に曝されるときに制動動作を実現する一組のディスク６２ａを有する複数のディスクブレーキ部材６２によって構成される、連結構成６２によって表される制御手段が概略的に示してあり、前記複数のディスクブレーキ部材６２は、前記反転アセンブリ２２と係合して、前記差動手段２０の制御を容易にするよう動作可能である。

複数のディスクブレーキ部材６２により、制動の度合いを制御することが容易になる。前記複数のディスクブレーキ部材６２は、作動すると、前記反転アセンブリ２２と係合している間は完全にロックされた動作状態になり、差動ロック全体がもたらされて、第１及び第２の出力アセンブリ５２、５４、例えば最終駆動装置が同じ回転速度にロックされ、その結果、例えば車両の反対側の車輪が強制的に同じ回転速度で回転するようになる。

前記複数のディスクブレーキ部材６２はさらに、作動すると、前記反転アセンブリ２２と係合している間は滑りが制限された動作状態になり、差動手段２０は、出力アセンブリ５２、５４、例えば最終駆動装置、例えば車両の対向する車輪間での回転速度の差が、差動手段２０をロックさせるために必要となるように制御される。これにより、回転速度の差により、相対的な車輪の運動が防止される。

図３ｂには、機械式連結６４、例えば１つにすると相互回転運動が防止されるよう係合するように形状づけられた第１の要素６４ａ及び第２の要素６４ｂを有する、かみ合いクラッチ６４から構成される連結構成６４によって表される制御手段が概略的に示してある。前記機械式連結６４は、前記反転アセンブリ２２と係合して、前記差動手段２０の制御を容易にするよう動作可能である。前記かみ合いクラッチにより、前記反転アセンブリ２２と係合するよう動作するときに上記の完全にロックした状態が実現し、作動していないときに完全にロックが外れた状態が実現し、上記の開放差動が実現する。

図３ｃには、モータ６６、例えば電気モータ又は液圧式モータから構成される制御手段が概略的に示してあり、前記モータ６６は、前記反転アセンブリ２２と係合して、前記差動手段２０の制御を容易にするよう動作可能である。前記モータ１０は、前記反転アセンブリ２２と係合するよう動作するときにトルク誘導をもたらし、その結果、一方の出力アセンブリ５２、５４、例えば最終駆動装置、例えば車両の車輪からの動力は、もう一方の出力アセンブリ、例えば最終駆動装置、例えば車両の車輪に伝達可能である。例えば、車両でカーブを運転するとき、内輪からの動力が外輪に伝達される。車両を制御するために、例えば車両を操舵するために、この機能を使用してもよい。

電気駆動システム１はまた、伝達手段７０を備え、前記伝達手段７０は、駆動遊星ギヤ構成７０を備える。駆動遊星ギヤ構成７０は、前記回転子１２のシャフトと駆動するよう係合し、前記駆動遊星ギヤ構成７０は、前記出力シャフト５０に駆動するように連結される。

駆動遊星ギヤ構成７０は、第１の遊星ギヤ構成３０と第２の遊星ギヤ構成４０との間に配置される。

駆動遊星ギヤ構成７０は、太陽ギヤ７２、キャリア７６によって支持される遊星ギヤセット７４、及びリングギヤ７８を備える。駆動遊星ギヤ構成７０では、太陽ギヤ７２は、遊星ギヤセット７４とかみ合っており、遊星ギヤセット７４は、リングギヤ７８とかみ合っている。

駆動遊星ギヤ構成７０の太陽ギヤ７２は、駆動シャフト１６に固定するように取り付けられたギヤから構成され、従って駆動シャフト１６と同じ回転速度で回転するように構成される。

駆動遊星ギヤ構成７０のキャリア７６は、出力シャフト５０に固定するように連結され、従って出力シャフト５０と同じ回転速度で回転するように構成される。

伝達手段すなわち駆動遊星ギヤ構成７０は、前記出力シャフト５０の回転速度を変更するための手段を備える。前記手段は、リングギヤ７８と係合、すなわち解放可能なようにロックするよう動作可能な第１の連結アセンブリ８０、及び、前記出力シャフト５０を前記駆動シャフト１６に係合、すなわち解放可能なようにロックするよう動作可能な第２の連結アセンブリ８２を備える。前記第１の連結アセンブリ８０は、モータ１０の一方の側、ここでは右側に配置され、第２の連結アセンブリ８２は、モータ１０のもう一方の側、ここでは左側に配置される。

駆動遊星アセンブリ７０のリングギヤ７８は、本発明によれば、電気駆動システム１のハウジング９０又は他の負荷支持部材に係合、すなわち解放可能なようにロックするよう動作可能である。従って、前記第１の連結アセンブリ８０は、前記リングギヤ７８を前記ハウジング９０に係合するように動作可能であり、その結果、係合状態ではリングギヤ７８は回転できず、係合が外れた状態ではリングギヤ７８は回転可能である。

前記第２の連結アセンブリ８２は、前記出力シャフト５０を前記駆動シャフト１６に係合、すなわち解放可能なようにロックするように動作可能であり、その結果、係合状態では出力シャフト５０は駆動シャフト１６と同じ回転速度で回転可能であり、係合が外れた状態では出力シャフト５０が駆動シャフト１６に対して回転可能である。

キャリア７６、従って駆動遊星ギヤ構成７０の太陽ギヤ７２、遊星ギヤセット７４及びリングギヤ７８は、この実施形態では、モータ１０の右側に配置され、第２の連結アセンブリ８２は、モータ１０の左側に配置される。この構成により、よりコンパクトな電気駆動システム１の実現が容易になり、これについて、第２の連結アセンブリ８２の一実施形態を開示する図４〜７での実施形態を参照して、より詳細に説明する。

従って、伝達手段すなわち駆動遊星ギヤ構成７０は、様々な動作状態を実現する。

第１の動作状態では、リングギヤ７８は、係合した又はロックした状態にあり、出力シャフト５０は、係合が外れた又はロックが外れた状態にあり、その結果、駆動シャフト１６と出力シャフト５０との間に比が生じ、出力シャフト５０は、駆動シャフト１６に対して回転速度が低下した状態で回転する。これにより、出力シャフト５０によって、より高いトルクがもたらされる。これが、低伝達状態と呼ばれるものである。

第２の状態では、リングギヤ７８は、係合が外れた状態にあり、出力シャフト５０は、係合が外れた又はロックが外れた状態にあり、その結果、モータ１０／駆動シャフト１６の回転速度は、出力シャフト５０に対して自由に調整してもよい。

第３の状態では、リングギヤ７８は、係合が外れた又はロックが外れた状態にあり、出力シャフト５０は、係合した又はロックした状態にあり、その結果、出力シャフト５０と駆動シャフト１６は同じ回転速度で回転する。これにより、出力シャフト５０によって、より低いトルクがもたらされる。これが、高伝達状態と呼ばれるものである。

第４の状態では、リングギヤ７８は、係合した又はロックした状態にあり、出力シャフト５０は、係合した又はロックした状態にあり、その結果、駆動が防止され、一実施形態では、駐車ブレーキが作動する。

駆動遊星ギヤ構成７０は、高／低遊星ギヤ構成と呼ばれる。

図４〜７には、電気駆動システム１の一実施形態が概略的に示してあり、本発明の伝達手段、すなわち駆動遊星ギヤ構成７０の動作をより詳細に説明する。

図４には、電気駆動システム１の一実施形態が概略的に示してある。電気駆動システム１はハウジング９０を備える。図２を参照して説明したように、電気駆動システム１はさらに、回転子１２及び固定子１４を有する電気モータ１０を備え、前記回転子１２は駆動シャフト１６に連結され、前記回転子１２は、前記駆動シャフト１６、及び前記駆動シャフト１６に対して回転可能でそれと実質的に整列されている出力シャフト５０を回転させるように構成される。前記駆動シャフト１６は、中空の駆動シャフト１６であり、前記出力シャフト５０は、前記駆動シャフト１６を通って延在している。

電気駆動システム１はさらに、図２を参照して説明した第１の遊星ギヤ構成３０及び第２の遊星ギヤ構成４０を有する差動手段２０を備える。図４を参照すると、差動手段２０はさらに、図２のもとで前述した反転アセンブリ２２を備える。反転アセンブリ２２は、回転方向変更構成２５を備える。差動手段２０は、図２を参照して説明したように働く。

電気システムはさらに、図２を参照して説明した駆動遊星ギヤ構成７０を備える。従って、駆動遊星ギヤ構成７０は、太陽ギヤ７２、キャリア７６によって支持される遊星ギヤセット７４、及びリングギヤ７８を備える。駆動遊星ギヤ構成７０では、太陽ギヤ７２は、遊星ギヤセット７４とかみ合っており、遊星ギヤセット７４は、リングギヤ７８とかみ合っている。

駆動遊星ギヤ構成７０は、前記出力シャフト５０の回転速度を変更するための手段を備える。

回転速度を変更するための前記手段は、リングギヤ７８をハウジングに係合、すなわち解放可能なようにロックするよう動作可能な第１の連結アセンブリ８０を備え、前記第１の連結アセンブリ８０は、この実施形態によれば、前記リングギヤ７８をロックするためにフランジとしてここで示している摩擦継手を備える。前記第１の連結アセンブリ８０は、摩擦継手又は複数のディスククラッチなど、任意の適切な連結装置を備えてもよい。

回転速度を変更するための前記手段はまた、前記出力シャフト５０を前記駆動シャフト１６に係合、すなわち解放可能なようにロックするよう動作可能な第２の連結アセンブリ８２を備え、前記第２の連結アセンブリ８２は、ギヤクラッチ８２ａ、及び前記係合／ロッキングのために前記ギヤクラッチをシフトするように構成されたシフトアーム８２ｂを備える。

どんなタイプの適切な連結手段を使用することもできる。代替実施形態では、第２の連結アセンブリ８２は、シフトアームの代わりに、ピストンを備え、これは図４に点線で示してある。これにより、シフトアーム８２ｂは、前記係合／ロッキングのためにギヤクラッチ８２ａをシフトするように構成される。前記ギヤクラッチを動かす助けとなるピストン８４及び実現可能な要素は、点線で分かるように、シフトアームよりも占める空間が小さく、従って重量を低減させることができる。

ギヤクラッチの代わりに、同期ドラム、かみ合いクラッチ、又はディスククラッチなど、任意の適切な連結装置を使用してもよい。

太陽ギヤ７２、遊星ギヤセット７４、及びキャリア７６、リングギヤ７８、並びに第１の連結アセンブリ８０、例えばリングギヤ７８と係合／ロッキングするための摩擦連結は、図４のモータ１０の右側に配置され、第２の連結アセンブリ８２、すなわちギヤクラッチ８２ａ及びシフトアーム８２ｂは、モータ１０の反対側に配置される。

リングギヤ７８は、ハウジング９０内で軸支されて、伝達手段すなわち駆動遊星ギヤ構成７０の中立位置を容易にする。リングギヤ７８は、軸支されているので、伝達手段７０がロックされるときに回転することができる。従って、第２の連結アセンブリがロックされるとき、リングギヤ７８は回転することになる。

出力シャフト５０は、駆動遊星ギヤ構成７０の太陽ギヤ７２に固定するように連結される。出力シャフト５０はさらに、モータ１０のそれぞれの側で、第１及び第２の遊星ギヤ構成４０の太陽ギヤ３２、４２にそれぞれ固定するように連結され、従って、駆動遊星ギヤ構成７０から伝達された動力は、第１及び第２の遊星ギヤ構成４０に分割され、そのそれぞれの太陽ギヤ３２、４２で同じ動力を受ける。

図５〜７には、本発明の一実施形態による駆動遊星ギヤ構成７０の動作Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の様々な状態が概略的に示してある。図５〜７には、低下した速度Ｌで回転する構成部品がチェックのパターンで示してあり、モータ１０の回転速度すなわち高回転速度Ｈで回転する構成部品が縦縞で示してあり、固定された構成部品Ｆが黒／塗りで示してある。

図５には、第１の動作状態Ｓ１すなわち低伝達状態が概略的に示してあり、ここでは第１の連結アセンブリ８０が作動して、前記第１の連結アセンブリ８０、すなわちこの実施形態では前記フランジによってリングギヤ７８が係合すなわちロックされるようになる。

出力シャフト５０は、係合が外れたすなわちロックが外れた状態にあり、その結果出力シャフト５０は、駆動シャフト１６に対して回転可能である。従って、シフトアーム８２ｂが作動して、ギヤクラッチが出力シャフト５０に係合するようになり、シフトアーム８２ｂは、ギヤクラッチが出力シャフト５０に係合／連結するように配置され、従って矢印Ａの領域内の左の位置にある。

これにより、駆動シャフト１６と出力シャフト５０との間に比が生じ、出力シャフト５０は、駆動シャフト１６に対して低下した回転速度で回転し、より高いトルクがもたらされる。

図６には、第２の動作状態Ｓ２が概略的に示してあり、ここではリングギヤ７８は係合が外れた状態にあり、すなわち第１の連結アセンブリ８０の係合が外れており、その結果リングギヤ７８は回転可能である。リングギヤ７８の係合が外れた状態が格子縞のパターンで示してある。

出力シャフト５０はロックが外れた状態にあり、すなわちシフトアーム８２ｂは、ギヤクラッチが出力シャフト５０に係合／連結するように配置され、従って、シフトアーム８２ｂは、矢印Ａの領域内の左の位置にあり、その結果出力シャフト５０は駆動シャフト１６に対して回転可能である。

これにより、駆動遊星ギヤ構成７０は中立位置にあり、その結果モータ１０／駆動シャフト１６の回転速度は、出力シャフト５０に対して自由に調整してもよい。従って、モータ１０の回転速度は、出力シャフト５０及び実現可能な車輪の回転速度と無関係に調整してもよく、従って、高伝達状態にシフトする前に同期するために使用される。

図７には、第３の状態Ｓ３すなわち高伝達状態が概略的に示してある。第３の動作状態では、出力シャフト５０は、係合／ロックされた状態にあり、すなわちシフトアーム８２ｂが作動して、ギヤクラッチが出力シャフト５０及び駆動シャフト１６と係合するようになる。従って、シフトアーム８２ｂは、ギヤクラッチが駆動シャフト１６及び出力シャフト５０と係合／連結するように配置され、従って、前記シフトアーム８２ｂは、矢印Ａの領域内の右の位置にあり、その結果出力シャフト５０は、駆動シャフト１６と同じ回転速度で、従って駆動シャフト１６とともに回転可能である。

これにより、低伝達状態がバイパスされ、すなわち駆動遊星ギヤ構成７０のリングギヤ７８が第１の連結アセンブリ８０に対して配置され、太陽ギヤ７２及び遊星ギヤセット７４が互いに対して固定するように係合するときに、リングギヤ７８は係合が外れた／ロックが外れた状態になるように構成される。従って、第２の連結アセンブリ８２が作動すると、第１の連結アセンブリ８０は係合が外れ、その結果出力シャフト５０の回転速度が駆動シャフト１６の回転速度と一致する。これにより、出力シャフト５０によって、より低いトルクがもたらされる。

図２を参照して説明した第４の状態はここには示していない。

図８には、空間占有を示す、本発明の一実施形態による電気駆動システム１の電気モータ１０及び駆動シャフト１６の詳細が概略的に示してあり、前述の通り第１及び第２の連結アセンブリ８２をモータ１０のそれぞれの側に分割することにより、なぜ、よりコンパクトな電気駆動システム１が実現する／容易になるのか説明する。

左側の影付き領域Ｂには、第２の連結アセンブリ８２、例えばシフトアーム８２ｂ及びギヤクラッチ８２ｂがモータ１０の左側に配置されるとき利用可能な空間が示してあり、駆動遊星ギヤ構成７０の第１の連結アセンブリ８０、太陽ギヤ７２、キャリア７６を有する遊星ギヤセット７４、及びリングギヤ７８は、本発明に従って反対側に配置される。左側の矢印Ｌ１は、第２の連結アセンブリに必要とされる、突出する巻線の外側での軸方向の空間を示す。

右側の影付き領域Ｃには、第２の連結アセンブリ８２、例えばシフトアーム８２ｂ及びギヤクラッチ８２ｂ、並びに、駆動遊星ギヤ構成７０の第１の連結アセンブリ８０、太陽ギヤ７２、キャリア７６を有する遊星ギヤセット７４、及びリングギヤ７８がモータ１０の同じ側に配置され、従って、電気駆動システム１の長手方向／軸方向により多くの空間を占める場合に占有される空間が示してある。右側の矢印Ｌ２は、第２の連結アセンブリを駆動遊星ギヤ構成７０の残りとともに右側に配置しなければならない場合に必要とされる、突出する巻線の外側での軸方向の空間を示す。

電気モータ１０は、回転子１２、前述の通り同じ回転速度でモータ１０とともに回転するように構成された中空の駆動シャフト１６を備える。電気モータ１０はさらに、軸方向の各側部に延在する巻線１４ａを有する固定子１４を備え、従って、電気駆動システム１のハウジング内で空間を占める。

遊星ギヤセット７４のキャリア７６は空間を占め、キャリア７６のシャフトは、モータ１０から離れて延在するように構成される。且つ、キャリア７６は回転するように構成され、従って動作中は回転するので、第２の連結アセンブリ８２、例えばシフトアーム８２ｂ及びギヤクラッチをキャリア７６側に配置することは不可能である。

第２の連結アセンブリ８２、例えばシフトアーム８２ｂ及びギヤクラッチを、キャリア７６の反対側すなわちモータ１０とキャリア７６との間に配置することにより、シフトアーム８２ｂ及びギヤクラッチが、突出している巻線１４ａのレベルの外側に至るが、それというのも駆動シャフト１６の直径が連結位置においてより大きくなるからである。出力シャフト５０は、太陽ギヤ７２を容易に取り付けるために、右側に拡張部分を有する。従って、本発明による好ましい解決策、すなわち第１及び第２の連結をモータ１０のそれぞれの側部に分割することと比較して、軸方向で空間がより多く必要とされる。

駆動シャフト１６及び伝達手段から分離された差動手段２０を有する、本発明による電気駆動システム１により、高／低駆動と差動駆動の分離が容易になる。

駆動シャフト１６及び伝達手段から分離された差動手段２０を有する、本発明による電気駆動システム１により、図３ａ〜ｂを参照して説明した差動ロックが容易になり、図３ｃを参照して前述したトルク誘導が容易になる。

駆動シャフト１６及び伝達手段から分離された差動手段２０を有する、本発明による電気駆動システム１は、有利には、パワーエレクトロニクス、電子制御ユニット、ハイブリッド駆動、ディーゼル電子駆動などと組み合わせてもよい。

駆動シャフト１６及び伝達手段から分離された差動手段２０を有する、本発明による電気駆動システム１は、電気モータ１０及びギヤの冷却装置、ギヤの潤滑剤、並びに回転部品を決定するためにリゾルバを備えてもよい。

駆動シャフト１６及び伝達手段から分離された差動手段２０を有する、本発明による電気駆動システム１は、例えば図４を参照して説明したハウジング９０に収容してもよく、前記電気駆動システム１は、モータ１０の車両など、モータ１０によって駆動されるユニットの駆動シャフト１６に集積してもよい。駆動シャフト１６は、固定してつるしても、振り子のようにつるしても、制動してもよい。

本発明による電気駆動システム１は、４輪駆動パワートレインの縦方向に配置してもよい。

駆動シャフト１６及び伝達手段から分離された差動手段２０を有する、本発明による電気駆動システム１は、モータ及びローギヤで構成される制御手段を使用するときに枢動回転させるために使用してもよい。

駆動シャフト１６及び伝達手段から分離された差動手段２０を有する、本発明による電気駆動システム１は、モータ及びローギヤで構成される制御手段を使用するときにトラクションコントロールするために使用してもよい。

太陽ギヤ７２、遊星ギヤセット７４及びキャリア７６、リングギヤ７８の上に、電気駆動システム１の駆動遊星ギヤ構成７０のリングギヤ７８をロックするための第１の連結アセンブリ８０が、電気モータ１０の右側に配置され、駆動遊星ギヤ構成７０の第２の連結アセンブリ８２が、電気モータ１０の左側に配置される。もちろん、この逆にすることもできる。

電気駆動システムは、それぞれのキャリア３６、４６の出力シャフトの速度を決定するためのセンサ手段を備える。前記センサ手段は、任意の適切な位置に配置してもよい。前記センサ手段は、一実施形態によれば、それぞれのキャリア３６、４６用のリゾルバである。

電気駆動システムは、回転子シャフトの速度及び位置を決定するための手段を備える。前記回転子シャフトの速度／位置決定手段は、リゾルバなどのセンサ部材から構成してもよい。

本発明の好ましい実施形態の前述の説明は、例示及び説明を目的としてなされたものである。これは、網羅的なものではなく、又は開示した厳密な形態に本発明を限定するものではない。明らかに、多くの修正形態及び変形形態が当業者に明白になるであろう。本発明の原理及びその実際の適用例をもっとも良好に説明するために、各実施形態を選択し説明したが、それにより、様々な実施形態について、また企図された特定の使用に適した様々な修正形態とともに、当業者は本発明を理解できるようになる。

Claims (17)

1. 駆動シャフト（１６）を回転させるように構成された電気モータ（１０）と、
   前記駆動シャフト（１６）に駆動するよう係合するとともに、前記駆動シャフト（１６）に対して回転可能な出力シャフト（５０）に駆動するよう係合する駆動遊星ギヤ構成（７０）と、
   前記出力シャフト（５０）の回転速度を変化させるための回転速度変更手段と
   を備える電気駆動システムにおいて、
   前記回転速度変更手段（８０、８２）が前記モータ（１０）の両側にそれぞれ配置されることを特徴とする、電気駆動システム。
2. 前記出力シャフト（５０）が前記駆動シャフト（１６）と実質的に整列されている、請求項１に記載の電気駆動システム。
3. 前記出力シャフト（５０）が前記駆動シャフト（１６）を通って延びている、請求項１又は２に記載の電気駆動システム。
4. 前記回転速度変更手段（８０、８２）が、前記駆動シャフト（１６）よりも遅い回転速度で前記出力シャフト（５０）が回転する第１の状態（Ｓ１）と、フリーホイール状態である第２の状態（Ｓ２）と、前記出力シャフト（５０）及び前記駆動シャフト（１６）が同じ回転速度で回転する第３の状態と、駆動が阻止された完全にロックアップした第４の状態との間で動作可能である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気駆動システム。
5. 前記回転速度変更手段（８０、８２）が、前記駆動遊星ギヤ構成（７０）のリングギヤ（７８）と係合するように動作可能な第１の連結アセンブリ（８０）を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気駆動システム。
6. 前記回転速度変更手段（８０、８２）が、前記駆動シャフト（１６）を前記出力シャフト（５０）に係合するように動作可能な第２の連結アセンブリ（８２）を備え、前記第２の連結アセンブリ（８２）が、前記第１の連結アセンブリ（８０）に対して前記モータ（１０）の反対側に配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気駆動システム。
7. 前記第２の連結アセンブリ（８２）がシフトアーム（８２ｂ）構成を備える、請求項６に記載の電気駆動システム。
8. 前記第２の連結アセンブリ（８２）がピストンを備える、請求項６又は７に記載の電気駆動システム。
9. 差動手段（２０）をさらに備え、
   前記作動手段（２０）が、
   第１の出力アセンブリ（５２）に駆動するように連結された第１の遊星ギヤ構成（３０）と、
   前記出力シャフト（５０）を介して前記第１の遊星ギヤ構成（３０）と駆動するように係合している第２の遊星ギヤ構成であって、第２の出力アセンブリ（５４）に駆動するように連結された第２の遊星ギヤ構成（４０）と、
   前記第１の遊星ギヤ構成（３０）と前記第２の遊星ギヤ構成（４０）との間に配置された前記モータ（１０）と
   を備え、
   前記第１の遊星ギヤ構成（３０）が前記第２の遊星ギヤ構成（４０）と協働して差動機能を実現するように構成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気駆動システム。
10. 前記駆動遊星ギヤ構成（７０）が、前記第１の遊星ギヤ構成（３０）と前記第２の遊星ギヤ構成（４０）との間に配置される、請求項９に記載の電気駆動システム。
11. 前記第１の遊星ギヤ構成（３０）のリングギヤ（３８）及び前記第２の遊星ギヤ構成（４０）のリングギヤ（４８）が、前記差動機能のための反転アセンブリ（２２）を介して係合される、請求項９又は１０に記載の電気駆動システム。
12. 前記反転アセンブリ（２２）が前記駆動シャフト（１６）から分離されたシャフト構成（２４）を備える、請求項１１に記載の電気駆動システム。
13. 前記反転アセンブリ（２２）が、前記シャフト構成を介して前記第１の遊星ギヤ構成（３０）のリングギヤ（３８）及び前記第２の遊星ギヤ構成（４０）のリングギヤ（４８）に連結された回転方向変更構成を備える、請求項１１又は１２に記載の電気駆動システム。
14. 前記差動手段（２０）を制御するための、前記反転アセンブリ（２２）と係合するように動作可能である制御手段（６０、６２、６４、６６）をさらに備える、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の電気駆動システム。
15. 前記制御手段（６０、６２、６４、６６）が、前記反転アセンブリ（２２）を制動するための連結構成（６２、６４）を備える、請求項１４に記載の電気駆動システム。
16. 前記制御手段がモータ（６６）を備える、請求項１４に記載の電気駆動システム。
17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の電気駆動システム（１）を備える、モータ駆動ユニット。

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