JP7086271B2

JP7086271B2 - 冷却作用を備えた電気駆動装置

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Publication number: JP7086271B2
Application number: JP2021506547A
Authority: JP
Inventors: アプゼンガーマーク; ルップヴァルデマー; ベスゲンマリオ; アイヒホルツドミニク; ザンダートビアス; シュマインクハンス－ヨアヒム; ツェアスコリン
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2038-10-04
Also published as: US11413946B2; US20210394600A1; WO2020069744A1; JP2021534355A; CN112449739A; CN112449739B; EP3861626A1

Description

本発明は、自動車を駆動するための電気駆動装置に関する。電気駆動装置は、自動車のための単独の駆動装置として働いても、または内燃機関に追加して設けられていてもよく、電気駆動装置と内燃機関とは、それぞれ独自にまたは一緒に重畳されて自動車を駆動することができる。

米国特許第８０４９３８４号明細書に基づいて、電気モータ、減速伝動装置、およびディファレンシャル伝動装置を備えた電気駆動装置が公知であり、電気モータ、減速伝動装置、およびディファレンシャル伝動装置は、１つのハウジング内に収容されている。ハウジングは、モータ用の第１のハウジング部分と伝動装置用の第２のハウジング部分とを含んでおり、両ハウジング部分は、フランジ接続部を介して互いに結合されている。第１のハウジング部分と電気モータとの間にはモータハウジングが配置されており、第１のハウジング部分とモータハウジングとの間には冷却周壁が形成されており、この冷却周壁を通して冷却剤が熱を搬出するために流れる。モータハウジング部分は、第１のハウジング部分と第２のハウジング部分との間に固定されている結合フランジを有している。

国際公開第２０１６０６６２１５号に基づいて、電気モータ、減速伝動装置、およびディファレンシャル伝動装置を備えた電気駆動装置が公知であり、電気モータ、減速伝動装置、およびディファレンシャル伝動装置は、１つのハウジングアセンブリ内に収容されている。電気モータは、回転駆動可能な中空軸を有しており、この中空軸は、減速伝動装置の伝動装置軸を回転駆動する駆動歯車を備えている。ディファレンシャル伝動装置の出力軸は、中空軸を貫いて延在しており、中空軸と出力軸との間には環状通路が形成されている。ハウジングアセンブリは、潤滑剤案内ジオメトリを有しており、この潤滑剤案内ジオメトリは、潤滑剤を環状通路の伝動装置側の開口に案内するように構成されており、これによって潤滑剤は、環状通路を通って電気モータの他方の端部に流れることができる。

国際公開第２０１５０５８７８８号に基づいて、電気駆動装置用の伝動装置アセンブリが公知である。伝動装置アセンブリは、１つの伝動装置ハウジング、複数の歯車、および１つの潤滑剤充填部を含んでいる。伝動装置アセンブリは、潤滑剤レベルの上に配置されていて伝動装置アセンブリの駆動時に第１の歯車の回転によって潤滑剤を充填可能な第１のリザーバと、潤滑剤レベルの上に配置されていて伝動装置アセンブリの駆動時に第２の歯車の回転によって潤滑剤を充填可能な第２のリザーバとを含んでいる。

電気駆動装置との関連における中心テーマは、熱特性である。電気機械および伝動装置は共に熱を生ぜしめ、この熱は、許容不能に高い温度を回避するため、ひいては長い耐用寿命を保証するために排出されねばならない。電気式の駆動システムは、種々様々な走行条件に持続的に耐えなくてはならない。このことは特に、平均的なトルクまたは高いトルクを有する低速運転での走行状況に対して、オフロード車両のために典型的な運転角度をもった比較的長い勾配での走行状況に対して、および車両が内燃機関によって比較的長い時間にわたって最高速で走行させられる高速走行状況に対して言える。

伝動装置のすべての回転する部材への潤滑剤の供給には、問題を伴うことが多い。上側に位置している軸および軸受における十分な潤滑および冷却を保証するためには、高い静的なオイルレベルを調節することが必要である。さもないと高いスプラッシュ損失が生じることになり、このことによってさらに、循環している比較的大きなオイル量によって、高められた熱形成が生じることになる。

ゆえに、本発明の根底にある課題は、回転する駆動部分の確実な冷却および潤滑を保証し、ひいては長い耐用寿命を有する、電気機械および伝動装置を備えた電気駆動装置を提供することである。

解決のためには、自動車を駆動するための電気駆動装置であって、ハウジングアセンブリと、中空軸として形成されたモータ軸を備えた電気機械であって、モータ軸を回転軸線を中心にして回転駆動可能である電気機械と、１つの太陽歯車、１つの中空歯車、複数の遊星歯車、および１つの遊星キャリアを備えた遊星歯車伝動装置であって、太陽歯車が中空軸によって回転軸線を中心にして回転駆動可能であり、中空歯車がハウジングアセンブリ内に相対回動不能に保持されている、遊星歯車伝動装置と、１つの入力部分および２つの出力部分を備えた出力分岐ユニットとを含んでおり、入力部分は、遊星キャリアに結合されていて、遊星キャリアと一緒に回転軸線を中心にして回転し、２つの出力部分のうちの一方の出力部分が、電気機械の中空軸を貫いて延在している中間軸に結合されており、ハウジングアセンブリは、モータ側の第１のハウジング部分、伝動装置側の第２のハウジング部分、および第１のハウジング部分と第２のハウジング部分との間に配置されている中間ハウジング部分を有しており、中間ハウジング部分は、モータ室と伝動装置室とを互いに空間的に隔てている中間壁を有しており、伝動装置室内に潤滑剤が収容されており、中間ハウジング部分は、中間壁と一体に形成されていて、中間壁から軸方向で第１のハウジング部分の外側の周壁区分内に延在しているモータ側の周壁区分と、中間壁から軸方向で第２のハウジング部分の方向に延在していて、この第２のハウジング部分に少なくとも間接的に結合されている伝動装置側の周壁区分とを有しており、モータ側の周壁区分の外面と第１のハウジング部分の内面との間に、冷却剤の通流のためのシールされた中空室が形成されている、電気駆動装置が提案される。

電気駆動装置は、好適に確実に潤滑かつ冷却され、もしくは許容不能に高い温度が回避される。中間ハウジング部分は、電気駆動装置のモータ区分と伝動装置区分との間の熱的なブリッジを形成する。中間ハウジング部分は、２つの機能を満たしており、つまり中間ハウジング部分は、電気機械の伝動装置ハウジングの一部と、同時にモータハウジングの一部とを形成している。このようにしてハウジングアセンブリの接触箇所の数が全体として僅かになり、このことは好適な熱特性のみならず、構造寸法および重量にも好適に作用する。中間ハウジング部分の伝動装置側の区分は、伝動装置の潤滑剤からの熱を吸収し、この熱は、中間ハウジング部分の一体構成によってモータ側の周壁区分に伝達される。中間ハウジング部分のモータ側の周壁区分は、第１のハウジング部分の周壁区分の内部に配置されている。このように構成されていると、中間ハウジング周壁区分は、特に効果的に電気モータから作動時に発生する熱を吸収し、中空室を通って流れるモータ冷却剤に放出することができる。電気機械の周壁の冷却は、水または水・グリコール混合物のような通常の冷却剤によって行うことができる。外周壁と内周壁との間に形成された中空室は、例えばメアンダ形状またはコイル形状の案内構造を有していてよく、これによって大きな熱量を搬出することができる。中間ハウジング部分は、例えばフランジ接続部を用いて第２のハウジング部分に直接結合されていても、または間に介在させられた別のハウジング部分を介して間接的に結合されていてもよい。

中間ハウジング部分が軸方向で伝動装置とのオーバラップ領域内に大きく延在していることによって、中間壁および伝動装置側の周壁区分に噴射される、伝動装置内において循環する潤滑剤もまた、作動時に効果的に冷却される。中間ハウジング部分は、中間壁および周壁区分において、中間壁および周壁区分に接触する伝動装置潤滑剤によって熱を吸収し、吸収された熱は次いで、モータ側の周壁区分を介してモータ冷却装置に排出される。全体として、特に効果的な冷却作用とコンパクトな構造形式とを有する電気駆動装置を得ることができ、このような電気駆動装置は、相応に長い耐用寿命を有している。電気駆動装置の始動時における別の利点としては、伝動装置のための潤滑剤が、電気モータによって迅速に加熱される中間壁および伝動装置周壁区分との接触によって、極めて迅速に運転温度になるということがある。このことは、電気駆動装置の効率に好適に作用する。ハウジング部分のうちの少なくとも１つの、複数の、またはすべてのハウジング部分のための材料としては、例えば金属もしくは金属材料製の合金を、例えばアルミダイカスト鋳物のような軽金属を使用することができるが、材料はこれに制限されるものではない。

伝動装置潤滑剤の特に良好な熱排出は、伝動装置側の中間ハウジング部分の表面積が可能な限り大きい場合に生ぜしめられる。好ましくは、中間ハウジング部分の、作動時に伝動装置潤滑剤に接触する内側の表面は、内部に潤滑剤が収容されていて伝動装置室を取り囲むハウジング部分の内側の表面全体の少なくとも３０％、特に少なくとも４０％、場合によっては内側の伝動装置室表面全体の５０％、または５０％を超える割合を形成している。

１つの実施形態によれば、中間ハウジング部分の伝動装置側の周壁区分は、軸方向で、太陽歯車が遊星歯車と歯列係合している係合平面を越えて延在している。このように構成されていると、遊星キャリアおよびその中に回転可能に支持されている遊星歯車の回転によって、駆動歯車を備えた歯列平面において周囲にはね飛ばされる潤滑剤は、冷却される中間ハウジング部分の周壁区分に向かって遠心力によって吹き飛ばされ、そこで迅速かつ効果的に熱を放出することができる。特に、伝動装置側の周壁区分の軸方向長さは、モータ側の周壁区分の軸方向長さの少なくとも０．１５倍、特に少なくとも０．２倍であってよい。このように構成されていると、伝動装置側の周壁区分は特に大きく遊星キャリアを越えて突出し、これによって周壁区分が潤滑剤と接触しかつ相応に熱を排出することができる表面は、相応に大きくなる。

１つの実施形態によれば、中間ハウジング部分は、ハウジングアセンブリの上側の半部にオイル捕集室を有していてよく、このオイル捕集室は、少なくとも部分的に遊星歯車と軸方向でオーバラップしている。遊星キャリアの回転時に遊星歯車から周囲に噴射される潤滑剤を、オイル捕集室内に一時的に貯えることができ、相応の通路および／または潤滑剤案内部を介して離れて位置しているハウジング区分に案内することができる。上側のハウジング半部という記載は、この文脈において電気モータの組付け状態に関連しており、特に、ハウジングの、回転軸線を含む水平平面の上に位置しているハウジング半部を意味している。

択一的にまたは補足的に、第２のハウジング部分は、下側のハウジング半部内に中間室を有していてよく、この中間室は、伝動装置室の最も深い集合箇所の上に位置している。中間室は特に、作動時に潤滑剤が中間室内に達しそこで一時的に貯えられるように配置されかつ構成されている。このように構成されていると、動的な潤滑剤レベル、つまり電気駆動装置の作動時に生じるレベルは、特に低く保たれる。これによって作動時に発生するスプラッシュ損失が僅かに保たれ、このことはまた好適に熱発生を低減する。

１つの実施形態によれば、遊星キャリアと出力分岐ユニットの入力部分とは、キャリア要素とも呼ぶことができる１つの共通の構造ユニットとして形成されていてよい。このとき特に、キャリア要素の第１の端部が、第１の軸受を用いて中間ハウジング部分に回転可能に支持されており、キャリア要素の第２の端部が、第２の軸受を用いて第２のハウジング部分に回転可能に支持されていることが提案されている。キャリア要素は、ケース形状に形成されていてよく、遊星歯車および出力分岐ユニットの部分は、キャリア要素内に収容されていてよい。キャリア要素は、第１の可能性によれば、例えば焼結のような変形プロセスによって一体に製造されていてよく、または第２の可能性によれば、例えば溶接またはねじ結合を用いて後で互いに結合される複数の別体の部分から製造されていてよい。さらに伝動装置側の流体通路が設けられていてよく、この流体通路は、オイル捕集室を、キャリア要素の、離れて位置している軸受に流体接続している。

１つの実施形態によれば、中間軸は、その離れて位置している端部で、軸受を用いて第１のハウジング部分のスリーブ付設部に回転可能に支持されている。このとき特に流体通路が設けられており、この流体通路は、軸受を潤滑するためにオイル捕集室を第１のハウジング部分のスリーブ付設部に流体接続している。この通路は、例えば潤滑剤管路によって形成されていてよく、この潤滑剤管路は、ハウジングの外側において、ハウジングの端部における所望の軸受箇所に通じている。このとき特に、オイル捕集室に対応配置された開口が、軸受箇所に対応配置された開口よりも高いレベルに位置していることが提案されており、このように構成されていると、潤滑剤を単に重力に基づいて、オイル捕集室から離れて位置している開口に流すことができる。

好ましくは、伝動装置区分の端部側の軸受箇所およびモータ区分の端部側の軸受箇所は、オイル捕集室に流体接続されている。この構成は、電気駆動装置の、離れて位置していて回転しかつシールする部分の確実な潤滑にも貢献する。

内側に位置している軸受箇所、すなわち中間壁における中空軸の軸受およびキャリア要素の軸受は、互いに軸方向でオーバラップして配置されていてよく、このように構成されていると、コンパクトな構造寸法が得られる。中間壁はスリーブ付設部を有していてよく、中空軸のための軸受は、スリーブ付設部の内側の軸受座に、かつキャリア要素のための軸受は、外側の軸受座に設けられている。

モータ中空軸とこのモータ中空軸を貫いて延在している中間軸との間には、環状室が形成されており、この環状室を通って潤滑剤は、中間軸および中空軸のための軸受の、離れて位置している領域から、再び伝動装置室内に戻り流れることができる。中空軸は、好ましくは円錐形の内面を備えた第１の端区分を有しており、円錐形の内面は、中空軸と中間軸との間の環状開口から軸方向において拡大している。中空軸の内部円錐形の構成によって、開口領域から中空軸内への、かつ中空軸の内部において中間壁もしくは伝動装置室の方向への潤滑剤のための搬送作用が生ぜしめられる。これによって全体として、電気駆動装置における回転しかつシールするすべての部分を確実に潤滑かつ冷却する潤滑剤回路が生ぜしめられる。中空軸の円錐形の内面は、環状開口を起点として、特に第１の軸受の後ろに至るまで延在していてよい。さらなる経過において中空軸は、駆動歯車が設けられている反対側の端区分に至るまで等しいままの内径を有していてもよい。

可能な構成によれば、太陽歯車は、結合区分で中空軸内に差し込まれていて、軸歯列（スプライン）を介して中空軸に相対回動不能に結合されている。軸歯列は、通流する潤滑剤によって潤滑され、これによって嵌合腐食が阻止される。

１つの実施形態によれば、電気機械は、中間ハウジング部分のモータ側の周壁区分に相対回動不能に結合されていて、特にモータ側の周壁区分の内周面に接触しているステータと、中空軸に相対回動不能に結合されているロータとを有している。電気機械のステータが中間ハウジング部分の周壁区分に直接結合されていることによって、熱を特に効果的に電気モータから周壁区分に排出することができ、この周壁区分はさらに冷却剤によって冷却される。

可能な具体例によれば、電気機械は、誘導機械とも呼ばれる非同期機械の形態で形成されていてよい。非同期機械は頑丈であり、単純な構造を有していて、かつ比較的安価であるという利点を有している。非同期機械は、高回転数および高温時において作動することができる。インバータは、電気機械の如何なる任意の回転数時にも、つまり任意の車両速度においても遮断することができる。非同期機械の遮断された状態において、電圧はもはやコイルに印加されず、これによって切離しクラッチのような別体の遮断ユニットを省くことができる。しかしながらまた同期機械、つまり持続的に励起される電気機械の使用も可能であり、このような場合には、好ましくは切離しクラッチが出力経路内に設けられている。電気機械によって最大に生ぜしめることができるトルクは、例えば２００Ｎｍを超えるトルク、特に約２５０Ｎｍであってよい。最大のモータ回転数は、例えば１２，０００ｒｐｍ、特に１５，０００ｒｐｍを超える回転数であってよい。

第１の実施形態によれば、出力分岐ユニットは、ディファレンシャル伝動装置として形成されていてよく、遊星キャリアに結合された入力部分は、ディファレンシャルケースとして、２つの出力部分は、サイドシャフト歯車として形成されている。ディファレンシャル伝動装置は、導入された回転運動を両サイドシャフト歯車に分割し、両サイドシャフト歯車の間において調整作用が行われる。

択一的な第２の実施形態によれば、出力分岐ユニットは、デュアルクラッチユニットとして形成されていてよく、遊星キャリアに結合された入力部分はクラッチドラムとして、２つの出力部分はクラッチハブとして形成されている。この構成では、クラッチを個々に無段階式に操作することができるので、それぞれ伝達可能なトルクを、必要に応じて調節することができる。この機能は、アクティブなモーメント分割もしくは「トルクベクトリング」とも呼ばれる。

１つの実施形態によれば、遊星歯車伝動装置ユニットは、８～１２の全変速比（ｉ）を、特に９～１１の全変速比（ｉ）を有しており、すなわち遊星キャリアの回転数は、電気モータの回転数の１／８～１／１２である。

可能な具体例によれば、遊星歯車伝動装置の遊星歯車は、二重遊星歯車として形成されていてよく、それぞれ、中空軸の駆動歯車と係合している第１の遊星歯車歯列と、中空歯車と係合している第２の遊星歯車歯列とを有していてよい。好ましくは、遊星歯車の歯列はそれぞれ、斜歯歯列として形成されていて、つまり特に、太陽歯車から第１の遊星歯車歯列に作用する軸方向力と、中空歯車から第２の遊星歯車歯列に作用する軸方向力とが、互いに逆向きに方向付けられているように構成されている。このように構成されていると、摩擦損失および軸受に作用する力は僅かである。

１つの実施形態によれば、中空歯車は、第２のハウジング部分に、軸方向で第２のハウジング部分にねじ込まれているねじを用いて結合されていてよい。伝動装置室内において周囲に噴射される潤滑剤のスプラッシュ損失を低減するためには、ねじのねじ頭が、少なくとも大部分、特に完全に、中空歯車の包絡線内に位置していることが好適である。

次に、図面を参照しながら好適な実施例について説明する。

本発明に係る電気駆動アセンブリを示す縦断面図である。図１に示された電気駆動アセンブリを、部分的に断面して斜め前から見て示す斜視図である。図１に示された電気駆動アセンブリを、斜め後ろから見て示す斜視図である。図１に示された電気駆動アセンブリを、図１のＩＶ－ＩＶ線に沿って断面して示す横断面図である。図１に示された電気駆動アセンブリの潤滑剤供給部を、断面して示す拡大詳細図である。図１に示された電気駆動アセンブリの潤滑剤供給部を、断面して示す別の拡大詳細図である。

図１～図６については、以下において一緒に記載する。図１～図６には、略して電気駆動装置とも呼ぶことができる本発明に係る電気駆動アセンブリ２が示されている。電気駆動アセンブリ２は、電気機械３、電気機械３に駆動結合されている遊星歯車伝動装置４、および遊星歯車伝動装置４から導入された回転運動を電気駆動アセンブリ２の２つの出力部分６，７に分配するための出力分岐ユニット５を含んでいる。電気機械３、遊星歯車伝動装置４、および出力分岐ユニット５は、略してハウジングとも呼ぶことができるハウジングアセンブリ８内に収容されている。

電気機械３は、自動車の駆動軸を駆動するための駆動源として働く。電気機械３の制御は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）を組み込んだ、パルスインバータのような出力電子機器を用いて行われる。給電のために電気機械３は、バッテリ（図示せず）に接続することができる。電気機械３は、ハウジング８に不動に結合されているステータ２１と、トルク伝達のためのモータ軸１０に不動に結合されているロータ２２とを有している。電気機械３は、本実施例では非同期機械の形態で形成されており、同期機械を使用することも可能である。

モータ軸１０は、中空軸として形成されていて、第１の軸受１１および第２の軸受１２を用いて回転軸線Ａを中心にして回転可能にハウジング８内に支持されていて、かつロータ２２によって回転駆動可能である。モータ軸１０の、伝動装置４に向けられた端部には、駆動部分１３が設けられており、この駆動部分１３は、軸結合部１４（スプライン）を介して中空軸１０に相対回動不能に結合されていて、遊星歯車伝動装置４に回転運動を伝達するために働く。遊星歯車伝動装置４は、駆動部分１３と一体に形成されている１つの太陽歯車１５、ハウジング８に相対回動不能に結合されている１つの中空歯車１６、複数の遊星歯車１７、および遊星歯車１７が回転可能に支持されていて遊星歯車１７と一緒に公転する１つの遊星キャリア１８を含んでいる。

本実施形態では、遊星歯車伝動装置ユニット４は９～１１の全変速比ｉを有しているが、変速比はこれに制限されるものではない。そのために遊星歯車１７は、二重遊星歯車として形成されており、太陽歯車１５に係合しているそれぞれ１つの第１の遊星歯車歯列４７と、中空歯車１６に係合しているそれぞれ１つの第２の遊星歯車歯列４８とを有している。遊星歯車１７の遊星歯車歯列４７，４８は、それぞれ斜歯歯列として形成されており、これによって太陽歯車１５から第１の遊星歯車歯列４７に作用する軸方向力と、中空歯車１６から第２の遊星歯車歯列４８に作用する軸方向力とは、互いに逆向きに方向付けられている。

中空歯車１６は、ハウジング８のハウジング部分３２にねじ４９を用いて結合されており、これらのねじ４９は、軸方向でハウジング部分３２にねじ込まれている。中空歯車１６は、ねじ頭の領域に凹部を有しているので、ねじ頭は、組み付けられた状態において中空歯車１６の側壁とほぼ面一を成している。これによってねじ頭の領域における渦流によるスプラッシュ損失を阻止することができる。

遊星キャリア１８は、出力分岐ユニット５の入力部分１９に不動に結合されているので、遊星キャリア１８と出力分岐ユニット５とは一緒に回転軸線Ａを中心にして回転する。出力分岐ユニット５は、本実施例では、ディファレンシャル伝動装置として形成されており、このディファレンシャル伝動装置は、入力部分１９としての１つのディファレンシャルケース、ディファレンシャルケース１９と一緒に公転する複数のディファレンシャル歯車２０、およびディファレンシャル歯車２０と噛み合っている、出力部分６，７としての２つのサイドシャフト歯車を有している。ディファレンシャル伝動装置５は、導入された回転運動を両サイドシャフト歯車６，７に分割し、両サイドシャフト歯車６，７の間において調整作用が生じる。遊星キャリア１８と、ディファレンシャルキャリアとも呼ぶことができるディファレンシャルケース１９とは、本実施例では一体に形成されており、このように形成された部材は一緒にキャリア要素５０とも呼ばれる。

両サイドシャフト歯車６，７の一方のサイドシャフト歯車（６）には、中間軸２３が相対回動不能に結合されており、これによってトルクを、他方の端部で中間軸２３に結合すべきサイドシャフト（図示せず）に伝達することができる。中間軸２３は、中空軸１０を貫いて延在しており、中間軸２３と中空軸１０との間には、２つの端部側の開口を備えた環状室２４が形成されている。第２のサイドシャフト歯車７には、所属の第２の車輪にトルクを伝達するための第２のサイドシャフト（図示せず）が結合される。回転しかつシールする部分を潤滑するために、遊星・ディファレンシャル伝動装置を含む伝動装置ユニットのために潤滑剤２５が設けられている。

本実施例の電気駆動アセンブリ２は、冷却および潤滑に関して特別の構成を有しており、これについては後で詳しく述べる。

電気駆動装置２のハウジングアセンブリ８は、電気機械３のための収容室を形成している第１のハウジング部分３１、内部に伝動装置ユニット４，５が少なくとも部分的に収容されている第２のハウジング部分３２、および両端部側のハウジング部分３１，３２の間に配置されている中間ハウジング部分３３を含んでいる。特に図１において認識できるように、中間ハウジング部分３３は中間壁３４を有しており、この中間壁３４は、モータ室３５と伝動装置室３６とを互いに空間的に隔てている。モータ室３５は、乾燥しており、つまり潤滑剤フリーであり、かつ外方に向かって相応のシール部材２６，２７，２８，２９を用いてシールされており、これに対して伝動装置室３６は潤滑剤２５によって満たされている。

中間ハウジング部分３３は、中間壁３４から軸方向で第１のハウジング部分３１内に延在しているモータ側の周壁区分３７、および中間壁３４から軸方向で第２のハウジング部分３２の方向に延在していて第２のハウジング部分３２にフランジ接続部３９を介して結合されている伝動装置側の周壁区分３８を含んでいる。モータ側の周壁区分３７、中間壁３４、および伝動装置側の周壁区分３８は、一体に形成されているので、これらの区分は熱伝導的に互いに接続している。外側の周壁区分４２の内面４１とモータ側の周壁区分３７の外面４３との間には、通流する冷却剤のための、シールされた環状の中空室４４が形成されている。外周壁４２と内周壁３７との間に形成された中空室４４は、表面積を増大させる案内構造を、例えばメアンダ形状の構造を有していてよく、これによって周壁部分４２，３７の大きな熱量を、通流する冷却剤によって吸収して搬出することができる。周壁３７，４２を冷却するためには、水・グリコール混合物のような汎用の冷却剤を使用することができる。図２において両接続部４５，４５’を認識することができ、両接続部４５，４５’を通して冷却剤は、周壁内に流入し、また周壁内から再び流出する。

中間ハウジング部分３３は、特に、中間ハウジング部分３３の、伝動装置室３６を画定している表面５１であって、作動時に内部において周囲に噴射される潤滑剤と接触する表面５１が、伝動装置室３６の内側の表面全体の少なくとも３０％、好ましくは表面の少なくとも４０％を成すように構成されている。特に図１において認識できるように、ハウジング部分３３の伝動装置側の周壁区分３８は、軸方向で、太陽歯車１５が遊星歯車１７と歯列係合している歯列平面Ｅを越えて延在している。伝動装置側の周壁区分３８の軸方向長さは、例えば、モータ側の周壁区分３７の軸方向長さの少なくとも０．１５倍、特に少なくとも０．２倍であってよい。このように構成されていると、伝動装置側の周壁区分は特に遊星キャリア１８の大部分を覆うように突出しており、これによって内側の表面５１を介して多くの熱を、内側の表面５１に接触する潤滑剤２５によって吸収し、モータ側の周壁区分３７を介してモータ冷却剤に放出することができる。

中間ハウジング部分３３は、ハウジングの上側の半部にオイル捕集室５２を有しており、このオイル捕集室５２内には、遊星キャリア１８もしくは遊星歯車１７によって周囲にはね飛ばされる冷媒２５を、一時的に貯えることができる。オイル捕集室５２は、遊星歯車１７と軸方向でオーバラップして配置されており、これによって遊星キャリア１８の回転時には可能な限り多くの潤滑剤が室５２内に達する。潤滑剤の流れ方向Ｆは、図において矢印で示されており、例として矢印のうちの幾つかにだけ符号Ｆが付されている。

離れて位置している回転する軸受およびシール部材のパッシブな潤滑剤供給も行われている。電気駆動装置２のモータ側の端部に位置している軸受５２およびシール部材５３，５４への潤滑剤供給のために、潤滑剤管路５５が、オイル捕集室５２から第１のハウジング部分３１の底部側のスリーブ付設部５８に通じている。特に図３において認識できるように、潤滑剤管路５５はハウジング８の外側においてスリーブ付設部５８に通じている。オイル捕集室５２に対応配置された端部は、管路５５の、スリーブ付設部５８に対応配置された端部よりも高いレベルに位置しており、これによって潤滑剤２５は、重力に基づいて、オイル捕集室５２から、スリーブ付設部５８における離れて位置している開口に流れることができる。潤滑剤管路５５の開口は、軸シールリング５３と軸受５２との間に配置されている。軸シールリング５３と軸受５２との間から潤滑剤２５は、軸受５２の下において通流開口５６を介して、中空軸１０と中間軸２３との間の開口領域５７内に達する。

開口５７から潤滑剤２５は環状室２４内に達し、環状室２４内において、中空軸１０の、中間壁３４において支持されている他方の端部に流れ、そこで伝動装置室３６内において再び流出する。特に図６において認識できるように、中空軸１０はその端区分６０に円錐形の内面６１を有しており、この内面６１は、中空軸１０と中間軸２３との間の環状開口５７から軸方向において拡大している。中空軸１０の円錐形の内面６１は、開口領域５７から中空軸内への、かつ中空軸の内部において伝動装置室３６の方向への潤滑剤２５のための搬送作用を生ぜしめる。このとき潤滑剤２５の少なくとも部分量は、中空軸１０と駆動部分１３との間の軸歯列１４を通過し、これによって軸歯列１４は潤滑され、嵌合腐食（Passungskorrosion）が阻止される。中空軸１０の伝動装置側の開口５９において潤滑剤は再び伝動装置室３６内に達し、これによって全体としてパッシブな潤滑剤回路が生ぜしめられ、この潤滑剤回路によって電気駆動装置２におけるすべての回転しかつシールする部分を、確実に潤滑かつ冷却することができる。

伝動装置ユニットの、離れて位置している部分を潤滑するために、流体通路６２が設けられており、この流体通路６２は、オイル捕集室５２を第２のハウジング部分３２の軸受兼シール区分に流体接続している。流体通路６２の開口６３は、軸方向でキャリア要素１９の軸受６５とオイルシール６４との間に配置されている。

第２のハウジング部分３２の下側のハウジング半部内には、中間室６６が設けられており、この中間室６６内には、電気駆動装置２の作動時に潤滑剤２５が貯えられる。中間室６６は、伝動装置室３６の最も深い集合箇所６７の上に位置している。室６６は、作動時に潤滑剤のための追加的な容積を提供するので、動的な潤滑剤レベルは低く位置していて、スプラッシュ損失が僅かに保たれる。潤滑剤量は、僅かであり、特に、動的な潤滑剤レベルＰが遊星歯車１７の軸受７１の下に、好ましくは中空歯車１６と遊星歯車１７の比較的小さな歯列区分４８との歯列係合の領域にほぼ位置するように設定されている。このように構成されていると、潤滑剤溜めの温度が低く保たれる。潤滑剤は、例えば１００℃において１０ｍｍ^２／ｓ未満の、特に８ｍｍ^２／ｓ未満の低い粘性を有していてよい。このことは、僅かなスプラッシュ損失に好適に貢献する。

さらに、キャリア要素５０には案内金属薄板６８が設けられており、これによって潤滑剤２５は、室６９から、キャリア要素５０に固定されたピン７２に回転可能に支持されている遊星歯車１７の軸受箇所７１のための給油通路７０内に達することができる。ディファレンシャルケース１９の内部に位置している歯車２０を潤滑するために、伝動装置ハウジング３２は、キャリア要素５０の上に滴下形状部７３を有しており、この滴下形状部７３から潤滑剤は、ディファレンシャルキャリア１９の周囲に分配された開口内に滴下することができる。

中間壁３４は、キャリア要素５０および中空軸１０のための軸受箇所を有している。特に中間壁３４は、半径方向内側に位置している端部にスリーブ区分４０を有しており、中空軸１０のための軸受１２は内側の軸受座に配置されていて、キャリア要素５０のための軸受３０はスリーブ区分４０の外側の軸受座に配置されている。キャリア要素５０の軸受３０と中空軸１０の軸受１２とは、部分的に軸方向で互いにオーバラップしているので、これによって軸方向におけるコンパクトな構造寸法が得られる。

全体として電気駆動装置２は、電気モータ３と伝動装置ユニット４，５との同軸的な配置形式によってコンパクトな構造を有している。中間ハウジング部分３３が伝動装置ユニット４，５とモータユニットとの間の熱的なブリッジを形成しているというハウジング８の構成によって、効果的な熱排出、ひいては電気駆動装置の長い耐用寿命が保証される。単に電気モータ３の記載されたステータ冷却だけが、伝動装置のためのただ１つの熱交換器として必要である。外部において駆動可能なポンプによるアクティブな冷却もしくは潤滑は、省くことができる。したがってそれどころかこの構造は、同期機械よりも高い損失を生ぜしめる誘導式の電気機械の使用をも可能にする。

２電気駆動アセンブリ
３電気機械
４遊星歯車伝動装置
５出力分岐ユニット
６出力部分
７出力部分
８ハウジングアセンブリ
１０モータ軸
１１，１２軸受
１３駆動部分
１４軸結合部
１５太陽歯車
１６中空歯車
１７遊星歯車
１８遊星キャリア
１９入力部分／ディファレンシャルキャリア
２０ディファレンシャル歯車
２１ステータ
２２ロータ
２３中間軸
２４環状室
２５潤滑剤
２６～２９シール部材
３０軸受
３１第１のハウジング部分
３２第２のハウジング部分
３３中間ハウジング部分
３４中間壁
３５モータ室
３６伝動装置室
３７第１の周壁区分（３３）
３８第２の周壁区分（３３）
３９フランジ接続部
４０スリーブ区分
４１内面
４２周壁区分（３１）
４３外面
４４中空室
４５，４５’ 接続部
４６軸受
４７，４８遊星歯車歯列
４９ねじ
５０キャリア要素
５１表面（３３）
５２オイル捕集室
５３，５４シール部材
５５潤滑剤管路
５６通流開口
５７開口領域
５８スリーブ付設部
５９開口
６０端区分
６１内面
６２流体通路
６３開口
６４軸受
６５オイルシール
６６中間室
６７集合箇所
６８案内金属薄板
６９室
７０給油通路
７１軸受箇所
７２ピン
７３滴下形状部
Ａ回転軸線
Ｅ平面
Ｆ流れ方向
Ｐ動的な潤滑剤レベル
ｉ変速比

Claims

自動車を駆動するための電気駆動装置であって、
ハウジングアセンブリ（８）と、
中空軸（１０）として形成されたモータ軸を備えた電気機械（３）であって、前記モータ軸を回転軸線（Ａ）を中心にして回転駆動可能である電気機械（３）と、
１つの太陽歯車（１５）、１つの中空歯車（１６）、複数の遊星歯車（１７）、および１つの遊星キャリア（１８）を備えた遊星歯車伝動装置（４）であって、前記太陽歯車（１５）が前記中空軸（１０）によって前記回転軸線（Ａ）を中心にして回転駆動可能であり、前記中空歯車（１６）が前記ハウジングアセンブリ（８）内に相対回動不能に保持されている、遊星歯車伝動装置（４）と、
１つの入力部分（１９）および２つの出力部分（６，７）を備えた出力分岐ユニット（５）と
を含んでおり、
前記入力部分（１９）は、前記遊星キャリア（１８）に結合されていて、前記遊星キャリア（１８）と一緒に前記回転軸線（Ａ）を中心にして回転し、
前記２つの出力部分（６，７）のうちの一方の出力部分が、前記電気機械（３）の前記中空軸（１０）を貫いて延在している中間軸（２３）に結合されており、
前記ハウジングアセンブリ（８）は、モータ側の第１のハウジング部分（３１）、伝動装置側の第２のハウジング部分（３２）、および前記第１のハウジング部分（３１）と前記第２のハウジング部分（３２）との間に配置されている中間ハウジング部分（３３）を有しており、前記中間ハウジング部分（３３）は、モータ室（３５）と伝動装置室（３６）とを互いに空間的に隔てている中間壁（３４）を有しており、前記伝動装置室（３６）内に潤滑剤（２５）が収容されている、
電気駆動装置において、
前記中間ハウジング部分（３３）は、前記中間壁（３４）と一体に形成されていて、前記中間壁（３４）から軸方向で前記第１のハウジング部分（３１）の外側の周壁区分（４２）内に延在しているモータ側の周壁区分（３７）と、前記中間壁（３４）から軸方向で前記第２のハウジング部分（３２）の方向に延在していて、該第２のハウジング部分（３２）に少なくとも間接的に結合されている伝動装置側の周壁区分（３８）とを有しており、
前記モータ側の周壁区分（３７）の外面（４３）と前記第１のハウジング部分（３１）の内面（４１）との間に、冷却剤の通流のためのシールされた中空室（４４）が形成されている
ことを特徴とする、電気駆動装置。
前記伝動装置室（３６）において前記中間ハウジング部分（３３）の内側の表面（５１）が、前記伝動装置室（３６）を取り囲む前記ハウジング部分の内側の表面全体の少なくとも３０％を形成している、請求項１記載の電気駆動装置。
前記中間ハウジング部分（３３）の前記伝動装置側の周壁区分（３８）は、軸方向で、前記太陽歯車（１５）が前記遊星歯車（１７）と歯列係合している係合平面（Ｅ）を越えて延在しており、
前記伝動装置側の周壁区分（３８）の軸方向長さが、前記モータ側の周壁区分（３７）の軸方向長さの少なくとも０．１５倍である、請求項１または２記載の電気駆動装置。
前記中間ハウジング部分（３３）は、前記ハウジングアセンブリ（８）の上側の半部にオイル捕集室（５２）を有しており、該オイル捕集室（５２）は、少なくとも部分的に前記遊星歯車（１７）と軸方向でオーバラップしており、前記遊星キャリア（１８）の回転時に前記遊星歯車（１７）から周囲にはね飛ばされる冷却剤が、前記オイル捕集室（５２）内に一時的に貯えられ、
前記遊星キャリア（１８）と前記出力分岐ユニット（５）の前記入力部分（１９）とは、互いに不動に結合されていて、キャリア要素（５０）を形成しており、前記キャリア要素（５０）の第１の端部が、第１のキャリア軸受（３０）を用いて前記中間ハウジング部分（３３）に回転可能に支持されており、前記キャリア要素（５０）の第２の端部が、第２のキャリア軸受（６５）を用いて前記第２のハウジング部分（３２）に回転可能に支持されており、
伝動装置側の流体通路（６２）が設けられていて、該流体通路（６２）は、前記オイル捕集室（５２）を前記第２のキャリア軸受（６５）に流体接続しており、
前記中間軸（２３）は、軸受（４６）を用いて前記第１のハウジング部分（３１）のスリーブ付設部（５８）に回転可能に支持されており、
モータ側の流体通路（５５）が設けられていて、該流体通路（５５）は、前記軸受（４６）を潤滑するために前記オイル捕集室（５２）を前記第１のハウジング部分（３１）の前記スリーブ付設部（５８）に流体接続している、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気駆動装置。
前記第２のハウジング部分（３２）は、下側のハウジング半部内に中間室（６６）を有していて、該中間室（６６）は、前記伝動装置室（３６）の最も深い集合箇所（６７）の上に位置しており、当該電気駆動装置の作動時に、潤滑剤（２５）が前記中間室（６６）内に一時的に貯えられる、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気駆動装置。
前記中間壁（３４）は、前記中空軸（１０）の軸受（１２）のための内側の軸受座と前記キャリア要素（５０）の前記第１のキャリア軸受（３０）のための外側の軸受座とを備えたスリーブ区分（４０）を有しており、前記中空軸（１０）の前記軸受（１２）と前記キャリア要素（５０）の前記第１のキャリア軸受（３０）とは、互いに少なくとも部分的に軸方向でオーバラップしている、請求項４記載の電気駆動装置。
前記電気機械（３）は、前記中間ハウジング部分（３３）の前記モータ側の周壁区分（３７）に相対回動不能に結合されているステータ（２１）と、前記中空軸（１０）に相対回動不能に結合されているロータ（９）とを有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の電気駆動装置。
前記中空軸（１０）は、円錐形の内面（６１）を備えた第１の端区分（６０）を有していて、前記円錐形の内面（６１）は、前記中空軸（１０）と前記中間軸（２３）との間の環状開口（５７）から軸方向において拡大しており、
前記円錐形の内面（６１）は、前記環状開口（５７）を起点として延在しており、
前記太陽歯車（１５）は、前記中空軸（１０）内に差し込まれていて軸歯列（１４）を用いて前記中空軸（１０）に相対回動不能に結合されている結合区分を有しており、前記軸歯列（１４）は、通流する前記潤滑剤によって潤滑される、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気駆動装置。
前記出力分岐ユニット（５）は、ディファレンシャル伝動装置として形成されており、前記遊星キャリア（１８）に結合された前記入力部分（１９）は、ディファレンシャルケースとして、前記２つの出力部分（６，７）は、サイドシャフト歯車として形成されており、
前記遊星歯車伝動装置（４）の前記遊星歯車（１７）は、二重遊星歯車として形成されていて、それぞれ、前記太陽歯車（１５）と噛み合う第１の遊星歯車歯列（４７）と、前記中空歯車（１６）と噛み合う第２の遊星歯車歯列（４８）とを有しており、
前記第１の遊星歯車歯列（４７）および前記第２の遊星歯車歯列（４８）はそれぞれ、斜歯歯列として、前記太陽歯車（１５）から前記第１の遊星歯車歯列（４７）に作用する軸方向力と、前記中空歯車（１６）から前記第２の遊星歯車歯列（４８）に作用する軸方向力とが、互いに逆向きに方向付けられるように形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の電気駆動装置。
前記中空歯車（１６）は、前記第２のハウジング部分（３２）に、軸方向で前記第２のハウジング部分（３２）にねじ込まれているねじ（４９）を用いて結合されており、前記ねじ（４９）のねじ頭が完全に前記中空歯車（１６）の軸方向延在長さ内に位置している、請求項１から９までのいずれか１項記載の電気駆動装置。