(57)【要約】  自動車（Ａ）の左右の駆動輪（２，４）の間に配置され、これらに動力を供給する電気駆動アクスル（Ｂ，Ｃ）は、電気モータ（２２，８４）と左右のトルク継手（２４，２６）とを備えている。モータによって生成されたトルクは、駆動輪に接続されたアクスル軸（１０，１２）にトルク継手を通じて伝達される。各トルク継手は、継手を通じて供給されるトルクをクラッチの電磁石を流れる電流が制御するようにまとめられた磁性粒子クラッチ（４２）及び遊星歯車機構（４４）を備えている。また、磁性粒子クラッチは滑りに適応するので、駆動輪は異なる角速度で回転できる。
2008521707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子を備える電気モータと、
左右のトルク継手と、
を備え、左右の駆動輪を有する自動車用の駆動アクスルにおいて、
各トルク継手が、前記電気モータの前記回転子により駆動される入力トルク部材と、出力トルク部材と、磁性粒子クラッチと、前記入力部材と前記出力部材との間に配置された遊星歯車機構とを、備え、
前記モータにより生成され前記入力部材に加えられたトルクが前記クラッチ及び前記遊星歯車機構を通じて前記出力部材に伝達され、
前記伝達されるトルクが前記クラッチにより制御され、
前記左トルク継手の前記出力部材が前記左駆動輪への接続に適し、
前記右トルク継手の前記出力部材が前記右駆動輪への接続に適する
駆動アクスル。
【請求項２】
各トルク継手は、クラッチと遊星歯車機構とがその周りにまとめられた軸線を有し、
前記モータの前記回転子が、前記トルク継手の前記軸線と一致する軸線の周りを回転する
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動アクスル。
【請求項３】
各トルク継手の前記クラッチが、電磁石と、前記電磁石の内部に配置される回転子とを備え、
前記遊星歯車機構が、太陽歯車と、前記クラッチの前記電磁石と連結して前記電磁石と揃って回転するリング歯車と、前記太陽歯車とリング歯車との間に配置される遊星歯車と、前記遊星歯車がその周りを回転するピンを有するキャリアとを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動アクスル。
【請求項４】
前記入力トルク部材が、前記クラッチの前記電磁石と、前記遊星歯車機構の前記リング歯車とに接続され、
前記クラッチの前記回転子が、前記遊星歯車機構の前記太陽歯車に接続され、
前記遊星歯車機構の前記キャリアが、前記出力トルク部材に接続されている
ことを特徴とする請求項３に記載の駆動アクスル。
【請求項５】
各トルク継手の前記トルク部材の間で、前記トルクが、前記クラッチを迂回するメカニカルパスと、前記クラッチを通るクラッチパスとを経て伝達されることを特徴とする請求項１に記載の駆動アクスル。
【請求項６】
前記２つの経路が前記遊星歯車機構の中で収束することを特徴とする請求項５に記載の駆動アクスル。
【請求項７】
前記トルクの大部分が前記メカニカルパスを通ることを特徴とする請求項５に記載の駆動アクスル。
【請求項８】
前記モータがラジアル磁束モータであることを特徴とする請求項１に記載の駆動アクスル。
【請求項９】
前記モータと前記トルク継手との間に配置されたアングルドライブをさらに備え、
前記アングルドライブが、前記電気モータの前記回転子に接続され前記モータに駆動されるピニオンと、前記２つのトルク継手の間に配置され前記継手の前記入力トルク部材に接続される連結軸と、前記ピニオンとかみ合い前記連結軸上にある平歯車と、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動アクスル。
【請求項１０】
前記電気モータがアキシアル磁束モータであることを特徴とする請求項９に記載の駆動アクスル。
【請求項１１】
左右の駆動輪と、前記左右の駆動輪のそれぞれと連結され前記駆動輪にトルクを伝達する左右のアクスル軸と、を有する自動車における駆動アクスルであり、トルクを生成し前記アクスル軸に選択的に配分する駆動アクスルにおいて、
電気モータと、
前記モータと前記左アクスル軸との間に接続される左トルク継手と、
前記モータと前記右アクスル軸との間に接続される右トルク継手と、
を備え、
各トルク継手が、電磁石と、前記電磁石の内部に配置された回転子と、前記電磁石とクラッチとの間の磁性粒子とを有する磁性粒子クラッチとを備え、
また、各トルク継手が、太陽歯車と、リング歯車と、前記太陽歯車と前記リング歯車との間に配置された遊星歯車とを有する遊星歯車機構を備え、
前記左右のクラッチの前記クラッチ及び前記遊星歯車機構が共通の軸線に沿ってまとめられている
駆動アクスル。
【請求項１２】
前記リング歯車と、各トルク継手の前記クラッチの前記電磁石又は前記回転子の一方とが接続され、それらが揃って同一の角速度で回転することを特徴とする請求項１１に記載の組合せ。
【請求項１３】
前記モータが各トルク継手の前記電磁石に接続され、
前記太陽歯車が前記トルク継手の前記回転子に接続される
ことを特徴とする請求項１２に記載の組合せ。
【請求項１４】
各継手について、前記モータが前記リング歯車と前記クラッチの前記電磁石とに接続され、これらを回転させ、
前記クラッチの前記回転子と前記遊星歯車機構の前記太陽歯車とが接続され、
また、前記遊星歯車機構が、前記遊星歯車がその周りを回転する軸線を提供するキャリアを有し、
前記キャリアが、前記継手により駆動される前記アクスル軸に接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の組合せ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００４年１１月３０日に出願された米国特許出願１０／９９９，３２７号の優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、全体として自動車に関し、特に、自動車用電気駆動アクスルに関する。
【背景技術】
【０００３】
普通の自動車は推進に必要な全ての動力を内燃機関から得ている。内燃機関は変速機とディファレンシャルとを通じて左右の駆動輪に連結されている。ディファレンシャルは、エンジンにより生成されたトルクをディファレンシャルと連結されている駆動輪の間で配分する。 近年、いくつかの自動車製造業者が、電気モータをいろいろな方式で利用して車両を推進する自動車に対する関心を明らかにしてきている。しかし依然としてこれらの車両は、左右の駆動輪の間でトルクを配分し、車両が曲がろうとするとき等の駆動輪の間の速度変化に適応するために、従来型のディファレンシャルを利用している。
【０００４】
なお、駆動輪の間で、ディファレンシャルの各々の側にトルクを等配分することは常に好ましいとは限らない。例えば、一方の駆動輪で利用可能な摩擦が減少した場合には、トルクの大部分は他方の駆動輪に回るべきである。また、回転の外側における駆動輪にトルクの大部分が回ると、操作性が向上する。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は左右の駆動輪に動力を供給するための駆動アクスルに属し、駆動アクスルは電気モータと、モータに接続された２つのトルク継手とを有する。各トルク継手は、モータに接続された入力部材と、磁性粒子クラッチと、遊星歯車機構と、駆動輪の一つへの接続に適する出力部材とを備えている。また、本発明はこの駆動アクスルを備えた自動車に属する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図面を参照すると、自動車Ａは左右の駆動輪２及び４をそれぞれ有し（図１）、駆動輪には電気駆動アクスルＢを通じて動力が供給されている。この目的のために、車両Ａは電源６を有する。電源６は、内燃機関により動力が供給される発電機、又は、一式の電池であってもよく、さらに燃料電池であってもよい。いずれにしろ、電源６及び駆動アクスルＢは、フレームあるいはモノコック構造体を取り得る支持構造８上にマウントされる。次いで、支持構造８が、車輪２及び４により部分的に支持される。駆動アクスルＢは、左右のアクスル軸１０及び１２を通じて車輪２及び４に連結されている。駆動アクスルＢは、ハウジング２０と、電気モータ２２と、左右のトルクバイアス継手２４及び２６とをそれぞれ備え、軸線Ｘの周りにまとめられている（図２）。モータ２２と継手２４及び２６はハウジング２０の内部に配置されている。
【０００７】
モータ２２は、ラジアル磁束構造のものであり、固定子３０を備えている（図３）。固定子３０は、ハウジング２０の内側で、軸線Ｘの周りの固定位置にマウントされていれる。また、モータ１８は、固定子３０の内側に配置され軸線Ｘの周りを回転する回転子３２を備えている。回転子３２はモータ軸３４を備え、モータ軸３４はハウジング２０内において転がり軸受３６にてその両端が支持されている。
【０００８】
また、ハウジング２０は２つのトルク継手２４、２６を取り囲んでいる。各トルク継手はドライブハブ４０と、磁性粒子クラッチ４２と、遊星歯車機構４４とドライブフランジ４６とを備えている。これらも軸線Ｘに沿ってまとめられている。
【０００９】
２つの駆動ハブ４０はスプライン又は他の手段を通じて回転子３２のモータ軸に接続されている。この他の手段は、駆動ハブ４０が軸３４と共に回転することを可能とし、かつ、駆動ハブ４０の各々のトルク継手２４、２６に回転子３２からトルクを伝達する。実際、２つの駆動ハブ４０は軸受３６内で回転し、軸３４と、さらに回転子３２とを軸受３６に支持する。ドライブフランジ４６の大部分はハウジング２０の外側に配置される。ドライブフランジ４６は、その各々のトルク継手２４及び２６をアクスル軸１０及び１２に連結するように働く。駆動ハブ４０は駆動入力部材として機能し、一方、ドライブフランジ４６はトルク出力部材として機能する。
【００１０】
トルク継手２４及び２６の各々のクラッチ４２は電磁石５０と回転子５２とを備えている（図４）。電磁石５０と回転子５２の両方は環状に構成され、軸線Ｘの周りにまとめられている。回転子５２は電磁石５０の内側に位置し、回転子５２と電磁石５０は転がり軸受によって隔てられ、これらの間に一様な環状間隙ｇが維持されている。この間隙ｇに磁性粒子が収納されている。磁場が間隙ｇに存在しなければ、磁石５０及び回転子５２は、原則として、互いに対して自由に回転可能である。しかし、磁石５２に電流が流れると、磁石５２に加えられたトルクが回転子５４に伝達される。回転子５２と電磁石５０との間で滑りが生じることがあり得るが、たいていの場合、その間に滑りが生じることになる。磁石５０はその外周にスリップリング５６を支持している。スリップリング５６は、ハウジング２０に取り付けられたブラシ５８により摺られる。次に、ブラシ５８が電源に接続される。電源電位を変化させて、電磁石５２に流れる電流及び電流により生じる磁場強度を変化させることができる。このようにクラッチ４２により伝達されるトルクが制御される。
【００１１】
クラッチ４２の電磁石５０は、クラッチ４２がその構成要素であるところの継手２４又は２６に最も近いモータ軸３４の端のところで、駆動ハブのフランジにしっかりと固定されている。したがって、電磁石５２は電気モータ２２の回転子３２と共に回転する。電磁石５２に電流が印加されると、電磁石５２に加えられたトルクは回転子５４に伝達される。
【００１２】
トルク継手２４及び２６の各々の遊星歯車機構４４は、太陽歯車６４と、リング歯車６６と、遊星歯車６８とを備える。遊星歯車６８は太陽歯車６４及びリング歯車６６の間に配置され、これらとかみ合う。さらに、遊星歯車機構４４はキャリア７０を有し、キャリア７０は、遊星歯車６８がその周りを回転する軸線を定めている。太陽歯車６４は軸線Ｘ上に位置し、太陽歯車６４の軸線は軸線Ｘと一致している。太陽歯車６４は、クラッチ４２の回転子５２内部に突き出たスタブ軸７２を備える。スタブ軸７２は、取付スプラインを通じて回転子５２と連結されている。リング歯車６６は、クラッチ４２の電磁石５４と、モータ軸３４の端にあるドライブハブ４０のフランジとに取り付けられているので、ハブ４０と電磁石５４とリング歯車６６とは軸線Ｘの周りを揃って同一の角速度で回転する。キャリア７０は、遊星歯車６８の内部に突き出たピン７４を有するので、遊星歯車６８が回転するときは、遊星歯車６８はピン７４の周りを回転する。したがって、ピン７４は遊星歯車６８の回転の軸線を定めている。さらに、キャリア７０はスピンドル７６を有する。スピンドル７６は、ハウジング２０の端を通り抜けて突き出し、そこでドライブフランジ４６に取り付けられている。左アクスル軸１０はユニバーサルジョイントを通じて左トルク継手２４のドライブフランジ４６に接続されている。右アクスル軸１２は別のユニバーサルジョイントを通じて右トルク継手２６のドライブフランジ４６に接続されている。モータ２２は、アクスル軸の各々のトルク継手２４及び２６を通じて２つのアクスル軸１０及び１２を駆動する。磁性粒子クラッチ２４及び２６は２つのアクスル軸１０及び１２へのトルク配分を制御する。
【００１３】
駆動アクスルＡの動作において、電源６はモータ２２を動かす電流を生成して、モータ２２の回転子３２及びモータ軸３４を軸線Ｘの周りに回転させる。モータ軸３４は２つのトルク継手２４、２６にトルクを供給する。トルク継手２４及び２６の各々において、モータ２２からのトルクは、その継手２４又は２６のハブ４０を通じて、クラッチ４２の電磁石５０及び遊星歯車機構４４のリング歯車６６に同時に加わる。ここで、このトルクは２つに分かれる。トルクの一部は、リング歯車６６から遊星歯車６８を通じてキャリア７０に渡り、そこからスピンドル７６を通じてドライブフランジ４６に渡る。残りのトルクは、クラッチ４２の電磁石５０に電流が印加されていると仮定すると、間隙ｇを通じてクラッチ４２の回転子５２に渡る。回転子５２は回転し、回転子５２と太陽歯車６４とが後者のスタブ軸７２を通じて連結されているので、回転子５２は、クラッチ４２を通るトルク成分を遊星歯車機構４４の太陽歯車６４に伝達する。太陽歯車６４は遊星歯車６８にトルクを伝達する。そこで、このトルクがリング歯車６６を通じて伝達されたトルクと合わさるので、キャリア７０及びドライブフランジ４６は、原則として、ハブ４０で加えられた全部のトルクを見ることになる。言い換えると、トルクは、２つの経路：リング歯車６６と遊星歯車６８とキャリア７０とを含むメカニカルパスと、クラッチ４２の電磁石５０及び回転子５２と遊星歯車機構４４の太陽歯車６４及び遊星歯車６８及びキャリア７０とを含むクラッチパスとを経て各トルク継手２４及び２６を通る。トルクの大部分はメカニカルパスを通じて伝達される。トルクは、この２つの経路の間でリング歯車６６と太陽歯車６４との間のギア比Ｕに応じて配分される。このギア比が高くなるほど、クラッチパスを通じて伝達されるトルクの量が減少する。２つの経路におけるトルクの関係は直交座標上のプロットで表現できる（図５）。クラッチ４２を通じて伝達されるトルクの小さな変化が、クラッチ４２がその構成要素であるところの継手２４又は２６を通じて伝達されるトルクの大幅な変化となる並びである。クラッチ４２を通じて伝達されるトルクは、クラッチ４２の電磁石５０に流れる電流の大きさで決まる。このトルクは、電磁石５０に流れる電流に対してほぼ直線的に変化する。
【００１４】
２つのトルク継手２４及び２６のクラッチ４２に流す電流を制御することにより、車両Ａが動作する走行状態に最も適応するように、２つの駆動輪２及び４の間でトルクを配分することができる。例えば、車両Ａが特に高速で左に曲がろうとする場合には、より多くのトルクが左駆動輪４よりも右駆動輪２に供給されるべきである。これに応じるように、２つのトルク継手２４、２６のクラッチ４２が調整される。この目的のために、車両Ａは、左右及び前後方向の加速度及びヨーイング、したがって、曲がろうとする程度を判別するための加速度計を備えていてもよく、また、２つのアクスル軸１０及び１２の速度を、好ましくは車輪２及び４のアンチロック・ブレーキシステムから判別する速度センサを備えていてもよい。さらに多くのセンサが、操舵輪の位置と、クラッチ４２及び車輪の常用ブレーキの温度とを判別するようにしてもよい。これらのセンサが信号を生成し、生成された信号が車両のマイクロプロセッサに供給されるようにしてもよい。このマイクロプロセッサが２つの駆動輪２と４との間の最適なトルク配分を決定し、これに応じて２つのトルク継手１０及び１２のクラッチ４２に流す電流を制御する。
【００１５】
変形された電気駆動アクスルＣ（図６及び７）も、左右の駆動輪２及び４の間で同じようにトルクを配分し、車両Ａが動作する状態に最も良く応答するようにトルクを配分する。アクスルＣは、アキシアル磁束モータ８４と、２つのトルク継手２４及び２６を取り囲むハウジング８６と、直交アングルドライブ８８とを備える（図７）。直交アングルドライブ８８は、ハウジング８６の内部において、モータ８４とトルク継手２４及び２６のハブ４０との間に配置される。
【００１６】
モータ８４は、固定子９２及び回転子９４に加えて、回転子９４がマウントされるモータ軸９６を備えている。軸９６は、軸線Ｘに対して直交する向きの軸線Ｙの周りを回転する。
【００１７】
直交アングルドライブ８８はピニオン軸１００を備えている。ピニオン軸１００は、ハウジング８６内で、転がり軸受１０２に支えられて軸線Ｘの周りを回転する。軸１００は、その一端がモータ軸９６に接続され、その他端に傘ピニオン１０４を有する。さらに、直交アングルドライブ８８は連結軸１０６を有する。連結軸１０６は、２つのハブ４０の間に延び、軸線Ｘの周りを回転する。連結軸１０６の端は取付スプラインで２つの駆動ハブ４０に取り付けられている。ハブ４０はハウジング８６内で軸受３６に支えられて回転する。最後に、直交アングルドライブ８８は、トルク継手２４のハブ４０にしっかりと固定された傘平歯車１０８を有する。平歯車１０８はピニオン１０４とかみ合う。
【００１８】
モータ８４は、電流が印加されると、ピニオン軸１００にトルクを加えて、ピニオン軸１００を回転させる。軸１００の端にあるピニオン１０４は平歯車１０８を回転させる。次に、平歯車１０８が連結軸１０６及びその端にあるハブ４０を回転させる。ハブ４０は、トルク継手２４及び２６にトルクを供給する。トルク継手２４及び２６は、駆動アクスルＡの場合と同様に機能する。
【００１９】
２つのトルク継手２４、２６については、他にも、いわゆる「つなげ方」が可能である。例えば、クラッチ４２の回転子５２がドライブハブ４０に接続されていてもよい。また、トルク継手２４及び２６の各々におけるクラッチ４２と遊星歯車機構４４の位置を逆にして、クラッチ４２がドライブフランジ４６に接続されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施に係る構造の電気駆動アクスルを備えた自動車の概略図である。
【図２】電気駆動アクスルを示すために一部が切り取られた車両の背面図である。
【図３】駆動アクスルの断面図である。
【図４】駆動アクセルの一方のトルク継手の拡大断面図である。
【図５】継手の遊星歯車機構の異なるギア比における、トルク継手の一方を通じて伝達された全トルクと継手のクラッチを通じて伝達されたトルクとの間の関係を示すプロット図である。
【図６】変形された電気駆動アクスルを備えた車両の背面図である。
【図７】変形された電気駆動アクスルの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2008521707.tif 000010
2008521707.tif 000011