(57)【要約】【解決手段】  電気自動車用の動力取出装置が開示されている。動力取出装置は、車両の少なくとも１つの車輪を駆動するための可変速度式電気モーター（２８）と、電気モーターに連結されている、中立状態を含んでいる動力伝達装置（５８）と、を含んでいる。補助装置（７５）は、動力伝達装置（５８）に連結されている。動力伝達装置（５８）が中立状態にあるときは、補助装置（７５）は、車輪速度とは関係無く電気モーター（２８）の速度に従った速度で作動する。動力伝達装置（５８）が中立以外の状態で作動的に係合しているときは、補助装置（７５）は、電気モーター（２８）の速度と車輪速度の両方に関係する速度で作動する。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車用の動力取出装置において、
前記車両の少なくとも１つの車輪を駆動するための可変速度式電気モーターと、
前記電気モーターに連結されている、中立状態を備えている動力伝達装置と、
前記動力伝達装置に連結されている補助出力シャフトであって、前記動力伝達装置が中立状態にあるときは、前記補助出力シャフトは、車輪速度とは関係無い、前記電気モーターの速度に従った速度で作動し、前記動力伝達装置が前記中立以外の状態で作動的に係合しているときは、前記補助出力シャフトは、電気モーターの速度及び車輪速度の両方に関係する速度で作動する、補助出力シャフトと、を備えている動力取出装置。
【請求項２】
前記動力伝達装置は、ハウジング内に回転可能に取り付けられている、請求項１に記載の動力取出装置。
【請求項３】
前記ハウジングは、前記車両の車軸に連結されている、請求項１に記載の動力取出装置。
【請求項４】
ツールが、前記補助出力シャフトに連結されている、請求項１に記載の動力取出装置。
【請求項５】
前記ツールは、ポンプである、請求項４に記載の動力取出装置。
【請求項６】
前記車両は、ハイブリッドの電気自動車である、請求項１に記載の動力取出装置。
【請求項７】
前記動力伝達装置は、少なくとも２段の速度比を有するように歯車が構成されている、請求項１に記載の動力取出装置。
【請求項８】
車両に取り付けられているツールに、車両の電気モーターを利用して、動力を提供するための方法であって、前記電気モーターは、車両の車輪に動力を伝達するために車軸に連結されている、動力を提供するための方法において、
歯車列を有する動力取出（ＰＴＯ）装置を提供する段階と、
前記ＰＴＯ歯車列を前記電気モーターに連結する段階と、
遊星式環状歯車を提供する段階と、
第１位置と第２位置の間で動くように作られている前記遊星式環状歯車を車軸に連結する段階であって、前記ＰＴＯは、前記第１位置では、車輪速度に関係なく前記電気モーター速度に従った速度で動き、前記第２位置では、前記電気モーターの速度と車輪速度の両方に関係する速度で動く、前記遊星式環状歯車を車軸に連結する段階と、から成る方法。
【請求項９】
前記第１位置は、中立位置である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ツールは、ポンプである、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記車両は、ハイブリッドの電気自動車である、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
車両において、
車両支持構造と、
前記構造によって支持されている、バッテリーではない主電力ユニットと、
前記主電力ユニットに連結されている少なくとも２つの位相導体を含んでいる電気ＡＣパワーバスと、
前記ＡＣパワーバスに連結されている電力貯蔵ユニットと、
前記車両支持構造及び電気モーターに連結されている自立車軸モジュールと、
前記自立車軸モジュールと前記ＡＣパワーバスに連結されている車両コントローラーと、
前記自立車軸モジュールと車両コントローラーに連結されているデータバスと、
前記電気モーターと前記車両コントローラーに連結されており、前記車両コントローラーに信号を送って、前記電気モーターの速度とトルクの一方が前記信号に基づいて制御されるようにする、モーター駆動コントローラーユニットと、
前記電気モーターに連結されている出力シャフトと、
前記出力シャフトに連結されている第１車輪端部アッセンブリと、
前記出力シャフトに連結されている第２車輪端部アッセンブリと、
前記車軸モジュールに連結されている動力取出装置であって、
前記電気モーターに連結されている、中立状態を含んでいる動力伝達装置と、
前記動力伝達装置に連結されている補助出力シャフトであって、前記動力伝達装置が中立状態にあるときは、前記補助出力シャフトは、車輪速度には関係無く前記電気モーター速度に従って作動し、前記動力伝達装置が中立以外の状態で作動的に係合しているときは、前記補助出力シャフトは、電気モーターの速度と車輪速度の両方に関係する速度で作動する、補助出力シャフトと、を含んでいる動力取出装置と、を備えている車両。
【請求項１３】
前記動力伝達装置は、前記自立車軸モジュールと一体である、請求項１２に記載の車両。
【請求項１４】
前記ＰＴＯは、ツールに連結されている、請求項１２に記載の車両。
【請求項１５】
前記ツールは、ポンプである、請求項１４に記載の車両。
【請求項１６】
前記車両は、ハイブリッドの電気自動車である、請求項１２に記載の車両。
【請求項１７】
前記動力伝達装置は、少なくとも２段の速度比を有するように歯車が構成されている、請求項１２に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概括的には、ハイブリッド電気自動車に関しており、より具体的には、電気自動車用の車軸に連結されている動力取出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気自動車では、ディーゼルエンジンの様な原動機が、電流を複数の電気モーターに供給する発電機又は同期発電機を駆動するのに用いられている。電気モーターは、通常、車輌の車輪セットに直列に連結されている。この型式のハイブリッド電気モーターを利用している車両は、代表的には鉄道機関車である。
【０００３】
原動機は、通常、発電機／同期発電機を駆動してＡＣ電流を作り、そのＡＣ電流を完全に整流して出来たＤＣ電流及び電圧が、走行用モーターに連結されている電流変換器に分配される。その様なシステムは、通常は全体システム内の他の構成要素と共に作動するように設計及び製造されている各構成要素と、高度に一体化されている。つまり、その様な自動車の初期設計又は継続中の保守に、「在庫品」の構成要素を容易に使用できるようにはなっていない。更に、その様な車両は、ＡＣ対ＤＣ対ＡＣ電力の変化に付帯する数多くの構成要素を有している。その様なシステムの保守は、特殊な構成要素を用いなければならないので、経費が嵩む。
【０００４】
その様な車両にハイブリッド駆動装置を使用する際は、作動させるのに電源を必要とするサポートシステムを追加しなければならないことが多い。通常、これらのシステムは、車両の中心に取り付けられており、専用の加圧された導管を、車両全体の特定の各位置へと配管する必要がある。従来型の補助動力源は、通常、内燃エンジンに駆動される発電機又は電動発電機のセットである。その様な追加の構成要素及び装置は、車両に経費を追加し、車両の空間を占拠することになる。
【０００５】
従って、追加のエンジンを必要としない車両用の動力取出装置が必要とされている。車両の走行用モーターを利用している車両に取り付けられている補助装置に電力を供給する方法も必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電気自動車用の動力取出装置が提供されている。動力取出装置は、車両の少なくとも１つの車輪を駆動するための可変速度式電気モーターを含んでいる。動力伝達装置は、中立状態を含んでおり、電気モーターに連結されている。補助出力シャフトは、動力伝達装置に連結されている。動力伝達装置が中立状態にあるときは、補助出力シャフトは、車輪速度とは関係無く、電気モーターの速度に従った速度で作動する。動力伝達装置が中立以外の状態で作動的に係合しているときは、補助出力シャフトは、電気モーター速度と車輪速度の両方に関係する速度で作動する。
【０００７】
電力を車両の車輪に伝達するために車軸に連結されている車両の電気モーターを利用して、車両に取り付けられているツールに電力を供給するための方法も提供されている。本方法は、歯車列を有する動力取出（ＰＴＯ）装置を提供する段階、ＰＴＯ歯車列を電気モーターに連結する段階、遊星式環状歯車を提供する段階、及び、第１位置と第２位置の間で動くように作られている遊星式環状歯車を車軸に連結する段階を含んでいる。ＰＴＯは、第１位置では、車輪速度に関係なく、電気モーターの速度に従った速度で動き、第２位置では、電気モーターの速度と車輪速度の両方に関係する速度で動く。
【０００８】
更に、自動車支持構造と、前記構造によって支持されている、バッテリーではない主電力ユニットと、主電力ユニットに連結されている少なくとも２つの位相導体を含んでいる電気ＡＣパワーバスと、ＡＣパワーバスに連結されている電力貯蔵ユニットと、車両支持構造及び電気モーターに連結されている自立車軸モジュールと、自立車軸モジュール及びＡＣパワーバスに連結されている車両コントローラーと、自立車軸モジュール及び車両コントローラーに連結されているデータバスと、電気モーターと車両コントローラーに連結されており、信号を車両コントローラーに送って、電気モーターの速度とトルクの一方が信号に基づいて制御されるようにする、モーター駆動コントローラーユニットと、を備えている車両が提供されている。出力シャフトは、電気モーターに連結されている。第１車輪端部アッセンブリは、出力シャフトに連結されており、第２車輪端部アッセンブリは、出力シャフトに連結されている。動力取出装置は、車軸モジュールに連結されている。動力取出装置は、電気モーターに連結されている、中立状態を含んでいる動力伝達装置を含んでいる。補助出力シャフトは、動力伝達装置に連結されており、動力伝達装置が中立状態にあるときは、補助出力シャフトは、車輪速度には関係無く、電気モーター速度に従った速度で作動する。動力伝達装置が、中立以外の状態で作動的に係合しているとき、補助出力シャフトは、電気モーター速度と車輪速度の両方に関係する速度で作動する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、或る代表的な実施形態による電気自動車１０の概略図である。電気自動車は、何らかの形態で電気を使用して、車両の推進力の全部又は一部分を提供する車両である。この電気は、化学変換に依る貯蔵エネルギー装置（バッテリー）、貯蔵電荷装置（コンデンサ）、機械的貯蔵エネルギーに依る貯蔵エネルギー装置（例えば、フライホイール、蓄圧器）、及びエネルギー変換製品の様な様々な供給源から得られる。ハイブリッド電気自動車は、上に述べた電気エネルギー貯蔵装置の１つと内燃エンジンの様な別のエネルギー源の様な、２つ以上のエネルギー源を使用する電気自動車である。２つ以上のエネルギー源を有することによって、設計を最適化する際に、より効率的な電力生成を見込むことができ、従って、異なる供給源からの電力を使用し、駆動用のより効率的なシステムを考案することができる。電気自動車１０は、一般的な及び／又は特にハイブリッド式の電気自動車において電気自動車を実現するのに用いられる。電気自動車１０は、消防車、軍用車、除雪車、塵収集車、コンクリートミキサー車など数多くの異なる車両型式を実現することができる。
【００１０】
図示の実施形態では、電気自動車１０は、エンジン１８、発電機２０、電力変換器２４、エネルギー貯蔵装置２６、複数の電気モーター２８、複数の駆動コントローラー３０、車両コントローラー３４を含んでいる。電気自動車１０は、随意的に、エネルギー消散ユニット３２を含んでいる。発電機２０、駆動コントローラー３０、及び電力変換器２４は、ＡＣ又はＤＣパワーバスの様なパワーバス４２によって相互接続されている。電気自動車１０は、一般に、エンジン１８と発電機２０の組み合わせを使用して、制動能力を提供し、回生制動中に電気モーター２８によって生成される過剰な電力を消散させるように作られている。
【００１１】
エンジン１８は、機械的な動力を発電機２０に提供することと、発電機から機械的な動力を受け取って機械的なエンジンブレーキ又は空気圧縮機として機能すること、の両方を行うディーゼルエンジンの様な内燃エンジンであるのが望ましい。発電機２０は、エンジン１８に連結されており、ＡＣ又はＤＣ電力を供給するように作られた発電機、及び電力を受け取って機械的な動力をエンジン１８に提供するように作られたモーター、の両方として機能するように作られている。
【００１２】
電力変換器２４は、エネルギー貯蔵装置２６に連結されており、発電機２０によって、又は回生制動中に電気モーター２８によって生成された電力を、エネルギー貯蔵装置２６によって要求されるエネルギーモードに変換するように作られている。例えば、或る代表的な実施形態によれば、電力変換器は、発電機２０によって生成されたＡＣ電力をＤＣ電力に変換し、その様に変換された電力を貯蔵装置２６へ伝送するように作られている。また、電力変換器２４は、エネルギー貯蔵装置２６に貯蔵されているエネルギーを、発電機２０のエネルギーモードに戻して、発電機２０により生成される電力を、パワーバス４２を介して増強して補う。エネルギー貯蔵装置２６は、電気コンデンサ、電気化学コンデンサ、又は「超コンデンサ」貯蔵バッテリー、フライホイール、又は油圧蓄圧器であってもよい。
【００１３】
電気モーター２８は、適切な大きさの電気モーターであり、ＡＣ又はＤＣ電気モーターである。電気モーター２８は、機械的エネルギー出力を車輪又は車軸に供給するため、パワーバス４２から電力を受け取るように作られている。また、電気モーター２８は、電力をパワーバス４２上に生成するため、回生制動中に車輪又は車軸から機械的なエネルギーを受け取るように作られている。
【００１４】
駆動コントローラー３０は、各電気モーター２８に連結されており、各電気モーター２８の作動を制御するように作られている。更に具体的には、駆動コントローラーは、電気モーター２８が、機械的なエネルギー出力を車輪又は車軸に供給するためパワーバス４２から電力を受け取ること、又は電力をパワーバス４２上に生成するため回生制動中に車輪又は車軸から機械的なエネルギーを受け取ること、の何れかを行えるように作られている。
【００１５】
車両コントローラー３４は、データバスネットワーク７６を介して、エンジン１８、発電機２０、電力変換器２４、及び駆動コントローラー３０に連結されている。車両コントローラー３４は、一般的には、エンジン１８、発電機２０、電力変換器２４、エネルギー貯蔵装置２６、複数の電気モーター２８、及び複数の駆動コントローラー３０の動作を制御するように作られている。より具体的には、車両コントローラー３４は、パワーバス上での電力の分配を制御するのを支援するように作られているので、発電機２０とエンジン１８からの電力の流れを逆行させて制動能力を提供し、回生制動中に電気モーター２８によって生成された過剰な電力を発電機２０に送り戻してエンジン１８を介して消散させることができるようになっている。
【００１６】
随意的なエネルギー消散ユニット３２は、通常は抵抗要素であり、回生制動中に電気モーター２８によって生成される電力が、もしエネルギー貯蔵装置２６の容量を超える場合には、抵抗要素を通して熱として消散される。電気自動車１０は、回生制動中に電気モーター２８によって生成される過剰な電力が、エンジン１８と発電機２０を通して十分に消散されるように作られていることが望ましい。
【００１７】
従来型の車両、特にハイブリッド電気駆動装置を有する車両では、加圧潤滑及び補助冷却システムの様なサポートシステムを加えなければならないことが多い。その様なシステムは、通常、車両の中央に取り付けられており、油圧配管を車両全体に敷設する必要がある。その様な特殊な導管配管が車両を通して敷設されるのを無くすか、又はその数を制限することは、別の構成要素及びトラック部品のために空間を追加することになる。車軸に潤滑ポンプ７０、オイルフィルター７２、及び熱交換器８２を含んでおり、その様な構成要素を自立車軸モジュール(self-contained axle module)に一体化している車両１０用の自立車軸モジュール５０は、先に述べた導管の配管を最小にする。
【００１８】
自立車軸モジュール５０は、車両１０の支持構造１２の、車両１０の製造業者又はユーザーが決める任意の好都合な位置に取り付け又は連結することができる。更に、自立車軸モジュール５０は、モジュール式の構成になっているので、整備又は修理のために容易に取り外して取り替えることができる。自立車軸モジュール５０は、主電力ユニット及び発電機１８、２０の様な電源と、電気ＡＣパワーバス４２に連結するだけでよい。先に述べた別の電源を自立車軸モジュール５０に連結して、以下に述べる様に、電気モーター２８を作動させるのに必要な電力を供給してもよいと理解されたい。電源を自立車軸モジュール５０に連結するのに加えて、制御信号は、データバス７６のネットワークを通して、車軸の作動に必要な制御及びフィードバック信号を提供する。自立車軸モジュール５０の環境又は作動条件ゆえに、追加の冷却が必要となることも考えられるので、追加の冷却源を更に車軸に連結してもよい。
【００１９】
ハウジング５６は、鉄、鋼、又はアルミニウムの様な任意の適した材料で構成され、製造業者によって設計された様に鋳造及び機械加工される。ハウジング５６は、ハウジング５６の最下領域に油溜を含んでいる。ハウジング５６は、以下に説明する構成要素に加えて、力を電気モーター２８から出力シャフト６０及び動力取出装置８８へ伝達する動力伝達装置歯車列５８を収納している。歯車列５８は、遊星歯車、スプロケットギア、ベベルギアの様な幾つかの型式の歯車を、車両１０の製造業者及び運転者が判断して選択した歯車比で含んでいる。
【００２０】
動力取出装置８８は、ハウジング５６に取り付けられ、動力伝達装置５８及びツール７７の様な補助装置７５に連結されている動力取出装置（ＰＴＯ）ハウジング７４を含んでいる（図３参照）。動力伝達装置５８は、モーター駆動歯車９１に連結されている主駆動歯車９０を含んでいる。モーター駆動歯車９１は、電気モーター２８からの回転力を伝達する。主駆動歯車９０は、ＰＴＯ歯車列１００とベベルギア差動器アッセンブリ６５に連結されている。動力伝達装置５８は、第２減速遊星式環状歯車９６が中立位置に動かされるときは中立状態にあり、主駆動歯車９０に連結されていない。第２減速遊星式環状歯車９６が中立位置にあるとき、ツール７７は、車両の速度以外の速度で作動する。つまり、ツールは、電気モーター２８の速度に比例する速度で作動する。第２減速遊星式環状歯車９６が中立位置以外の位置に動かされ、例えば、主駆動歯車９０に連結されると、サブシステム装置７７は、車両１０の車軸モジュール５０の出力シャフト６０に連結されるので、電気モーター２８の速度と車輪速度の両方に関係する速度で作動する。第２減速遊星式環状歯車９６は、アクチュエータ、例えば、流体シリンダ（空圧式又は油圧式）又はソレノイドの様な電気装置、によって動かすことができる。
【００２１】
動力伝達装置５８は、更に、第２減速遊星キャリア９５、第２減速遊星式遊星歯車９７、及び第２減速遊星式太陽歯車９８を含んでいる。動力伝達装置５８には、他の型式の歯車構成も考えられるものと理解されたい。ハウジング５６と動力取出装置のハウジング７４を、動力取出装置の歯車列１００と動力伝達装置５８の両方を収納するように一体に形成してもよいものと理解されたい。
【００２２】
ツール７７は、機械的な動力伝達装置を必要とするどの様な型式のツールでもよく、例えば、油圧ポンプ７８又は駆動シャフト、ベルト駆動用のプーリ、又は同様の装置を、動力取出装置８８に連結することができる。
【００２３】
動力伝達装置５８は、少なくとも２段の速度比を持っていてもよいが、サブシステムの電源８８に動力を供給する目的で適切且つ都合の良い段数の速度比を得るのに、どの様な段数の歯車比を利用してもよいものと理解されたい。
【００２４】
ツール７７の様なサブシステム装置に動力を提供するための方法は、車両１０の電気モーター２８を使用している車両に、動力取出装置８８を取り付けることによって実現される。電気モーター２８は、車軸５０に連結されており、動力を車輪１４に伝達する。本方法は、ＰＴＯ歯車列１００を有する動力取出（ＰＴＯ）装置８８を提供する段階と、ＰＴＯ歯車列１００を駆動モーター２８に連結する段階と、遊星式環状歯車９６を提供する段階と、第１位置と第２位置の間で動くように作られている遊星式環状歯車９６を車軸５０に連結する段階を含んでおり、ＰＴＯ８８は、第１位置では、車両１０の速度に関係する速度で動き、第２位置では、車両１０の速度とは異なる速度で動く。ＰＴＯ８８は、ＰＴＯ８８の速度は車両の速度に関係しているという条件付きで、常に、電気モーター２８の速度の関数として駆動される。
【００２５】
第２減速遊星式環状歯車９６の制御は、空気シリンダの様な流体シリンダによって維持される。油圧シリンダ、又はソレノイドの様な電気装置を用いて、第２減速遊星式環状歯車９６を第１位置から第２位置へ動かすことも考えられる。
【００２６】
ＰＴＯ８８は、ポンプ７８の様なツール７７を駆動し、車両１０に付帯する他の装置に動力供給するのに用いられる。ＰＴＯは、車両速度に関係する速度で作動するか、又は車両速度以外の速度で機能するように作られている。電気モーター２８は、付帯するＰＴＯ歯車列１００を通してＰＴＯに動力を提供し、自立車軸モジュール５０の出力シャフト６０に連結することも、連結解除することもできる。
【００２７】
ポンプ７８の様なツール７７は、消防車又は空港救難車の車軸モジュール５０の内の１つに取り付けられている高容量の水ポンプとして利用することができる。例えば、車軸モジュール５０の内の１つは、車両１０を動かすように作られているのに対して、別の車軸モジュール５０は、ＰＴＯ８８を使って、水ポンプの様なツール７７に動力供給するように作られている。
【００２８】
別の代替実施形態によれば、動力取出装置８８によって動力供給されるツール７７は、発電機であり、電気モーター２８の回転機械エネルギーが電気エネルギーに変換され、追加補助システムに電気供給される。その様な装置は、先に述べた様に作ることができ、その際、１つの車軸モジュール５０は、車両１０を動かすように作られ、別の車軸モジュール５０は、車両１０が動いているとき、又は車両１０が停止しているとき、の何れかのときに発電機に動力供給するように作られている。
【００２９】
以上、幾つかの代替実施形態について、動力取出装置８８に関連付けて説明してきたが、本発明は、説明した実施形態に限定されるものではない。電気モーター２８により供給される回転機械エネルギーを利用する動力取出システムは、本発明の範囲及び精神に含まれる。
【００３０】
車両１０が、車両支持構造１２’に対して車輪端部アッセンブリの内の１つを単独懸架している複数の独立懸架アッセンブリ８６を含んでいることも考えられる。
この開示に当たり、「連結されている」という用語は、２つの（電気的又は機械的）構成要素を互いに直接又は間接的に接合することを意味している。その様な接合は、静的なものでも、可動性のものでもよい。その様な接合は、２つの（電気的又は機械的）構成要素と任意の追加的中間部材を互いに単一体として一体に形成するか、２つの構成要素又は２つの構成要素と任意の追加部材を互いに取り付けることによって、実現される。その様な接合は、永久的なものでもよいし、代わりに、取り外し可能又は係合解除可能であってもよい。
【００３１】
以上、分かり易く説明するために、実施形態の説明を示してきた。網羅している、或いは開示している形態そのものに限定される、ということは意図してはおらず、上記教示に照らして修正及び変更は可能である。各実施形態は、サブシステムの動力供給源の原理とその実用的な用途を説明して、当業者が、様々な実施形態を、具体的な使用に適していると考えられる様々な修正を加えて利用できるようにするために、選定して説明した。サブシステムの動力供給源の範囲は、特許請求の範囲の内容とそれらの均等物によって定義されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】或る代表的な実施形態による電気自動車の概略図である。
【図２】車両の車両支持構造に連結されている自立車軸モジュールを含む車両の代表的な実施形態の部分斜視図である。
【図３】車軸モジュールのハウジング内に取り付けられている動力伝達装置と、ハイブリッド車の電気モーターとに連結されている動力取出装置の断面図である。
【図１】
2008515373.tif 000003
【図２】
2008515373.tif 000004
【図３】
2008515373.tif 000005
【国際調査報告】
2008515373.tif 000006
2008515373.tif 000007