(57)【要約】  トランスアクスル（２００）は、第一の関連する回転接続部と第二の関連する回転接続部を関連する車両のアクスルに作動的に接続する。電気的に可変なトランスミッションは、機関（１０８）、この機関に作動的に接続された第一の電気機械（１１０）、第二及び第三の電気機械（１３０、１３２）、機関と第二の電気機械を関連する車両アクスル（１０４Ａ）に作動的に接続する第一のトランスアクスル（１２６）と、第一及び第三の電気機械を他の車両アクスル（１０４Ｂ）に作動的に接続する第二のトランスアクスル（１２８）とを有する。方法（３００、４００、５００）も含まれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する関連するアクスル部分、第一の関連する回転運動源及び第二の関連する回転運動源を作動的に接続する車両用トランスアクスルであって、
ハウジング空洞を少なくとも部分的に画定するハウジング壁を備えるトランスアクスルハウジングと、
前記ハウジング空洞内に配置されたギヤキャリヤ組立体であって、キャリヤ構造体と、前記キャリヤ構造体上に間隔を置いて支持されると共に対向する関連するアクスル部分と作動的に連結された第一及び第二のピニオンと、前記キャリヤ構造体上に間隔を置いて支持された第三及び第四のピニオンとを備え、前記第一及び第二のピニオンは対向する関連するアクスル部分と作動的に連結されているギヤキャリヤ組立体と、
前記ハウジング空洞内に配置されると共に第一の関連する回転運動源に作動的に接続された第一のギヤと、
前記ハウジング空洞内に配置されると共に第一のギヤに作動的に接続された第二のギヤと、
前記ハウジング空洞内に配置されると共に前記第二のギヤと前記第三及び第四のピニオンの少なくとも一方とに作動的に接続された第三のギヤと、
前記ハウジング空洞内に配置されると共に前記第三及び第四のピニオンの少なくとも一方に作動的に接続された第四のギヤと、
前記ハウジング空洞内に配置されると共に前記第四のギヤと第二の関連する回転運動源に作動的に接続された第五のギヤとを有する車両用トランスアクスル。
【請求項２】
対向する関連するアクスル部分の一方の上に固定された第一のアクスルピニオンと、対向する関連するアクスル部分の他方の上に固定された第二のアクスルピニオンとを更に有し、前記第一及び第二のアクスルピニオンが前記第一及び第二のピニオンに作動的に接続された、請求項１に記載の車両用トランスアクスル。
【請求項３】
前記第五のギヤに作動的に接続された第六のギヤと、前記ハウジング空洞内に配置されると共に前記第六のギヤと第二の関連する回転運動源に作動的に接続された第七のギヤとを更に有する、請求項１に記載の車両用トランスアクスル。
【請求項４】
前記第一のギヤ、前記第二のギヤ、前記第三のギヤ、第四のギヤ、又は前記第五のギヤの少なくとも一個は、傘歯車、平歯車、山歯歯車の内の何れかである、請求項１に記載の車両用トランスアクスル。
【請求項５】
第一及び第二の関連するアクスルを有する関連する車両のための電気的に可変なトランスミッションであって、
第一及び第二の回転接続部を備えた内燃機関と、
第一及び第二の回転接続部を備えた第一の電気機械であって、前記第一の電気機械の前記第一の回転接続部は前記内燃機関の前記第一の回転接続部と作動的に接続された第一の電気機械と、
回転接続部を備えた第二の電気機械と、
回転接続部を備えた第三の電気機械と、
前記内燃機関の前記第二の回転接続部と前記第二の電気機械の前記回転接続部を第一の関連するアクスルと作動的に接続する第一のトランスアクスルと、
前記第一の電気機械の前記第二の回転接続部と前記第三の電気機械の前記回転接続部を第二の関連するアクスルに作動的に接続する第二のトランスアクスルとを有する電気的に可変なトランスミッション。
【請求項６】
前記第一、第二又は第三の電気機械の少なくとも一台と作動的に接続された電力貯蔵デバイスを更に有する、請求項５に記載の電気的に可変なトランスミッション。
【請求項７】
前記第一、第二又は第三の電気機械の少なくとも一台は、前記電力貯蔵デバイスに電力を出力する発電機として作動可能である、請求項６に記載の電気的に可変なトランスミッション。
【請求項８】
第一の関連するアクスルは第一及び第二のアクスル部分を有し、第二の関連するアクスルは第三及び第四のアクスル部分を有し、前記第一のトランスアクスルは前記第一及び第二のアクスル部分を作動的に接続する第一のキャリヤ組立体を有し、前記第二のトランスアクスルは前記第三及び第四のアクスル部分を作動的に接続する第二のキャリヤ組立体を有する、請求項５に記載の電気的に可変なトランスミッション。
【請求項９】
前記内燃機関と前記第一の電気機械を作動的に接続するギヤ組立体を更に有する、請求項５に記載の電気的に可変なトランスミッション。
【請求項１０】
前記第一、第二又は第三の電気機械の内の少なくとも一台は、回転接続部を介して捩じり出力を発生する第一の作動状態と、回転接続部を介しての捩じり入力に関連する電力を発生する第二の作動状態とを有する、請求項５に記載の電気的に可変なトランスミッション。
【請求項１１】
車輪付車両であって、
車両構造組立体と、
前記車両構造組立体に作動的に連結されると共に両端部を備えた第一及び第二のアクスルと、
前記第一のアクスルの前記両端部の内の異なる端部に支持された第一及び第二の車輪並びに前記第二のアクスルの前記両端部の内の異なる端部に支持された第三及び第四の車輪と、
前記車両構造組立体に沿って支持されると共に第一及び第二の回転接続部を備えた機関と、
前記車両構造組立体に沿って支持されると共に第一及び第二の回転接続部を備え、前記第一の回転接続部が前記機関の前記第一の回転接続部と作動的に接続された第一の電気機械と、
回転接続部を備えた第二の電気機械と、
回転接続部を備えた第三の電気機械と、
前記機関の前記第二の回転接続部と前記第二の電気機械の前記回転接続部を前記第一のアクスルと作動的に接続して前記第一及び第二の車輪を駆動する第一のトランスアクスルと、
前記第一の電気機械の前記第二の回転接続部と前記第三の電気機械の前記回転接続部を前記第二のアクスルに作動的に接続して前記第三及び第四の車輪を駆動する第二のトランスアクスルとを有する車両。
【請求項１２】
前記機関は内燃機関である、請求項１１に記載の車両。
【請求項１３】
前記第一のアクスルは第一及び第二のアクスル部分を有し、前記第一のトランスアクスルは前記前記機関の前記第二の回転接続部と前記第二の電気機械の前記回転接続部を前記第一のアクスルの第一及び第二のアクスル部分と作動的に接続する、請求項１１に記載の車両。
【請求項１４】
前記第二のアクスルは第一及び第二のアクスル部分を有し、前記第二のトランスアクスルは前記第一の電気機械の前記第二の回転接続部と前記第三の電気機械の前記回転接続部を前記第二のアクスルの第一及び第二のアクスル部分と作動的に接続する、請求項１３に記載の車両。
【請求項１５】
前記第一、第二又は第三の電気機械の少なくとも一台と作動的に連結された電力貯蔵デバイスを更に有する、請求項１１に記載の車両。
【請求項１６】
第一のアクスルと第二のアクスルとを有する車両に動力を与える方法であって、
ａ）第一及び第二の回転出力を備える機関、第一及び第二の回転出力を備える第一の電気機械、回転出力を備える第二の電気機械、回転出力を備える第三の電気機械、及び電気貯蔵デバイスを提供する段階を含み、前記第一の電気機械の前記第一の回転出力は前記機関の前記第一の回転出力と作動的に接続されており、前記第一、第二及び第三の電気機械は前記電気貯蔵デバイスと電気的に導通しており、更に
ｂ）前記機関の前記第二の回転出力と前記第二の電気機械の前記回転出力を第一のアクスルと作動的に接続する第一のトランスアクスルを設けると共に、前記第一の電気機械の前記第二の回転出力と前記第三の電気機械の前記回転出力を第二のアクスルに作動的に接続する第二のトランスアクスルを設ける段階と、
ｃ）前記機関と、前記第一、第二及び第三の電気機械の内の少なくとも一つから回転出力を発生させる段階と、
ｄ）前記回転出力を前記第一及び第二のトランスアクスルを介して伝達し，第一及び第二のアクスルを回転させる段階とを含む方法。
【請求項１７】
前記第一の電気機械に電力を送ること更に含み、段階ｃ）は、前記第一の電気機械を用いて回転出力を発生することを含み、段階ｄ）は、前記第一の電気機械からの前記回転出力を前記第一及び第二のトランスアクスルを介して第一及び第二のアクスルに伝達することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第一及び第二のトランスアクスルを介して伝達された前記回転出力の一部を前記第二及び第三の電気機械の内の少なくとも一台に供給してそれから電力を発生させることを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第二及び第三の電気機械に電力を送ること更に含み、段階ｃ）は、前記第二及び第三の電気機械を用いて回転出力を発生することを含み、段階ｄ）は、前記第二及び第三の電気機械からの前記回転出力を前記第一及び第二のトランスアクスルを介して第一及び第二のアクスルに伝達することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第機関からの前記回転出力の一部を前記第一の電気機械に供給してそれから電力を発生させることを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年４月１２日に出願された米国仮特許出願第６０／６７０，３９５号に基づく優先権を主張するものであり、この米国仮特許出願の全体を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。
【０００２】
本開示の主題は、一般に車両のパワートレインの技術に関し、特に、全輪駆動車用の電気的に可変なトランスミッション及びパワートレインに関する。高性能な乗用車に関連した特定の用途及び使用を見出すことができ、以下においては、特にそれを参照して説明する。しかし、本開示の主題は、例えば、トラックやＳＵＶ等、他の用途や環境において使用することが可能であり、高性能な乗用車に関連する使用に対しての具体的な参照は単に例示に過ぎないことを理解しなければならない。
【０００３】
本開示は、異なる速度で回転でき、異なる方向に回転でき、異なる捩じり荷重を伝えるか又は運び、及び／又は、入力又は出力である異なる馬力負荷を伝えるか又は運ぶ数多くの回転部品（例えば、ロータ、クランクシャフト、アクスル、ギヤ）を含むことが分かるであろう。読解を容易にするために、そのような回転、捩じり又は動力状態を広く表すために回転接続、回転出力、回転動力源等の用語が使用される。
【背景技術】
【０００４】
内燃機関と一台以上の電気機械を組み合わせた車両パワートレインは広く知られており、一般に「ハイブリッド」車両又は車両パワートレインと呼ばれている。近年、ハイブリッド車両及びパワートレインの開発が非常に注目されており、これらの努力の結果、著しい改善が行われたと一般に考えられている。例えば、そのようなハイブリッド車両の運転は、従来の方法で駆動される車両を運転する場合に比べて環境に与える影響が少ないと一般に考えられている。これは、二酸化炭素やその他の排出物質の減少及び／又は燃費の改善の形をとる。
【０００５】
しかし、典型的には、公知のハイブリッド車両は、特に車両の性能及び／又は操縦性を指向したものであるとは一般に考えられていない。むしろ、殆どの公知のハイブリッド車両は、性能よりも効率や燃費を優先しており、重量や燃料消費を減らすために最小限の大きさの内燃機関や電気機械を使用することが多い。受け入れ可能なレベルの性能を達成するため、殆どのハイブリッド車両は、従来のパワートレインを備えた同等の車両の性能レベルより余り低くない性能レベルを目標にしてこれを達成しようと試みている。しかし、現在のハイブリッド車両は一般に、内燃機関のみによって動力が与えられる同等の車両のような性能を有しておらず、又は操縦性も有していない場合が多い。
【０００６】
その結果、殆どの公知のハイブリッドパワートレインは、性能指向の車両での使用にあまり適していない。例えば、２輪駆動車用のハイブリッドパワートレインが開発され、一般に使用されている。種々の構成及び／又は配置の内の任意のものを使用できるが、そのようなハイブリッドパワートレインの殆どのものは内燃機関を含み、車両の単一のアクスルを駆動するために電気機械と組み合わせて使用される。
【０００７】
全輪駆動パワートレインの使用によって大きな性能面及び操縦面での利点が得られることは良く知られている。例えば、高出力動力源（例えば、内燃機関又は機関と電気機械の組み合わせ）の有効性は、出力を車両の全ての車輪に分配できる対応するトランスミッション機構によって大きな利益を得ることを可能にする。しかし、恐らく効率的で経済的な運転に焦点を当てているために、公知のハイブリッドパワートレインの殆どは、車両の単一のアクスルに沿って支持された２個の車輪のみを駆動するように開発されてきた。更に、これらの公知のハイブリッドパワートレインは、２個を越える数の車輪を駆動するように変更することは、そのように変更することが仮にできたとしても容易ではない。
【０００８】
ある公知のハイブリッドパワートレインは、少なくともパートタイム式で４輪駆動可能である。しかし、この公知の機構は、車両の車輪の内の２個を駆動するために、例えは前述したような典型的な２輪駆動パワートレインを用いている。更に、他の別体の電気機械が、第二のアクスルに隣接して設けられ、第二のアクスルを独立して駆動するためにそれに作動的に接続されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、その様な機構の欠点は、第二のアクスルが、主動力源（例えば、内燃機関・電気機械動力伝達系統）からの回転及び／又は捩じれ出力を共有していないことである。即ち、主動力伝達系統の内燃機関と電気機械の組み合わせからの機械的出力が第二のアクスルに機械的に伝達されていない。むしろ、第二のアクスルへ加わる回転入力の全てが、発電機として動作する第一の電気機械及び／又はバッテリーによって電気的に動力が与えられる追加の電気機械によって提供される。しかし、そのような機構は、その有用性及び／又は有効性を制限する数々の欠点がある。例えば、そのような機構は、トルクをアクスルの間で分配するパワートレインの能力を制限するだけでなく、トルク分配をバッテリーの充電状態に結合するパワートレインの能力を制限する。加えて、比較的小型の追加の電気機械は、第二のアクスルに沿う利用可能な取付けスペースにより容易に取り付けることが出来る。しかし、そのような大きさの電気機械は制限された性能しか提供できない。これに対し、追加の電気機械をより大きいものとすればより良好な性能を提供できるが、スペース面での制約が生じる。
【００１０】
上記の欠点や他の欠点を無くすためには、全輪駆動用の電気的に可変なトランスミッション又はパワートレインを開発することが望ましいと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の新規な概念による車両用トランスアクスルは、対向する関連するアクスル部分、第一の関連する回転運動源及び第二の関連する回転運動源を作動的に接続するためのものであって、ハウジング空洞を少なくとも部分的に画定するハウジング壁を備えるトランスアクスルハウジングを備える。ギヤキャリヤ組立体がハウジング空洞内に配置され、キャリヤ構造体と、このキャリヤ構造体上に間隔を置いて支持されると共に対向する関連するアクスル部分と作動的に連結された第一及び第二のピニオンと、前記キャリヤ構造体上に間隔を置いて支持された第三及び第四のピニオンとを備える。第一及び第二のピニオンは、対向する関連するアクスル部分と作動的に連結されている。第一のギヤがハウジング空洞内に配置されると共に、第一の関連する回転運動源に作動的に接続されている。第二のギヤがハウジング空洞内に配置されると共に、第一のギヤに作動的に接続されている。第三のギヤがハウジング空洞内に配置されると共に、第二のギヤと第三及び第四のピニオンの少なくとも一方とに作動的に接続されている。第四のギヤがハウジング空洞内に配置されると共に、第三及び第四のピニオンの少なくとも一方に作動的に接続されている。第五のギヤがハウジング空洞内に配置されると共に、第四のギヤと第二の関連する回転運動源に作動的に接続されている。
【００１２】
本発明の新規な概念による電気的に可変なトランスミッションは、第一及び第二の関連するアクスルを有する関連する車両のためのものであって、第一及び第二の回転接続部を備える内燃機関を有する。第一の電気機械は第一及び第二の回転接続部を備える。第一の電気機械の第一の回転接続部は内燃機関の第一の回転接続部と作動的に接続されている。第二の電気機械は回転接続部を備える。第三の電気機械も回転接続部を備える。第一のトランスアクスルは、内燃機関の第二の回転接続部と第二の電気機械の回転接続部を第一の関連するアクスルと作動的に接続する。第二のトランスアクスルは、第一の電気機械の第二の回転接続部と第三の電気機械の回転接続部を第二の関連するアクスルに作動的に接続する。
【００１３】
本発明の新規な概念による車輪付車両は、車両構造組立体と、この車両構造組立体に作動的に連結された第一及び第二のアクスルとを有する。第一及び第二のアクスルは両端部を備える。第一及び第二の車輪が第一のアクスルの両端部の内の異なる端部に支持されている。第三及び第四の車輪が第二のアクスルの両端部の内の異なる端部に支持されている。機関が車両構造組立体に沿って支持されると共に、第一及び第二の回転接続部を備えている。第一の電気機械が車両構造組立体に沿って支持されると共に、第一及び第二の回転接続部を備えている。第一の電気機械の第一の回転接続部は機関の第一の回転接続部と作動的に接続されている。第二の電気機械は回転接続部を備え、第三の電気機械も回転接続部を備える。第一のトランスアクスルは、機関の第二の回転接続部と第二の電気機械の回転接続部を第一のアクスルと作動的に接続して第一及び第二の車輪を駆動する。第二のトランスアクスルは、第一の電気機械の第二の回転接続部と第三の電気機械の回転接続部を第二のアクスルに作動的に接続して第三及び第四の車輪を駆動する。
【００１４】
本発明の新規な概念による方法は第一のアクスルと第二のアクスルとを有する車両に動力を与えるものであって、第一及び第二の回転出力を備える機関、第一及び第二の回転出力を備える第一の電気機械、回転出力を備える第二の電気機械、回転出力を備える第三の電気機械、及び電気貯蔵デバイスを提供することを含む。第一の電気機械の第一の回転出力は機関の第一の回転出力と作動的に接続されている。第一、第二及び第三の電気機械は、電気貯蔵デバイスと電気的に導通している。また、本方法は、機関の第二の回転出力と第二の電気機械の回転出力を第一のアクスルと作動的に接続する第一のトランスアクスルを設けること、及び第一の電気機械の第二の回転出力と第三の電気機械の回転出力を第二のアクスルに作動的に接続する第二のトランスアクスルを設けることを含む。また、本方法は、機関と、第一、第二及び第三の電気機械の内の少なくとも一つから回転出力を発生させることを含む。更に、本方法は、回転出力を第一及び第二のトランスアクスルを介して伝達し，第一及び第二のアクスルを回転させることを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面を参照して説明を行うが、本発明による新規な概念の例示的実施形態を示すことを目的とするものであって、それを限定するものではない。図１は、例えば車体、フレーム又はシャシー等の車両構造組立体１０２を含む車両１００を示す。この車両構造組立体は、複数のアクスル、例えば、第一（前側）アクスル１０４Ａと第二（後側）アクスル１０４Ｂによって支持されている。アクスル１０４の外側端に１個以上の車輪１０６が支持され、アクスル及び車両構造組立体を地面（不図示）上に支持している。図示の例示的実施形態では、車輪１０６Ａと１０６Ｂが第一アクスル１０４Ａの外側端に支持され、車輪１０６Ｃと１０６Ｄが第二アクスル１０４Ｂの外側端に支持されている。アクスル１０４と車輪１０６は、適切なタイプ、種類及び／又は構造のものとすることができる。一例示的実施形態では、以下に更に詳細に検討するように、アクスル１０４Ａ及び１０４Ｂの各々は２本の独立したアクスル部分を有する。図１では，車輪１０６は実質的に同じサイズであるように示されている。しかし、直径及び／又は幅が異なる車輪を任意的に使用できることが分かる。
【００１６】
機関１０８が構造組立体１０２上に或いはそれに沿って支持されており、適切なタイプ、種類及び／又は構造のものとすることができる。例えば、機関１０８は、１個以上の往復ピストンを備えた内燃機関、或いはロータリー型の内燃機関であることができる。加えて、機関１０８は、例えば、ガソリン、ディーゼル、水素、エタノール、バイオディーゼル等の任意のタイプ又は種類の燃料、或いは任意の他の適切な燃料又は燃料の組合せによって運転できる。更に、例えば、スターリングサイクル機関等の異なる熱力学的サイクルで動作する機関を使用することもできる。一つの好適な実施形態では、機関１０８は、約１００馬力から約１０００馬力の範囲の出力動力を有する多気筒内燃機関である。更に、自然給気機関或いは強制空気導入（例えば、ターボチャージングやスーパーチャージング）を利用した機関を使用できる。
【００１７】
また、車両１００は、構造組立体１０２上に或いはそれに沿って適切な方法で支持された第一の電気機械１１０を備えている。第１の電気機械１１０は、任意の適切なタイプ、種類及び／又は構造のものとすることができ、任意の適切な性能特性又は仕様を有することができる。第一の電気機械１１０の一例示的実施形態についての適切な仕様を下記の表に示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
図１に示すように、機関１０８は、第一及び第二の回転接続部１１２、１１４を備える。更に、第一の電気機械１１０は、第一及び第二の回転接続部１１６、１１８を備える。図示の一例示的実施形態においては、機関１０８と第一の電気機械１１０のそれぞれの第一の回転接続部１１２、１１６が互い接近して配置されるように、機関１０８及び第一の電気機械１１０が車両構造組立体１０２に沿って方向が決められている。第一の回転接続部は、適切な方法で互いに作動的に接続されており、全体として主車両動力伝達系統を形成する。一例示的実施形態では、従来のトルクチューブ又はその他の好適なトルク伝達部品が第一の回転接続部１１２、１１６を直接的に接続する。直接的に接続されている場合、機関１０８及び第一の電気機械１１０は、動作中は同一の角速度で回転する。従って、一つの好適な実施形態では、第一の電気機械は、機関の最大回転速度に略等しい最大回転速度を有するように構成されている。或いは、オプションのトランスミッション１２０を機関と第一の電気機械との間に作動的に接続し、これにより機関と第一の電気機械が異なる最大回転速度を有することができるようにしてもよい。一例示的実施形態では、トランスミッション１２０は、機関と第一の電気機械との間の回転速度の比を維持するように動作可能を固定比型のトランスミッションである。
【００２０】
また、車両１００は、第一の電気機械１１０と接続された電力制御システム１２２を備えている。更に、車両１００は、例えば、適切なバッテリー等の１個以上の再充電可能な電気貯蔵デバイス１２４を備えており、この電気貯蔵デバイスは、電力制御システム１２２と接続されており、電力制御システム１２２は、デバイス１２４と第一の電気機械１１０に対して、これらから、及び／又はこれらの間で電力を選択的に移動するように作動する。図１に示す機関１０８、第一の電気機械１１０及び貯蔵デバイス１２４の配置により、約５０：５０の重量配分になることが分かるであろう。しかし、任意の他の配置を用いることもできる。
【００２１】
第一のディファレンシャル組立体、即ちトランスアクスル１２６がアクスル１０６Ａに沿って配置されると共にそれに作動的に接続されている。第二のディファレンシャル組立体、即ちトランスアクスル１２８がアクスル１０６Ｂに沿って配置されると共にそれに作動的に接続されている。更に、第二及び第三の電気機械１３０、１３２が、第一及び第二のトランスアクスル１２６、１２８を介してアクスル１０６Ａ、１０６Ｂにそれぞれ作動的に接続されている。第二及び第三の電気機械は、回転接続部１３４、１３６をそれぞれ備えている。更に、第二及び第三の電気機械１３０、１３２は、電力制御システム１２２と電気的に接続されており、第一の電気機械１１０及び／又は貯蔵デバイス１２４に選択的に接続される。トランスアクスル１２６、１２８は、実質的に同一であるとして図示し記載されているが、それらのギヤ比は多少違っていてもよく、及び／又はそれらの差動機構が若干相違していてもよい。そのような変化等は、例えば、前輪と後輪のタイヤの直径差を補正するためなどに有用である。
【００２２】
図２〜図７は、例えば、第一及び／又は第二の差動組立体１２６、１２８等のトランスアクスル２００の一例示的実施形態を示す。トランスアクスル２００は、ハウジング空洞２０６を少なくとも部分的に画定するハウジング壁２０４を備えたハウジング２０２を有する。トランスアクスル２００は、第一の回転接続部２０８と第二の回転接続部２１０とを備える。任意の適切な配置又は構成を代替として使用できるが、図示の例示的実施形態では、第一の回転接続部２０８が、例えば、機関１０８の第二の回転接続部１１４又は第一の電気機械１１０の第二の回転接続部１１８等の主動力伝達系統の回転接続部と作動的に接続されている。更に、第二の回転接続部２１０が、例えば、第二の電気機械１３０の回転接続部１３４又は第三の電気機械１３２の回転接続部１３６と作動的に接続されている。
【００２３】
トランスアクスル２００は、例えば、アクスル１０４の一方等のアクスルと作動的に接続され、これによりアクスルに作動的に連結された車輪を駆動したり回生によって制動するように示されている。図２の例示的実施形態では、トランスアクスル２００が、ハウジング２０２の両側から延在している二個のアクスル部分２１２、２１４に作動的に連結されている。差動キャリヤ組立体２１６がハウジング２０２のハウジング空洞２０６内において回転可能に支持されており、後でより詳細に検討するように、キャリヤ構造体２１８及びその上に支持された複数のギヤ及び／又はピニオンを備えている。
【００２４】
第一のギヤ２２０は、回転接続部２０８に、例えばそれに固定されるか又はそれと一体的に形成されることによって作動的に接続されている。第二のギヤ２２２は、第一のギヤ２２０に，例えばそれに噛み合い係合することによって接続されている。図示の例示的実施形態では、第二のギヤ２２２がアクスル部分２１２に沿って配置されているが、それとは直接的に作動的に接続されていない。むしろ、第二のギヤ２２２は、その内側に離間して配置されると共に第二のギヤに対して回転方向に固定された第三のギヤ２２４に作動的に接続されている。従って、ギヤ２２２、２２４は同じ角速度で回転する。対向する第四のギヤ２２６がキャリヤ構造２１８上に間隔を置いて支持され、第三のギヤ２２４に作動的に接続されている。第五のギヤ２２８が、第三のギヤ２２４とほぼ対向してアクスル部分２１４に沿って設けられており、第四のギヤ２２６に作動的に接続されている。第六のギヤ２３０が、例えば回転方向に固定された接続で第五のギヤ２２８に作動的に接続されている。従って、第五及び第六のギヤは同じ角速度で回転する。更に、第六のギヤ２３０は、例えば、第七及び第八のギヤ２３２、２３４を用いて回転接続部２１０に作動的に接続されている。第八のギヤ２３４は、回転接続部２１０に、例えばそれに固定されるか又はそれと一体的に形成されることによって作動的に接続されている。オプションとして、ギヤ２３６、２３８（図５）又は他の適切な部品を、例えばギヤ２３０、２３２及び２３４によって形成されるギヤトレイン上又はそれに沿って作動的に接続することによって含めることもでき、例えばポンプ（不図示）等の追加の部品を動作させたり、例えば他の出力や出力信号を発生したりするのに使用できる。
【００２５】
差動ピニオン２４０が互いに離間され、かつ第四のギヤ２２６から内側に離間された状態でキャリヤ構造２１８上に支持されている。一例示的実施形態では、ピニオン２４０と第四のギヤ２２６は、キャリヤ構造２１８の対向する部分（参照番号は付けられていない）に沿って互いに直角となるようにキャリヤ構造上に配置されている。しかし、任意の好適な配置を使用できることが分かるであろう。アクスルピニオン２４２、２４４がアクスル部分２１２、２１４にそれぞれ作動的に接続されている。当業者であれば、差動ピニオン２４０、アクスルピニオン２４２、２４４及びキャリヤ構造２１８は、典型的な方法で動作するのに適したアクスル内ディファレンシャルを構成することが分かるであろう。
【００２６】
後でより詳細に検討するように、本発明の新規な概念による、例えばトランスアクスル２００等のトランスアクスルの一利点は、トランスアクスルへ入力された機械的動力の内、アクスル部分２１２、２１４のそれぞれに伝達される割合を約０パーセントから約１００パーセント等の任意の量にできることであり、アクスル部分２１２、２１４による出力が矢印２４６、２４８で示されている。更に、例えば回生制動中等におけるアクスル部分からそれらに沿ってトランスアクスルに入力される機械的動力も、例えば回転接続部２０８及び／又は２１０等の回転接続部の一以上に伝達できる。
【００２７】
当業者であれば、任意の適切な摩擦を低減する支持構成を使用できることが分かるであろう。例えば、ラジアル又はアンギュラーコンタクトボール軸受２５０を使用できる。それに加え或いはそれに代えて、テーパ付ローラー軸受２５２を使用できる。トランスアクスル２００の他の領域では、ニードル軸受２５４を使用できる。典型的に回転速度が比較的低い領域では、平面軸受２５６が適してしているであろう。
【００２８】
図８は、例えば機関１０８の速度等の機関速度を、車両速度と、例えば第二の電気機械１３０又は第三の電気機械１３２等のアクスル電気機械の回転速度の関数として示す図である。図８は、回生が使用される制動時ではなく、駆動時における車両の動作を表していることが分かるであろう。図８における表示の例として、任意の車両速度１００ｋｍ／ｈｒを選択する。機関速度が１０００ｒｐｍの時、関連するアクスル電気機械は＋４０００ｒｐｍで動作しているであろう。即ち、１０００ｒｐｍにおいて、機関は、１００ｋｍ／ｈｒの車両速度を維持するために充分な動力をアクスルに供給していない。従って、関連するアクスル電気機械は、約４０００ｒｐｍで回転するモータとして動作し、所望の車両速度を維持するために追加の動力をアクスルに供給する。
【００２９】
或いは、５０００ｒｐｍの機関速度を使用することもできる。しかし、この機関速度では、１００ｋｍ／ｈｒの車両速度を維持するのに必要な動力よりも可なり多くの動力が発生される。従って、関連するアクスル電気機械は約−４０００ｒｐｍで動作する。即ち、関連するアクスル電気機械は、反対方向に４０００ｒｐｍで回転する発電機として動作し、これにより機関からの余分な動力を、貯蔵若しくは他の方法で使用できる電力に変換する。更なる例として、約３０００ｒｐｍの機関速度を使用できる。この機関速度では、丁度良い量の動力が発生され、関連するアクスル電気機械の回線速度が略ゼロ（０）になる。
【００３０】
図９は、例えば第一の電気機械１１０等の第一電気機械の一例示的実施形態についての種々のトルク対速度曲線を示す図である。図９中の曲線Ａは、基本電圧６８０Ｖ、設計周波数２２０Ｈｚで動作している第一の電気機械を表す。曲線Ａの左側の曲線は、磁束を一定に保ち、周波数と電圧を下げた結果得られたものである。曲線Ａの右側の曲線は、電圧を一定に保ち、周波数を上げた結果得られたものである。従って、ピークトルクは、この磁界を弱くした領域で低下することが分かる。全体として、曲線は、適切な第一の電気機械のピーク性能の包絡線（envelope）を提供する。
【００３１】
図１０は、例えば第二の電気機械１３０又は第三の電気機械１３２等のアクスル電気機械についての種々のトルク対速度曲線を示す図である。図１０から分かるように、２組のトルク対速度曲線が表示されている。一組目の曲線は、例えば８極構成等の第一の条件下で動作中のアクスル電気機械に対応する。アクスル電気機械の一例示的実施形態では、８極構成は、例えば約９００から約１０００Ｎｍの比較的大きいトルクを提供できるが、それは比較的低速においてである。従って、アクスル電気機械が、例えば５０００ｒｐｍより低い速度で回転するような使用条件の下では、８極構成を使用できる。図１０の曲線Ｂは、基本電圧６８０Ｖ、設計周波数２２０Ｈｚで動作している８極構成のアクスル電気機械を表す。
【００３２】
二組目の曲線は、例えば４極構成等の第二の異なる条件下で動作中のアクスル電気機械に対応する。上で議論した８極構成に比べ、４極構成は、例えば約３５０から約４００Ｎｍの比較的小さいトルクを提供するが、より高い速度で動作できる。従って、アクスル電気機械が、例えば５０００ｒｐｍより高い速度で回転するような使用条件の下では、４極構成を使用でき、例えば１２０００ｒｐｍまでの動作を可能にする。図１０の曲線Ｃは、基本電圧６８０Ｖ、設計周波数２２０Ｈｚで動作している４極構成のアクスル電気機械を表す。
【００３３】
上で議論したように、曲線Ｂ及びＣの左側の曲線は、磁束を一定に保ち、周波数と電圧を下げた結果得られたものである。曲線Ｂ及びＣの右側の曲線は、電圧を一定に保ち、周波数を上げた結果得られたものである。従って、ピークトルクは、この磁界を弱くした領域で低下することが分かる。全体として、曲線は、適切な第一の電気機械のピーク性能の包絡線（envelope）を提供する。
【００３４】
アクスル電気機械が所望の動作速度範囲に適合できるようにするために、４極構成と８極構成との間でアクスル電気機械を切り替えるための構成が、例えば電力制御システム１２２等において使用される。これは、例えば、電子スイッチを使用する等、任意の適切な方法で行うことができる。
【００３５】
例えば、図１に示すと共に記載した構成等の電気的に可変なトランスミッション又はパワートレインは、広範な性能条件下で動作できる。議論及び理解を容易にする目的で、又制限を構成することなく、そのような性能条件を、高速運転、低速運転及び経済運転に大きく分類できる。上記の動作の分類は、比較的一定の速度での動作を想定するものであり、本発明の新規な概念による電気的に可変なトランスミッションを有する車両は、非常に早い加速及び強力な制動等の他の性能条件下で動作できるが、そのような性能条件はここでは特に言及しないことが分かるであろう。
【００３６】
一般に、高速運転は、例えば約１００ｍｐｈ（１６０ｋｐｈ）から約２２５ｍｐｈ（３６０ｋｐｈ）等の高い車両速度を含むであろう。そのような運転条件下では、車両速度を維持するのに必要なトルクは、例えば、急勾配で車両を運転したり、高い加速度を提供する等の他の運転条件と比較して低い場合が多い。しかし、そのような車両速度でも、機関の回転速度が高いため、動力負荷は非常に高くなるであろう。本発明の新規な概念による電気的に可変なトランスミッションを通しての動力伝達の例示的方法が方法３００として図１１に示されている。上記したように、その様な使用条件の下では、回転速度は高いが、比較的小さいトルクが一般に要求される。従って、例えば第一の電気機械１１０等の第一の電気機械ＥＭ１の非常に大きなトルク発生能力は使用されないであろう。何故なら、通常は充分なトルクが例えば機関１０８等の機関ＥＮＧによって提供できるからである。
【００３７】
方法３００は、矢印３０２で示すように、機関ＥＮＧを用いて回転出力を発生することを含む。また、方法３００は、矢印３０４で示すように、回転出力の第１の部分を第一の電気機械ＥＭ１に伝達することを含む。また、方法３００は、矢印３０６、３０８でそれぞれ示すように、回転出力の第２の部分を例えばトランスアクスル１２６、１２８等を介して差動機構ＤＭ１、ＤＭ２に伝達することを含む。また、方法３００は、矢印３１０、３１２でそれぞれ示すように、差動機構からの回転出力を例えばアクスル１０４等のアクスルＡＸ１、ＡＸ２に伝達することを含む。
【００３８】
更に、方法３００は、矢印３０４に沿って第一の電気機械ＥＭ１に伝達された回転出力を用いて電力を発生し、矢印３１４で示すように、その電力を、例えば電力制御システム１２２等の適切なパワーエレクトロニクスＰＥに送ることを含む。更に、方法３００は、矢印３１６、３１８で示すように、例えば第二の電気機械１３０及び／又は第三の電気機械１３２等の第二の電気機械ＥＭ２及び／又は第三の電気機械ＥＭ３にパワーエレクトロニクスＰＥから電力を選択的に送ることを含む。更にまた、方法３００は、矢印３２０、３２２で示されるように、機械ＥＭ２、ＥＭ３からの回転出力を差動機構ＤＭ１、ＤＭ２に伝達することを含む。この追加の回転出力は、矢印３１０、３１２で示すように、矢印３０６、３０８からの回転出力と共にアクスルＡＸ１、ＡＸ２に伝達される。更にまた、方法３００は、矢印３２４で示されるように、貯蔵デバイスＳＴＤに対して及び／又は貯蔵デバイスＳＴＤから電気エネルギーを選択的に送ることを含む。
【００３９】
一般に、低速運転は、例えば約４０ｍｐｈ未満の速度等の比較的低い車両速度を含むであろう。加えて、例えば急勾配又は急加速等の特定の低速運転条件の性質のため、この性能条件には、一般に比較的高いトルク負荷が含まれる。しかし、これは、機関の回転速度が比較的低いため、典型的には適度な動力負荷に変化する。本発明の新規な概念による電気的に可変なトランスミッションを通しての動力伝達の別の例示的方法が方法４００として図１２に示されている。上記したように、その様な使用条件の下では、回転速度は比較的低いが非常に大きなトルク負荷が一般に要求される。従って、これらの性能条件の間は、第一の電気機械ＥＭ１のトルク発生能力が非常に価値の高いものになる。
【００４０】
方法４００は、矢印４０２で示すように、機関ＥＮＧを用いて回転出力を発生することを含む。それに加え、方法４００は、矢印４０４で示すように第一の電気機械ＥＭ１を用いて回転出力を発生することを含む。また、方法４００は、矢印４０６、４０８で示すように、機関ＥＮＧと機械ＥＭ１からの回転出力を差動機構ＤＭ１、ＤＭ２に伝達することを含む。更に、方法４００は、矢印４１０、４１２でそれぞれ示すように、差動機構からの回転出力の第一の部分をアクスルＡＸ１、ＡＸ２に供給することを含む。また、方法４００は、矢印４１４で示すように、差動機構ＤＭ１からの回転出力の第二の部分を第二の電気機械ＥＭ２に供給又はその他の方法で伝達することを含む。更に、方法４００は、矢印４１６で示すように、差動機構ＤＭ２からの回転出力の第二の部分を第三の電気機械ＥＭ３に供給又はその他の方法で伝達することを含む。
【００４１】
更にまた、方法４００は、それぞれ矢印４１４、４１６に沿って電気機械ＥＭ２、ＥＭ３に供給された回転出力から電気機械ＥＭ２、ＥＭ３を用いて電気エネルギーを発生し、矢印４１８、４２０で示すように、その電気エネルギーをパワーエレクトロニクスＰＥに送ることを含む。更に、方法４００は、矢印４２２で示すように、矢印４１８及び／又は４２０から等の電気エネルギーを電気貯蔵デバイスＳＴＤに対して及び／又は電気貯蔵デバイスＳＴＤから選択的に送ることを含む。更に、方法４００は、矢印４２４で示すように、矢印４１８〜４２２の内の一つ以上に沿って機械ＥＭ１に電気エネルギーを選択的に送ることを含む。
【００４２】
一般に、経済運転は、例えば約４５ｍｐｈ（７０ｋｐｈ）から約８５ｍｐｈ（１３５ｋｐｈ）等の、速度制限された公共の道路上での使用に適した車両速度で起こるであろう。典型的には、その様な運転は、機関の非常に小さいトルクと中程度の回転速度のみが利用される。従って、通常は比較的小さい動力が必要とされる。本発明の新規な概念による電気的に可変なトランスミッションを通しての動力伝達の更なる例示的方法が方法５００として図１３に示されている。上記したように、その様な使用条件の下では、最低限のトルク負荷と比較的低い回転速度が一般に要求される。従って、機関ＥＮＧの効率が最も高くなる運転速度が目標とされ、トルク増加に対しての一時的な要求を克服するために用いられる第一の電気機械ＥＭ１によって出力されるトルクによって機関出力を増大させることによって機関の運転をこの高効率運転領域内に維持するように試みられる。機関ＥＮＧから余分な動力が利用できる状況では、この余分な動力を電気エネルギー貯蔵デバイスＳＴＤを再充電するのに用いることができる。
【００４３】
方法５００は、矢印５０２で示すように、機関ＥＮＧを用いて回転出力を発生することを含む。また、方法５００は、矢印５０４で示すように、機関ＥＮＧからの回転出力を差動機構ＤＭ２に伝達することを含む。更に、方法５００は、矢印５０６で示すように、差動機構からの回転出力をアクスルＡＸ２に供給することを含む。第三の電気機械ＥＭ３は、ロータがロックされた状態にあるように示されており、これの結果、矢印５０６からの回転出力の全てがアクスルＡＸ２に向けられ、高効率の伝達が行われる。第二の電気機械ＥＭ２は、アクスルＡＸ１に回転出力が供給されないため、図１３に示されていない。
【００４４】
性能条件によっては、方法５００は、矢印５０８で示すように、機械ＥＭ１を用いて追加の回転出力を発生し、この追加の回転出力を、例えば矢印５０４に沿って差動機構ＤＭ２に供給することをオプションとして含むことができる。或いは、性能条件によっては、方法５００は、機関ＥＮＧからの回転出力の一部を矢印５０４に沿って機械ＥＭ１に伝達することをオプションとして含むことができる。そして、本方法は、機関からの回転入力を使用して機械ＥＭ１で電力を発生し、矢印５１０で示すように、その電力をパワーエレクトロニクスＰＥに送ることを含む。更に、方法５００は、矢印５１２で示すように、電気貯蔵デバイスＳＴＤと機械ＥＭ１に電気を送ったり、これらから電気を送ったり、これらの間で電気を送ったりすることを選択的に行うことを含むことができる。
【００４５】
本発明による新規な概念を上記の実施形態を参照して記載し、本明細書では、開示された実施形態の構成部品の構造及びそれらの間の構造的相互関係を極めて強調して説明したが、他の実施形態も可能であり、本発明の新規な概念の原理から逸脱することなく、図示され記載された実施形態に多くの変更を加え得ることは分かるであろう。前述の詳細な記載を読んで理解することにより、他の者が変形及び変更を想到することは明らかである。従って、上記の記載事項は、限定ではなく本発明の新規な概念の単なる例示であると解釈すべきことを明確に理解しなければならない。従って、本発明の新規な概念は、本開示の範囲及び／又は添付の特許請求の範囲の入るものであればそのような変形及び変更の全てを包含するものと解釈しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】車両上に示した、本発明の新規な概念による全輪駆動用の電気的に可変なトランスミッションの一例示的実施形態の概略図。
【図２】本発明の新規な概念によるトランスアクスルの一例示的実施形態の概略図。
【図３】更に詳細に示された図２のトランスアクスルの一例示的実施形態の斜視図。
【図４】図３のトランスアクスルにおいて使用されるギヤ組立体の一例示的実施形態の前側から見た斜視図。
【図５】図４のギヤ組立体の後側から見た斜視図。
【図６】図３〜図５に示すトランスアクスルの図３の線６−６沿って見た断面側面図。
【図７】図３〜図５に示すトランスアクスルの図３の線７−７沿って見た断面側面図。
【図８】アクスル電気機械の速度と車両の速度の関数として機関速度を示した線図。
【図９】動力伝達系統の電気機械についてのトルク・速度曲線を示す線図。
【図１０】アクスルの電気機械についてのトルク・速度曲線を示す線図。
【図１１】本発明の新規な概念による、車両に動力を与える一例示的方法を示す。
【図１２】本発明の新規な概念による、車両に動力を与える別の例示的方法を示す。
【図１３】本発明の新規な概念による、車両に動力を与える更に別の例示的方法を示す。
【符号の説明】
【００４７】
１０８：機関、１１０：第一の電気機械、１３０：第二の電気機械、１３２：第三の電気機械、２００：トランスアクスル、１０４Ａ、１０４Ｂ：アクスル、１２６：第一のトランスアクスル、１２８：第二のトランスアクスル
【図１】
2008537922.tif 000004
【図２】
2008537922.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008537922.tif 000009
【図７】
2008537922.tif 000010
【図８】
2008537922.tif 000011
【図９】
2008537922.tif 000012
【図１０】
2008537922.tif 000013
【図１１】
2008537922.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
2008537922.tif 000017
2008537922.tif 000018
2008537922.tif 000019
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