(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体または車両フレームに固定されたケーシング（１）が設けられ、固定子を備えたモータケース（５）と、このモータケース（５）内に設けられた回転子（７）とがそれぞれ前記ケーシング（１）に回転可能に支承され、モータケース（５）と回転子（７）が出力のため、反対向きの回転運動を行い、一方のドライブトレーン（２または３）が回転子（７）またはモータケース（５）に連結され、回転子（７）またはモータケース（５）の回転運動が歯車装置を介して同じ向きの駆動回転方向及び被駆動回転方向で変速され、他方のドライブトレーン（２または３）がモータケース（５）または回転子（７）に連結され、モータケース（５）または回転子（７）の回転運動が歯車装置を介して同じ向きの駆動回転方向及び被駆動回転方向で変速され、歯車装置が遊星歯車装置であり、回転子（７）が軸（６）上に配置された平歯車（１０）を介して、あるいはモータケース（５）がモータケース（５）に連結されかつモータケース軸線上に配置された平歯車（９）によって、付設の遊星歯車装置の遊星歯車（１３または１６）にかみ合っている、車両用、特に多車線電気自動車用の電気駆動装置において、各遊星歯車装置の遊星歯車（１３または１６）の軸に連結されたウェブ（１４または１７）が設けられ、このウェブがそれぞれ付設の車軸を駆動することと、少なくとも１個の遊星歯車装置が遊星歯車（１６）と平歯車（１０）の間に中間歯車（１５）を備え、この中間歯車が遊星歯車（１６）と平歯車（１０）にかみ合っていることを特徴とする電気駆動装置。
【請求項２】
少なくとも一方の遊星歯車装置の遊星歯車（１３または１６）および／または中間歯車（１５）が段付き歯車（２４または２５）として形成さていることを特徴とする請求項１記載の電気駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載されているような車両用電気駆動装置に関する。
【０００２】
米国特許第５１６９１７号明細書から、一方の車輪を界磁コイルに固定連結し、他方の車輪を差動装置を介して電機子に連結することにより、２個の車輪を回転数に依存しないで駆動する働きをする電動機が知られている。両車輪で同じトルクを達成するためには、界磁コイルと電機子が同じ回転数の場合、差動装置が回転数を変化させずに電機子回転の回転方向逆転を行わなければならない。これは図示されている実施の形態では、公知の車軸差動装置の構造に似たリングギヤセットの場合であり、他方では同じ機能を有する平歯車式遊星歯車装置の場合である。
【０００３】
更に、米国特許第６１３８９４号明細書から、車両用の発電機と電動機が知られている。互いに同心的に回転可能な２個の電動機部分のこの配置構造の場合、両部分は高い変速比の歯車装置によって相互におよび固定部分に連結されている。実施の形態では、回転する界磁コイルのケースを車両の一方の駆動輪に固定連結することが提案されている。他の実施の形態では、内側の軸がゆっくり回転する機械のための駆動装置として使用される。
【０００４】
更に、回転する界磁コイルを備えた装置が知られている。この場合、界磁コイルにはスリップリングを経て電流が供給される。回転する電機子は高い変速比を有する遊星歯車装置を介して界磁コイルのケースを駆動する。米国特許第６１３８９４号明細書の場合と同じように、この装置は特に、例えばウィンチのドラム駆動装置としてのゆっっくり回転する機械のために使用される。この場合、駆動装置全体がドラム内に位置している。
【０００５】
更に、米国特許第５８４５７３２号明細書から、電気自動車用ドライブトレーンが知られている。その際、一方の駆動軸は車軸と同心的に配置された回転子に連結されている。この回転子は中空軸上に支承され、遊星歯車装置の太陽歯車を駆動する。この歯車装置のウェブは回転子の中空軸を案内される車軸に連結されている。歯車装置の内歯歯車はロータ軸に対して同心的に配置された他の遊星歯車装置のウェブに連結されている。この歯車装置はトルクの逆転を行うことができ、それによってこの歯車装置に連結された第２の車軸が第１の車軸と同じ方向に回転する。この構造の欠点は回転子を収容するために中空軸を必要とすることにある。
【０００６】
米国特許第５４８７４３８号明細書または欧州特許出願公開第０５８７１２０号公報により、電気自動車用駆動システムが知られている。この駆動システムの範囲内において、車軸駆動装置が示してある。この車軸駆動装置の場合、スリップリングを経て給電される回転可能に支承された界磁コイルが、歯車装置のピニオンに連結されている。このピニオンは内歯歯車にかみ合っている。この内歯歯車は更に、車軸に固定連結されている。この歯車装置では、ピニオンと内歯歯車が同じ方向に回転する。同様に回転可能に支承された回転子は平歯車を駆動する。この平歯車は他の車軸に連結された他の平歯車にかみ合っている。この歯車装置は回転子回転に対して車軸を反対方向に回転させる。従って、差動装置の機能が与えられる。対応する歯車直径を適切に選択することにより、車軸を一直線上に並べることができる。この構造の欠点は、界磁コイルと回転子が車軸に対して平行な他の軸の回りに回転し、それによって駆動装置ケーシングのための構造コストが高まるということにある。更に、高い変速比の場合には、歯車装置の内歯歯車が大きな直径となり、それによって車両の最低地上高がこのような軸によって許容されないほど低くなる。
【０００７】
米国特許第５８０４９３５号明細書には、電気自動車用駆動システムが記載されている。この駆動システムは駆動される２本の軸を備えた車両のためのものである。この場合、回転可能に支承された界磁コイルは車軸を駆動する。このドライブトレーンは適切な装置を介して中断可能であり、駆動軸が自由に回転する間、界磁コイルは車両に固定可能である。更に、他の駆動軸を駆動する回転子が設けられている。回転する界磁コイルへの電力供給はスリップリングを経て行われる。回転子または界磁コイルの回転運動は駆動軸に至る連結軸に直接伝達される。回転子が固定子と同じ回転数を有するという前提では、回転子と駆動装置が固定されているときに、上記の装置によって、一方の車軸だけが両軸の駆動装置の倍の走行速度を達成可能である。このような駆動装置は２本の被駆動軸を備えた車両についてのみ適している。更に、適切な構造を達成するために、各々の車軸のために減速歯車を設けなければならない。
【０００８】
英国特許出願公開第２００８８６２号公報により、摩擦ブレーキを備えた二重回転子が知られている。この公報に記載された装置では、界磁コイルと電機子が互いに独立して共通の軸上に回転可能に支承され、摩擦ブレーキによって固定可能である。電流はスリップリングを経て伝導される。回転子と界磁コイルの回転運動は適切な遊星歯車装置で重ね合わされる。この装置の後に、主としてウィンチドラムを駆動するための減速歯車装置が接続配置されている。回転子または界磁コイルを互いに制動することにより、ウィンチドラムの回転数が大きく異なるようにすることができる。それによって、昇降機構または同様の仕様の作業機械の取扱操作が改善される。
【０００９】
更に、英国特許出願公開第２２５４９６５号公報により、電気駆動車両用の歯車システムが知られている。直流ユニットの電機子と界磁コイルが共通の軸に回転可能に支承されている装置が提案される。その際、回転子軸の一端は車両に回転可能に支承され、他端は界磁コイルの回転するケースに回転可能に支承されている。界磁コイルの回転するケースは一端に、車両に支承された短軸を備えている。ケースは他端において回転子軸に支承されている。運転電流は界磁コイルのケースの外周部に取付けられたスリップリングを経て供給される。回転子はコレクタを備えている。このコレクタには、ケースに連結された回転するブラシを経て電流が供給される。
【００１０】
米国特許第４１３０１７２号明細書に電気車両が記載されている。この刊行物には、電動機を備えた車両駆動装置が示してある。この駆動装置の場合、回転子と界磁コイルが共通の軸上に回転可能に配置されている。この場合、一方の被駆動軸の回転方向はかさ歯車装置によって回転子の運動に対して逆転される。他の被駆動軸は界磁コイルの回転部に固定連結されている。上記の構造が被駆動軸の回転数を回転子と界磁コイルに対して低減しないので、各々１個のベルト駆動装置を介して車両の駆動輪をそれぞれの被駆動軸に連結しなければならない。
【００１１】
オーストリア国特許第４０５９２４号公報により、車両用電気駆動装置が知られている。この文献には、回転子と界磁コイルの反対向きの運動が適切な遊星歯車装置によって車輪回転数に低減され、必要に応じて同じ回転方向であるいは反対向きの回転方向で行われる。それによって、差動装置の機能を有する車軸駆動装置の機能が満たされる。上記の歯車装置により、回転子、界磁コイルおよび車軸を１本の回転軸に配置することができる。
【００１２】
更に、電機子と界磁コイルが回転可能に支承され、かつ各々１個の車輪を駆動する車両用車軸駆動装置が知られている。主電流と励起電流は共に、適当に配置されたスリップリング式伝導装置を経て可動のモータ部分に供給される。駆動輪の回転数への必要な回転数低減は、電機子と界磁コイルについてそれぞれ１つの二段式平歯車装置によって行われる。このような歯車装置では中間歯車が使用され、それによってこのドライブトレーンにおいて駆動装置と被駆動装置の反対方向の回転が達成される。この歯車装置の平歯車を適当に選定することにより、電機子と界磁コイルからなる構造ユニットと共に車軸を共通の軸線上に配置することができる。
【００１３】
更に、欧州特許出願公開第０８６７３２４号公報により、反対向きに回転する固定子と回転子を備えた電動機によって運転可能な車両、特にフォークリフトトラックが知られている。この文献には、フロアコンベヤを軸で駆動するための装置が示してある。この場合、一方の車輪は回転方向を逆転するために平歯車装置を介しておよび他の減速歯車装置を介して駆動される。回転の逆転と車輪回転数の低減を機能的に分離することにより、逆転歯車装置に加えて、分離された２個の減速歯車装置が必要である。
【００１４】
更に、米国特許第３２６７３１１号明細書により、車両のための電動機と差動装置の組み合わせが知られている。車両用軸駆動装置は一方の車輪に固定された回転する界磁コイルと、歯車装置を介して他方の車輪に連結された、同じ軸の回りに回転する電機子からなっている。歯車装置は回転子に連結され中間歯車にかみ合う平歯車からなっている。中間歯車の回転軸はケーシングに対して固定され、回転子軸と同心的に配置された内歯歯車にかみ合っている。この歯車装置により、回転子と車軸の間で回転方向の逆転が行われる。この歯車装置が無視できない回転数低減を行うので、必然的に左側の車輪と右側の車輪のトルクが異なる。この理由からおよび電動機構成要素と駆動輪の間の小さな回転数低下のために、車両駆動装置に関するこの組み合わせ装置の適性には問題がある。
【００１５】
本発明の根底をなす課題は、一方では上記の駆動装置の欠点を回避し、他方では構造が簡単である、電気駆動装置を提供することである。
【００１６】
本発明のこの課題は請求項１の特徴によって解決される。
【００１７】
請求項１の特徴部分に記載した特徴によって生じる驚くべき効果は特に、電気駆動装置のために１個の歯車装置段で大きなギヤ比が達成されることにある。このような大きなギヤ比は技術水準では３段の平歯車装置によってしか達成できない。本発明の他の効果は、両車軸に対する均一なトルク分配が可能になることにある。更に、逆転式歯車装置、すなわち同軸の駆動装置と被駆動装置によって、駆動装置のコンパクトな構造が達成可能である。このような歯車装置の場合、トルクは歯車装置あたり遊星歯車の複数のセットを経て伝達される。それによって生じる最適な出力分配により、コンパクトな構造が達成可能である。
【００１８】
本発明の他の効果は、ウェブを車軸に連結することにより、遊星歯車の周速が低くなり、それによって遠心力が小さくなることにある。
【００１９】
本発明によるこの駆動装置によって、対向する車軸を運転するために、コストのかかる軸受を備えた回転子を通る中空軸は不用である。
【００２０】
電気駆動装置の形成により、高い回転子回転数と固定子回転数が達成可能であるので、高い出力密度が達成される。
【００２１】
更に、請求項２記載の他の実施形が有利である。というのは、歯車装置全体をモータケースの直径内に形成可能であるからである。それによって、製作技術的に望ましい組み込み寸法が生じ、この組み込み寸法は更に、車両のコンセプトの観点から、良好または大きな最低地上高を保証する。
【００２２】
請求項３記載の実施形により、駆動システム全体の経済的な製作を許容する簡単な構造が保証される。
【００２３】
請求項４記載の他の実施形により、左側のドライブトレーンと右側のドライブトレーンの間に配置され、差動機能を満たし、そして車両の最低地上高を許容されないほど低下させずに、車軸と駆動装置を同軸的に固定連結することができるほど小さな構造スペースしか必要としない、駆動装置を設計することが可能である。
【００２４】
本発明による駆動システムの他の重要な利点は、車両の直線走行時に回転子回転数がほぼ固定子回転数に一致することにある。出力を発揮するためには、公知のごとく回転数の合計が重要である。これに対して、騒音発生は、システム内で発生する最高回転数によって決まる。すなわち、本発明による駆動システムによって、２倍の回転数の出力、ひいては単位出力重量が、１倍の回転数の騒音発生によって達成されるので、重要なシステム利点が生じる。
【００２５】
請求項５記載の他の実施形により、所望な要求を最適に満足する変速が達成可能である。
【００２６】
次に、図に示した実施の形態に基づいて本発明を詳しく説明する。
【００２７】
前置きとして、異なる実施の形態において、同じ部品には同じ参照符号または同じ部品名称が付けてあることに留意すべきである。この場合、明細書全体に含まれる開示内容は同じ参照符号または同じ部品名称を有する同じ部品に類推して適用可能である。更に、明細書で選択された、例えば上側、下側、側方等のような位置に関する記載は、直接説明し図示する図に関連しており、位置変更時に新しい位置に類推して適用可能である。更に、図示し説明する異なる実施の形態の特徴の組み合わせまたは個々の特徴はそれ自体、独立した発明的な解決策または本発明による解決策を示す。
【００２８】
独立した発明的な解決策に基づく課題は明細書から推察可能である。
【００２９】
図１では、電気駆動装置が車両に対して固定されたケーシング１を備えている。このケーシングの両側から、第１のドライブトレーン２と第２のドライブトレーン３が突出している。第１のドライブトレーン２ためのトルクはモータケース５に固定された固定子４によって加えられ、第２のドライブトレーン３のためのトルクは回転自在に支承された回転子７の軸６によって加えられる。モータケース５は第１のドライブトレーン２の短軸８に固定連結されている。この場合、短軸８はその自由端に平歯車９を備えている。軸６は同様にその自由端に平歯車１０を備えている。ドライブトレーン２，３と平歯車９，１０の間にはそれぞれ１個の歯車装置（変速ギヤ）が設けられている。この歯車装置は遊星歯車装置として形成されている。
【００３０】
駆動装置全体が統合されている固定されたケーシング１内には、各々の遊星歯車装置の内歯歯車１１，１２が配置されている。この内歯歯車１１，１２は太陽歯車とも呼ぶことができる。というのは、その軸線が駆動装置の軸線上にあるからである。ドライブトレーン２に付設された歯車装置では、遊星歯車１３が内歯歯車１１および平歯車９にかみ合っている。遊星歯車１３の軸にはウェブ１４が連結されている。このウェブはドライブトレーン２、続いて付設の車軸を駆動する。
【００３１】
車両のために使用される駆動装置の回転方向逆転を達成するために、同様に遊星歯車装置として形成されたドライブトレーン３に付設された歯車装置には、中間歯車１５が設けられている。この中間歯車は平歯車１０と遊星歯車１６にかみ合っている。この場合、遊星歯車１６は内歯歯車１２にかみ合っている。中間歯車１５の軸と遊星歯車１６の軸はウェブ１７によって支持されている。このウェブはドライブトレーン３、続いて付設の車軸を駆動する。勿論、ドライブトレーン２に付設された遊星歯車装置が中間歯車１５を備え、ドライブトレーン３に付設された遊星歯車装置が内歯歯車１２と平歯車１０に直接かみ合う遊星歯車１６を備えていてもよい。
【００３２】
図２には、駆動装置用歯車装置が概略的に示してある。この場合、駆動装置の原理的な構造は図１の駆動装置に一致している。この駆動装置の場合には、ドライブトレーン２に付設された遊星歯車装置が段付き歯車として形成された遊星歯車１３を備えている。対応する歯車装置の中間歯車１５も同様に段付き歯車として形成されている。このような歯車装置の形成により、変速比を高めることができる。
【００３３】
図３には、基本構造が図１の駆動装置の基本構造と一致する駆動装置が示してある。その際、ドライブトレーン３に付設された遊星歯車１６が段付き歯車として形成されている。この場合、中間歯車１５は慣用のごとく形成されている。遊星歯車装置の歯数の比を適切に選択することにより、ドライブトレーンに付設された車軸のトルクを決定することができる。この場合、車軸の回転運動は互いに完全に独立して行われる。
【００３４】
図４では、電気的な駆動装置は固定されたケーシング１を備えている。このケーシング内には、回転自在のモータケース５が短軸８を介してころがり軸受１８によって支承されている。このモータケース内には、モータの固定子４が固定されている。モータケース５に固定連結された短軸８は平歯車９を備えている。モータケース５には、回転子７の軸６が軸受１９または２０を介して支承されている。軸６の一端には平歯車１０が設けられている。軸６は他のころがり軸受２１を介して固定されたケーシング１に支承可能である。
【００３５】
界磁コイル２２が回転可能に支承されたケーシング１内に配置されている。ケーシング１には同様に幾つかのすり接点２３が連結されている。このすり接点から界磁コイル２２に電気エネルギーが供給される。平歯車９はドライブトレーン２に付設された遊星歯車装置にかみ合っている。この遊星歯車装置はケーシング１に固定連結された内歯歯車１１を備えている。この内歯歯車には、複数の遊星歯車１３がかみ合っている。この遊星歯車は他方では平歯車９にかみ合っている。遊星歯車１３を支承する軸はウェブ１４に固定連結されている。このウェブはドライブトレーン２を介して車両の両車軸の一方を駆動する。
【００３６】
かご形回転子として形成されているかあるいは永久磁石を備えている回転子７は、軸６を介して平歯車１０に連結されている。この平歯車は他の遊星歯車装置を駆動する。この遊星歯車装置は、ケーシング１に連結された内歯歯車１２と、複数の遊星歯車１６と、中間歯車１５と、遊星歯車１６と中間歯車１５の軸を支持するウェブ１７とからなっている。内歯歯車１２は遊星歯車１６にかみ合っている。これに対して、中間歯車１５は平歯車１０と遊星歯車１６にかみ合っている。この構造により、必要な回転数低減のほかに、回転子７の軸６と対応する他の車軸との間で回転方向の逆転が達成される。遊星歯車装置の歯数比の適切な選択によって、両ドライブトレーン２，３またはそれに続く車軸において、類似または同一のトルクを取り出すことができる。この場合、車軸の回転運動は互いに完全に独立して行われる。
【００３７】
勿論、歯車装置の構造は機能を制約せずに取り換え可能である。
【００３８】
図５に示した歯車装置では、変速比を更に高めることができる。駆動装置の基本的な構造は図４の駆動装置と同じである。図４の遊星歯車１３または中間歯車１５は図５では段付き歯車２４または２５として形成されている。その他の点では、作用は同じである。勿論ここでも歯車装置の逆転が可能である。
【００３９】
形式を整えるべく、最後に、駆動装置の構造の良好な理解のために、駆動装置またはその構成分は一部が不正確な縮尺でおよびまたは拡大およびまたは縮小して示してあることを指摘しておく。
【図面の簡単な説明】
【図１】  駆動装置の概略図である。
【図２】  遊星歯車が段付き歯車として形成された駆動装置の概略図である。
【図３】  他の実施の形態による駆動装置の概略図である。
【図４】  電気駆動装置の断面図である。
【図５】  電気駆動装置の他の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１                    ケーシング
２                    ドライブトレーン
３                    ドライブトレーン
４                    固定子
５                    モータケース
６                    軸
７                    回転子
８                    短軸
９                    平歯車
１０                  平歯車
１１                  内歯歯車
１２                  内歯歯車
１３                  遊星歯車
１４                  ウェブ
１５                  中間歯車
１６                  遊星歯車
１７                  ウェブ
１８                  ころがり軸受
１９                  軸受
２０                  軸受
２１                  ころがり軸受
２２                  界磁コイル
２３                  すり接点
２４                  段付き歯車
２５                  段付き歯車
【図１】
0004693327.tif 000002
【図２】
0004693327.tif 000003
【図３】
0004693327.tif 000004
【図４】
0004693327.tif 000005
【図５】
0004693327.tif 000006