(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モータと、
差動ギア配置を中に配置し、複数の遊星ギア用のキャリアを形成する差動ハウジングと、
前記電気モータに駆動接続される減速ギアセットと、
前記差動ハウジングの内部に部分的に配置され、複数の遊星ギアと駆動係合される第１の部分および減速ギアセットと駆動係合される第２の部分を有する駆動入力ギアと、
前記差動ハウジングの外部に配置され、前記複数の遊星ギアと駆動係合されるリングギアと、
前記駆動入力ギアを前記差動ハウジングに連結し第１の駆動比を確立するべく選択的に係合され得る第１のクラッチデバイスと、
前記リングギアを接地して第２の駆動比を確立するべく選択的に係合され得る第２のクラッチデバイスと
を備え、
前記差動ギア配置に接続される一対の車軸ハーフシャフトをさらに備え、これらの車軸ハーフシャフトは、自動車の複数の車輪に接続される自動車用の電気駆動ユニット。
【請求項２】
前記電気モータは、前記差動ギア配置から半径方向外側に配置される、請求項１に記載の電気駆動ユニット。
【請求項３】
前記駆動入力ギアの前記第１の部分は、前記差動ハウジングの内部の前記複数の遊星ギアと駆動係合される、請求項１または２に記載の電気駆動ユニット。
【請求項４】
前記駆動入力ギアの前記第２の部分は、前記差動ハウジングの外部の前記減速ギアセットと駆動係合される、請求項１から３のいずれか一項に記載の電気駆動ユニット。
【請求項５】
前記第１のクラッチデバイスは、前記駆動入力ギアの前記第２の部分に隣接して配置され、前記駆動入力ギアの前記第２の部分を前記差動ハウジングに選択的に連結する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気駆動ユニット。
【請求項６】
前記電気モータと前記差動ギア配置との間に配置される固定駆動ユニットハウジングをさらに備え、前記第２のクラッチデバイスは、前記リングギアを前記固定駆動ユニットハウジングに連結するべく、選択的に係合される、請求項１から５のいずれか一項に記載の電気駆動ユニット。
【請求項７】
２速電気駆動ユニットを動作する方法であって、前記方法は、
電気モータ、駆動入力ギア、差動ハウジング、前記差動ハウジングの内部に配置された差動ギア配置、複数の遊星ギア、前記差動ハウジングの外部に前記複数の遊星ギアと駆動係合するリングギア、駆動ユニットハウジング、前記駆動入力ギアを前記差動ハウジングに選択的に連結する第１のクラッチデバイス、および前記リングギアを前記駆動ユニットハウジングに選択的に連結する第２のクラッチデバイスを有する電気駆動ユニットを与える段階であって、前記差動ギア配置に接続される一対の車軸ハーフシャフトを備え、これらの車軸ハーフシャフトは、自動車の複数の車輪に接続され、前記電気モータは、前記差動ギア配置から半径方向外側に配置され、前記リングギアは、前記電気モータと前記差動ハウジングとの間に配置される、段階と、
前記電気モータの速度を第１または第２の同期速度に調整する段階であって、前記電気モータが第１の同期速度にある場合、前記第１のクラッチデバイスが係合されることができ、前記電気モータが第２の同期速度にある場合、前記第２のクラッチデバイスが係合されることができる、段階と、
前記第１および前記第２のクラッチデバイスを選択的に係合または解放し、複数の異なる動作モードに前記電気駆動ユニットを配置する段階と
を備える方法。
【請求項８】
前記第１のクラッチデバイスが係合され、且つ前記第２のクラッチデバイスが解放された状態に、前記電気駆動ユニットを置くことは、低トルク動作モードである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のクラッチデバイスが解放され、且つ前記第２のクラッチデバイスが係合された状態に、前記電気駆動ユニットを置くことは、高トルク動作モードである、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１および第２のクラッチデバイスが係合された状態に、前記電気駆動ユニットを置くことは、駐車動作モードである、請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１および第２のクラッチデバイスが解放された状態に、前記電気駆動ユニットを置くことは、切断動作モードである、請求項７から１０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用の電気駆動システムに関する。より詳しくは、本開示は、電気またはハイブリッド自動車用の２速電気駆動ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気駆動ユニットは、通常、電気モータと、電気モータによって生成される回転運動を減少するべく配置される減速駆動装置とを備える。トルクは、減速駆動装置から車輪を駆動するための２本の出力シャフトへトルクを分割する差動アセンブリへ伝達される。 
【０００３】
電気駆動ユニット付きの電気またはハイブリッド車両は、長く知られている。ハイブリッド電気自動車は、より少ない排気を生成するべく、２つの動力源、通常内燃エンジンと電気モータを合成する構造を有している。ハイブリッド電気駆動ユニットは、モータおよびエンジンがフロントセットの被駆動輪およびリアセットの被駆動輪の双方に動力を伝達することができるように、全輪駆動車両の使用のために開発されている。
【０００４】
全輪駆動のハイブリッド電気自動車において、減速ギアセットは、電気駆動モータからの出力速度を低減し、低減された出力速度を差動ギアアセンブリに伝達する。差動ギアアセンブリは、複数の車輪を駆動するための２本の出力シャフトに導入されたトルクを配分し、その結果、２本の出力シャフトのうちの１本が互いについて異なるレートで回転することができる。差動ギアアセンブリは、車軸の左輪と右輪との間に回転差が必要とされる場合、すなわち、車両が不均一な道路面上を曲がるか、移動する場合、自動的に回転差を作り、滑らかな駆動に導くことができる。
【０００５】
ハイブリッド全輪駆動システムは、車両設計に対して実装上の困難さを提起する。自動車において電気駆動またはハイブリッド駆動の下流減速ギアセットおよび差動ギアアセンブリとの統合は、電気駆動に必要とされる複数の追加の構成要素とその限定された利用可能空間とに起因して困難かつ費用がかかることが多い。
【発明の概要】
【０００６】
自動車用の電気駆動ユニットは、電気モータ、差動ハウジング、減速ギアセット、駆動入力ギア、リングギア、複数の遊星ギア、第１のクラッチデバイスおよび第２のクラッチデバイスを含む。差動ハウジングは、その中に配置される差動ギア配置を有し、複数の遊星ギア用のキャリアを形成する。駆動入力ギアは、差動ハウジングの内部に部分的に配置され、複数の遊星ギアと駆動係合する太陽ギアを形成する第１の部分と、減速ギアセットと駆動係合する第２の部分とを含む。減速ギアは、電気モータと駆動係合される。リングギアは、複数の遊星ギアと駆動係合する差動ハウジングの外部に配置される。第１のクラッチデバイスは係合され、駆動入力ギアを差動ハウジングと、リングギアを接地するべく係合され得る第２のクラッチデバイスとに連結することができ、第１のクラッチデバイスの係合に応答して、電気駆動ユニットは、第１の駆動比に配置され、第２のクラッチデバイスの係合に応答して、電気駆動ユニットは、第２の駆動比に配置される。
【０００７】
開示される電気駆動ユニットは、異なる動作モードを提供し、全輪駆動車両に対して改善されたオフロード移動性を提供する正確な前後トルク配分に適したオンロードシフトを可能にする。 
【０００８】
電気駆動ユニットはまた、電気またはハイブリッドの全輪駆動車両において、小さくて低コストのモータおよびインバータの実装の使用を可能にする高減速比を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
上述のことが、本発明の他の利点と同様に、複数の添付の図面に照らして考慮された場合、以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになるであろう。
【００１０】
【図１】２つの噛み合いクラッチを用いた電気駆動ユニットの１つの好適な実施形態の概略図である。
【００１１】
【図２】２つの湿式クラッチを用いた電気駆動ユニットの第２の好適な実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、そうでないと明示的に特定されている場合を除いて、様々な代替的方向性およびステップの順序を想定してよいことが理解されるべきである。添付の複数の図面で図示され、以下の明細書で説明される特定の複数の装置および処理が、添付の特許請求の範囲で定義される複数の本発明概念の単に複数の例示的な実施形態であることがまた理解されるであろう。従って、開示される複数の実施形態に関連する特定の複数の寸法、方向、または他の物理的特性は、請求項で他に明確に述べられていない限り限定するものと見なされるべきではない。
【００１３】
本発明は、自動車にて使用される電気モータ用の２速駆動ユニットを備える。
【００１４】
図１に示されるように、電気駆動ユニット１０の好適な実施形態は、電気モータ１１、出力シャフト１２、減速ギアセット１３、駆動入力ギア１４および差動ギア配置１５を含む。好適な実施形態において、電気モータ１１は、差動ギア配置１５から半径方向外側に配置される。
【００１５】
電気モータ１１は、固定モータであり、出力シャフト１２と係合され、出力シャフト１２の選択的な回転を提供する。出力シャフト１２は、減速ギアセット１３と駆動係合される。
【００１６】
図１において、減速ギアセット１３は、出力シャフト１２から半径方向内側に配置される。図１に示される以外の複数の他の実施形態は、許容される。一実施形態において、減速ギアセット１３は、第１の減速ギアセット１３ａと、第２の減速ギアセット１３ｂとを含む。第１の減速ギアセット１３ａの被駆動ギアは、出力シャフト１２に駆動接続され、第２の減速ギアセット１３ｂの被駆動ギアは、駆動入力ギア１４に駆動接続される。
【００１７】
駆動入力ギア１４は、２つの半径方向延在部分１４ａ、１４ｃと、軸方向延在部分１４ｂとを含む。２つの半径方向延在部分１４ａ、１４ｃは、部分１４ｂから外側に延在する。つまり、１４ｂの各端部の部分から外側に延在する。軸方向延在部分１４ｂは、差動ハウジング１６の内部に部分的に配置され、半径方向延在部分１４ａは差動ハウジング１６の外部で外側に向かって延在し、半径方向延在部分１４ｃは差動ハウジング１６の内部で外側に向かって延在している。半径方向延在部分１４ａは、第２の減速ギアセット１３ｂの被駆動ギアと駆動係合される。駆動入力ギアの第２の半径方向延在部分１４ｃは、その端部に形成された太陽ギア１７を有する。太陽ギア１７は、差動ハウジング１６の内部に配置され、差動ギア配置１５に隣接する。
【００１８】
第１のクラッチ１８は、差動ハウジング１６の外部で駆動入力ギアの半径方向延在部分１４ａに隣接し、駆動入力ギア１４を差動ハウジング１６に連結するべく係合され得る。図１に示されるように、第１のクラッチ１８は、差動ハウジング１６の端部の複数の相補的ギア歯（図示せず）上に摺動自在に受けられる複数のギア歯（図示せず）を有するクラッチカラー１８ａを含む噛み合いクラッチであってよい。クラッチカラー１８ａはまた、半径方向延在部分１４ａ上に回転のため固定されるクラッチハブ１８ｂに配置され、その上に軸方向に延在する複数のギア歯と相補的なギア歯（図示せず）を含む。クラッチカラー１８ａは、クラッチハブ１８ｂを差動ハウジング１６に係合するか、そこから解放するべく摺動自在に移動可能である。図１に示される第１のクラッチ１８は、噛み合いクラッチであるが、任意の形態のクラッチであってよい。
【００１９】
差動ハウジング１６は、一対のピニオンギア１９を含む差動ギア配置１５と、差動ハウジング１６に回転自在に支持されるサイドギア２０、２１とを収容する。差動ハウジング１６は、回転軸Ｚに同軸的に支持される２本の出力シャフト２２、２３と共に回転軸Ｚを中心にして回転することができる。サイドギア２０、２１は複数のピニオンギア１９と噛み合い、２本の出力シャフト２２、２３に係合する。複数の出力シャフトは、複数の車輪端（図示せず）につながる複数の車軸ハーフシャフトである。複数のピニオンギア１９は、差動ハウジング１６に接続されるピニオンシャフト２４に回転自在に支持される。
【００２０】
複数の遊星ギア２５は、太陽ギア１７とリングギア２６との間に半径方向に差動ハウジング１６に取り付けられる。リングギア２６は、差動ハウジング１６の外部に半径方向に配置される一方、太陽ギア１７は、差動ハウジング１６の内部にある。複数の遊星ギア２５は、太陽ギア１７およびリングギア２６に駆動係合する。リングギア２６は、ピニオンギア（図示せず）などの回転エネルギー源に接続される。 
【００２１】
リングギア２６は、駆動ユニットハウジング２７に選択的に連結され得る。駆動ユニットハウジング２７は、固定され、リングギア２６を収容する。図１において、駆動ユニットハウジング２７は、差動ギア配置１５と、電気モータ１１との間に半径方向に配置される。リングギア２６は、複数の遊星ギア２５から半径方向外側に、固定ハウジング２７から半径方向内側に配置される。リングギア２６が、駆動ユニットハウジング２７に連結される場合、リングギア２６は、接地される。リングギア２６が、駆動ユニットハウジング２７から切り離される場合、リングギア２６は、自由に回転する。リングギア２６は、第２のクラッチ２８を経由してハウジング２７に選択的に連結される。 
【００２２】
第２のクラッチ２８は、差動ハウジング１６の外部に、駆動ユニットハウジング２７と、リングギア２６との間に半径方向に配置される。図１に示されるように、第２のクラッチ２８は、クラッチハブ２８ｂ上の複数の相補的なギア歯（図示せず）上に摺動自在に受けられる複数のギア歯（図示せず）を有するクラッチカラー２８ａを含む噛み合いクラッチであってよい。クラッチカラー２８ａはまた、リングギア２６に配置される複数のギア歯と相補的な複数のギア歯（図示せず）を含む。クラッチカラー２８ａは、リングギア２６を駆動ユニットハウジング２７に係合するか、そこから解放するべく摺動自在に移動可能である。図１に示される第２のクラッチ２８は、噛み合いクラッチであるが、任意の形態のクラッチであってよい。
【００２３】
出力シャフト２２、２３に取り付けられる複数の車輪（図示せず）に対する電気モータ１１の速度を制御することによって、クラッチ１８、２８は、同期状態のもとに係合することができる。上記に説明される電気駆動ユニット１０は、２速動作モード、切断モードおよび駐車モードを提供する。
【００２４】
第２のクラッチ２８がリングギア２６と係合され、第１のクラッチ１８が解放された場合、差動ギア配置１５は、遊星ギアセット２５を介して駆動され、速度の減少と、高トルク動作モードに向けたトルクの増大、すなわち第２の駆動比をもたらす。
【００２５】
第１のクラッチ１８が駆動入力ギア１４と係合され、第２のクラッチ２８が解放された場合、遊星ギアセット２５は、ロックアウトされ、差動ギア配置１５は、差動ハウジング１６を介して駆動入力ギア１４によって駆動され、低トルク動作モード、すなわち第１の駆動比になる。
【００２６】
第１のクラッチ１８および第２のクラッチ２８が係合された場合、電気駆動ユニット１０は、出力シャフト２２、２３が回転するのを防止する駐車動作モードになる。 
【００２７】
第１のクラッチ１８および第２のクラッチ２８の両方が解放された場合、差動ギア配置１５は、出力シャフト２２、２３によって逆駆動され、切断動作モードになる。一実施形態において、第１のクラッチ１８および第２のクラッチ２８を解放することによって、電気駆動ユニット１０は、全輪駆動車両を２輪駆動モードで動作することを可能にする車軸から切り離される。
【００２８】
図２は、本発明の別の好適な実施形態である電気駆動ユニット１１０を示す。電気駆動ユニット１１０は、第１および第２クラッチが湿式クラッチであることを除いて、電気駆動ユニット１０と実質的に同様である。好適な実施形態において、電気駆動ユニット１１０は、電気モータ１１１と、出力シャフト１１２と、第１の減速ギアセット１１３ａおよび第２の減速ギアセット１１３ｂを有する減速ギアセット１１３と、駆動入力ギア１１４と、差動装置１１５とを含む。この実施形態において、駆動入力ギア１１４は、第１の半径方向延在部分１１４ａと、第１の軸方向延在部分１１４ｂと、第２の半径方向延在部分１１４ｃと、第２の軸方向延在部分１１４ｄと、第３の半径方向延在部分１１４ｅとを有する。半径方向延在部分１１４ｃ、１１４ｅは、軸方向延在部分１１４ｄから半径方向外側に延在する。つまり、１１４ｄの各端部の部分から外側に延在する。
【００２９】
第１の半径方向延在部分１１４ａは、第２の減速ギアセット１１３ｂの被駆動ギアと駆動係合される。第１の軸方向延在部分１１４ｂは、第１の半径方向延在部分１１４ａに接続され、第２の減速ギアセット１１３ｂとの係合端部に対向し、その上の半径方向内側に延在する一セットのクラッチプレート１１８ａを含む。第２セットのクラッチプレート１１８ｂは、クラッチハブ１１８ｃから半径方向外側に延在する。第１および第２セットのクラッチプレート１１８ａ、１１８ｂは、交互配置される。クラッチハブ１１８ｃは、差動ハウジング１１６の端部に取り付けられ、その上の半径方向外側に延在する。クラッチプレート１１８ａ、１１８ｂ、第１の軸方向延在部分１１４ｂおよびクラッチハブ１１８ｃは、第１の湿式クラッチ１１８を形成する。クラッチプレート１１８ａ、１１８ｂは、軸方向に移動可能であり、共に付勢されて互いに摩擦係合することが可能である。
【００３０】
第２の半径方向延在部分１１４ｃは、差動ハウジング１１６の外部で、第１の半径方向延在部分１１４ａの反対側の端部にて、第１の軸方向延在部分１１４ｂの端部から半径方向内側に延在し、第２の軸方向延在部分１１４ｄに接続する。第２の軸方向延在部分１１４ｄは、第２の半径方向延在部分１１４ｃから離れて、差動ギア配置１１５の方に延在し、その結果、第２の軸方向延在部分１１４ｄは、差動ハウジング１１６の内部に部分的に配置される。第３の半径方向延在部分１１４ｅは、差動ハウジング１１６の内部で、第２の半径方向延在部分１１４ｃとは反対側の端部にて、第２の軸方向延在部分１１４ｄの端部から外側に延在する。駆動入力ギアの第３の半径方向延在部分１１４ｅは、それの端部に形成された太陽ギア１１７を有する。
【００３１】
第１のクラッチ１１８が係合される場合、駆動入力ギア１１４は、差動ハウジング１１６に接続される。第１のクラッチ１１８が解放された場合、駆動入力ギア１１４は、太陽ギア１１７を経由した一セットの遊星ギア１２５に駆動接続される。 
【００３２】
一実施形態において、電気駆動ユニット１１０の第２のクラッチ１２８は、湿式クラッチである。クラッチハブ１２８ａは、駆動ユニットハウジング１２７に接続される。クラッチハブ１２８ａは、その上に半径方向内側に延在する一セットのクラッチプレート１２８ｂを含む。第２セットのクラッチプレート１２８ｃは、その上に半径方向外側に延在するクラッチハブ１２８ａに取り付けられる。クラッチハブ１２８ａは、それの端部上にリングギア１２６を含む。クラッチハブ１２８ａは、電気駆動ユニットハウジング１２７とリングギア１２６との間に配置される。クラッチプレート１２８ｂ、１２８ｃは、軸方向に移動可能であり、互いに摩擦係合するよう共に付勢されることが可能である。 
【００３３】
リングギア１２６は、第２のクラッチ１２８を経由して駆動ユニットハウジング１２７に選択的に連結され得る。駆動ユニットハウジング１２７は、固定されており、クラッチハブ１２８ａを収容する。リングギア１２６が駆動ユニットハウジング１２７に連結される場合、リングギアは接地される。リングギア１２６が駆動ユニットハウジング１２７から切り離された場合、リングギア１２６は自由に回転する。
【００３４】
異なる動作モード間の電気駆動ユニット１０、１１０のシフトは、クラッチ１８、１１８、２８、１２８を選択的に係合および解放することによって達成することができる。クラッチ１８、１１８、２８、１２８を選択的に係合するべく、電気モータ１１、１１１の速度は、差動ハウジング１６、１１６の速度と調和した第１または第２の同期速度に加速または減速される。 第１の同期速度により、クラッチ１８、１１８が係合することが可能となり、第２の同期速度により、クラッチ２８、１２８が係合することが可能となる。電気モータ１１、１１１を加速および減速するべく必要とされる時間が、高トルクから低トルク状態までシフトするための速さを決定する。電気モータ１１、１１１を加速および減速するべく必要とされる時間が、十分速いならば、電気駆動ユニットは、オンロードシフトを可能にする。
【００３５】
駐車動作モード（すなわち、第２のクラッチ２８、１２８および第１のクラッチ１８、１１８の両方が係合される）から低トルク動作モードへシフトするべく、第２のクラッチ２８、１２８は、解放される。
【００３６】
低トルク動作モード（すなわち、第２のクラッチ２８、１２８が解放され、第１のクラッチ１８、１１８が係合される）から高トルク動作モードへシフトするべく、第１のクラッチ１８、１１８が解放され、電気モータ１１、１１１の速度は、第２の同期速度に調整され、第２のクラッチ２８、１２８が係合される。
【００３７】
高トルクモード（すなわち、第２のクラッチ２８、１２８が係合され、第１のクラッチ１８、１１８が解放される）から切断動作モードへシフトするべく、第２のクラッチ２８、１２８は解放され、電気モータ１１、１１１はパワーダウンされる。
【００３８】
切断モード（すなわち、第２のクラッチ２８、１２８が解放され、第１のクラッチ１８、１１８が解放される）から高トルク動作モードへシフトするべく、電気モータ１１、１１１の速度は、第２の同期速度に調整され、第２のクラッチ２８、１２８は係合される。
【００３９】
切断モード（すなわち、第２のクラッチ２８、１２８が解放され、第１のクラッチ１８、１１８が解放される）から低トルク動作モードへシフトするべく、電気モータ１１、１１１の速度は、第１の同期速度に増加され、第１のクラッチ１８、１１８は係合される。
【００４０】
高トルクモード（すなわち、第２のクラッチ２８、１２８が係合され、第１のクラッチ１８、１１８が解放されている）から駐車モードへシフトするべく、第１のクラッチ２８、１２８が係合される。
【００４１】
電気駆動ユニット１０、１１０は、出力シャフト２２、２３が車両の複数の前方車軸ハーフシャフトに対応するように、自動車の前方車軸へと組み込むことができ、あるいは、電気駆動ユニット１０、１１０は、出力シャフト２２、２３が車両の複数の後方車軸ハーフシャフトに対応するように、自動車の後方車軸へと組み込むことができる。 
【００４２】
特許法の複数の規定に従って、本発明の複数の好適な実施形態を表していると考えられるものの中で本願発明は説明された。しかしながら、本願発明は、その趣旨または範囲から逸脱することなく、具体的に図示および説明されたもの以外に実施可能であることに留意されたい。
【図１】
0006399709.tif 000002
【図２】
0006399709.tif 000003