(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動ユニットにおいて、電気モータ（１）と遊星歯車装置（３）とを有し、該遊星歯車装置（３）には、前記電気モータ（１）によって駆動される入力用シャフト（１１）と出力用シャフト（２７）とが設けられており、さらに、前記駆動ユニットには前記電気モータ（１）用の冷却用回路（６２）が設けられており、該冷却用回路（６２）は、流体を前記回路内に流れさせるポンプ（６０）を有しており、前記遊星歯車装置（３）は三つの主な要素、すなわち太陽歯車（１７）と、複数の遊星歯車（２１）が設けられている遊星歯車用キャリア（１９）と、前記遊星歯車に噛み合う内部歯部を有するリング形歯車（２３）とを有しており、これら三つの主な要素のうちの一つは前記入力用シャフトに連結されており、他の要素が前記出力用シャフトおよび反動要素としての第三の動作部に連結されている駆動ユニットにおいて、
前記反動要素は前記遊星歯車装置の前記リング形歯車（２３）であり、前記ポンプは、前記リング形歯車（２３）により駆動される容積式ポンプであり、前記リング形歯車（２３）は前記容積式ポンプのロータの少なくとも一部分を形成することを特徴とする駆動ユニット。
【請求項２】
前記遊星歯車装置のケーシング（３３）が前記容積式ポンプのケーシングも形成することを特徴とする請求項１に記載の駆動ユニット。
【請求項３】
前記入力用シャフト（１１）が前記電気モータの前記ロータ（９）の中空シャフトであって、前記冷却用回路が前記中空シャフトの内部を通ることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動ユニット。
【請求項４】
前記冷却用回路全体が、前記モータと前記遊星歯車装置とを収容する共通のケーシング（５）内に収容されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の駆動ユニット。
【請求項５】
前記共通のケーシング（５）には、該ケーシングの周囲部においてラジエータ（３１）が設けられており、前記冷却用回路が該ラジエータを通過していることを特徴とする請求項４に記載の駆動ユニット。
【請求項６】
前記モータ（１）と前記容積式ポンプ（６０）とが両方向に回転するよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動ユニット。
【請求項７】
前記冷却用回路には、電気制御ユニット（６７）によって制御される少なくとも一つの調節可能な弁が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の駆動ユニット。
【請求項８】
前記弁が調節可能な流量制限用弁（６３）であることを特徴とする請求項７に記載の駆動ユニット。
【請求項９】
前記電気制御ユニット（６７）が、前記入力用シャフト（１１）用の回転速度センサ、前記出力用シャフト（２７）用の回転速度センサ、または前記モータ（１）用の温度センサから選択される少なくとも一つのセンサからの信号を受信することを特徴とする請求項７に記載の駆動ユニット。
【請求項１０】
前記容積式ポンプ（６０）と前記調節可能な弁（６３）と前記電気制御ユニット（６７）とが、前記反動要素に働いて前記出力用シャフト（２７）の速度および／またはトルクを調節する調節手段を形成することを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の駆動ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は駆動ユニットにおいて、電気モータと遊星歯車装置とを有し、該遊星歯車装置には、前記電気モータによって駆動される入力用シャフトと出力用シャフトとが設けられており、さらに、前記駆動ユニットには前記電気モータ用の冷却用回路が設けられており、該冷却用回路は、流体を前記回路内に流させる容積式ポンプを有しており、前記遊星歯車装置は三つの主な要素、太陽歯車と、複数の遊星歯車が設けられている遊星歯車用キャリアと、前記遊星歯車に噛み合う内部歯部を有するリング形歯車とを有しており、これら三つの主な要素のうちの一つは前記入力用シャフトに連結されており、他の要素が前記出力用シャフトおよび反動要素としての第三の動作部に連結されている駆動ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気モータによって生じた熱は、電気モータをオーバーヒートさせるあらゆる危険性を避けるために放出される。従来技術においては、電気モータを通過する冷却用回路によって冷却作用が行われ、前記電気モータの外部に位置するポンプによって冷却剤を流す。しかしながら、この形式のユニットは前記モータと前記ポンプとの間に機械的トランスミッション、これら二つの要素間の液体用のコンジット、および液体を冷却するラジエータを必要とするので、この形式のユニットは嵩張る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、米国特許第５１２７４８５号明細書は、自走車、例えばゴルフ用カートの単一の車輪を駆動させる小型ユニットの形態をなしている形式の駆動ユニットを開示している。ケーシングの底部分は電気モータと共通であって、遊星歯車装置がオイルを含んでおり、このオイルは別個の電気モータによって駆動されるオイル用ポンプによって汲出され、ケーシング内に組み入れられた冷却用ラジエータを通過した後に、ステータのコイルまたはロータ上に流すことによってモータを冷却するために、この別個の電気モータはメインモータの温度またはモータを通過する電流の関数として制御されている。この冷却用システムは追加のモータを要求して、ポンプと前記モータを制御する特別の制御ユニットとを駆動させるので、この冷却用システムはブレイクダウンする傾向にあり、従って、あらゆる環境において十分な冷却作用を保証できない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の目的は、従来技術の欠点を克服すると共に、特に単純で小型の装置によって電気モータを冷却することである。
この目的は、ポンプが遊星歯車装置の反動要素によって駆動されることを特徴とする前述した形式の駆動ユニットによって達成される。
【０００５】
従って、駆動ユニット内に既に存在する機械的部材を使用してポンプを駆動させる。これにより、あらゆる環境における構成が単純になる。さらに、ポンプは遊星歯車装置と同一のケーシング内に配置されるのが有利である。これにより、連結用コンジットの使用を避けることができる。
反動要素は遊星歯車装置のリング形歯車であって、このリング形歯車は前記ポンプのロータの少なくとも一部分を形成するのが好ましい。
【０００６】
冷却用回路には、電気制御ユニットによって制御される少なくとも一つの調節可能な弁、例えば流れ制限用弁が設けられているのが好ましい。従って、ポンプによって供給される冷却剤の流量を調節することが要求されるときに、モータの冷却作用を自動的に調節することができる。
さらに、出力用シャフトが休止状態にあるときでさえ、モータを冷却できる。この場合には、実際に、反動要素を回転させることによって、冷却剤を流すモータを回転させられる。
【０００７】
最終的に、本発明の変更例によれば、ポンプと調節可能な弁と電気制御ユニットとが、反動要素に働く調節手段を形成して、出力用シャフトの速度および／またはトルクを調節する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、本発明を制限するものではない添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態の以下の説明を読むことでよりよく理解できるであろう。
図１から図３に示される駆動ユニットは、二つの部材をなす共通のケーシング５内にモータ１と遊星歯車装置３とを有している。ここに説明するモータは電気モータであるが、本発明を内燃機関に適用することもできる。一般的な方法においては、電気モータ１はステータ７と、中空シャフト１１を備えたロータ９とを有している。シャフトは固定式中心管１２回りに回転する。これらの要素からなる組立体は、ロータ用シャフト１１が軸受１５によって設置されているモータ用フレーム１３内に収容されている。以下の説明にいては、このシャフト１１を「入力用シャフト」と呼ぶ。
【０００９】
さらに、一般的な方法においては遊星歯車装置３は中心太陽歯車１７と、複数の遊星歯車２１（図１では三つが見られる）を備えた遊星歯車用キャリア１９と、内面２４に歯部が設けられているリング形歯車２３（すなわち外側の遊星歯車）とから形成されている。遊星歯車２１はシャフト２５を介して遊星歯車用キャリア１９に取り付けられていて、中心太陽歯車１７とリング形歯車２３の歯部とに同時に噛み合う。遊星歯車用キャリア１９は、「出力用シャフト」と呼ばれるシャフト２７周りに延びており、このシャフト２７は機械、例えば自動車用車輪の要素でありうる駆動要素（図示しない）を回転させるようになっている。
【００１０】
電気モータ１、モータ用フレーム１３および遊星歯車装置３は、異なる要素を組み立てることができるように複数の部品から形成されている円筒形状ケーシング５内に取り付けられている。さらに特に、円筒形状ケーシング５は、図２の左方に示される環状底部２９と、フィンが設けられていてラジエータを形成している環状中心部分３１と、環状底部２９に対向する部分３３とから形成されており、この部分３３は遊星歯車装置３を保護していてさらに特にトランスミッション用ケーシング３３と呼ばれている。このトランスミッション用ケーシング３３は略円錐形状であって、このケーシング３３の直径がさらに小さい部分が、出力用シャフト２７を通過させるための開口部３５を形成している。出力用シャフト２７に連結されている、遊星歯車用キャリア１９の一端は開口部３５内に収容される軸受３７上に配置されている。さらに、遊星歯車用キャリア１９の他端は、電気モータのフレーム１３上に位置する他の軸受３９上に配置されている。
【００１１】
図２に示されるように、歯付き内面に加えて、リング形歯車２３は、対向する二つの横方向平坦面を有している。これら横方向平坦面をそれぞれ前方横方向平坦面４１（すなわち、図１において認識可能な面）および後方横方向平坦面４３と呼ぶ。さらに、前記後方横方向平坦面４３に対向して配置される領域においては、電気モータ用フレーム１３は平坦な環状接触面４５を有している。対称的に、リング形歯車２３の反対側の前方横方向平坦面４１の位置する領域において、トランスミッション用ケーシング３３が平坦な環状接触面４７を有している。これら二つの接触面４５、４７はリング形歯車２３を案内するようになっており、これら接触面は、前記リング形歯車を回転させることができてこのリング形歯車に対する良好な封止作用を保証できる距離だけ互いに分離されている。
【００１２】
図１を参照すると、トランスミッション用ケーシング３３が円筒形状内面４９と、複数のオリフィス５１が設けられた外側壁部とを有している。複数のオリフィス５１はケーシングを電気モータ用フレーム１３に固定するネジを収容するようになっている。リング形歯車２３は、このリング形歯車２３の歯付き内面２４とは反対側に平滑な外面５３を有している。内面２４の形状は円形であるが、外面５３の形状は非円形、この場合は長円形である。言い換えれば、リング形歯車２３の半径方向厚さｅは一定ではない。結果的に、対称的で正反対の対向する二つの室５４が内面４９と外面５３との間に形成される。これら室は前述した接触面４５、４７によって横断方向に形成されている。周方向においては、これら室は、トランスミッション用ケーシング３３内へと半径方向に摺動していてバネ６１によってロータの表面５３に押圧されている二つの静止式セグメント５９によって形成されている。これらセグメントに押し当たって摺動することによって、非円形表面５３は室５４の体積を変更させられる。従って、本発明の重要な特徴によれば、リング形歯車２３と遊星歯車装置用ケーシング３３とが容積式ポンプ６０を形成し、リング形歯車２３が前記ポンプのロータを形成している。ここには図示しない変更例によれば、リング形歯車２３はロータの一部分のみを構成しうる。この場合には、市場で入手可能な通常のリング形歯車（すなわち円形リング形歯車）に二つの三日月形部分を係合させて、最終的な長円形またはこれに類似の形状を得ることができる。
【００１３】
ポンプは、反動トルク（ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｔｏｒｑｕｅ）方向に応じて定まる両方向に回転できる。二つの室５４は吸込用オリフィス５５と排出用オリフィス５７とにそれぞれ接続されている。図１においては、リング形歯車２３は矢印Ｆ１の方向に回転するよう想定されており、吸込用オリフィス５５と排出用オリフィス５７とが図示されている。しかしながら、モータが他の方向に回転する（自動車が逆動する）場合には、反動トルクによって、リング形歯車２３が反対方向（矢印Ｆ２）に回転し、次いで、吸込用オリフィス５５が排出用オリフィス５７となって排出用オリフィス５７が吸込用オリフィス５５となり、冷却剤が他の方向に注入される。
【００１４】
最終的に、バネ６１によって押されるセグメント５９によってリング形歯車がケーシング３３の内面４９に対して半径方向のあそびを有しうるので、ポンプ用ロータを構成するリング形歯車２３を遊星歯車装置用ケーシング内において中心に正確に配置する必要はない。
駆動ユニットの一般的構造を図４の略図を参照して説明する。この略図は電気モータ１、遊星歯車装置３、および冷却剤用ポンプ６０を示すと共に、有利には水である冷却剤用の回路６２を示している。この回路はポンプ６０の排出用オリフィスから始まって、ポンプの吸込用オリフィスまで戻る閉ループを形成している。この回路は対称的であって、調節可能な一対の流量制限用弁（ｆｌｏｗ  ｒａｔｅ  ｌｉｍｉｔｅｒ  ｖａｌｖｅｓ）６３を有しており、これら流量制限用弁６３のそれぞれが各排出用オリフィスの下流に位置している。各弁６３に対して平行な分岐管は、逆流防止弁６５を有している。この回路６２は、ポンプを両方向に回転させられるようにするために対称的である。電気制御ユニット６７は、冷却剤の流量、ポンプの排出圧力、および冷却剤によって遊星歯車装置上に及ぼされる反動トルクを自動的に制御するプログラムを含みうる。
【００１５】
調節可能な弁６３を、電気制御ユニット６７によって自動的に制御する。この電気制御ユニット６７は、例えば入力用シャフト１１および出力用シャフト２７の回転速度ならびにモータ１の温度などを示すセンサからの信号を受信できる。冷却用回路はまた、逆流防止弁６５を通ってポンプ６０まで戻る前に、ラジエータ３１と電気モータ１とを通過している。さらに、回路を液体用タンクまたは流体圧アキュムレータ７３に接続することもできる。
【００１６】
モータを通る冷却用回路は図１から図３を参照してさらに詳細に説明される。
図２の断面図に示されるように、排出用オリフィス５７から流出する冷却剤が図４に示される弁６３を通過するときに、この冷却剤はコンジット７５を通って、モータの周囲全体に延びる第一の環状チャネル７７に進入し、次いで、冷却剤がステータの冷却用コンジット８１のグループを通過して、モータの他端においてチャネル７７に類似な第二の環状チャネル７９に通ずる。図１に示されるように、冷却用コンジット８１はステータの周辺部のほぼ全体に配置されている。これら冷却用コンジット８１の断面はあらゆる形状をとりうる。次いで、冷却剤は第二の環状チャネル７９から流出して、半径方向コンジット８３を通って中心管１２に進入する。この中心管１２において、冷却剤は中心管１２と中空のモータ用シャフトの内面との間を通って、ロータからの熱を奪う。次いで、冷却剤は他の半径方向コンジット８５内に進入し、オリフィス８６を通ってラジエータ３１に進入する。ラジエータは収集用チャネル８７を有しており、この収集用チャネル８７は冷却用管９１のグループを通って他の収集用チャネル８９に接続されている。この冷却管９１はこの冷却管９１の長さ部分全体にわたってラジエータ３１のフィンを通過している。最終的に、冷却剤は収集用チャネル８９から流出して吸込用オリフィス５５に通ずる。二つのチャネル８７、８９のそれぞれは、図１から分かるようにモータの周辺部の半分よりも小さい部分にわたって延びている。ここでは、ラジエータ３１の管９１の断面が円形であることも分かる。
【００１７】
ラジエータ３１を要求に応じて異なるよう形成してもよい。例えばラジエータ３１を空気の流れにさらすために、ラジエータ３１をモータの一側のみに配置してもよい。この空気の流れを冷却用ファンによって発生させて、ラジエータを覆うシートメタルカバーによって案内できる。
図２においては、モータ用フレーム１３の接触面４７およびトランスミッション用ケーシング３３の接触面４５のそれぞれには溝９３が設けられている。さらに、モータ用フレーム１３は、溝９３を環状チャネル７７の入口部に接続しているボア９５を有している。冷却剤は水であるのが好ましいので、溝９３は、遊星歯車装置に進入しうる水漏れを修復することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気モータと遊星歯車装置とこれら二つの構成要素を通過する流体回路とを有している本発明に基づく駆動ユニットの半径方向断面図であって、この図面は図２の線Ａ１−Ａ１および図３の線Ａ２−Ａ２に沿ってみた二つの半分の断面からなる。
【図２】図１の線Ｂ−Ｂに沿ってみた長手方向断面図である。
【図３】図１の線Ｃ−Ｃに沿ってみた半分の駆動ユニットの長手方向断面図である。
【図４】本発明に基づく駆動ユニットの一般図である。
【符号の説明】
１…電気モータ
３…遊星歯車装置
５…ケーシング
７…ステータ
９…ロータ
１１…入力用シャフト
１２…中心管
１７…中心太陽歯車
１９…遊星歯車用キャリア
２１…遊星歯車
２３…リング形歯車
２７…出力用シャフト
２９…環状底部
３１…環状中心部分
３３…トランスミッション用ケーシング
６０…容積式ポンプ
６２…冷却用回路
６３…流量制限用弁
６５…逆流防止弁
６７…電気制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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