JP2908027B2 - 駆動装置 - Google Patents

駆動装置

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JP2908027B2 JP7503743A JP50374395A JP2908027B2 JP 2908027 B2 JP2908027 B2 JP 2908027B2 JP 7503743 A JP7503743 A JP 7503743A JP 50374395 A JP50374395 A JP 50374395A JP 2908027 B2 JP2908027 B2 JP 2908027B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば道路走行自動車の走行駆動装置等の
駆動装置に関する。
このような走行駆動装置は、内燃機関及び従来のパワ
ートレーンを基礎とする従来の駆動装置と技術的な面で
競争するために、できるだけコンパクトな構造で大きい
出力を達成しなければならない。この場合、駆動装置
が、小さい回転数（例えば始動動作）の際、大きいトル
クを発生できることが、非常に重要である。外部回転子
機械としての構造はこの要求を満たすのに好適である。
ヨーロッパ特許出願公開第EP0249807B1号公報から、
冒頭に記載の駆動装置が公知である。この駆動装置はタ
ンデム電動機として形成されている。すなわち、このよ
うな駆動装置は、端面側で鏡対称にそれらの電動機ハウ
ジングを介して互いにフランジ接続されている２つの電
動機から成る。電動機はそれぞれ外部回転子機械として
形成され、永久磁石励磁形であり、直径はそれらの軸方
向構造長より数倍大きい。小さい回転数で電動機により
直接に供給される場合に比してより大きいトルクが得ら
れるように、駆動装置には減速伝動装置が設けられてい
る。それぞれの電動機の被駆動軸は、この電動機に配置
されている伝動装置の入力軸でもある。駆動装置の両鏡
対称部品は伝動装置の端面にフランジ接続されて、１つ
のブロックを形成している。伝動装置として、平歯車伝
動装置又は歯付ベルト伝動装置が設けられている。２つ
の伝動装置により、駆動装置の軸方向構造長はほぼ２倍
になる。更にその構造高さ又はその直径が大幅に大きく
なる。
この公知の解決法により、使用可能なトルクが大幅に
大きくなり、以前の解決法に比して構造が比較的コンパ
クトになる。しかし、構造容積及びとりわけ軸方向構造
長を更に減じたいとの希望が依然存在する。これは、と
りわけ、駆動装置に自在継手軸（トランスミッション用
軸）を接続し、自在継手軸が、駆動出力を駆動輪に伝達
するようにしなければならないので重要である。走行作
動の間の駆動輪の圧縮及びはね返りに起因して、自在継
手軸の回転軸は、静止位置に対して連続的にずれる（た
わみ角）。このたわみ角が大きい程、自在継手軸の（例
えば均一運動学的関節等の）関節の中の摩耗が大きい。
圧縮／はね返りの絶対値が同一の場合、たわみ角は、自
在継手軸が長い程小さい。従って、自在継手軸と電気機
械の回転子との間の結合装置を、できるだけそれぞれの
駆動輪からできるだけ遠くに配置することが必要であ
る。冒頭に記載の駆動装置について言えば、これは、順
次にフランジ接続されている２つの電気機械の間隔がで
きるだけ小さくなければならないことを意味する。
ヨーロッパ特許出願公開第EP0253999号公報から、電
動機として形成され永久磁石外部回転子を有する電気駆
動装置が公知である。この電動機は外部に対して保護す
るハウジングを有しない。その固定子はリング状体とし
て形成され、この固定子により包囲されている構造室の
中に遊星歯車伝動装置を有する。回転子の軸は遊星歯車
伝動装置の太陽歯車を備え、遊星歯車伝動装置の定置の
遊星歯車担体の中に支承され、太陽歯車は２つの回転子
軸軸受の間に配置されている。遊星歯車伝動装置の被駆
動は、被駆動軸と一体的に形成されている太陽歯車を介
して行われる。太陽歯車は被駆動軸の軸受を介してのみ
支承され、被駆動軸はほぼ円筒形の基礎部品に固定さ
れ、この基礎部品には固定子及び遊星歯車担体も固定接
続されている。被駆動軸は、トルク伝達のための部材を
取外し可能に接続するための結合装置を有しない。
本発明の課題は、冒頭に記載の形式の駆動装置を改善
して、できるだけ小さい構造容積とできるだけ小さい軸
方向構造長とで、とりわけ２つの回転子軸の結合装置の
間の間隔をできるだけ小さく保持して、大きい駆動出力
を発生し、とりわけ小さい回転数で大きいトルクを発生
することを可能にすることにある。
上記課題は、本発明により、請求の範囲第１項の特徴
部分に記載の特徴により解決される。本発明の有利な実
施例は、第２項〜第15項に記載されている。
本発明の重要な基本思想は、２つの電気機械をそれら
のハウジングを介して、それらの外部回転子の輪体が互
いに面するようにフランジ接続を行うことにある。それ
ぞれ回転子の支承を実現し、それを介してトルク伝達が
行われる回転子軸は、２つの電気機械の間の分割平面か
らほぼ出発して、固定子の中に形成され固定子巻線によ
り包囲されている軸方向凹部を貫通して延在する。回転
軸の支承は、有利には、片持式である。回転軸の自由端
には、例えば関節軸（トランスミッション用軸）等の被
駆動軸の取外し可能な接続を行う結合装置が相対的な回
転が不能に接続されている。関節軸のための接続フラン
ジとして形成されていることもある結合装置は、固定子
の軸方向凹部の中に完全に又は少なくとも大部分入って
配置されている。有利には、結合装置が駆動装置の回転
数を減じ、これに応じてトルクを高める遊星歯車伝動装
置としての付加的機能を有し、この遊星歯車伝動装置は
関節軸との接続を行う接続フランジを有する。本発明の
構造により２つの電気機械の間の間隔を非常に小さく保
持でき、従って接続する関節軸の予期されるたわみ角が
非常に小さいままである。これは、遊星歯車伝動装置の
実施形態にも当てはまる。いずれにせよ間隔を最小化し
て、これにより従来の差動伝動装置とこれに接続されて
いる関節軸とを有する自動車において大量生産される関
節軸が、そのままで本発明の駆動装置を適切に備える自
動車の代替的電気駆動装置のためにも使用できるように
することが可能である。通常、両電気機械は電動機とし
て形成され、ともに遊星歯車伝動装置を有するか又はと
もに有しない、すなわち同一構造で形成されている。し
かし、電気伝動装置として機能させるために、一方の電
気機械を発電機として作動し、他方の電気機械のみを電
動機として作動し、電動機への給電は電子的に制御され
ている電子出力装置を介して発電機により行われること
も可能である。とりわけ大きい電力を損傷なしに受取る
ことができるように、駆動装置は流体冷却装置、とりわ
け液体冷却装置を備え、この冷却装置は損失熱を固定子
巻線から迅速に排出する。
本発明の解決法の重要な利点は、接続フランジと接続
フランジとの間の間隔が、使用される電気機械の定格出
力が大きい場合でも保証され、しかもその際、電気機械
の直径を大きく選択する必要が無く、これにより自動車
の底面の自由度が大きくなることにある。すなわち、大
きい出力は固定子と回転子との間の能動空隙の軸方向長
を相応に大きくすることにより問題なく実現でき、しか
もこれにより回転子軸はほとんど影響されず、更に軸方
向凹部の直径はほとんど大きくならない。その上多くの
場合、複雑な継手の代りに簡単で小コストのカルダン継
手を接続する自在継手軸の中に設けることが可能である
利点がある。
次に、図に示されている実施例に基づいて、本発明を
詳細に説明する。
第１図は本発明の駆動装置の２つの変形の軸方向縦断
面図、第２図は第１図の端面平面図、第３図は本発明の
駆動装置の部分的に切欠されている側面図、第４図は第
３図の端面平面図である。
第１図には本発明の２つの変形が示されている。第１
図の左側では電気機械１は機械的に出力を伝達する遊星
歯車伝動装置10を備え、第１図の右側では接続フランジ
26のみが設けられている。図示の形では、駆動装置は、
例えば電気伝動装置として動作する限りにおいては役立
つ。この場合、右側の電気機械は発電機として動作し、
左側の電気機械１は電動機として動作する。電動機への
給電は、図示されていない制御装置を介して、発電機に
より発生された電力を利用して行われる。しかし、通
常、これら２つの電気機械は鏡対称に又は完全に同一構
造に形成されている。次にまず初めに、第１図の左側の
みについて説明する。
制動動作では勿論発電機としも動作できる電動機１
は、第２の電動機と組合せられて１つのタンデムユニッ
トになると外部に対して有利には完全に閉じる外部ハウ
ジング３と、回転子２、固定子４とから基本的には成
る。回転子２はその周縁に多数の交互に極が反対に配置
されている永久磁石12を備え、永久磁石12は金属板又は
高合剛性成樹脂から成る外部の包囲部材により保持され
ている。外部の包囲部材は有利には深絞り製品として金
属板又は高剛性合成樹脂から製造される輪体16に固定接
続され、輪体16はほぼディスク状の部品として、短い間
隔で固定子巻線５により形成されている固定子リングの
右側端面に平行にかつ固定子リングに同軸に配置されて
いる。電動機１の長手方向軸線の領域内で輪体16は、左
方へ向かい対向して位置する端面（被駆動側）へ向かう
中空の回転子軸７と一体的に形成されており、回転子軸
７の直径はその自由端の領域内で元の直径に対して１段
だけ細くなっている。回転子２を小さい間隔を置いて外
部から包囲しているハウジング３は、駆動装置の左側端
面を越ええて継続し、固定子４の（固定子成層鉄心を含
めて）巻線５を保持する固定部材を備える。固定子４
は、略円筒形に形成され、該固定子によって取り囲まれ
て空間11が形成されている。この空間11の中に、電動機
１を包囲するハブ体６となって続くハウジング３が左側
の端面から突出し、ハブ体６は輪体16に密に接近してい
る。より大きい軸直径の領域内に位置決めされている転
がり軸受17を介して、回転子軸７はハブ体６の中に片持
可能に支承されている。軸受17と輪体16との間に配置さ
れている密封部材18は、ハブ体６の内室を外方に対して
密封している。回転子軸７の自由端に、遊星歯車伝動装
置10の太陽歯車８が、相対的な回転が不能に取付けら
れ、従って、輪体16と同様に片持に支承されている。
ハブ体６は必ずしもハウジング３の直接的な構成部分
ではなく、例えば、固定子４に固定されていることもあ
る。回転子２を片持に支承する代りに、輪体16の両側で
支承することも可能である。このために、駆動装置の両
ハウジング半体の分割平面の領域内に例えば付加的な分
離壁を設け、分離壁に転がり軸受を収容するためにそれ
に対応する軸受孔を設けることも可能である。遊星歯車
伝動装置10の太陽歯車８は、いずれにせよ、片持に支承
されている。
太陽歯車８は遊星歯車19（それらのうち、第１図には
ただ１つしか図示されていない）とかみ合い、遊星歯車
19は軸ボルト20を介してハブ体６に回転可能に固定され
ている。これにより、ハブ体６は、構造ユニットの中
で、遊星歯車担体にもなっており、遊星歯車伝動装置10
のハウジングにもなっている。左側端面に位置し遊星歯
車19とかみ合っている中空輪９は遊星歯車伝動装置10の
被駆動軸を形成する。このために、中空輪９は左方へ向
かって短い中空軸部品となって続き、この中空軸部品に
は駆動軸が結合可能である。中空輪９は２つの転がり軸
受21を介してハウジング３の端面の領域内に支承されて
いる。太陽歯車８と、遊星歯車19を有する遊星歯車担体
（ハブ体）６と、所属の支承部材（軸受）とは、図示の
実施例では太陽歯車10の歯部領域も同様に、固定子巻線
５によりほぼ包囲されている構造室の中に位置し、従っ
て非常に小さいスペースで取付けられている。中空輪９
の中空軸部分のみが僅かに左方へ軸方向にもともと既に
短い電動機のハウジング３から突出している（電動機出
力がより大きい場合、固定子と回転子との間の空隙の長
さはより大きくなる）。これによりタンデム形駆動装置
全体の構造長が非常に短くなり、しかもその際駆動装置
の直径は公知の解決法に比して大きくならない。出力が
大きい場合、前述のように、駆動装置の“内部軸方向
長”はほぼ不変のままで維持することができる。必要な
構造容積を規準としてとりわけ大きい電力を実現するた
めに、この実施例では損失熱を導出するために液体冷却
装置が設けられ、液体冷却装置も小さいスペースで形成
されている。このために固定子４の巻線５は横断面が平
たくリング状の冷却媒体チャネル15に直接配置され、冷
却媒体チャネル15は冷却媒体供給管13及び冷却媒体排出
管14を備えている。冷却媒体供給は、まず初めにリング
状の冷却媒体チャネル15を介して行われ、冷却媒体チャ
ネル15は遊星歯車伝動装置10を周辺で包囲し、冷却媒体
を周方向に配分する役目を有する。冷却媒体は次いで巻
線５の全表面に接触して流れ、このようにして受取った
損失熱を排出管14を介して排出する。巻線５への給電を
行う導線は22により示されている。
参照番号23によりレゾルバ装置が示され、レゾルバ装
置23は回転子２の永久磁石12と固定子４の巻線５の磁極
との間の相対角度位置を正確に求めるために用いられ
る。この角度情報は、電流を正しい時間に電子的に転流
するために必要である。駆動装置の端面の平面図を示す
第２図で、24により自動車の中に駆動装置を固定するサ
スペンションが示されている。鏡対称で同一構造に形成
されているタンデムユニットの（部分的に切欠されてい
る）側面図とそれの端面の平面図とが第３図及び第４図
に示されている。ハウジング２の２つの半体が構造的に
同一に形成されている第１図及び第２図の例に対して、
第３図及び第４図のサスペンション24は、確かに鏡対称
ではあるがしかし完全に同一構造ではない実施形態に配
置されている。
遊星歯車伝動装置10の被駆動は、中空輪９を介して行
う代りに、遊星歯車担体を介しても行うことができる。
この場合、中空輪９はハブ体６に（例えばハブ体と一体
的に形成することにより）相対的な回転が不能に接続さ
れなければならない。この場合、係数2.5〜４での減速
比での伝動は問題なく実現可能である。第１図の実施例
で示されている解決法の場合、実現可能な比領域は、1.
5〜４である。この遊星歯車伝動装置を別の歯車比のも
のと交換することにより、この解決法では、外寸法を変
化させずかつ電動機部分を変化させずに、異なる自動車
の所要駆動条件に整合できる。遊星歯車伝動装置の太陽
歯車をハウジングと結合し、中空輪を回転子と結合し、
被駆動を遊星歯車担体を介して行うことも可能である
が、この方法はあまり推奨できない、何故ならば実現可
能な伝動比が約1.25〜1.67でしかないからである。
第１図の右側半部に示されている変形実施例は、電動
機部分に関して左側半部のものと構造的にほぼ一致し、
従ってそのことについては詳細な説明は不要である。こ
の場合、遊星歯車伝動装置が設けられていないので、ハ
ブ体6aは僅かに改変される、すなわち円筒形凹部27が形
成され、凹部27の中に図示されていない関節軸のための
接続フランジ26が部分的に挿入される。従って、これに
相応してより短く、回転子の中空軸7aも形成されてい
る。このようにして、対応して鏡対称に形成されている
駆動装置の接続フランジ25と接続フランジ26との間の軸
方向間隔を非常に短くできる。これにより接続されてい
る関節軸のたわみ角を非常に小さく保持でき、従って関
節軸にはコストが小さいカルダン継手を設けることがで
きる。
実施例に示されている駆動装置はスペースが小さく駆
動トルク及び駆動出力が非常に大きい利点を有する外
に、重量が大幅に小さい利点を有する。回転質量は回転
軸７及び輪体16の壁厚が薄いことに少なからず起因し、
更にとりわけ比較的大幅に小さい遊星歯車伝動装置に起
因して最小に減じられている。これにより回転質量を備
える電動機の全重量が減じられるだけでなく、電動機の
加速能力が高まる。
別の１つの利点は従来の自動変速機のパーキング位置
に相等するパーキングブレーキが非常に簡単に実現でき
ることにある。何故ならば両電動機１の回転子２及び輪
体16が直接に同軸に互いに隣接して配置されているから
である。ハウジング３の両電気機械１間の領域内には、
遠隔操作可能なプランジャブロックを設け、両電気機械
１の回転子2,2（例えば輪体16の周辺領域）にはそれぞ
れプランジャブロックが係合可能なロック溝を形成する
ことができる。プランジャブロックは、変速機のレバー
をパーキング位置に切替えると同時に、ロック溝に係合
する。これにより、両電気機械1,1の回転子2,2同士の相
対的な回転を規制し、しいては、自動車の駆動軸の回転
も規制することができる。
フロントページの続き (72)発明者 ベルガー，ギュンター ドイツ連邦共和国、デー 44577 カス トロープ‐シュトラスブルガー・アレー １アー (72)発明者 ダム，ホルスト ドイツ連邦共和国、デー 45549 シュ プロックヘーヴェル、グスタフ‐アルテ ンハイン‐シュトラーセ ７アー (56)参考文献 欧州特許253999（ＥＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02K 7/116

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２つの電気機械（1,1）のハウジング（3,
    3）のフランジ同士を互いに接続し、これにより、前記
    ２つの電気機械（1,1）を同軸上に配置して成り、各電
    気機械（１）は、 前記ハウジング（３）内に配置され、輪体（16）を備え
    た回転子（２）と、 前記ハウジング（３）に固定接続され、略円筒形の固定
    子成層鉄心と固定子巻線（５）とを内部に備えたリング
    状の固定子（４）と、 固定子（４）によって取り囲まれた空間（11）と、 前記輪体（16）に一端が接続され、前記空間（11）の中
    に延出され、前記ハウジング（３）に回転自在に支承さ
    れた回転子軸（７）と、 外部との動力伝達を行う接続フランジ（25または26）と
    を備えた駆動装置において、 前記輪体（16）が、前記電気機械（１）のハウジング
    （３）の前記フランジ側に配置され、 前記接続フランジ（25または26）を含む結合装置（8,9,
    19,25;26）が前記空間（11）のほぼ中央に配置されてい
    ることを特徴とする駆動装置。
  2. 【請求項２】前記回転子軸（7,7a）の軸受（17,17）
    が、それぞれ前記ハウジング（3,3）に接続されている
    ハブ体（6,6a）の中にそれぞれ配置され、前記回転子軸
    （７）の他端を支承する軸受（20）が一方のハブ体
    （６）に配設されたことを特徴とする請求の範囲第１項
    に記載の駆動装置。
  3. 【請求項３】前記ハブ体（6,6a）が、前記ハウジング
    （3,3）に一体に形成され、前記空間（11,11）内に延設
    されて輪体（16,16）の近辺で終端することを特徴とす
    る請求の範囲第２項に記載の駆動装置。
  4. 【請求項４】前記回転子軸（7,7a）が、それぞれ片持に
    軸受（17）を介して支承されていることを特徴とする請
    求の範囲第１項から第３項のうちのいずれか１つの項に
    記載の駆動装置。
  5. 【請求項５】前記接続フランジ（25,26）が、それぞれ
    回転子（7,7a）に回転不能に接続され、自在継手に接続
    するための手段を備えたことを特徴とする請求の範囲第
    １項から第４項のうちのいずれか１つの項に記載の駆動
    装置。
  6. 【請求項６】前記結合装置が、回転数を減じる遊星歯車
    伝動装置（10）として形成され、遊星歯車伝動装置（1
    0）の太陽歯車伝動装置（８）が回転子軸（７）の自由
    端に相対的に回転不能に接続されていることを特徴とす
    る請求の範囲第１項から第４項のうちのいずれか１つの
    項に記載の駆動装置。
  7. 【請求項７】前記固定子（４）によって取り囲まれた空
    間（11）内に、太陽歯車（８）及び遊星歯車担体（６）
    及び中空輪（９）のうちの少なくとも２つの部品が配置
    されていることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の
    駆動装置。
  8. 【請求項８】前記回転子軸（7,7a）が、それぞれ、中空
    軸として形成されていることを特徴とする請求の範囲第
    １項から第７項のうちのいずれか１つの項に記載の駆動
    装置。
  9. 【請求項９】前記回転子（２）の輪体（16）が、深絞り
    部品として中空の回転子軸（7,7a）と一体的にほぼディ
    スク状に形成されていることを特徴とする請求の範囲第
    ８項に記載の駆動装置。
  10. 【請求項１０】前記ハブ体（６）が遊星歯車担体を形成
    し、前記中空輪（９）が遊星歯車（10）の被駆動部品を
    形成することを特徴とする請求の範囲第６項から第９項
    のうちのいずれか１つの項に記載の駆動装置。
  11. 【請求項１１】前記中空輪（９）がそれぞれ電動機
    （１）のハウジング（３）に固定されているか、又は前
    記ハウジング（３）と一体的に形成されており、前記遊
    星歯車担体が遊星歯車伝動装置（10）の被駆動部品を形
    成していることを特徴とする請求の範囲第６項から第９
    項のうちのいずれか１つの項に記載の駆動装置。
  12. 【請求項１２】前記回転子（２）がそれぞれ多数の永久
    磁石（12）を備え、前記固定子（４）の巻線（５）のた
    めの電流が電子的に転流されることを特徴とする請求の
    範囲第１項から第11項のうちのいずれか１つの項に記載
    の駆動装置。
  13. 【請求項１３】前記固定子（４）の巻線（５）がそれぞ
    れ冷却媒体チャネル（15）の中に配置されるか又は前記
    冷却媒体チャネル（15）に取付けられ、前記冷却媒体チ
    ャネル（15）は冷却媒体供給管（13）と冷却媒体排出管
    （14）とを備え、前記固定子（４）の巻線（５）が遊星
    歯車伝動装置（10）を包囲していることを特徴とする請
    求の範囲第１項から第12項のうちのいずれか１つの項に
    記載の駆動装置。
  14. 【請求項１４】前記２つの電気機械（1,1）のうちの１
    つが電動機であり、他の１つが発電機であり、該電動機
    の方は、前記発電機に電子制御装置を介して接続され、
    これにより、電気伝動装置の役割を果たすことを特徴と
    する請求の範囲第１項から第13項のうちのいずれか１つ
    の項に記載の駆動装置。
  15. 【請求項１５】前記２つの電気機械（1,1）の間の領域
    内に遠隔操作可能なプランジャブロックを配置するとと
    もに、前記２つの電気機械（1,1）の回転子（2,2）のそ
    れぞれに前記プランジャブロックが係合するロック溝を
    形成したことを特徴とする請求の範囲第１項から第14項
    のうちのいずれか１つの項に記載の駆動装置。
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