JP6548835B2 - 電気駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車を駆動する電気駆動装置に関する。電気駆動装置は、自動車の単一の駆動装置として用いられても、内燃機関に付け加えて設けられてもよく、後者の場合、電気駆動装置と内燃機関とは、それぞれ単独でまたは合成されて自動車を駆動することができる。このような駆動コンセプトは、「ハイブリッドドライブ」ともいう。
米国特許出願公開第2015/0119181号明細書(US 2015/0119181)により、自動車の後車軸を駆動するための電気駆動装置が公知である。この電気駆動装置は、電気機械と、導入された高速の回転運動を低速の回転運動に変換する、下流に配置される変速伝動機構と、この変速伝動機構の下流に配置されるディファレンシャル伝動機構と、を含み、このディファレンシャル伝動機構は、導入されたトルクを2つのサイドシャフトに、車輪を駆動すべく分配する。電気機械とディファレンシャル伝動機構とは互いに同軸に配置されている。
オーストリア国実用新案第007740号明細書(AT 007 740 U1)により、通常運転では駆動されない自動車の車軸用の電気的な付加的な駆動装置が公知である。この付加的な駆動装置は、電気モータと、減速伝動機構と、それぞれ所属の車軸に駆動接続された2つの制御可能なクラッチとを含む。電気モータは、制御可能なクラッチから半径方向に間隔を置いて配置されている。
独国特許出願公開第10225873号明細書(DE 102 25 873 A1)により、同様の、ハイブリッド車両用の駆動力分配装置が公知である。この装置は1つの構成において、両クラッチに対して平行に半径方向の間隔を置いて配置された1つの電気モータを有している。両クラッチは電磁制御可能である。減速伝動機構の伝動機構軸は、電気モータのモータ軸と、クラッチの回転軸との間に平行に配置されている。
特開2010−241178号明細書(JP 2010-241178)には、電気モータ、減速伝動機構、クラッチの同様の配列を有した電気駆動装置が示されている。
欧州特許出願公開第1281560号明細書(EP 1 281 560 A2)により、2つの別個の摩擦多板クラッチを備えた軸モジュールが公知である。トルクを導入ために、アングルドライブが設けられていて、このアングルドライブは中空軸を回転駆動する。摩擦多板クラッチは、中空軸の端部に互いに間隔を置いて配置されている。
米国特許第4950214号明細書(US 4 950 214)により制御可能なリミテッドスリップディファレンシャルが公知である。このリミテッドスリップディファレンシャルは、電気モータで傾斜面によって操作可能な摩擦多板クラッチを有しており、この摩擦多板クラッチは、ディファレンシャルバスケットと、ディファレンシャルの側方軸歯車との間に配置されている。傾斜面はディファレンシャルバスケットの外側に配置されている。傾斜面によって生じる軸方向力を、ディファレンシャルバスケットの内側に配置されたディスクセットへと伝達するために、ディファレンシャルバスケットを貫通するプランジャを介して行われる。
公知の電気的な軸システムは、電気モータの最大の許容回転数と、高い走行速度のもとで使用される変速とに基づき、分離されなければならないが、軸にはなお望ましくない残留引きずりモーメントが加えられる恐れがある。このことは、駆動システムの効率全体に対して好ましくない影響を、特に高速時に、与える。
バッテリ、電子モータ、およびインバータのような必要なユニットのシステム重量が高いことにより、ハイブリッド車両の走行ダイナミクスは、相応の従来の形式で駆動される(全車輪)車両と比べて著しく損なわれており、このことはまず、アンダーステアが増長されることにより気付かれる。さらに、開放されたディファレンシャルを使用する際に車両のトラクションが制限される恐れがある。
上記従来技術を起点として本発明の課題は、上記欠点を回避することができる、もしくは所望のように制御可能な両軸に対するトルク分配を可能にすると同時に、簡単かつコンパクトに構成される電気駆動装置を提案することである。
解決手段は、自動車の駆動軸を駆動する電気駆動装置であって、ハウジングアッセンブリと;電気機械であって、中空軸として形成されるモータ軸を有し、このモータ軸は、回転軸線を中心として回転可能にハウジングアッセンブリ内に支持されている、電気機械と;伝動機構ユニットであって、伝動機構軸を有し、この伝動機構軸は、モータ軸によって回転駆動可能であって、前記回転軸線に対して平行な回転軸線を中心として回転可能にハウジングアッセンブリ内に支持されている、伝動機構ユニットと;ダブルクラッチユニットであって、伝動機構軸によって回転駆動可能なクラッチドラムと、第1の出力軸を駆動するための第1のディスクセットおよび第1のクラッチハブと、第2の出力軸を駆動するための第2のディスクセットおよび第2のクラッチハブと、を有しており、前記両出力軸のうちの一方は、電気機械の中空軸に挿通されて延在している、ダブルクラッチユニットと;を有しており、クラッチドラムは、ハウジングアッセンブリ内で、モータ軸の回転軸線に対して同心的に回転可能に支持されており、第1および第2のディスクセットのための収容スペースを形成する周区分と、クラッチドラムの収容スペースを側方で画定する第1のカバー区分および第2のカバー区分とを有しており、第1のカバー区分および第2のカバー区分は、ハウジングアッセンブリ内でクラッチドラムを支持するためのそれぞれ1つのスリーブ付加部を有しており;電気駆動装置はさらに、第1のディスクセットに作用するための第1のアクチュエータであって、第1のアクチュエータはクラッチドラムの外側に配置されていて、ハウジングアッセンブリに第1の方向で軸方向に支持されており、アクチュエータにより発生させられた軸方向の力を、クラッチドラム内に配置された第1のディスクセットに伝達するための第1の力伝達部材が設けられており、第1の力伝達部材のカムは、第1のカバー区分が有している周方向で分配された複数の第1の貫通開口に挿通されて延在している、第1のアクチュエータと;第2のディスクセットに作用するための第2のアクチュエータであって、第2のアクチュエータはクラッチドラムの外側に配置されていて、ハウジングアッセンブリに第2の方向で軸方向に支持されており、アクチュエータにより発生させられた軸方向の力を、クラッチドラム内に配置された第2のディスクセットに伝達するための第2の力伝達部材が設けられており、第2の力伝達部材のカムは、第2のカバー区分が有している周方向で分配された複数の第2の貫通開口に挿通されて延在している、第2のアクチュエータと;を有しており、第1のアクチュエータと第2のアクチュエータとは互いに独立的に制御ユニットによって制御可能であるので、第1のディスクセットから第1のクラッチハブへと伝達可能な第1のトルクと、第2のディスクセットから第2のクラッチハブへと伝達可能な第2のトルクとは互いに独立的に可変に調節可能である、電気駆動装置にある。
この電気駆動装置の利点は、ダブルクラッチアッセンブリによって、両出力軸への可変のトルク分配が可能であることにある。両出力軸へのトルク分配のためのディファレンシャル伝動機構は必要ない。走行状態に応じて、内輪もしくは外輪におけるトルクを個別に調節することができ、このことは全体として改善された走行ダイナミクス、もしくは走行安置性に通ずる。このような制御原理は、アクティブなモーメント分配、または「トルクベクタリング」とも呼ばれる。さらなる利点は、電気駆動装置のコンパクトな構造形式にある。
車輪間にトルクを所望のように制御可能に分配することにより、電気駆動装置は、電気駆動される駆動軸において、特に後車軸において、アクティブなモーメント分配(トルクベクタリング)を可能にする。この場合、カーブ走行時、外輪は内輪よりも多くのトルクにより負荷される。このことは、ポジティブなヨーモーメントによる車両の望ましくないアンダーステア傾向を減じるために、車両の走行ダイナミクス調節の範囲で利用することができる。さらに、車両のダイナミクスに対して、前車軸と、電気駆動される後車軸との間の制御された回転数差によりポジティブな影響を与えることができる。さらなる機能として、この電気駆動装置は、駆動軸をロックすることができる。リミテッドスリップディファレンシャルと同様に、両車輪を、クラッチの同期制御により互いに接続することができる。これによりトラクションが大幅に改善され、上方の速度範囲でヨーダンピングのために利用することができる。
1つの可能な構成によれば、クラッチドラムはその外周面にリングギヤを有しており、このリングギヤは伝動機構軸のドリブンギヤに噛み合う。リングギヤは好適にはクラッチドラムに堅固に結合されていて、特にクラッチドラムと一体に形成されていてよい。好適には、リングギヤと、このリングギヤに噛み合うドリブンギヤとははす歯を有している。側方のカバー部分を含むクラッチドラムのこのような構成により、はす歯からクラッチドラムに作用する軸方向の力を特に良好にさらに伝達して、ハウジングにより軸方向で支持することができる。
コンパクトな構成のために好適な構成によれば、伝動機構ユニットは、ちょうど1つの伝動機構軸と、特に2つの歯車対とを有している。この場合、モータ軸のドライブギヤと、このドライブギヤに噛み合う、伝動機構軸のドライブギヤとは、第1の歯車対を形成する。さらに、伝動機構軸のドリブンギヤと、このドリブンギヤと噛み合うリングギヤとが、第2の歯車対を形成する。特に、伝動機構ユニットの総変速比は8〜10であることが想定されている。例えば具体的には、第1の歯車対の第1の変速比は3.0〜4.0であり、第2の歯車対の第2の変速比は2.5〜3.5である。減速への変速を行うために、減速伝動機構が形成されている。したがって、ダブルクラッチユニットの入力部分は、電気モータのモータ軸よりも何倍もゆっくりと回転する。ダブルクラッチユニットは、導入されたトルクを、配属された車輪を駆動するために働く両出力軸に分割する。
コンパクトな構造のためには特に、伝動機構軸の回転軸線と、モータ軸の回転軸線との間に生じる半径方向の間隔は、電気機械の最大の半径の0.9倍よりも小さく、特にこの半径の0.8倍よりも小さいことが想定されてよい。このような構成により、伝動機構軸は、軸方向で見て、電気機械の包絡線の完全に内側に位置するので、全体として、電気駆動装置の半径方向でコンパクトな構造が達成される。
好適には、クラッチドラムの第1のカバー区分を支持するための第1のクラッチ軸受と、クラッチドラムの第2のカバー区分を支持するための第2のクラッチ軸受とが設けられており、第1のクラッチ軸受の外径は、第1のアクチュエータの内径よりも小さく、かつ/または第2のクラッチ軸受の外径は、第2のアクチュエータの内径よりも小さい。換言すると、両クラッチ軸受のうちの少なくとも一方は、この一方のクラッチ軸受側に対応配置されたアクチュエータの半径方向内側に位置している。これによりさらに、クラッチ軸受とアクチュエータとが場合によっては軸方向でオーバラップして位置することが可能となり、このことは軸方向の構成スペースにとって有利に作用する。好適には、第1のクラッチ軸受は少なくとも部分的に、第1のアクチュエータと軸方向でオーバラップしていて、かつ/または第2のクラッチ軸受は少なくとも部分的に、第2のアクチュエータと軸方向でオーバラップしている。
アクチュエータの構成に関しては様々な技術手段が、例えば油圧により、電気モータにより、または電磁的に操作されるアクチュエータが考えられる。第1のクラッチおよび第2のクラッチを操作するための第1のアクチュエータおよび第2のアクチュエータは好適にはその構造および機能形式に関して同様に構成されている。本開示の範囲では一方のアクチュエータのみが説明されるが、この特徴はもちろん他方のアクチュエータにも当てはまるものである。さらにこのことは、2つ設けられているその他の技術的構成要素にも該当する。
第1および/または第2のアクチュエータが油圧により操作されるアクチュエータとして構成されている場合、このアクチュエータはリング状のピストンを有していてよく、このピストンは、ハウジングアッセンブリのリング状の円筒室内に軸方向摺動可能に装着されており、リング状のピストンと第1の操作部分との間にスラスト軸受が配置されていてよい。
選択的な構成によれば、第1および/または第2のアクチュエータは電気モータにより操作可能な傾斜装置として構成されていてよく、軸方向で支持される支持リングと、軸方向で可動な作動リングとを有していてよい。この場合特に、両リングの内の一方が相対回動不能にハウジングアッセンブリ内に保持されており、両リングのうちの他方が回転駆動可能であることが想定される。両リングは、傾斜面を介して、場合によっては転動体を介在させて、互いに軸方向で支持されており、この傾斜面は、一方のリングの、他方のリングに対して相対的な回動により、支持リングに対して相対的に作動リングが軸方向で摺動するように構成されている。作動リングと、クラッチセットの所属の操作部分との間には、好適にはスラスト軸受が設けられていて、このスラスト軸受は例えば、スラストニードルベアリングとして構成されていてよい。
電気駆動装置のハウジングアッセンブリは、多部分から成るものとして個別のハウジング部分から構成されてよく、これらのハウジング部分は、例えばフランジ結合により互いに結合することができる。具体的には、ハウジングアッセンブリは、少なくとも部分的に電気機械のための第1の収容スペースを形成する第1のハウジング区分と、少なくとも部分的にダブルクラッチユニットのための第2の収容スペースを形成する第2のハウジング区分と、第1のハウジング区分と第2のハウジング区分との間に配置されている少なくとも1つの中間壁とを有していてよい。少なくとも部分的に1つの収容スペースが形成されている構成により、各ユニットを、部分的に、または大部分、または全体的に、所属の収容スペース内に収容できることが想定される。中間壁は、モータ軸用の第1の軸受を受容するための第1の軸受受容面と、伝動機構軸用の第2の軸受を受容するための第2の軸受受容面と、を有していてよく、この場合特に、第1の軸受受容面と第2の軸受受容面との間の半径方向の間隔は、第1の軸受および/または第2の軸受の半径方向の延在の2.0倍よりも小さく、特に前記半径方向の延在の1.0倍よりも小さいことが想定される。
ハウジングアッセンブリはさらに、中間壁と第2のハウジング区分との間に配置されている中間プレートを有していてよい。好適には、両クラッチ軸受のうちの一方、および両アクチュエータのうちの一方が中間プレートに収容されている、もしくは軸方向で中間プレートに支持されている。このような構成により、伝動機構軸とクラッチドラムとの間の歯列の噛み合い部から導入された軸方向の力を良好に支持することができ、ハウジング内へと導入することができる。
中間壁と、第2の中間壁とも呼ぶことができる中間プレートとの間に収容室が形成されていることが特に想定されている。好適には、伝動機構軸は中間壁の軸受区分で回転可能に支持されており、伝動機構軸のドライブギヤはこの軸受区分に軸方向で隣接して収容室内に配置されている。中空軸は、1つの可能な構成によれば、電気機械のロータに結合された軸区分と、中間壁に回動可能に支持された軸受区分と、ドライブギヤとを有している。ドライブギヤは、中空軸の自由端部に一体成形されていてよく、もしくはこの自由端部に別の形式で堅固に結合されていてよく、中間壁と中間プレートとの間に形成された収容室内に片持ち式に突入することができる。
コンパクトな配列のための特別な試みは、電気駆動装置の潤滑油供給にもある。
1つの構成によれば、中空軸と、中空軸に挿通されて延在している出力軸との間に、環状通路が形成されていてよく、環状通路は、伝動機構ユニット側の第1の開口部と、伝動機構ユニットから離れて位置する第2の開口部とを有している。ハウジングアッセンブリの中間プレートは好適には貫通開口を有しており、貫通開口を貫通して出力軸が延在しており、出力軸と中間プレートとの間に環状間隙が形成されている。環状間隙を通って、潤滑剤が、ダブルクラッチユニットの収容スペースから環状通路内へと流れることができ、そこから離れて位置する電気駆動装置の回転する構成部分に到ることができる。
中間壁は、回転軸線に対して同心的、かつ軸方向に延在するスリーブ状付設部を有していてよく、スリーブ状付設部は、中空軸の端面の切欠き内に軸方向のオーバラップを伴って係合している。スリーブ状付設部と中空軸とは、軸方向でオーバラップし、小さな間隙を形成することができる。スリーブ状付設部が、中空軸の端面の切欠きと軸方向でオーバラップしていることで、ラビリンスシールが形成される。ラビリンスシールは、環状通路に向かって流動する潤滑剤が、不動のスリーブ状付設部と、回転する中空軸との間に形成される間隙を通して、環状通路に流入する前に半径方向外方に漏れてしまうことを防止する。
中空軸に差し通された出力軸は、伝動機構ユニットから離れた第2の端部区分を有し、第2の端部区分は、ハウジングアッセンブリの軸受収容部分において軸受により回転軸線を中心として回転可能に支持されている。中空軸は、好ましくは、軸方向で軸受収容部分内まで入り込むように延在している。すなわち、中空軸の端部区分は、軸受収容部分と軸方向でオーバラップして位置している。回転駆動可能な中空軸は、不動の軸受収容部分に対して回転シールにより密封されている。回転シールは、ラジアル軸封リングとして構成されていてもよい。好ましくは、中空軸の端面側の端部、すなわち、環状通路の出口開口部は、軸方向で回転シールと、出力軸のための軸受との間に存在しているので、これらの構成部材は、良好に潤滑される。軸受の側方に隣接して、出力軸と軸受収容部分との間の環状室を密封する別の回転シールが設けられていてよい。
好適な実施例を、以下に図面につき詳しく説明する。
本発明による電気駆動装置の概略縦断面図である。 図1の電気駆動装置の細部を拡大して示した図である。 図2の開口部領域を細部として拡大して示した図である。
以下に、図1〜図3をまとめて説明する。図1には、本発明による電気駆動装置2が示されており、この電気駆動装置は、電気機械3と、電気機械3によって回転駆動可能な伝動機構ユニット4と、伝動機構ユニット4によって回転駆動可能なダブルクラッチユニット5と、を備え、このダブルクラッチユニットは、それぞれ所属のアクチュエータ8,9によって操作可能な、別個に制御可能な2つの摩擦クラッチ6,7を備えている。
電気駆動装置2は、自動車の駆動軸を、この駆動軸の唯一の駆動装置として駆動するために構成されている。自動車の別の駆動軸は、別個の駆動源、例えば内燃機関を有した別の駆動ユニットによって駆動されてよい。しかしながら、両駆動システム間に機械的な駆動接続部は設けられていない。
電気機械3は、ステータと、このステータに対して回転可能なロータとを有しており、ロータは、電気機械の給電時にモータ軸10を回転駆動する。モータ軸10の回転運動は、出力経路で見て下流に配置される伝動機構ユニット4を介してダブルクラッチユニット5に伝達される。電気機械3にはバッテリ(図示せず)によって電流が供給される。電気機械3は、モータモードで作動することができ、この場合、電気エネルギは駆動軸を駆動するための機械エネルギに変換される。または電気機械3は、ジェネレータモードで作動することができ、この場合、逆に機械エネルギが電気エネルギに変換されて、この電気エネルギをバッテリに蓄えることができる。電気駆動装置2はさらにハウジングアッセンブリ11を有しており、このハウジングアッセンブリ内に、電気機械3と、伝動機構ユニット4と、ダブルクラッチユニット5とが配置されている。
伝動機構ユニット4は、モータ軸10から導入された高速の回転運動を低速の回転運動に変換する減速伝動機構として構成されている。したがって、ダブルクラッチユニット5の入力部分は、電気機械3のモータ軸10よりも何倍もゆっくりと回転する。ダブルクラッチユニット5は、導入されたトルクを、配属された車輪を駆動するために働く両サイドシャフト27,28へと分割する。モータ軸10は中空軸として形成されていて、電気駆動装置2のハウジングアッセンブリ11内で回転軸線Aを中心として回転可能に軸受12,13によって支持されている。ドライブギヤ14(第1の歯車)は、駆動軸10に相対回動不能に結合されており、特に駆動軸と一体に形成されている。
減速伝動機構4は、伝動機構軸15を有しており、この伝動機構軸は、ハウジングアッセンブリ11内で、第1の回転軸線Aに対して平行な第2の回転軸線Bを中心として回転可能に軸受16,17を介して支持されていて、中間軸とも呼ぶことができる。伝動機構軸15は、ドライブギヤ18(第2の歯車)とドリブンギヤ19(第3の歯車)とを有し、ドライブギヤ18とドリブンギヤ19とは、相対回動不能に伝動機構軸15に結合されていて、特に伝動機構軸15と一体に構成されている。ドリブンギヤ19は、ダブルクラッチユニット5を駆動すべく、リングギヤ20(第4の歯車)と噛み合う。リングギヤ20は、ダブルクラッチユニット5の入力部分22に堅固に結合されており、例えば、ダブルクラッチユニットと一体に構成されていてよい。この場合、溶接による材料接続的な結合、および/またはねじによる摩擦接続的な結合のような別の結合も可能である。伝動機構軸15のドリブンギヤ19とクラッチ入力部分のリングギヤ20とがはす歯を有していることも想定される。
減速伝動機構4は、正確に1つの伝動機構軸15と、2つの歯車対とを有していることがわかる。モータ軸10のドライブギヤ14と、伝動機構軸15の、ドライブギヤ14と噛み合うドライブギヤ18とは、第1の変速比i1を有する変速伝動機構5の第1の歯車対を形成する。伝動機構軸15のドリブンギヤ19と、ドリブンギヤ19と噛み合うリングギヤ20とは、第2の歯車対i2を形成する。モータ軸・ドライブギヤ14は、伝動機構軸・ドライブギヤ18の直径より大幅に小さい直径もしくは伝動機構軸・ドライブギヤ18の歯数より少ない歯数を有している。こうして減速がなされる。同様に伝動機構軸・ドリブンギヤ19は、リングギヤ20より小さい直径もしくは少ない歯数を有しているので、ここでさらなる減速がなされる。減速伝動機構4は特に、モータ軸10とクラッチ入力部22との間の総変速比が8.0〜10.0であるように構成されている。例えば具体的には、第1の歯車対14,18の第1の変速比i1は3.0〜4.0であり、第2の歯車対19,20の第2の変速比i2は2.5〜3.5である。
構造的には、中間軸15は、モータ軸10に対して半径方向で比較的近くに配置されている。この場合特に、伝動機構軸15の回転軸線Bと、モータ軸10の回転軸線Aとの間に生じる半径方向の間隔R15は、電気機械3の最大の半径R3の0.9倍よりも小さく、特に半径R3の0.8倍よりも小さいことが想定される。このような構成により、伝動機構軸15は(ドライブギヤ18なしでは)、軸方向で、電気機械の包絡線の完全に内側に位置するので、全体として、電気駆動装置の半径方向でコンパクトな構造が達成される。
ダブルクラッチユニット5は、伝動機構軸15によって回転駆動可能なクラッチドラム22を入力部分として有しており、2つのクラッチハブ23,24をクラッチ出力部分として有している。クラッチ出力部分へは、トルクが、クラッチドラム22からそれぞれ1つのディスクセット25,26を介してそれぞれのクラッチハブ23,24へと伝達可能である。ディスクセット25,26はそれぞれクラッチドラム22に対して相対回動不能であって軸方向可動な複数のアウタディスクと、クラッチハブ23,24に対して相対回動不能であって軸方向可動な複数のインナディスクとを含み、これらアウタディスクとインナディスクとは軸方向で交互に配置されている。両クラッチは、その構造に関して、特にそのジオメトリ寸法、ならびにハブ外径、ハブ内径、アウタディスクの直径、インナディスクの直径に関して同じであるように構成されている。第1のクラッチハブ23は第1の出力軸27に駆動結合されていて、第2のクラッチハブ24は第2の出力軸28に駆動結合されている。図2により、第2の出力軸28は、電気機械3の中空軸10を貫通して延在していることがわかる。ダブルクラッチユニット5は、電気機械3に対して同軸的に配置されている。具体的には、クラッチドラム22は、ハウジングアッセンブリ11内でモータ軸10の回転軸線Aに対して同軸的に回転可能に、2つのクラッチ軸受29,30によって支持されている。
クラッチドラム22は、スリーブ区分または円筒区分とも呼ぶことができる周区分31と、この周区分に結合され、この周区分を側方で画定する2つのカバー区分32,33とを含む。本明細書での構成によれば、クラッチドラムは3つの部分から構成されており、周区分31とカバー区分32,33とは別個の構成部分として製造されて、後から互いに堅固に、特に溶接によって結合される。したがって、周区分31を周部分とも呼ぶことができ、カバー区分32,33をカバー部分とも呼ぶことができる。カバー区分32,33は、ハウジング11内でクラッチドラムを回転可能に支持する所属のクラッチ軸受29,30を収容するために、それぞれ1つの一体に形成されたスリーブ付加部34,35を有している。
両クラッチ6,7のそれぞれは、配属されたアクチュエータ8,9によって個別に操作可能である。このために、両アクチュエータ8,9は互いに独立的に制御ユニット(図示せず)によって制御可能であるので、第1のディスクセット25から第1のクラッチハブ23へと伝達可能な第1のトルクと、第2のディスクセット26から第2のクラッチハブ24へと伝達可能な第2のトルクとは互いに無関係に可変に調節可能である。両アクチュエータ8,9はその構造と機能形式とに関して同様に構成されているので、以降両者を一緒に説明する。一方のアクチュエータに関して記載した全ての特徴は、他方のアクチュエータにも相応に当てはまる。両アクチュエータ8,9はそれぞれ、クラッチドラム22の外側に配置されていて、ハウジングアッセンブリ11には互いに逆向きに、軸方向で支持されている。
各クラッチ6,7には、アクチュエータ8,9により発生させられた軸方向の力を、クラッチドラム22内に配置された所属のディスクセット25,26に伝達するために力伝達部材36,37が設けられている。力伝達部材36,37は、板状の基体を含み、この基体から、突起と呼ぶこともできる複数のカム38,39が軸方向に突出している。両カバー区分32,33はそれぞれ、周方向で分配された複数の軸方向貫通開口40,41を有しており、この貫通開口を通って、所属の力伝達部材36,37のカム38,39が延在している。カム38,39にはそれぞれ、配属されたプレート状の基体が堅固に結合されており、特にカムと一体に、例えば変形法により形成されている。力伝達部材36,37は、カバー部分32,33の開口内に係合するカム38,39を介して相対回動不能にクラッチドラム22に接続されているので、力伝達部材36,37はクラッチドラム22と一緒に回転軸線Aを中心として回転する。同時に力伝達部材36,37は、クラッチドラム22に対して軸方向可動であって、クラッチドラム22の外側に位置するアクチュエータ8,9の軸方向の作動力を、クラッチドラム22内に配置されたディスクセット25,26に伝達することができる。カム38,39はそれぞれ、クラッチドラム22内に配置された加圧プレート65,66に作用し、加圧プレートは力を各ディスクセット25,26に伝達する。ディスクセット25,26は軸方向内側でそれぞれ支持プレート67,68を介して、クラッチドラム22に結合された保持リングに向かって軸方向で支持されている。
アクチュエータ8,9は、この実施例では、油圧操作可能なアクチュエータとして構成されており、それぞれ1つのリング状のピストン42,43を有している。このピストンは、ハウジングアッセンブリ11の配属されたリング状の環状室44,45内に軸方向摺動可能に装着されている。オイル通路(ここには図示せず)を介して、油圧ポンプによって、油圧室内44,45で油圧を発生させることができ、これにより油圧室内に装着されたピストン42,43は軸方向で、クラッチドラム22の方向に動かされる。軸方向の力は、スラスト軸受46,47を介して各力伝達部材36,37へと伝達される。スラスト軸受46,47は、ハウジング11内に定置に配置されたアクチュエータもしくはピストン42,43に対して、クラッチドラム22と共に回転する力伝達部材36,37を、回転に関して分離するために用いられる。アクチュエータ8,9を戻すために、戻しばね(図示せず)を設けることができる。戻しばねは例えば、クラッチドラム22と、配属された力伝達部材36,37との間に配置することができ、アクチュエータが操作されていない場合、力伝達部材36,37をクラッチドラム22から軸方向で離すように付勢する。
アクチュエータ8,9は、両クラッチ軸受29,30の半径方向外側に配置されている。すなわち、第1のもしくは第2のクラッチ軸受29,30の外径は、第1のもしくは第2のアクチュエータ8,9の内径よりも小さい。ディスクセット25,26は、軸受29,30と比べて比較的大きな直径上に位置している。具体的には、第1および/または第2のディスクセット25,26の最小の内径は、第1および/または第2のクラッチ軸受29,30の軸受インナレースの最大の外径よりも大きいことが想定されている。さらに、ディスクセット25,26の平均直径は、第1および/または第2の軸受29,30の最大の直径よりも大きい。両軸受29,30は特に、円錐ころ軸受として構成されているので、軸方向の力を良好に支持することができ、ハウジング11内に導入することができる。ディスクセット25,26に作用する力伝達部材36,37は少なくとも大部分、ディスクセット25,26の平均直径の半径方向外側に位置している。さらに、第1のクラッチ軸受29は少なくとも部分的に、第1のアクチュエータ8と軸方向でオーバラップしている、もしくは第2のクラッチ軸受30は少なくとも部分的に、第2のアクチュエータ9と軸方向でオーバラップしていることが想定される。
第1のクラッチハブ23は第1の出力軸27に相対回動不能に結合されていて、導入されたトルクを、等速ジョイントを介して第1のサイドシャフト(図示せず)に伝達することができる。第2のクラッチハブ24は第2の出力軸28に相対回動不能に結合されている。両クラッチハブ23,24は軸方向で互いに、かつクラッチドラム22に対して支持されている。出力軸28は、クラッチハブ24に相対回動不能に結合されている、伝動機構側の第1の端部区分を有している。クラッチハブ23,24は軸受48,50によってクラッチドラム22に、回転軸線Aを中心として回転可能に支持されている。このためにクラッチハブ23,24は、軸方向外側に向かって突出するそれぞれ1つのスリーブ付加部を有している。スリーブ付加部の外面と、各カバー部分32,33の内面との間に、軸受48,50のうちのそれぞれ1つが装着されている。出力軸28はさらに、伝動機構とは離れて位置している端部区分を有しており、この端部区分は、軸受21によってハウジングアッセンブリ11内に回転軸線Aを中心として回転可能に支持されている。外側に位置するこの端部区分には、傾斜角度をもった運動をしながら自動車の第2のサイドシャフト(図示せず)にトルクを伝達するために働く等速ジョイントを接続することができる。
図1により、ハウジングアッセンブリ11は複数の個々のハウジング部分から組み立てられていることがわかる。特にハウジングアッセンブリ11は、電気モータ3が収容されている第1のハウジング区分53と、伝動機構ユニット4が収容されている第2のハウジング区分54と、第1および第2のハウジング区分53,54間に配置され、第1および第2のハウジング区分53,54に堅固に結合されている第1の中間壁55および第2の中間壁52とを有している。第1の中間壁55は、中空軸10が軸受13により回転軸線Aを中心として回転可能に支持されている第1の軸受収容区分56と、伝動機構軸15が軸受16により回転軸線Bを中心として回転可能に支持されている第2の軸受収容区分57とを有している。特に、第1の軸受受容面と第2の軸受受容面との間の半径方向の間隔Eは、第1もしくは第2のシャフト軸受13,16の半径方向の延在寸法E13,E16の2.0倍よりも小さいことが想定される。このことは、電気駆動装置の半径方向でコンパクトな構造を得るために貢献している。
軸方向で第1の中間壁55と第2の中間壁52との間に収容室49が形成されており、収容室49内にドライブギヤ14,18が収容されている。特に第1の中間壁55よりも薄く形成されていて、したがって中間プレートとも呼ぶことができる第2の中間壁52は、クラッチドラム22を回転可能に支持する軸受30が収容されている軸受収容区分61と、伝動機構軸15が挿通されている貫通開口51とを有している。貫通開口51は、歯車19の外径より大きい内径を有しているので、伝動機構軸15は、歯車19とともに開口51を通して組み立て可能である。
ハウジングアッセンブリ11は、伝動機構ユニット4から離れて位置する端部に、中空軸10用の軸受12が収容されているカバー部分58と、このカバー部分58に結合され、出力軸28用の軸受21が収容されている軸受収容部分59とを有している。中空軸10は、シャフト軸受12によりハウジング部分58内で回転可能に支持されている第1の端部区分60と、ロータに相対回動不能に結合される軸区分と、第1の中間壁55の軸受収容区分56内で回転可能に支持される区分と、両中間壁52,55の間に形成される収容室49内に突入するドライブギヤ14とを有している。
特に図2および3によりわかるように、中空軸10と出力軸28との間に、環状通路62が形成されている。環状通路は、伝動機構ユニット4側の第1の開口部63と、伝動機構ユニットから離れて位置する第2の開口部64とを有している。ハウジングアッセンブリ11は、潤滑剤案内ジオメトリ(通路)を有することができ、潤滑剤案内ジオメトリは、潤滑剤を伝動機構ユニット4から第1の開口部63の開口領域に導くように構成されている。これにより潤滑剤は、中空軸10と出力軸28との間に形成される開口を通して流入し、環状通路62に沿って第2の開口部64に向かって流動することができる。こうして、駆動アッセンブリ2の、伝動機構ユニット4から離れて位置する部分にも潤滑剤を供給することができる。
中間壁52は、クラッチドラム22に面した側に潤滑剤チャンバを有していていよく、潤滑剤チャンバ内に潤滑剤を一時的に収容することができる。半径方向内側に通流通路71が設けられており、通流通路71の第1の端部は、チャンバに接続されており、第2の端部は、中間壁52の、半径方向内側に位置する環状区分69に通じている。潤滑剤の流動方向は図3に矢印で示した。
中間壁52は、出力軸28が挿通されている貫通開口70を有している。貫通開口70の内径は、軸28のこの区分の外径より大きいので、軸28と中間壁52との間には、環状開口72が形成されている。環状開口72を通して潤滑剤は、中空軸10もしくは環状通路62に向かって流動可能である。特に図3によりわかるように、中間壁52は、半径方向内側に、回転軸線Aに対して同軸のスリーブ状付設部73を有し、スリーブ状付設部73は、軸方向で中空軸10の端面の切欠き74内に入り込むように延在している。この場合、スリーブ状付設部73は、端面の切欠き74の内径より小さい外径を有している。組み立てられた状態で、スリーブ状付設部73と中空軸10とは、軸方向でオーバラップし、両構成部材間には、半割縦断面図で見てL字形の間隙が形成されている。中間壁52と中空軸10との間に形成される間隙75は、例えば0.1〜0.5ミリメートルの幅を有していることができる。スリーブ状付設部73と中空軸10とが軸方向で入れ子に係合していることで、ラビリンスシールが形成されるので、スリーブ状付設部73と中空軸10との間の間隙を通って流れる潤滑剤流は、僅かに保たれる。このとき、間隙75により形成される絞り作用は、スリーブ状付設部73と中空軸10との間の軸方向のオーバラップの長さが増すにつれ、増大する。例えば軸方向のオーバラップは、2.0〜10ミリメートルの長さであってよい。軸方向のオーバラップもしくはこれにより引き起こされる流体の絞り作用により、より多量の潤滑剤流が、間隙75を軸方向で通過し、これにより、中空軸10と出力軸28との間に形成される環状間隙62に流入し、環状間隙から、離れて位置する潤滑すべき構成部材に到達することができる。
中空軸10は、中間壁52側の端部区分に、半径方向内方に張り出した鍔76を有し、鍔76は、端面の切欠きあるいは間隙75を軸方向で画定している。鍔76の内径は、切欠き74の内径より小さく、かつ中空軸10の、鍔から軸方向で第2の開口部64に向かって延在する区分の内径より小さい。その際、良好な潤滑剤流動のためには、特に、鍔76の内径が、スリーブ状付設部73の内径にほぼ等しい、もしくはスリーブ状付設部73と軸10との間の環状間隙が、鍔76と軸10との間の環状間隙とほぼ同じ大きさであるようにするとよい。上述の環状間隙は、例えば0.5mmより大きいもしくは1.5mmより小さいようにしてもよい。鍔76に軸方向で接続する区分は、鍔76の内径より大きい内径を有している。鍔76を軸方向で流過した潤滑剤は、環状通路62内で遠心力に基づいてより大きな径領域へ移動する。中空軸10の内壁77に沿って形成される潤滑剤柱は、鍔76に軸方向で支持されることができ、その結果、次々に新しい潤滑剤が鍔76を流過していくため、環状通路62を通して、中空軸10の、離れて位置する端部まで至る潤滑剤流が生じる。中空軸の、離れて位置する端部で、潤滑剤は、開口部64から流出し、軸受21および軸シール78に到達する。
2 電気駆動装置
3 電気モータ
4 伝動機構ユニット
5 クラッチユニット
6,7 クラッチ
8,9 アクチュエータ
10 モータ軸/中空軸
11 ハウジングアッセンブリ
12,13 軸受
14 ドライブギヤ(第1の歯車)
15 伝動機構軸
16,17 軸受
18 ドライブギヤ(第2の歯車)
19 ドリブンギヤ(第3の歯車)
20 リングギヤ(第4の歯車)
21 軸受
22 クラッチドラム
23,24 クラッチハブ
25,26 ディスクセット
27 第1の出力軸
28 第2の出力軸
29,30 クラッチ軸受
31 周区分
32 カバー区分
33 カバー区分
34,35 スリーブ付加部
36,37 力伝達部材
38,39 カム
40,41 貫通開口
42,43 ピストン
44,45 環状室
46,47 スラスト軸受
48 軸受
49 収容室
50 軸受
51 貫通開口
52 中間壁
53 第1のハウジング区分
54 第2のハウジング区分
55 カバー部分
56 第1の軸受収容区分
57 第2の軸受収容区分
58 カバー部分
59 軸受収容部分
60 端部区分
61 軸受収容区分
62 環状通路
63 第1の開口部
64 第2の開口部
65,66 加圧プレート
67,68 支持プレート
69 環状区分
70 貫通開口
71 通流通路
72 環状開口
73 スリーブ状付設部
74 切欠
75 間隙
76 鍔
77 内壁
78 軸シール
A 回転軸線
B 回転軸線

Claims (18)

  1. 自動車の駆動軸を駆動する電気駆動装置であって、
    ハウジングアッセンブリ(11)と、
    電気機械(3)であって、中空軸(10)として形成されるモータ軸を有し、前記モータ軸は、回転軸線(A)を中心として回転可能に前記ハウジングアッセンブリ(11)内に支持されている、電気機械(3)と、
    伝動機構ユニット(4)であって、伝動機構軸(15)を有し、前記伝動機構軸は、前記モータ軸(10)によって回転駆動可能であって、前記回転軸線(A)に対して平行な回転軸線(B)を中心として回転可能に前記ハウジングアッセンブリ(11)内に支持されている、伝動機構ユニット(4)と、
    ダブルクラッチユニット(5)であって、前記伝動機構軸(15)によって回転駆動可能なクラッチドラム(22)と、第1の出力軸(27)を駆動するための第1のディスクセット(25)および第1のクラッチハブ(23)と、第2の出力軸(28)を駆動するための第2のディスクセット(26)および第2のクラッチハブ(24)と、を有しており、前記両出力軸のうちの一方は、前記電気機械(3)の前記中空軸(10)に挿通されて延在している、ダブルクラッチユニット(5)と、
    を有しており、
    前記クラッチドラム(22)は、前記ハウジングアッセンブリ(11)内で、前記モータ軸(10)の前記回転軸線(A)に対して同心的に回転可能に支持されており、前記第1および第2のディスクセットのための収容スペースを形成する周区分(31)と、前記クラッチドラム(22)の前記収容スペースを側方で画定する第1のカバー区分(32)および第2のカバー区分(33)とを有しており、前記第1のカバー区分および第2のカバー区分は、前記ハウジングアッセンブリ(11)内で前記クラッチドラム(22)を支持するためのそれぞれ1つのスリーブ付加部(34,35)を有しており、
    前記電気駆動装置はさらに、
    前記第1のディスクセット(25)に作用するための第1のアクチュエータ(8)であって、前記第1のアクチュエータ(8)は前記クラッチドラム(22)の外側に配置されていて、前記ハウジングアッセンブリ(11)に軸方向に第1の方向で支持されており、前記アクチュエータ(8)により発生させられた軸方向の力を、前記クラッチドラム(22)内に配置された第1のディスクセット(25)に伝達するための第1の力伝達部材(36)が設けられており、前記第1の力伝達部材(36)のカム(38)は、前記第1のカバー区分(32)が有している周方向で分配された複数の第1の貫通開口(40)に挿通されて延在している、第1のアクチュエータ(8)と、
    前記第2のディスクセット(26)に作用するための第2のアクチュエータ(9)であって、前記第2のアクチュエータ(9)は前記クラッチドラム(22)の外側に配置されていて、前記ハウジングアッセンブリ(11)に軸方向に第2の方向で支持されており、前記アクチュエータ(9)により発生させられた軸方向の力を、前記クラッチドラム(22)内に配置された第2のディスクセット(26)に伝達するための第2の力伝達部材(37)が設けられており、前記第2の力伝達部材(37)のカム(39)は、前記第2のカバー区分(33)が有している周方向で分配された複数の第2の貫通開口(41)に挿通されて延在している、第2のアクチュエータ(9)と、
    を有しており、
    前記第1のアクチュエータ(8)と前記第2のアクチュエータ(9)とは互いに独立して制御ユニットによって制御可能であるので、前記第1のディスクセット(25)から前記第1のクラッチハブ(23)へと伝達可能な第1のトルクと、前記第2のディスクセット(26)から前記第2のクラッチハブ(24)へと伝達可能な第2のトルクとは互いに独立的に可変に調節可能である、
    電気駆動装置。
  2. 前記クラッチドラム(22)はその外周面にリングギヤ(20)を有しており、前記リングギヤは、前記伝動機構軸(15)のドリブンギヤ(19)に噛み合っており、前記リングギヤ(20)は特に前記クラッチドラム(22)と一体に形成されている、請求項1記載の電気駆動装置。
  3. 前記クラッチドラム(22)の前記リングギヤ(20)と、前記伝動機構軸(15)の前記ドリブンギヤ(19)とは、はす歯状に形成されている、請求項2記載の電気駆動装置。
  4. 前記伝動機構ユニット(4)はちょうど1つの伝動機構軸(15)と2つの歯車対とを有しており、前記モータ軸(10)のライブギヤ(14)と、該ドライブギヤに噛み合う、前記伝動機構軸(15)のドライブギヤ(18)とが、第1の歯車対を形成しており、前記伝動機構軸(15)の前記ドリブンギヤ(19)と、該ドリブンギヤに噛み合う前記リングギヤ(20)とが、第2の歯車対を形成している、請求項2または3記載の電気駆動装置。
  5. 前記伝動機構ユニットの総変速比(i)は8〜10であり、特に、前記第1の歯車対(14,18)の第1の変速比は3.0〜4.0であり、前記第2の歯車対(19,20)の第2の変速比は2.5〜3.5である、請求項1から4までのいずれか1項記載の電気駆動装置。
  6. 前記電気機械(3)は最大の半径(R3)を有しており、前記伝動機構軸(15)の前記回転軸線(B)と、前記モータ軸(10)の前記回転軸線(A)との間に半径方向の間隔(R15)が形成されており、前記半径方向の間隔は、前記最大の半径(R3)の0.9倍よりも小さい、特に前記半径(R3)の0.8倍よりも小さい、請求項1から5までのいずれか1項記載の電気駆動装置。
  7. 前記クラッチドラム(22)の前記第1のカバー区分(32)を支持するための第1のクラッチ軸受(29)と、前記クラッチドラム(22)の前記第2のカバー区分(33)を支持するための第2のクラッチ軸受(30)とが設けられており、前記第1のクラッチ軸受(29)の外径は、前記第1のアクチュエータ(8)の内径よりも小さく、かつ/または前記第2のクラッチ軸受(30)の外径は、前記第2のアクチュエータ(9)の内径よりも小さい、請求項1から6までのいずれか1項記載の電気駆動装置。
  8. 前記第1のクラッチ軸受(29)は少なくとも部分的に、前記第1のアクチュエータ(8)と軸方向でオーバラップしている、かつ/または前記第2のクラッチ軸受(30)は少なくとも部分的に、前記第2のアクチュエータ(9)と軸方向でオーバラップしている、請求項1から7までのいずれか1項記載の電気駆動装置。
  9. 前記第1のアクチュエータ(8)は油圧操作可能なアクチュエータとして構成されており、前記ハウジングアッセンブリ(11)のリング状の第1の環状室(44)内で軸方向摺動可能に装着されたリング状の第1のピストン(42)を有しており、前記リング状の第1のピストン(42)と前記第1の力伝達部材(36)との間に第1のスラスト軸受(46)が配置されていて、かつ/または前記第2のアクチュエータ(9)は油圧操作可能なアクチュエータとして構成されており、前記ハウジングアッセンブリ(11)のリング状の第2の環状室(45)内で軸方向摺動可能に装着されたリング状の第2のピストン(43)を有しており、前記リング状の第2のピストン(43)と前記第2の力伝達部材(37)との間に第2のスラスト軸受(47)が配置されている、請求項1から8までのいずれか1項記載の電気駆動装置。
  10. 前記第1のアクチュエータおよび/または前記第2のアクチュエータは、電気モータによって操作可能な傾斜路アッセンブリとして構成されており、軸方向で支持された支持リングと軸方向に可動な作動リングとを有しており、前記両リングのうちの一方は前記ハウジングアッセンブリ内に相対回動不能に保持されていて、前記両リングのうちの他方は回転駆動可能であって、前記両リングは傾斜面を介して互いに軸方向で支持されており、前記傾斜面は、前記リングの相対回動が前記作動リングを前記支持リングに対して相対的に軸方向で摺動させるように構成されており、前記作動リングと、前記クラッチディスクの所属の力伝達部材との間にスラスト軸受が配置されている、請求項1から8までのいずれか1項記載の電気駆動装置。
  11. 前記ハウジングアッセンブリ(11)は、少なくとも部分的に前記電気機械(3)のための第1の収容スペースを形成する第1のハウジング区分(53)と、少なくとも部分的に前記ダブルクラッチユニット(5)のための第2の収容スペースを形成する第2のハウジング区分(54)と、前記第1のハウジング区分(53)と前記第2のハウジング区分(54)との間に配置されている少なくとも1つの中間壁(55)とを有しており、前記中間壁(55)は、前記モータ軸(10)用の第1の軸受(13)を受容するための第1の軸受受容面と、前記伝動機構軸(15)用の第2の軸受(16)を受容するための第2の軸受受容面と、を有しており、前記第1の軸受受容面と前記第2の軸受受容面との間の半径方向の間隔(E)は、前記第1の軸受(13)および/または前記第2の軸受(16)の半径方向の延在寸法(E13,E16)の2.0倍よりも小さく、特に前記半径方向の延在寸法の1.0倍よりも小さい、請求項1から10までのいずれか1項記載の電気駆動装置。
  12. 前記中間壁(55)と前記第2のハウジング区分(54)との間に配置された中間プレート(52)が設けられており、前記第1および第2のクラッチ軸受(29,30)のうちの一方と、前記第1および第2のアクチュエータ(8,9)のうちの一方とが前記中間プレート(52)に収容されており、前記中間プレートに軸方向で支持されている、請求項11記載の電気駆動装置。
  13. 前記中間プレート(52)と前記中間壁(55)との間に収容室(49)が形成されており、前記収容室(49)内に前記伝動機構軸(15)の前記ドライブギヤ(18)が配置されている、請求項4を引用する請求項12記載の電気駆動装置。
  14. 前記中空軸(10)は、前記電気機械(3)のロータに結合された軸区分と、前記中間壁(55)に回動可能に支持された軸受区分と、前記ドライブギヤ(14)とを有しており、前記ドライブギヤ(14)は、前記中間壁(55)と前記中間プレート(52)との間に形成された前記収容室(49)内に片持ち式に突入している、請求項13記載の電気駆動装置。
  15. 前記中空軸(10)と、前記中空軸に挿通されて延在している前記出力軸(28)との間に、環状通路(62)が形成されていて、前記環状通路は、前記伝動機構ユニット(4)側の第1の開口部(63)と、前記伝動機構ユニット(4)から離れて位置する第2の開口部(64)とを有しており、
    前記ハウジングアッセンブリ(11)の前記中間プレート(52)は貫通開口(70)を有しており、前記貫通開口を貫通して前記出力軸(28)が延在しており、前記出力軸(28)と前記中間プレート(52)との間に環状間隙(72)が形成されており、前記環状間隙を通って、潤滑剤が、前記ダブルクラッチユニット(5)の前記収容スペースから前記環状通路(62)内へと流れることができる、請求項12から14までのいずれか1項記載の電気駆動装置。
  16. 前記中間プレート(52)は、前記回転軸線(A)に対して同心的、かつ軸方向に延在するスリーブ状付設部(73)を有しており、前記スリーブ状付設部は、前記中空軸(10)の端面の切欠き(74)内に軸方向のオーバラップを伴って進入している、請求項12から15までのいずれか1項記載の電気駆動装置。
  17. 前記出力軸(28)は、前記伝動機構ユニット(4)から離れて位置する第2の端部区分を有しており、前記第2の端部区分は前記ハウジングアッセンブリ(11)の軸受収容部分(59)内で前記回転軸線(A)を中心として回転可能に軸受(21)により支持されており、前記中空軸(10)は軸方向で、前記軸受収容部分(59)内に入り込むまで延在している、請求項1から16までのいずれか1項記載の電気駆動装置。
  18. 前記中空軸(10)は、回転シール部材(79)によって前記軸受収容部分(59)に対してシールされており、前記環状通路(62)の前記第2の開口部(64)は軸方向で前記シール部材(79)と前記軸受(21)との間に配置されている、請求項15を引用する請求項17記載の電気駆動装置。
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