JP2004050886A

JP2004050886A - 電気自動車用駆動装置

Info

Publication number: JP2004050886A
Application number: JP2002208030A
Authority: JP
Inventors: Takenori Hashimoto; 橋本　武典
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】電動機を縦置きする電気自動車用駆動装置で、構造の簡素化により製造コストを削減する。
【解決手段】車両の前後方向に沿って縦置きに設置された電動機３から駆動輪へ駆動力を伝達する電気自動車用駆動装置であって、終減速機であるハイポイドギヤ１５とハイポイドピニオンギヤ１６が駆動輪の駆動軸７とほぼ同じ前後方向位置に設置されて連結しており、その他の減速機であるはすば歯車対１８，２０が終減速機１５，１６と電動機３の間に設置されて両方に直接連結している。このはすば歯車対１８，２０に形成してある歯面の歯すじが、ハイポイドピニオンギヤ１６に発生するギヤ反力Ｆ_１を相殺する方向のアキシャル荷重Ｆ_２を従動側の回転軸１６ａに付加させるよう形成されている。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦置きに設置した電動機により左右２つの駆動輪を駆動する電気自動車用駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に電気自動車は車載バッテリーから供給される電力のみを電動機の駆動エネルギーとして用いるものであり、またシリーズハイブリッド車両は一旦エンジン等の内燃機関により発電機を駆動して発電し、そこから得た電力を車載バッテリーを介して電動機に供給しているものであるが、どちらも走行用の原動機として電動機だけを利用する点で共通している。
【０００３】
このように走行用原動機として電動機つまり電動モータを備えたシリーズハイブリッド車を含む電気自動車においては、従来より電動機のロータ軸の回転を減速する減速機構と、車両旋回時の左右駆動輪の回転差を吸収する差動機構を備えた駆動装置が使用されている。電動機と減速機構と差動機構はケース内に組み込まれており、電動機の動力は差動機構からドライブシャフトを介して左右の駆動輪に伝達されるようになっている。
【０００４】
この種の電気自動車に用いる駆動装置としては、たとえば特開平７−１７２１８８号公報に開示されたものがあり、電動機が前輪軸の後方に位置するフロントフロアトンネル内に縦置きで配設され、そのロータ軸の前方端部にハイポイドピニオンギヤが連結されている。そして前輪軸に設置されているハイポイドギヤの後方側にハイポイドピニオンギヤが噛み合っている。このハイポイドギヤとハイポイドピニオンギヤが最終的な減速を行う終減速機を構成し、差動機構である傘歯車式デファレンシャルギヤと連結して左右の前輪駆動輪を駆動するようになっている。しかしこの駆動装置は減速機を１段設けているだけであって減速比が十分に取れないために大型の電動機を使用しなければならず、それだけ大きな収容スペースが必要となって不利な構成となっていた。
【０００５】
そこでこの点を改善する駆動装置として、たとえば特開平７−１７２１８９号公報に開示されたものがあり、電動機の後方にもうひとつの減速機として遊星歯車を設けた構成となっている。ロータ軸の後方端部が遊星歯車のサンギヤに連結されており、遊星歯車のプラネタリキャリアに連結しているピニオンシャフトが中空軸のサンギヤ及びロータ軸内部を貫通して電動機の前方にハイポイドピニオンギヤを形成しており、ハイポイドギヤに噛み合うようになっている。
【０００６】
この駆動装置によれば、終減速機以外に遊星歯車式の減速機をもう１段設けたことにより減速比が十分に取れて小型の電動機を使用することができ、さらにそのような小型の減速機を電動機の後方位置に設置していることからフロントフロアトンネル内での収納が効率的となり、車体の前室においてバッテリーやインバータを収容するための有効スペースを広く確保することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ギヤの組立体で構成される減速機構や差動機構は潤滑を行わせるために油室に収容させる必要がある。しかし前記特開平７−１７２１８９号公報に記載の従来技術による駆動装置においては、遊星歯車が他の終減速機や差動機構（デファレンシャルギヤ）と離れた位置に設置されて油室を別室としているため、それぞれ個別にシール構造を設ける必要がありコスト高な構成となっていた。電動機のロータ軸についても、その内部にピニオンシャフトを回転可能に支持するといった複雑な２重管構造が製造コストを増加させる大きな要因となっていた。
【０００８】
また駆動装置の作動中においては、ハイポイドピニオンギヤがハイポイドギヤから軸方向に大きなギヤ反力を受けてしまい、そのためピニオンシャフトなどを支持するベアリングには耐荷重容量の大きなものを使用する必要があるため製造コストを増加させる要因となっていた。またそれらベアリングにおける摩擦抵抗も大きくなることから、モータ動力の損失も増加してエネルギー効率を悪化させるという問題もあった。
【０００９】
本発明の目的は、構造の簡素化を図ることにより製造コストを削減できる電気自動車用駆動装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気自動車用駆動装置は、終減速大歯車を備えて左右の駆動輪に連結されている差動機構と、車両に縦置きに設置され駆動輪の駆動力を発生する電動機と、差動機構と電動機との間に配置される減速機構とを有しており、この減速機構が終減速大歯車に噛み合う終減速小歯車を有するピニオンシャフトに設けられた大歯車、及び電動機のロータ軸に連結され大歯車に噛み合う小歯車とで構成される歯車対であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の電気自動車用駆動装置は、終減速大歯車を備え、左右の駆動輪に連結されている差動機構と、車両に縦置きに設置され駆動輪の駆動力を発生する電動機と、差動機構と電動機との間に配置される減速機構とを有しており、この減速機が電動機のロータ軸に連結されるサンギヤと、サンギヤの外側に固定されたリングギヤと、サンギヤ及びリングギヤに噛み合うピニオンギヤを有し終減速大歯車に噛み合う終減速小歯車を有するピニオンシャフトに設けられたキャリアとで構成される遊星歯車であることを特徴とする。
【００１２】
本発明にあっては、差動機構と減速機構を一体化することにより駆動装置全体の構成を単純化でき、またロータ軸を単純な中実軸にできるため電動機自体の構成を大幅に簡素化・小型化できることから製造コストを削減することが可能となる。
【００１３】
本発明にあっては、減速機構に遊星歯車を用いることにより、電動機、減速機構を同一回転軸上に配置して連結することができ、全体を径方向にコンパクトな構成にできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の電気自動車用駆動装置を搭載したシリーズハイブリッド車の駆動系を示す概略側面図である。図１に示すシリーズハイブリッド車両１は、左右２輪の前輪２を駆動する前輪駆動車であり、車両１には前輪２を駆動する電動機３つまり電動モータを有している。この電動機３の駆動電力は図示しないバッテリー及びそのバッテリーを充電する発電機４より供給されており、この発電機４は内燃機関５つまりエンジンにより駆動されている。電動機３の動力は減速機構及び差動機構などを有する減速差動機構６や前輪軸７を介して左右の前輪２に伝達される。電動機３は減速差動機構６の後方位置に取り付けられ一体となってフロントフロアトンネル８内に収容されている。
【００１５】
（実施の形態１）
図２は本発明の第１の実施の形態の電気自動車用駆動装置のうち、図１に示された減速差動機構６の一部及び電動機３を拡大して示す断面図であり、図３は図２に示す第１の実施の形態である駆動装置のスケルトン図である。
【００１６】
この駆動装置１１は、前輪軸７が設けられたギヤケース１２と、これの後方側に取り付けられるモータケース１３とからなるユニットケース１４を有しており、このユニットケース１４は車両１に搭載されるようになっている。このギヤケース１２の内部において、終減速大歯車としてのハイポイドギヤ１５が前輪軸７と図示しない前輪差動装置（デファレンシャルギヤ）を介して左右の前輪２に連結されている。このハイポイドギヤ１５の後方側には終減速小歯車としてのハイポイドピニオンギヤ１６が噛み合わされており、これらのギヤ１５，１６によって終減速機が形成されている。ハイポイドピニオンギヤ１６の後方に形成されているピニオンシャフト１６ａは、ギヤケース１２に組み付けられるダブルテーパベアリング１７により回転自在となっており、その後方端部の外周は、大歯車としての従動はすば歯車１８と一体の中空軸の軸部１８ａとスプライン結合されている。またピニオンシャフト１６ａと従動はすば歯車１８は、ロックナット１９の締結によって軸方向に対しても強固に固定されている。
【００１７】
従動はすば歯車１８に小歯車としての駆動はすば歯車２０が噛み合わされており、図示するように駆動はすば歯車２０及び従動はすば歯車１８には、それぞれ右ねじ方向及び左ねじ方向につる巻き線状の歯すじが形成されている。従動はすば歯車の軸部１８ａの後方端部はギヤケース１２に組み付けられるボールベアリング２１ａにより回転自在となっており、駆動はすば歯車２０の前後に突出する軸部２０ａの前方端部及び後方端部はそれぞれギヤケース１２に組み付けられるボールベアリング２１ｂ及びニードルベアリング２２により回転自在となっている。
【００１８】
この駆動はすば歯車２０の軸部２０ａの後方端部は中空軸となっていて、その内周には電動機３のロータ軸２３がスプライン結合されており、このロータ軸２３はモータケース１３に組み付けられる前後２つのボールベアリング２１ｃ，２１ｄに支持されている。
【００１９】
電動機３は、極数に対応する複数の永久磁石が設けられてロータ軸２３に取り付けられるロータ２４と、ロータ２４の外周を取り巻くコアのスロットにコイル部が組み付けられたステータ２５とを備えた永久磁石式同期モータである。ロータ軸２３の回転からロータ２４の磁極位置を検出するために、モータケース１３にはレゾルバ２６（回転センサ）が取り付けられている。
【００２０】
なお、ギヤケース１２の内部全体が１つの油室を形成しており、またモータケース１３の前方側端面でロータ軸２３が貫通している開口部、及びギヤケース１２の後方側端面で軸部２０ａが貫通している開口部にはそれぞれシール材としてリップシール２７が設置されている。
【００２１】
以上の構成は、概略的には、前輪軸７と同じ前後方向位置に終減速機であるハイポイドギヤ１５及びハイポイドピニオンギヤ１６が設置されており、その後方にその他の減速機であるはすば歯車対１８，２０が連結され、さらにその後方に電動機３がロータ軸２３を介して連結されている。そして直接連結した２つの減速機が図示しない差動機構と一体となってギヤケース１２内に収容されている構成となっている。
【００２２】
本実施の形態の駆動装置によれば、このように終減速機１５，１６と電動機３の間に減速機１８，２０を設置する配置構成としただけで、様々な点で構成を大幅に簡素化することができる。まずその１つ目の点として、電動機３の小型化を図る目的で減速機１８，２０を設ける場合に、本実施の形態は終減速機１５，１６と減速機１８，２０及び差動機構を一体化したことにより駆動装置１１全体の構成を単純化できたことが挙げられる。これは前記特開平７−１７２１８９号公報に記載の従来技術のようにその他の減速機を終減速機と分離して電動機の後方（終減速機の反対側）に設置した場合と比較して、構成全体を大幅に簡素化することができる。
【００２３】
次に、従来技術に示されているような複雑な構造の回避、すなわち終減速機とその他の減速機を連結するピニオンシャフトを電動機のロータ軸内部でベアリングを介して支持するといった複雑な構造とせずに、ロータ軸２３を単純な中実軸とすることができるため電動機３自体の構成を大幅に簡素化・小型化することができる。またそのような小型化によりフロントフロアトンネル８内へ効率よく収納することも可能になる。またロータ軸２３の構成を簡素化したことにより、電動機３内部に対する潤滑油の隔絶がより確実となる。
【００２４】
また他にも全ての減速機及び差動機構を１つのギヤケース１２内に収容して油室を同一に形成できることから、シール材の設置数を減らしてシール構造を簡素化することもできる。
【００２５】
したがって本実施の形態の駆動装置によれば、構成を簡素化して製造コストを削減することができる。
【００２６】
次に本実施の形態の駆動装置の作動について説明する。まず電動機３は、図示しないモータコントローラの制御により、内燃機関５に駆動される発電機４またはバッテリーから駆動電力が供給されて回転駆動が行われる。通常の前進走行時には、図示するように電動機３から前方に向かって左回りＬの方向でロータ軸２３が回転駆動される。このロータ軸２３に生じた駆動力はスプラインを介して駆動はすば歯車２０に伝達され、駆動はすば歯車２０は従動はすば歯車１８に噛み合うことにより回転速度の減速と駆動力の伝達が行われる。このとき、噛み合わせる歯の歯すじがつる巻き形状となっているため、２つのはすば歯車１８，２０の間で駆動力の伝達が行われる際にお互い逆の軸方向にアキシャル荷重Ｆ_２，ｆ_２が付加される。図示する本実施の形態では駆動はすば歯車２０には後方へ向かうアキシャル荷重ｆ_２が付加され、従動はすば歯車１８には前方へ向かうアキシャル荷重Ｆ_２が付加される。
【００２７】
また一方で、従動はすば歯車１８に連結しているハイポイドピニオンギヤ１６が、ハイポイドギヤ１５と噛み合って回転速度の減速と駆動力の伝達が行われる際には、歯面から後方に向かってギヤ反力Ｆ_１が付加されることになる。そのため従来では、ハイポイドピニオンギヤ１６がこの大きなギヤ反力Ｆ_１を受けていたために、耐荷重容量の大きいベアリングでピニオンシャフト１６ａや従動はすば歯車１８を支持する必要があった。
【００２８】
しかし本実施の形態の駆動装置１１によれば、このギヤ反力Ｆ_１は、従動はすば歯車１８及びピニオンシャフト１６ａを介して前方に付加されているアキシャル荷重Ｆ_２により相殺され、その分弱められるようになっている。したがって従動はすば歯車１８及びピニオンシャフト１６ａを支持するベアリング１７，２１ａの耐荷重容量を下げることができ、製造コストを削減することができる。またギヤ反力Ｆ_１が弱められることにより各ベアリング１７，２１ａにおける摩擦抵抗も小さくなるため、モータ駆動力の伝達効率が高くなり車両のエネルギー効率を向上させることができるといった効果も得られる。
【００２９】
（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施の形態である電気自動車用駆動装置のうち、図１に示された減速差動機構６及び電動機３を拡大して示す断面図であり、図５は図４に示す第２の実施の形態である駆動装置のスケルトン図である。これらの図において、図２、図３に示した電気自動車用駆動装置１１と共通する部材には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００３０】
この駆動装置３１にあっては、終減速機のハイポイドギヤ１５と電動機３の間に設置する減速機として遊星歯車４８が用いられた構成となっている。ピニオンシャフト１６ａは、ギヤケース３２に組み付けられるダブルテーパベアリング１７及びボールベアリング２１ｅにより回転自在となっている。
【００３１】
ピニオンシャフト１６ａより後方側のギヤケース３２内周にはリングギヤ４９が固定的に装着されており、リングギヤ４９の内周側にはその内歯に噛み合う４つのプラネタリピニオンギヤ５０とそれらを回転自在に備えたプラネタリキャリア５１がそれ自体回転自在となるように装着され、このプラネタリキャリア５１の前方側端面がピニオンシャフト１６ａの後方端部にスプライン結合されている。さらに各プラネタリピニオンギヤ５０より内周側にそれぞれ噛み合うサンギヤ５２が装着されており、サンギヤ５２の内部がロータ軸２３の後方端部にスプライン結合されている。これらのギヤ４９，５０，５２及びキャリア５１によってその他の減速機である遊星歯車４８が形成されている。なお、リップシール２７をモータケース１３の前方側端面の開口部にのみ設置している。
【００３２】
このように本実施の形態の駆動装置は、電動機３を小型化する目的で減速機４８を設ける駆動装置であって、前記第１の実施の形態と同様に終減速機１５，１６と減速機４８及び差動機構を一体化して駆動装置３１全体の構成を大幅に簡素化していることから製造コストを削減することができる。またロータ軸２３を単純な中実軸にできるため電動機３自体の構成を大幅に簡素化・小型化でき、かつ電動機３内部に対する潤滑油の隔絶がより確実となる。また本実施形態の駆動装置３１は、全ての減速機及び差動機構を収容する油室を同一に形成できることからシール材の設置数を少なくしてシール構造を簡素化することもできる。
【００３３】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、前記２つの実施の形態では前輪駆動の車両において減速差動機構６及び電動機３を前輪軸７から後方に配置する駆動レイアウトへの適用例を示したが、本発明の駆動装置のポイントである減速機と電動機３の配置関係に関する点については他の駆動レイアウトにも適用することが可能である。例として、同じ前輪駆動車であっても減速差動機構６及び電動機３を前輪軸７から前方に配置する駆動レイアウトにも有効であり、また後輪駆動車であっても後輪軸より前方または後方に配置する駆動レイアウトに対しても有効である。前記ポイントとしては駆動軸とほぼ同じ前後方向位置に配置した終減速機とそれに隣接配置したその他の減速機を同一のギヤケース内に収容し、またその隣接延長上に電動機３を設置する配置関係とすることで駆動装置全体の構成を簡素化することにある。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、電動機を小型化する目的で終減速機以外の減速機を設ける電気自動車用駆動装置において、終減速機とその減速機を一体化して駆動装置全体の構成を大幅に簡素化できることから製造コストを削減することが可能となる。またロータ軸を単純な中実軸にできるため電動機自体の構成を大幅に簡素化・小型化でき、かつ電動機内部に対してより確実に潤滑油を隔絶できる。
【００３５】
本発明によれば、減速機構に遊星歯車を用いることにより、電動機、減速機構を同一回転軸上に配置して連結することができ、全体を径方向にコンパクトな構成としてフロントフロアトンネル内への収納効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気自動車用駆動装置を搭載したシリーズハイブリッド車の駆動系を示す概略側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態である電気自動車用駆動装置のうち、図１に示された減速差動機構の一部及び電動機を拡大して示す断面図である。
【図３】図２に示す第１の実施の形態である電気自動車用駆動装置のスケルトン図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態である電気自動車用駆動装置のうち、図１に示された減速差動機構及び電動機を拡大して示す断面図である。
【図５】図４に示す第２の実施の形態である電気自動車用駆動装置のスケルトン図である。
【符号の説明】
３　　　　電動機
７　　　　前輪軸
１５　　　ハイポイドギヤ（終減速大歯車）
１６　　　ハイポイドピニオンギヤ（終減速小歯車）
１６ａ　　ピニオンシャフト
１８　　　従動はすば歯車（大歯車）
２０　　　駆動はすば歯車（小歯車）
２３　　　ロータ軸
４８　　　遊星歯車
５１　　　プラネタリキャリア
５２　　　サンギヤ
Ｆ_１　　　ギヤ反力
Ｆ_２　　　従動側アキシャル荷重

Claims

終減速大歯車を備え、左右の駆動輪に連結される差動機構と、
車両に縦置きに設置され前記駆動輪の駆動力を発生する電動機と、
前記終減速大歯車に噛み合う終減速小歯車を有するピニオンシャフトに設けられた大歯車、及び前記電動機のロータ軸に連結され前記大歯車に噛み合う小歯車を備え、前記差動機構と前記電動機との間に配置される減速機構とを有することを特徴とする電気自動車用駆動装置。
終減速大歯車を備え、左右の駆動輪に連結される差動機構と、
車両に縦置きに設置され前記駆動輪の駆動力を発生する電動機と、
前記電動機のロータ軸に連結されるサンギヤと、前記サンギヤの外側に固定されたリングギヤと、前記サンギヤ及び前記リングギヤに噛み合うピニオンギヤを有し前記終減速大歯車に噛み合う終減速小歯車を有するピニオンシャフトに設けられたキャリアとを備え、前記差動機構と前記電動機との間に配置される減速機構とを有することを特徴とする電気自動車用駆動装置。