JP2005125921A - 車両用動力伝達装置及びそれを用いた車両駆動用電機システム - Google Patents

Abstract

【課題】
軸受及び軸受支持部に作用するラジアル荷重を小さくでき、コンパクトな車両用動力伝達装置及びそれを用いた車両駆動用電機システムを提供することにある。
【解決手段】
電動機１０と、電動機１０の回転を減速する減速機１２と、減速機１２で減速された動力を左右輪に配分する差動装置１４とを有する。電動機１０の出力軸の軸芯と減速機１２の第１シャフト３１の軸芯を結ぶ線に対し、電動機１０の出力軸に設けられたギア３３と減速機１２の回転軸に設けられたギア３４の噛合い点に発生する車両前進時の被動側のギアの接線力Ｐ１と同方向に、減速機１２の第２シャフト３２の軸芯を配置している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動機を動力源とする車両用動力伝達装置及びそれを用いた車両駆動用電機システムに係り、特に、減速機と差動機構とを有する装置に好適な車両用動力伝達装置及びそれを用いた車両駆動用電機システムに関する。

従来の車両用動力伝達装置は、動力発生装置である電動機と、電動機の回転を減速する減速機と、減速機で減速された動力を左右輪に配分する差動装置とを備えている。そして、例えば、特開平９−３００９９３号公報に記載されているように、電動機と減速機及び差動装置の各軸芯を側面視において三角配置している。

特開平９−３００９９３号公報

しかしながら、従来の構造のものでは、次のような問題点を有している。電動機の出力を伝達する過程において、電動機出力軸と減速機回転軸のギアの噛合い点、及び減速機回転軸と差動装置回転軸のギアの噛合い点において、接線力・分離力・スラスト力が発生し、これらの力による合成力（ラジアル荷重、スラスト荷重）が各回転軸の軸受、軸受支持部に作用する。従って、減速機・減速機・差動装置の各回転軸芯の配置関係によって、接線力・分離力・スラスト力が足しあわせる方向になり、軸受及び軸受支持部に作用するラジアル荷重が大きくなる場合がある。この場合、軸受及び軸受支持部の強度確保の為に、軸受及び軸受支持部の大型化となり、部品の配置が困難となる。

本発明の目的は、軸受及び軸受支持部に作用するラジアル荷重を小さくでき、コンパクトな車両用動力伝達装置及びそれを用いた車両駆動用電機システムを提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、電動機と、この電動機の出力を減速するとともに、電動機の軸心と平行な少なくとも２つのシャフトから構成される減速機と、この減速機で減速された動力を左右輪に配分する差動装置とを有する車両用動力伝達装置であって、前記電動機の出力軸の軸芯と前記減速機の第１シャフトの軸芯を結ぶ線をＯ’−Ｗ’とし、前記電動機の出力軸に設けられたギアと前記減速機の回転軸に設けられたギアの噛合い点に発生する車両前進時の被動側のギアの接線力の方向をＰ１としたとき、前記減速機の第２シャフトの軸芯(X)が、線Ｏ’−Ｗ’に対して、接線力Ｐ１のベクトルが向く方向の側に配置されたものである。
かかる構成により、軸受及び軸受支持部に作用するラジアル荷重を小さくでき、コンパクトにし得るものとなる。

（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、車輪の車軸に回転出力を伝達し車両を駆動させる車両駆動用電機システムにおいて、車載用電力供給源を駆動源とし、前記回転出力を発生する電動機と、該電動機の出力を前記車軸に伝達する出力伝達装置とを有し、前記出力伝達装置は、電動機と、この電動機の出力を減速するとともに、電動機の軸心と平行な少なくとも２つのシャフトから構成される減速機と、この減速機で減速された動力を左右輪に配分する差動装置とを備えたものであって、前記電動機の出力軸の軸芯と前記減速機の第１シャフトの軸芯を結ぶ線をＯ’−Ｗ’とし、前記電動機の出力軸に設けられたギアと前記減速機の回転軸に設けられたギアの噛合い点に発生する車両前進時の被動側のギアの接線力の方向をＰ１としたとき、前記減速機の第２シャフトの軸芯(X)が、線Ｏ’−Ｗ’に対して、接線力Ｐ１のベクトルが向く方向の側に配置されたものである。
かかる構成により、軸受及び軸受支持部に作用するラジアル荷重を小さくでき、コンパクトにし得るものとなる。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記車載用電力供給源はバッテリであり、前記電動機は、交流式のものであって、前記バッテリから直流電力の供給を受けてこれを交流電力に変換する電力変換装置の動作によって前記回転出力が制御されるものである。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記電力変換装置は前記ハウジングに取り付けられており、前記電動機を冷却する媒体によって冷却されるものである。

（５）上記（３）において、好ましくは、前記電動機は、前記車両に搭載された内燃機関と共に前記車両の駆動源を構成するものである。

（６）上記（５）において、好ましくは、前記電動機は、前記車輪のうち、前記内燃機関によって回転駆動される車輪とは異なる車輪を駆動するものである。

本発明によれば、軸受及び軸受支持部に作用するラジアル荷重を小さくでき、コンパクトにすることができる。

以下、図１〜図７を用いて、本発明の一実施形態による車両用動力伝達装置の構成について説明する。本実施形態では、電動機の軸芯と差動装置の出力軸の軸芯が平行な場合の例について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による車両用動力伝達装置の構成を示す正面図である。図２は、図１のＶ−Ｏ−Ｗ−Ｘ−Ｙ断面の側面図である。図３は、図１のＶ−Ｏ−Ｗ−Ｘ−Ｙ断面の骨子図である。図４は、本発明の一実施形態による車両用動力伝達装置を用いた車両の駆動装置を示す正面図である。

図２及び図３において、電動機１０は、正逆両方向へ回転駆動される。電動機１０の回転駆動力は、減速機１２において減速された後、差動装置１４において左右の駆動系に分配される。

差動装置１４から出力される動力の内に、一方の動力は中空状の電動機軸１１を貫通してその電動機軸１１と同芯に配設された中間軸１６を介して、図４の右側ドライブシャフトＤＳ２へと連結し、右側駆動輪ＷＨ２へ伝達される。他方の動力は、図４の左側ドライブシャフトＤＳ１と連結し、左側駆動輪ＷＨ１へ伝達される。

電動機１０，減速機１２，差動装置１４は、図２に示すように、円筒状ハウジング２０，第１サイドハウジング２１，第２サイドハウジング２２，第1中間ハウジング２３，第２中間ハウジング２４の５部材で構成されたハウジング内に、互いに同芯にかつ直列に配置されている。減速機１２の一部を形成している第２サイドハウジング２２及び第２中間ハウジング２４は、電動機の一部を形成している円筒状ハウジング２０と同径か、若しくは円筒状ハウジング２０より小径である。

電動機１０は、永久磁石型ＡＣモータ，誘導モータ，同期モータ，ＤＣモータなどである。電動機１０は、円筒状ハウジング２０とその両端部に勘合された第１サイドハウジング２１および第１中間ハウジング２３とによって囲まれた空間内に一体的に組みつけられている。電動機１０は、バッテリー等の電源からインバータを介して駆動電力が供給されることにより回転駆動される。インバータは、図示しないモータ制御用コンピュータによって駆動電力の周波数や電圧を変更することにより、電動機１０のトルク制御を行う。また、インバータは、電動機１０が強制回転させられることにより発生した電力をバッテリーに充電する。

減速機１２および差動装置１４は、第１中間ハウジング２３と第２サイドハウジング２２と第２中間ハウジング２４で囲まれた空間内に配設されている。減速機１２は、電動機１０の出力軸１１と平行な２本の第１ギアシャフト３１、第２ギアシャフト３２を備えている。電動機１０の中空の出力軸１１にはギアＡ３３が取り付けられており、第１ギアシャフト３１にはギアＢ３４，ギアＣ３５が取り付けられ、また第２ギアシャフト３２にはギアＤ３６，ギアＥ３７が取り付けられている。すなわち、減速機１２は、電動機１０の出力軸１１と平行な第１ギアシャフト３１、第２ギアシャフト３２で構成される平行軸方式である。なお、ギアはシャフトと一体ものであってもよいものである。

差動装置１４は、リングギアＦ３８と、リングギアＦ３８とボルトで結合するデフケース３９と、デフケース３９に差動小歯車軸４０で固定された差動小歯車４１と、差動小歯車４１にかみ合う差動大歯車４２で構成されている。

電動機１０の動力は、ギアＡ３３と外接するギアＢ３４で第１段減速し、ギアＣ３５と外接するギアＤ３６で第２段減速し、さらにギアＥ３７と内接するリングギアＦ３８で第３段減速する。その後、差動装置１４で左右の駆動系に配分される。ここでリングギアＦ３８を内歯とすることで、リングギアＦ３８の外径を大きくせずにギアE３７との組合せで大きな減速比（４〜６程度）が実現できる。

第２ギアシャフト３２の回転は、電動機１０の回転より、減速機１２の減速ギア比分だけ、低回転になっている。電動機１０の最大回転は１万回転を超えるため、第２ギアシャフト３２で第１中間ハウジング２３に配置される減速ギアや第１ギアシャフト３１及び第２ギアシャフト３２及び電動機軸１１を支持する軸受け潤滑用のオイルポンプ５１を駆動する。なお、電動機１０の回転を第１減速した第１ギアシャフト３１でオイルポンプ５１を駆動する構成としてもよいものである。

また、ギアＥ３７およびリングギアＦ３８は、各部ギア・軸受け等の潤滑用に減速機１２内の図示していないオイルを攪拌している。しかし攪拌するオイルが多いと攪拌抵抗が大きくなるため、第１ギアシャフト３１および第２ギアシャフト３２は、オイルの攪拌量と攪拌抵抗のバランスが最適になるよう上下方向に対しある角度をもって配置されている。

以上のように、本実施形態の減速機１２は、電動機１０の軸芯と平行な２本のシャフト３１，３２と、このシャフト３１，３２および差動装置１４に設けられたギア３８で構成されている。さらに、差動装置１４の出力軸１６の軸芯が、電動機１０の出力軸１１の軸芯と同芯としている。このような構成としているため、ギアかみ合いが少なく、軸受け数も少なくできるので、動力伝達効率を向上することができる。伝達効率が良くなるため、エネルギー損失が小さくなり、電動車両の一充電あたりの走行距離が長くなる。また、低コスト化できる。さらに、減速機１２の一部を形成しているハウジング２２，２４は、電動機の一部を形成している円筒状ハウジング２０と同径か、若しくは円筒状ハウジング２０より小径とできるため、小型化することができる。

また、減速機１２の内部に、オイルポンプ５１を設けるとともに、このオイルポンプ５１を電動機１０の出力を減速したギアシャフト３２で駆動することにより、オイルポンプの高速化を防止できる。オイルポンプの高速化が防止できるので、キャビテーションによるオイルポンプ破損を防止できる。

次に、図５を用いて、本実施形態による車両用動力伝達装置のギア配置について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による車両用動力伝達装置のギア配置を示す正面図である。

電動機１０の出力軸１１のギアＡ３３は、減速機１２のギアＢ３４と係合している。ギアＢ３４と同軸のギアＣ３５は、ギアＤ３６と係合している。ギアＤ３６と同軸のギアＥ３７は、差動装置１４のリングギアＦ３８と係合している。リングギアＦ３８によって、デフサイドギア４１が駆動される。なお、各ギア３３，３４，３５，３６，３７，３８，４１の線は、ピッチ円直径を示している。

図５から明らかなように、本実施形態では、電動機１０の外径の内側に、減速機１２と、差動装置１４の各ギア３３，３４，３５，３６，３７，３８，４１が配置される構成となっている。すなわち、電動機１０の軸方向端面と対向する領域（図５の電動機１０の外径で示される領域）に、減速機１２及び差動装置１４が配置される構成としている。また、減速機１２は、遊星機構のように回転軸を有する減速機構ではなく、ハウジングに対して回転可能に固定保持された固定軸であるシャフト３１，３２に取り付けられた複数のギアを有する減速機構である。

かかる特徴により、ギアかみ合いが少なく、軸受け数も少なくできるので、動力伝達効率を向上することができる。また、低コスト化できる。さらに、動力伝達装置を小型化することができる。

図５に示した構成の動力伝達装置では、リングギアＦ３８が内歯車であるため、リングギアＦ３８に噛み合うギアＦ３７は外歯車となる。そして、第２シャフト３２に組み付けられた軸受に対し、ギアＦ３７はオーバーハングする。したがって、本実施形態における構成では、第２シャフト３２に組み付けられ、かつ、ギアＦ３７側の軸受に加わる力が最も大きく、条件が厳しくなる。そこで、この力を小さくするために、本実施形態では、次のような配置としている。ここで、図５に示すように、動力発生装置である電動機１０の出力軸１１の軸芯をOとし、減速機１２の第１シャフト３１の軸芯をWとすると、軸芯Oと軸芯Wを結ぶ線をＯ’−Ｗ’とする。また、動力発生装置である電動機１０の出力軸１１に設けられたギア３３と減速機１２の回転軸３１に設けられたギア３４の噛合い点に発生する車両前進時（ギア３３が矢印Ｒ方向に回転する時）の接線力を、Ｐ１とする。このとき、減速機１２の第２シャフト３２の軸芯を、線Ｏ’−Ｗ’に対して、接線力Ｐ１と同方向に配置したことに特徴がある。かかる配置とすることによって、接線力・分離力・スラスト力による合成力を最小にすることができ、その結果、軸受及び軸受支持部の最適化（小型化）となり、部品配置が容易になり設計自由度が向上する。また、軸受及び軸受支持部の強度確保が容易になことで小型軽量化となり、コスト低減になる。また、車両走行の大部分を占める前進時に合成力を小さくすることができるので、軸受及び軸受支持部への負担を軽減できる。

次に、図６及び図７を用いて、本実施形態による車両用動力伝達装置における接線力・分離力・スラスト力による合成力について、比較例と対比して説明する。
図６は、本発明の一実施形態による車両用動力伝達装置における接線力・分離力・スラスト力による合成力の説明図である。図７は、比較例における接線力・分離力・スラスト力による合成力の説明図である。なお、図６，図７において、図５と同一符号は、同一部分を示している。

図６の各ギア３３，３４，３５，３６，３７，３８は、図５に示したものと同様である。図６は、電動機が正回転時（歯車３３が矢印Ｒ方向に回転している時）、すなわち、車両が前進している時に、ギア３７の側の軸受に加わる力の大きさと方向を示している。電動機からの出力は、ギアＡ３３からギアＢ３４に伝達され、第２シャフト３２を介してギアＣ３５へ伝えられる。ギア３７の側の軸受には、ギアＣ３５から伝達される力と、リングギアＦ３８から受ける反力が加わり、その合成荷重はＦｒＦ２３となる。以下、この合成荷重はＦｒＦ２３について説明する。

最初に、ギア３６，ギア３７の接線力について説明する。ギア(GEAR-D)３６の接線力Ｐ２（図中の（１））を、ギア３６が固定されたシャフト３２の両端を支持する軸受に垂直な力（ラジアル荷重）に変換すると、力ＰＦ２（図中の（１’））となる。この力ＰＦ２を、さらに、ギア３６の歯直角平面の力に変換すると、力ＦＦ２（図中の（１”））となる。また、ギア(GEAR-E)３７の接線力の反力Ｐ３（図中の（２））を、ギア３７が固定されたシャフト３２の両端を支持する軸受に垂直な力（ラジアル荷重）に変換すると、力ＰＦ３（図中の（２’））となる。この力ＰＦ３を、さらに、ギア３７の歯直角平面の力に変換すると、力ＦＦ３（図中の（２”））となる。

次に、ギア３６，ギア３７のスラスト力について説明する。ギア(GEAR-D)３６のスラスト力Ｔ２（図中の（３））を、ギア３６が固定されたシャフト３２の両端を支持する軸受に垂直な力（ラジアル荷重）に変換すると、力ＵＦ２（図中の（３’））となる。また、ギア(GEAR-E)３７のスラスト力の反力Ｔ３（図中の（４））を、ギア３７が固定されたシャフト３２の両端を支持する軸受に垂直な力（ラジアル荷重）に変換すると、力ＵＦ３（図中の（４’））となる。

次に、ギア３６，ギア３７の分離力について説明する。ギア(GEAR-D)３６の分離力の内、ギア３６が固定されたシャフト３２の両端を支持する軸受に垂直な力（ラジアル荷重）は、力ＳＦ２（図中の（５’））となる。また、ギア(GEAR-E)３７の分離力の反力の内、ギア３７が固定されたシャフト３２の両端を支持する軸受に垂直な力（ラジアル荷重）は、力ＳＦ３（図中の（６’））となる。

次に、ギア３６，ギア３７における接線力とスラスト力と分離力の合成力について説明する。ギア３６の合成力ＦｓｕＦ２（図中の（７））は、力ＦＦ２（図中の（１”））と、力ＵＦ２（図中の（３’））と、力ＳＦ２（図中の（５’））とをベクトル足し算したものである。また、ギア３７の合成力ＦｓｕＦ３（図中の（８））は、力ＦＦ３（図中の（２”））と、力ＵＦ３（図中の（４’））と、力ＳＦ３（図中の（６’））とをベクトル足し算したものである。

そして、ギア３６とギア３７の合成力ＦｓｕＦ２３（図中の（９））は、ギア３６の合成力ＦｓｕＦ２（図中の（７））と、ギア３７の合成力ＦｓｕＦ３（図中の（８））とをベクトル足し算したものとなる。ギア３６とギア３７の合成力ＦｓｕＦ２３（図中の（９））を、sinとcosに分解すると、それぞれ、力ＦrＦ２３a（図中の（１０））と、力ＦrＦ２３ｂ（図中の（１１））となる。ここで、力ＦrＦ２３a（図中の（１０））を、ギア３６，３７が固定されたシャフト３２の両端を支持する軸受に垂直な力（ラジアル荷重）に変換すると、力ＰＦＦ２２ａ（図中の（１０’））となる。

したがって、ギア３６とギア３７との合成力ＦｒＦ２３（図中の（１２））は、力ＰＦＦ２２ａ（図中の（１０’））と、力ＦrＦ２３ｂ（図中の（１１））とをベクトル足し算したものとなる。

一方、図７は、ギア３６’及びギア３７’が取り付けられる第２シャフトの軸芯を、線Ｏ’−Ｗ’に対して、接線力Ｐ１に対して逆同方向に配置した場合を示している。このような配置において、図６において説明したのと同様にして、ギア３６’とギア３７’との合成力ＦｒＦ２３’を求めると、この合成力ＦｒＦ２３’は図６で示したギア３６とギア３７との合成力ＦｒＦ２３よりも大きくなる。

以上説明したように、動力発生装置の出力軸の軸芯と減速機第１シャフト軸芯を結ぶ線に対し、車両前進時において動力発生装置の回転方向と同方向に減速機の第２シャフトの軸芯を配置する構成としたことにより、接線力・分離力・スラスト力による合成力を最小にすることができ、その結果、軸受及び軸受支持部の最適化（小型化）となり、部品配置が容易になり設計自由度が向上する。また、軸受及び軸受支持部の強度確保が容易になことで小型軽量化となり、コスト低減になる。また、車両走行の大部分を占める前進時に合成力を小さくすることができるので、軸受及び軸受支持部への負担を軽減できる。

なお、図３に示したように、ギアＥ３７とリングギアＦ３８は外歯歯車と内歯歯車の組合せであるが、かさ歯車とかさ歯車の組合せとしてもよいものである。

次に、図８を用いて、本発明の各実施形態による車両用出力伝達装置を用いた電動車両の一つである電気自動車の電機駆動システムの構成について説明する。
図８は、本発明の各実施形態による車両用出力伝達装置を用いた電動車両の一つである電気自動車の電機駆動システムのを示すブロック図である。

図において、１００は車両用出力伝達装置であり、前述したいずれかの実施例に記載のものであり、前述の電動機１０，減速機１２，６０，差動装置１４，６１から構成される。車両用出力伝達装置１００の差動装置の出力軸の端部には前輪ＷＨ−Ｆの前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２が機械的に接続されている。これにより、車両用出力伝達装置１００の電動機の出力出力は前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２に伝達されて前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２を回転駆動する。そして、前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２の回転駆動によって前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動させ、図示する構成の電気自動車が駆動される。尚、本実施形態では、車両用出力伝達装置１００によって前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２を回転駆動して前輪ＷＨ−Ｆを回転駆動する場合について説明するが、車両用出力伝達装置１００によって後輪車軸４を回転駆動して後輪２を回転駆動するようにしてもよい。車両用出力伝達装置１００の電動機の固定子巻線にはインバータＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。インバータＩＮＶは、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、車両用出力伝達装置１００の電動機の駆動を制御するものである。インバータＩＮＶの直流側にはバッテリＢＡが電気的に接続されている。

電気自動車の力行時（始動時、走行時、加速時など）は、車両用出力伝達装置１００の電動機によって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。このため、インバータＩＮＶにはバッテリＢＡから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータＩＮＶによって三相交流電力に変換される。これによって得られた三相交流電力は車両用出力伝達装置１００の電動機の固定子巻線に供給される。これにより、車両用出力伝達装置１００の電動機は駆動され、回転出力を発生する。この回転出力は車両用出力伝達装置１００の減速機によって減速され、車両用出力伝達装置１００の差動装置に入力される。入力された回転出力は車両用出力伝達装置１００の差動装置によって左右に分配され、前輪ＷＨ−Ｆの一方における前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２と前輪ＷＨ−Ｆの他方における前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２にそれぞれ伝達される。これにより、前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２が回転駆動される。そして、前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２の回転駆動によって前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。

電気自動車の回生時（ブレーキを踏み込み時，アクセルの踏み込みを緩めた時或いはアクセルの踏み込みを止めた時などの減速時）は、前輪ＷＨ−Ｆの回転出力を前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２，車両用出力伝達装置１００の差動装置、車両用出力伝達装置１００の減速機を介して車両用出力伝達装置１００の電動機に伝達し、車両用出力伝達装置１００の電動機を回転駆動する。これにより、車両用出力伝達装置１００の電動機は発電機として動作する。この動作により、車両用出力伝達装置１００の電動機の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡに供給される。これにより、バッテリＢＡは充電される。

本実施形態の電機駆動システムによれば、前述したいずれかの実施形態に記載の車両用出力伝達装置、すなわち減速機のトルクの伝達効率が高い車両用出力伝達装置を備えているので、電気自動車を効率よく駆動させることができ、一充電当りの走行距離を向上させることができる。また、本実施形態の電機駆動システムによれば、コンパクトな車両用出力伝達装置を備えているので、車両への搭載省スペース化を図ることができるので、車両の小型化，軽量化及び低コスト化に寄与することができる。

次に、図９を用いて、本発明の各実施形態による車両用出力伝達装置を用いた電動車両の一つであるハイブリッド電気自動車の電機駆動システムの構成について説明する。
図９は、本発明の各実施形態による車両用出力伝達装置を用いた電動車両の一つであるハイブリッド電気自動車の電機駆動システムのを示すブロック図である。

本実施形態のハイブリッド電気自動車は、内燃機関であるエンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを、車両用出力伝達装置１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒをそれぞれ駆動するように構成された四輪駆動式のものである。尚、本実施形態では、エンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを、車両用出力伝達装置１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒをそれぞれ駆動する場合について説明するが、エンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒを、車両用出力伝達装置１００の電動機によって前輪ＷＨ−Ｆをそれぞれ駆動するようにしてもよい。

前輪ＷＨ−Ｆの前輪車軸ＤＳ−Ｆには差動装置（図示省略）を介して変速機ＴＭが機械的に接続されている。変速機ＴＭには出力制御機構（図示省略）を介してエンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧが機械的に接続されている。出力制御機構（図示省略）は、回転出力の合成や分配を司る機構である。モータ・ジェネレータＭＧの固定子巻線にはインバータＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。インバータＩＮＶは、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、モータ・ジェネレータＭＧの駆動を制御するものである。インバータＩＮＶの直流側にはバッテリＢＡが電気的に接続されている。

後輪ＷＨ−Ｒの後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２には車両用出力伝達装置１００の差動装置の出力軸の端部が機械的に接続されている。車両用出力伝達装置１００の電動機の固定子巻線にはインバータＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。ここで、インバータＩＮＶはモータ・ジェネレータＭＧと車両用出力伝達装置１００の電動機に対して共用のものであり、モータ・ジェネレータＭＧ用の変換回路部と、車両用出力伝達装置１００の電動機の変換回路部と、それらを駆動するための駆動制御部とを有する。

ハイブリッド電気自動車の始動時及び低速走行時（エンジンＥＮの運転効率（燃費）が低下する走行領域）は、モータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。尚、本実施形態では、ハイブリッド電気自動車５の始動時及び低速走行時、モータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する場合について説明するが、モータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動し、車両用出力伝達装置１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもよい）。インバータＩＮＶにはバッテリＢＡから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータＩＮＶによって三相交流電力に変換される。これによって得られた三相交流電力はモータ・ジェネレータＭＧの固定子巻線に供給される。これにより、モータ・ジェネレータＭＧは駆動され、回転出力を発生する。この回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機ＴＭに入力される。入力された回転出力は変速機ＴＭによって変速され、差動装置（図示省略）に入力される。入力された回転出力は差動装置（図示省略）によって左右に分配され、前輪ＷＨ−Ｆの一方における前輪車軸ＤＳ−Ｆと前輪ＷＨ−Ｆの他方における前輪車軸ＤＳ−Ｆにそれぞれ伝達される。これにより、前輪車軸ＤＳ−Ｆが回転駆動される。そして、前輪車軸ＤＳ−Ｆの回転駆動によって前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。

ハイブリッド電気自動車の通常走行時（乾いた路面を走行する場合であって、エンジンＥＮの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、エンジンＥＮによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。このため、エンジンＥＮの回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機ＴＭに入力される。入力された回転出力は変速機ＴＭによって変速される。変速された回転出力は差動装置（図示省略）を介して前輪車軸ＤＳ−Ｆに伝達される。これにより、前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。また、バッテリＢＡの充電状態を検出し、バッテリＢＡを充電する必要がある場合は、エンジンＥＮの回転出力を、出力制御機構（図示省略）を介してモータ・ジェネレータＭＧに分配し、モータ・ジェネレータＭＧを回転駆動する。これにより、モータ・ジェネレータＭＧは発電機として動作する。この動作により、モータ・ジェネレータＭＧの固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡに供給される。これにより、バッテリＢＡは充電される。

ハイブリッド電気自動車の四輪駆動走行時（雪道などの低μ路を走行する場合であって、エンジンＥＮの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、車両用出力伝達装置１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒを駆動する。また、上記通常走行と同様に、エンジン１によって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。さらに、車両用出力伝達装置１００の電動機の駆動によってバッテリＢＡの蓄電量が減少するので、上記通常走行と同様に、エンジンＥＮの回転出力によってモータ・ジェネレータＭＧを回転駆動してバッテリＢＡを充電する。車両用出力伝達装置１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒを駆動するめに、インバータＩＮＶにはバッテリＢＡから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータＩＮＶによって三相交流電力に変換され、この変換によって得られた交流電力が車両用出力伝達装置１００の固定子巻線に供給される。これにより、車両用出力伝達装置１００の電動機は駆動され、回転出力を発生する。発生した回転出力は、車両用出力伝達装置１００の減速機によって減速され、車両用出力伝達装置１００の差動装置の入力される。入力された回転出力は車両用出力伝達装置１００の差動装置によって左右に分配され、後輪ＷＨ−Ｒの一方における後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２と後輪ＷＨ−Ｒの他方における後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２にそれぞれ伝達される。これにより、後輪車軸ＤＳ−Ｆ４回転駆動される。そして、後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２の回転駆動によって後輪ＷＨ−Ｒが回転駆動される。

ハイブリッド電気自動車の加速時は、エンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。尚、本実施形態では、ハイブリッド電気自動車の加速時、エンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する場合について説明するが、エンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動し、車両用出力伝達装置１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもよい）。エンジンＥＮとモータ・ジェネレータの回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機ＴＭに入力される。入力された回転出力は変速機ＴＭによって変速される。変速された回転出力は差動装置（図示省略）を介して前輪車軸ＤＳ−Ｆに伝達される。これにより、前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。

ハイブリッド電気自動車の回生時（ブレーキを踏み込み時，アクセルの踏み込みを緩めた時或いはアクセルの踏み込みを止めた時などの減速時）は、前輪ＷＨ−Ｆの回転出力を前輪車軸ＤＳ−Ｆ，差動装置（図示省略）、変速機ＴＭ、出力制御機構（図示省略）を介してモータ・ジェネレータＭＧに伝達し、モータジェネレータＭＧを回転駆動する。これにより、モータ・ジェネレータＭＧは発電機として動作する。この動作により、モータ・ジェネレータＭＧの固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡに供給される。これにより、バッテリＢＡは充電される。一方、後輪ＷＨ−Ｒの回転出力を後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２，車両用出力伝達装置１００の差動装置、車両用出力伝達装置１００の減速機を介して車両用出力伝達装置１００の電動機に伝達し、車両用出力伝達装置１００の電動機を回転駆動する。これにより、車両用出力伝達装置１００の電動機は発電機として動作する。この動作により、車両用出力伝達装置１００の電動機の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡに供給される。これにより、バッテリＢＡは充電される。

本実施形態の電機駆動システムによれば、前述したいずれかの実施形態に記載の車両用出力伝達装置、すなわち減速機のトルクの伝達効率が高い車両用出力伝達装置を備えているので、機械式の四輪駆動方式の自動車に対して遜色のないトルクアシストを行うことができる。また、本実施形態の電機駆動システムによれば、コンパクトな車両用出力伝達装置を備えているので、車両への搭載省スペース化を図ることができるので、車両の小型化，軽量化及び低コスト化に寄与することができる。

本発明の一実施形態による車両用動力伝達装置の構成を示す正面図である。 図１のＶ−Ｏ−Ｗ−Ｘ−Ｙ断面の側面図である。 図１のＶ−Ｏ−Ｗ−Ｘ−Ｙ断面の骨子図である。 本発明の一実施形態による車両用動力伝達装置を用いた車両の駆動装置を示す正面図である。 本発明の一実施形態による車両用動力伝達装置のギア配置を示す正面図である。 本発明の一実施形態による車両用動力伝達装置における接線力・分離力・スラスト力による合成力の説明図である。 比較例における接線力・分離力・スラスト力による合成力の説明図である。 本発明の各実施形態による車両用出力伝達装置を用いた電動車両の一つである電気自動車の電機駆動システムのを示すブロック図である。 本発明の各実施形態による車両用出力伝達装置を用いた電動車両の一つであるハイブリッド電気自動車の電機駆動システムのを示すブロック図である。

符号の説明

１０…電動機
１２，６０…減速機
１４，６１…差動装置
３１，３２…ギアシャフト
３３，３４，３５，３６，３７…ギア
３８…リングギア

Claims (6)

1. 電動機と、この電動機の出力を減速するとともに、電動機の軸心と平行な少なくとも２つのシャフトから構成される減速機と、この減速機で減速された動力を左右輪に配分する差動装置とを有する車両用動力伝達装置であって、
   前記電動機の出力軸の軸芯と前記減速機の第１シャフトの軸芯を結ぶ線をＯ’−Ｗ’とし、
   前記電動機の出力軸に設けられたギアと前記減速機の回転軸に設けられたギアの噛合い点に発生する車両前進時の被動側のギアの接線力の方向をＰ１としたとき、
   前記減速機の第２シャフトの軸芯(X)が、線Ｏ’−Ｗ’に対して、接線力Ｐ１のベクトルが向く方向の側に配置されたことを特徴とする車両の動力伝達装置。
2. 車輪の車軸に回転出力を伝達し車両を駆動させる車両駆動用電機システムにおいて、
   車載用電力供給源を駆動源とし、前記回転出力を発生する電動機と、
   該電動機の出力を前記車軸に伝達する出力伝達装置と
   を有し、
   前記出力伝達装置は、
   電動機と、
   この電動機の出力を減速するとともに、電動機の軸心と平行な少なくとも２つのシャフトから構成される減速機と、
   この減速機で減速された動力を左右輪に配分する差動装置とを
   を備えたものであって、
   前記電動機の出力軸の軸芯と前記減速機の第１シャフトの軸芯を結ぶ線をＯ’−Ｗ’とし、
   前記電動機の出力軸に設けられたギアと前記減速機の回転軸に設けられたギアの噛合い点に発生する車両前進時の被動側のギアの接線力の方向をＰ１としたとき、
   前記減速機の第２シャフトの軸芯(X)が、線Ｏ’−Ｗ’に対して、接線力Ｐ１のベクトルが向く方向の側に配置された
   ことを特徴とする車両駆動用電機システム。
3. 請求項２記載の車両駆動用電機システムにおいて、
   前記車載用電力供給源はバッテリであり、
   前記電動機は、
   交流式のものであって、
   前記バッテリから直流電力の供給を受けてこれを交流電力に変換する電力変換装置の動作によって前記回転出力が制御されるものである
   ことを特徴とする車両駆動用電機システム。
4. 請求項３記載の車両駆動用電機システムにおいて、
   前記電力変換装置は前記ハウジングに取り付けられており、
   前記電動機を冷却する媒体によって冷却される
   ことを特徴とする車両駆動用電機システム。
5. 請求項３記載の車両駆動用電機システムにおいて、
   前記電動機は、前記車両に搭載された内燃機関と共に前記車両の駆動源を構成する
   ことを特徴とする車両用駆動用電機システム。
6. 請求項５記載の車両駆動用電機システムにおいて、
   前記電動機は、前記車輪のうち、前記内燃機関によって回転駆動される車輪とは異なる車輪を駆動する
   ことを特徴とする車両用駆動用電機システム。

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