JP2005153547A

JP2005153547A - 自動車のモータ駆動システム

Info

Publication number: JP2005153547A
Application number: JP2003390737A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Yamazaki; 達也山崎; Yuichi Ito; 雄一伊藤; Tomoo Kiuchi; 智夫木内
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】モータ駆動のメリットであるモータ設置位置の幅広い自由度を損なわずに、乗り心地や走行性能を確保することである。
【解決手段】モータ４を車体１に取り付け、モータ４の出力軸４ａと各車輪２のハブシャフト３とを、ショックアブソーブ機構を形成するトリポート型等速自在継手５を介在させた駆動力伝達装置で連結し、このショックアブソーブ機構に負荷される軸方向荷重を受ける支持機構を、駆動力伝達側のモータ４と、駆動力被伝達側に連結した等速自在継手６に設けることにより、モータ駆動のメリットであるモータ設置位置の幅広い自由度を損なわずに、乗り心地や走行性能を確保できるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、車輪の車軸を駆動するモータを備えた自動車のモータ駆動システムに関する。

車輪の車軸を駆動するモータを備えた自動車には、モータのみで駆動する電気自動車と、エンジンとモータとを使い分けるいわゆるハイブリッド車とがある。また、道路を走行する一般の自動車には、乗り心地をよくするために、車軸を車体に懸架するサスペンションが設けられている。サスペンションには、自在継手に連結した各車輪の車軸を独立に懸架する独立懸架方式と、デファレンシャル装置を含む左右の車輪の車軸を一体に懸架する車軸懸架方式とがあり、通常、オイルダンパ等を用いたショックアブソーブ機構が組み込まれている。

このようなサスペンションと駆動用モータを備えた自動車のモータ駆動システムには、車軸にモータと歯車減速機構を直結し、これらのモータと歯車減速機構を車軸と一緒にサスペンションで懸架した、いわゆるインホイールタイプのものや（例えば、特許文献１参照。）、デファレンシャル装置にモータと変速機を連結して、従来のエンジン駆動のものと同様に、デファレンシャル装置側のドライブシャフトと車輪側のドライブシャフト（車軸）を自在継手で連結したものがある（例えば、特許文献２参照。）。

また、サスペンションのないフォークリフト等の特殊な自動車を対象として、モータを車輪のタイヤの上面よりも上方で車体に下向きに取り付け、歯車減速装置や傘歯車装置を有する駆動力伝達装置で、縦軸心の回りに回動自在な車輪の車軸を駆動するようにしたものもある（例えば、特許文献３参照。）。

特開２００２−２４７７１３号公報（第４−７頁、第１−２図）特開２００３−７２３９２号公報（第２−４頁、第２−３図）特開２００２−３７５９５号公報（第２−５頁、第１−７図）

特許文献１に記載されたインホイールタイプのモータ駆動システムは、デファレンシャル装置や自在継手が不要となり、駆動力伝達機構をスリム化できる利点を有するが、モータと歯車減速機構が車軸と一緒にサスペンションで懸架されるので、ばね下重量が大きくなって、乗り心地や走行性能が低下する問題がある。また、モータが路面の凹凸等によるショックを直接受け、かつ、低い位置で水をかぶりやすい等の取り付け環境が悪い問題もある。

一方、特許文献２に記載されたデファレンシャル装置にモータと変速機を連結するタイプのモータ駆動システムは、独立懸架方式のサスペンションを採用することにより、ばね下重量が大きくなることはないが、モータ駆動のメリットである駆動源（モータ）の設置位置の幅広い自由度が損なわれている。このため、駆動力伝達装置のコンパクト化や居室・荷室空間の拡大も期待できない。

また、特許文献３に記載された特殊自動車用のモータ駆動システムは、サスペンションもショックアブソーブ機構も備えていないので乗り心地が悪く、乗用車等の一般の自動車には不向きである。

そこで、この発明の課題は、モータ駆動のメリットであるモータ設置位置の幅広い自由度を損なわずに、乗り心地や走行性能を確保することである。

上記の課題を解決するために、この発明は、車輪の車軸を駆動するモータを備えた自動車のモータ駆動システムにおいて、前記モータを車体に取り付け、このモータの出力軸と前記車軸とをショックアブソーブ機構を有する駆動力伝達装置で連結し、このショックアブソーブ機構に負荷される軸方向荷重を受ける支持機構を、前記モータ側の駆動力伝達側と、その反対側の駆動力被伝達側とに設けた構成を採用した。

すなわち、モータを車体に取り付け、モータの出力軸と車軸とをショックアブソーブ機構を有する駆動力伝達装置で連結し、このショックアブソーブ機構に負荷される軸方向荷重を受ける支持機構を、モータ側の駆動力伝達側と、その反対側の駆動力被伝達側とに設けることにより、モータ駆動のメリットであるモータ設置位置の幅広い自由度を損なわずに、乗り心地や走行性能を確保できるようにした。

前記モータをその出力軸の向きが柔軟に変化できるように車体に取り付け、前記ショックアブソーブ機構の駆動力被伝達側の支持機構に等速自在継手を用いることにより、転舵される車輪も駆動することができる。

前記車輪の車軸をサスペンションで車体に懸架し、前記モータを前記車輪のタイヤの上面よりも上方で車体に取り付けることにより、モータが路面の凹凸等によるショックを直接受けず、かつ、低い位置で水をかぶらないようにし、その取り付け環境を良くすることができる。

前記駆動力伝達装置のショックアブソーブ機構を、その駆動力伝達部へ一体に組み込むことにより、駆動力伝達機構をよりコンパクト化することができる。

前記ショックアブソーブ機構を一体に組み込んだ駆動力伝達部には、摺動式等速自在継手を用いることができる。摺動式等速自在継手としては、トリポート型等速自在継手、ダブルオフセット型等速自在継手等がある。

前記ショックアブソーブ機構を一体に組み込んだ駆動力伝達部には、ボールスプラインを用いることもできる。

前記駆動力伝達装置に歯車減速機構を設けることにより、モータを小型化することができる。

前記モータを全ての車輪に個別に設けることにより、高度な４輪駆動システムの実現が期待される。

この発明の自動車のモータ駆動システムは、モータを車体に取り付け、モータの出力軸と車軸とをショックアブソーブ機構を有する駆動力伝達装置で連結し、このショックアブソーブ機構に負荷される軸方向荷重を受ける支持機構を、モータ側の駆動力伝達側と、その反対側の駆動力被伝達側とに設けるようにしたので、モータ駆動のメリットであるモータ設置位置の幅広い自由度を損なわずに、乗り心地や走行性能を確保することができ、駆動力伝達装置のコンパクト化や居室・荷室空間の拡大も期待できる。

前記車輪の車軸をサスペンションで車体に懸架し、モータを車輪のタイヤの上面よりも上方で車体に取り付けることにより、モータが路面の凹凸等によるショックを直接受けず、かつ、低い位置で水をかぶらないようにし、その取り付け環境を良くすることができる。

以下、図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。この自動車のモータ駆動システムは、図１に示すように、車体１にサスペンションで懸架された車輪２の車軸であるハブシャフト３を、車体１に取り付けたモータ４で駆動するものであり、モータ４の出力軸４ａの回転は、順に摺動式等速自在継手であるトリポート型等速自在継手５、等速自在継手６、軸継手７を介して傘歯車８ａに伝達され、さらに、傘歯車８ａと噛み合う傘歯車８ｂ、軸継手９を介してハブシャフト３に伝達される。モータ４は車輪２のタイヤ２ａの上面よりも上方で車体１に取り付けられており、図示は省略するが、モータ４は全ての車輪２に個別に設けられ、４輪駆動されるようになっている。

図２に示すように、前記モータ４のハウジング１０は、弾性部材１１を介して車体１のフレーム１ａにボルト１２で取り付けられ、その出力軸４ａの向きが柔軟に変化できるようになっている。また、出力軸４ａはアンギュラ玉軸受１３でハウジング１０に回転自在に支持されるとともに、後述するショックアブソーブ機構を形成するトリポート型等速自在継手５からの軸方向荷重がスラストころ軸受１４で受けられるようになっている。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、前記モータ４の出力軸４ａの先端部は、トリポート型等速自在継手５のシリンダ状の外輪５ａに挿入されて、そのトラニオン５ｂにスプライン結合で連結されている。出力軸４ａの回転は、トラニオン５ｂ、ニードル５ｃ、ローラ５ｄを介して外輪５ａに伝達されるとともに、ローラ５ｄが外輪５ａの軸方向に摺動して、出力軸４ａと外輪５ａとが伸縮する。

前記トリポート型等速自在継手５の外輪５ａは内部にオイルが充填されて、出力軸４ａが挿入された一端が蓋１５で閉塞されている。出力軸４ａと蓋１５との間には、外輪５ａとの摺動に伴う出力軸４ａの軸方向移動を案内するすべり軸受１６が設けられるとともに、オイル漏れを防止するシール１７が取り付けられている。また、図示は省略するが、外輪５ａと蓋１５の間にもオイル漏れを防止するガスケット等が取り付けられる。

前記外輪５ａに挿入された出力軸４ａの先端部には鍔が設けられ、この鍔とトラニオン５ｂとの間に、オリフィス１８を形成するオリフィスユニット１８ａ、１８ｂ、１８ｃが取り付けられている。したがって、出力軸４ａと外輪５ａとの伸縮に伴う外輪５ａ内のオイルの移動が絞られ、この伸縮部でショックアブソーブ機構が形成されている。なお、出力軸４ａにスプライン結合されたオリフィスユニット１８ａと、外輪５ａの内径面および出力軸４ａの鍔との間には、それぞれオイル移動の短絡を防止するための、弾性部材で形成されたシール１９ａ、１９ｂが取り付けられている。

前記トリポート型等速自在継手５の外輪５ａの先細の先端部は、図１に示すように、等速自在継手６の内輪６ｂにスプライン結合で連結され、その外輪６ａがスプライン結合による軸継手７を介して、傘歯車８ａに連結されている。また、等速自在継手６の内輪６ｂと軸継手７の端面は球面接触しており、この球面接触でトリポート型等速自在継手５からの軸方向荷重が受けられるとともに、トリポート型等速自在継手５の回転が自在な交叉角で軸継手７に伝達される。なお、等速自在継手６の外輪６ａは、軸受ケース２０にアンギュラ玉軸受２１により回転自在に支持され、アンギュラ玉軸受２１はナット２２の締め付けで予圧されている。軸受ケース２０は、後述するナックルケース２４にボルト締めで固定されている。

前記傘歯車８ａと噛み合わされた傘歯車８ｂは、軸継手９のフランジにボルト締めで固定されている。各傘歯車８ａ、８ｂの背面側にはそれぞれシム２３ａ、２３ｂが噛まされて、これらの厚みを変えることにより、傘歯車８ａ、８ｂ同士の歯の当たり具合が調節される。また、傘歯車８ａ、８ｂ間には減速比が設定され、モータ４の駆動力が増力されるようになっている。傘歯車８ａ、８ｂ間に減速比を設定する替りに、モータ４側に遊星歯車等を用いた減速機構を設けてもよい。

前記軸継手９はスプライン結合でハブシャフト３に連結され、ハブシャフト３はナックルケース２４にアンギュラ玉軸受２５で回転自在に支持されている。アンギュラ玉軸受２５は、軸継手９を締め付けるナット２６で予圧されている。また、ハブシャフト３には、車輪２とブレーキロータ２７がボルト２８で固定されている。

前記サスペンションは、独立懸架方式のダブルウィッシュボーンタイプを採用しており、ナックルケース２４に設けた上下の各アーム部２４ａ、２４ｂにピロボール２９が固定され、それぞれ基端部を車体１に連結されたアッパーアーム３０とロワーアーム３１が、その先端部に設けられた凹球面部で各ピロボール２９と回動自在に連結されている。各ピロボール２９の球面中心を結ぶ軸線はキングピン角を決定する。また、サスペンションを構成するコイルばね３２は、車体１の下向きの面とロワーアーム３１の上面の間に、それぞれ受け皿３３を介して介装されている。

図４（ａ）、（ｂ）は、前記ショックアブソーブ機構を形成する伸縮部の第１の変形例を示す。この変形例は、トリポート型等速自在継手５の替りに、同じく摺動式等速自在継手であるダブルオフセット型等速自在継手３４を採用し、その外輪３４ａと出力軸４ａとを伸縮可能としたものである。出力軸４ａの先端部はその内輪３４ｂにスプライン結合で連結され、出力軸４ａの回転が、内外径球面の各中心がオフセットされたケージ３４ｃに保持されたボール３４ｄを介して外輪３４ａに伝達されるとともに、ボール３４ｄが外輪３４ａの軸方向に摺動する。なお、オリフィスユニット１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、実施形態のものと同じである。

図５（ａ）、（ｂ）は、前記ショックアブソーブ機構を形成する伸縮部の第２の変形例を示す。この変形例は、摺動式等速自在継手の替りにボールスプライン３５を採用したものであり、出力軸４ａの先端部はその内輪３５ｂにスプライン結合で連結され、出力軸４ａの回転が、外輪３５ａと内輪３５ｂのスプライン溝間に配列されたボール３５ｃを介して外輪３５ａに伝達されるとともに、ボール３５ｃが外輪３５ａの軸方向に摺動する。この変形例も、オリフィスユニット１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、実施形態のものと同じである。

図６（ａ）、（ｂ）は、前記モータ４の車体１への取り付け部の変形例を示す。この変形例では、車体１に一対の対向する下向きのブラケット部１ｂが設けられるとともに、モータ４のハウジング１０に、車体１のブラケット部１ｂと直角方向で対向する一対の上向きブラケット部１０ａが設けられ、これらのブラケット部１ｂ、１０ａが、円形断面の十字アームを有する十字継手３６で連結されている。したがって、モータ４のハウジング１０は直交する２方向に回動自在とされ、モータ４の出力軸４ａの向きが柔軟に変化できるようになっている。

上述した実施形態およびその変形例では、ショックアブソーブ機構を形成する伸縮部の摺動式等速自在継手として、トリポート型等速自在継手とダブルオフセット型等速自在継手を採用したが、他の型式の摺動式等速自在継手を採用することもできる。

また、上述した実施形態では、サスペンション機構にダブルウィッシュボーンタイプのものを採用したが、サスペンション機構は任意のタイプのものを採用することができる。ブレーキ機構も実施形態のブレーキロータを用いるディスクブレーキに限定されることはなく、ドラムブレーキを採用することもできる。

自動車のモータ駆動システムの実施形態を示す縦断面図図１のモータ取り付け部を拡大して示す縦断面図ａは図１の伸縮部を拡大して示す縦断面図、ｂはａのIII−III線に沿った断面図ａは図３の第１の変形例を示す縦断面図、ｂはａのIV−IV線に沿った断面図ａは図３の第２の変形例を示す縦断面図、ｂはａのＶ−Ｖ線に沿った断面図ａは図２の変形例を示す縦断面図、ｂはａのVI−VI線に沿った断面図

符号の説明

１車体
１ａフレーム
１ｂブラケット部
２車輪
２ａタイヤ
３ハブシャフト
４モータ
４ａ出力軸
５トリポート型等速自在継手
５ａ外輪
５ｂトラニオン
５ｃニードル
５ｄローラ
６等速自在継手
６ａ外輪
６ｂ内輪
７軸継手
８ａ、８ｂ傘歯車
９軸継手
１０ハウジング
１０ａブラケット部
１１弾性部材
１２ボルト
１３アンギュラ玉軸受
１４スラストころ軸受
１５蓋
１６すべり軸受
１７シール
１８オリフィス
１８ａ、１８ｂ、１８ｃオリフィスユニット
１９ａ、１９ｂシール
２０軸受ケース
２１アンギュラ玉軸受
２２ナット
２３ａ、２３ｂシム
２４ナックルケース
２４ａ、２４ｂアーム部
２５アンギュラ玉軸受
２６ナット
２７ブレーキロータ
２８ボルト
２９ピロボール
３０アッパーアーム
３１ロワーアーム
３２コイルばね
３３受け皿
３４ダブルオフセット型等速自在継手
３４ａ外輪
３４ｂ内輪
３４ｃケージ
３４ｄボール
３５ボールスプライン
３５ａ外輪
３５ｂ内輪
３５ｃボール
３６十字継手

Claims

車輪の車軸を駆動するモータを備えた自動車のモータ駆動システムにおいて、前記モータを車体に取り付け、このモータの出力軸と前記車軸とをショックアブソーブ機構を有する駆動力伝達装置で連結し、このショックアブソーブ機構に負荷される軸方向荷重を受ける支持機構を、前記モータ側の駆動力伝達側と、その反対側の駆動力被伝達側とに設けたことを特徴とする自動車のモータ駆動システム。
前記モータをその出力軸の向きが柔軟に変化できるように車体に取り付け、前記ショックアブソーブ機構の駆動力被伝達側の支持機構に等速自在継手を用いた請求項１に記載の自動車のモータ駆動システム。
前記車輪の車軸をサスペンションで車体に懸架し、前記モータを前記車輪のタイヤの上面よりも上方で車体に取り付けた請求項１または２に記載の自動車のモータ駆動システム。
前記駆動力伝達装置のショックアブソーブ機構を、その駆動力伝達部へ一体に組み込んだ請求項１乃至３のいずれかに記載の自動車のモータ駆動システム。
前記ショックアブソーブ機構を一体に組み込んだ駆動力伝達部に、摺動式等速自在継手を用いた請求項４に記載の自動車のモータ駆動システム。
前記ショックアブソーブ機構を一体に組み込んだ駆動力伝達部に、ボールスプラインを用いた請求項４に記載の自動車のモータ駆動システム。
前記駆動力伝達装置に歯車減速機構を設けた請求項１乃至６のいずれかに記載の自動車のモータ駆動システム。
前記モータを全ての車輪に個別に設けた請求項１乃至７のいずれかに記載の自動車のモータ駆動システム。