JP2008032044A - 駆動装置および電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシング内のオイルがかき回されることによる攪拌抵抗の増大を抑制しながら搭載性を向上させた駆動装置および該駆動装置を備えた電動車両を提供する。
【解決手段】駆動装置は、モータジェネレータ１００と、モータジェネレータ１００を収納し、内部にオイルが貯留されたケーシングと、モータジェネレータ１００による動力が入力される回転シャフト１１０と、回転シャフト１１０の動力が伝達される減速ギヤ３１０と、減速ギヤ３１０の動力が伝達される減速ギヤ３２０と、減速ギヤ３２０の動力が伝達されるディファレンシャルギヤ４００とを備える。そして、減速ギヤ３１０とディファレンシャルギヤ４００とが同軸上に配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、駆動装置および電動車両に関し、特に、オイルが貯留されたケーシング内に動力源を有する駆動装置および該駆動装置を備えた電動車両に関する。

複数の回転軸を含む動力伝達装置が従来から知られている。
たとえば、特開２００２−１５４３４３号公報（特許文献１）においては、電気モータと一体に回転する出力軸と、出力軸と平行な中間軸と、出力軸と平行で車両の後輪と一体に回転する駆動軸とを備えた車両の動力伝達装置が開示されている。

特許文献１と同様に、３本の軸を含む車両の動力伝達装置が、特開２００２−２００９２８号公報（特許文献２）および特開２００３−７２４０２号公報（特許文献３）に記載されている。

また、特開２００３−１４０５７号公報（特許文献４）においては、入力軸と出力軸との間に２つの減速歯車群が設けられた多段減速機が開示されている。
特開２００２−１５４３４３号公報 特開２００２−２００９２８号公報 特開２００３−７２４０２号公報 特開２００３−１４０５７号公報

動力源を有する駆動装置の搭載性を向上させるために、動力源の小型化が要求される場合がある。動力源を小型化すると、その出力は低下する傾向にある。したがって、動力源からの動力を伝達する動力伝達機構において高減速比を実現したいという要請がある。

動力伝達機構における減速比は、各減速ギヤ対における減速比の積で決定される。したがって、動力伝達機構において高減速比（たとえば１４以上程度）を実現したい場合、各減速ギヤ対における減速比を大きくすることが求められる。

しかしながら、減速ギヤ対における歯数が大きい側の歯数を増大させると、ギヤ噛み合いの１次周波数が増大し、ＮＶ（Ｎｏｉｓｅ／Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）性能が低下する。また、歯数が小さい側の歯数を減少させると、所要のギヤ噛み合い率を確保できない、または、強度の低下が生じることが懸念される。

したがって、動力伝達機構において高減速比を実現するために、軸の数を（たとえば３本から４本に）増やす必要が生じる場合がある。しかしながら、動力伝達機構の軸の数を増やすことで、駆動装置が大型化し、搭載性の向上が阻害されることが懸念される。

特許文献１〜３においては３本の軸を含む動力伝達機構が開示されているのに対し、特許文献４においては、４本の軸を含む動力伝達機構が開示されている。さらに、特許文献４に記載の動力伝達機構では、入力軸と出力軸とが同軸上に配置されている。このようにすることで、装置が大型化することを抑制しながら高減速比を実現することができる。

しかしながら、特許文献４に記載されたように、入力軸と出力軸とを同軸上に配置した場合、入力軸の配置の自由度が低下する。ケーシング内にオイルが貯留された駆動装置においては、入力軸がオイルに浸されることで、入力軸の回転時にオイルがかき回されることによる攪拌抵抗が増大して動作効率が低下する傾向にある。上記のように、入力軸の配置の自由度が低下することで、入力軸がオイルに浸されやすくなる。この結果、軸の回転時にオイルがかき回されることによる攪拌抵抗が増大する。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ケーシング内のオイルがかき回されることによる攪拌抵抗の増大を抑制しながら搭載性を向上させた駆動装置および該駆動装置を備えた電動車両を提供することにある。

本発明に係る駆動装置は、内部にオイルが貯留されたケーシングと、ケーシング内に設けられた動力源と、動力源による動力が入力される第１のギヤ部材と、第１のギヤ部材の動力が伝達される第２のギヤ部材と、第２のギヤ部材の動力が伝達される第３のギヤ部材と、第３のギヤ部材の動力が伝達される第４のギヤ部材とを備え、第２のギヤ部材と前記第４のギヤ部材とが同軸上に配置される。

上記構成によれば、第２のギヤ部材と第４のギヤ部材とを同軸上に配置することで、動力伝達機構に４本の軸を含む駆動装置の大型化を抑制して搭載性を向上させることができる。この際、第１のギヤ部材の配置の自由度は確保されるので、駆動装置の動作時にケーシング内のオイルに第１のギヤ部材が浸されて、ケーシング内のオイルがかき回されることにより攪拌抵抗が増大することが抑制される。このように、上記構成によれば、オイルがかき回されることによる攪拌抵抗の増大を抑制しながら搭載性を向上させた駆動装置が提供される。

上記駆動装置において、好ましくは、第１から第４のギヤ部材の回転時に第２から第４のギヤ部材のうち少なくとも１つのギヤ部材によりケーシング内のオイルが掻き上げられる。そして、駆動装置は、掻き上げられたオイルを受け入れて貯留するオイル貯留部をさらに備える。

これにより、駆動装置の動作時にケーシング内のオイルの液面を低下させることができるので、上記の攪拌抵抗をさらに低減することができる。

上記駆動装置において、１つの例として、動力源はロータを有する回転電機である。ここで、ロータは、第１のギヤ部材に固設される。本発明に係る電動車両は、このような駆動装置を備える。

上記電動車両は、好ましくは、フロアパネルをさらに備える。１つの例として、駆動装置は、フロアパネルの下部に設置される。

フロアパネルの下部に位置するスペースは大きくなく、フロアパネルの下部に設けられる駆動装置は、より小型化されたものであることが好ましい。上述した駆動装置によれば、このような要請を満たしながら、オイルがかき回されることによる攪拌抵抗の増大を抑制することもできる。

なお、本願明細書において「電動車両」とは、ハイブリッド車両、電気自動車、および燃料電池車をいずれも含む。

本発明によれば、ケーシング内のオイルがかき回されることによる攪拌抵抗の増大を抑制しながら駆動装置の搭載性を向上させることができる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係る駆動装置の構成を概略的に示した図である。図１に示される例では、駆動装置１は、ハイブリッド車両に搭載される駆動ユニットであり、モータジェネレータ１００と、ハウジング２００と、減速機構３００と、ディファレンシャルギヤ４００とドライブシャフト受け部５００とを含んで構成される。

モータジェネレータ１００は、電動機または発電機としての機能を有する「回転電機」であり、軸受１２０を介してハウジング２００に回転可能に取付けられた回転シャフト１１０と、回転シャフト１１０に取付けられたロータ１３０と、ステータ１４０とを有する。

ロータ１３０は、ロータコアと、ロータコアに埋設された永久磁石とを有する。ロータコアは、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。永久磁石は、たとえば、ロータコアの外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。

ステータ１４０は、リング状のステータコア１４１と、ステータコア１４１に巻回されるコイル１４２と、コイル１４２に接続されるバスバー１４３とを有する。バスバー１４３は、ハウジング２００に設けられた端子台２１０を介して給電ケーブル７００と接続される。これにより、バッテリ６００とコイル１４２とが電気的に接続される。

ステータコア１４１は、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。ステータコア１４１の内周面上には複数のティース部（図示せず）および該ティ
ース部間に形成される凹部としてのスロット部（図示せず）が形成されている。スロット部は、ステータコア１４１の内周側に開口するように設けられる。

３つの巻線相であるＵ相、Ｖ相およびＷ相を含むコイル１４２は、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。コイル１４２のＵ相、Ｖ相およびＷ相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。バスバー１４３は、それぞれコイル１４２のＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応するＵ相、Ｖ相およびＷ相を含む。

給電ケーブル７００は、Ｕ相ケーブルと、Ｖ相ケーブルと、Ｗ相ケーブルとからなる三相ケーブルである。バスバー１４３のＵ相、Ｖ相およびＷ相がそれぞれ給電ケーブル７００におけるＵ相ケーブル、Ｖ相ケーブルおよびＷ相ケーブルに接続される。

モータジェネレータ１００から出力された動力は、減速機構３００からディファレンシャルギヤ４００を介してドライブシャフト受け部５００に伝達される。ドライブシャフト受け部５００に伝達された駆動力は、ドライブシャフトを介して車輪に回転力として伝達されて、車両を走行させる。

一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部５００、ディファレンシャルギヤ４００および減速機構３００を介してモータジェネレータ１００が駆動される。このとき、モータジェネレータ１００が発電機として作動する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、インバータを介してバッテリ６００に蓄えられる。

図２は、駆動装置１の車両への搭載状況を説明する図である。また、図３は、駆動装置１の構成を示すスケルトン図である。図２，図３を参照して、駆動装置１は、車両のフロアパネル２の下部に設けられる。減速機構３００は、減速ギヤ３１０，３２０を含む。また、ディファレンシャルギヤ４００は、リングギヤ４１０と、サイドギヤ４２０と、ピニオンギヤ４３０とを含む。回転シャフト１１０には、ギヤが固定されている。回転シャフト１１０に固定されたギヤと減速ギヤ３１０とは、第１の減速ギヤ対９１０を構成する。減速ギヤ３１０と減速ギヤ３２０とは、第２の減速ギヤ対９２０を構成する。また、減速ギヤ３２０とリングギヤ４１０とは、第３の減速ギヤ対９３０を構成する。

駆動装置１の動作時には、減速ギヤ３１０，３２０およびディファレンシャルギヤ４００のリングギヤ４１０によりケーシング２００内のオイルが掻き上げられる。掻き上げられたオイルは、キャッチタンク８００（図１参照）に貯留される。

図２，図３に示すように、回転シャフト１１０の回転軸Ａ１と、減速ギヤ３１０の回転軸Ａ２と、減速ギヤ３２０の回転軸Ａ３とは、それぞれ互いに異なる位置に形成されている。他方、減速ギヤ３１０の回転軸Ａ２と、ディファレンシャルギヤ４００の回転軸Ａ４とが一致する位置に形成されている。すなわち、駆動装置１においては、減速ギヤ３１０とディファレンシャルギヤ４００とは同軸上に設けられている。ディファレンシャルギヤ４００におけるサイドギヤ４２０は、ドライブシャフトＤＳおよび車輪Ｗと一体で回転する。

次に、図４〜図７を用いて、本実施の形態に係る駆動装置、および、比較例１〜３に係る駆動装置における４本の回転軸（Ａ１〜Ａ４）の配置について説明する。

図４を参照して、本実施の形態に係る駆動装置１においては、上述したように、回転軸Ａ２と回転軸Ａ４とが同軸上に形成されている。なお、図２の例では回転軸Ａ３が回転軸Ａ１と回転軸Ａ２，Ａ４との間に位置しているが、図４の例では回転軸Ａ１が回転軸Ａ３と回転軸Ａ２，Ａ４との間に位置している。このように、本実施の形態に係る駆動装置１における回転軸Ａ１〜Ａ４の配置は、回転軸Ａ２，Ａ４が同軸上に配置されている限り、適宜変更することが可能である。

図５を参照して、比較例１に係る駆動装置においては、回転軸Ａ１〜Ａ４は、それぞれ互いに異なる位置に形成されている。この結果、駆動装置が大型化することが懸念される。これに対し、本実施の形態においては、回転軸Ａ２，Ａ４を同軸配置することで、駆動装置１の小型化を図ることができる。

図６を参照して、比較例２に係る駆動装置においては、回転軸Ａ１，Ａ３が一致する位置に設けられている。また、図７を参照して、比較例３に係る駆動装置においては、回転軸Ａ１，Ａ４が一致する位置に設けられている。

図６，図７の例（比較例２，３）では、図５の例（比較例１）と比較して、駆動装置を小型化することが可能である。しかしながら、図６，図７の例では、回転軸Ａ１を他の回転軸（Ａ３，Ａ４）と同軸上に配置しているため、回転軸Ａ１の配置の自由度が低下する。回転軸Ａ１が低い位置に設けられた場合、駆動装置１の動作時に、回転シャフト１１０がケーシング２００の底部に貯留されているオイルに浸されやすくなる。

図８は、オイルがかき回されることによる攪拌抵抗が動力の損失量に及ぼす影響を説明する図である。図８を参照して、回転シャフト１１０がケーシング２００内に貯留されたオイルに浸されている場合（ＣＡＳＥ１）と、浸されていない場合（ＣＡＳＥ２）とを比較すると、ＣＡＳＥ１の方が損失トルクが大きくなる傾向にある。この傾向は、車速が大きくなるにつれて、より顕著に表れる。

本実施の形態においては、回転シャフト１１０の配置の自由度が高いため、駆動装置１の動作時に回転シャフト１１０がオイルに浸されることを避けることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、減速ギヤ３１０とディファレンシャルギヤ４００とを同軸上に配置することで、４本の回転軸（Ａ１〜Ａ４）を含む駆動装置１の大型化を抑制して車両への搭載性を向上させることができる。ここで、回転シャフト１１０の配置の自由度は確保されているので、駆動装置１の動作時にケーシング２００内のオイルに回転シャフト１１０が浸されて、ケーシング２００内のオイルがかき回されることにより攪拌抵抗が増大することが抑制される。このように、本実施の形態によれば、オイルがかき回されることによる攪拌抵抗の増大を抑制しながら車両への搭載性を向上させた駆動装置１が提供される。

また、駆動装置１において、減速ギヤ３１０，３２０およびディファレンシャルギヤ４００によりケーシング２００内のオイルを掻き上げて「オイル貯留部」としてのキャッチタンク８００に貯留することにより、駆動装置１の動作時にケーシング２００内のオイルの液面を低下させることができるので、上記の攪拌抵抗をさらに低減することができる。

上述した構成について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る駆動装置１は、「動力源」としてのモータジェネレータ１００と、モータジェネレータ１００を収納し、内部にオイルが貯留されたケーシング２００と、モータジェネレータ１００による動力が入力される「第１のギヤ部材」としての回転シャフト１１０と、第１の減速ギヤ対９１０を介して回転シャフト１１０の動力が伝達される「第２のギヤ部材」としての減速ギヤ３１０と、第２の減速ギヤ対９２０を介して減速ギヤ３１０の動力が伝達される「第３のギヤ部材」としての減速ギヤ３２０と、第３の減速ギヤ対９３０を介して減速ギヤ３２０の動力が伝達される「第４のギヤ部材」としてのディファレンシャルギヤ４００とを備える。そして、減速ギヤ３１０の回転軸Ａ２とディファレンシャルギヤ４００の回転軸Ａ４とが同軸上に配置される。

なお、上記の例では、駆動装置１が４本の回転軸（Ａ１〜Ａ４）を含む例について説明したが、駆動装置１は５本以上の回転軸を含むように構成されてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の１つの実施の形態に係る駆動装置の構成を概略的に示した図である。 図１に示される駆動装置を車両のフロアパネルの下部に設置する状況を示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係る駆動装置の構成を示した図である。 本発明の１つの実施の形態に係る駆動装置における４本の軸の配置の例を説明する図である。 比較例１に係る駆動装置における４本の軸の配置を説明する図である。 比較例２に係る駆動装置における４本の軸の配置を説明する図である。 比較例３に係る駆動装置における４本の軸の配置を説明する図である。 オイルがかき回されることによる攪拌抵抗が動力の損失量に及ぼす影響を説明する図である。

符号の説明

１ 駆動装置、２ フロアパネル、１００ モータジェネレータ、１１０ 回転シャフト、１２０ 軸受、１３０ ロータ、１４０ ステータ、１４１ ステータコア、１４２ コイル、１４３ バスバー、２００ ハウジング、２１０ 端子台、３００ 減速機構、３１０，３２０ 減速ギヤ、４００ ディファレンシャルギヤ、４１０ リングギヤ、４２０ サイドギヤ、４３０ ピニオンギヤ、５００ ドライブシャフト受け部、６００ バッテリ、７００ 給電ケーブル、８００ キャッチタンク、９１０ 第１の減速ギヤ対、９２０ 第２の減速ギヤ対、９３０ 第３の減速ギヤ対。

Claims (5)

1. 内部にオイルが貯留されたケーシングと、
   前記ケーシング内に設けられた動力源と、
   前記動力源による動力が入力される第１のギヤ部材と、
   前記第１のギヤ部材の動力が伝達される第２のギヤ部材と、
   前記第２のギヤ部材の動力が伝達される第３のギヤ部材と、
   前記第３のギヤ部材の動力が伝達される第４のギヤ部材とを備え、
   前記第２のギヤ部材と前記第４のギヤ部材とが同軸上に配置される、駆動装置。
2. 前記第１から第４のギヤ部材の回転時に前記第２から第４のギヤ部材のうち少なくとも１つのギヤ部材により前記ケーシング内の前記オイルが掻き上げられ、
   掻き上げられた前記オイルを受け入れて貯留するオイル貯留部をさらに備えた、請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記動力源はロータを有する回転電機であり、
   前記ロータは前記第１のギヤ部材に固設される、請求項１または請求項２に記載の駆動装置。
4. 請求項３の駆動装置を備えた、電動車両。
5. フロアパネルをさらに備え、
   前記駆動装置は前記フロアパネルの下部に設置される、請求項４に記載の電動車両。

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