JP2013108619A - 電気自動車用駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】前記遊星歯車式変速機11は、シングルピニオン式である第一遊星歯車機構12と、ダブルピニオン式である第二遊星歯車機構13とから構成され、電動モータ1aの動力を所望の変速比で変速してから従動側回転軸5aに伝達する。第一制動装置14はリング歯車22を、第二制動装置15は第二太陽歯車19を、固定の部分に対する回転を許容する状態と阻止する状態とにそれぞれ切り換える。
【選択図】図1
Description
そして、前記回転伝達装置3は、前記従動側回転軸5の回転をデファレンシャルギヤ8の入力部に伝達し、左右1対の駆動輪に繋がる出力軸9a、9bを回転駆動する。
又、前記両クラッチ機構7a、7bのうち、一方のクラッチ機構7aは、断接(係合)状態を切り換える為のアクチュエータを有している。この一方のクラッチ機構7aは、前記駆動側回転軸4の軸方向中間部に設けられており、この駆動側回転軸4が回転している状態のまま、前記両歯車伝達機構6a、6bのうちの一方の歯車伝達機構6aを構成する歯車10aの断接状態(前記駆動側回転軸4とこの歯車10aとが同期して回転する状態と、この歯車10aがこの駆動側回転軸4に対して空転する状態と)を切り換える。この為に、上述した従来構造に於いては、前記一方のクラッチ機構7aとして、電磁クラッチを使用しており、前記電気自動車用駆動装置の構造が複雑になる可能性がある。又、トルクの伝達容量を確保する事も難しい。
このうちの電動モータは、前記遊星歯車式変速の駆動側回転軸を回転駆動する。
又、この遊星歯車式変速機は、この駆動側回転軸と、従動側回転軸と、第一、第二両遊星歯車機構と、リング歯車と、第一、第二両制動装置とを組み合わせて成るものである。
このうちの第一遊星歯車機構は、第一太陽歯車と、複数個(例えば3〜4個)の第一遊星歯車と、キャリアとから構成され、このキャリアに回転可能に支持されたこれら各第一遊星歯車を、前記第一太陽歯車に噛合させるシングルピニオン式である。そして、この第一太陽歯車は、前記駆動側回転軸により回転駆動する状態で設けられている。
又、前記第二遊星歯車機構は、第二太陽歯車と、前記各第一遊星歯車と同軸に設けられてこれら各第一遊星歯車と同期して回転する複数個の第二遊星歯車と、これら各第二遊星歯車と同数の第三遊星歯車と、前記キャリアとから構成され、このキャリアに回転可能に支持されて対となる前記各第二、第三遊星歯車を互いに噛合させると共に、このうちの内径寄りの各第三遊星歯車を前記第二太陽歯車に噛合させるダブルピニオン式である。そして、前記キャリアにより前記従動側回転軸を回転駆動する様にしている。
又、前記リング歯車は、前記各第一遊星歯車若しくは前記各第二、第三遊星歯車のうちの外径寄りの各第二遊星歯車に噛合している。
又、前記両制動装置のうちの第一制動装置は前記リング歯車を、同じく第二制動装置は前記第二太陽歯車を、変速機を収納したケース等の固定の部分に対し回転が阻止される状態と、同じく回転が許容される状態とを、それぞれ切り換えるものである。そして、減速比の大きい低速モード状態では、前記第一制動装置により、前記リング歯車が前記固定の部分に対して回転するのを阻止し、前記第二制動装置を解放して、前記第二太陽歯車がこの固定の部分に対して回転するのを許容する。一方、減速比の小さい高速モード状態では、前記第一制動装置を解放して、前記リング歯車が前記固定の部分に対して回転するのを許容し、前記第二制動装置により、前記第二太陽歯車がこの固定の部分に対して回転するのを阻止する。
この様な請求項2に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項3に記載した発明の様に、前記第一、第二両制動装置の作動状態を、単一のアクチュエータにより切り換えるものとする。そして、前記サーボモータを所定方向に回転した場合に、前記リング歯車又はこのリング歯車と同期して回転する部分に設けた第一摩擦係合部と、前記固定の部分とを互いに近付く方向に軸方向に相対変位させ、この第一摩擦係合部をこの固定の部分に向け押し付けて摩擦係合させる事により、前記リング歯車がこの固定の部分に対し回転するのを阻止する。又、前記第二太陽歯車又はこの第二太陽歯車と同期して回転する部分に設けた第二摩擦係合部と、前記固定の部分とを互いに離隔する方向に相対変位させ、この第二摩擦係合部をこの固定の部分に向けて押し付ける力を解除する事により、前記第二太陽歯車がこの固定の部分に対し回転するのを許容する。一方、前記サーボモータを前記所定方向と反対方向に回転した場合に、前記第一摩擦係合部と前記固定の部分とを互いに離隔する方向に軸方向に相対変位させ、この第一摩擦係合部をこの固定の部分に向けて押し付ける力を解除する事により、前記リング歯車がこの固定の部分に対し回転するのを許容する。又、前記第二摩擦係合部とこの固定の部分とを互いに近付く方向に軸方向に相対変位させ、この第二摩擦係合部をこの固定の部分に向け押し付けて摩擦係合させる事により、前記第二太陽歯車がこの固定の部分に対し回転するのを阻止する。
又、減速比の切り換えを1対の制動装置により、第二太陽歯車とリング歯車とを、固定の部分に対し回転が阻止される状態と、同じく許容される状態とに、それぞれ切り換える事により行う。即ち、減速比を切り換える為に、回転体同士(例えば、回転軸と、この回転軸の軸方向中間部に設けられた歯車)の断接(係合)状態を切り換える必要がないので、前記両制動装置を構成するアクチュエータを、前述した従来構造のクラッチ装置と比較して簡易な構造とする事ができる。この結果、前記遊星歯車式変速機を組み込んだ電気自動車用駆動装置を、小型且つ簡易に構成する事ができる。又、各部のトルク伝達容量も確保し易い。
図1〜2は、請求項1、6に対応する、本発明の実施の形態の第1例を示している。本例の電気自動車用駆動装置は、電動モータ1aと、遊星歯車式変速機11と、回転伝達装置3aとを備える。このうちの電動モータ1aは、その出力軸により、この出力軸と同心に設けられた、前記遊星歯車式変速機11の駆動側回転軸4aを回転駆動する。
又、前記リング歯車22は、前記第二、第三各遊星歯車20、21のうちの、外径寄りの各第二遊星歯車20、20に噛合している。
この低速モードでは、前記第一、第二両制動装置14、15のアクチュエータをそれぞれ制御する事で、図2の(A)に太線で示す様に、前記リング歯車22の回転を阻止し、前記第二太陽歯車19の回転を許容する。
この様な低速モード状態に於いて、前記電動モータ1aの動力は、次の(A)に示す経路を通って、前記従動側回転軸5aに伝達される。
(A) 電動モータ1a→駆動側回転軸4a→第一太陽歯車16→各第一遊星歯車17、17の自転運動→各第二遊星歯車20、20の自転運動→リング歯車22との噛合に基づく各第二遊星歯車20、20の公転運動→キャリア18→従動側回転軸5a
この高速モードでは、前記第一、第二両制動装置14、15のアクチュエータをそれぞれ制御する事で、図2の(B)に太線で示す様に、前記リング歯車22の回転を許容し、前記第二太陽歯車19の回転を阻止する。
この様な高速モード状態に於いて、前記電動モータ1aの動力は、次の(B)に示す経路を通って、前記従動側回転軸5aに伝達される。
(B) 電動モータ1a→駆動側回転軸4a→第一太陽歯車16→各第一遊星歯車17、17の自転運動→各第二遊星歯車20、20の自転運動→各第三遊星歯車21、21の自転運動→第二太陽歯車19との噛合に基づく各第三遊星歯車21、21の公転運動→キャリア18→従動側回転軸5a
図3も、請求項1、6に対応する、本発明の実施の形態の第2例を示している。本例の電気自動車用駆動装置を構成する遊星歯車式変速機11aは、リング歯車22aを、シングルピニオン式である第一遊星歯車機構12aの第一遊星歯車17、17に噛合させている。
その他の部分の構成及び作用は、上述した実施の形態の第1例と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。
図4〜5は、請求項1、2、6に対応する、本発明の実施の形態の第3例を示している。本例の場合、第一、第二両制動装置14a、15aの断接状態を切り換える為のアクチュエータ37a、37bを、それぞれ、サーボモータの回転駆動力を軸方向の推力に変換する電動式のものとしている。即ち、前記両アクチュエータ37a、37bは、図示しないサーボモータと、ピストン38と、ウォームホイール39とをそれぞれ備える。このうちのピストン38は、軸方向中間部の外周面を雄ねじ部40としたもので、遊星歯車式変速機11aを収納したケーシング内に、回転を阻止した状態で、軸方向の変位のみを可能に支持している。又、前記ウォームホイール39は、前記サーボモータの出力軸に支持固定されたウォームギヤ(図示省略)と噛合するもので、全体を円環状としており、前記ケーシング内に、軸方向の変位を阻止した状態で、回転のみ可能に支持している。又、前記ウォームホイール39の内周面に、前記雄ねじ部40と螺合する雌ねじ部41を設けている。尚、本例の場合、前記両アクチュエータ37a、37bを前記遊星歯車式変速機11aの軸方向中間部に設ける為、前記ピストン38を円筒状とし、内径側に、この遊星歯車式変速機11aを構成する各部材を配置している。但し、前記両アクチュエータ37a、37bの両方或いは何れか一方を、前記遊星歯車式変速機11aと軸方向に隣接する部分に設ける場合には、当該アクチュエータのピストンを円柱状とする事もできる。
その他の部分の構成及び作用は、上述した実施の形態の第2例と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。
図6〜12は、請求項1〜4、6に対応する、本発明の実施の形態の第4例を示している。本例の場合、第一、第二両制動装置14b、15bの断接状態を、単一のアクチュエータ37cにより切り換える様に構成している。この為に、本例のアクチュエータ37cは、ピストン38aの軸方向中間部の外周面に雄ねじ部40aを設けている。そして、この雄ねじ部40aを、ウォームホイール39の内周面に設けた雌ねじ部41と螺合している。又、前記第一、第二両制動装置14b、15bを、前記アクチュエータ37cに関して互いに軸方向反対側に配置している(これら第一、第二両制動装置14b、15bを構成する第一、第二両摩擦係合部43、45が、前記ピストン38aの軸方向両端面にそれぞれ対向する様にしている)。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第2〜3例と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。
図13〜15は、請求項1〜3、5、6に対応する、本発明の実施の形態の第5例を示している。本例の場合も、上述した実施の形態の第4例の場合と同様に、第一、第二両制動装置14c、15cを単一のアクチュエータ37dにより切り換える様に構成している。本例のアクチュエータ37dは、図示しないサーボモータと、第一、第二両ピストン49、50と、ウォームホイール39aとを備える。このうちの第一、第二両ピストン49、50は、それぞれの軸方向基端部(図13〜15の左端部)の外周面を、互いにねじ切り方向を反対方向とした第一、第二両雄ねじ部51、52としている。又、前記ウォームホイール39aは、内周面を軸方向片半部(図13〜15の右半部)の大径部53と、軸方向他半部(図13〜15の左半部)の小径部54とを段部55により連続させた段付円筒面としている。そして、前記ウォームホイール39aの内周面のうち前記大径部53に前記第一雄ねじ部51と螺合する第一雌ねじ部56を、同じく小径部54に前記第二雄ねじ部52と螺合する第二雌ねじ部57を、それぞれ設けている。
更に、本例の場合、前記第一、第二両制動装置14c、15cを、遊星歯車式変速機11を構成する第一、第二両遊星歯車機構12、13と軸方向に隣接する状態で配置している。そして、前記第一、第二両制動装置14c、15cは、前記両歯車22、19と同期して回転する第一、第二両回転部材42、44に設けた前記第一、第二両摩擦係合部43、45を、前記固定の部分46に対し軸方向に相対変位させる事で、前記両歯車22、19の回転の可否を切り換える様に構成している。この為、前記第一、第二両回転部材42、44を含め、前記第一、第二両制動装置14c、15cを構成する部材の寸法、形状及び配置を適切に規制すれば、これら両制動装置14c、15cの外径を、前記両遊星歯車機構12、13の外径以下に抑えられ、前記電動自動車用駆動装置のより一層の小型化を図れる。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第1、3、4例と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。
先ず、第一、第二両遊星歯車機構12、13を構成する各歯車16、17(、20)、19、21、22の歯数Z16、Z17(=Z20)、Z19、Z21、Z22に就いて、以下の様に規制する。
Z16=31
Z17=17
Z19=15
Z21=19
Z22=65
この条件下で、前述した(1)式〜(3)式より求められる、低速モードでの減速比iLと、高速モードでの減速比iHと、段間比Iとは、以下の通りとなる。
iL=0.323
iH=0.674
I=2.09
[本発明に関する参考例の第1例]
図16は、本発明に関する参考例の第1例を示している。本参考例は、遊星歯車式変速機11bを、電動モータ1aの出力軸により回転駆動される駆動側回転軸4bと、遊星歯車機構23と、従動側回転軸5bと、クラッチ機構24と、制動装置25とから構成している。この従動側回転軸5bは、前記駆動側回転軸4bと同心に設けられ、その回転を回転伝達装置3aに入力し、デファレンシャルギヤ8a(図1〜2参照)の入力部に伝達する様にしている。
この低速モードに於ける前記遊星歯車式変速機11bの減速比iL1は、前記両歯車26、28の歯数をZ26、Z28とすると、次の(4)式の様に表わされる。
従って、前記低速モードと前記高速モードとの間の段間比I1は次の(5)式で表わされる。
図17は、本発明に関する参考例の第2例を示している。本参考例は、遊星歯車式変速機11cを、電動モータ1aと同心に設けられた駆動側回転軸4bと、遊星歯車機構23aと、従動側回転軸5bと、クラッチ機構24と、制動装置25aとから構成している。このうちの遊星歯車機構23aは、キャリア29aに回転可能に支持された、複数の遊星軸30、30の軸方向一端部(図17の左端部)にそれぞれ支持固定された第一遊星歯車31、31を太陽歯車26aに、同じく軸方向他端部(図17の右端部)にそれぞれ支持固定された第二遊星歯車32、32をリング歯車28aに、それぞれ噛合させている。
又、前記制動装置25aは、前記リング歯車28aと固定の部分との間に設けられ、このリング歯車28aをこの固定の部分に対し回転が許容される状態と、同じく阻止される状態とを切り換え可能としている。
図18は、本発明に関する参考例の第3例を示している。本参考例は、遊星歯車式変速機11dを、駆動側回転軸4bと、遊星歯車機構23bと、従動側回転軸5bと、第一、第二両制動装置33、34とから構成している。このうちの遊星歯車機構23bは、キャリア29bに回転可能に支持された、複数の遊星軸30a、30aの軸方向中間部にそれぞれ支持固定した第一遊星歯車31a、31aを太陽歯車26bに噛合させると共に、第一リング歯車35にも噛合させている。又、前記各遊星軸30a、30aの端部(図18の右端部)にそれぞれ支持固定した第二遊星歯車32a、32aを第二リング歯車36に噛合させている。そして、これら第一、第二両リング歯車35、36を、前記両制動装置33、34により、固定の部分に対し回転を許容する状態と回転を阻止する状態とを、それぞれ切り換え可能としている。
従って、本参考例の遊星歯車式変速機11dを組み込んだ電気自動車用駆動装置に於いて、一般的な変速機を搭載したガソリンエンジン車と同等の性能が得る事での車両の加速性能及び高速性能の改善を図りづらい。
2 変速装置
3、3a 回転伝達装置
4 駆動側回転軸
5 従動側回転軸
6a、6b 歯車伝達機構
7a、7b クラッチ機構
8、8a デファレンシャルギヤ
9a〜9d 出力軸
10a〜10d 歯車
11、11a〜11d 遊星歯車式変速機
12、12a 第一遊星歯車機構
13 第二遊星歯車機構
14、14a〜14c 第一制動装置
15、15a〜15c 第二制動装置
16 第一太陽歯車
17 第一遊星歯車
18 キャリア
19 第二太陽歯車
20 第二遊星歯車
21 第三遊星歯車
22、22a リング歯車
23、23a、23b 遊星歯車機構
24 クラッチ装置
25、25a 制動装置
26、26a、26b 太陽歯車
27 遊星歯車
28、28a リング歯車
29、29a、29b キャリア
30、30a 遊星軸
31、31a 第一遊星歯車
32、32a 第二遊星歯車
33 第一制動装置
34 第二制動装置
35 第一リング歯車
36 第二リング歯車
37a〜37d アクチュエータ
38、38a ピストン
39、39a ウォームホイール
40、40a 雄ねじ部
41 雌ねじ部
42 第一回転部材
43 第一摩擦係合部
44 第二回転部材
45 第二摩擦係合部
46 固定の部分
47 サーボモータ
48 ウォームギヤ
49 第一ピストン
50 第二ピストン
51 第一雄ねじ部
52 第二雄ねじ部
53 大径部
54 小径部
55 段部
56 第一雌ねじ部
57 第二雌ねじ部
Claims (6)
- 電動モータと、この電動モータの出力軸により回転駆動される駆動側回転軸を有する遊星歯車式変速機と、この遊星歯車式変速機の従動側回転軸の回転を、左右1対の駆動輪に伝達する為の回転伝達装置とを備えた電気自動車用駆動装置に於いて、
前記遊星歯車式変速機は、前記駆動側回転軸と、前記従動側回転軸と、第一、第二両遊星歯車機構と、リング歯車と、第一、第二両制動装置とを組み合わせて成り、
このうちの前記第一遊星歯車機構は、第一太陽歯車と、複数個の第一遊星歯車と、キャリアとから構成され、このキャリアに回転可能に支持されたこれら各第一遊星歯車を、前記第一太陽歯車に噛合させるシングルピニオン式であり、この第一太陽歯車は、前記駆動側回転軸により回転駆動する状態で設けられており、
前記第二遊星歯車機構は、第二太陽歯車と、前記各第一遊星歯車と同軸に設けられ、これら各第一遊星歯車と同期して回転する複数個の第二遊星歯車と、これら各第二遊星歯車と同数の第三遊星歯車と、前記キャリアとから構成され、このキャリアに回転可能に支持されて対となる前記各第二、第三遊星歯車同士を互いに噛合させると共に、このうちの内径寄りの各第三遊星歯車を前記第二太陽歯車に噛合させるダブルピニオン式であり、前記キャリアにより前記従動側回転軸を回転駆動する様にしており、
前記リング歯車は、前記各第一遊星歯車若しくは前記各第二、第三遊星歯車のうちの外径寄りの各第二遊星歯車に噛合しており、
前記第一制動装置は前記リング歯車を、前記第二制動装置は前記第二太陽歯車を、固定の部分に対し回転が阻止される状態と、同じく回転が許容される状態とにそれぞれ切り換えるものであり、減速比の大きい低速モード状態では、前記第一制動装置を作動させる事により前記リング歯車が前記固定の部分に対して回転するのを阻止すると共に、前記第二制動装置を非作動とする事により前記第二太陽歯車がこの固定の部分に対して回転するのを許容し、減速比の小さい高速モード状態では、前記第一制動装置を非作動とする事により前記リング歯車が前記固定の部分に対して回転するのを許容すると共に、前記第二制動装置を作動させる事により前記第二太陽歯車がこの固定の部分に対して回転するのを阻止する事を特徴とする電気自動車用駆動装置。 - 前記第一、第二両制動装置の作動状態を切り換える為のアクチュエータが、サーボモータの回転駆動力を軸方向の推力に変換し、この軸方向の推力に基づいて前記固定の部分と相手部材の摩擦係合部とを互いに近付く方向に軸方向に相対変位させ、この相手部材を前記固定の部分を押し付ける事により、これら固定の部分と相手部材とを摩擦係合するものである、請求項1に記載の電気自動車用駆動装置。
- 単一のアクチュエータにより前記第一、第二両制動装置の作動状態を切り換える為に、前記サーボモータを所定方向に回転させた場合に、前記リング歯車又はこのリング歯車と同期して回転する部分に設けた第一摩擦係合部と、前記固定の部分とを互いに近付く方向に相対変位させ、この第一摩擦係合部をこの固定の部分に向け押し付けて摩擦係合させる事により、前記リング歯車がこの固定の部分に対し回転するのを阻止し、前記第二太陽歯車又はこの第二太陽歯車と同期して回転する部分に設けた第二摩擦係合部と、前記固定の部分とを互いに離隔する方向に軸方向に相対変位させ、この第二摩擦係合部をこの固定の部分に向けて押し付ける力を解除する事で、前記第二太陽歯車がこの固定の部分に対し回転するのを許容し、前記サーボモータを前記所定方向と反対方向に回転させた場合に、前記第一摩擦係合部と前記固定の部分とを互いに離隔する方向に軸方向に相対変位させ、この第一摩擦係合部をこの固定の部分に向けて押し付ける力を解除する事で、前記リング歯車がこの固定の部分に対し回転するのを許容し、前記第二摩擦係合部と前記固定の部分とを互いに近付く方向に軸方向に相対変位させ、この第二摩擦係合部をこの固定の部分に向け押し付けて摩擦係合させる事により、前記第二太陽歯車がこの固定の部分に対し回転するのを阻止する、請求項2に記載の電気自動車用駆動装置。
- 前記アクチュエータが、ピストンと、前記サーボモータの出力軸に支持固定されたウォームギヤと噛合するウォームホイールとを備えており、
このうちのピストンは、軸方向中間部の外周面を雄ねじ部としたもので、前記遊星歯車式変速機を納めるケーシング内に、回転を阻止された状態で軸方向の変位を可能に設けられており、
前記ウォームホイールは、全体を円筒状とし、内周面に前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を設けており、
前記第一、第二両制動装置を、前記ピストンに関して互いに軸方向反対側に配置しており、前記サーボモータを所定方向に回転させた場合に、前記ピストンが、このピストンの軸方向片端部により前記第一摩擦係合部を前記固定の部分に向けて押し付ける方向に変位し、前記サーボモータを前記所定方向と反対方向に回転させた場合に、前記ピストンが、このピストンの軸方向他端部により前記第二摩擦係合部を前記固定の部分に向けて押し付ける方向に変位するものである、請求項3に記載の電動自動車用駆動装置。 - 前記アクチュエータが、第一、第二両ピストンと、前記サーボモータの出力軸に支持固定されたウォームギヤと噛合するウォームホイールとを備えており、
このうちの第一、第二両ピストンは、それぞれの軸方向基端部の外周面を、互いにねじ切り方向を互いに反対方向とした第一、第二両雄ねじ部としたもので、前記遊星歯車式変速機を納めるケーシング内に、回転を阻止された状態で軸方向の変位を可能にそれぞれ設けられており、
前記ウォームホイールは、内周面を軸方向片半部の大径部と軸方向他半部の小径部とを段部により連続させた段付円筒面としており、前記内周面のうちの大径部に前記第一雄ねじ部と螺合する第一雌ねじ部を、同じく小径部に前記第二雄ねじ部と螺合する第二雌ねじ部を、それぞれ設けており、
前記第一、第二両制動装置を、前記第一、第二両ピストンに対し互いに軸方向に関して同じ側に配置しており、前記サーボモータを所定方向に回転させた場合に、前記第一ピストンが、この第一ピストンの軸方向先端部により前記第一摩擦係合部を前記固定の部分に向けて押し付ける方向に変位し、前記第二ピストンが、この第二ピストンの先端部により前記第二摩擦係合部を前記固定の部分に向けて押し付ける力を解除する方向に変位し、前記サーボモータの出力軸を前記所定方向と反対方向に回転させた場合に、前記第一ピストンが、この第一ピストンの軸方向先端部により前記第一摩擦係合部を前記固定の部分に向けて押し付ける力を解除する方向に変位し、前記第二ピストンが、この第二ピストンの先端部により前記第二摩擦係合部を前記固定の部分に向けて押し付ける方向に変位するものである、請求項3に記載の電動自動車用駆動装置。 - 前記遊星歯車式変速機の、前記低速モード状態での減速比を、同じく前記高速モード状態での減速比で除した値である、段間比を、2若しくは2の近傍とする、請求項1〜5のうちの何れか1項に記載の電気自動車用駆動装置。
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