JP2014144692A

JP2014144692A - 電気自動車駆動ユニット

Info

Publication number: JP2014144692A
Application number: JP2013013914A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yukishima; 良雪島; Tomomi Goto; 知美後藤; Minoru Suzuki; 稔鈴木
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-08-14
Also published as: EP2952374A1; CN104955667A; US20150367720A1; WO2014119147A1

Abstract

【課題】左右の車輪を個別に駆動する複数の駆動モータユニットを車体に備える場合に、動力伝達部材である等速ジョイントの入力軸と出力軸との作動角を小さく保ち、等速ジョイントの寿命を向上させる。
【解決手段】左右の車輪１４ａ，１４ｂを個別に駆動する複数の駆動モータユニット２０ａ，２０ｂをサブフレーム１３を介して車体に搭載することにより、動力伝達部材である等速ジョイント１５ｃの入力軸と出力軸との作動角を小さく保つようにした。
【選択図】図３

Description

この発明は、電気自動車等の駆動輪を回転駆動する電気自動車駆動ユニットに関するものである。

従来、電気自動車駆動ユニットとして、左右の車輪を個別に駆動する複数の駆動モータユニットを車体に備えたものが特開２００７−２２４９７９号公報（特許文献１）に記載されている。

複数の駆動モータユニットを車体に固定した場合、駆動モータユニットの駆動力を車輪ハブに伝達するための伝達部材が必要となる。

従来、この伝達部材としては、等速ジョイントが使用され、等速ジョイントと駆動モータユニットの減速機の車輪側回転部材とがスプライン嵌合される。

特開２００７−２２４９７９号公報

ところで、等速ジョイントと駆動モータユニットの減速機の車輪側回転部材とをスプライン嵌合する場合、スプライン嵌合の抜け防止部材が必要となる。

また、複数の駆動モータユニットを車体に固定する場合、軽自動車のような小型車では、車体に対して駆動モータユニットの占有スペースが大きくなり、その反面、等速ジョイントのスペースが小さくなる。そのため、等速ジョイントの組み付け時の入力軸と出力軸との作動角が大きくなってしまい、等速ジョイントの寿命低下を招くおそれがある。

等速ジョイントの作動角を小さくするために、駆動モータユニットの車体への固定位置を低くすると、地面と駆動モータユニットとの距離が小さくなり、飛び石等による駆動モータユニットの破損を引き起こす可能性が高くなる。

そこで、この発明の課題は、等速ジョイントと駆動モータユニットの連結構造を改良し、また、等速ジョイントの作動角を小さくすることができる、駆動モータユニットの車体への固定構造を改良することにある。

この発明は、左右の車輪を個別に駆動する複数の駆動モータユニットを、サブフレームを介して車体に搭載し、駆動モータユニットの駆動力を左右の車輪ハブに動力伝達部材を介して伝達することを特徴とする。

左右の車輪を駆動する２つの駆動モータユニットは、共通のケーシングにより一体化してもよい。

また、左右の車輪を駆動する２つの駆動モータユニットが個別のケーシングを有し、２つの駆動モータユニットを背中合わせでサブフレームに固定し、駆動モータユニットの出力軸の回転軸心を、動力伝達部材である等速ジョイントの作動角が許容角度以下になるように傾けるようにしてもよい。

駆動モータユニットとサブフレームとの間、又はサブフレームと車体との間の少なくとも一方に、防振部材を設けることが望ましい。防振部材としては、ゴムブッシュを使用することができる。

駆動モータユニットの出力軸にフランジ部材を設け、このフランジ部材に動力伝達部材をボルト締結してもよい。

前記フランジ部材は、駆動モータユニットのケーシングに対して回転自在に支持され、駆動モータユニットの減速機出力軸とスプライン嵌合することができる。

この発明によれば、左右の車輪を個別に駆動する複数の駆動モータユニットが、サブフレームを介して車体に搭載され、駆動モータユニットの駆動力を左右の車輪ハブに動力伝達部材を介して伝達するので、動力伝達部材の入力軸と出力軸との作動角を小さく保つことができ、動力伝達部材の寿命が向上する。

（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、この発明の実施形態に係る電気自動車駆動ユニットを採用した電気自動車を示す図である。この発明の実施形態に係る電気自動車駆動ユニットの車体への搭載例を示す図である。この発明の実施形態に係る電気自動車駆動ユニットの車体への搭載例を示す図である。（Ａ）はこの発明の実施形態に係る電気自動車駆動ユニットの断面を示す図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線の断面図である。

以下、図面に基づきこの発明の一実施形態に係る電気自動車駆動ユニット２０を説明する。

図1（Ａ）に示す電気自動車１１は、後輪駆動方式の車両であり、シャシー１２と、操舵輪としての前輪１３ａ，１３ｂと、駆動輪としての後輪１４ａ，１４ｂと、この左右の後輪１４ａ，１４ｂに、動力伝達部材１５ａ，１５ｂを介して駆動力を伝達する２つの駆動モータユニット２０ａ，２０ｂとを備える。動力伝達部材１５ａ，１５ｂは等速ジョイント１５ｃと軸部１５ｄとで構成されている。

図１（Ｂ）に示す電気自動車１１は、前輪駆動方式の車両であり、シャシー１２と、操舵輪と駆動輪としての前輪１３ａ，１３ｂと、後輪１４ａ，１４ｂと、この左右の前輪１４ａ，１４ｂに、動力伝達部材１５ａ，１５ｂを介して駆動力を伝達する２つの駆動モータユニット２０ａ，２０ｂとを備える。動力伝達部材１５ａ，１５ｂは等速ジョイント１５ｃと軸部１５ｄとで構成されている。

図１（Ｃ）に示す電気自動車１１は、四輪駆動方式の車両であり、シャシー１２と、操舵輪と駆動輪としての前輪１３ａ，１３ｂと、駆動輪としての後輪１４ａ，１４ｂと、前輪１３ａ，１３ｂと、後輪１４ａ，１４ｂとに、それぞれ動力伝達部材１５ａ，１５ｂを介して駆動力を伝達する２つの駆動モータユニット２０ａ，２０ｂとを備える。動力伝達部材１５ａ，１５ｂは等速ジョイント１５ｃと軸部１５ｄとで構成されている。

図２に示すように、左右の車輪を駆動する２つの駆動モータユニット２０ａ，２０ｂは、シャシー１２に対して、サブフレーム１３を介して固定されている。

駆動モータユニット２０ａ，２０ｂを搭載するサブフレーム１３は、シャシー１２に対してゴムブッシュ等の防振部材１４を介して固定されている。

図２に示す実施形態では、サブフレーム１３に対して、２つの駆動モータユニット２０ａ，２０ｂの出力軸が同軸上に水平に搭載されるように、２つの駆動モータユニット２０ａ，２０ｂが背中合わせで固定されている。

図３に示す実施形態では、２つの駆動モータユニット２０ａ，２０ｂの出力軸の回転軸心が、動力伝達部材である等速ジョイントの作動角が許容角度以下になるように傾けて２つの駆動モータユニット２０ａ，２０ｂを背中合わせでサブフレーム１３に固定している。

この図３に示す実施形態では、２つの駆動モータユニット２０ａ，２０ｂを、等速ジョイント１５ｃの作動角が許容角度以下になるように傾けてサブフレーム１３に対して設置することができるので、等速ジョイント１５ｃとして、ダブルオフセット形摺動式等速ジョイントやボール形摺動式等速ジョイントを使用することに限定しなくてもよい。また、２つの駆動モータユニット２０ａ，２０ｂを傾けて設置することにより、小型車への搭載も可能になる。

駆動モータユニット２０ａ，２０ｂは、図４に示すように、個別のケーシング４１，４２を有し、ケーシング４１内に配置されたモータ側回転部材３０を回転駆動するモータ部２１と、モータ側回転部材３０の回転を減速して車輪側回転部材３８に伝達するケーシング４２内に配置された減速部３１とを備え、動力伝達部材１５ａ，１５ｂをそれぞれ回転駆動する。

また、図２に示す実施形態の場合、駆動モータユニット２０ａのモータ側回転部材３０と、駆動モータユニット２０ｂのモータ側回転部材３０とは、同軸上に水平に配置されている。

また、図３に示す実施形態の場合は、駆動モータユニット２０ａのモータ側回転部材３０と、駆動モータユニット２０ｂのモータ側回転部材３０とは、所定の傾斜角度で配置されている。

次に、図４を参照して、駆動モータユニット２０ａの構造について説明する。なお、駆動モータユニット２０ｂは駆動モータユニット２０ａと同一形状であるので、説明は省略する。

駆動モータユニット２０ａのモータ２１は、ケーシング４１に固定されるステータ２４と、ステータ２４の内側に径方向に隙間を設けて配置されるロータ２３と、ロータ２３の内側に嵌合してロータ２３と一体回転するモータ回転軸２２とを備えるラジアルギャップモータである。

減速部３１は、偏心部３２ａ，３２ｂを有する減速部入力軸３２と、偏心部３２ａ，３２ｂに転がり軸受３３ａ，３４ａによって回転自在に保持される公転部材としての曲線板３３，３４と、ケーシング上の固定位置に保持され、曲線板３３，３４の外周部に係合する外周係合部材としての複数の外ピン３５と、曲線板３３，３４の自転運動を車輪側回転部材３８に伝達する運動変換機構と、カウンタウェイト３６ａ，３６ｂとを備える。

ここで、モータ側回転部材３０は、モータ２１によって回転駆動される円筒形状のモータ回転軸２２と、モータ回転軸２２の内径面に嵌まり込む外径面を有する減速部入力軸３２とをスプライン嵌合することによって構成される。また、モータ側回転部材３０は、モータ２１の両端と減速部３１の左端で転がり軸受３０ａ，３０ｂによって回転自在に支持されている。

曲線板３３は、図４（Ｂ）に示すように、外周部にエピトロコイド等のトロコイド系曲線で構成される複数の波形を有し、一方側端面から他方側端面に貫通する複数の貫通孔３３ｂが曲線板３３の自転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられている。なお、曲線板３４は、曲線板３３と同じ形状である。

外ピン３５は、モータ側回転部材３０の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられる。これは、曲線板３３，３４の公転軌道と一致するので、曲線板３３，３４が公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン３５とが係合して、曲線板３３，３４に自転運動を生じさせる。

カウンタウェイト３６ａ，３６ｂは、半円板状で、中心から外れた位置に減速部入力軸３２と嵌合する貫通孔を有し、曲線板３３，３４の回転によって生じる慣性モーメントを打ち消すために、各偏心部３２ａ，３２ｂの外側に偏心部と１８０°位相を変えて配置される。

運動変換機構は、車輪側回転部材３８に保持された複数の内ピン３７と曲線板３３，３４に設けられた貫通孔３３ｂ，３４ｂとで構成される。内ピン３７は、車輪側回転部材３８の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられる。また、曲線板３３，３４との接触抵抗を低減するために、曲線板３３，３４の貫通孔３３ｂ，３４ｂの内壁面に当接する位置に針状ころ軸受が設けられている。一方、貫通孔３３ｂ，３４ｂは、複数の内ピン３７それぞれに対応する位置に設けられ、貫通孔３３ｂ，３４ｂの内径寸法は、内ピン３７の外径寸法（針状ころ軸受を含む最大外径）より所定分大きく設定されている。

車輪側回転部材３８は、端面に内ピン３７を保持する穴を有するフランジ部３８ａと、動力伝達部材１５ａ，１５ｂと連結する出力軸３８とを有する。

出力軸３８は、軸部３８ｂと、軸部３８ｂの外径面にスプライン結合された円筒部３８ｃとからなり、円筒部３８ｃの外径面が複列の転がり軸受３９ａ，３９ｂ
を介して減速部３１のケーシング４２に回転自在に支持されている。

減速部３１の出力軸３８の円筒部３８ｃには、アウトボード側にフランジ部材３８ｄが一体に形成されている。

この減速部３１のフランジ部材３８ｄには、アウトボード側から動力伝達部材１５ａの等速ジョイント１５ｃの外輪がボルト締結される。

上記モータ部２１と減速部３１のケーシング４１，４２の材質は、軽金属材料（例えば、アルミ合金）が望ましい。

減速部３１の出力軸３８の円筒部３８ｃと減速部３１のケーシング４２のアウトボード側の端部には、オイル漏れを防止するオイルシール４３が配置されている。

以上の実施形態では、２つの駆動モータユニット２０ａ，２０ｂのケーシングを個別に設けているが、２つの駆動モータユニット２０ａ，２０ｂを共通のケーシングにより一体に設けるようにしてもよい。

上記構成の第１駆動装置２０ａの作動原理を詳しく説明する。
モータ２１は、例えば、ステータ２４のコイルに外部から交流電流を供給することによって生じる電磁力を受けて、永久磁石または直流電磁石によって構成されるロータ２３が回転する。このとき、コイルに高周波数の電圧を印加する程、ロータ２３は高速回転する。

これにより、ロータ２３に接続されたモータ側回転部材３０が回転すると、曲線板３３，３４はモータ側回転部材３０の回転軸心を中心として公転運動する。このとき、外ピン３５が、曲線板３３，３４の曲線形状の波形と係合して、曲線板３３，３４をモータ側回転部材３０の回転とは逆向きに自転運動させる。

貫通孔３３ｂ，３４ｂに挿通する内ピン３７は、曲線板３３，３４の自転運動に伴って貫通孔３３ｂ，３４ｂの内壁面に当接し、曲線板３３，３４の公転運動が車輪側回転部材３８を介して動力伝達部材１５ａに伝達される。このとき、貫通孔３３ｂ，３４ｂの内径寸法は、内ピン３７の外径寸法より大きく設定されているので、内ピン３７と貫通孔３３ｂ，３４ｂの内壁面とは、接触状態と非接触状態とを繰り返しながら相互に運動する。これにより、曲線板３３，３４の公転運動が内ピン３７に伝わらず、曲線板３３，３４の自転運動のみが車輪側回転部材３８に伝達される。

なお、上記構成の減速部３１の減速比は、外ピン３５の数をＺ_Ａ、曲線板３３，３４の波形の数をＺ_Ｂとすると、（Ｚ_Ａ−Ｚ_Ｂ）／Ｚ_Ｂで算出される。図４に示す実施形態では、Ｚ_Ａ＝１２、Ｚ_Ｂ＝１１であるので、減速比は１／１１と、平行軸歯車減速機や遊星歯車減速機と比較して非常に大きな減速比を得ることができる。

このように、多段構成とすることなく大きな減速比を得ることができるサイクロイド減速機を採用することにより、コンパクトで高減速比の駆動モータユニットを得ることができる。また、内ピン３７の曲線板３３，３４に当接する位置に針状ころ軸受を設けたことにより、接触抵抗が低減されるので、減速部３１の伝達効率が向上する。

また、上記の各実施形態において、ステータとロータとの間に径方向の隙間を設けたラジアルギャップモータを使用した例を示したが、これに限ることなく、任意の形式のモータを適用することができる。例えば、ステータとロータとの間に軸方向の隙間を設けたアキシアルギャップモータを適用することにより、電気自動車駆動ユニットを軸方向にコンパクト化することができる。

さらに、上記の各実施形態に示したモータ側回転部材は、モータ回転軸と減速部入力軸とをスプライン嵌合することにより、各部材の形状を簡素化することができ、かつ組立て性が向上する。ただし、これに限ることなく、一体型のモータ側回転部材としてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、電気自動車等に採用される駆動モータユニットに有利に利用される。

１１電気自動車
１２シャシー
１３サブフレーム
１３ａ，１３ｂ前輪
１４ａ，１４ｂ後輪
１４防振部材
１５ａ，１５ｂ動力伝達部材
１５ｃ等速ジョイント
１５ｄ軸部
２０ａ，２０ｂ駆動モータユニット
３８ｄフランジ部材
４１，４２ケーシング

Claims

左右の車輪を個別に駆動する複数の駆動モータユニットを、サブフレームを介して車体に搭載し、駆動モータユニットの駆動力を左右の車輪ハブに動力伝達部材を介して伝達することを特徴とする電気自動車駆動ユニット。
左右の車輪を駆動する２つの駆動モータユニットが共通のケーシングにより一体化されていることを特徴とする請求項１記載の電気自動車駆動ユニット。
左右の車輪を駆動する２つの駆動モータユニットが個別のケーシングを有し、２つの駆動モータユニットが背中合わせでサブフレームに固定され、駆動モータユニットの出力軸の回転軸心が、動力伝達部材である等速ジョイントの作動角が許容角度以下になるように傾けられている請求項１又は２記載の電気自動車駆動ユニット。
駆動モータユニットとサブフレームとの間、又はサブフレームと車体との間の少なくとも一方に、防振部材を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気自動車駆動ユニット。
防振部材がゴムブッシュである請求項４記載の電気自動車駆動ユニット。
駆動モータユニットの出力軸にフランジ部材を設け、このフランジ部材に動力伝達部材をボルト締結したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電気自動車駆動ユニット。
前記フランジ部材は、駆動モータユニットのケーシングに対して回転自在に支持され、駆動モータユニットの減速機出力軸とスプライン嵌合していることを特徴とする請求項６に記載の電気自動車駆動ユニット。