JP2014516851A - 電気駆動可能な車両のばねストラット式車軸の車輪駆動装置 - Google Patents

Abstract

電気駆動可能な車両におけるばねストラット式車軸の車輪（２）を駆動するための駆動装置（１）は，電気機械（３）と，平歯車機構（５）及び遊星歯車機構（４）を有する変速機構とを備える。平歯車機構（５）及び遊星歯車機構（４）は，トラクションモードにおける動力伝達方向に見て，電気機械（３）の出力側で遊星歯車機構（４）及び平歯車機構（５）の順に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は，請求項１の前提部に記載した電気駆動可能な車両のばねストラット式車軸の車輪を駆動するための駆動装置に関する。

一般に，電気駆動車両におけるドライブトレインの配置は，内燃機関を有するセンタードライブ式の車両におけるドライブトレインの配置に対応する。この場合，電気機械，変速機及び差動機構を有する駆動装置を，車両中央に於いて前輪又は後輪の間で車体に固定して配置する。駆動トルクは，従来のセンタードライブ式と同様に，側軸を介して駆動対象車輪に伝達される。このようにドライブトレインを配置した場合，サスペンションは，アセンブリー支承部及びサブフレームのみを変更すれば足りる範囲に留まるようなコンセプトとする。

電気駆動される車両又は電気駆動可能な車両においては，センタードライブ式も含め，車両構造においてバッテリーをいかに収容するかが非常に大きな問題となる。例えば，バッテリーを後部座席の下側に配置した構成や，センタードライブ式において内燃機関と共に変速機トンネルを配置した領域等のサブフロアに，バッテリーを一体化する構成が知られている。

従来技術において，車輪近傍に配置した電気駆動装置として，車両の駆動輪毎に１つ又は複数の電気モータを備える駆動装置が知られている。この場合，２つ以上の駆動輪を備える車両は対応する数の，従って２以上の駆動装置を備え，その各電気モータは厳密に１輪の駆動輪に作用させることが可能である。

更に従来技術において，電気駆動可能な車両の駆動対象車軸における車輪を駆動するために電気駆動装置を車輪近傍に配置することが既知であり，この電気駆動装置は車両サスペンションに一体化される。その際，駆動対象車軸の本数によって例えば２つ又は４つの電気駆動装置が設けられる。

このような電気駆動装置は，ホイールキャリアに固定することができる。その場合，電気駆動装置は直接各々の車輪と共に動き，ばね下重量は駆動装置に直接的に影響される。

車輪近傍に電気駆動装置を配置する場合の更なる可能性として，電気駆動装置を車体に固定することもできる。この場合，電気駆動装置は車両中央から車輪に向けて突出するよう車体に固定されるため，ばね下重量は電気駆動装置に影響されない。

更に電気駆動装置は操舵機構に，即ちステアリングアームや結合リンクに固定することができる。このようなコンセプトに基づいて電気駆動装置を車体に固定された操舵機構連結ポイント近傍に配置することで，ばね下重量が低減される。

車輪近傍の駆動装置は，四輪駆動，前輪駆動又は後輪駆動の車両に装備可能であり，駆動対象車軸の形式は，例えば従来のばねストラット式又はダブルウィッシュボーン式等が可能である。更に車輪近傍の駆動装置は，車輪と一体のサスペンションに統合可能である。

更に，車輪近傍の電気駆動装置は変速機構を備えることも可能である。

国際公開第2008/017945号パンフレットは，車輪に組み込み可能とした車輪駆動装置を開示している。この車輪駆動装置は，電気モータと，平歯車機構及び遊星歯車機構を有する変速機構とを備え，平歯車機構と遊星歯車機構が直列に接続されている。この場合に遊星歯車機構は，トラクションモードにおける動力伝達方向に見て，平歯車機構の出力側に配置される。

駆動対象車軸の車輪を駆動するために，車輪近傍で電気駆動装置を使用することにより，結果的には車体の柔軟性が高まる。中核的な駆動機構を車両中央に配置する必要が無くなり，ひいては車両設計の自由度，特に，バッテリーを収容すると共に衝突安全性に寄与する車両内部空間の設計自由度が増すためである。

更に，車輪近傍の電気駆動装置により各車輪に対して駆動トルクが発生するため，トルクベクトリング，横滑り防止（ＥＳＰ），アンチロックブレーキ（ＡＢＳ），トラクションコントロール（ＡＳＲ）等の機能を容易に達成することができる。電気駆動装置を介して迅速でより正確な制御が可能となるため，従来のブレーキに基づく調整システムと比較して，上述の機能が最適化されるのである。

国際公開第2008/017945号パンフレット

本発明の課題は，電気駆動可能な車両におけるばねストラット式車軸の車輪駆動装置を提供することである。

この課題は，請求項１の特徴によって解決される。本発明の更なる実施形態及び利点は，従属請求項より明らかとなる。

即ち，本発明は，電気駆動可能な車両におけるばねストラット式車軸の車輪駆動装置を提案するものであり，この駆動装置は電気機械及び変速機構を備える。変速機構は平歯車機構及び遊星歯車機構を備え，これらの歯車機構は，トラクションモードにおける動力伝達方向から見て，電気機械の出力側で遊星歯車機構及び平歯車機構の順に配置される。

遊星歯車機構は電気機械のロータと同軸上に配置され，平歯車機構は電気機械のロータと軸平行に配置される。駆動装置は，車軸と軸平行に配置される。

このコンセプトにより生じたオフセット軸関係を，好適には，進行方向から見て車輪中心の前側，即ち垂直な車輪中心面のタイロッドとは反対側に駆動装置を配置するために使用し，狭い構造スペースへの一体化が可能になる。駆動装置を，進行方向から見て車輪中心の後側に配置することも同様に可能であり，この場合，タイロッドに対して十分な間隔を空け，ブレーキキャリパは，垂直な車輪中心面に関して鏡面対称位置に配置する。

遊星歯車機構を平歯車機構と組み合わせることで大きな変速比が可能となり，電気機械のサイズ及び重量と，ばね下重量を抑えること可能である。例えば２つの変速機構で達成可能な変速比，即ち両変速機構の入力軸の回転速度の比率は，両変速機構の出力軸の回転速度に対して10を上回る値とすることができる。好適には変速比を16とする。この場合，達成可能な変速比は，両変速機構について対称又は非対称に分配できる。

好適には，低速駆動モータを駆動装置における２つの遊星歯車機構と接続する。この場合には，全体として高い回転数が使用可能となり，出力／重量比（kW/kg）を高めることができる。これにより電気機械が小型化し，電気機械がホイールキャリアへ一体可能となるか，又は一体化が容易となる利点が得られる。

駆動装置のハウジングは，ホイールキャリアの全体又はその一部で構成することが可能であり，発生する力をサスペンションに伝達する機能を発揮する。

好適には，車両の主たる稼動状況において，潤滑油が重力作用により自発的に電気機械から変速機構スペースに設けられたオイルサンプに還流するよう，電気機械及び変速機機構を配置する。そのためには，ロータ軸受に潤滑油を十分に確保できるよう電気機械のハウジングを設計する。これにより，接触性又は非接触性のシーリングを，特に駆動装置の高速回転軸に設ける必要が無くなり，潤滑油のロス及び発熱が低減される。

本発明の実施形態においては，駆動装置のハウジングをばねストラット式車軸のホイールキャリアに対してネジ結合等により直結し，又は複数部品からなる溶接部品としてホイールキャリアと一体化し，又はホイールキャリアと一体的に構成する。

更なる実施形態として，電気機械及び遊星歯車機構を共通のハウジングに収めることも可能である。

更に，ディスクブレーキにおけるブレーキキャリパ，及び／又はダンパ，及び／又はばねの結合部は，駆動装置のハウジング内に一体化させることができ，ブレーキキャリパを固定するための結合ネジは，駆動装置を車軸のトレーリングアームに取り付けるためのハウジングネジと共用することが可能である。

このようにして構成がコンパクト化し，分離した構成部品が不要となり，結果的に製造コストが削減される。

以下，添付図面に基づいて本発明を更に詳述する。なお，同一の構成部品については同一の参照数字を適用する。
本発明に係る電気駆動可能な車両用の駆動装置の一実施形態を示す線図的な断面図である。 本発明に係る駆動装置の配置を示す断面図である。

図１及び図２に示す駆動装置１は，電気駆動可能な車両におけるばねストラット式車軸の車輪２を駆動するものであり，電気機械３及び変速機構を備える。変速機構は平歯車機構５及び遊星歯車機構４を有し，これらはトラクションモードにおける動力伝達方向から見て，電気機械３の出力側で遊星歯車機構４及び平歯車機構５の順に配置される。遊星歯車機構４及び平歯車機構５は，図示例では車軸方向から見て電気機械３の車輪２側に配置される。

図１において，ばねストラット式車軸のダンパは参照数字６で，ウィッシュボーン型アームは参照数字７で，ホイールキャリアは参照数字８で示される。更に，図２において，タイロッドは参照数字21で示される。

図示の実施形態において，内部ロータとして構成された電気機械３のロータ９は太陽歯車軸10を介して遊星歯車機構４の太陽歯車11と接続し，遊星歯車機構４のキャリア12はキャリア軸13を介して平歯車機構５のピニオン14（小歯車）と接続し，ピニオン14は平歯車15（大歯車）とかみ合う。

この場合，平歯車15は車輪２のホイールハブ16に対して好適には差し込み式のスプライン軸又は多角形断面部により結合するか，又はホイールハブ16と一体的に構成する。これにより，組立及び製造コストを低減することができる。キャリア軸13とピニオン14との接続部は，好適にはスラスト方向及びラジアル方向で転がり軸受，滑り軸受又はスラストワッシャにより支承される。

更に，遊星歯車機構４の内歯歯車17はハウジングに固定される。内歯歯車17は，遊星歯車機構４のハウジング18に連結し，又はハウジング18と一体的に構成し，又はハウジング18に圧入することができる。内歯歯車17をハウジング18と一体的に構成する場合，放射方向に突起部を設け，ハウジング18と内歯歯車17との直径差を相殺する。

内歯歯車17を，シリンダ状のハウジングに圧入可能な内歯歯車リングとして形成すれば，負荷に応じて素材を選択することが可能となり，結果的に重量を低減することができる。更に，遊星歯車機構４及び電気機械３を共通ハウジングに収めることも可能である。図示の実施形態では，電気機械３のハウジングを参照数字19で示す。

更に，電気機械３のロータ９は太陽歯車軸と一体的に構成することができ，キャリア軸13は更にピニオン14と一体的に構成することができる。

図示しない更なる実施形態においては，遊星歯車機構４の入力軸及び／又は出力軸を，各々遊星歯車機構４の更なる要素とすることも可能である。

好適には，歯車をはすば歯車として構成する。これにより，遊星歯車機構４の太陽歯車軸10の軸受を電気機械３におけるロータ９の入力側軸受により構成して軸受を分割する必要性を省き，電気機械３のロータ９の，遊星歯車機構４の太陽歯車11とは反対側の軸受を好適にはばね要素により軸方向に付勢することが可能である。

この場合，遊星歯車機構４の太陽歯車11のねじれ角は，平歯車機構５のピニオン14のねじれ角に対して逆向きとするのが好適である。更に遊星歯車機構４の太陽歯車11と，平歯車機構５のピニオン14のねじれ角の方向は，駆動装置１の軸受に対する負荷が最小となるよう選択するのが好適である。この構成により，摩擦損失が最小となり，軸受の小型化が可能となる。平歯車15のねじれ角の高さ及び形状は，従来構造の車輪軸受で負荷を支持できるよう選択する。

更に，駆動装置１の平歯車15と接続する出力軸20の軸受は，車輪２の軸受により構成される。車輪の軸受は，従来構造の軸受であり，例えば２列式ボールベアリングか，接触角が15°〜60°の間の２つの独立したアンギュラボールベアリングで構成することが可能である。これにより，駆動装置の軸受の数を減少できる利点が得られる。

本発明において，駆動装置１のハウジングは，特に図１及び図２に示す実施形態の場合には，電気機械３のハウジング19をばねストラット式車軸のホイールキャリア８に直結させ，好適にはネジ結合する。代替的に，電気機械３のハウジング19を複数部品からなる溶接部品としてホイールキャリア８に一体化するか，又はホイールキャリア８と一体的に構成することができる。更に，電気機械３をホイールキャリア８に挿入可能なカートリッジ状に構成することができ，この場合にホイールキャリア８は全体のハウジングとして機能する。

本発明の更なる実施形態において，ディスクブレーキのブレーキキャリパ，及び／又はダンパ６及び／又はばねの結合部は，駆動装置１のハウジングと一体化することができ，特に図１及び図２の実施形態の場合には電気機械３のハウジング19に一体化することができる。その場合，ブレーキキャリパを固定するための結合ネジは，駆動装置１を車軸のホイールキャリア８に固定するハウジングネジと共用とすることが可能である。

このようにして構成がコンパクト化し，分離した構成部品が不要となり，結果的に製造コストが削減される。

図示しない実施形態においては，電気機械３を中空シャフトモータ，即ち中空軸構成のロータ９を有する内部ロータとして構成することができる。この場合，遊星歯車機構４は，電気機械３の車輪２とは反対側に配置され，平歯車機構５は，電気機械３の車輪２側に配置される。また遊星歯車機構４のキャリア軸13は，電気機械３のロータ９の中空スペースを経て平歯車機構５のピニオン14へと導かれる。このような実施形態においては，例えば遊星歯車機構４のハウジング18をばねストラット式車軸のホイールキャリア８に直結することも可能である。

電気機械３と遊星歯車機構４の配置を入れ替えれば，図１及び図２に示された実施形態と比較して，車体長手方向支承部の領域で，緩衝の際に利用される構造スペースが確保できるという利点がある。遊星歯車機構４のハウジング18の外径を，電気機械３のハウジング19よりも短くできるためである。

駆動装置１の電気機械３は，非常に柔軟性に富む，非同期機械，他励式又は永久磁石励磁式同期機械，又は電機子反作用励磁型発電機として構成可能である。

本発明のコンセプトにより，ばね下重量を低減しつつ高い出力／重量比（kW/kg）を有する非常にコンパクトな構成の駆動装置が実現可能である。

前述した駆動装置は，随意のタイプの車軸，例えばセンターアーム式，コントロールアーム式，マルチリンク式，ばねストラット式（分割下部アーム面の有無を問わない）又はトラベゾイダルリンク式などの車軸と組み合わせ可能である。

更に，駆動装置は軸受の数が減少できると共にアクセシビリティが良好であり，既存の車軸を僅かに変更するだけで駆動装置を車軸へ一体化することができる。

更に車輪のブレーキ装置は，ディスクブレーキまたはドラムブレーキとすることが可能で，駆動装置は空冷式又は液冷式とし，電気機械，遊星歯車機構及びパワーエレクトロニクスシステムが共通の冷却システムを使用可能である。

１ 駆動装置
２ 車輪
３ 電気機械
４ 遊星歯車機構
５ 平歯車機構
６ ダンパ
７ ウィッシュボーン型アーム
８ ホイールキャリア
９ ロータ
10 遊星歯車機構４の太陽歯車軸
11 遊星歯車機構４の太陽歯車
12 遊星歯車機構４のキャリア
13 遊星歯車機構４のキャリア軸
14 ピニオン
15 平歯車
16 ホイールハブ
17 遊星歯車機構４の内歯歯車
18 遊星歯車機構４のハウジング
19 電気機械３のハウジング
20 駆動装置の出力軸
21 タイロッド

Claims (14)

1. 電気駆動可能な車両のばねストラット式車軸の車輪（２）を駆動するための駆動装置（１）であって，電気機械（３）及び変速機構を備え，該変速機構が平歯車機構（５）及び遊星歯車機構（４）を備える駆動装置において，
   前記平歯車機構（５）及び遊星歯車機構（４）は，トラクションモードにおける動力伝達方向から見て，前記電気機械（３）の出力側で前記遊星歯車機構（４）及び前記平歯車機構（５）の順に配置されることを特徴とする駆動装置（１）。
2. 請求項１に記載の駆動装置（１）において，内部ロータとして構成された前記電気機械（３）のロータ（９）は，太陽歯車軸（10）を介して前記遊星歯車機構（４）の太陽歯車（11）と接続し，前記遊星歯車機構（４）のキャリア（12）は，キャリア軸（13）を介して，平歯車（15）とかみ合う前記平歯車機構（５）のピニオン（14）と接続し，前記平歯車（15）は前記車輪（２）のホイールハブ（16）と接続するか，又は前記ホイールハブ（16）と一体的に構成され，前記遊星歯車機構（４）の内歯歯車（17）はハウジングに固定されることを特徴とする駆動装置（１）。
3. 請求項２に記載の駆動装置（１）において，該駆動装置（１）の出力軸（20）の軸受は，前記車輪（２）の車輪軸受により構成されることを特徴とする駆動装置（１）。
4. 請求項２又は３に記載の駆動装置（１）において，前記電気機械（３）の前記ロータ（９）は前記太陽歯車軸（10）と一体的に構成され，及び／又は前記キャリア軸（13）は前記ピニオン（14）と一体的に構成されることを特徴とする駆動装置（１）。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の駆動装置（１）において，前記遊星歯車機構（４）及び前記平歯車機構（５）は，車軸方向から見て前記電気機械（３）の車輪（２）側に配置されることを特徴とする駆動装置（１）。
6. 請求項１〜４の何れか一項に記載の駆動装置（１）において，前記遊星歯車機構（４）は前記電気機械（３）の車輪（２）とは反対側に配置され，前記平歯車機構（５）は前記電気機械（３）の車輪（２）側に配置され，前記電気機械（３）は中空軸構成のロータ（９）を有する内部ロータとして構成され，前記遊星歯車機構（４）のキャリア軸（13）は前記電気機械（３）のロータ（９）の中空スペースを経て前記平歯車機構（５）のピニオン（14）へ導かれることを特徴とする駆動装置（１）。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の駆動装置（１）において，前記駆動装置（１）のハウジング（18, 19）は，ばねストラット式車軸のホイールキャリア（８）に直結させること特徴とする駆動装置（１）。
8. 請求項７に記載の駆動装置（１）において，前記ハウジング（18, 19）を前記ホイールキャリア（８）にネジ結合し，又は複数部品からなる溶接部品として前記ホイールキャリア（８）と一体化し，又は前記ホイールキャリア（８）と一体的に構成することを特徴とする駆動装置（１）。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の駆動装置（１）において，ディスクブレーキにおけるブレーキキャリパ及び／又はダンパ（６）及び／又はばねの結合部を，前記駆動装置（１）のハウジング（18, 19）と一体化することを特徴とする駆動装置（１）。
10. 請求項９に記載の駆動装置（１）において，ブレーキキャリパを固定する結合ネジは，前記駆動装置（１）をばねストラット式車軸のホイールキャリア（８）に取り付けるハウジングネジで構成することを特徴とする駆動装置（１）。
11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載の駆動装置（１）において，前記電気機械は最高回転数が5,000 rpmを上回り，及び／又は前記電気機械の出力軸回転速度の車軸回転速度に対する比が10を上回ることを特徴とする駆動装置（１）。
12. 請求項１〜１１の何れか一項に記載の駆動装置（１）において，前記駆動装置（１）の全部又は大部分が，車両の主走行方向において車輪中心の前側に配置されることを特徴とする駆動装置（１）。
13. 請求項１〜１１の何れか一項に記載の駆動装置（１）において，前記駆動装置（１）の全部又は大部分が，車両の主走行方向において車輪中心の後側に配置されることを特徴とする駆動装置（１）。
14. 請求項１〜１３の何れか一項に記載の駆動装置（１）において，前記駆動装置（１）の全部又は大部分が，車輪中心に関して，ばねストラット式車軸のタイロッドに向けて配置されることを特徴とする駆動装置（１）。

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