JP2015129570A - 電気自動車用駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 潤滑油による電気自動車用駆動装置の冷却性能を向上させて、航続距離延長、定格出力向上を図ることを課題とする。【解決手段】 外ピンハウジング50の円筒部51に貫通孔57を設けることにより、減速機Bの内部で回転に伴い飛散した潤滑油の内、各部の潤滑に寄与しなかった潤滑油が、貫通孔57から外ピンハウジング50の外部に飛散し、ケーシング22bの内径面に付着するようにして、このケーシング22bの内径面に付着した潤滑油が重力によりケーシング22bの下部のオイルタンク41に流れ込むまでの間に、潤滑油の熱をケーシング22bに熱伝導させて、潤滑油の温度が低下するようにした。【選択図】 図1
Description
この発明は、電気自動車用駆動装置、詳しくはインホイールモータ駆動装置、あるいはオンボード駆動装置に使用するサイクロイド式の減速機内部の潤滑構造に関する。
インホイールモータ駆動装置121は、図12に示すように、駆動力を発生させるモータ部Aと、モータ部Aの回転を減速して出力する減速機Bと、減速機Bからの出力を駆動輪に伝える車輪ハブCとを備える。
上記モータ部Aおよび減速機Bは、ケーシング122内に収容されている。ケーシング122は、モータ部A側のケーシング122aと、減速機B側のケーシング122bとに、仕切壁122cによって仕切られている。
モータ部Aは、ケーシング122aの内周面にステータ123を設け、このステータ123の内周に間隔をおいてロータ124を設けたラジアルギャップタイプのものを使用している。
ロータ124は、モータ軸124aを中心部に有し、そのモータ軸124aは減速機Bの入力軸130と接続して減速機Bのケーシング122b内に挿入され、軸受125a、125bによってケーシング122aに対して回転自在に支持されている。
減速機Bのケーシング122bには、下部に潤滑油のオイルタンク141が設けられ、オイルタンク141内の潤滑油をオイルポンプ142によって吸い込み、モータ部Aと減速機Bに潤滑油を供給し、潤滑と冷却を行っている(特許文献1)。
潤滑油を減速機Bの内部に供給する給油通路143は、モータ部Aの回転を減速する減速機Bの出力回転を利用して駆動されるオイルポンプ142の吐出口からケーシング122aの内側に沿って後方へと延び、ケーシング122aの後方から、モータ軸124aの内部通路144と減速機Bの入力軸130の内部通路145を経て、減速機Bのケーシング122b内に至る通路、およびオイルタンク141からオイルポンプ142の吸入口に至る吸込通路146により構成される。
潤滑油の帰還通路は、減速機Bのケーシング122bの底部に設けられた排出口147、およびオイルタンク141により構成される。
サイクロイド式の減速機Bは、図12〜図14に示すように、入力軸130に設けられた偏心軸部130a、130bによって2枚の曲線板131を回転自在に支持し、それらの曲線板131の外周に形成された波形歯形131aを減速機Bのケーシング122bの内径面に隙間を介して位置する外ピンハウジング150の内側に支持された外ピン132に噛合し、上記入力軸130の回転により曲線板131を偏心揺動運動させ、その曲線板131の自転を入力軸130と同軸上に配置された出力軸133から出力し、車輪ハブCを回転させている。
外ピンハウジング150の内側に支持された外ピン132の数は、曲線板131の外周の波形歯形131aの歯数より多い。
外ピン132は、減速機Bのケーシング122bの内径面に隙間を介して位置する外ピンハウジング150に支持されている。外ピンハウジング150は、減速機Bのケーシング122bに対してアウター側とインナー側に、フローティングボルト159によってフローティング支持されている。フローティングボルト159は、回転軸線Oを中心とする円周上に等間隔に配置され、外ピンハウジング側固定部159aとケーシング側固定部159bとを有し、外ピンハウジング側固定部159aとケーシング側固定部159bの間に、外ピンハウジング150の軸方向の外側面に固定する外ピンサイドプレート158の固定フランジ159cを設けている。
外ピンハウジング150は、図13および15に示すように、円筒部151と、円筒部151の軸方向両端部から径方向内側に延びる一対のリング部152とを備える。
入力軸130は、図12に示すように、その一端部がスプライン嵌合によりロータ124のモータ軸124aに接続されてロータ124の回転により回転駆動されるようになっており、その他端部に偏心軸部130a、130bが設けられている。
偏心軸部130a、130bは、図13に示すように、入力軸130の軸方向に一対設けられている。その一対の偏心軸部130a、130bは、円筒状外径面の中心が周方向に180°位相がずれるようにして設けられ、その一対の偏心軸部130a、130bのそれぞれの外径面に転がり軸受134が嵌合されている。
一対の偏心軸部130a、130bを設けた入力軸130には、一対の偏心軸部130a、130bを挟むように一対のカウンタウェイト135を、周方向に180°位相をずらして設けている。
曲線板131は、図13、14に示すように、転がり軸受134によって入力軸130に回転自在に支持され、その外周に形成された波形歯形131aはトロコイド曲線歯形とされている。図14に示すように、曲線板131には、回転軸心を中心とする一つの円上に複数のピン孔136が等間隔に形成され、軸方向に並ぶ一対のピン孔136のそれぞれに内ピン137が余裕をもって挿入され、その内ピン137に回転自在に支持されたころ軸受137aの外周一部がピン孔136の内周一部に接触している。
減速機Bは、図13及び図14に示すように、偏心軸部130a、130bに回転自在に保持される公転部材としての曲線板131と、曲線板131の外周部の波形歯形131aに係合する複数の外ピン132と、曲線板131の自転運動を出力する出力軸133と、曲線板131の隙間に取り付けられてこれら曲線板131の端面に当接して曲線板の傾きを防止するセンターカラー138とを備える。
出力軸133は、フランジ部133aと軸部133bとを有する。フランジ部133aには、図12及び図13に示すように、出力軸133の回転軸線Oを中心とする円周上に、内ピン137が等間隔に固定されている。軸部133bの外径面には、セレーション(またはスプライン)によりトルク伝達可能な状態で車輪ハブCが配置されている。複数の内ピン137を介してフランジ部133a、133aが連結された出力軸133のモータ部A側の端部には、オイルポンプ142のインナーロータに接続するポンプ駆動軸133cが設けられている。
外ピン132は、入力軸130の回転軸線Oの円周軌道上に等間隔に設けられる。そして、曲線板131が公転運動すると、外周の波形歯形131aと外ピン132とが係合して、曲線板131に自転運動を生じさせる。
図13に示すように、外ピンハウジング150の一対のリング部152の内周には、出力軸133が軸受190を介して回転自在に支持されている。軸受190は、リング部152の内周に溝を設け、この溝に嵌められた止め輪192によって軸方向の位置が規制されている。また、出力軸133のフランジ部133aの内径面と入力軸130の外径面とは、軸受191を介して相対的に回転可能に支持されている。
曲線板131は、出力軸133の対向するフランジ部133a間に組み込まれている。また、出力軸133の対向するフランジ部133aには、組み込まれた曲線板131のピン孔136を貫通する内ピン137の両端が支持されている。
出力軸133の対向するフランジ部133aに支持された複数の内ピン137は、入力軸130の回転軸線Oを中心とする円周軌道上に等間隔に設けられ、曲線板131との摩擦抵抗を低減するために、曲線板131のピン孔136の内壁面に当接する位置に針状ころ軸受137aが設けられている。ピン孔136の内径寸法は、内ピン137の外径寸法より所定分大きく設定されている。
車輪ハブCは、図12に示すように、出力軸133の軸部133bの外径面にセレーション(またはスプライン)によりトルク伝達可能な状態で嵌合連結された内輪部材181と、内輪部材181をケーシング122bに対して回転自在に保持する外輪部材182とを備える。内輪部材181と外輪部材182とは複列アンギュラ玉軸受を構成し、内輪部材181と外輪部材182の間に複列の転動体183を設置している。内輪部材181には、車輪取付けフランジ部184が一体に設けられている。
外ピン132は、ケーシング122bに直接保持されているわけではなく、図12及び図13に示すように、ケーシング122bの内径面にフローティング状態に支持された外ピンハウジング150に保持されている。
外ピンハウジング150は、図15に示すように、円筒部151と、円筒部151の軸方向両端部から径方向内側に延びる一対のリング部152とを備える。
一対のリング部152は、径方向の外周側に位置する外側面部152aと、径方向の内周側に位置し、外側面部152aの外方に突出する厚肉の内側面部152bとからなる。
また、外ピンハウジング150の円筒部151の下部には、円筒部151を軸方向に分割するスリット153が設けられている。
外ピンハウジング150の一対のリング部152には、厚み方向に貫通する複数の外ピン保持孔154が設けられている。外ピン保持孔154は、図13に示すように、それぞれ入力軸130の回転軸線Oと平行な方向に延び外ピン132の両端を保持している。外ピン132の両端は、外ピン保持孔154に対して針状ころ軸受155を介して支持されている。針状ころ軸受155は、外輪155aと、この外輪155aの内周面と外ピン132の外周面とを転走面にした針状ころ155bとからなる。針状ころ軸受155の外輪155aは、外ピン保持孔154の内面に嵌合されている。
また、一対のリング部152の対応する外ピン保持孔154は、周方向の同位置に互いに対面するように設けられている。即ち、1対の外ピン保持孔154の中心軸線は一致し、外ピンハウジング150を減速機Bのケーシング122bに取り付けると、この外ピン保持孔154の中心軸線は、入力軸130の回転軸線Oと平行になる。
図15に示すように、一対のリング部152の径方向の内周側に位置する厚肉の内側面部152bには、外ピン保持孔154に連続するように、溝形のザグリ部156が形成されている。
一対のリング部152の径方向の外周側に位置する外側面部152aには、図16及び図17に示すように、外ピン保持孔154に挿入した外ピン132の軸方向の抜け出しを防止する外ピンサイドプレート158を、フローティングボルト159によって固定している。
外ピンサイドプレート158には、周方向にフローティングボルト159の挿通孔158aを形成している。この挿通孔158aは、外ピンハウジング150の外側面部152aに設けられたフローティングボルト159の固定孔152cに対応する位置に設けられている。
なお、図16及び図17は、外ピン保持孔154に、外ピン132と針状ころ軸受155との収容した状態で示している。
外ピンサイドプレート158の内周面には、外ピン保持孔154に対応する位置に、ザグリ部156に向かって突出する突出片158bを形成している。
ところで、サイクロイド式の減速機Bの潤滑は、オイルポンプ142から供給された潤滑油が、入力軸130の内部通路145を通り、偏心軸部130a、130bに設けた油孔145a、145bから飛散し飛沫となって、また、外ピンハウジング150の内部に溜まった潤滑油が、曲線板131の回転で掻き上げられ飛沫となって、各部の転動面、摺動面を潤滑する。
そして、外ピンハウジング150の内部に供給された潤滑油は、外ピン132の両端部を支持する針状ころ軸受155の開口部、出力軸133を支持する軸受190の開口部、等から外ピンハウジング150の外部に流出するが、大部分は開口面積が大きく下部にあるスリット153から排出される。
外ピンハウジング150のスリット153から排出された潤滑油は、減速機Bの底部に設けられた排出口147からそのままオイルタンク141に流れ込む。また、外ピン132の両端部を支持する針状ころ軸受155の開口部と出力軸133を支持する軸受190の開口部とから外ピンハウジング150の外部に流出した潤滑油は、減速機Bのケーシング122bの内径面を伝って減速機Bの底部に設けられた排出口147からオイルタンク141に流れ込む。
オイルタンク141に流れ込んだ潤滑油は、オイルポンプ142で吸い上げられて循環する。
潤滑油は、各部の潤滑とともに、冷却作用を担っている。即ち、潤滑油は、通電や転動、摺動によって各部に生じた熱を吸収し、その熱をケーシング122に伝える。ケーシング122表面には、フィンが設けられ、フィンが走行風等で冷却されることよって、ケーシング122の温度が下がり、潤滑油が冷却される。
モータ部Aは、ロータ124の内部に半径方向に設けられた油路124aを通り潤滑油が飛散し、また、モータ部Aの下部に溜まった潤滑油がロータ124の回転により掻き上げられ飛散し、ロータ124やステータ123を冷却した潤滑油が、ケーシング122aの内径面に付着することにより、ケーシング122aに潤滑油の熱が伝導して潤滑油が冷却される。
減速機Bの外ピンハウジング150の下部のスリット153は、開口面積が大きいため、外ピンハウジング150の潤滑油の大部分は、スリット153から流出してオイルタンク141に流れ込む。オイルタンク141は、内部油量に対し表面積が小さいため、オイルタンク141における潤滑油の冷却効率は悪い。
一方、外ピン132の両端部を支持する針状ころ軸受155の開口部と出力軸133を支持する軸受190の開口部とから外ピンハウジング150の外部に流出する潤滑油は、減速機Bのケーシング122bの内径面を伝わるため、ケーシング122bからの放熱によって、冷却効率はよい。しかしながら、ケーシング122bの内径面を伝わる潤滑油の油量は、少ないので、全体としての冷却効果も少ない。
ところで、潤滑油によるインホイールモータ駆動装置121の冷却は、性能に大きな影響を与える。
例えば、モータ部Aの温度が上昇すると、磁石の減磁による出力低下や、絶縁物の早期劣化、ロータ支持軸受を含めた各部の損傷の恐れがある。特に、電気自動車の場合には、バッテリ容量側の制限もあるが、航続距離を伸ばし、また定格出力(規定時間回し続けられる出力)向上のためには、モータ部Aの油温の温度上昇を抑えることが重要である。また、減速機Bも、温度が上昇すると転動部の焼付けや各部の損傷の恐れがあり、潤滑油自体も劣化し潤滑性能が低下する。
そこで、この発明は、潤滑油によるインホイールモータ駆動装置121の冷却性能を向上させて、航続距離延長、定格出力向上を図ろうとするものである。
上記の課題を解決するため、この発明においては、駆動力を発生させるモータ部と、モータ部の回転を減速して出力する減速機と、減速機からの出力を駆動輪に伝える車輪ハブとを備え、前記減速機が、前記モータ部によって回転駆動される入力軸と、入力軸に設けられた偏心軸部によって入力軸に回転自在に支持され、外周に波形歯形が形成された曲線板と、減速機のケーシングの内側に配設され、曲線板の外周の波形歯形に噛合する外ピンとを有し、外ピンを、減速機のケーシングの内径面に回り止めされた外ピンハウジングに支持し、外ピンハウジングは、減速機のケーシングの内径面に設けられた円筒部と、円筒部の両端から内向きに形成された一対のリング部とからなり、外ピンハウジングの一対のリング部に外ピン保持孔を円周方向に複数設け、その外ピン保持孔内に組み込んだ軸受により外ピンを回転自在に支持し、入力軸の回転により曲線板を偏心揺動運動させて、その曲線板の自転を前記入力軸と同軸上に配置された出力軸から出力するようにしたサイクロイド式の減速機とされた電気自動車用駆動装置において、前記外ピンハウジングの円筒部に、ケーシングの内径面と外ピンハウジング内とを連通させる貫通孔を設けたことを特徴とする。
前記貫通孔が外ピンハウジングの円筒部の上半部に設けることが好ましい。
前記曲線板が軸方向にセンターカラーを挟んで複数枚設けられ、曲線板と曲線板との間のセンターカラーに径方向のスリットを設け、このスリットから外ピンハウジングの外部に潤滑油が飛散するようにすることが好ましい。
前記外ピンハウジングの強度を低下させないで、前記外ピンハウジングの外部に潤滑油が効果的に飛散するようにするためには、貫通孔の軸方向の幅は、センターカラーの軸方向の幅よりも大きく、かつ、曲線板とセンターカラーの軸方向の総幅よりも小さく、センターカラーの両幅面が、貫通孔内に位置することが好ましい。
前記外ピンハウジングの円筒部の外径面に円周溝を設け、また、減速機のケーシングの内径面に円周溝を設けることにより、前記外ピンハウジングと減速機のケーシングの内径面との間に流入した潤滑油をケーシングの下部に効果的に導くことができる。
前記電気自動車用駆動装置は、前記車輪ハブが駆動輪を直接駆動するインホイールモータ駆動装置に、あるいは、前記車輪ハブに締結されたドライブシャフトを介して駆動輪を駆動するオンボード駆動装置に使用することができる。
この発明に係る電気自動車用駆動装置においては、上記のように、外ピンハウジングの円筒部に貫通孔を設けることにより、減速機の内部で回転に伴い飛散した潤滑油の内、各部の潤滑に寄与しなかった潤滑油が、貫通孔から外ピンハウジングの外部に飛散し、ケーシングの内径面に付着する。そして、潤滑油が重力によりケーシングの下部のオイルタンクに流れ込むまでの間に、潤滑油の熱がケーシングに熱伝導し、この熱伝導により、潤滑油の温度が低下する。ケーシングは、走行風により冷却されるので、ケーシングとの接触により、潤滑油の油温の上昇が抑制され、結果としてモータ部の温度の上昇も抑制され、航続距離延長、定格出力の向上を図ることができる。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を備えた電気自動車11は、図10に示すように、シャーシ12と、操舵輪としての前輪13と、駆動輪(後輪)14と、左右の駆動輪14それぞれに駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置21とを備える。駆動輪14は、図11に示すように、シャーシ12のホイールハウジング12aの内部に収容され、懸架装置(サスペンション)12bを介してシャーシ12の下部に固定されている。インホイールモータ駆動装置21の搭載形態としては、図10、11で示した後輪駆動方式の他に、前輪駆動方式でも四輪駆動方式のいずれでも構わない。
この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を備えた電気自動車11は、図10に示すように、シャーシ12と、操舵輪としての前輪13と、駆動輪(後輪)14と、左右の駆動輪14それぞれに駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置21とを備える。駆動輪14は、図11に示すように、シャーシ12のホイールハウジング12aの内部に収容され、懸架装置(サスペンション)12bを介してシャーシ12の下部に固定されている。インホイールモータ駆動装置21の搭載形態としては、図10、11で示した後輪駆動方式の他に、前輪駆動方式でも四輪駆動方式のいずれでも構わない。
懸架装置12bは、左右に伸びるサスペンションアームによって駆動輪14を支持すると共に、コイルスプリングとショックアブソーバとを含むストラットによって、駆動輪14が地面から受ける振動を吸収してシャーシ12の振動を抑制する。さらに、左右のサスペンションアームの連結部分には、旋回時等に車体の傾きを抑制するスタビライザが設けられる。なお、懸架装置12bは、路面の凹凸に対する追従性を向上し、駆動輪の駆動力を効率良く路面に伝達するために、左右の車輪を独立して上下させることができる独立懸架式とするのが望ましい。
この電気自動車11は、ホイールハウジング12a内部に、左右の駆動輪14をそれぞれ駆動するインホイールモータ駆動装置21を設けることによって、シャーシ12上にモータ、ドライブシャフト、およびデファレンシャルギヤ機構等を設ける必要がなくなるので、客室スペースを広く確保でき、かつ、左右の駆動輪の回転をそれぞれ制御することができるという利点を備えている。
インホイールモータ駆動装置21は、図1に示すように、駆動力を発生させるモータ部Aと、モータ部Aの回転を減速して出力する減速機Bと、減速機Bからの出力を駆動輪14に伝える車輪ハブCとを備え、モータ部Aと減速機Bとはケーシング22に収納されて、図11に示すように電気自動車11のホイールハウジング12a内に取り付けられる。
上記モータ部Aおよび減速機Bは、ケーシング22内に収容されている。ケーシング22は、モータ部A側のケーシング22aと、減速機B側のケーシング22bとに、仕切壁22cによって仕切られ、仕切壁22cの中心にはモータ部Aのモータ軸24aを挿通する貫通部が形成されている。
モータ部Aは、ケーシング22aの内周面にステータ23を設け、このステータ23の内周に間隔をおいてロータ24を設けたラジアルギャップタイプのものを使用している。
ロータ24は、モータ軸24aを中心部に有し、そのモータ軸24aは減速機Bの入力軸30と接続して減速機Bのケーシング22b内に挿入され、軸受25a、25bによってケーシング22に対して回転自在に支持されている。
減速機Bのケーシング22bには、下部に潤滑油のオイルタンク41が設けられ、オイルタンク41内の潤滑油をオイルポンプ42によって吸い込み、モータ部Aと減速機Bに潤滑油を供給し、潤滑と冷却を行っている。
潤滑油を減速機Bの内部に供給する給油通路43は、モータ部Aの回転を減速する減速機Bの出力回転を利用して駆動されるオイルポンプ42の吐出口からケーシング22aの内側に沿って後方へと延び、ケーシング22aの後方から、モータ軸24aの内部通路44と減速機Bの入力軸30の内部通路45を経て、減速機Bのケーシング22b内に至る通路、およびオイルタンク41からオイルポンプ42の吸入口に至る吸込通路46により構成される。そして、オイルポンプ42から供給された潤滑油は、減速機Bの入力軸30の内部通路45に設けられた半径方向の油孔45a、45bから遠心力によって飛散して、減速機B内を潤滑及び冷却している。いわゆる軸心給油方式を採用している。
潤滑油の帰還通路は、減速機Bのケーシング22bの底部に設けられた排出口47、およびオイルタンク41により構成される。
オイルポンプ42は、図4に示すように、減速機Bの回転を利用して回転するインナーロータ72と、インナーロータ72の回転に伴って従動回転するアウターロータ73と、ポンプ室74と、吸込通路46に連通する吸入口75と、給油通路43に連通する吐出口76とを備えるサイクロイドポンプである。
インナーロータ72は、外径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。具体的には、歯先部分72aの形状がエピサイクロイド曲線、歯溝部分72bの形状がハイポサイクロイド曲線となっている。このインナーロータ72は、減速機Bの出力軸33と一体回転する。
アウターロータ73は、内径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。具体的には、歯先部分73aの形状がハイポサイクロイド曲線、歯溝部分73bの形状がエピサイクロイド曲線となっている。このアウターロータ73は、ポンプケース77に回転自在に支持されている。
インナーロータ72は、回転中心c1を中心として回転する。一方、アウターロータ73は、インナーロータの回転中心c1と異なる回転中心c2を中心として回転する。また、インナーロータ72の歯数をnとすると、アウターロータ73の歯数は(n+1)となる。なお、この実施形態においては、n=5としている。
インナーロータ72とアウターロータ73との間の空間には、複数のポンプ室74が設けられている。そして、インナーロータ72が減速機Bの出力軸33の回転を利用して回転すると、アウターロータ73は従動回転する。このとき、インナーロータ72およびアウターロータ73はそれぞれ異なる回転中心c1、c2を中心として回転するので、ポンプ室74の容積は連続的に変化する。これにより、吸入口75から流入した潤滑油が吐出口76から給油通路43に圧送される。
減速機Bのケーシング22bには、図1に示すように、下部に潤滑油のオイルタンク41が設けられ、オイルタンク41内の潤滑油を吸込通路46を通じてオイルポンプ42によって吸い込み、モータ部Aと減速機Bに潤滑油を供給し、潤滑と冷却を行っている。
サイクロイド式の減速機Bは、図1〜図3に示すように、入力軸30に設けられた偏心軸部30a、30bによって2枚の曲線板31を回転自在に支持し、それらの曲線板31の外周に形成された波形歯形31aを減速機Bのケーシング22bの内側に配設された外ピン32に噛合し、上記入力軸30の回転により曲線板31を偏心揺動運動させ、その曲線板31の自転を入力軸30と同軸上に配置された出力軸33から出力し、車輪ハブCを回転させている。
減速機Bのケーシング22bの内側に配設された外ピン32の数は、曲線板31の外周の波形歯形31aより多い。
外ピン32は、図2に示すように、減速機Bのケーシング22bの内径面に隙間を介して位置する外ピンハウジング50に支持されている。外ピンハウジング50は、減速機Bのケーシング22bに対してアウター側とインナー側に、フローティングボルト59によってフローティング支持されている。フローティングボルト59は、回転軸線Oを中心とする円周上に等間隔に配置され、外ピンハウジング側固定部59aとケーシング側固定部59bとを有し、外ピンハウジング側固定部59aとケーシング側固定部59bの間に、外ピンハウジング50の軸方向の外側面に固定される外ピンサイドプレート58の固定フランジ59cが設けられている。
外ピンハウジング50は、円筒部51と、円筒部51の軸方向両端部から径方向内側に延びる一対のリング部52とを備える。
入力軸30は、図1に示すように、その一端部がスプライン嵌合によりロータ24のモータ軸24aに接続されてモータ部Aにより回転駆動されるようになっており、その他端部に偏心軸部30a、30bが設けられている。
偏心軸部30a、30bは、図2に示すように、入力軸30の軸方向に一対設けられている。その一対の偏心軸部30a、30bは、円筒状外径面の中心が周方向に180°位相がずれるようにして設けられ、その一対の偏心軸部30a、30bのそれぞれの外径面に転がり軸受34が嵌合されている。
偏心軸部30a、30bには、油孔45a、45bが設けられ、この油孔45a、45bから入力軸30の内部通路45を通る潤滑油が飛散し、各部の転動面、摺動面を潤滑する。
偏心軸部30a、30bには、油孔45a、45bが設けられ、この油孔45a、45bから入力軸30の内部通路45を通る潤滑油が飛散し、各部の転動面、摺動面を潤滑する。
一対の偏心軸部30a、30bを設けた入力軸30には、一対の偏心軸部30a、30bを挟むように一対のカウンタウェイト35を、周方向に180°位相をずらして設けている。
曲線板31は、転がり軸受34によって入力軸30に回転自在に支持され、その外周に形成された波形歯形31aはトロコイド曲線歯形とされている。図3に示すように、曲線板31には、回転軸心を中心とする一つの円上に複数のピン孔36が等間隔に形成され、軸方向に並ぶ一対のピン孔36のそれぞれに内ピン37が余裕をもって挿入され、その内ピン37に回転自在に支持されたころ軸受37aの外周一部がピン孔36の内周一部に接触している。
減速機Bは、図2に示すように、偏心軸部30a、30bに回転自在に保持される公転部材としての2枚の曲線板31と、曲線板31の外周部の波形歯形31aに係合する複数の外ピン32と、曲線板31の自転運動を出力する出力軸33と、2枚の曲線板31の隙間に取り付けられてこれら曲線板31の端面に当接して曲線板31の傾きを防止するセンターカラー38とを備える。
出力軸33は、フランジ部33aと軸部33bとを有する。図1に示すように、フランジ部33aには、出力軸33の回転軸線Oを中心とする円周上に、内ピン37が等間隔に固定されている。軸部33bの外径面には、セレーション(またはスプライン)によりトルク伝達可能な状態で車輪ハブCが設けられている。複数の内ピン37を介しフランジ部33a、33aが連結された出力軸33のモータ部A側の端部には、オイルポンプ42のインナーロータ72に接続するポンプ駆動軸33cが設けられている。
外ピン32は、入力軸30の回転軸線Oの円周軌道上に等間隔に設けられる。そして、曲線板31が公転運動すると、外周の波形歯形31aと外ピン32とが係合して、曲線板31に自転運動を生じさせる。
図2に示すように、外ピンハウジング50の一対のリング部52の内周には、出力軸33が軸受90を介して回転自在に支持されている。また、出力軸33のフランジ部33aの内径面と入力軸30の外径面とは、軸受91を介して相対的に回転可能に支持されている。
曲線板31は、出力軸33の対向するフランジ部33a間に組み込まれている。また、出力軸33の対向するフランジ部33aには、組み込まれた曲線板31のピン孔36を貫通する内ピン37の両端が支持されている。
出力軸33の対向するフランジ部33aに支持された複数の内ピン37は、入力軸30の回転軸線Oを中心とする円周軌道上に等間隔に設けられ、曲線板31との摩擦抵抗を低減するために、2枚の曲線板31の各ピン孔36の内壁面に当接する位置に針状ころ軸受37aがそれぞれ設けられている。ピン孔36の内径寸法は、内ピン37の外径寸法(「針状ころ軸受37aを含む最大外径」を指す。以下同じ。)より所定分大きく設定されている。
車輪ハブCは、図1に示すように、出力軸33の軸部33bの外径面にセレーション(またはスプライン)によりトルク伝達可能な状態で嵌合連結された内輪部材81と、内輪部材81をケーシング22bに対して回転自在に保持する外輪部材82とを備える。内輪部材81と外輪部材82とは複列アンギュラ玉軸受を構成し、内輪部材81と外輪部材82の間に複列の転動体83を設置している。内輪部材81には、車輪取付けフランジ部84が一体に設けられている。
外ピン32は、ケーシング22bに直接保持されているわけではなく、図1及び図2に示すように、ケーシング22bの内径面にフローティング状態に支持された外ピンハウジング50に保持されている。
インホイールモータ駆動装置21においては、軽量化の観点からケーシング22は、アルミ合金やマグネシウム合金等の軽金属で形成し、高い強度が求められる外ピンハウジング50は、鋼で形成するのが望ましい。
外ピンハウジング50は、図5に示すように、円筒部51と、円筒部51の軸方向両端部から径方向内側に延びる一対のリング部52とを備える。
一対のリング部52は、径方向の外周側に位置する外側面部52aと、径方向の内周側に位置し、外側面部52aの外方に突出する厚肉の内側面部52bとからなる。
また、外ピンハウジング50の円筒部51の下部には、円筒部51を軸方向に分割するスリット53を設けている。
外ピンハウジング50の一対のリング部52には、厚み方向に貫通する複数の外ピン保持孔54を設けている。外ピン保持孔54は、図2に示すように、それぞれ入力軸30の回転軸線Oと平行な方向に延び外ピン32の両端を保持している。外ピン32の両端は、外ピン保持孔54に対して針状ころ軸受55を介して支持されている。針状ころ軸受55は、外輪55aと、この外輪55aの内周面と外ピン32の外周面とを転走面にした針状ころ55bとからなる。針状ころ軸受55の外輪55aは、外ピン保持孔54の内面に嵌合されている。
また、一対のリング部52の対応する外ピン保持孔54は、周方向の同位置に互いに対面するように設けられている。即ち、一対の外ピン保持孔54の中心軸線は一致し、外ピンハウジング50を減速機Bのケーシング22bに取り付けると、この外ピン保持孔54の中心軸線は、入力軸30の回転軸線Oと平行になる。
これにより、外ピン32を入力軸30の回転軸線Oと平行に保持することができる。なお、一対の外ピン保持孔54は同時加工で形成することができるので、対向する外ピン保持孔54の中心軸線を比較的簡単に一致させることができる。
図5に示すように、一対のリング部52の径方向の内周側に位置する厚肉の内側面部52bには、外ピン保持孔54に連続するように、溝形のザグリ部56が形成されている。
一対のリング部52の径方向の外周側に位置する外側面部52aには、図2に示すように、外ピン保持孔54に挿入した外ピン32の軸方向の抜け出しを防止する外ピンサイドプレート58がフローティングボルト59によって固定されている。
外ピンサイドプレート58は、図5に示すように、外ピンハウジング50の外側面部52aに設けられた固定孔52cとフローティングボルト59により締結されている。
外ピンハウジング50の円筒部51には、図2及び図5に示すように、外ピンハウジング50の円筒部51を貫通し、ケーシング22bの内径面と外ピンハウジング50内とを連通させる貫通孔57を設けている。
この貫通孔57は、図5に示すように、外ピン保持孔54の位相に合わせて、外ピンハウジング50の円筒部51の上半部に設けられている。
即ち、外ピンハウジング50の円筒部51の貫通孔57は、径方向に形成され、下部のスリット53部分を除いて周方向に複数個有し、おおむね中心線より上部に位置している。
貫通孔57の周方向の位相としては、外ピン保持孔54のある位相に設けるのがよい。外ピン保持孔54のある位相に設けると、貫通孔57の加工の深さが浅いため、加工時間を短縮できる。
この貫通孔57は、すべての外ピン保持孔54がある位相に開ける必要はなく、例えば、図6に示す実施形態のように、外ピン保持孔54のある位相の1個飛びに形成するようにしてもよい。
このように、外ピンハウジング50の円筒部51に貫通孔57を設けることにより、減速機Bの内部で回転に伴い飛散した潤滑油の内、各部の潤滑に寄与しなかった潤滑油が、貫通孔57から外ピンハウジング50の外部に飛散し、ケーシング22bの内径面に付着する。そして、潤滑油が重力によりケーシング22bの下部のオイルタンク41に流れ込むまでの間に、潤滑油の熱がケーシング22bに熱伝導し、この熱伝導により、潤滑油の温度が低下する。ケーシング22bは、走行風により冷却されているので、ケーシング22bとの接触により、潤滑油の油温の上昇が抑制され、結果としてモータ部Aの温度の上昇も抑制され、航続距離延長、定格出力の向上を図ることができる。
また、外ピンハウジング50の貫通孔57から外部に飛散した潤滑油は、ケーシング22bの内径面に付着し、冷却された潤滑油がしずく(油滴)となって、外ピンハウジング50の上部に位置する貫通孔57から滴下し、再び外ピンハウジング50の内部(減速機Bの内部)に戻ることで、減速機Bを冷却することもできる。
次に、図6及び図7に示す実施形態では、外ピンハウジング50の円筒部51の外径面には、外ピンハウジング50の外径面に付着した潤滑油が、外ピンハウジング50の外径面とケーシング22bの内径面との間を伝って下部のオイルタンク41に導き易くするために、円周溝61を設けている。この円周溝61は、図6に示す実施形態では、貫通孔57を挟むように貫通孔57の両側に2本設け、図7に示す実施形態では、周方向に設けられた貫通孔57を繋ぐように、中央に1本設けている。
また、サイクロイド式の減速機Bの潤滑は、オイルポンプ42から供給された潤滑油が、入力軸30の内部通路45を通り、偏心軸部30a、30bに設けた油孔45a、45bから飛散し飛沫となって、また、外ピンハウジング50の内部に溜まった潤滑油が、曲線板31の回転で掻き上げられ飛沫となって、各部の転動面、摺動面を潤滑する。
公転部材としての2枚の曲線板31の間には、曲線板31の傾きを防止するセンターカラー38を設けている。このため、このセンターカラー38にも、図8に示すように、径方向のスリット60を設け、入力軸30から偏心軸部30a、30bの油孔45a、45bを通って飛散した潤滑油が、センターカラー38のスリット60を通って飛散するようにすることが望ましい。このスリット60は、センターカラー38の両面に、周方向に位相をずらして交互に設けている。
センターカラー38のスリット60から飛散した潤滑油を効率よく外ピンハウジング50の外部に出すためには、外ピンハウジング50の貫通孔57は、ある程度の大きさが必要である。
ただし、外ピンハウジング50の貫通孔57が大きすぎると外ピンハウジング50の剛性・強度が低下する。低剛性による減速機Bの変形は、減速機Bからの異音発生の原因となる。そのため、貫通孔57の径φAは、センターカラー38の幅寸法aより大きくし、センターカラー38と曲線板31の総幅bより小さくし、また、スリット60から飛散した潤滑油が貫通孔57を通るように、貫通孔57の軸方向の位置は、センターカラー38の両幅面が貫通孔57内に位置するように配置する(図2参照)。
例えば、曲線板31が、2枚の場合には、貫通孔57の径φAは、下記式(1)を満足するようにする。
(センターカラー38の幅+曲線板31の幅×2)>φA>センターカラー38の幅・・・(1)
また、曲線板31の枚数が2枚以上、z枚(z≧2)の場合には、下記式(2)を満足するようにする。
(センターカラー38の幅×(z−1)+曲線板31の幅×z)>φA>(センターカラー38の幅×(z−1)+曲線板31の幅×(z−2))・・・(2)
外ピンハウジング50の貫通孔57は、丸穴であっても、長穴であってもよいし、多角形状の穴であってもよい。
インホイールモータ駆動装置21は、小型化の観点から、外ピンハウジング50の外径と、ケーシング22bの内径面との距離を小さくしているので、外ピンハウジング50の外部に飛散した潤滑油が、ケーシング22bの内径面と外ピンハウジング50の外径との間に溜まるおそれがある。潤滑油が、ケーシング22bの内径面と外ピンハウジング50の外径との間に溜まると、オイルタンク41から吸い上げられる潤滑油が不足し、各部の潤滑不良を引き起こす可能性がある。このため、飛散した潤滑油がケーシング22bの内径面を伝って底部に設けられた排出口47からオイルタンク41に流れ込みやすくするために、図9に示すように、円周溝62を設け、さらに、ケーシング22bの内径面の底部に、円周溝62と排出口47とを繋ぐ交差溝63を設けている。図9の実施形態では、円周溝62を2本設けているが、1本でもよい。
上記構成のインホイールモータ駆動装置21のモータ部Aは、例えば、ステータ23のコイルに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、永久磁石または磁性体によって構成されるロータ24が回転する。
これにより、ロータ24に接続されたモータ軸24aが回転すると、曲線板31はモータ軸24aの回転軸線Oを中心として公転運動する。このとき、外ピン32が、曲線板31の曲線形状の波形歯形と転がり接触するよう係合して、曲線板31をモータ軸24aの回転とは逆向きに自転運動させる。
曲線板31のピン孔36に挿通する内ピン37は、ピン孔36の内径よりも十分に細く、曲線板31の自転運動に伴ってピン孔36の内壁面と当接する。これにより、曲線板31の公転運動が内ピン37に伝わらず、曲線板31の自転運動のみが出力軸33を介して車輪ハブCに伝達される。
このとき、回転軸線Oと同軸に配置された出力軸33は、減速機Bの出力軸として曲線板31の自転を取り出し、モータ軸24aの回転が減速機Bによって減速されて出力軸33に伝達されるので、低トルク、高回転型のモータ部Aを採用した場合でも、駆動輪に必要なトルクを伝達することが可能となる。
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減速機Bを採用することにより、コンパクトで高減速比のインホイールモータ駆動装置21を得ることができる。また、外ピン32を外ピンハウジング50に対して回転自在とし、内ピン37の曲線板31に当接する位置に針状ころ軸受37aを設けたことにより、摩擦抵抗が低減されるので、減速機Bの伝達効率が向上する。
前記の実施形態においては、減速機Bの曲線板31を180°位相を変えて2枚設けたが、この曲線板の枚数は任意に設定することができ、例えば、曲線板を3枚設ける場合は、120°位相を変えて設けるとよい。
また、前記の実施形態において、曲線板31を支持する転がり軸受34として円筒ころ軸受の例を示したが、これに限ることなく、例えば、すべり軸受、深溝玉軸受、円錐ころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受、アンギュラ玉軸受、4点接触玉軸受等、すべり軸受であるか転がり軸受であるかを問わず、転動体がころであるか玉であるかを問わず、さらには複列か単列かを問わず、あらゆる軸受を適用することができる。また、その他の場所に配置される軸受についても、同様に任意の形態の軸受を採用することができる。
また、前記の実施形態においては、モータ部Aに、ケーシング22aに固定されるステータ23と、ステータ23の内側に径方向の隙間を空けて対面する位置に配置されるロータ24とを備えるラジアルギャップモータを採用した例を示したが、これに限ることなく、任意の構成のモータを適用可能である。例えばステータとロータとが軸方向に開いた隙間を介して対向配置されるアキシアルギャップモータであってもよい。
また、前記の実施形態においては、オイルポンプ42は、減速機Bの回転を利用してインナーロータ72が回転する例を示したが、これに限ることなく、モータ部Aのロータ24の回転を利用してインナーロータが回転するオイルポンプ、あるいは別途設けた電動モータによりインナーロータが回転するオイルポンプであってもよい。
また、前記の実施形態においては、電気自動車用駆動装置として車輪ハブCが駆動輪を直接駆動するインホイールモータ駆動装置21の例を示したが、これに限ることなく、インホイールモータ駆動装置21を車体側のサスペンションメンバにて支持し、左右一対の駆動輪をそれぞれ等速ジョイント等のドライブシャフトで駆動する、いわゆるオンボード駆動装置としても適用可能である。
また、前記の実施形態においては、電気自動車用駆動装置が走行風によって冷却される、いわゆる空冷の例を示したが、電気自動車用駆動装置のケーシング内に水路を設け、冷却水を循環させラジエターにて外気と熱交換し冷却する、いわゆる水冷の電気自動車用駆動装置であってもよい。
さらに、この発明に係る電気自動車用駆動装置を搭載した電気自動車は、後輪を駆動輪としてもよく、また、前輪を駆動輪としてもよく、4輪駆動車であってもよい。なお、本明細書中で「電気自動車」とは、電力から駆動力を得る全ての自動車を含む概念であり、例えば、ハイブリッドカー等をも含むものとして理解すべきである。
11 :電気自動車
12 :シャーシ
12a :ホイールハウジング
12b :懸架装置
13 :前輪
14 :駆動輪
21 :インホイールモータ駆動装置
22 :ケーシング
22a :ケーシング
22b :ケーシング
22c :仕切壁
23 :ステータ
24 :ロータ
24a :モータ軸
25a :軸受
25b :軸受
30 :入力軸
30a :偏心軸部
30b :偏心軸部
31 :曲線板
31a :波形歯形
32 :外ピン
33 :出力軸
33a :フランジ部
33b :軸部
33c :ポンプ駆動軸
34 :転がり軸受
35 :カウンタウェイト
36 :ピン孔
37 :内ピン
37a :軸受
38 :センターカラー
41 :オイルタンク
42 :オイルポンプ
43 :給油通路
44 :内部通路
45 :内部通路
45a :油孔
45b :油孔
46 :吸込通路
47 :排出口
50 :外ピンハウジング
51 :円筒部
52 :リング部
52a :外側面部
52b :内側面部
52c :固定孔
53 :スリット
54 :外ピン保持孔
55 :軸受
55a :外輪
55b :針状ころ
56 :ザグリ部
57 :貫通孔
58 :外ピンサイドプレート
59 :フローティングボルト
59a :外ピンハウジング側固定部
59b :ケーシング側固定部
59c :固定フランジ
60 :スリット
61 :円周溝
62 :円周溝
63 :交差溝
72 :インナーロータ
72a :歯先部分
72b :歯溝部分
73 :アウターロータ
73a :歯先部分
73b :歯溝部分
74 :ポンプ室
75 :吸入口
76 :吐出口
77 :ポンプケース
81 :内輪部材
82 :外輪部材
83 :転動体
84 :車輪取付けフランジ部
90 :軸受
91 :軸受
A :モータ部
B :減速機
C :車輪ハブ
O :回転軸線
a :幅寸法
b :総幅
c1 :回転中心
c2 :回転中心
φA :径
12 :シャーシ
12a :ホイールハウジング
12b :懸架装置
13 :前輪
14 :駆動輪
21 :インホイールモータ駆動装置
22 :ケーシング
22a :ケーシング
22b :ケーシング
22c :仕切壁
23 :ステータ
24 :ロータ
24a :モータ軸
25a :軸受
25b :軸受
30 :入力軸
30a :偏心軸部
30b :偏心軸部
31 :曲線板
31a :波形歯形
32 :外ピン
33 :出力軸
33a :フランジ部
33b :軸部
33c :ポンプ駆動軸
34 :転がり軸受
35 :カウンタウェイト
36 :ピン孔
37 :内ピン
37a :軸受
38 :センターカラー
41 :オイルタンク
42 :オイルポンプ
43 :給油通路
44 :内部通路
45 :内部通路
45a :油孔
45b :油孔
46 :吸込通路
47 :排出口
50 :外ピンハウジング
51 :円筒部
52 :リング部
52a :外側面部
52b :内側面部
52c :固定孔
53 :スリット
54 :外ピン保持孔
55 :軸受
55a :外輪
55b :針状ころ
56 :ザグリ部
57 :貫通孔
58 :外ピンサイドプレート
59 :フローティングボルト
59a :外ピンハウジング側固定部
59b :ケーシング側固定部
59c :固定フランジ
60 :スリット
61 :円周溝
62 :円周溝
63 :交差溝
72 :インナーロータ
72a :歯先部分
72b :歯溝部分
73 :アウターロータ
73a :歯先部分
73b :歯溝部分
74 :ポンプ室
75 :吸入口
76 :吐出口
77 :ポンプケース
81 :内輪部材
82 :外輪部材
83 :転動体
84 :車輪取付けフランジ部
90 :軸受
91 :軸受
A :モータ部
B :減速機
C :車輪ハブ
O :回転軸線
a :幅寸法
b :総幅
c1 :回転中心
c2 :回転中心
φA :径
Claims (8)
- 駆動力を発生させるモータ部と、モータ部の回転を減速して出力する減速機と、減速機からの出力を駆動輪に伝える車輪ハブとを備え、前記減速機が、前記モータ部によって回転駆動される入力軸と、入力軸に設けられた偏心軸部によって入力軸に回転自在に支持され、外周に波形歯形が形成された曲線板と、減速機のケーシングの内側に配設され、曲線板の外周の波形歯形に噛合する外ピンとを有し、外ピンを、減速機のケーシングの内径面に回り止めされた外ピンハウジングに支持し、外ピンハウジングは、減速機のケーシングの内径面に設けられた円筒部と、円筒部の両端から内向きに形成された一対のリング部とからなり、外ピンハウジングの一対のリング部に外ピン保持孔を円周方向に複数設け、その外ピン保持孔内に組み込んだ軸受により外ピンを回転自在に支持し、入力軸の回転により曲線板を偏心揺動運動させて、その曲線板の自転を前記入力軸と同軸上に配置された出力軸から出力するようにしたサイクロイド式の減速機とされた電気自動車用駆動装置において、前記外ピンハウジングの円筒部に、ケーシングの内径面と外ピンハウジング内とを連通させる貫通孔を設けたことを特徴とする電気自動車用駆動装置。
- 前記貫通孔が外ピンハウジングの円筒部の上半部に設けられている請求項1記載の電気自動車用駆動装置。
- 前記曲線板が軸方向にセンターカラーを挟んで複数枚設けられ、曲線板と曲線板との間のセンターカラーに、径方向のスリットを設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の電気自動車用駆動装置。
- 前記貫通孔の軸方向の幅が、センターカラーの軸方向の幅よりも大きく、かつ
曲線板とセンターカラーの軸方向の総幅よりも小さく、センターカラーの両幅面が、貫通孔内に位置することを特徴とする請求項3記載の電気自動車用駆動装置。 - 前記外ピンハウジングの円筒部の外径面に、円周溝を設けたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の電気自動車用駆動装置。
- 減速機のケーシングの内径面に、円周溝を設けたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の電気自動車用駆動装置。
- 前記車輪ハブが駆動輪を直接駆動するインホイールモータ駆動装置であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかの項に記載の電気自動車用駆動装置。
- 前記車輪ハブに締結されたドライブシャフトを介して駆動輪を駆動するオンボード駆動装置であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかの項に記載の電気自動車用駆動装置。
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JP2014002101A Pending JP2015129570A (ja) | 2014-01-09 | 2014-01-09 | 電気自動車用駆動装置 |
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US20230003293A1 (en) * | 2019-12-02 | 2023-01-05 | Audi Ag | Drive apparatus for a vehicle |
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CN105114544B (zh) * | 2015-09-21 | 2017-10-31 | 陈伟 | 双区式夹层箱体风冷动平衡内摆线减速箱 |
CN105114543B (zh) * | 2015-09-21 | 2017-10-31 | 陈伟 | 双区式夹层箱体水冷动平衡内摆线减速箱 |
CN109250028B (zh) | 2017-07-14 | 2022-02-25 | 罗伯特·博世有限公司 | 电动车辆及其车轮组件 |
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JP5312132B2 (ja) * | 2009-03-25 | 2013-10-09 | Ntn株式会社 | インホイールモータ駆動装置 |
JP2012202457A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Ntn Corp | サイクロイド減速機及びインホイールモータ駆動装置 |
JP5952002B2 (ja) * | 2012-01-23 | 2016-07-13 | Ntn株式会社 | 車輪駆動装置 |
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2014
- 2014-01-09 JP JP2014002101A patent/JP2015129570A/ja active Pending
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2015
- 2015-01-06 WO PCT/JP2015/050133 patent/WO2015105097A1/ja active Application Filing
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11971094B2 (en) * | 2019-12-02 | 2024-04-30 | Audi Ag | Drive apparatus for a vehicle |
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WO2015105097A1 (ja) | 2015-07-16 |
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