JP2016054622A - 電動機 - Google Patents
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Abstract
【課題】電動機のケースのねじり振動の発生を抑制して当該ねじり振動に起因した騒音を低減化する。【解決手段】モータMG2のステータS2は、車両に搭載されるトランスアクスル1のトランスアクスルケース4を構成する第2ケース42に3本のボルト11〜13を用いて取り付けられ、3本のボルト11〜13のうち、車両の上下方向における最も中央寄りのボルト12に沿ったトランスアクスルケース4に対するステータS2の取り付け剛性は、他のボルト11,13に沿った取り付け剛性よりも高くなっている。【選択図】図2
Description
本発明は、ロータと、複数のボルトを用いてケースに取り付けられるステータとを有し、車両に搭載される電動機に関する。
従来、この種の電動機として、円筒部の外周面に間隔をおいて形成された3個のフランジ部を有すると共にフランジ部の中央の結合部でケース(ハウジング)に取り付けられるステータを有するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この電動機では、ステータの中心と隣り合う結合部とを結ぶ線のなす角度が120°とされ、ステータの中心とフランジ部の円筒部に対する取付部(ブリッジ部)とを結ぶ線と、ステータの中心と結合部とを結ぶ線とのなす角度が30°とされる。これにより、電動機が振動したときに結合部で発生するモーメントの向きが同一方向となると共にフランジ部のたわみの向きが同一方向となり、各フランジ部が独立して変形することから、ケースの径方向および軸方向の振動が低減化されることになる。
ところで、ロータやステータのコイルを電流が流通することで電動機がトルクを発生する際には、電流の高調波成分による強制力によってステータが周方向、すなわち軸心周りに振動する。かかるステータのねじり振動が発生すると、ステータが固定されたケースもステータ等の軸心周りに振動してしまい、ケースの形状によっては、このようなケースのねじり振動によりケース内の空気の圧力変化が生じ、放射音すなわち騒音が大きくなってしまうおそれがある。そして、上述の特許文献1に記載の電動機では、ケースの径方向および軸方向の振動を低減化することができるものの、ステータのねじり振動に起因したケースの振動(ねじり振動)を良好に抑制することができない。
そこで、本発明は、ケースのねじり振動の発生を抑制して当該ねじり振動に起因した騒音を低減化することができる電動機の提供を主目的とする。
本発明による電動機は、ロータと、少なくとも3本のボルトを用いてケースに取り付けられるステータとを有し、車両に搭載される電動機において、前記少なくとも3本のボルトのうち、前記車両の上下方向における最も中央寄りの1本に沿った前記ケースに対する前記ステータの取り付け剛性が、他のボルトに沿った前記取り付け剛性よりも高いことを特徴とする。
この電動機は、車両に搭載されるものであり、ロータと、少なくとも3本のボルトを用いてケースに取り付けられるステータとを有する。そして、この電動機では、少なくとも3本のボルトのうち、車両の上下方向における最も中央寄りの1本に沿ったケースに対するステータの取り付け剛性が、他のボルトに沿った取り付け剛性よりも高くなっている。これにより、ステータ(コイル)を流通する電流の高調波成分による強制力が当該ステータに作用した際、ステータは、上記1本のボルトを基点として車両の上下方向に振れる(片振れする)ことになる。従って、ステータの振動に伴ってケースで発生する振動は、車両の上下方向に沿った曲げ振動となる。このように、この電動機では、ステータおよびケースでねじり振動が発生しないようにすることができるので、ケースのねじり振動による当該ケース内の空気の圧力変化に起因して放射音が大きくなってしまうのを抑制し、当該ねじり振動に起因した騒音を良好に低減化することが可能となる。
また、上記ケースは、車両に搭載されるトランスアクスルのトランスアクスルケースであってもよく、当該トランスアクスルケースの下部には、前記車両の上下方向に沿って延在する側壁部が含まれてもよい。更に、トランスアクスルケースの下部には、オイルパンが取り付けられてもよい。また、複数のボルトはステータに挿通されてもよく、各ボルトの先端部はケースに螺合されてもよく、ステータは、車両の上下方向における最も中央寄りの1本のボルトのボルト頭部側でケースに固定されてもよい。この場合、ステータは、上記1本のボルトのボルト頭部側で、ブラケット、あるいはロータの軸受を保持するカバーと当該1本のボルトとを介してケースに固定されてもよい。更に、ステータは、上記1本のボルトのボルト頭部側で樹脂を介してケースに固着されてもよく、上記1本のボルトのボルト頭部側でケースに溶接されてもよい。
次に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。
図1は、本発明による電動機としてのモータMG1およびMG2を含むトランスアクスル1を示す部分断面図である。同図に示すトランスアクスル1は、後輪駆動式のハイブリッド車両に搭載され、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料と空気との混合気の爆発燃焼により動力を発生する図示しないエンジン(内燃機関)に接続されるものである。トランスアクスル1は、モータMG1およびMG2に加えて、シングルピニオン式の動力分配遊星歯車2と、変速機3と、これらを収容するトランスアクスルケース4とを含む。
モータMG1は、同期発電電動機として構成されており、ステータコアや複数のコイル等を有すると共にトランスアクスルケース4に取り付けられる略円筒状のステータS1と、ステータS1の内部に配置されるロータR1とを有する。モータMG1は、主に、負荷運転されるエンジンにより駆動されて電力を生成する発電機として動作し、図示しない第1のインバータを介してハイブリッド車両に搭載されたバッテリ(図示省略)と電力をやり取りする。モータMG2も、同期発電電動機として構成されており、ステータコアや複数のコイル等を有すると共にトランスアクスルケース4に取り付けられる略円筒状のステータS2と、ステータS2の内部に配置されるロータR2とを有する。モータMG2は、主に、ハイブリッド車両に搭載されたバッテリからの電力およびモータMG1からの電力の少なくとも何れか一方により駆動されて動力を発生する電動機として動作する。モータMG2は、図示しない第2のインバータを介してバッテリと電力をやり取りする。
動力分配遊星歯車2は、外歯歯車であるサンギヤ(第1要素)21と、サンギヤ21と同心円上に配置される内歯歯車であるリングギヤ(第2要素)22と、それぞれサンギヤ21およびリングギヤ22に噛合する複数のピニオンギヤ23と、複数のピニオンギヤ23を自転(回転)自在かつ公転自在に保持するプラネタリキャリヤ(第3要素)24とを有するシングルピニオン式遊星歯車である。図1に示すように、サンギヤ21は、モータMG1のロータR1に固定された第1ロータシャフトRS1に接続される。また、リングギヤ22は、モータMG2のロータR2に固定された第2ロータシャフトRS2内に挿通される出力軸OSに接続され、出力軸OSおよび変速機3を介してモータMG2のロータR2に連結される。更に、プラネタリキャリヤ24は、ドライブプレート5、ダンパ機構6およびモータMG1の第1ロータシャフトRS1内に挿通される入力軸ISを介してエンジンのクランクシャフトCSに連結される。
変速機3は、ラビニヨ式遊星歯車(複合遊星歯車機構)30、第1ブレーキB1および第2ブレーキB2を含む。ラビニヨ式遊星歯車30は、外歯歯車である第1サンギヤ31および第2サンギヤ32と、内歯歯車であるリングギヤ33と、プラネタリキャリヤ34とを有する。図示するように、プラネタリキャリヤ34は、大径ピニオンギヤと小径ピニオンギヤとを一体化した複数のロングピニオンギヤ(段付ギヤ)35と、複数のショートピニオンギヤ36とをそれぞれ自転(回転)自在かつ公転自在に保持する。第1サンギヤ31は、ロングピニオンギヤ35の大径ピニオンギヤに噛合し、第2サンギヤ32は、ショートピニオンギヤ36に噛合する。また、ロングピニオンギヤ35の小径ピニオンギヤは、ショートピニオンギヤ36に噛合し、ショートピニオンギヤ36は、リングギヤ33に噛合する。また、第2サンギヤ32は、モータMG2の第2ロータシャフトRS2に接続され、プラネタリキャリヤ34は、出力軸OSに接続される。
第1ブレーキB1は、ラビニヨ式遊星歯車30の第1の固定可能要素である第1サンギヤ31を静止部材としてのトランスアクスルケース4に対して回転不能に固定(接続)すると共に当該第1サンギヤ31をトランスアクスルケース4に対して回転自在に解放するものである。第2ブレーキB2は、ラビニヨ式遊星歯車30の第2の固定可能要素であるリングギヤ33をトランスアクスルケース4に対して回転不能に固定(接続)すると共に当該リングギヤ33をトランスアクスルケース4に対して回転自在に解放するものである。本実施形態において、第1および第2ブレーキB1,B2は、ピストン、摩擦プレートおよびセパレータプレート、作動油が供給される係合油室等により構成される油圧サーボを有する多板摩擦式油圧ブレーキとして構成され、機械式のオイルポンプ7により吐出された作動油を調圧する油圧制御装置8からの油圧により係合または解放させられる。
変速機3の第1ブレーキB1を解放させた状態で第2ブレーキB2を係合させれば、ロータR2の回転速度を比較的大きな減速比で減速させながらモータMG2からのトルクを出力軸OSに伝達することができる。また、第2ブレーキB2を解放させた状態で第1ブレーキB1を係合させれば、ロータR2の回転速度を比較的小さな減速比で減速させながらモータMG2からのトルクを出力軸OSに伝達することができる。更に、第1および第2ブレーキB1,B2を共に解放させれば、モータMG2のロータR2を出力軸OSから切り離すことができる。また、第1および第2ブレーキB1,B2を共に係合させれば、モータMG2のロータR2や出力軸OSの回転を禁止することができる。
トランスアクスルケース4は、図1に示すように、車両前部側に配置される筒状の第1ケース41と、図示しないボルト等を介して第1ケース41に連結(固定)される筒状の第2ケース42と、図示しないボルト等を介して第2ケース42に連結(固定)されて車両後部側に配置される筒状の第3ケース43とを含む。図1に示すように、第1ケース41は、ドライブプレート5やダンパ機構6、モータMG1等を収容すると共に、動力分配遊星歯車2やオイルポンプ7を部分的に包囲する。モータMG1のステータS1は、図示するように、第1ケース41に取り付けられる。また、第1ケース41には、ステータS1やロータR1の車両前部側の端部を覆うと共に第1ロータシャフトRS1の一端を支持する軸受(図1では図示省略)を保持するカバー41aが固定される。更に、当該第1ケース41の内周面からは、ステータS1やロータR1の車両後部の端部を覆うと共に第1ロータシャフトRS1の他端を支持する軸受(図1では図示省略)を保持するカバー部41bが延出されている。
第2ケース42は、モータMG2や変速機3を収容すると共に、動力分配遊星歯車2やオイルポンプ7を部分的に包囲する。モータMG2のステータS2は、図示するように、第2ケース42に取り付けられる。また、第2ケース42には、ステータS2やロータR2の車両前部側の端部を覆うと共に第2ロータシャフトRS2の一端を支持する軸受(図3参照)を保持するカバー42aが固定される。更に、当該第2ケース42の内周面からは、ステータS2やロータR2の車両後部側の端部を覆うと共に第2ロータシャフトRS2の一端を支持する軸受(図3参照)を保持するカバー部42bが延出されている。また、第2ケース42の下部は開放されており、当該第2ケース42の下側の側壁部42wは、車両の上下方向(鉛直方向)に沿って延在する(図2参照)。そして、第2ケース42の下側の側壁部42wには、開口を塞ぐようにオイルパン9が取り付けられ、側壁部42wやオイルパン9等により画成される空間内には、図1に示すように、油圧制御装置8が収容される。第3ケース43は、変速機3の一部や出力軸OSに取り付けられたパーキングギヤ、出力軸OSを支持する図示しない軸受等を収容する。
次に、図2および図3を参照しながら、トランスアクスルケース4に対するモータMG1およびMG2のステータS1,S2の取付構造について説明する。本実施形態のトランスアクスル1において、トランスアクスルケース4に対するステータS1,S2の取付構造は基本的に共通であり、ここでは、モータMG2を例にとって、トランスアクスルケース4に対するステータS1,S2の取付構造について説明する。
図2に示すように、ステータS2には、それぞれ外周面から径方向外側に突出すると共にステータS2の軸方向に延在する複数(本実施形態では、3個)のボルト挿通部SBが周方向に間隔をおいて形成されている。ステータS2の各ボルト挿通部SBには、貫通孔が形成されており、各ボルト挿通部SBの貫通孔には、長尺のボルト11,12または13が挿通される。そして、各ボルト11,12,13の先端部は、図3に示すように、第2ケース42に形成された対応する締結孔42hに螺合される。
本実施形態において、3本のボルト11〜13のうち、車両の上下方向において最も上側に位置するボルト11が螺合される締結孔42hは、それぞれステータS2の軸心を通って車両の上下方向(図2における上下方向)と45°をなすと共に互いに直交する2つの平面P1,P2により区画される4つの領域のうち、上側の領域Au内に含まれるように第2ケース42に形成される。また、3本のボルト11〜13のうち、車両の上下方向において最も下側に位置するボルト13が螺合される締結孔42hは、2つの平面P1,P2により区画される4つの領域のうち、下側の領域Al内に含まれるように第2ケース42に形成される。そして、3本のボルト11〜13のうち、車両の上下方向において最も中央寄りに位置するボルト12が螺合される締結孔42hは、2つの平面P1,P2により区画される領域のうち、側方に位置する2つの領域Asの一方に含まれるように第2ケース42に形成される。なお、ボルト11および13が螺合される締結孔42hは、平面P1またはP2に近接しているのであれば、2つの領域Asのうち、ボルト12用の締結孔42hが含まれない他方に含まれるように形成されてもよい。
ステータS2すなわちボルト挿通部SBの貫通孔に挿通されたボルト11〜13が第2ケース42の対応する締結孔42h(トランスアクスルケース4)に螺合される結果、ステータS2(ステータコア)の一方すなわち車両後部側の端面(図1および図3における右側の端面)は、各締結孔42hを囲むように第2ケース42に形成された締結座面42zと当接する。また、車両の上下方向における最も上側に位置するボルト11および最も下側に位置するボルト13のボルト頭部の座面は、ステータS2(ステータコア)の他方すなわち車両前部側の端面(図1および図3における左側の端面)と当接する図示しないワッシャの表面と当接する。
これに対して、車両の上下方向において最も中央寄りに位置するボルト12のボルト頭部と、ステータS2(ステータコア)の車両前部側の端面との間には、図3に示すように、ワッシャと共に略L字状の断面形状を有するブラケット45の一端部が介設される。すなわち、ボルト12は、ワッシャやブラケット45の一端部に形成された貫通孔を介してステータS2のボルト挿通部SBの貫通孔に挿入される。そして、ブラケット45の他端部は、図3に示すように、ボルトを介して第2ケース42の側壁部に締結・固定される。これにより、ステータS2は、ボルト12のボルト頭部側(ボルト頭部の近傍)で、ブラケット45と当該ボルト12とを介して第2ケース42に固定される。
すなわち、ボルト11,13が挿通されるステータS2のボルト挿通部SBは、ボルト11,13の軸力のみによって第2ケース42に締結されるのに対して、ボルト12が挿通されるボルト挿通部SBは、当該ボルト12の軸力により第2ケース42に締結されると共に、ボルト12のボルト頭部近傍でブラケット45を介して第2ケース42に固定される。この結果、3本のボルト11〜13のうち、車両の上下方向における最も中央寄りの1本のボルト12に沿った第2ケース42に対するステータS2の取り付け剛性、すなわち当該ボルト12周辺でのステータS2のねじれ難さは、他のボルト11および13に沿った取り付け剛性(ねじれ難さ)よりも高くなる。
上述のようにしてトランスアクスルケース4の第2ケース42に取り付けられるステータS2を有するモータMG2がトルクを発生する際には、ステータS2(コイル)を流通する電流の高調波成分による強制力が当該ステータS2に作用する。この際、モータMG2では、車両の上下方向における最も中央寄りの1本のボルト12に沿った第2ケース42に対するステータS2の取り付け剛性が他のボルト11および13に沿った取り付け剛性よりも高くなっていることから、ステータS2は、図4において破線矢印で示すように、ボルト12を基点として車両の上下方向に振れる(片振れする)ことになる。従って、ステータS2の振動に伴って第2ケース42(トランスアクスルケース4)で発生する振動は、図4において実線矢印で示すように、車両の上下方向に沿った曲げ振動となる。
このように、モータMG2を含むトランスアクスル1では、ステータS2および第2ケース42(トランスアクスルケース4)のねじり振動の発生を抑制することができるので、ねじり振動によって第2ケース42の下側の側壁部42wが振れることでケース内の空気の圧力変化を生じさせてしまうのを抑制することができる。この結果、ケース内の空気の圧力変化が生じることに起因して放射音が大きくなってしまうのを抑制し、トランスアクスルケース4のねじり振動に起因した騒音を良好に低減化することが可能となる。そして、トランスアクスル1では、モータMG1のステータS1もモータMG2のステータS2と同様にしてトランスアクスルケース4を構成する第1ケース41に取り付けられる。従って、トランスアクスル1では、ステータS1および第1ケース41(トランスアクスルケース4)のねじり振動の発生をも抑制することができる。この結果、トランスアクスルケース4のねじり振動によりケース内の空気の圧力変化が生じることに起因した騒音を極めて良好に低減化することができる。
以上説明したように、モータMG2(MG1)のステータS2(S1)は、車両に搭載されるトランスアクスル1のトランスアクスルケース4(第2ケース42)に3本のボルト11〜13を用いて取り付けられる。そして、3本のボルト11〜13のうち、車両の上下方向における最も中央寄りのボルト12に沿ったトランスアクスルケース4に対するステータS2の取り付け剛性は、他のボルト11,13に沿った取り付け剛性よりも高くなっている。これにより、ステータS2(コイル)を流通する電流の高調波成分による強制力が当該ステータS2に作用した際、ステータは、上記1本のボルトを基点として車両の上下方向に振れ(片振れし)、ステータS2の振動に伴ってトランスアクスルケース4で発生する振動は、車両の上下方向に沿った曲げ振動となる。この結果、トランスアクスルケース4のねじり振動に起因した騒音を極めて良好に低減化することが可能となる。
また、トランスアクスル1では、トランスアクスルケース4を構成する第2ケース42の下部に車両の上下方向に沿って延在する側壁部42wが含まれると共に、第2ケース42の下部にオイルパン9が取り付けられる。このようなトランスアクスル1に上述のようなステータS1,S2の取付構造を適用すれば、トランスアクスルケース4のねじり振動によって側壁部42wがケース内の空気の圧力変化を生じさせてしまうのを抑制し、当該圧力変化に起因して放射音が大きくなってしまうのを極めて良好に抑制することが可能となる。
ただし、例えばトランスアクスルケース4の一方の側部に油圧制御装置8が配置される場合のように、トランスアクスルケース4の上側壁部や下側壁部の一部が略水平に延在する場合には、車両の幅方向または前後方向(水平方向)における最も中央寄りのボルトに沿ったトランスアクスルケース4に対するステータS2の取り付け剛性を他のボルトに沿った取り付け剛性よりも高くしてもよい。そして、モータMG1,MG2のステータS1,S2は、4本以上のボルトを用いてトランスアクスルケース4に取り付けられてもよい。この場合には、車両の上下方向等における両端に位置する2つのボルト間の当該上下方向等における中央に最も近接するボルトに沿った取り付け剛性を他のボルトに沿った取り付け剛性よりも高くすればよい。
更に、上記実施形態において、ステータS2(S1)は、車両の上下方向における最も中央寄りの1本のボルト12のボルト頭部側でブラケット45および当該ボルト12を介してトランスアクスルケース4に固定されるが、これに限られるものではない。すなわち、ステータS2(S1)は、車両の上下方向における最も中央寄りの1本のボルト12のボルト頭部側(ボルト頭部の近傍)で、第2ロータシャフトRS2の軸受を保持するカバー42a(締結孔42hの位置によっては、カバー部42b、モータMG1の場合、カバー41aまたはカバー部42b)と当該ボルト12とを介してトランスアクスルケース4に固定されてもよい。また、ステータS2(S1)は、図3において二点鎖線で示すように、ボルト12のボルト頭部側(ボルト頭部の近傍)で樹脂(例えば接着剤)47を介してトランスアクスルケース4に固着されてもよく、ボルト12のボルト頭部側(ボルト頭部の近傍)でトランスアクスルケース4に溶接されてもよい。
なお、上述のトランスアクスル1は、2体のモータMG1およびMG2を含むものであるが、1体のモータのみを含むように構成されてもよい。また、トランスアクスル1は、後輪駆動式のハイブリッド車両に搭載されるものであるが、前輪駆動式のハイブリッド車両に搭載されるように構成されてもよい。更に、上述のようなステータの取付構造は、トランスアクスルケースと一体化されるモータ以外の電動機に適用され得ることはいうまでもない。
なお、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記発明を実施するための形態は、あくまで課題を解決するための手段の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。
本発明は、電動機や、電動機を含むトランスアクスルの製造産業等において利用可能である。
1 トランスアクスル、2 動力分配遊星歯車、3 変速機、4 トランスアクスルケース、5 ドライブプレート、6 ダンパ機構、7 オイルポンプ、8 油圧制御装置、9 オイルパン、11,12,13 ボルト、21 サンギヤ、22 リングギヤ、23 ピニオンギヤ、24 プラネタリキャリヤ、30 ラビニヨ式遊星歯車、31 第1サンギヤ、32 第2サンギヤ、33 リングギヤ、34 プラネタリキャリヤ、35 ロングピニオンギヤ、36 ショートピニオンギヤ、41 第1ケース、41a,42a カバー、41b,42b カバー部、42 第2ケース、42h 締結孔、42w 側壁部、42z 締結座面、43 第3ケース、45 ブラケット、47 樹脂、B1 第1ブレーキ、B2 第2ブレーキ、CS クランクシャフト、IS 入力軸、MG1,MG2 モータ、OS 出力軸、P1,P2 平面、R1,R2 ロータ、RS1 第1ロータシャフト、RS2 第2ロータシャフト、S1,S2 ステータ。
Claims (1)
- ロータと、少なくとも3本のボルトを用いてケースに取り付けられるステータとを有し、車両に搭載される電動機において、
前記少なくとも3本のボルトのうち、前記車両の上下方向における最も中央寄りの1本に沿った前記ケースに対する前記ステータの取り付け剛性が、他のボルトに沿った前記取り付け剛性よりも高いことを特徴とする電動機。
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