JP2017078449A - Left and right wheel drive unit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、独立した二つの駆動源からの駆動トルクを左右の駆動輪にトルク差を増幅して伝達することができる左右輪駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a left and right wheel drive device capable of amplifying a torque difference and transmitting drive torque from two independent drive sources to left and right drive wheels.
電気自動車等の車両において、左右の駆動輪にそれぞれ電動モータを配置して、各電動モータを独立して制御することにより左右輪に適宜駆動トルク差を与えて、これにより車両の旋回モーメントを制御することが知られている。例えば、各電動モータがそれぞれ減速機を介して左右の駆動輪に独立して接続されている場合、各電動モータの回転速度はそれぞれの減速機で減速され、かつ、各電動モータの出力トルクはそれぞれの減速機で増幅されて左右駆動輪に伝達される。ここで、車両の右旋回時と左旋回時の挙動を同様とするために、各電動モータは同じ出力特性とされ、それぞれの減速機も同じ減速比とされる。このため、左右駆動輪間に駆動トルク差を与えるには、電動モータ間にトルク差を与えることとなるが、それぞれの減速比が同じであるため、左右駆動輪のそれぞれの駆動トルクと左右駆動輪間の駆動トルク差の比率は、各電動モータのそれぞれの出力トルクと各電動モータ間の出力トルク差の比率と同じである。換言すれば、電動モータ間の出力トルク差の減速比倍より大きな駆動トルク差を左右駆動輪間に与えることができない。 In vehicles such as electric cars, electric motors are arranged on the left and right drive wheels, respectively, and each electric motor is controlled independently to give an appropriate drive torque difference between the left and right wheels, thereby controlling the turning moment of the vehicle It is known to do. For example, when each electric motor is independently connected to the left and right drive wheels via a reduction gear, the rotational speed of each electric motor is reduced by the respective reduction gear, and the output torque of each electric motor is Amplified by each reduction gear and transmitted to the left and right drive wheels. Here, in order to make the behavior of the vehicle right and left turn the same, each electric motor has the same output characteristics, and each reduction gear has the same reduction ratio. Therefore, in order to give a drive torque difference between the left and right drive wheels, a torque difference is given between the electric motors. However, since the respective reduction ratios are the same, the drive torque and the left and right drive of the left and right drive wheels The ratio of the drive torque difference between the wheels is the same as the ratio of the output torque difference between the electric motors and the output torque difference between the electric motors. In other words, a drive torque difference larger than the reduction ratio times the output torque difference between the electric motors cannot be given between the left and right drive wheels.
ところで、車両のスムーズな旋回走行の実現や、極端なアンダーステア、極端なオーバーステア等の車両の挙動変化を抑制するために、左右の駆動輪の間に大きな駆動トルクの差を発生させることが有効な場合がある。そのため、二つの電動モータから出力されるトルクの差を増幅し左右の駆動輪に伝達することが望まれる。 By the way, it is effective to generate a large drive torque difference between the left and right drive wheels in order to achieve smooth turning of the vehicle and to suppress changes in vehicle behavior such as extreme understeer and extreme oversteer. There is a case. For this reason, it is desirable to amplify the difference between the torques output from the two electric motors and transmit them to the left and right drive wheels.
そこで、特許文献1及び2には、二つの駆動源と左右の駆動輪との間に、3要素2自由度の遊星歯車機構を同軸上に二つ組み合わせた歯車装置を備え、トルクの差を増幅した左右輪駆動装置が開示されている。
Therefore,
特許文献1に開示された左右輪駆動装置(以下、従来技術1という。)を図5及び図6を参照して説明する。図5は、従来技術1に係る左右駆動輪装置を示すスケルトン図、図6は従来技術1に係る左右輪駆動装置によるトルク差増幅率を説明するための速度線図である。
A left and right wheel drive device (hereinafter referred to as Conventional Technology 1) disclosed in
左右輪駆動装置100は、車両に搭載された第1電動モータ102及び第2電動モータ103と、左駆動輪104L及び右駆動輪104Rと、これらの間に設けられる歯車装置105と減速ギヤ列106、107、108、109とを備えている。
The left and right
第1電動モータ102及び第2電動モータ103は、車両に搭載されたバッテリ(図示省略)からの電力により動作し、電子制御装置(図示省略)により個別に制御され、異なるトルクを発生させて出力することができる。第1電動モータ102の出力軸102a、第2電動モータ103の出力軸103aは、それぞれ減速ギヤ列106、107を介して歯車装置105の各結合部材111、112に接続される。歯車装置105からの出力は減速ギヤ列108、109を介して左右の駆動輪104L、104Rに与えられる。
The first
歯車装置105は、3要素2自由度の同一の遊星歯車機構110A、110Bが同軸上に二つ組み合わされて構成されている。遊星歯車機構110A、110Bには、例えば、シングルピニオン遊星歯車機構が採用されている。シングルピニオン遊星歯車機構は、同軸上に設けられたサンギヤS及びリングギヤRと、これらサンギヤSとリングギヤRとの間に位置する複数のプラネタリギヤPと、プラネタリギヤPを回動可能に支持しサンギヤS及びリングギヤRと同軸上に設けられた遊星キャリアCとから構成される。ここで、サンギヤSとプラネタリギヤPは外周にギヤ歯を有する外歯歯車であり、リングギヤRは内周にギヤ歯を有する内歯歯車である。プラネタリギヤPはサンギヤSとリングギヤRとに噛み合っている。遊星歯車機構では、キャリアCを固定した場合にサンギヤSとリングギヤRとが逆方向に回転するため、速度線図に表すとリングギヤR及びサンギヤSがキャリアCに対して反対側に配置される。換言すると、リングギヤRはキャリアCを挟んでサンギヤSの反対側に配置される。
The
図6に示す速度線図においては、キャリアCからリングギヤRまでの長さとキャリアCからサンギヤSまでの長さの比は、リングギヤRの歯数Zrの逆数(1/Zr)とサンギヤSの歯数Zsの逆数(1/Zs)との比と等しい。 In the velocity diagram shown in FIG. 6, the ratio of the length from the carrier C to the ring gear R and the length from the carrier C to the sun gear S is the reciprocal (1 / Zr) of the number of teeth Zr of the ring gear R and the teeth of the sun gear S. It is equal to the ratio of the reciprocal number (1 / Zs) of the number Zs.
この歯車装置105は、図5に示すように、サンギヤS1、キャリアC1、プラネタリギヤP1及びリングギヤR1を有する第1遊星歯車機構110Aと、同じくサンギヤS2、キャリアC2、プラネタリギヤP2及びリングギヤR2を有する第2遊星歯車機構110Bとが同軸上に組み合わされて構成されている。
As shown in FIG. 5, the
そして、第1遊星歯車機構110AのサンギヤS1と第2遊星歯車機構110BのリングギヤR2とが結合されて第1結合部材111を形成し、第1遊星歯車機構110AのリングギヤR1と第2遊星歯車機構110BのサンギヤS2とが結合されて第2結合部材112を形成している。第1結合部材111には、第1電動モータ102で発生されたトルクTM1が減速ギヤ列106を介して入力され、第2結合部材112には、第2電動モータ103で発生されたトルクTM2が減速ギヤ列107を介して入力される。また、第1遊星歯車機構110AのキャリアC1及び第2遊星歯車機構110BのキャリアC2は、それぞれ減速ギヤ列108、109を介して左右の駆動輪104L、104Rに接続されて出力が取り出される。
The sun gear S1 of the first
ここで、歯車装置105によって伝達される駆動トルクについて、図6に示す速度線図を用いて説明する。歯車装置105は、二つの同一のシングルピニオン遊星歯車機構110A、110Bを組み合わせて構成されるため、図6に示すように二本の速度線図によって表すことができる。ここでは、分かりやすいように、二本の速度線図を上下にずらし、上側に第1遊星歯車機構110Aの速度線図を示し、下側に第2遊星歯車機構110Bの速度線図を示す。
Here, the driving torque transmitted by the
また、第1遊星歯車機構110Aの速度線図と第2遊星歯車機構110Bの速度線図とは、サンギヤSとリングギヤRとが左右反対に配置される。すなわち、図6において、第1遊星歯車機構110AのサンギヤS1の下に第2遊星歯車機構110BのリングギヤR2が配置され、第1遊星歯車機構110AのリングギヤR1の下に第2遊星歯車機構110BのサンギヤS2が配置される。
Further, in the speed diagram of the first
この歯車装置105は、図6に示す二本の速度線図の両端に位置する要素同士が、図中破線で示すようにそれぞれ結合されて第1結合部材111及び第2結合部材112が形成される。そして、第1結合部材111及び第2結合部材112に、それぞれ第1電動モータ102及び第2電動モータ103から出力されたトルクTM1及びTM2が入力される。ここで本来は、各電動モータ102、103から出力されたトルクTM1及びTM2は各減速ギヤ列106、107を介し各結合部材111、112に入力されるため減速比が掛かるが、以降、理解を容易にするため、速度線図及び各計算式の説明においては減速比を省略し、各結合部材111、112に入力されるトルクをTM1及びTM2のままとする。
In the
一方、速度線図上で中間に位置するキャリアC1、C2から左右の駆動輪104L、104Rに伝達される駆動トルクTL、TRが出力される。
On the other hand, drive torques TL and TR transmitted to the left and
このように構成された歯車装置105によって、第1電動モータ102及び第2電動モータ103で発生させる各駆動トルクTM1、TM2にトルク差(入力トルク差)ΔTIN(=TM2−TM1)を与えることで、左駆動輪104Lに伝達される駆動トルクTLと右駆動輪104Rに伝達される駆動トルクTRとに駆動トルク差ΔTOUT(=TL−TR)を発生させることができる。すなわち、この歯車装置105によれば、以下の式(1)の関係が得られる。なお、係数αはトルク差増幅率である。
By giving the torque difference (input torque difference) ΔTIN (= TM2−TM1) to the drive torques TM1 and TM2 generated by the first
(TL−TR)=α×(TM2−TM1) …(1) (TL-TR) = α × (TM2-TM1) (1)
この従来技術1に係る歯車装置105のトルク差増幅率αについて説明する。ここでは、二つのシングルピニオン遊星歯車機構110A、110Bは、同一の歯数の歯車要素を使用しているため、速度線図においてはリングギヤR1とキャリアC1との距離及びリングギヤR2とキャリアC2との距離は等しく、これをaとする。また、サンギヤS1とキャリアC1との距離及びサンギヤS2とキャリアC2との距離も等しく、これをbとする。
The torque difference amplification factor α of the
左右両端の第1結合部材111、第2結合部材112に、それぞれ第1電動モータ102、第2電動モータ103のトルクTM1、TM2を入力し、キャリアC1、C2から駆動トルクTL、TRを取り出す。
Torques TM1 and TM2 of the first
トルクの入力と出力の関係から、以下の式(2)が得られる。
TR+TL=TM1+TM2 …(2)
From the relationship between torque input and output, the following equation (2) is obtained.
TR + TL = TM1 + TM2 (2)
また、図中の左端(R1、S2部)を基準としたモーメントの式は以下の式(3)となる。なお、図6において、矢印M方向が+のモーメント方向を示している。
0=aTL+bTR−(a+b)TM1 …(3)
Also, the equation of moment with reference to the left end (R1, S2 portion) in the figure is the following equation (3). In FIG. 6, the arrow M direction indicates the + moment direction.
0 = aTL + bTR− (a + b) TM1 (3)
これら式(2)、(3)からTL、TRについてまとめると、以下の(4)、(5)式となる。 Summarizing TL and TR from these equations (2) and (3), the following equations (4) and (5) are obtained.
TL=((a/(b−a))+1)・TM2−(a/(b−a))・TM1…(4)
TR=((a/(b−a))+1)・TM1−(a/(b−a))・TM2…(5)
TL = ((a / (ba)) + 1) .TM2- (a / (ba)). TM1 (4)
TR = ((a / (ba)) + 1) .TM1- (a / (ba)). TM2 (5)
これら(4)、(5)式から駆動トルク差(TL−TR)は以下の(6)式となる。 From these equations (4) and (5), the drive torque difference (TL-TR) is the following equation (6).
(TL−TR)=((a+b)/(b−a))・(TM2−TM1)…(6) (TL-TR) = ((a + b) / (ba)). (TM2-TM1) (6)
シングルピニオン遊星歯車機構の場合、長さaはリングギヤRの歯数Zrの逆数(1/Zr)、長さbはサンギヤSの歯数Zsの逆数(1/Zs)となるため、上記の式は(7)式のように書き換えられる。 In the case of a single pinion planetary gear mechanism, the length a is the reciprocal (1 / Zr) of the number of teeth Zr of the ring gear R, and the length b is the reciprocal (1 / Zs) of the number of teeth Zs of the sun gear S. Is rewritten as equation (7).
(TL−TR)=((Zr+Zs)/(Zr−Zs))・(TM2−TM1)…(7) (TL-TR) = ((Zr + Zs) / (Zr-Zs)). (TM2-TM1) (7)
上記(7)式よりトルク差増幅率αは、(Zr+Zs)/(Zr−Zs)となる。 From the above equation (7), the torque difference amplification factor α is (Zr + Zs) / (Zr−Zs).
上記したように、この従来技術1では、第1、第2電動モータ102、103からの入力は、S1+R2、S2+R1となり、駆動輪104L、104Rへの出力はC1、C2となる。
As described above, in the
二つの電動モータ102、103で異なるトルクTM1、TM2を発生させて入力トルク差ΔTIN(=(TM2−TM1))を与えると、歯車装置105において入力トルク差ΔTINが増幅され、入力トルク差ΔTINよりも大きな駆動トルク差α・ΔTINを得ることができる。すなわち、入力トルク差ΔTINが小さくても、歯車装置105において所定のトルク差増幅率αで入力トルク差ΔTINを増幅することができ、左駆動輪104Lと右駆動輪104Rとに伝達される駆動トルクTL、TRに、入力トルク差ΔTINよりも大きな駆動トルク差ΔTOUT(=α・(TM2−TM1))を与えることができる。
When different torques TM1 and TM2 are generated by the two
特許文献2に開示された左右輪駆動装置(以下、従来技術2という。)を図7及び図8を参照して説明する。図7は、従来技術2に係る左右駆動輪装置を示すスケルトン図、図8は従来技術2に係る左右輪駆動装置によるトルク差増幅率を説明するための速度線図である。なお、図7においては、従来技術1との差を分かりやすくするために、左右に電動モータ102、103を配置して従来例1と同様の図にし、同一構成部分には同一符号を付している。
The left and right wheel drive device disclosed in Patent Document 2 (hereinafter referred to as Conventional Technology 2) will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a skeleton diagram showing the left and right drive wheel device according to the
図7に示すように、左右輪駆動装置100は、車両に搭載された第1電動モータ102及び第2電動モータ103と、左駆動輪104L及び右駆動輪104Rと、これらの間に設けられる歯車装置105と減速ギヤ列106、107とを備えている。
As shown in FIG. 7, the left and right
第1電動モータ102及び第2電動モータ103は、車両に搭載されたバッテリ(図示省略)からの電力により動作し、電子制御装置(図示省略)により個別に制御され、異なるトルクを発生させて出力することができる。第1電動モータ102の出力軸102a、第2電動モータ103の出力軸103aは、それぞれ減速ギヤ列106、107を介して歯車装置105のサンギヤS1、S2に接続される。歯車装置105からの出力は左右の駆動輪104L、104Rに与えられる。
The first
従来技術1と同様に従来技術2の歯車装置105は、3要素2自由度の同一の遊星歯車機構110A、110Bが同軸上に二つ組み合わされて構成されている。遊星歯車機構110A、110Bには、例えば、シングルピニオン遊星歯車機構が採用されている。
Like the
そして、第1遊星歯車機構110Aの遊星キャリアC1と第2遊星歯車機構110BのリングギヤR2とが結合されて第1結合部材111を形成し、第1遊星歯車機構110AのリングギヤR1と第2遊星歯車機構110Bの遊星キャリアC2とが結合されて第2結合部材112を形成している。第1電動モータ102で発生されたトルクTM1が減速ギヤ列106を介して第1遊星歯車機構110AのサンギヤS1に入力され、第2電動モータ103で発生されたトルクTM2が減速ギヤ列107を介して第2の遊星歯車機構110BのサンギヤS2に入力される。
Then, the planet carrier C1 of the first
また、第1結合部材111、第2の結合部材112は、それぞれ左右の駆動輪104L、104Rに接続されて出力が取り出される。
The
上記したように、この従来技術2では、電動モータ102、103からの入力は、S1、S2となり、駆動輪104L、104Rへの出力は、C1+R2、C2+R1となる。
As described above, in the
ここで、従来技術2の歯車装置105によって伝達される駆動トルクについて、図8に示す速度線図を用いて説明する。歯車装置105は、二つの同一のシングルピニオン遊星歯車機構110A、110Bを組み合わせて構成されるため、図8に示すように二本の速度線図によって表すことができる。ここでは、分かりやすいように、二本の速度線図を上下にずらし、上側に第1遊星歯車機構110Aの速度線図を示し、下側に第2遊星歯車機構110Bの速度線図を示す。また、従来技術1での説明と同様に、以降の速度線図及び各計算式の説明においては各減速ギヤ列106、107での減速比を省略し、各サンギヤS1、S2に入力されるトルクをTM1及びTM2のままとする。
Here, the driving torque transmitted by the
本歯車装置105は、図8に示す遊星キャリアC1とリングギヤR2、遊星キャリアC2とリングギヤR1が、図中破線で示すようにそれぞれ結合されて第1結合部材111及び第2結合部材112が形成される。そして、サンギヤS1、S2にそれぞれ第1電動モータ102及び第2電動モータ103から出力されたトルクTM1及びTM2が入力される。一方、速度線図上で中間に位置する第1の結合部材111、第2の結合部材112から左右の駆動輪104L、104Rに伝達される駆動トルクTL、TRが出力される。
In the
このように構成された歯車装置105によっても、第1電動モータ102及び第2電動モータ103で発生させる各駆動トルクTM1、TM2にトルク差(入力トルク差)ΔTIN(=TM2−TM1)を与えることで、左駆動輪104Lに伝達される駆動トルクTLと右駆動輪104Rに伝達される駆動トルクTRとに駆動トルク差ΔTOUT(=TL−TR)を発生させることができる。
Also with the
この従来技術2に係る歯車装置105のトルク差増幅率αについて説明する。この従来技術2においても、二つのシングルピニオン遊星歯車機構110A、110Bは、同一の歯数の歯車要素を使用しているため、速度線図においてはリングギヤR1とキャリアC1との距離及びリングギヤR2とキャリアC2との距離は等しく、これをaとする。また、サンギヤS1とキャリアC1との距離及びサンギヤS2とキャリアC2との距離も等しく、これをbとする。
The torque difference amplification factor α of the
この従来技術2においては、図8の速度線図が得られ、速度線図において、トルクの釣り合いを考えると、トルク差増幅率αを求めることができる。なお、図8において、矢印M方向が+のモーメント方向を示している。
In this
S2の点を基準にしたモーメントMの釣り合いから下記(8)式が算出される。
b・TR+(a+b)・TL−(a+2b)・TM1=0 …(8)
S1の点を基準にしたモーメントMの釣り合いから下記(9)式が算出される。
−b・TL−(a+b)・TR+(a+2b)・TM2=0 …(9)
The following equation (8) is calculated from the balance of moment M with reference to the point of S2.
b.TR + (a + b) .TL- (a + 2b) .TM1 = 0 (8)
The following equation (9) is calculated from the balance of moment M with respect to the point of S1.
-B.TL- (a + b) .TR + (a + 2b) .TM2 = 0 (9)
(8)式+(9)式より、下記(10)式が算出される。
a・(TR−TL)―(a+2b)・(TM2−TM1)=0
(TR−TL)=((a+2b)/a)・(TM2−TM1) …(10)
The following expression (10) is calculated from the expression (8) + the expression (9).
a. (TR-TL)-(a + 2b). (TM2-TM1) = 0
(TR-TL) = ((a + 2b) / a). (TM2-TM1) (10)
(10)式の(a+2b)/aがトルク差増幅率αとなる。
a=1/Zr、b=1/Zsを代入すると、α=(2Zr+Zs)/Zsとなる。
(A + 2b) / a in the equation (10) is the torque difference amplification factor α.
When a = 1 / Zr and b = 1 / Zs are substituted, α = (2Zr + Zs) / Zs.
上記したように、この従来技術2では、電動モータ102、103からの入力は、S1、S2、駆動輪104L、104Rへの出力はC1+R2、C2+R1であり、トルク差増幅率αは、(2Zr+Zs)/Zsである。
As described above, in the
上記したように、従来技術1及び2に記載のものにおいては、二つの電動モータ102、103で異なるトルクTM1、TM2を発生させて入力トルク差ΔTINを与えると、歯車装置105において入力トルク差ΔTINが増幅され、入力トルク差ΔTINよりも大きな駆動トルク差ΔTOUTを得ることができる。
As described above, in the
ところで、上記した従来技術1及び2はトルク差増幅機構である2つの遊星歯車機構を接続する結合部材にリングギヤRが含まれるため、左右どちらかのリンクギヤRと別部材を繋ぐ結合部材の1つが必ず他方のリングギヤRより大径とならなければならないため、装置が大型化するという問題があった。
In the
電動モータとこれら歯車装置を車体に搭載する場合には、小型化を図ることが望ましい。そこで、この発明は、トルク差増幅機構を小さくして、トルク差増幅機構を含む左右駆動輪装置を小型、軽量化することを課題とする。 When the electric motor and these gear devices are mounted on the vehicle body, it is desirable to reduce the size. Accordingly, an object of the present invention is to reduce the torque difference amplifying mechanism to reduce the size and weight of the left and right drive wheel device including the torque difference amplifying mechanism.
前記の課題を解決するために、この発明は、車両に搭載され独立して制御可能な二つの駆動源と、左右の駆動輪と、前記二つの駆動源と前記左右の駆動輪との間に設けられ、3要素2自由度の遊星歯車機構を同軸上に二つ組み合わせた歯車装置と、を備えた左右輪駆動装置であって、前記遊星歯車機構は、それぞれ入力用のリングギヤと、前記リングギヤと同軸上に設けられた出力用の遊星キャリアと、前記リングギヤと同軸上に設けられたサンギヤと、を有し、前記歯車軸装置は、一方の前記遊星キャリアと他方のサンギヤとを結合する第1結合部材と、一方のサンギヤと他方の遊星キャリアとを結合する第2の結合部材とを有し、一方の前記駆動源は、一方のリングギヤに接続され、他方の前記駆動源は、他方のリングギヤに接続され、
一方の前記駆動輪は前記第1の結合部材と接続され、他方の前記駆動輪は前記第2の結合部材と接続されたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides two drive sources mounted on a vehicle and independently controllable, left and right drive wheels, and between the two drive sources and the left and right drive wheels. A left and right wheel drive device provided with two coaxial elements of three-element two-degree-of-freedom planetary gear mechanisms on the same axis, wherein each of the planetary gear mechanisms includes an input ring gear and the ring gear. And an output planetary carrier provided coaxially with the ring gear and a sun gear provided coaxially with the ring gear, and the gear shaft device is configured to couple one planetary carrier with the other sun gear. One coupling member, and a second coupling member that couples one sun gear and the other planet carrier, wherein one of the drive sources is connected to one ring gear, and the other drive source is coupled to the other Connected to the ring gear,
One of the driving wheels is connected to the first coupling member, and the other driving wheel is connected to the second coupling member.
また、前記歯車装置は、前記第1の結合部材と前記第2の結合部材が同軸上に配置されると共に、一方の結合部材が中空軸、他方の結合部材が中空軸に挿通される軸を有し、二つの遊星歯車軸の間を通る軸が2重構造に構成することができる。 In the gear device, the first coupling member and the second coupling member are arranged coaxially, and one coupling member has a hollow shaft and the other coupling member has a shaft inserted through the hollow shaft. And a shaft passing between the two planetary gear shafts can be configured in a double structure.
そして、前記挿通される軸は、一端が前記他方のサンギヤに接続された回転軸であり、他端が前記一方のサンギヤの中心を貫通して設けられ、二つの前記遊星歯車機構を繋ぐように構成することができる。 The inserted shaft is a rotating shaft having one end connected to the other sun gear and the other end is provided through the center of the one sun gear so as to connect the two planetary gear mechanisms. Can be configured.
また、前記二つの駆動源は、いずれも電動モータで構成すればよい。 Further, both of the two drive sources may be constituted by electric motors.
また、前記駆動源の出力軸と前記遊星歯車機構の入力用リングギヤとの間に減速用歯車機構を設け、前記歯車装置と駆動輪との間に減速用歯車機構を設けてもよい。 A reduction gear mechanism may be provided between the output shaft of the drive source and the input ring gear of the planetary gear mechanism, and a reduction gear mechanism may be provided between the gear device and the drive wheel.
以上のように、この発明によれば、トルク差増幅機構である歯車装置の2つの遊星歯車機構の接続は、サンギヤと遊星キャリアの接続であり、リングギヤより大径な接続部材は必要としないので、トルク差増幅機構を小さくすることができ、トルク差増幅機構を含む左右輪駆動装置を小型、軽量化することができる。 As described above, according to the present invention, the connection between the two planetary gear mechanisms of the gear device that is the torque difference amplifying mechanism is a connection between the sun gear and the planet carrier, and a connection member larger in diameter than the ring gear is not required. The torque difference amplification mechanism can be reduced, and the left and right wheel drive device including the torque difference amplification mechanism can be reduced in size and weight.
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。
図4に示す電気自動車AMは、後輪輪駆動方式であり、シャーシ50と、後輪としての駆動輪4L、4Rと、前輪14L、14Rと、この発明に係る左右輪駆動装置1、バッテリ6、インバータ7等を備える。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
The electric vehicle AM shown in FIG. 4 is a rear wheel drive system, and includes a
左右輪駆動装置1は、車両に搭載された第1電動モータ2及び第2電動モータ3と、左駆動輪4L及び右駆動輪4Rと、これらの間に設けられる歯車装置5と減速ギヤ列15、16とを備えている。左右輪駆動装置1からの出力が等速ジョイント8を介して左右の駆動輪4L、4Rに伝達される。この実施形態では、第1電動モータ2及び第2電動モータ3は、同一の最大出力を有する同一規格の電動モータを用いる。
The left and right
なお、左右輪駆動装置1の搭載形態としては、図4に示す後輪駆動方式の他、前輪駆動方式、四輪駆動方式でもよい。
In addition, as a mounting form of the left and right
図1及び図4に示すように、第1電動モータ2及び第2電動モータ3は、車両に搭載されたバッテリ6からインバータ7を介して与えられた電力により動作する。そして、第1電動モータ2及び第2電動モータ3は、電子制御装置(図示省略)により個別に制御され、異なるトルクを発生させて出力することができる。第1電動モータ2の出力軸2a、第2電動モータ3の出力軸3aは、それぞれ減速ギヤ列15、16を介して歯車装置5のリングギヤR1、R2に接続される。歯車装置5からの出力は左右の駆動輪4L、4Rに与えられる。減速ギヤ列15、16は同じ歯数比で構成される。
As shown in FIGS. 1 and 4, the first
歯車装置5は、3要素2自由度の同一の遊星歯車機構10A、10Bが同軸上に二つ組み合わされて構成されている。遊星歯車機構10A、10Bには、例えば、シングルピニオン遊星歯車機構が採用されている。シングルピニオン遊星歯車機構は、同軸上に設けられたサンギヤS及びリングギヤRと、これらサンギヤSとリングギヤRとの間に位置する複数のプラネタリギヤPと、プラネタリギヤPを回動可能に支持しサンギヤS及びリングギヤRと同軸上に設けられた遊星キャリアCとから構成される。ここで、サンギヤSとプラネタリギヤPは外周にギヤ歯を有する外歯歯車であり、リングギヤRは内周にギヤ歯を有する内歯歯車である。プラネタリギヤPはサンギヤSとリングギヤRとに噛み合っている。
The
上述したように、遊星歯車機構では、キャリアCを固定した場合にサンギヤSとリングギヤRとが逆方向に回転するため、速度線図に表すとリングギヤR及びサンギヤSがキャリアCに対して反対側に配置される。 As described above, in the planetary gear mechanism, when the carrier C is fixed, the sun gear S and the ring gear R rotate in opposite directions. Therefore, the ring gear R and the sun gear S are opposite to the carrier C in the velocity diagram. Placed in.
この歯車装置5は、図1に示すように、サンギヤS1、キャリアC1、プラネタリギヤP1及びリングギヤR1を有する第1遊星歯車機構10Aと、同じくサンギヤS2、キャリアC2、プラネタリギヤP2及びリングギヤR2を有する第2遊星歯車機構10Bとが同軸上に組み合わされて構成されている。
As shown in FIG. 1, the
そして、第1遊星歯車機構10Aの遊星キャリアC1と第2遊星歯車機構10BのサンギヤS2とが結合されて第1結合部材11を形成し、第1遊星歯車機構10AのサンギヤS1と第2遊星歯車機構10Bの遊星キャリアC2とが結合されて第2結合部材12を形成している。
Then, the planet carrier C1 of the first
第1遊星歯車機構10AのリングギヤR1に第1電動モータ2で発生したトルクTM1が減速ギヤ列15を介して入力され、第2遊星歯車機構10BのリングギヤR2に第2電動モータ3で発生したトルクTM2が減速ギヤ列15を介して入力される。
Torque TM1 generated by the first
第1結合部材11は左の駆動輪4Lに接続され駆動トルクTLが取り出される。第2結合部材12は右駆動輪4Rに接続され駆動トルクTRが取り出される。
The
図2は、この発明の他の実施形態を示すスケルトン図である。この他の実施形態においては、第1、第2電動モータ2、3からの出力は減速ギヤ列を介さずに、第1、第2の遊星歯車機構10A、10BのそれぞれのリングギヤR1、R2に与えられ、第1結合部材11、第2結合部材12からの出力が第1、第2電動モータ2、3の中空軸の出力軸2a、3aの内部を通り減速ギヤ列17、18を介して減速してから駆動輪4L、4Rに与えられる。減速ギヤ列17、18は同じ歯数比で構成される。その他の構成は図1に示す実施形態と同じである。
FIG. 2 is a skeleton diagram showing another embodiment of the present invention. In this other embodiment, the outputs from the first and second
そして、上記した図1及び図2の例では、第2結合部材12は、歯車装置5の軸心に沿って延在する中空軸を含んで構成されており、その内部には第1結合部材11が挿通されている。第1結合部材11は、歯車装置5の軸心に沿って延在する軸を含んで構成されており、第1結合部材11及び第2結合部材12は同軸上に配置されて、これらの軸は二重構造となっている。
In the example of FIGS. 1 and 2 described above, the
第1結合部材11は、例えば、中実軸で構成され、中実軸である第1結合部材11は、その一端(図中右端)がサンギヤS2の回転軸であり、他端(図中左端)がサンギヤS1を貫通して設けられ、遊星キャリアC1に接続されている。また、中空軸である第2結合部材12は、一端(図中左端)がサンギヤS1の回転軸となっており、他端(図中右端)は遊星キャリアC2と接続されている。このようにして、二つの遊星歯車機構10A、10Bを繋いでいる。
The
また、図2の例では、第1結合部材11から減速ギヤ列17への接続、遊星キャリアC2から減速ギヤ列18への接続が、それぞれの電動モータ2、3のモータ軸を貫通して設けられている。すなわち、電動モータ2、3のモータ軸は、中空軸を含んで構成され、それぞれの減速ギヤ列17、18と接続する軸とが同軸上に配置され、これらの軸は二重構造となっている。
2, the connection from the
なお、図1の例では、減速ギヤ列を介さずに歯車装置5からの出力を駆動輪4L、4Rに伝達しているが、減速ギヤ列を介して歯車装置5からの出力を伝達するように構成してもよい。また、図2の例では電動モータ2、3からの出力を減速ギヤ列を介さずに歯車装置5に伝達しているが、減速ギヤ列を介して電動モータ2、3からの出力を伝達するように構成してもよい。
In the example of FIG. 1, the output from the
ここで、歯車装置5によって伝達される駆動トルクについて、図3に示す速度線図を用いて説明する。歯車装置5は、二つの同一のシングルピニオン遊星歯車機構10A、10Bを組み合わせて構成されるため、図3に示すように二本の速度線図によって表すことができる。ここでは、分かりやすいように、二本の速度線図を上下にずらし、上側に第1遊星歯車機構10Aの速度線図を示し、下側に第2遊星歯車機構10Bの速度線図を示す。また本来は、図1においては各電動モータ2、3から出力されたトルクTM1及びTM2は各減速ギヤ列15、16を介し各リングギヤR1、R2に入力されるため減速比が掛かる、あるいは、図2においては歯車装置5から取り出された駆動トルクTL、TRは各減速ギヤ列17、18を介し左右の駆動輪4L、4Rへ伝達されるため減速比が掛かるが、以降、理解を容易にするため、従来技術1、2での説明と同様に、速度線図及び各計算式の説明においては減速比を省略し、各リングギヤR1、R2に入力されるトルクをTM1及びTM2のまま、駆動トルクはTL、TRのまま、とする。
Here, the driving torque transmitted by the
二つのシングルピニオン遊星歯車機構10A、10Bは、同一の歯数の歯車要素を使用しているため、速度線図においてはリングギヤR1とキャリアC1との距離及びリングギヤR2とキャリアC2との距離は等しく、これをaとする。また、サンギヤS1とキャリアC1との距離及びサンギヤS2とキャリアC2との距離も等しく、これをbとする。キャリアCからリングギヤRまでの長さとキャリアCからサンギヤSまでの長さの比は、リングギヤRの歯数Zrの逆数(1/Zr)とサンギヤSの歯数Zsの逆数(1/Zs)との比と等しい。よって、a=(1/Zr)、b=(1/Zs)である。
Since the two single pinion
R2の点を基準にしたモーメントMの釣り合いから下記(11)式が算出される。なお、図3において、図中矢印方向Mがモーメントの正方向である。
a・TR+(a+b)・TL−(b+2a)・TM1=0 …(11)
R1の点を基準にしたモーメントMの釣り合いから下記(12)式が算出される。
−a・TL−(a+b)・TR+(b+2a)・TM2=0 …(12)
The following equation (11) is calculated from the balance of the moment M with respect to the point R2. In FIG. 3, the arrow direction M in the figure is the positive direction of the moment.
a * TR + (a + b) * TL- (b + 2a) * TM1 = 0 (11)
The following equation (12) is calculated from the balance of the moment M based on the point R1.
-A.TL- (a + b) .TR + (b + 2a) .TM2 = 0 (12)
(11)式+(12)式より、下記(13)式が得られる。
−b・(TR−TL)+(2a+b)・(TM2−TM1)=0
(TR−TL)=((2a+b)/b)・(TM2−TM1) …(13)
The following expression (13) is obtained from the expression (11) + the expression (12).
-B. (TR-TL) + (2a + b). (TM2-TM1) = 0
(TR-TL) = ((2a + b) / b). (TM2-TM1) (13)
(13)式の(2a+b)/bがトルク増幅率αとなる。a=1/Zr、b=1/Zsを代入すると、α=(Zr+2Zs)/Zrとなり、下記のトルク差増幅率αが得られる。 (2a + b) / b in the equation (13) is the torque amplification factor α. When a = 1 / Zr and b = 1 / Zs are substituted, α = (Zr + 2Zs) / Zr, and the following torque difference amplification factor α is obtained.
α=(Zr+2Zs)/Zr α = (Zr + 2Zs) / Zr
この発明では、第1、第2電動モータ2、3からの入力は、R1、R2となり、駆動輪4L、4Rへの出力はS2+C1、S1+C2となる。
In the present invention, inputs from the first and second
そして、二つの電動モータ2、3で異なるトルクTM1、TM2を発生させて入力トルク差ΔTIN(=(TM2−TM1))を与えると、歯車装置5において入力トルク差ΔTINが増幅され、入力トルク差ΔTINよりも大きな駆動トルク差α・ΔTINを得ることができる。すなわち、入力トルク差ΔTINが小さくても、歯車装置5において上記したトルク差増幅率α(=(Zr+2Zs)/Zr)で入力トルク差ΔTINを増幅することができ、左駆動輪4Lと右駆動輪4Rとに伝達される駆動トルクTL、TRに、入力トルク差ΔTINよりも大きな駆動トルク差ΔTOUT(=α・(TM2−TM1))を与えることができる。
When different torques TM1 and TM2 are generated by the two
上記したように、従来技術1及び2は、トルク差増幅機構である歯車装置105の、2つの遊星歯車機構の左右接続部材にリングギヤRが含まれるため、左右どちらかのリングギヤと別部材を繋ぐ結合部材の1つが必ず他方のリングギヤRより大径とならなければならない。
As described above, in the
一方、この発明では、トルク差増幅機構である歯車装置5の2つの遊星歯車機構10A、10Bの接続は、サンギヤSと遊星キャリアCの接続であり、リングギヤRより大径な接続部材は必要としない。このため、この発明では、従来技術1及び2のものに比してトルク差増幅機構を小さくすることができる。そして、トルク差増幅機構を含む電気自動車用駆動装置を小さく軽量とすることができる。それにより、駆動装置自体や周辺補機類の車体搭載レイアウトの自由度が向上する、駆動装置が小型化することで車室空間が拡大する等のメリットがある。
On the other hand, in the present invention, the connection between the two
次に、左右輪駆動装置の体格に影響する何段減速で成立するかを説明する。この発明と従来技術2は、トルク差増幅機構を構成する歯車装置の出力軸を駆動輪と同軸とすることが可能である。トルク差増幅機構を構成する歯車装置では出力の減速も増速もされないため、電動モータの動力を減速するには、トルク差増幅機構を構成する歯車装置の前あるいは後、あるいは前後に減速ギヤ列が必要である。
Next, a description will be given of how many decelerations that affect the physique of the left and right wheel drive device. In the present invention and the
電動モータの動力を減速して出力するとして、電動モータのモータ軸を中空にするなど特殊な構造としない場合は、この発明と従来技術2のものは、最低1段減速(2軸)で成立する。
If the motor power of the electric motor is decelerated and output, and if the motor shaft of the electric motor is not made into a special structure, such as a hollow structure, the invention and the
一方、従来技術1では、遊星キャリアCが駆動輪への出力となっており、サンギヤSとリングギヤRへ電動モータの動力を入力する関係上、電動モータのモータ軸を中空にするなど特殊な構造としない場合は、図5に示すように、トルク差増幅機構を構成する歯車装置の前と後に減速ギヤ列を入れる2段減速(3軸)が必要である。このため、駆動装置が大型化するので搭載レイアウトの自由度が低下し、歯車数も増加するため部品コストが増加しがちであり、段数が少ないこの発明と従来技術2の方が、駆動装置が小型となり、軽量化や搭載レイアウトの面から有利である。
On the other hand, in the
また、電動モータのモータ軸を中空とし内部に軸を通すなど段数を減らす構造も考えられるが、この発明と従来技術2では、1軸減らせば電動モータのモータ軸も歯車装置の出力軸も同軸となる構造となるのに対し、従来技術1で電動モータのモータ軸も歯車装置の出力軸も同軸とするには2軸も減らさなければならず、遊星キャリアからの出力軸を一方の電動モータより大径の中空軸としなければならないなど、相当な困難が伴い合理的ではない。
In addition, a structure in which the motor shaft of the electric motor is hollow and the number of steps is reduced by passing the shaft inside is also conceivable. However, in this invention and the
また、同じ歯数であれば、トルク差増幅率αの関係式より、この発明と従来技術1及び2のαは異なことになる。ただし、歯数を変えれば、違う機構間で同じαとすることは一部において可能である。例えば歯数を、サンギヤ:Zs=40、プラネタリギヤ:Zp=20、リングギヤ:Zr=80とすれば、この発明では、α=2となり、Zs=27、Zp=27、Zr=81とした従来技術1と同じとなる。ただし、例えば、Zs=27、Zp=27、Zr=81とした従来技術2ではα=7となるが、この発明でα=7とするにはトルク差増幅率αの関係式より、ZsがZrの3倍であることが必要であり、成り立たない。逆に、従来技術2でα=2とするには、ZsがZrの2倍であることが必要であり、同じく成り立たない。トルク差増幅率αをいくらにするかは、車両に付与したい走行性能により適宜設定されるものである。
If the number of teeth is the same, α in the present invention and
上記した実施形態では、二つの駆動源として電動モータ2、3を用い、同一の最大出力を有する同一規格の電動モータである場合を例示したが、二つの駆動源はこれに限られない。
In the above-described embodiment, the case where the
なお、左右輪駆動装置1が搭載される車両は、電気自動車やハイブリッド電気自動車に限られず、例えば第1電動モータ2及び第2電動モータ3を駆動源とした燃料電池自動車であってもよい。
The vehicle on which the left and right
この発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、及び範囲内の全ての変更を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can of course be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. The scope of the present invention is claimed. And the equivalent meanings recited in the claims, and all modifications within the scope are included.
1 :左右輪駆動装置
2 :第1電動モータ
3 :第2電動モータ
4L :左駆動輪
4R :右駆動輪
14L :前輪
14R :前輪
5 :歯車装置
6 :バッテリ
7 :インバータ
8 :等速ジョイント
10A :第1遊星歯車機構
10B :第2遊星歯車機構
11 :第1結合部材
12 :第2結合部材
15 :減速ギヤ列
16 :減速ギヤ列
17 :減速ギヤ列
18 :減速ギヤ列
50 :シャーシ
AM :電気自動車
C1 :遊星キャリア
C2 :遊星キャリア
P1 :プラネタリギヤ
P2 :プラネタリギヤ
R1 :リングギヤ
R2 :リングギヤ
S1 :サンギヤ
S2 :サンギヤ
TL、TR :駆動トルク
TM1、TM2 : トルク
α :トルク差増幅率
1: Left and right wheel drive device 2: First electric motor 3: Second
Claims (6)
前記遊星歯車機構は、それぞれ入力用のリングギヤと、前記リングギヤと同軸上に設けられた出力用の遊星キャリアと、前記リングギヤと同軸上に設けられたサンギヤと、を有し、
前記歯車軸装置は、一方の前記遊星キャリアと他方のサンギヤとを結合する第1結合部材と、一方のサンギヤと他方の遊星キャリアとを結合する第2の結合部材とを有し、
一方の前記駆動源は、一方のリングギヤに接続され、他方の前記駆動源は、他方のリングギヤに接続され、
一方の前記駆動輪は前記第1の結合部材と接続され、他方の前記駆動輪は前記第2の結合部材と接続されたことを特徴とする左右輪駆動装置。 A planetary gear mechanism that is provided between the two drive sources mounted on the vehicle and can be controlled independently, the left and right drive wheels, and the two drive sources and the left and right drive wheels. A left and right wheel drive device comprising two gear units combined on the same axis,
Each of the planetary gear mechanisms includes an input ring gear, an output planetary carrier provided coaxially with the ring gear, and a sun gear provided coaxially with the ring gear,
The gear shaft device includes a first coupling member that couples one planet carrier and the other sun gear, and a second coupling member that couples one sun gear and the other planet carrier,
One of the drive sources is connected to one ring gear, the other drive source is connected to the other ring gear,
One of the driving wheels is connected to the first coupling member, and the other driving wheel is connected to the second coupling member.
Priority Applications (2)
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