JP2019078338A

JP2019078338A - 車両駆動装置

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Publication number: JP2019078338A
Application number: JP2017205817A
Authority: JP
Inventors: アンドレイピディン; Pydin Andrii
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2037-10-25
Also published as: JP6822933B2

Abstract

【課題】車両駆動装置を高さ方向に大型化することなく、電動機の回転を十分に減速させて駆動輪に伝達する。【解決手段】車両駆動装置１００は、上下方向の軸線ＣＬ１を中心に回転するロータ１１と、ロータ１１の周囲に配置されたステータ１２と、を有する電動機１と、軸線ＣＬ１に沿って延在し、先端部に第１ギア１４を有するとともに、ロータ１１と一体に回転する第１回転軸１３と、電動機１の側方に軸線ＣＬ２に沿って立設され、先端部に第１ギア１４に噛合する第２ギア２２を有するとともに、軸線ＣＬ２を中心に回転するウォーム２３が一体に設けられた第２回転軸２１と、ウォーム２３に噛合し、水平方向の軸線ＣＬ３を中心に回転するウォームホイール３２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電動機の動力により車両を走行駆動する車両駆動装置に関する。

この種の装置として、従来、電動機の回転軸線を車両高さ方向に向けた状態で電動機を車両のシートの下方に配置するとともに、電動機のトルクを一対の傘歯車を介して前後方向に延在するプロペラシャフトに伝達するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、電動機のロータの中心部に嵌合されたシャフトの上端部に傘歯車が設けられ、この傘歯車に、プロペラシャフトの先端部に設けられた傘歯車が噛合される。

特開２０１２−２９３６９号公報

しかしながら上記特許文献１記載の装置では、一対の傘歯車を介して電動機の動力をプロペラシャフトに伝達する。このため、例えば電動機の回転をプロペラシャフトで減速させるためには、プロペラシャフトの傘歯車の径を大きくする必要がある。その結果、車両駆動装置が高さ方向に大型化し、高さ方向が限られた車両の所定空間に車両駆動装置を配置することが困難である。

本発明の一態様である車両駆動装置は、上下方向の第１軸線を中心に回転するロータと、ロータの周囲に配置されたステータと、を有する電動機と、第１軸線に沿って延在し、先端部に第１ギアを有するとともに、ロータと一体に回転する第１回転軸と、電動機の側方に第２軸線に沿って立設され、先端部に第１ギアに噛合する第２ギアを有するとともに、第２軸線を中心に回転するウォームが一体に設けられた第２回転軸と、ウォームに噛合し、水平方向の第３軸線を中心に回転するウォームホイールと、を備える。

本発明によれば、電動機の動力により車両を走行駆動する車両駆動装置を、高さ方向が限られた車両の所定空間に容易に配置することができる。

本発明の実施形態に係る車両駆動装置の要部構成を示す正面図。図１の車両駆動装置の車両への搭載例を示す側面図。図１の矢視III図。図１の矢視IV図。図１の変形例を示す図。図１の車両駆動装置における潤滑油の流れを示す図。図１の第２回転軸の上端部の構成を示す断面図。

以下、図１〜図７を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両駆動装置１００の要部構成を示す正面図である。この車両駆動装置１００は、回転電機の一例である電動機１を有し、電動機１を駆動源とした走行駆動トルクを車両駆動輪に出力する。したがって、車両駆動装置１００は、電気自動車やハイブリッド車両等、走行駆動源としての電動機１を有する車両に搭載される。なお、電動機１は発電機として用いることもできる。

図２は、車両駆動装置１００の車両への搭載例を示す側面図である。ここでは、車両駆動装置１００が左右の前輪１０３の間に配置され、前輪駆動装置として用いる例が示される。なお、車両駆動装置１００を左右の後輪１０４の間に配置し、後輪駆動装置として用いることもできる。

図２に示すように、車両駆動装置１００は、車体の底面の近傍、かつ、車両の左右方向中央部に配置される。これにより、車両のボンネットの位置を降下させることができ、デザイン面等における優位性が高まる。また、図示は省略するが、車内の床面を上昇させることなく、すなわち車内の乗車スペースを犠牲にせずに、シートの下方や左右の後輪１０４の間にも車両駆動装置１００を容易に配置することができ、車両駆動装置１００の配置の自由度が高い。

以下では、車両駆動装置１００を車両に搭載した状態における車両の前後方向（車両長さ方向）、上下方向（車両高さ方向）および左右方向（車幅方向）を用いて、車両駆動装置１００の各部の構成を説明する。

図３は、図１の矢視III図（車両前方から見た図）であり、図４は、図１の矢視IV図（車両下方から見た図）である。図１，３，４に示すように、車両駆動装置１００は、電動機１と、電動機１の前方に配置された回転体２と、回転体２のさらに前方に配置された回転体３とを有する。すなわち、車両駆動装置１００は、前後方向に並べて配置された電動機１と回転体２と回転体３とを有する。

電動機１は、上下方向の軸線ＣＬ１を中心に回転するロータ１１と、ロータ１１の周囲に配置されたステータ１２とを有する。電動機１は、例えば埋込磁石同期モータであり、ロータ１１（ロータコア）には、周方向複数の永久磁石が埋め込まれる。なお、磁石を有しない同期リラクタンスモータやスイッチドリラクタンスモータ等を電動機１として用いることもできる。

ステータ１２は、ロータ１１（ロータコア）の外周面から径方向所定長さのギャップを介して配置された、軸線ＣＬ１を中心とした略円筒形状のステータコアを有する。ステータコアは固定子鉄心であり、その内周面には径方向外側に向けて周方向複数のスロットが設けられ、各スロットに、集中巻または分布巻により巻線（コイル）が配置される。巻線に三相交流電流を流すことにより回転磁界が発生し、ロータ１１が回転する。

図４に示すように、ステータ１２（ステータコア）の外周面には、周方向等間隔に複数（６個）のステータ固定部１２ａが設けられる。ステータ固定部１２ａは、径方向外側に突設されたフランジ部であり、ステータ固定部１２ａの上下方向の貫通孔を通過したボルト（不図示）により、ステータ１２がハウジング（図６）に固定される。周方向に隣り合うステータ固定部１２ａを順次直線で結んだ図形は、図示のように正六角形となる。

図１に示すように、電動機１の内部には、軸線ＣＬ１に沿って第１回転軸１３が配置される。第１回転軸１３は、例えばスプライン結合によりロータ１１に連結され、ロータ１１と一体に回転する。第１回転軸１３の上端部はロータ１１の上端面から突出し、その上端部に、ロータ１１よりも小径の第１ギア１４が設けられる。第１ギア１４は、例えばスプライン結合により第１回転軸１３に連結され、第１回転軸１３と一体に回転する。なお、第１回転軸１３の外周面に第１ギア１４を加工することもできる。

第１回転軸１３は、上下方向に離間して配置された複数のベアリングＢＧ１，ＢＧ２，ＢＧ３（例えばテーパローラベアリング）により回転可能に支持される。上側のベアリングＢＧ１，ＢＧ２は、それぞれ第１ギア１４の上側および下側に配置され、ベアリングＢＧ１，ＢＧ２には両側支持のラジアル荷重が作用する。このラジアル荷重は、ベアリングＢＧ１，ＢＧ２間の距離（ベアリングスパンＬ１）に応じて変化するが、ベアリングスパンＬ１は電動機１の上下方向長さ（厚さ）に拘らず一定である。したがって、電動機１を、上下方向の軸線ＣＬ１を中心とした扁平形状とした場合のラジアル荷重の増加を抑えることができる。

これに対し、例えばベアリングＢＧ１を省略し、第１回転軸１３をベアリングＢＧ２，ＢＧ３で支持する場合、ベアリングＢＧ２，ＢＧ３には片持ちのラジアル荷重が作用する。この場合のラジアル荷重は、ベアリングＢＧ２，ＢＧ３間の距離が短くなるほど大きくなる。このため、電動機１を扁平形状として、ベアリングＢＧ２，ＢＧ３間の距離Ｌ２が短くなると、ラジアル荷重が増大する。このようなラジアル荷重に耐えるためには、ベアリングＢＧ２，ＢＧ３の径や幅を大きくする必要があり、ベアリングＢＧ２，ＢＧ３が大型化する。

第１ギア１４は傘歯車（より厳密には、斜交傘歯車）により構成される。第１ギア１４はベアリングＢＲ１，ＢＲ２により両持ちで支持されるため、歯すじ荷重分布係数を小さくすることができ、これによりモジュールを減少させることができる。モジュールを減少させると、正面かみあい率が大きくなり、これにより騒音レベルを低減することができる。以上のようにラジアル荷重の減少および騒音レベルの低減の点を考慮すると、本実施形態のように、電動機１（ロータ１１）の上方において、第１回転軸１３を上下２箇所で支持することが好ましい。

回転体２は、軸線ＣＬ２を中心にして延在する第２回転軸２１を有する。軸線ＣＬ２は、鉛直線に対し所定の傾斜角θ（例えば１０〜３０°程度）で傾斜し、軸線ＣＬ１とＣＬ２とは、第１ギア１４の上方において鋭角に交差する。第２回転軸２１の上端部には第２ギア２２が設けられる。第２ギア２２は、例えばスプライン結合により第２回転軸２１に連結され、第２回転軸２１と一体に回転する。なお、第２回転軸２１の外周面に第２ギア２２を加工することもできる。

第２ギア２２は、第１ギア１４と同様、斜交傘歯車により構成され、第１ギア１４と第２ギア２２とは互いに噛合する。第２ギア２２の径は第１ギア１４の径よりも大きく、第１ギア１４と第２ギア２２とはロータ１１の上方（ステータ１２の内周面よりも内径側）において噛合する。第２ギア２２を第１ギア１４より大径に構成することで、減速比が大きくなり、第１回転軸１３から回転体２への伝達トルクを増大できる。

第２回転軸２１には、第２ギア２２の下方かつ電動機１の側方に、ウォームギアを構成するウォーム２３が設けられる。ウォーム２３は、螺旋状に連続的に歯が形成されたねじ状の歯車である。ウォーム２３は、例えばスプライン結合により第２回転軸２１に連結され、第２回転軸２１と一体に回転する。なお、第２回転軸２１の外周面にウォーム２３を加工することもできる。第２回転軸２１は、上下方向に離間して配置された複数のベアリングＢＧ４，ＢＧ５，ＢＧ６（例えばテーパローラベアリング）により回転可能に支持される。すなわち、第２ギア２２の上側および下側にそれぞれベアリングＢＧ４，ＢＧ５が配置され、ウォーム２３の上側および下側にそれぞれベアリングＢＧ５，ＢＧ６が配置される。

ウォーム２３には、左右方向の軸線ＣＬ３を中心として回転可能なウォームホイール（斜歯歯車）３２が噛合される。ウォームホイール３２は、軸線ＣＬ３に沿って延在する第３回転軸３１とともに回転体３を構成する。ウォームホイール３２は、例えばスプライン結合により第３回転軸３１に連結され、第３回転軸３１と一体に回転する。ウォームホイール３２の径は電動機１の高さよりも大きい。このようにウォームホイール３２を大径化することで、減速比が大きくなり、回転体２から回転体３への伝達トルクを増大できる。

図４に示すように、第２回転軸２１の軸線ＣＬ２は、第１軸線ＣＬ１とステータ固定部１２ａを順次直線で結んでなる正六角形の一辺の中点Ｐ１とを結ぶ直線（点線）Ｌ１上に位置し、この直線Ｌ１に対しウォームホイール３２の回転軸線ＣＬ３が平面視で直交する。これによりウォーム２３を電動機１に接近して配置することができ、車両駆動装置１００全体をコンパクトに構成することができる。

図１に示すように、車両駆動装置１００の最大高さは、後方に傾斜した第２ギア２２の上端部（前端部）を通過する水平線Ｈ１で規定される。第１ギア１４（第１回転軸１３）の上方かつ水平線Ｈ１の下方の空間に、パワードライブユニット（ＰＤＵ）５が配置される。ＰＤＵ５は、インバータ回路を含む駆動回路であり、ＰＤＵ５でバッテリ（不図示）からの電力を変換してステータ１２のコイルに供給する。

図５は、図１の変形例としての車両駆動装置１０１の概略構成を示す正面図である。図５における第２軸線ＣＬ２は、上下方向に延在する。したがって、第１軸線ＣＬ１と第２軸線ＣＬ２とは互いに平行であり、第１ギア１４と第２ギア２２とは例えば平歯車により構成される。なお、第１ギア１４、第２ギア２２、ウォーム２３およびウォームホイール３２の大きさ（径）は、それぞれ図１の車両駆動装置１００のものと同一であり、車両駆動装置１０１により車両駆動装置１００と同様の減速比のトルクが得られる。

図５において、二点鎖線は、図１の第２ギア２２の最大高さを規定する水平線Ｈ１を表す。図５に示すように、第１ギア１４の上方にＰＤＵ５を配置すると、ＰＤＵ５は水平線Ｈ１よりも上方に突出する。このため、車両駆動装置１０１が高さ方向に大型化し、車両の高さ方向の限られた空間に車両駆動装置１０１を配置することが困難となおそれがある。この点を考慮すると、図１に示すように第２回転軸２１の上端部を軸線ＣＬ１に向けて、第２回転軸２１を傾斜させることが好ましい。

図６は、図１の車両駆動装置１００における潤滑油の流れを示す図である。図６に示すように電動機１を収容するハウジング６と、第１回転軸１３の上端部と第２回転軸２１の上端部、すなわち第１ギア１４と第２ギア２２とを収容するカバー７と、電動機側方のウォーム２３とウォームホイール３２とを収容するケース８とを有する。ハウジング６とカバー７とは第１油室ＳＰ１を形成し、ケース８は第２油室ＳＰ２を形成する。

図７は、第２回転軸２１の上端部の構成を示す断面図である。図７に示すように、第２ギア２２の下方には第２ギア２２に面して隔壁２５が配置される。隔壁２５の内周面に対向する第２回転軸２１の外周面には円形状の溝部が設けられ、溝部に略リング状のオイルシール９が嵌合される。このように第２回転軸２１の外周面にオイルシール９を設けることにより第１油室ＳＰ１と第２油室ＳＰ２とがシールされる。

第１油室ＳＰ１には、不図示の油圧ポンプにより潤滑油が供給される。図６に示すように、第１油室ＳＰ１に供給された潤滑油は、矢印Ａ１に示すように第１ギア１４と第２ギア２２とを通過した後、重力により電動機１のステータ１２に沿って流れる。これにより第１ギア１４と第２ギア２２とを潤滑することができるとともに、ステータ１２（コイル）を冷却することができる。第１油室ＳＰ１に供給される潤滑油としては、通常のＡＴＦオイルが用いられる。

第２油室ＳＰ２の底部には潤滑油が溜まる。この溜まった潤滑油が図６の矢印Ａ２に示すようにウォームホイール３２の回転により掻き上げられ、ウォーム２３とウォームホイール３２とからなるウォームギアが潤滑される。ウォームギアは歯面の滑りが大きいため、第２油室ＳＰ２に供給される潤滑油としては、極圧剤が混入された、通常のＡＴＦオイルよりも粘度の高いオイルが用いられる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）車両駆動装置１００，１０１は、上下方向の軸線ＣＬ１を中心に回転するロータ１１と、ロータ１１の周囲に配置されたステータ１２と、を有する電動機１と、軸線ＣＬ１に沿って延在し、先端部に第１ギア１４を有するとともに、ロータ１１と一体に回転する第１回転軸１３と、電動機１の側方に軸線ＣＬ２に沿って立設され、先端部に第１ギア１４に噛合する第２ギア２２を有するとともに、軸線ＣＬ２を中心に回転するウォーム２３が一体に設けられた第２回転軸２１と、ウォーム２３に噛合し、水平方向の軸線ＣＬ３を中心に回転するウォームホイール３２と、を備える（図１，５）。

この構成により、車両駆動装置１００，１０１を高さ方向に大型化することなく、上下方向の軸線ＣＬ１を中心に回転する電動機１のトルクを、十分な減速比を得ながら水平方向の第３回転軸３１に伝達することができる。したがって、図２に示すように、高さ方向が限られた車両の所定空間に、車両駆動装置１００，１０１を容易に配置することができる。すなわち、例えば第２回転軸２１が水平方向に延在すると、第２回転軸２１の先端部に大径のギアを設けた場合に、車両駆動装置が高さ方向に大型化する。これに対し、本実施形態のように電動機１の側方に第２回転軸２１を立設させるとともに、ウォーム２３を介して第３回転軸３１にトルクを伝達するように構成することで、第２回転軸２１の先端部に大径の第２ギア２２を設けても、車両駆動装置１００の高さを抑えることができる。

（２）第１ギア１４および第２ギア２２は、それぞれ斜交傘歯車であり、軸線ＣＬ１と軸線ＣＬ２とは、鋭角で交差する（図１）。このように軸線ＣＬ２を鉛直方向の軸線ＣＬ１に対し傾斜させることで、車両駆動装置１００を高さ方向に大型化することなく、第２ギア２２の下方に大径のウォームホイール３２を配置することができる。

（３）車両駆動装置１００は、第１ギア１４の高さ方向先端部と第２ギア２２の上端部を通過する水平線Ｈ１との間に配置され、電動機１へ駆動電力を供給するＰＤＵ５をさらに備える（図１）。これにより、第２回転軸２１を傾設したことにより生じた余剰空間に、ＰＤＵ５を効率よく配置することができる。この場合、水平線Ｈ１の高さを抑えるためには、軸線ＣＬ２の傾斜角θ（図１）は小さい方が好ましい。例えば傾斜角θは、水平線Ｈ１の下方にＰＤＵ５を配置することができ、かつ、第２ギア２２の下方にウォームホイール３２を配置することができる最小角度に設定される。

（４）車両駆動装置は、第１ギア１４の軸方向両側に配置されて第１ギア１４を回転可能に支持する一対のベアリングＢＧ２、ＢＧ２と、第２ギア２２の軸方向両側に配置されて第２ギア２２を回転可能に支持する一対のベアリングＢＧ４，ＢＧ５と、をさらに備える。これにより電動機１を高さ方向に薄肉化した場合のラジアル荷重の増加を抑えることができるとともに、騒音レベルを低減することができる。

（５）車両駆動装置１００は、電動機１と第１ギア１４と第２ギア２２とを包囲する第１油室ＳＰ１を形成するハウジング６およびカバー７と、ウォーム２３とウォームホイール３２とを包囲する第２油室ＳＰ２を形成するケース８と、をさらに備える（図６）。第１油室ＳＰ１と第２油室ＳＰ２とはオイルシール９により互いにシールされ、第１油室ＳＰ１と第２油室ＳＰ２とにそれぞれ異なる潤滑油が供給される。具体的には、第１油室ＳＰ１に通常のＡＴＦオイルが供給され、第２油室ＳＰ２に極圧剤が混入された粘度の高いオイルが供給される。これにより車両駆動装置１００の各部に用途に応じた最適な潤滑油を供給することができる。

なお、上記実施形態では、第２回転軸２１の軸線ＣＬ２（第２軸線）が第１回転軸１３の軸線ＣＬ１（第１軸線）に対し所定の傾斜角θで傾斜するようにしたが、電動機１の側方に立設されるのであれば傾斜角θはいかなるものでもよい。第２回転軸２１が立設されるというためには、傾斜角θは少なくとも４５°より小さい角度とする必要がある。この点、傾斜角θは、例えばは３０°より小さい角度とすることが好ましく、１５°より小さい角度とすることが、車両駆動装置の高さを抑える点からはより好ましい。図５に示すように、第２回転軸２１を傾斜せずに立設させてもよい。車両駆動装置１００の配置は上述したものに限らず、例えば第３回転軸３１の軸線ＣＬ３（第３軸線）を車両の駆動輪（前輪１０３または後輪１０４）の軸線に一致させてもよい。

上記実施形態では、第１ギア１４の上下両側にテーパローラベアリングＢＧ１、ＢＧ２（第１ベアリング、第２ベアリング）を配置するとともに、第２ギア２２の上下両側にテーパローラベアリングＢＧ４，ＢＧ５（第３ベアリング、第４ベアリング）を配置したが、ラジアル荷重を受けるベアリングＢＧ１，ＢＧ２，ＢＧ３，ＢＧ４の構成はこれに限らない。例えばボールベアリングを用いてもよい。上記実施形態では、ハウジング６とカバー７とにより第１油室ＳＰ１を形成するとともに、ケース８により第２油室ＳＰ２を形成するようにしたが、第１油室を形成する第１ケース部と第２油室を形成する第２ケース部の構成はこれに限らない。

上記実施形態では、第１ギア１４を電動機１の上方に配置したが、電動機の下方に第１ギアを配置してもよい。この場合、第２回転軸２１の下端部に第１ギアに噛合するように第２ギアを設ければよい。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１電動機、１１ロータ、１２ステータ、１３第１回転軸、１４第１ギア、２１第２回転軸、２２第２ギア、２３ウォーム、３２ウォームホイール、１００，１０１車両駆動装置、５パワードライブユニット、ＣＬ１〜ＣＬ３軸線、Ｈ１水平線、ＢＧ１，ＢＧ２，ＢＧ４，ＢＧ５ベアリング、ＳＰ１第１油室、ＳＰ２第２油室

Claims

上下方向の第１軸線を中心に回転するロータと、該ロータの周囲に配置されたステータと、を有する電動機と、
前記第１軸線に沿って延在し、先端部に第１ギアを有するとともに、前記ロータと一体に回転する第１回転軸と、
前記電動機の側方に第２軸線に沿って立設され、先端部に前記第１ギアに噛合する第２ギアを有するとともに、前記第２軸線を中心に回転するウォームが一体に設けられた第２回転軸と、
前記ウォームに噛合し、水平方向の第３軸線を中心に回転するウォームホイールと、を備えることを特徴とする車両駆動装置。
請求項１に記載の車両駆動装置において、
前記第１ギアおよび前記第２ギアは、それぞれ斜交傘歯車であり、前記第１軸線と前記第２軸線とは、鋭角で交差することを特徴とする車両駆動装置。
請求項２に記載の車両駆動装置において、
前記第１ギアの高さ方向先端部と前記第２ギアの高さ方向端部を通過する水平線との間に配置され、前記電動機へ駆動電力を供給するパワードライブユニットをさらに備えることを特徴とする車両駆動装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両駆動装置において、
前記第１ギアの軸方向両側に配置されて前記第１ギアを回転可能に支持する第１ベアリングおよび第２ベアリングと、前記第２ギアの軸方向両側に配置されて前記第２ギアを回転可能に支持する第３ベアリングおよび第４ベアリングと、をさらに備えることを特徴とする車両駆動装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両駆動装置において、
前記電動機と前記第１ギアと前記第２ギアとを包囲する第１油室を形成する第１ケース部と、前記ウォームと前記ウォームホイールとを包囲する第２油室を形成する第２ケース部と、をさらに備え、前記第１油室と前記第２油室とにそれぞれ異なる潤滑油が供給されるように前記第１油室と前記第２油室とは互いにシールされていることを特徴とする車両駆動装置。