JP2021162058A - 車両の電動駆動ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】切り離し機構やパーキング機構をコンパクトに配置して小型化を図ることができる車両の電動駆動ユニットを提供すること。【解決手段】電動モータ4と、減速機構20と、ディファレンシャル装置30を備え、一方の車軸12Lの外周側に減速機構20と電動モータ4を同軸に配置して構成される電動駆動ユニット1において、減速機構20を、電動モータ4のロータ軸5の外周に設けられた駆動ギヤ21と、周方向に等角度ピッチで配置されて駆動ギヤ21に噛合する大径ギヤ22aと該大径ギヤ22aと同一軸上に設けられた小径ギヤ22bとで構成された3組のカウンタギヤ22を含んで構成し、3組のカウンタギヤの径方向内側の空間に、切り離し機構40またはパーキング機構50を配置する。【選択図】図1

Description

本発明は、駆動源である電動モータの回転を減速機構とディファレンシャル装置を経て左右の車軸へと伝達する車両の電動駆動ユニットに関する。
電動モータを駆動源として走行する電気自動車(EV車)などには、車軸駆動用の電動モータと、該電動モータの回転を減速する減速機構と、該減速機構の出力を左右の車軸に分配するディファレンシャル装置を備え、ディファレンシャル装置に連結された一方の車軸の外周側に減速機構と電動モータを同軸に配置して構成される電動駆動ユニットを搭載したものがある。
斯かる電動駆動ユニットを搭載した電気自動車などが例えば下り坂を走行する場合、駆動輪の回転速度が電動モータの要求速度よりも大きくなった場合には、電動モータのロータ軸が車軸側の回転力によって強制的に回されるため、電動モータが過回転となったり、車軸のフリクションが大きくなったりするなどの不具合が発生する。
そこで、特許文献1〜3には、車軸とディファレンシャル機構との接続を切り離す切り離し機構を設け、車両が下り坂を走行するような場合には、車軸(駆動輪)とディファレンシャル装置との接続を切り離すことによって電動モータの過回転を防ぐとともに、車軸のフリクションを低減させる提案がなされている。このような切り離し機構として、特許文献1には湿式多板クラッチ、特許文献2にはシンクロメッシュ機構、特許文献3にはドグクラッチがそれぞれ採用されている。また、特許文献3には、カウンタ軸上にパーキングギヤを固定してパーキング機構を構成する提案もなされている。
特許第4275638号公報 特許第5064043号公報 特開2018−200093号公報
しかしながら、特許文献1〜2において提案された電動駆動ユニットは、何れも減速機構として遊星ギヤ機構を用いており、この遊星減速ギヤに対して軸方向に離間した位置に切り離し機構やパーキング機構が配置されているため、電動機ユニットの軸方向寸法が大きくなって大型化を招くという問題がある。
そこで、本発明の第1の目的は、切り離し機構やパーキング機構をコンパクトに配置して小型化を図ることができる車両の電動駆動ユニットを提供することにある。
また、切り離し機構に、油圧で動作する湿式多板クラッチやシンクロメッシュ機構を採用する場合には、車両の停止時にこれらを作用させることができず、車軸とディファレンシャル装置の接続を切り離した状態でも湿式多板クラッチやシンクロメッシュ機構に滑りによるフリクションロスが発生するという問題がある。
したがって、本発明の第2の目的は、車両が停止した状態でも車軸とディファレンシャル装置との接続の切り離しやパーキングロックを行うことができるとともに、切り離した状態ではフリクションロスが発生しない効率の良い車両の電動駆動ユニットを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、車軸駆動用の電動モータ(4)と、該電動モータ(4)の回転を減速する減速機構(20)と、該減速機構(20)の出力を左右の車軸(12L,12R)に分配するディファレンシャル装置(30)を備え、前記ディファレンシャル装置(30)に連結された一方の車軸(12L)の外周側に前記減速機構(20)と前記電動モータ(4)を同軸に配置して構成される電動駆動ユニット(1)であって、前記減速機構(20)を、前記電動モータ(4)のロータ軸(5)の外周に設けられた駆動ギヤ(21)と、周方向に等角度ピッチで配置されて前記駆動ギヤ(21)に噛合する大径ギヤ(22a)と該大径ギヤ(22a)と同一軸上に設けられた小径ギヤ(22b)とで構成された3組のカウンタギヤ(22)と、該カウンタギヤ(22)の前記小径ギヤ(22b)に噛合して前記ディファレンシャル装置(30)のケース(31)と共に回転するリングギヤ(23)と、で構成するとともに、3組の前記カウンタギヤ(22)の径方向内側の空間に、前記ディファレンシャル装置(30)と一方の車軸(12L)とを選択的に断接する切り離し機構(40)または前記車軸(12L,12R)の回転をロックするパーキング機構(50)を配置したことを特徴とする。
本発明によれば、3組のカウンタギヤの径方向内側の空間に、切り離し機構またはパーキング機構を、それらの軸方向寸法を拡大することなくコンパクトに配置することができ、電動駆動ユニットの小型化を図ることができる。
ここで、前記一方の車軸(12L)を軸方向に2分割し、前記切り離し機構(40)を、前記車軸(12L)の両分割片(12L1,12L2)の相対向する端部の一方に取り付けられた切り離しドグ(42)と、他方の端部に取り付けられたハブ(41)と、軸方向に摺動して前記切り離しドグ(42)と前記ハブ(41)に選択的に係合するスリーブ(43)と、該スリーブ(43)に係合するシフトフォーク(44)と、該シフトフォーク(44)を軸方向に摺動させるアクチュエータ(45)と、で構成しても良い。
また、前記パーキング機構(50)を、前記ロータ軸(5)の軸方向一端に固定されたパーキングドグ(51)と、前記一方の車軸(12L)に固定されたハブ(52)と、軸方向に摺動して前記パーキングドグ(51)と前記ハブ(52)に選択的に係合するスリーブ(43)と、該スリーブ(43)に係合するシフトフォーク(44)と、該シフトフォーク(44)を軸方向に摺動させるアクチュエータ(45)と、で構成しても良い。
そして、前記アクチュエータ(45)を、ACTモータ(46)と、該ACTモータ(46)によって回転駆動されるボールネジ(47)を含んで構成しても良い。
以上の構成によれば、切り離し機構やパーキング機構を動作させるアクチュエータの駆動源として、車両の駆動源である電動モータによって駆動される油圧ポンプに供給される油圧を用いないため、車両が停止した状態でも切り離し機構やパーキング機構を動作させることができる。
また、前記シフトフォーク(44)を周方向に隣接する2組の前記カウンタギヤ(22)の間の周方向空間に配置することが望ましい。
上記構成によれば、周方向に隣接する2組のカウンタギヤの間の周方向空間を有効に利用してシフトフォークをコンパクトに配置することができる。
本発明によれば、切り離し機構やパーキング機構をコンパクトに配置して電動駆動ユニットの小型化を図ることができる。また、車両が停止した状態でも車軸とディファレンシャル装置との接続の切り離しやパーキングロックを行うことができるとともに、切り離した状態でのフリクションロスの発生を防いで電動駆動ユニットの動力伝達効率を高めることができる。
本発明の実施の形態1に係る車両の電動駆動ユニット要部の縦断面図である。 図1のA−A線断面図である。 図1のB部拡大詳細図であり、(a)は接続状態、(b)は切り離し状態をそれぞれ示す図である。 本発明の実施の形態2に係る車両の電動駆動ユニット要部の縦断面図である。 図4のC部拡大詳細図であり、(a)はパーキングアンロック状態、(b)はパーキング状態をそれぞれ示す図である。
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
<実施の形態1>
図1は本発明の実施の形態1に係る車両の電動駆動ユニット要部の縦断面図、図2は図1のA−A線断面図、図3は図1のB部拡大詳細図であり、(a)は接続状態、(b)は切り離し状態をそれぞれ示す図である。
図1に示すように、電動機ユニット1は、軸方向に互いに連結された略円筒状のモータケース2とギヤケース3を備えており、モータケース2内には、駆動源である電動モータ4が収容されている。この電動モータ4は、ブラシレスの3相モータであって、モータケース2の内周に固定された円筒状のステータ4aと、該ステータ4aの内部に回転可能に配置された円筒状のロータ4bを備えている。そして、ロータ4bには、出力軸である中空状のロータ軸(モータ軸)5が挿通固着されており、その軸方向一端部(図1の右端部)は、軸受(ボールベアリング)6によってホルダ7に回転可能に支持されている。
ここで、上記ホルダ7は、モータケース2に複数本のボルト8(図1には1本のみ図示)によって取り付けられており、このホルダ7には、ギヤケース3内に収容された別のホルダ9が3本のボルト10(図2参照)によって締結されている。
そして、ギヤケース3内には、減速機構20とディファレンシャル装置30が収容されており、ディファレンシャル装置30からは左右の車軸12L,12Rが車幅方向(図1の左右方向)に沿って水平に延出している。ここで、左側の車軸12Lは、電動モータ4のロータ軸5の内部を相対回転可能に挿通しており、この車軸12Lの外周側に減速機構20と電動モータ4が同軸に配置されている。なお、左右の各車軸12L,12Rの外端部には不図示の駆動輪がそれぞれ取り付けられている。
上記減速機構20は、電動モータ4のロータ軸5の外周に一体に形成された小径の駆動ギヤ21と、周方向に等角度ピッチ(120°ピッチ)で配置されて駆動ギヤ21に噛合する大径ギヤ22aと該大径ギヤ22aと同一軸上に設けられた小径ギヤ22bとで構成された3組のカウンタギヤ22(図2参照)と、該カウンタギヤ22の小径ギヤ22bに噛合してディファレンシャル装置30のケース(以下、「デフケース」と称する)31と共に回転するリングギヤ23とで構成されている。ここで、3組のカウンタギヤ22は、図1に示すように、その軸方向両端が軸受(ボールベアリング)13と軸受(ニードルベアリング)14によってホルダ7,9にそれぞれ回転可能に支持されている。
また、前記ディファレンシャル装置30は、減速機構20を構成するリングギヤ23に連結されて該リングギヤ23と共に一体に回転する球殻状の前記デフケース31を備えており、このデフケース31は、その左右両端部外周が軸受(ボールベアリング)15,16によってホルダ9とギヤケース3にそれぞれ回転可能に支持されている。そして、このデフケース31には、ピニオン軸32が車軸12L,12Rの軸心C1と直交する軸心C2方向に貫通固着されており、デフケース31内には、ピニオン軸32を中心として回転可能な上下一対のピニオンギヤ33と、左右の車軸12L,12Rの外周にスプライン嵌合によってそれぞれ結着された左右一対のサイドギヤ34が収容されている。ここで、左右のサイドギヤ34は、上下のピニオンギヤ33にそれぞれ噛合している。
ところで、本実施の形態では、図1に示すように、ギヤケース3内の3組のカウンタギヤ22の径方向内側の空間には、ディファレンシャル装置30と左側の車軸12Lとを選択的に断接する切り離し機構40が配置されている。
ここで、左側の車軸12Lは、ギヤケース3内のディファレンシャル装置30に近い箇所で軸方向に2分割されており、2つの分割片12L1,12L2の相対向する端部の一方(分割片12L1の右端部)にはハブ41が結着され、他方(分割片12L2の左端部)には切り離しドグ42が一体に形成されている。なお、ハブ41と切り離しドグ42の各外周には、図3に示すように、複数の係合爪41a,42aがそれぞれ形成されている。
而して、切り離し機構40は、ハブ41と、切り離しドグ42と、軸方向に摺動してハブ41と切り離しドグ42に選択的に係合するスリーブ43と、該スリーブ43に係合するシフトフォーク44と、該シフトフォーク44を軸方向に摺動させるアクチュエータ45とで構成されている。ここで、シフトフォーク44は、スリーブ43の外周に係合しており、スリーブ43は、シフトフォーク44に対して相対回転可能である。そして、本実施の形態では、図2に示すように、シフトフォーク44は、周方向に隣接する2組のカウンタギヤ22の間の周方向空間に配置されている。
本実施の形態では、アクチュエータ45は、図2に示すように、ギヤケース3の外周に固設されたACTモータ(小型高性能ステッピングモータ)46と、該ACTモータ46によって回転駆動されるボールネジ47を含んで構成されている。このようなアクチュエータ45においては、ACTモータ46が正逆転すると、その回転がボールネジ47によってスリーブ43の軸方向の摺動に変換される。
以上のように構成された電動駆動ユニット1において、スリーブ43が図3(a)に示すようにハブ41と切り離しドグ42の各係合爪41a,42aに係合している状態においては、ハブ41と切り離しドグ42とがスリーブ43によって連結されているため、車軸12Lとディファレンシャル装置30とが接続状態にある。この状態で電動モータ4が駆動されると、該電動モータ4のロータ軸5が回転駆動され、その回転は、減速機構20によって減速されてディファレンシャル装置30へと伝達される。すなわち、ロータ軸5の回転は、減速機構20を構成する駆動ギヤ21とこれに噛合するカウンタギヤ22の大径ギヤ22aによって減速され、大径ギヤ22aの回転は、カウンタギヤ22の小径ギヤ22bとこれに噛合するリングギヤ23によってさらに減速されてディファレンシャル装置30のデフケース31へと伝達されて、該デフケース31が所定の速度で回転駆動される。
上述ように電動モータ4のロータ軸5の回転が減速機構20によって2段減速されてディファレンシャル装置30のデフケース31へと伝達されると、デフケース31が回転するが、例えば、車両が直進しているために左右の駆動輪に回転差が発生しない場合には、ディファレンシャル装置30の一対のピニオンギヤ33は、ピニオン軸32を中心として回転しないでデフケース31と共に一体に回転(公転)する。この結果、ディファレンシャル装置30の回転は、左右の車軸12L,12Rに均等に伝達され、左右の駆動輪が同速度で回転駆動される。これに対して、車両が旋回する際には、左右の駆動輪の移動距離に差が生じるため、この差に応じて一対のピニオンギヤ33がピニオン軸32を中心として回転し、左右の駆動輪の移動差に応じた回転を左右の車軸12L,12Rに伝達するために車両がスムーズに旋回することができる。
ところで、車両が下り坂を走行する場合には、駆動輪の回転速度が電動モータ4の要求速度よりも大きくなって電動モータ4のロータ軸5が車軸12L,12R側の回転力によって強制的に回されるため、ロータ軸5が過回転になったり、車軸12L,12Rのフリクションが大きくなったりするなどの不具合が発生する。
そこで、上記のような場合には、アクチュエータ45のACTモータ46を駆動し、該ACTモータ46の回転をボールネジ47によってシフトフォーク44の軸方向移動に変換し、このシフトフォーク44によって図3(a)の位置(係合位置)にあったスリーブ43を図3(b)に示す位置(切り離し位置)へと移動させてハブ41と切り離しドグ42との連結を解除する。この結果、車軸12Lの分割片12L1,12L2同士が切り離され、左側の駆動輪が空転し、この駆動輪によって電動モータ4が強制的に回されることがない。また、車軸12Lの分割片12L1,12L2同士が切り離されると、ディファレンシャル装置30の左側のサイドギヤ34がほぼ無負荷状態となるため、右側の駆動輪の回転は、右側のサイドギヤ34からディファレンシャル装置30のデフケース31に殆んど伝達されなくなる。この結果、右側の駆動輪の回転も減速機構20や電動モータ4に伝達されなくなり、電動モータ4が右側の駆動輪に引きずられて強制的に回されることがない。
したがって、車両が下り坂を走行するような場合には、図3(b)に示すように、ハブ41と切り離しドグ42との連結を解除することによって、電動モータ4の過回転を防ぐとともに、車軸12L,12Rのフリクションを低く抑えることができる。
以上のように、本実施の形態によれば、3組のカウンタギヤ22の径方向内側の空間に、切り離し機構40を、その軸方向寸法を拡大することなくコンパクトに配置することができ、電動駆動ユニット1の小型化を図ることができる。
また、本実施の形態では、アクチュエータ45を、ACTモータ46と、該ACTモータ46によって回転駆動されるボールネジ47を含んで構成したため、切り離し機構40を動作させるアクチュエータ45の駆動源として、車両の駆動源である電動モータ4によって駆動される不図示の油圧ポンプに供給される油圧を用いる必要がなく、車両が停止した状態でも切り離し機構40を動作させることができる。
そして、本実施の形態では、シフトフォーク44を周方向に隣接する2組のカウンタギヤ22の間の周方向空間に配置したため、電動駆動ユニット1の更なる小型化を図ることができる。
<実施の形態2>
次に、本発明の実施の形態2を図4及び図5に基づいて以下に説明する。
図4は本発明の実施の形態2に係る車両の電動駆動ユニット要部の縦断面図、図5は図4のC部拡大詳細図であり、(a)はパーキングアンロック状態、(b)はパーキング状態をそれぞれ示す図である。これらの図においては、図1〜図3において示したものと同じ要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
本実施の形態2は、ギヤケース3内の3組のカウンタギヤ22の径方向内側の空間に、車両のパーキング時に車軸12L,12Rの回転をロックするパーキング機構50を配置したことを特徴としており、他の構成は前記実施の形態1と同じである。
ここで、パーキング機構50は、電動モータ4のロータ軸5の軸方向一端に固定されたパーキングドグ51と、左側の車軸12Lに固定されたハブ52と、軸方向に摺動してパーキングドグ51とハブ52に選択的に係合するスリーブ43と、該スリーブ43に係合するシフトフォーク44と、該シフトフォーク44を軸方向に摺動させるアクチュエータ45とで構成されている。そして、本実施の形態においても、アクチュエータ45は、前記実施の形態1と同様に、ACTモータ46(図2参照)と、該ACTモータ46によって回転駆動されるボールネジ47(図2参照)を含んで構成されている。また、シフトフォーク44は、前記実施の形態1と同様に、周方向に隣接する2組のカウンタギヤ22の間の周方向空間に配置されている(図2参照)。また、パーキングドグ51とハブ52の各外周には、図5に示すように、複数の係合爪51a,52aがそれぞれ形成されている。
而して、パーキングロック機構50を備える本実施の形態に係る電動駆動ユニット1において、図5(a)に示すように、スリーブ43がパーキングドグ51の係合爪51aに係合していない状態では、左右の車軸12L,12Rは自由に回転することができるためにパーキングアンロック状態にあり、車両の走行が可能である。
その後、車両が走行を停止して駐車する場合には、アクチュエータ45のACTモータ46が駆動されてパーキング機構50がパーキングロック状態となる。すなわち、ACTモータ46の回転がボールネジ47の直線移動に変換され、このボールネジ47によってシフトフォーク44とスリーブ43が軸方向に摺動し、図5(b)に示すように、スリーブ43がパーキングドグ51とハブ52の双方に係合すると、左側の車軸12Lの回転がロックされる。また、このように左側の車軸12Lの回転がロックすると、ディファレンシャル装置30の左側のサイドギヤ34の回転もロックされるため、この左側のサイドギヤ34に噛合する一対のピニオンギヤ33と該ピニオンギヤ33に噛合する右側のサイドギヤ34とこれが結着された右側の車軸12Rの回転もロックされる。この結果、左右の車軸12L,12Rとこれらの車軸12L,12Rにそれぞれ取り付けられた左右の駆動輪の回転がロックされるためにパーキング機構50はロック状態となり、車両の移動が阻止される。
以上の結果、本実施の形態によれば、3組のカウンタギヤ22の径方向内側の空間に、パーキング機構50を、その軸方向寸法を拡大することなくコンパクトに配置することができ、電動駆動ユニット1の小型化を図ることができる。
また、本実施の形態においても、アクチュエータ45を、ACTモータ46と、該ACTモータ46によって回転駆動されるボールネジ47を含んで構成したため、パーキング機構50を動作させるアクチュエータ45の駆動源として、車両の駆動源である電動モータ4によって駆動される不図示の油圧ポンプに供給される油圧を用いる必要がなく、車両が停止した状態でもパーキング機構50を動作させることができる。
その他、本実施の形態においても、前記実施の形態1において得られたと同様の効果が得られる。
なお、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。
1 電動駆動ユニット
4 電動モータ
5 ロータ軸
12L,12R 車軸
20 減速機構
21 駆動ギヤ
22 カウンタギヤ
22a カウンタギヤの大径ギヤ
22b カウンタギヤの小径ギヤ
23 リングギヤ
30 ディファレンシャル装置
31 ディファレンシャル装置のケース
40 切り離し機構
41 ハブ
42 切り離しドグ
43 スリーブ
44 シフトフォーク
45 アクチュエータ
46 ACTモータ
47 ボールネジ
50 パーキング機構
51 パーキングドグ
52 ハブ

Claims (5)

  1. 車軸駆動用の電動モータと、該電動モータの回転を減速する減速機構と、該減速機構の出力を左右の車軸に分配するディファレンシャル装置を備え、
    前記ディファレンシャル装置に連結された一方の車軸の外周側に前記減速機構と前記電動モータを同軸に配置して構成される電動駆動ユニットであって、
    前記減速機構を、
    前記電動モータのロータ軸の外周に設けられた駆動ギヤと、
    周方向に等角度ピッチで配置されて前記駆動ギヤに噛合する大径ギヤと該大径ギヤと同一軸上に設けられた小径ギヤとで構成された3組のカウンタギヤと、
    該カウンタギヤの前記小径ギヤに噛合して前記ディファレンシャル装置のケースと共に回転するリングギヤと、
    で構成するとともに、
    3組の前記カウンタギヤの径方向内側の空間に、前記ディファレンシャル装置と一方の車軸とを選択的に断接する切り離し機構または前記車軸の回転をロックするパーキング機構を配置したことを特徴とする車両の電動駆動ユニット。
  2. 前記一方の車軸を軸方向に2分割し、
    前記切り離し機構を、
    前記車軸の両分割片の相対向する端部の一方に取り付けられた切り離しドグと、
    他方の端部に取り付けられたハブと、
    軸方向に摺動して前記切り離しドグと前記ハブに選択的に係合するスリーブと、
    該スリーブに係合するシフトフォークと、
    該シフトフォークを軸方向に摺動させるアクチュエータと、
    で構成したことを特徴とする請求項1に記載の車両の電動駆動ユニット。
  3. 前記パーキング機構を、
    前記ロータ軸の軸方向一端に固定されたパーキングドグと、
    前記一方の車軸に固定されたハブと、
    軸方向に摺動して前記パーキングドグと前記ハブに選択的に係合するスリーブと、
    該スリーブに係合するシフトフォークと、
    該シフトフォークを軸方向に摺動させるアクチュエータと、
    で構成したことを特徴とする請求項1に記載の車両の電動駆動ユニット。
  4. 前記アクチュエータを、ACTモータと、該ACTモータによって回転駆動されるボールネジを含んで構成したことを特徴とする請求項2または3に記載の車両の電動駆動ユニット。
  5. 前記シフトフォークを周方向に隣接する2組の前記カウンタギヤの間の周方向空間に配置したことを特徴とする請求項2または3に記載の車両の電動駆動ユニット。
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