JP2024027456A - 電動車両の動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ軸の偏心回転に起因するギヤ軸の心振れを抑制する。【解決手段】スプライン嵌合部４６が、内スプライン歯４５ａ、４５ｂが設けられた軸方向の２箇所に分離して設けられており、その２箇所のスプライン嵌合部４６を介してギヤ軸４２によってもロータ軸４４が支持されるため、ロータ軸４４の姿勢変化が抑制されて偏心回転する際の偏心量が低減される。これにより、スプライン嵌合部４６におけるギヤ軸４２の心振れ幅が小さくなり、第２軸受９６ａを支点として反対側のモータ出力歯車４０に伝達される心振れ幅Ａも低減されて、そのモータ出力歯車４０の偏心回転に起因して生じるＮＶが改善される。【選択図】図２

Description

本発明は電動車両の動力伝達装置に係り、特に、電動機のロータ軸とギヤ軸とがスプライン嵌合部を介して連結されている動力伝達装置の改良に関するものである。

(a) 走行用の動力源として用いられる電動機のロータ軸と、そのロータ軸の回転を駆動輪側へ伝達するギヤが設けられたギヤ軸とが、共通の一軸線上に軸方向に隣接して配設されているとともに、(b) 前記ロータ軸および前記ギヤ軸は、互いに近接する側の軸端部において、前記ロータ軸に設けられた内スプライン歯と前記ギヤ軸に設けられた外スプライン歯とが互いに噛み合わされたスプライン嵌合部を介して動力伝達可能に連結されている、電動車両の動力伝達装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１７－５３３８５号公報

ところで、電動機のロータ軸は、軸受部分の径方向の遊び等により偏心回転させられるため、その偏心回転によりスプライン嵌合部を介してギヤ軸が心振れさせられ、ギヤ軸に設けられたギヤが偏心回転させられてＮＶ〔Noise(騒音) 、Vibration(振動) 〕が悪化する可能性があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、ロータ軸の偏心回転に起因するギヤ軸の心振れを抑制することにある。

本発明は、(a) 走行用の動力源として用いられる電動機のロータ軸と、そのロータ軸の回転を駆動輪側へ伝達するギヤが設けられたギヤ軸とが、共通の一軸線上に軸方向に隣接して配設されているとともに、(b) 前記ロータ軸および前記ギヤ軸は、互いに近接する側の軸端部において、前記ロータ軸に設けられた内スプライン歯と前記ギヤ軸に設けられた外スプライン歯とが互いに噛み合わされたスプライン嵌合部を介して動力伝達可能に連結されている、電動車両の動力伝達装置において、(c) 前記スプライン嵌合部は前記軸方向に離間した複数箇所に分離して設けられ、或いは前記軸方向において前記電動機のロータの重心位置を含む位置に前記スプライン嵌合部が設けられている、ことを特徴とする。

このような電動車両の動力伝達装置においては、スプライン嵌合部が軸方向に離間した複数箇所に分離して設けられる場合には、その複数のスプライン嵌合部を介してギヤ軸によってもロータ軸が支持されるため、ロータ軸の姿勢変化が抑制されて偏心回転する際の偏心量が低減され、スプライン嵌合部におけるギヤ軸の心振れ幅が小さくなる。また、軸方向において電動機のロータの重心位置を含む位置にスプライン嵌合部が設けられる場合には、偏心回転するロータ軸の偏心量は重心位置付近で最小になるため、そのスプライン嵌合部におけるギヤ軸の心振れ幅が小さくなる。すなわち、何れの場合もロータ軸の偏心回転に起因するギヤ軸の心振れ幅が低減されるため、そのギヤ軸に設けられたギヤの心振れも小さくなり、そのギヤの偏心回転に起因して生じるＮＶが改善される。

本発明が適用された電動車両の駆動装置を説明する骨子図である。 図１の駆動装置の第３軸線Ｓ３上に配置されたロータ軸およびギヤ軸の連結構造を具体的に説明する断面図である。 ロータ軸およびギヤ軸の連結構造の別の例を説明する断面図である。 ロータ軸およびギヤ軸の連結構造の従来例を説明する断面図である。

本発明は、例えば動力源として電動機のみを備えている電気自動車に適用されるが、電動機の他にエンジン（内燃機関）を備えているハイブリッド式電動車両にも適用され得る。前後輪の一方を電動機で駆動し、他方をエンジンで駆動する場合でも良い。電動機は、例えば発電機としても機能するモータジェネレータが好適に採用されるが、電動機としてのみ用いられるものでも良い。ギヤ軸に設けられるギヤは、例えばはすば歯車や平歯車等の平行軸歯車が用いられるが、傘歯車やハイポイドギヤなどが設けられても良い。

スプライン嵌合部を軸方向に離間して複数箇所に設ける方法としては、互いに噛み合う外スプライン歯および内スプライン歯を１組として、それ等の外スプライン歯および内スプライン歯を軸方向に離間して複数組設けても良いが、軸方向に長い共通の外スプライン歯に対して軸方向に分離して設けられた内スプライン歯を複数箇所で噛み合わせたり、軸方向に長い共通の内スプライン歯に対して軸方向に分離して設けられた外スプライン歯を複数箇所で噛み合わせたりしても良い。スプライン嵌合部の数は、少なくとも２箇所設けられれば良いが、３箇所以上に設けることも可能である。

ロータ軸は、例えば軸方向においてロータの両側で一対の第１軸受により回転可能に支持され、ギヤ軸は、例えば軸方向においてギヤの両側で一対の第２軸受により回転可能に支持される。また、ギヤ軸の外スプライン歯は、上記第２軸受から電動機側へ片持ち状に突き出して、円筒形状のロータ軸の内部に挿入される嵌合軸部に設けられ、ロータ軸の内周面に設けられた内スプライン歯と噛み合わされる。上記第１軸受および第２軸受としては、ボールベアリングが好適に用いられるが、ローラベアリング等の他のころがり軸受やすべり軸受を採用することもできる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明が適用された電動車両１０の駆動装置を説明する骨子図で、動力伝達装置１２を備えている。図１は、動力伝達装置１２を構成している複数の軸が共通の平面内に位置するように展開して示した展開図である。動力伝達装置１２は、ＦＦ車両等の横置き型のハイブリッド式電動車両用のトランスアクスルで、車両幅方向と略平行な第１軸線Ｓ１～第４軸線Ｓ４を備えている。第１軸線Ｓ１上には、エンジン１６にダンパ装置１８を介して連結された入力軸２２が設けられているとともに、その第１軸線Ｓ１と同心にシングルピニオン型の遊星歯車装置２４および第１回転機ＭＧ１が配設されている。遊星歯車装置２４および第１回転機ＭＧ１は電気式差動部２６として機能するもので、遊星歯車装置２４のキャリア２４ｃに入力軸２２が連結され、サンギヤ２４ｓに第１回転機ＭＧ１のロータ軸２８が連結され、リングギヤ２４ｒにエンジン出力歯車３０が設けられている。

第１回転機ＭＧ１は、電動機および発電機として択一的に用いられるモータジェネレータで、発電機として機能する回生制御によりサンギヤ２４ｓの回転速度が連続的に制御されることにより、エンジン１６の回転速度が連続的に変化させられてエンジン出力歯車３０から出力される。また、第１回転機ＭＧ１のトルクが０とされてサンギヤ２４ｓが空転させられることにより、エンジン１６からの出力が遮断されるとともに、モータ走行時や惰性走行時等におけるエンジン１６の連れ廻りが防止される。エンジン１６は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関で、走行用の動力源として用いられる。

第２軸線Ｓ２上には、減速大歯車３２および減速小歯車３４が設けられたカウンタ軸３６が回転可能に配設されており、減速大歯車３２は前記エンジン出力歯車３０と噛み合わされている。減速大歯車３２はまた、第３軸線Ｓ３上に配設されたモータ出力歯車４０と噛み合わされている。モータ出力歯車４０はギヤ軸４２に設けられており、そのギヤ軸４２は、第３軸線Ｓ３上に配設された第２回転機ＭＧ２のロータ軸４４とスプライン嵌合部４６を介して動力伝達可能に連結されている。第２回転機ＭＧ２は電動機および発電機として択一的に用いられるモータジェネレータで、電動機として機能するように力行制御されることにより走行用の動力源として用いられる。

上記減速小歯車３４は、第４軸線Ｓ４上に配設されたディファレンシャル装置４８のデフリングギヤ５０と噛み合わされており、エンジン１６および第２回転機ＭＧ２からの駆動力がディファレンシャル装置４８を介して左右のドライブシャフト５２に分配され、左右の駆動輪５４に伝達される。

動力伝達装置１２は、ブラケット等を介して車体によって支持されるケース６０を備えている。ケース６０は、フロントケース部材６２、中間ケース部材６４、およびリヤカバー６６の３つのケース部材にて構成されている。フロントケース部材６２は、エンジン１６に一体的に固設されており、エンジン１６との間にダンパ装置１８を収容する第１収容空間７２が形成される。中間ケース部材６４は、筒形状の外筒７４と仕切り壁７６とを一体に備えており、フロントケース部材６２と仕切り壁７６との間に、前記電気式差動部２６、カウンタ軸３６、ギヤ軸４２、ディファレンシャル装置４８等を収容する第２収容空間７８が形成される。また、リヤカバー６６と仕切り壁７６との間には、前記第１回転機ＭＧ１、第２回転機ＭＧ２を収容する第３収容空間８０が形成される。

ここで、第２回転機ＭＧ２のロータ軸４４は、一対の第１軸受９２ａ、９２ｂを介して第３軸線Ｓ３まわりに回転可能にケース６０によって支持されている。ロータ軸４４の軸方向の中央部分には、第２回転機ＭＧ２のロータ９４が相対回転不能に連結されている。第１軸受９２ａおよび９２ｂは、第３軸線Ｓ３の軸方向（第３軸線Ｓ３と平行な方向で図１における左右方向）においてロータ９４の両側に配置されている。また、ギヤ軸４２は、一対の第２軸受９６ａ、９６ｂを介して第３軸線Ｓ３まわりに回転可能にケース６０によって支持されている。第２軸受９６ａおよび９６ｂは、第３軸線Ｓ３の軸方向においてモータ出力歯車４０の両側に配置されている。モータ出力歯車４０は、第２回転機ＭＧ２の回転を駆動輪５４側へ伝達するギヤで、本実施例でははすば歯車等の平行軸歯車である。上記第１軸受９２ａ、９２ｂ、第２軸受９６ａ、９６ｂとして、本実施例ではボールベアリングが用いられている。

図２は、第３軸線Ｓ３上に配設されたギヤ軸４２およびロータ軸４４の連結構造を具体的に説明する断面図である。ギヤ軸４２およびロータ軸４４は、一軸線である第３軸線Ｓ３上に軸方向に隣接して配設されているとともに、互いに近接する側の軸端部においてスプライン嵌合部４６を介して動力伝達可能に連結されている。ギヤ軸４２の第２回転機ＭＧ２側の端部には、ロータ軸４４よりも小径とされて円筒形状のロータ軸４４の円筒内に挿入される嵌合軸部９０が設けられている。嵌合軸部９０は、第２回転機ＭＧ２側の第２軸受９６ａから第２回転機ＭＧ２側へ片持ち状に突き出すように設けられているとともに、嵌合軸部９０の外周面には外スプライン歯４３が設けられている。一方、円筒形状のロータ軸４４の内周面には、軸方向に離間した２箇所に内スプライン歯４５ａ、４５ｂが設けられており、その内スプライン歯４５ａ、４５ｂが上記外スプライン歯４３と噛み合わされてスプライン嵌合部４６が構成されている。外スプライン歯４３は、２箇所の内スプライン歯４５ａ、４５ｂと噛み合わされる共通の外スプライン歯で、２箇所の内スプライン歯４５ａ、４５ｂと噛み合うことができる長さ寸法で設けられている。すなわち、本実施例のスプライン嵌合部４６は、実質的に内スプライン歯４５ａ、４５ｂが設けられた軸方向の２箇所に分離して設けられることになる。なお、ロータ軸４４とギヤ軸４２との嵌合部には、上記スプライン嵌合部４６における歯打ち音等を低減するために、トレランスリング等のがたつき抑制部材９８が介装されている。

上記ロータ軸４４は第１軸受９２ａ、９２ｂの遊び等により偏心回転するが、本実施例の電動車両１０の動力伝達装置１２においては、スプライン嵌合部４６が、実質的に内スプライン歯４５ａ、４５ｂが設けられた軸方向の２箇所に分離して設けられており、その２箇所のスプライン嵌合部４６を介してギヤ軸４２によってもロータ軸４４が支持されるため、ロータ軸４４の姿勢変化が抑制されて偏心回転する際の偏心量が低減される。これにより、スプライン嵌合部４６におけるギヤ軸４２の心振れ幅が小さくなり、第２軸受９６ａを支点として反対側のモータ出力歯車４０に伝達される心振れ幅Ａも低減されて、そのモータ出力歯車４０の偏心回転に起因して生じるＮＶが改善される。

すなわち、従来は例えば図４に示されるように、スプライン嵌合部１１０がギヤ軸４２およびロータ軸４４の軸端部の１箇所に設けられていたため、ロータ軸４４の偏心回転によるスプライン嵌合部１１０における偏心量が比較的大きいとともに、スプライン嵌合部１１０から第２軸受９６ａまでの距離が短いため、その第２軸受９６ａを支点として反対側のモータ出力歯車４０に伝達される心振れ幅Ａが大きくなり、そのモータ出力歯車４０の偏心回転に起因してＮＶが悪化する可能性があった。

一方、ロータ軸４４の姿勢変化による偏心回転を抑制するだけであれば、内スプライン歯４５ａ、４５ｂを外スプライン歯４３に対応して連続して設けることも可能であるが、嵌合長さが長くなって動力伝達時のトルク損失が大きくなる。本実施例では内スプライン歯４５ａ、４５ｂが分離して設けられているため、嵌合長さが短くなってトルク損失の増加が抑制される。また、スプライン嵌合部４６を軸方向に分離して設けるだけで良いため、ケース６０の剛性を高くしたり防音カバーやダンパ等を設けたりする場合に比較して、低コストで簡単にＮＶを改善できる。また、図３の実施例のように、第２回転機ＭＧ２のロータ９４の重心位置Ｇを含む位置にスプライン嵌合部１００を設ける場合、ロータ９４の積厚（軸方向長さ）が大きくなると嵌合軸部９０の突出寸法を長くする必要があり、重量が増加したり材料コストが高くなったりするが、本実施例ではその必要がない。なお、図２では、内スプライン歯４５ａが、ロータ９４の重心位置Ｇを含む位置に設けられている。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において前記実施例と実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図３のスプライン嵌合部１００は、ギヤ軸４２の嵌合軸部９０の軸方向の一箇所に設けられた外スプライン歯１０２と、ロータ軸４４の軸方向の一箇所に設けられた内スプライン歯１０４とによって構成されているが、軸方向において第２回転機ＭＧ２のロータ９４の重心位置Ｇを含む位置に設けられている。すなわち、偏心回転するロータ軸４４の偏心量は、一対の第１軸受９２ａ、９２ｂによって支持されている軸方向の両端部で最大になり、重心位置Ｇ付近で最小になるため、その重心位置Ｇを含む位置にスプライン嵌合部１００が設けられることにより、そのスプライン嵌合部１００におけるギヤ軸４２の心振れ幅が小さくなる。これにより、第２軸受９６ａを支点として反対側のモータ出力歯車４０に伝達される心振れ幅Ａも低減され、そのモータ出力歯車４０の偏心回転に起因して生じるＮＶが改善される。また、ケース６０の剛性を高くしたり防音カバーやダンパ等を設けたりする場合に比較して、低コストで簡単にＮＶを改善できる点は、前記実施例と同じである。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：電動車両 １２：動力伝達装置 ４０：モータ出力歯車（ギヤ） ４２：ギヤ軸 ４３、１０２：外スプライン歯 ４４：ロータ軸 ４５ａ、４５ｂ、１０４：内スプライン歯 ４６、１００：スプライン嵌合部 ５４：駆動輪 ９４：ロータ ＭＧ２：第２回転機（電動機、動力源） Ｓ３：第３軸線（一軸線） Ｇ：重心位置

Claims (1)

1. 走行用の動力源として用いられる電動機のロータ軸と、該ロータ軸の回転を駆動輪側へ伝達するギヤが設けられたギヤ軸とが、共通の一軸線上に軸方向に隣接して配設されているとともに、
   前記ロータ軸および前記ギヤ軸は、互いに近接する側の軸端部において、前記ロータ軸に設けられた内スプライン歯と前記ギヤ軸に設けられた外スプライン歯とが互いに噛み合わされたスプライン嵌合部を介して動力伝達可能に連結されている、電動車両の動力伝達装置において、
   前記スプライン嵌合部は前記軸方向に離間した複数箇所に分離して設けられ、或いは前記軸方向において前記電動機のロータの重心位置を含む位置に前記スプライン嵌合部が設けられている、
   ことを特徴とする電動車両の動力伝達装置。

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