JP3463366B2 - 電気自動車用駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車用の駆動装
置に関し、特にモータと減速機を組み合わせた駆動装置
におけるモータと減速機の連結構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車用駆動装置において、その動
力源であるモータを小型、軽量化することは、消費電力
を削減する上で重要であり、そのためには、モータと組
み合わせられる減速機の減速比を大きくすることが好ま
しい。このため、例えば米国特許第４，４１８，７７７
号明細書に開示の技術では、２組のプラネタリギヤから
なる減速機を用いて減速比を大きくしている。しかしな
がら、プラネタリギヤを多段に組み合わせると減速機の
伝達効率が低下する。そのため、伝達効率の面からいえ
ば、減速機は最小即ち１組のプラネタリギヤで構成する
のが好ましい。

【０００３】１組のプラネタリギヤによる最大の減速比
は、該ギヤの構成要素であるサンギヤを入力部材に連結
し、キャリヤを出力部材に連結し、リングギヤをケース
等に連結して固定する連結構造により得られる。こうし
た連結構造を採った例として特開昭５５−６０７５６号
公報に開示の技術がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記連結構
造のもとに大きな減速比を確保するには、リングギヤの
内径を極力大きくし、サンギヤの外径を極力小さくすれ
ばよい。しかし、リングギヤの内径は、車両の最低地上
高の確保など車両への搭載上の制限から自ずと限界があ
る。他方、サンギヤの外径についても強度保持上の制約
があり、特にモータとドライブ軸とを同軸構成とした場
合には、そのサンギヤの内部をドライブ軸が通るので、
この小径化も容易ではない。このように、径方向に制約
を受ける条件下で駆動装置内の油量を確保しようとする
と、プラネタリギヤが油溜りに浸かってしまい、油によ
る攪拌損失を増やし、プラネタリギヤの伝達効率が低下
する。

【０００５】また、プラネタリギヤにおいて、入力部材
に連結されたサンギヤは、出力部材に連結されたキャリ
ヤに支持されたピニオンと噛み合うが、入力部材と出力
部材の回転中心にずれがあった場合、サンギヤとピニオ
ンの歯面の片当りによりギヤノイズの発生や耐久性低下
が生じる。特に、電気自動車では原動機のノイズが小さ
いため、ギヤノイズの低減に対する要求は厳しい。上記
回転中心のずれは、製造上無くすことは困難であるか
ら、こうした問題の発生を避けるには、サンギヤと入力
部材とを所定の遊びをもったスプライン嵌合により連結
することが望ましい。

【０００６】こうした観点から上記特開昭５５−６０７
５６号公報に開示の技術をみると、この構造では、上記
遊びをもったスプライン嵌合が採られているものの、該
嵌合の位置がサンギヤの歯部に対して径方向内側とされ
ているため、サンギヤの外径が、その内部をドライブ軸
が通る入力部材の外径にスプライン嵌合部の肉厚とサン
ギヤの肉厚を加えた大きさになり、サンギヤの外径が大
きくなってしまい、大きな減速比を得ることが困難とな
る。

【０００７】そこで、本発明は、ロータ軸とサンギヤと
を好適な構造で連結することにより、サンギヤとピニオ
ンとの良好な噛み合い状態を得て、ギヤノイズの低減、
耐久性の向上を図りながら、サンギヤの径を小さくする
ことにより１段のプラネタリギヤで大きなギヤ比を得
て、モータを小型化し、これによってコンパクトで且つ
効率の優れた電気自動車用駆動装置を提供することを主
たる目的とする。次に本発明は、上記の目的をモータと
差動装置とを同軸構成とした駆動装置において達成する
ことをより具体的な目的とする。さらに本発明は、サン
ギヤに働くスラスト力を利用した合理的なプラネタリギ
ヤ及び作動装置の支持構造を上記駆動装置において実現
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】 上記の目的を達成する
ため、本発明は、ケースの内側に固定されたステータ
と、該ステータの径方向内側に配設されたロータと、該
ロータに連結され、ベアリングを介してケースに回転自
在に支持されたロータ軸とを有するモータと、前記ロー
タ軸と同軸に配設され、モータの回転を減速して出力す
るプラネタリギヤとを備える電気自動車用駆動装置にお
いて、前記プラネタリギヤは、前記ロータ軸に連結する
サンギヤと、ケースに固定されたリングギヤと、ケース
に回転自在に支持され、前記サンギヤ及びリングギヤに
噛合するピニオンを回転自在に支持するキャリヤとを有
し、前記サンギヤは、ピニオンと噛合する歯部と、該歯
部に軸方向に直列的に形成されたスプライン連結部を有
し、前記ロータ軸と軸方向に近接して配設され、前記ス
プライン連結部を介して前記ロータ軸と連結すると共
に、該スプライン連結部、該ロータ軸及び前記ベアリン
グを介してケースに回転自在に支持されていることを特
徴とする。上記電気自動車用駆動装置は、前記モータ及
びプラネタリギヤと同軸に配設され、前記プラネタリギ
ヤから出力される回転を車両の左右輪に伝達する差動装
置を備え、該差動装置は、前記キャリヤと連結された差
動小歯車軸と、該差動小歯車軸に遊嵌された複数の差動
小歯車と、該複数の差動小歯車と噛合する一対の差動大
歯車と、該一対の差動大歯車に各々連結され、車両の左
右輪へ回転を伝達する一対のドライブ軸を有し、該一対
のドライブ軸の一方は、前記サンギヤ及びロータ軸内に
挿通された構成とすることができる。前記サンギヤは、
前記歯部をはす歯とされ、該歯部と前記スプライン連結
部との間に段差部を有し、該段差部と前記キャリヤとの
間にスラストベアリングが配設された構成とすることも
できる。

【０００９】

【発明の作用及び効果】 本発明では、前記サンギヤ
は、ピニオンと噛合する歯部と、該歯部に軸方向に直列
的に形成されたスプライン連結部を有し、前記ロータ軸
と軸方向に近接して配設され、前記スプラインの連結部
を介して前記ロータ軸と連結し、サンギヤがスプライン
連結部、ロータ軸及びロータ軸の支持ベアリングを介し
てケースに支持される構造としたので、サンギヤとピニ
オンの噛合部に対してスプライン連結部が軸方向に並ん
だ形態となり、それによりサンギヤを必要最小限の肉厚
として、その外径を小さくすることができると共にサン
ギヤをラジアル方向に適度の遊びを保って保持すること
ができる。そして、特に差動装置の一対のドライブ軸の
一方が前記サンギヤ及びロータ軸内に挿通された構成を
採る場合、上記サンギヤとピニオンの噛合部に対してス
プライン連結部が軸方向に並んだ形態は、内外径を制約
された条件下でのサンギヤの肉厚の確保に一層顕著に役
立つ。さらに、前記サンギヤの歯部をはす歯とし、該歯
部と前記スプライン連結部との間に段差部を形成し、該
段差部と前記キャリヤとの間にスラストベアリングを配
設した構成を採る場合、スラストベアリングの相対回転
差を小さくして該ベアリングにかかかる負荷を軽減する
ことができる。

【００１０】したがって本発明によれば、サンギヤとピ
ニオンとの良好な噛み合い状態を得て、ギヤノイズの低
減、耐久性の向上を図りながら、サンギヤの径を小さく
することにより１段のプラネタリギヤで大きなギヤ比を
得て、モータを小型化し、これによってコンパクトで且
つ効率の優れた電気自動車用駆動装置を提供することが
できる。また、サンギヤの歯をはす歯にした場合、サン
ギヤにはスラスト力が働くため、サンギヤの両側にスラ
ストベアリングを配設する必要があるが、本発明のサン
ギヤは、ケースに回転自在に支持されたロータ軸に近接
して配設しているので、サンギヤに働くスラスト力をロ
ータ軸を介してケースで受け止めることができる。した
がって、本来サンギヤの両側に配設されるべきスラスト
ベアリングを片側のみにすることができるので、構造が
簡素化できる。

【００１１】

【実施例】以下、図面に沿い、本発明の実施例を説明す
る。先ず図１は本発明の電気自動車用駆動装置の第１実
施例を示す。この装置は、モータケースとギヤケースと
に分割されたケース１０のモータケース側に固定された
ステータ２１と、ステータ２１の径方向内側に配設され
たロータ２２と、ロータ２２にスプライン連結され、ラ
ジアル及びスラスト力を支持する一対のボールベアリン
グ１６，１８でケース１０に回転自在に支持されたロー
タ軸２３とを有するモータ２と、ギヤケース側にロータ
軸２３と同軸に配設され、モータ２の回転を減速して出
力するプラネタリギヤ３と、プラネタリギヤ３の出力を
本例において一方はロータ軸２３内を通して、他方は直
接車両の左右輪に伝達する差動装置４とからなる電気自
動車用駆動装置１を構成している。

【００１２】プラネタリギヤ３は、ロータ軸２３に連結
するサンギヤ３１と、ケース１０のギヤケース側にラジ
アル方向への遊びを許容して回り止め固定されたリング
ギヤ３２と、ケース１０に回転自在に支持され、サンギ
ヤ３１及びリングギヤ３２に噛合するピニオン３３を回
転自在に支持し、差動装置４に連結されたキャリヤ３４
とを有する。サンギヤ３１は、ピニオン３３と噛合する
歯部３１１と、歯部３１１に軸方向に直列的に形成され
たスプライン連結部３１２を有し、ロータ軸２３と軸方
向に近接して、本例において端部を当接させて配設さ
れ、スプライン連結部３１２を介してロータ軸２３と連
結している。

【００１３】差動装置４は、プラネタリギヤのキャリヤ
３４と一体化された部分と、別体でこれにボルト止めさ
れた部分とからなる差動装置ケース４０内に配設された
一対の差動大歯車４１と、これらに噛合し、差動装置ケ
ース４０にピン止めされた差動小歯車軸４２に遊嵌され
た複数の差動小歯車４３（図にその１つだけを示す）と
を備え、一方の差動大歯車４１の軸孔には、ロータ軸２
３内を通して差動装置４の一方の出力をヨーク軸１２を
介して一方の車輪に伝達するドライブ軸１１の端部がス
プライン嵌合且つスナップリング止めされ、他方の差動
大歯車４１の軸孔には、差動装置４の他方の出力を直接
他方の車輪に伝達するドライブ軸を兼ねるヨーク軸１２
がスプライン嵌合且つスナップリング止めされている。
差動装置ケース４０の一方の部分に形成された軸部は、
ボールベアリング１５を介してケース１０のギヤケース
側に支持され、キャリヤ３４と一体化された他方の部分
はキャリヤ３４に形成された軸部をボールベアリング１
３を介してケース１０のサポート部に支持されている。

【００１４】なお、図１において、符号１９はドライブ
軸１１をヨーク軸１２にスプライン連結する連結スリー
ブを示し、該スリーブ１９はその外端の外周をボールベ
アリングを介してケース１０に支持され、内端側外周を
ニードルベアリングを介してロータ軸２３の内周に支持
されている。また、符号１７は駆動装置内の循環オイル
を回収するオイルパン、２４はモータ２に３相交流電力
を給電するパワーケーブル、５は駆動装置各部の潤滑兼
冷却用のオイルをケース１０に内において循環させるべ
くパーキンギヤ８のスリーブ８１にギヤ連結されたオイ
ルポンプ、６はロータ２２の回転位置を検出すべくオイ
ルポンプ軸に連結されたレゾルバ、７はオイルストレー
ナ及びレリーフ弁、８はパーキングギヤを示す。

【００１５】ここで、上記スプライン連結部３１２とそ
れに関連する部分の構成について詳述する。ロータ軸２
３は、ボールベアリング１８による支持部を越えてプラ
ネタリギヤ３の配設方向に延長されており、延長部の外
周にスプライン２３１を形成されている。サンギヤ３１
は、歯部３１１をピニオン３３に、スプライン連結部３
１２をスリーブ８１に支持され、ドライブ軸１１は、一
端を差動大歯車４１に、他端をロータ軸に支持され、そ
して、サンギヤ３１は、ドライブ軸１１との間にクリア
ランスを保ちながらドライブ軸１１に遊嵌し、大径のス
プライン連結部３１２側端面を上記延長部端面に当接し
て配置されている。サンギヤ３１の小径の歯部３１１と
大径のスプライン連結部３１２との間に形成された段差
部３１３に一方の肉厚のレースを当付けて、段差部３１
３とキャリヤ３４に形成された軸部端面との間にニード
ル形式のスラストベアリング１４が配設されている。ロ
ータ軸２３の上記延長部外周に形成されたスプライン２
３１とスプライン連結部３１２の外周に形成されたスプ
ラインとにわたって、本例においてパーキングギヤ８の
スリーブ８１がその内周スプラインを嵌合させて嵌挿さ
れており、スリーブ８１の一端はスラストベアリング１
４の上記肉厚のレースに当接され、他端はボールベアリ
ング１８のインナレースに当接されている。かくして、
ロータ軸２３は、モータ２におけるステータ２１とロー
タ２２の間のエアギャップを精密に保つべく両ボールベ
アリング１６，１８を介してラジアル方向、スラスト方
向共に実質上遊びなく保持されるのに対して、サンギヤ
３１は、ドライブ軸１１に遊嵌し、ロータ軸２３に対し
てラジアル方向に適度の遊びを保って保持されている。

【００１６】上記のように構成された電気自動車用駆動
装置１では、モータ２のロータ２２の回転が上記のよう
に軸位置を精密に位置決めされたロータ軸２３からパー
キングギヤ８のスリーブ８１を連結手段に利用してサン
ギヤ３１とのスプライン連結部３１２に伝えられる。こ
のときスリーブ８１の内周のスプラインとスプライン連
結部３１２の外周スプラインとの間の遊びにより、サン
ギヤ３１は軸位置を精密に位置決めされたピニオン３３
に対して歯面の片当りを生じないような軸位置に変位し
て回転する。かくしてサンギヤ３１に伝達された回転
は、ケース１０に回り止め固定されたリングギヤ３２に
自転の反力を取るピニオン３３の公転としてキャリヤ３
４に取り出され、それと一体化された差動装置ケース４
０を回転させる。プラネタリギヤ３のラジアル方向の支
持関係については、キャリヤ３４がその軸方向両側をケ
ース１０に位置決め支持された状態で回転し、サンギヤ
３１とリングギヤ３２は適宜調心しながら良好な噛み合
いを保って回転する支持状態が保たれる。これにより噛
み合い面の片当りによるノイズの発生が回避される。差
動装置ケース４０の回転は、差動小歯車軸４２及びそれ
に遊嵌された差動小歯車４３を経て、一方で差動大歯車
４１からそれにスプライン嵌合したドライブ軸１１の回
転とされ、他方で差動大歯車４１を経てそれにスプライ
ン嵌合したヨーク軸１２（図に想像線で示す）の回転と
されて、最終的に図示しない左右輪に伝達され、車両の
駆動力とされる。

【００１７】このような駆動装置の作動下で、はす歯歯
車とされたサンギヤ３１に働くスラスト力は、図に矢印
で示す前進駆動時及び後進非駆動時には差動装置側（図
に実線矢印で示す右方）に働くが、このスラスト力は、
段差部３１３からスラストベアリング１４、キャリヤ３
４を介してボールベアリング１５で受け止められる。こ
れに対して、後進駆動時及び前進非駆動時には上記スラ
スト力は、逆向きにモータ側（図に点線矢印で示す左
方）に働くが、このスラスト力は、サンギヤ３１に端面
が当接するロータ軸２３にかかり、ボールベアリング１
６で受け止められる。

【００１８】こうして上記第１実施例の駆動装置によれ
ば、連結構造に関しては、連結手段を構成するスリーブ
８１の内周スプラインをスリーブ８１を全通するスプラ
インとすることができるため、ブローチ加工等による高
能率の加工が可能となる利点が得られる。また、支持構
造に関しては、はす歯構成によりサンギヤ３１にかかる
スラスト力の中、一方が上記にようにボールベアリング
１５で受け止められるようにすることで、専用のスラス
トベアリングを片側のみとすることができるので、構造
を簡素化できる。そして、前進駆動時等のスラスト力
は、最終的には大型のボールベアリング１５で支持さ
れ、このボールベアリング１５の回転は、減速機による
減速後の回転とされた差動装置ケース４０の回転と静止
状態のケース１０の回転との相対回転となる。また上記
スラスト力は、中間的にはサンギヤ３１の段差部３１３
とキャリヤ３４との間に配設されたスラストベアリング
１４で支持され、その回転は、サンギヤ３１と減速機の
回転となるキャリヤ３４との相対回転となる。したがっ
て、スラストベアリング１４の回転は、スラスト力をケ
ースに直接支持するベアリングに比して低速回転となる
から、ボールベアリング１５及びスラストベアリング１
４にかかる負荷は小さくなる。また、スラストベアリン
グ１４は、サンギヤ３４の外周でサンギヤ３４の段差部
３１３とキャリヤに形成された軸部端面との間に配設さ
れるので、サンギヤ３１の歯部端面と差動装置ケース４
０との間に配設する場合に比べて大径のベアリングとす
ることができ、ベアリングの容量を大きくすることがで
きる。しかも前進駆動時等のスラスト力がロータ軸２３
のボールベアリング１６に働かないようにしているの
で、前進駆動時に高速回転するロータ軸２３を支持して
いるボールベアリング１６の耐久性を確保することがで
きる。

【００１９】次に、図２はサンギヤ３１とロータ軸２３
の連結構造を変更した第２実施例を示す。この例では、
上記第１実施例においてパーキンギヤ８のスリーブ８１
をロータ軸２３とサンギヤ３１との連結に利用している
のに対して、スリーブ８１をサンギヤ３１と一体したも
のである。したがって、サンギヤ３１のスプライン連結
部３１２Ａとロータ軸２３のスプライン２３１Ａとは所
定の軸方向長さにわたって径方向にオーバラップした二
重軸構造となる。こうした構成は、部品点数の削減と組
立工程の簡素化に役立つ。なお、この例の場合、逆駆動
時等にサンギヤ３１に働くスラスト力はボールベアリン
グ１８のインナレース、ロータ軸２３を介してボールベ
アリング１６でケース１０に支持される。

【００２０】次に、図３はさらにサンギヤ３１とロータ
軸２３の連結構造を変更した第３実施例を示す。この例
では、サンギヤ３１とロータ軸２３とがサンギヤ３１の
スプライン連結部３１２に形成された外周スプライン３
１２Ｂとロータ軸２３の端部に形成されたフォーク２３
１Ｂとで連結されているため、スプライン連結部３１２
における両部材の肉厚の径方向の重なりが無い連結構造
とすることができる。この構成は、連結部における径方
向のスペースが制約された条件下で有効に機能する。

【００２１】最後に、図４は本発明の電気自動車用駆動
装置の第４実施例を示す。この例は、プラネタリギヤ３
の支持構造に関して、キャリヤ３４は、その反モータ配
設側（図において右方）をキャリヤ３４と一体化された
差動装置ケース４０を介してケース１０にボールベアリ
ング１５で支持され、モータ配設側（図において左方）
をケース１０にラジアル方向の遊びなく位置決め固定さ
れたリングギヤ３２で２点支持された構造が採られてい
る。なお、本例では、第１実施例のようにモータ２とプ
ラネタリギヤ３との間にオイルポンプが、またプラネタ
リギヤ３の径方向外側にレゾルバが配設されていないた
め、それらを含めた関連構成が除かれている点で前記第
１実施例の構成と相違するが、その余の構成について
は、実質的に同様なので、第１実施例の構成の説明の参
照をもって説明に代える。

【００２２】このようにすると、キャリヤ３４のモータ
配設側は、キャリヤ３４に支持されたピニオン３３のリ
ングギヤ３２と噛み合いによる自動調心作用で、また、
サンギヤ３１はピニオン３３との噛み合いによる自動調
心作用で求心し、共にラジアル方向に位置決め支持を行
わなくても歯面の片当りのない良好な噛み合い状態を保
つ。こうした作用を利用することで、図１に示す第１実
施例とは異なり、キャリヤ３４をモータ配設側で支持す
るボールベアリング１３を無くすことができるので、そ
の分の軸方向寸法の短縮が可能となる利点が得られる。

【００２３】以上、本発明を何れもモータ２とドライブ
軸１１とを同軸とした、すなわちサンギヤ３１内をドラ
イブ軸１１が貫通する４つの実施例に基づき説明した
が、本発明は、そうした構成に適用して特に顕著な効果
を発揮するものの、この構成に限定されるものではな
く、同軸構成でない駆動装置に適用しても有効なもので
あり、この点を含めて本発明は、特許請求の範囲に記載
の範囲内で、必要に応じて適宜各部の具体的な構成を変
更して実施可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気自動車用駆動装置の第１実施例を
一部端面のみで示す全体断面図である。

【図２】本発明の第２実施例のスプライン連結部のみを
拡大して同様に一部端面のみで示す部分断面図である。

【図３】本発明の第３実施例のスプライン連結部のみを
拡大して同様に一部端面のみで示す部分断面図である。

【図４】本発明の第４実施例を一部端面のみで示す部分
断面図である。

【符号の説明】

１ 電気自動車用駆動装置 ２ モータ ３ プラネタリギヤ ４ 差動装置 １０ ケース １１ ドライブ軸 １２ ヨーク軸（ドライブ軸） １４ スラストベアリング ２１ ステータ ２２ ロータ ２３ ロータ軸 ３１ サンギヤ ３２ リングギヤ ３３ ピニオン ３４ キャリヤ ４１ 差動大歯車 ４２ 差動小歯車軸 ４３ 差動小歯車 ３１１ 歯部 ３１２ スプライン連結部 ３１３ 段差部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−116542（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−184017（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−340449（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−154835（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−39047（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−12862（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4418777（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60K 17/04 B60K 17/16 B60L 11/00 F16H 37/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケースの内側に固定されたステータと、
   該ステータの径方向内側に配設されたロータと、該ロー
   タに連結され、ベアリングを介してケースに回転自在に
   支持されたロータ軸とを有するモータと、 前記ロータ軸と同軸に配設され、モータの回転を減速し
   て出力するプラネタリギヤとを備える電気自動車用駆動
   装置において、 前記プラネタリギヤは、前記ロータ軸に連結するサンギ
   ヤと、ケースに固定されたリングギヤと、ケースに回転
   自在に支持され、前記サンギヤ及びリングギヤに噛合す
   るピニオンを回転自在に支持するキャリヤとを有し、 前記サンギヤは、ピニオンと噛合する歯部と、該歯部に
   軸方向に直列的に形成されたスプライン連結部を有し、
   前記ロータ軸と軸方向に近接して配設され、前記スプラ
   イン連結部を介して前記ロータ軸と連結すると共に、該
   スプライン連結部、該ロータ軸及び前記ベアリングを介
   してケースに回転自在に支持されていることを特徴とす
   る電気自動車用駆動装置。
2. 【請求項２】 前記モータ及びプラネタリギヤと同軸に
   配設され、前記プラネタリギヤから出力される回転を車
   両の左右輪に伝達する差動装置を備え、 該差動装置は、前記キャリヤと連結された差動小歯車軸
   と、 該差動小歯車軸に遊嵌された複数の差動小歯車と、 該複数の差動小歯車と噛合する一対の差動大歯車と、 該一対の差動大歯車に各々連結され、車両の左右輪へ回
   転を伝達する一対のドライブ軸を有し、 該一対のドライブ軸の一方は、前記サンギヤ及びロータ
   軸内に挿通された請求項１記載の電気自動車用駆動装
   置。
3. 【請求項３】 前記サンギヤは、前記歯部をはす歯とさ
   れ、該歯部と前記スプライン連結部との間に段差部を有
   し、 該段差部と前記キャリヤとの間にスラストベアリングが
   配設された請求項１又は２記載の電気自動車用駆動装
   置。