JP4090422B2 - 車両用出力伝達装置及びそれを用いた車両駆動用電機システム - Google Patents

Description

本発明は、電動機を出力源とする車両用出力伝達装置及びそれを用いた車両駆動用電機システムに係り、特に、減速機と差動機構とを有する装置に好適な車両用出力伝達装置及びそれを用いた車両駆動用電機システムに関する。

従来の電動機を出力源とする車両用出力伝達装置では、例えば、特開２００１−３３０１１１号公報や特開平８−２３０４８９号公報に記載のように、大きな駆動トルクを得るために、減速機を介して電動機の出力を駆動輪に伝達するものが知られている。

特開２００１−３３０１１１号公報記載のものでは、減速機として、複数の遊星歯車からなる減速機を用いている。

また、特開平８−２３０４８９号公報記載のものでは、減速機は、車両用電動機の電動機軸に連結する入力軸と、この入力軸に対して平行に配置され駆動車輪側に連結される出力軸と、入出力軸間の出力伝達をなす伝達機構である第１小ギア，第１大ギア，第２小ギア，第２大ギアとから構成されている。

特開２００１−３３０１１１号公報

特開平８−２３０４８９号公報

しかしながら、特開２００１−３３０１１１号公報記載のように、減速機に遊星歯車装置を使用する場合、１組の遊星歯車装置を構成するギアの数は、サンギアが１個、リングギアが１個、ピニオンギアが３個ないし４個であるため、ギアの噛合いが多く減速機の出力伝達効率が小さかった。さらに、遊星歯車装置では３個ないし４個あるピニオンギアそれぞれにニードル型ラジアル軸受け、及びワッシャ型スラスト軸受けが設けられているので、出力伝達効率を小さくなる。

また、遊星歯車式減速機では、遊星歯車装置のギア比（＝サンギアSの歯数ZS／リングギアRの歯数ZR）をρとすると、減速比i（入力軸回転速度／出力軸回転速度）は次式（１）であらわせる。
i＝（1+ρ）／ρ …（１）
上記式（１）でρ＝０．５程度に設定すると減速比iは３程度である。ここでギア比ρを０．２程度にすると減速比iは６程度になるが、サンギアSの径寸法には設計上の限界があるため、ギア比ρを小さくするためにはリングギアRの径寸法を大きくする必要がある。しかし、リングギアRの径寸法を大きくすると減速機の径寸法が大きくなるため、最低地上高を確保する上でドライブシャフトの傾斜角θが過大になるなど車両搭載上好ましくないものである。そのため、遊星歯車装置で現実的に実現可能な減速比iは３程度であり、大きな減速比を取るためには遊星歯車を複数列組み合わせる必要がある。複数の遊星歯車装置を用いると、さらに、出力の伝達効率が低下する。伝達効率が悪いと、エネルギー損失が大きくなり、電動車両の一充電あたりの走行距離が短くなる。また、構成部品点数が多いため、重量が増加するとともにコストが高くなる。

また、上記特開平８−２３０４８９号公報記載のように、平行軸で減速機を構成すると、電動機の円周外側に差動装置で左右分配されるドライブシャフトが配置されるため、電動機の径方向に減速機が大型化する。減速機が大型化されると、車両搭載上大きなスペースを必要とするので車室空間が狭くなる。

本発明の目的は、減速機構のトルクの伝達効率が高く、大きな減速比が得られるとともに、コンパクトな車両用出力伝達装置及びそれを用いた車両駆動用電機システムを提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、電動機と、この電動機の出力を減速する減速機と、この減速機で減速された出力を左右輪に分配する差動装置とを有する車両用出力伝達装置であって、前記減速機は、ハウジングに対して回転可能に保持され、かつ、複数個のギアが並設されるとともに前記電動機の出力軸と平行な回転軸を有する減速機構であり、前記減速機及び前記差動装置は、前記電動機の軸方向端面と対向する領域に配置され、かつ、前記差動装置のリングギアに内接することで、前記減速機及び前記差動装置を構成する前記複数個のギアは、前記電動機の外径の内側に配置されており、前記差動装置は、リングギアと、このリングギアに結合され、前記リングギアから入力した駆動力を左右に分配する差動歯車組とを有しており、前記減速機の最終段のギアは、前記差動装置のリングギアに内接するものである。
かかる構成により、減速機構のトルクの伝達効率が高く、大きな減速比が得られるとともに、コンパクトにし得るものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記減速機は、電動機の軸芯と平行な少なくとも１本のギアシャフトと、このギアシャフトおよび前記差動装置に設けられたギアで構成されているとともに、前記差動装置の軸芯が、前記電動機の出力軸の軸芯と同芯としたものである。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記減速機内に設けられたオイルポンプを備え、このオイルポンプを前記電動機の出力を減速した前記ギアシャフトで駆動するようにしたものである。

（４）上記（１）において、好ましくは、パーキングギアと、爪付ポールと、ポールシャフトと、カムと、ロッドと、マニュアルシャフトとから構成されるパーキング機構を備え、前記爪付ポール，前記ポールシャフト，前記カム，前記ロッド，前記マニュアルシャフトを、前記減速機内で、かつ前記電動機の軸を中心に前記減速機のシャフトと略同一円周上に配置するようにしたものである。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記電動機へ電圧を供給するインバータを前記電動機及び前記減速機に取り付け、前記インバータを前記電動機の冷却系で冷却するようにしたものである。

（６）上記（１）において、好ましくは、前記電動機の半径方向に対して、前記差動装置のリングギアを、前記電動機の出力軸の軸芯と、前記減速機の第１のギアシャフトの間に配置したものである。

（７）上記（１）において、好ましくは、前記差動装置の両端を支持するベアリングを、前記電動機の外径の内側に配置したものである。

（８）上記目的を達成するために、本発明は、車輪の車軸に出力供給源からの回転出力を伝達する車両用出力伝達装置において、前記出力供給源を構成する電動機と、該電動機の出力を受けてそれを減速する減速機と、該減速機の出力を受けてそれを少なくとも２つの出力に分配する差動装置とを有し、前記減速機は、前記電動機及び前記差動装置に対して機械的に接続された歯車機構であり、前記歯車機構は、複数の歯車が設けられかつ少なくとも前記電動機の出力軸に対して平行に並置されてた回転軸を有しており、前記減速機及び前記差動装置は、前記電動機の軸方向端面と対向する領域に配置され、前記減速機及び前記差動装置は、前記電動機の外径の内側に配置されており、前記差動装置は、リングギアと、このリングギアに結合され、前記リングギアから入力した駆動力を左右に分配する差動歯車組とを有しており、前記減速機の最終段のギアは、前記差動装置のリングギアに内接するものである。
かかる構成により、減速機構のトルクの伝達効率が高く、大きな減速比が得られるとともに、コンパクトにし得るものとなる。

（９）上記（８）において、好ましくは、前記電動機，前記減速機及び前記差動装置はハウジングの内部に収納されており、前記差動装置の出力軸の端部は、前記車軸が機械的に接続できるように、前記ハウジングの外部に露呈しているものである。

（１０）上記（８）において、好ましくは、前記歯車機構は少なくとも２つの回転軸を有しており、前記回転軸のそれぞれには少なくとも２つの前記歯車が設けられており、前記回転軸は、互いに平行に並置されていると共に、少なくとも前記電動機の出力軸に対して平行に並置されており、前記回転軸の一方における前記歯車の一方は、前記電動機の出力軸に機械的に接続されており、前記回転軸の他方における前記歯車の一方は、前記差動装置の入力側に機械的に接続されており、前記回転軸の一方における前記歯車の他方と前記回転軸の他方における前記歯車の他方は、互いに機械的に接続されているものである。

（１１）上記（１０）において、好ましくは、前記回転軸は前記差動装置の出力軸に対して平行に並置されており、前記電動機の出力軸は中空軸であり、前記差動装置の出力軸の一方は前記中空軸に挿設されているものである。

（１２）上記（８）において、好ましくは、前記回転軸には少なくとも２つの前記歯車が設けられており、前記回転軸は前記差動装置の出力軸に対して垂直に並置されており、前記歯車の一方は、平歯車によって構成されて前記電動機の出力軸に機械的に接続されており、前記歯車の一方は、かさ歯車によって構成されて前記差動装置の入力側に機械的に接続されているものである。

（１３）上記目的を達成するために、本発明は、車輪の車軸に回転出力を伝達し車両を駆動させる車両駆動用電機システムにおいて、車載用電力供給源を駆動源とし、前記回転出力を発生する電動機と、該電動機の出力を前記車軸に伝達する出力伝達装置とを有し、前記出力伝達装置は、前記電動機の出力を受けてそれを減速する減速機と、該減速機の出力を受けてそれを少なくとも２つの出力に分配する差動装置とを備えたものであって、前記電動機の軸方向端面と対向する領域に配置され、前記電動機と共にハウジングの内部に収納されて一つのユニットを構成しており、前記差動装置の出力軸の端部には前記車軸が機械的に接続できるようになっており、前記減速機は、複数の歯車が設けられかつ少なくとも前記電動機の出力軸に対して平行に並置された回転軸を有する歯車機構であって、前記電動機と前記差動装置とを機械的に接続するとともに、前記減速機及び前記差動装置は、前記電動機の外径の内側に配置されており、前記車載用電力供給源の直流電力を交流電力に変換する電力変換装置は前記ハウジングに取り付けられており、前記電動機を冷却する媒体によって冷却されるものである。
かかる構成により、減速機構のトルクの伝達効率が高く、大きな減速比が得られるとともに、コンパクトにし得るものとなる。

（１４）上記（１３）において、好ましくは、前記車載用電力供給源はバッテリであり、前記電動機は、交流式のものであって、前記バッテリから直流電力の供給を受けてこれを交流電力に変換する電力変換装置の動作によって前記回転出力が制御されるものである。

（１５）上記（１３）において、好ましくは、前記電動機は、前記車両に搭載された内燃機関と共に前記車両の駆動源を構成するようにしたものである。

（１６）上記（１５）において、好ましくは、前記電動機は、前記車輪のうち、前記内燃機関によって回転駆動される車輪とは異なる車輪を駆動するようにしたものである。

本発明によれば、減速機構のトルクの伝達効率が高く、大きな減速比が得られるとともに、コンパクトにすることができる。

以下、図１〜図８を用いて、本発明の第１の実施形態による車両用出力伝達装置の構成について説明する。本実施形態では、電動機の軸芯と差動装置の出力軸の軸芯が平行な場合の例について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による車両用出力伝達装置の構成を示す正面図である。図２は、図１のＶ−Ｏ−Ｗ−Ｘ−Ｙ断面の側面図である。図３は、図１のＶ−Ｏ−Ｗ−Ｘ−Ｙ断面の骨子図である。図４は、本発明の第１の実施形態による車両用出力伝達装置を用いた車両の駆動装置を示す正面図である。

図２及び図３において、電動機１０は、正逆両方向へ回転駆動される。電動機１０の回転駆出力は、減速機１２において減速された後、差動装置１４において左右の駆動系に分配される。減速機１２を構成するギアＡ３３，Ｂ３４，Ｃ３５，Ｄ３６，Ｅ３７は、全て平歯車を用いている。

差動装置１４から出力される出力の内に、一方の出力は中空状の電動機軸１１を貫通してその電動機軸１１と同芯に配設された中間軸１６を介して、図４の右側ドライブシャフトＤＳ２へと連結し、右側駆動輪ＷＨ２へ伝達される。他方の出力は、図４の左側ドライブシャフトＤＳ１と連結し、左側駆動輪ＷＨ１へ伝達される。

電動機１０，減速機１２，差動装置１４は、図２に示すように、円筒状ハウジング２０，第１サイドハウジング２１，第２サイドハウジング２２，第1中間ハウジング２３，第２中間ハウジング２４の５部材で構成されたハウジング内に、互いに同芯にかつ直列に配置されている。減速機１２の一部を形成している第２サイドハウジング２２及び第２中間ハウジング２４は、電動機の一部を形成している円筒状ハウジング２０と同径か、若しくは円筒状ハウジング２０より小径である。

電動機１０は、永久磁石型ＡＣモータ，誘導モータ，同期モータ，ＤＣモータなどである。電動機１０は、円筒状ハウジング２０とその両端部に勘合された第１サイドハウジング２１および第１中間ハウジング２３とによって囲まれた空間内に一体的に組みつけられている。電動機１０は、バッテリー等の電源からインバータを介して駆動電力が供給されることにより回転駆動される。インバータは、図示しないモータ制御用コンピュータによって駆動電力の周波数や電圧を変更することにより、電動機１０のトルク制御を行う。また、インバータは、電動機１０が強制回転させられることにより発生した電力をバッテリーに充電する。

減速機１２および差動装置１４は、第１中間ハウジング２３と第２サイドハウジング２２と第２中間ハウジング２４で囲まれた空間内に配設されている。減速機１２は、電動機１０の出力軸１１と平行な２本の第１ギアシャフト３１、第２ギアシャフト３２を備えている。電動機１０の中空の出力軸１１にはギアＡ３３が取り付けられており、第１ギアシャフト３１にはギアＢ３４，ギアＣ３５が取り付けられ、また第２ギアシャフト３２にはギアＤ３６，ギアＥ３７が取り付けられている。すなわち、減速機１２は、電動機１０の出力軸１１と平行な第１ギアシャフト３１、第２ギアシャフト３２で構成される平行軸方式である。なお、ギアはシャフトと一体ものであってもよいものである。

差動装置１４は、リングギアＦ３８と、リングギアＦ３８とボルトで結合するデフケース３９と、デフケース３９に差動小歯車軸４０で固定された差動小歯車４１と、差動小歯車４１にかみ合う差動大歯車４２で構成されている。

電動機１０の出力は、ギアＡ３３と外接するギアＢ３４で第１段減速し、ギアＣ３５と外接するギアＤ３６で第２段減速し、さらにギアＥ３７と内接するリングギアＦ３８で第３段減速する。その後、差動装置１４で左右の駆動系に分配される。ここでリングギアＦ３８を内歯とすることで、リングギアＦ３８の外径を大きくせずにギアE３７との組合せで大きな減速比（４〜６程度）が実現できる。

第２ギアシャフト３２の回転は、電動機１０の回転より、減速機１２の減速ギア比分だけ、低回転になっている。電動機１０の最大回転は１万回転を超えるため、第２ギアシャフト３２で第１中間ハウジング２３に配置される減速ギアや第１ギアシャフト３１及び第２ギアシャフト３２及び電動機軸１１を支持する軸受け潤滑用のオイルポンプ５１を駆動する。なお、電動機１０の回転を第１減速した第１ギアシャフト３１でオイルポンプ５１を駆動する構成としてもよいものである。

また、ギアＥ３７およびリングギアＦ３８は、各部ギア・軸受け等の潤滑用に減速機１２内の図示していないオイルを攪拌している。しかし攪拌するオイルが多いと攪拌抵抗が大きくなるため、第１ギアシャフト３１および第２ギアシャフト３２は、オイルの攪拌量と攪拌抵抗のバランスが最適になるよう上下方向に対しある角度をもって配置されている。

以上のように、本実施形態の減速機１２は、電動機１０の軸芯と平行な２本のシャフト３１，３２と、このシャフト３１，３２および差動装置１４に設けられたギア３８で構成されている。なお、シャフトは、１本でもよいものである。さらに、差動装置１４の出力軸１６の軸芯が、電動機１０の出力軸１１の軸芯と同芯としている。このような構成としているため、ギアかみ合いが少なく、軸受け数も少なくできるので、出力伝達効率を向上することができる。伝達効率が良くなるため、エネルギー損失が小さくなり、電動車両の一充電あたりの走行距離が長くなる。また、低コスト化できる。さらに、減速機１２の一部を形成しているハウジング２２，２４は、電動機の一部を形成している円筒状ハウジング２０と同径か、若しくは円筒状ハウジング２０より小径とできるため、小型化することができる。

また、減速機１２の内部に、オイルポンプ５１を設けるとともに、このオイルポンプ５１を電動機１０の出力を減速したギアシャフト３２で駆動することにより、オイルポンプの高速化を防止できる。オイルポンプの高速化が防止できるので、キャビテーションによるオイルポンプ破損を防止できる。

次に、図５を用いて、本発明の第１の実施形態による車両用出力伝達装置のギア配置について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態による車両用出力伝達装置のギア配置を示す正面図である。

電動機１０の出力軸１１のギアＡ３３は、減速機１２のギアＢ３４と係合している。ギアＢ３４と同軸のギアＣ３５は、ギアＤ３６と係合している。ギアＤ３６と同軸のギアＥ３７は、差動装置１４のリングギアＦ３８と係合している。リングギアＦ３８によって、デフサイドギア４１が駆動される。なお、各ギア３３，３４，３５，３６，３７，３８，４１の線は、ピッチ円直径を示している。

図５から明らかなように、本実施形態では、電動機１０の外径の内側に、減速機１２と、差動装置１４の各ギア３３，３４，３５，３６，３７，３８，４１が配置される構成となっている。すなわち、電動機１０の軸方向端面と対向する領域（図５の電動機１０の外径で示される領域）に、減速機１２及び差動装置１４が配置される構成としている。また、減速機１２は、遊星機構のように回転軸を有する減速機構ではなく、ハウジングに対して回転可能に固定保持された固定軸であるシャフト３１，３２に取り付けられた複数のギアを有する減速機構である。

かかる特徴により、ギアかみ合いが少なく、軸受け数も少なくできるので、出力伝達効率を向上することができる。また、低コスト化できる。さらに、出力伝達装置を小型化することができる。

次に、図１及び図６を用いて、本発明の第１の実施形態による車両用出力伝達装置に用いられるパーキング機構の構成について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態による車両用出力伝達装置に用いられるパーキング機構の構成を示す側面図であり、図１のＺ−Ｏ断面図である。

パーキング機構１８は、電動機１０の出力軸１１に一体化されたパーキングギア４３と、パーキングギア４３にかみ合うことによりかみ合い手段を構成する爪付ポール４４と、爪付ポール４４と協働するカム４５と、カム４５を作動させるロッド４６及びロッドプレート４７と、図示しない車室内のシフトレバーの動きを連結機構を介してロッド４６及びロッドプレート４７に伝えるマニュアルシャフト５０とを備えている。

パーキング機構１８は、減速機ハウジング内の電動機１０及び差動装置１４の軸芯の円周上に配置するように収容されており、電動機１０の出力軸１１をハウジングに固定する。爪付ポール４４は、その端部をポールシャフト４８を介してハウジングに回転自在に支持され、反対側端部にカム係合面を形成された屈曲形状となり、中央部に爪が形成されている。カム４５は、ロッド４６に摺動自在に嵌挿されており、背後にコイルスプリング４６のバネ荷重を受け、大径のロッド４６の先端部に当接している。そして、カム４５は、ハウジング壁２４に摺動自在に支持されている。ロッド４６は、ロッドプレート４７に挿入されており、ロッドプレート５０の回転運動をロッド４６の直線運動に変換している。そして、ロッドプレート４７は、マニュアルシャフト４７に勘合されている。マニュアルシャフト４７は、図示しないシフトレバーに連結機構を介して連結されている。

このように構成されたパーキング装置１８において、その操作時には、図示しないシフトレバーの操作により、連結機構を介してマニュアルシャフト５０とマニュアルシャフト５０に勘合されているロッドプレート４７を回転させる。そして、ロッドプレート４７の回転をロッド４６の電動機出力軸方向の直線運動に変換し、それによりカム４５が押し出される。この動作で、ロッド４６が、爪付ポール４４のカム係合面を乗り上げ、カム係合面を押し上げる。その結果、爪付ポール４４はポールシャフト４８を支点として回転し、その爪がパーキングギア４３の歯と噛合い電動機１０の出力軸１１の回転をロックする。

電気自動車用出力伝達装置のパーキング装置としては、特開平５−１１６５４０号公報に記載されているように、パーキングギアを電動機の出力軸と同芯の回転軸に形成し、パーキングギアと係脱するかみ合い手段を電動機の支持部材に可動に支持するように構成したものが知られている。しかし、この構成は、遊星歯車式減速機においては円周方向にリングギア、ピニオンギア、キャリアが配置されるため、パーキングギアを電動機の出力軸と同芯の回転軸に取り付けたとしても、パーキングギアに噛合うパーキングポールと、パーキングポールと協働するカム及びロッドを遊星歯車の円周外側に、もしくは電動機出力軸方向に延長して配置しなければならない。従って、パーキングポール、カム及びロッドの分、減速機が円周方向に大きくなるか、または電動機出力軸方向に長くなる。円周方向に長くなる、または電動機出力軸方向に長くなると、車室空間が狭くなったり、または、駆動輪までの距離が短くなり、ドライブシャフトの傾斜角が過大となって車両搭載が不可になることがある。

それに対して、以上説明したように、パーキング機構を構成する爪付ポール４４，ポールシャフト４８，カム４５，ロッド４６，マニュアルシャフト５０を、減速機１２の内部で、かつ電動機１０の軸を中心に減速機１２を構成する複数のシャフト３１，３２と略同一円周上に配置したものである。かかる構成により、パーキング部品を配置しても出力伝達装置をコンパクトにできるものである。したがって、車室内空間への影響及びドライブシャフトの傾斜角への影響を抑え、車輌搭載性の自由度が向上する。

次に、図７及び図８を用いて、本発明の第１の実施形態による車両用出力伝達装置に設けられるインバータの配置について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態による車両用出力伝達装置に設けられるインバータの配置を示す側面図である。図８は、図７の正面図である。

図７は図２を基に、また、図８は図１を基にインバータ５５を電動機１０と減速機１２に取り付けた状態を示している。電動機１０に電圧を供給するインバータ５５は、電動機１０と、減速機１２に図示しないボルトで取り付けられている。または、インバータ５５のケース下部を電動機１０及び減速機１２のハウジングと一体にしてもよいものである。冷却系の水は、図１に示したインレットパイプ５２よりウォータジャケット５４に入り、電動機１０とインバータ５５を冷却し、図１に示したアウトレットパイプ５３より図示しないラジエータへ流れる。

このように、本実施形態では、電動機へ電圧を供給するインバータ５５を、電動機１０・減速機１２に取り付けることで、インバータから電動機への配線を短縮することができる。また、電動機・減速機・インバータを一体にすることで車両組付け工程の簡略化、コスト低減が実現できる。さらに、インバータを電動機の冷却系を使用して冷却するのでインバータ専用の冷却系を設ける必要がなく、低コストで冷却効率を上げられ、インバータの品質をより向上させることができる。

次に、図９を用いて、本発明の第２の実施形態による車両用出力伝達装置の構成について説明する。本実施形態では、電動機の軸芯と差動装置の出力軸の軸芯が直交する場合の例について説明する。
図９は、本発明の第２の実施形態による車両用出力伝達装置の構成を示す骨子図である。なお、図３と同一符号は、同一部分を示している。

電動機１０は、正逆両方向へ回転駆動される。電動機１０の駆出力は、減速機６０において減速された後、電動機１０の軸芯と直交した軸芯の差動装置６１において左右の駆動系に分配される。差動装置で左右分配された出力は、図４と同様にして、図示しないドライブシャフトと連結し、図示しない駆動輪へ伝達される。減速機６０を形成するハウジング７１は、電動機１０を形成する円筒状ハウジング２０と同径か又は小径である。

減速機６０は、電動機１０の軸芯と平行な１本のシャフト６２と、そのシャフト６２と一体となっているギアＧ６４とギアＨ６５とから構成されている。ギアＧ６４は、電動機１０の出力軸１１と一体となっているギアＦ６３と外接で噛合い第１段減速をしている。さらに、ギアＨ６５は、差動装置６１と一体になっているギアＩ６６と外接で噛合い、第２減速をしている。ここで、ギアＨ６５とギアＩ６６をかさ歯車とすることにより、大きな減速比を実現するとともに、電動機１０の軸芯と差動装置６１の軸芯を直交させている。ここで、減速機６０を構成するギアＧ６４は平歯車であり、ギアＨ６５は傘歯車である。

差動装置６１は、リングギアI６６と、図示しないボルトで結合するデフケース６８と、デフケース６８に作動小歯車軸で固定された作動小歯車６９と、作動小歯車６９にかみ合う作動大歯車７０とから構成されている。差動装置６１の両端は、ベアリング７３，７４により支持されている。

電動機の１０の出力は、減速機６０で減速され、差動装置６１で出力を左右の中間軸６７に分配し、中間軸６７は図示しないドライブシャフトに連結している。

本実施形態においても、図５で示した構成と同様に、電動機１０の外径の内側に、減速機６０と、差動装置６１の各ギア６３，６４，６５，６６が配置される構成となっている。すなわち、電動機１０の軸方向端面と対向する領域（図５の電動機１０の外径で示される領域）に、減速機１２及び差動装置１４が配置される構成としている。また、減速機１２は、遊星機構のように回転軸を有する減速機構ではなく、ハウジングに対して回転可能に固定保持された固定軸であるシャフト３１，３２に取り付けられた複数のギアを有する減速機構である。

かかる特徴により、ギアかみ合いが少なく、軸受け数も少なくできるので、出力伝達効率を向上することができる。また、低コスト化できる。さらに、出力伝達装置を小型化することができる。

また、本実施形態においては、電動機１０の半径方向に対して、差動装置６１のリングギアＩ６６が、電動機１０の出力軸１１の軸芯と、減速機６０の第１のシャフト６２の間に配置しているので、電動機１０の外径の内側に、減速機６０と、差動装置６１の各ギア６３，６４，６５，６６が配置される構成となるため、出力伝達装置を小型化することができる。

さらに、本実施形態においては、差動装置６１の両端を支持するベアリング７３，７４を、電動機１０の外径の内側に配置する構成としているため、出力伝達装置を小型化することができる。

なお、各部ギアや各部軸受け潤滑用のオイルポンプをシャフト６２で駆動することにより、電動機１０の最大回転数が１万回転を超えても、オイルポンプの回転数を低くすることができる。

また、図６で説明したパーキング機構や、図７に示したインバータの取り付け構成も本実施形態に適用することができる。

次に、図１０を用いて、本発明の各実施形態による車両用出力伝達装置を用いた電動車両の一つである電気自動車の電機駆動システムの構成について説明する。
図１０は、本発明の各実施形態による車両用出力伝達装置を用いた電動車両の一つである電気自動車の電機駆動システムのを示すブロック図である。

図において、１００は車両用出力伝達装置であり、前述したいずれかの実施例に記載のものであり、前述の電動機１０，減速機１２，６０，差動装置１４，６１から構成される。車両用出力伝達装置１００の差動装置の出力軸の端部には前輪ＷＨ−Ｆの前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２が機械的に接続されている。これにより、車両用出力伝達装置１００の電動機の出力出力は前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２に伝達されて前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２を回転駆動する。そして、前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２の回転駆動によって前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動させ、図示する構成の電気自動車が駆動される。尚、本実施形態では、車両用出力伝達装置１００によって前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２を回転駆動して前輪ＷＨ−Ｆを回転駆動する場合について説明するが、車両用出力伝達装置１００によって後輪車軸４を回転駆動して後輪２を回転駆動するようにしてもよい。車両用出力伝達装置１００の電動機の固定子巻線にはインバータＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。インバータＩＮＶは、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、車両用出力伝達装置１００の電動機の駆動を制御するものである。インバータＩＮＶの直流側にはバッテリＢＡが電気的に接続されている。

電気自動車の力行時（始動時、走行時、加速時など）は、車両用出力伝達装置１００の電動機によって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。このため、インバータＩＮＶにはバッテリＢＡから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータＩＮＶによって三相交流電力に変換される。これによって得られた三相交流電力は車両用出力伝達装置１００の電動機の固定子巻線に供給される。これにより、車両用出力伝達装置１００の電動機は駆動され、回転出力を発生する。この回転出力は車両用出力伝達装置１００の減速機によって減速され、車両用出力伝達装置１００の差動装置に入力される。入力された回転出力は車両用出力伝達装置１００の差動装置によって左右に分配され、前輪ＷＨ−Ｆの一方における前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２と前輪ＷＨ−Ｆの他方における前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２にそれぞれ伝達される。これにより、前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２が回転駆動される。そして、前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２の回転駆動によって前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。

電気自動車の回生時（ブレーキを踏み込み時，アクセルの踏み込みを緩めた時或いはアクセルの踏み込みを止めた時などの減速時）は、前輪ＷＨ−Ｆの回転出力を前輪車軸ＤＳ−Ｆ１，ＤＳ−Ｆ２，車両用出力伝達装置１００の差動装置、車両用出力伝達装置１００の減速機を介して車両用出力伝達装置１００の電動機に伝達し、車両用出力伝達装置１００の電動機を回転駆動する。これにより、車両用出力伝達装置１００の電動機は発電機として動作する。この動作により、車両用出力伝達装置１００の電動機の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡに供給される。これにより、バッテリＢＡは充電される。

本実施形態の電機駆動システムによれば、前述したいずれかの実施形態に記載の車両用出力伝達装置、すなわち減速機のトルクの伝達効率が高い車両用出力伝達装置を備えているので、電気自動車を効率よく駆動させることができ、一充電当りの走行距離を向上させることができる。また、本実施形態の電機駆動システムによれば、コンパクトな車両用出力伝達装置を備えているので、車両への搭載省スペース化を図ることができるので、車両の小型化，軽量化及び低コスト化に寄与することができる。

次に、図１１を用いて、本発明の各実施形態による車両用出力伝達装置を用いた電動車両の一つであるハイブリッド電気自動車の電機駆動システムの構成について説明する。
図１１は、本発明の各実施形態による車両用出力伝達装置を用いた電動車両の一つであるハイブリッド電気自動車の電機駆動システムのを示すブロック図である。

本実施形態のハイブリッド電気自動車は、内燃機関であるエンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを、車両用出力伝達装置１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒをそれぞれ駆動するように構成された四輪駆動式のものである。尚、本実施形態では、エンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを、車両用出力伝達装置１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒをそれぞれ駆動する場合について説明するが、エンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって後輪ＷＨ−Ｒを、車両用出力伝達装置１００の電動機によって前輪ＷＨ−Ｆをそれぞれ駆動するようにしてもよい。

前輪ＷＨ−Ｆの前輪車軸ＤＳ−Ｆには差動装置（図示省略）を介して変速機ＴＭが機械的に接続されている。変速機ＴＭには出力制御機構（図示省略）を介してエンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧが機械的に接続されている。出力制御機構（図示省略）は、回転出力の合成や分配を司る機構である。モータ・ジェネレータＭＧの固定子巻線にはインバータＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。インバータＩＮＶは、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、モータ・ジェネレータＭＧの駆動を制御するものである。インバータＩＮＶの直流側にはバッテリＢＡが電気的に接続されている。

後輪ＷＨ−Ｒの後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２には車両用出力伝達装置１００の差動装置の出力軸の端部が機械的に接続されている。車両用出力伝達装置１００の電動機の固定子巻線にはインバータＩＮＶの交流側が電気的に接続されている。ここで、インバータＩＮＶはモータ・ジェネレータＭＧと車両用出力伝達装置１００の電動機に対して共用のものであり、モータ・ジェネレータＭＧ用の変換回路部と、車両用出力伝達装置１００の電動機の変換回路部と、それらを駆動するための駆動制御部とを有する。

ハイブリッド電気自動車の始動時及び低速走行時（エンジンＥＮの運転効率（燃費）が低下する走行領域）は、モータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。尚、本実施形態では、ハイブリッド電気自動車５の始動時及び低速走行時、モータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する場合について説明するが、モータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動し、車両用出力伝達装置１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもよい）。インバータＩＮＶにはバッテリＢＡから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータＩＮＶによって三相交流電力に変換される。これによって得られた三相交流電力はモータ・ジェネレータＭＧの固定子巻線に供給される。これにより、モータ・ジェネレータＭＧは駆動され、回転出力を発生する。この回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機ＴＭに入力される。入力された回転出力は変速機ＴＭによって変速され、差動装置（図示省略）に入力される。入力された回転出力は差動装置（図示省略）によって左右に分配され、前輪ＷＨ−Ｆの一方における前輪車軸ＤＳ−Ｆと前輪ＷＨ−Ｆの他方における前輪車軸ＤＳ−Ｆにそれぞれ伝達される。これにより、前輪車軸ＤＳ−Ｆが回転駆動される。そして、前輪車軸ＤＳ−Ｆの回転駆動によって前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。

ハイブリッド電気自動車の通常走行時（乾いた路面を走行する場合であって、エンジンＥＮの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、エンジンＥＮによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。このため、エンジンＥＮの回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機ＴＭに入力される。入力された回転出力は変速機ＴＭによって変速される。変速された回転出力は差動装置（図示省略）を介して前輪車軸ＤＳ−Ｆに伝達される。これにより、前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。また、バッテリＢＡの充電状態を検出し、バッテリＢＡを充電する必要がある場合は、エンジンＥＮの回転出力を、出力制御機構（図示省略）を介してモータ・ジェネレータＭＧに分配し、モータ・ジェネレータＭＧを回転駆動する。これにより、モータ・ジェネレータＭＧは発電機として動作する。この動作により、モータ・ジェネレータＭＧの固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡに供給される。これにより、バッテリＢＡは充電される。

ハイブリッド電気自動車の四輪駆動走行時（雪道などの低μ路を走行する場合であって、エンジンＥＮの運転効率（燃費）が良い走行領域）は、車両用出力伝達装置１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒを駆動する。また、上記通常走行と同様に、エンジン１によって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。さらに、車両用出力伝達装置１００の電動機の駆動によってバッテリＢＡの蓄電量が減少するので、上記通常走行と同様に、エンジンＥＮの回転出力によってモータ・ジェネレータＭＧを回転駆動してバッテリＢＡを充電する。車両用出力伝達装置１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒを駆動するめに、インバータＩＮＶにはバッテリＢＡから直流電力が供給される。供給された直流電力はインバータＩＮＶによって三相交流電力に変換され、この変換によって得られた交流電力が車両用出力伝達装置１００の固定子巻線に供給される。これにより、車両用出力伝達装置１００の電動機は駆動され、回転出力を発生する。発生した回転出力は、車両用出力伝達装置１００の減速機によって減速され、車両用出力伝達装置１００の差動装置の入力される。入力された回転出力は車両用出力伝達装置１００の差動装置によって左右に分配され、後輪ＷＨ−Ｒの一方における後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２と後輪ＷＨ−Ｒの他方における後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２にそれぞれ伝達される。これにより、後輪車軸ＤＳ−Ｆ４回転駆動される。そして、後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２の回転駆動によって後輪ＷＨ−Ｒが回転駆動される。

ハイブリッド電気自動車の加速時は、エンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する。尚、本実施形態では、ハイブリッド電気自動車の加速時、エンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動する場合について説明するが、エンジンＥＮとモータ・ジェネレータＭＧによって前輪ＷＨ−Ｆを駆動し、車両用出力伝達装置１００の電動機によって後輪ＷＨ−Ｒを駆動するようにしてもよい（四輪駆動走行をしてもよい）。エンジンＥＮとモータ・ジェネレータの回転出力は出力制御機構（図示省略）を介して変速機ＴＭに入力される。入力された回転出力は変速機ＴＭによって変速される。変速された回転出力は差動装置（図示省略）を介して前輪車軸ＤＳ−Ｆに伝達される。これにより、前輪ＷＨ−Ｆが回転駆動される。

ハイブリッド電気自動車の回生時（ブレーキを踏み込み時，アクセルの踏み込みを緩めた時或いはアクセルの踏み込みを止めた時などの減速時）は、前輪ＷＨ−Ｆの回転出力を前輪車軸ＤＳ−Ｆ，差動装置（図示省略）、変速機ＴＭ、出力制御機構（図示省略）を介してモータ・ジェネレータＭＧに伝達し、モータジェネレータＭＧを回転駆動する。これにより、モータ・ジェネレータＭＧは発電機として動作する。この動作により、モータ・ジェネレータＭＧの固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡに供給される。これにより、バッテリＢＡは充電される。一方、後輪ＷＨ−Ｒの回転出力を後輪車軸ＤＳ−Ｒ１，ＤＳ−Ｒ２，車両用出力伝達装置１００の差動装置、車両用出力伝達装置１００の減速機を介して車両用出力伝達装置１００の電動機に伝達し、車両用出力伝達装置１００の電動機を回転駆動する。これにより、車両用出力伝達装置１００の電動機は発電機として動作する。この動作により、車両用出力伝達装置１００の電動機の固定子巻線に三相交流電力が発生する。この発生した三相交流電力はインバータＩＮＶによって所定の直流電力に変換される。この変換によって得られた直流電力はバッテリＢＡに供給される。これにより、バッテリＢＡは充電される。

本実施形態の電機駆動システムによれば、前述したいずれかの実施形態に記載の車両用出力伝達装置、すなわち減速機のトルクの伝達効率が高い車両用出力伝達装置を備えているので、機械式の四輪駆動方式の自動車に対して遜色のないトルクアシストを行うことができる。また、本実施形態の電機駆動システムによれば、コンパクトな車両用出力伝達装置を備えているので、車両への搭載省スペース化を図ることができるので、車両の小型化，軽量化及び低コスト化に寄与することができる。

本発明の第１の実施形態による車両用出力伝達装置の構成を示す正面図である。 図１のＶ−Ｏ−Ｗ−Ｘ−Ｙ断面の側面図である。 図１のＶ−Ｏ−Ｗ−Ｘ−Ｙ断面の骨子図である。 本発明の第１の実施形態による車両用出力伝達装置を用いた車両の駆動装置を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態による車両用出力伝達装置のギア配置を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態による車両用出力伝達装置に用いられるパーキング機構の構成を示す側面図であり、図１のＺ−Ｏ断面図である。 本発明の第１の実施形態による車両用出力伝達装置に設けられるインバータの配置を示す側面図である。 図７の正面図である。 本発明の第２の実施形態による車両用出力伝達装置の構成を示す骨子図である。 本発明の各実施形態による車両用出力伝達装置を用いた電動車両の一つである電気自動車の電機駆動システムのを示すブロック図である。 本発明の各実施形態による車両用出力伝達装置を用いた電動車両の一つであるハイブリッド電気自動車の電機駆動システムのを示すブロック図である。

符号の説明

１０…電動機
１２，６０…減速機
１４，６１…差動装置
１８…パーキング機構
３１，３２…ギアシャフト
３８…リングギア
５１…オイルポンプ

Claims (16)

1. 電動機と、この電動機の出力を減速する減速機と、この減速機で減速された出力を左右輪に分配する差動装置とを有する車両用出力伝達装置であって、
   前記減速機は、ハウジングに対して回転可能に保持され、かつ、複数個のギアが並設されるとともに前記電動機の出力軸と平行な回転軸を有する減速機構であり、
   前記減速機及び前記差動装置は、前記電動機の軸方向端面と対向する領域に配置され、かつ、前記電動機の外径の内側に配置されており、
   前記差動装置は、リングギアと、このリングギアに結合され、前記リングギアから入力した駆動力を左右に分配する差動歯車組とを有しており、
   前記減速機の最終段のギアは、前記差動装置のリングギアに内接することを特徴とする車両用出力伝達装置。
2. 請求項１記載の車両用出力伝達装置において、
   前記減速機は、電動機の軸芯と平行な少なくとも１本のギアシャフトと、このギアシャフトおよび前記差動装置に設けられたギアで構成されているとともに、
   前記差動装置の軸芯が、前記電動機の出力軸の軸芯と同芯であることを特徴とする車両用出力伝達装置。
3. 請求項２記載の車両用出力伝達装置において、
   前記減速機内に設けられたオイルポンプを備え、
   このオイルポンプを前記電動機の出力を減速した前記ギアシャフトで駆動することを特徴とする車両用出力伝達装置。
4. 請求項１記載の車両用出力伝達装置において、
   パーキングギアと、爪付ポールと、ポールシャフトと、カムと、ロッドと、マニュアルシャフトとから構成されるパーキング機構を備え、
   前記爪付ポール，前記ポールシャフト，前記カム，前記ロッド，前記マニュアルシャフトを、前記減速機内で、かつ前記電動機の軸を中心に前記減速機のシャフトと略同一円周上に配置することを特徴とする車両用出力伝達装置。
5. 請求項１記載の車両用出力伝達装置において、
   前記電動機へ電圧を供給するインバータを前記電動機及び前記減速機に取り付け、
   前記インバータを前記電動機の冷却系で冷却することを特徴とする車両用出力伝達装置。
6. 請求項１記載の車両用出力伝達装置において、
   前記電動機の半径方向に対して、前記差動装置のリングギアを、前記電動機の出力軸の軸芯と、前記減速機の第１のギアシャフトの間に配置したことを特徴とする車両用出力伝達装置。
7. 請求項１記載の車両用出力伝達装置において、
   前記差動装置の両端を支持するベアリングを、前記電動機の外径の内側に配置したことを特徴とする車両用出力伝達装置。
8. 車輪の車軸に出力供給源からの回転出力を伝達する車両用出力伝達装置において、
   前記出力供給源を構成する電動機と、
   該電動機の出力を受けてそれを減速する減速機と、
   該減速機の出力を受けてそれを少なくとも２つの出力に分配する差動装置と
   を有し、
   前記減速機は、前記電動機及び前記差動装置に対して機械的に接続された歯車機構であり、
   前記歯車機構は、複数の歯車が設けられかつ少なくとも前記電動機の出力軸に対して平行に並置された回転軸を有しており、
   前記減速機及び前記差動装置は、前記電動機の軸方向端面と対向する領域に配置され、
   前記減速機及び前記差動装置は、前記電動機の外径の内側に配置されており、
   前記差動装置は、リングギアと、このリングギアに結合され、前記リングギアから入力した駆動力を左右に分配する差動歯車組とを有しており、
   前記減速機の最終段のギアは、前記差動装置のリングギアに内接することを特徴とする車両用出力伝達装置。
9. 請求項８記載の車両用出力伝達装置において、
   前記電動機，前記減速機及び前記差動装置はハウジングの内部に収納されており、
   前記差動装置の出力軸の端部は、前記車軸が機械的に接続できるように、前記ハウジングの外部に露呈している
   ことを特徴とする車両用出力伝達装置。
10. 請求項８記載の車両用出力伝達装置において、
    前記歯車機構は少なくとも２つの回転軸を有しており、
    前記回転軸のそれぞれには少なくとも２つの前記歯車が設けられており、
    前記回転軸は、互いに平行に並置されていると共に、少なくとも前記電動機の出力軸に対して平行に並置されており、
    前記回転軸の一方における前記歯車の一方は、前記電動機の出力軸に機械的に接続されており、
    前記回転軸の他方における前記歯車の一方は、前記差動装置の入力側に機械的に接続されており、
    前記回転軸の一方における前記歯車の他方と前記回転軸の他方における前記歯 車の他方は、互いに機械的に接続されている
    ことを特徴とする車両用出力伝達装置。
11. 請求項１０記載の車両用出力伝達装置において、
    前記回転軸は前記差動装置の出力軸に対して平行に並置されており、
    前記電動機の出力軸は中空軸であり、
    前記差動装置の出力軸の一方は前記中空軸に挿設されている
    ことを特徴とする車両用出力伝達装置。
12. 請求項８記載の車両用出力伝達装置において、
    前記回転軸には少なくとも２つの前記歯車が設けられており、
    前記回転軸は前記差動装置の出力軸に対して垂直に並置されており、
    前記歯車の一方は、平歯車によって構成されて前記電動機の出力軸に機械的に接続されており、
    前記歯車の一方は、かさ歯車によって構成されて前記差動装置の入力側に機械的に接続されている
    ことを特徴とする車両用出力伝達装置。
13. 車輪の車軸に回転出力を伝達し車両を駆動させる車両駆動用電機システムにおいて、
    車載用電力供給源を駆動源とし、前記回転出力を発生する電動機と、
    該電動機の出力を前記車軸に伝達する出力伝達装置と
    を有し、
    前記出力伝達装置は、
    前記電動機の出力を受けてそれを減速する減速機と、
    該減速機の出力を受けてそれを少なくとも２つの出力に分配する差動装置と
    を備えたものであって、
    前記電動機の軸方向端面と対向する領域に配置され、
    前記電動機と共にハウジングの内部に収納されて一つのユニットを構成しており、
    前記差動装置の出力軸の端部には前記車軸が機械的に接続できるようになっており、
    前記減速機は、複数の歯車が設けられかつ少なくとも前記電動機の出力軸に対して平行に並置された回転軸を有する歯車機構であって、
    前記電動機と前記差動装置とを機械的に接続するとともに、
    前記減速機及び前記差動装置は、前記電動機の外径の内側に配置されており、
    前記車載用電力供給源の直流電力を交流電力に変換する電力変換装置は前記ハウジングに取り付けられており、
    前記電動機を冷却する媒体によって冷却される
    ことを特徴とする車両駆動用電機システム。
14. 請求項１３記載の車両駆動用電機システムにおいて、
    前記車載用電力供給源はバッテリであり、
    前記電動機は、
    交流式のものであって、
    前記バッテリから直流電力の供給を受けてこれを交流電力に変換する電力変換装置の動作によって前記回転出力が制御されるものである
    ことを特徴とする車両駆動用電機システム。
15. 請求項１３記載の車両駆動用電機システムにおいて、
    前記電動機は、前記車両に搭載された内燃機関と共に前記車両の駆動源を構成する
    ことを特徴とする車両用駆動用電機システム。
16. 請求項１５記載の車両駆動用電機システムにおいて、
    前記電動機は、前記車輪のうち、前記内燃機関によって回転駆動される車輪とは異なる車輪を駆動する
    ことを特徴とする車両用駆動用電機システム。

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