JP4383809B2

JP4383809B2 - 車両の電気駆動装置

Info

Publication number: JP4383809B2
Application number: JP2003318077A
Authority: JP
Inventors: 孝志野▲崎▼; 哲山形; 博之袴田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: JP2005083518A

Description

この発明は、車両の前後輪の少なくとも一方を電動モータで駆動する電気駆動装置に関する。

近年、自動車製造の分野では、環境対策として、駆動源に電動モータを用いた電気自動車や、従来のエンジンと電動モータとを併用するハイブリッドカーの開発が盛んに行われており、一部実用化されている。これらの車両の電気駆動装置においては、通常、車輪からの逆入力トルクによるモータの過回転を防止してモータを保護したり、モータの異常に起因する走行中の事故を防ぐといった目的で、駆動トルク伝達経路の途中にトルク伝達状態を変えるクラッチが配置されている。このクラッチには、駆動側部材と従動側部材のつめを噛み合わせる噛み合いクラッチや、駆動側と従動側の部材どうしを面接触による摩擦力で連結する摩擦クラッチが使用されることが多い（例えば、特許文献１、２参照。）。

しかしながら、噛み合いクラッチでは、クラッチをつなごうとするときには、駆動側の回転数を従動側と厳密に同期させておかないと、両側のつめが噛み合わなかったり噛合時に衝撃を生じたりする。また、電動モータを停止してクラッチを切ろうとしても、モータ内の摩擦によるトルクが作用して、噛み合ったつめが容易に離れない場合がある。

一方、摩擦クラッチは、上記のような入切時の問題はないが、クラッチを切った状態でも、駆動側部材と従動側部材とがクラッチ内の粘性流体の存在等により完全には切り離されず、車輪からの逆入力トルクが電動モータまで伝達される場合があり、モータ保護の面で不安がある。

また、これらのクラッチは、駆動トルク伝達経路のうち、電動モータから動力分配機構までの間に設けられることが多い。このため、ハイブリッドカーのエンジン駆動時には、クラッチを切っていても、クラッチ従動側から車輪までの部材を回転させるためのトルク（以下、「引きずりトルク」と記す。）に駆動トルクが少なからず消費され、従来車に対する燃費改善代が少ないという問題もある。特に、摩擦クラッチは、上述したようにクラッチ切状態でもトルク伝達経路の遮断が不完全となり、引きずりトルクの発生源がモータにまで拡大しやすいし、十分な駆動トルク伝達を行えるように多板化することで大型化して重くなっていることが多いので、燃費改善の割合が少ない。
特開平１１−９１３８９号公報特開２００１−２８７５５０号公報

この発明の課題は、電動モータで駆動される車両において、駆動トルクの伝達状態を変えるクラッチの入切を簡単に行えるようにするとともに、モータを確実に保護することである。

上記の課題を解決するため、この発明は、駆動トルクの伝達状態を変えるクラッチとして、駆動側部材と従動側部材との間に組み込んだローラの両部材との係合状態を電磁クラッチで制御して入切することができ、かつ切状態ではトルク伝達経路を完全に遮断できる電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを採用したのである。そして、このクラッチを左右の車輪の近くに配置することにより、クラッチを切ったときの引きずりトルクを減少させ、ハイブリッドカーの燃費改善代の拡大を図った。

具体的には、車両に搭載された電動モータの駆動トルクを、減速機、動力分配機構、左右のドライブシャフトおよびハブ軸受を介して左右の車輪に伝達するトルク伝達経路を有し、このトルク伝達経路の途中に電動モータと各車輪との間のトルク伝達状態を変えるクラッチを配置した車両の電気駆動装置において、前記クラッチが、駆動側部材と従動側部材とを内外に回転可能に嵌合し、これらの両部材の間に複数列のローラと各ローラを保持する保持器とを組み込んで、各ローラを前記両部材とその正逆両回転方向で係合可能とした２方向クラッチを形成するとともに、ロータを前記従動側部材に連結した電磁クラッチを併設し、電磁クラッチへの通電の制御により前記保持器を前記ロータに着脱して前記各ローラの係合状態を変えられるようにした電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチであり、この電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを前記左右のドライブシャフトの先端に取り付けられた等速ジョイントと左右の車輪との間に一つずつ配置したのである。このとき、前記保持器は、一側の環状部を前記駆動側部材の小径部の外周に嵌め込まれた保持器ガイドで、他側の環状部を前記駆動側部材の大径部でそれぞれ支持されて、前記駆動側部材と同心に保持され、前記ロータから切り離されたときに、前記駆動側部材に係止された複数のＵ字状ばねにより、前記各ローラを前記駆動側部材および従動側部材と係合させない中立位置に維持されるようにするとよい。

上記の構成において、前記動力分配機構は、左右の車輪を同じ回転数で回転させる機能を有するものや、左右の車輪に同じ大きさの駆動トルクを伝達する機能を有するものを採用することができる。

また、前記各電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチは、前記ハブ軸受と一体に形成すること、具体的には、前記左右のドライブシャフトの先端に取り付けられた等速ジョイントのステムを前記駆動側部材とし、前記ハブ軸受の外輪の内周側に配されたハブ輪を前記従動側部材として左右一つずつ形成することが好ましい。

この発明の車両の電気駆動装置は、電動モータからの駆動トルクの伝達状態を変えるクラッチとして、電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを採用したので、クラッチの入切が簡単に行えるとともに、モータを確実に保護することができる。また、前記クラッチを左右のドライブシャフトの先端に取り付けられた等速ジョイントと左右の車輪との間に配置することにより、クラッチを切ったときの引きずりトルクを小さくしたので、ハイブリッドカーに使用した場合の燃費改善代が大きい。

さらに、前記クラッチは左右別々に制御することができるので、動力分配機構として、左右の車輪を同じ回転数で回転させる簡単な構造のものを採用して、軽量化およびコスト削減を図ることができる。一方、動力分配機構として、左右の車輪に同じ大きさの駆動トルクを伝達する機能を有するものを採用した場合は、車両旋回時に左右のクラッチを個別に制御する必要がないので、クラッチの制御をシンプルにすることができる。

また、前記クラッチをハブ軸受と一体に形成することにより、これらの両部材の部品を共通化して、構造の簡素化、小型化および軽量化を図ることができる。

以下、図１乃至図４に基づき、この発明の実施形態を説明する。この電気駆動装置は、ハイブリッドカーの前輪と後輪のいずれか一方を駆動するためのもので、図１に示すように、電動モータ１の駆動トルクを、減速機２、動力分配機構３、ドライブシャフト４およびハブクラッチユニット５内のハブ軸受（図２参照）を介して左右の車輪６に伝達するトルク伝達経路を有している。

前記電動モータ１は、永久磁石型ＤＣモータであり、その出力は、減速機２で減速された後、動力分配機構３に伝達される。これは、通常、電動モータ１は高回転の方が効率がよいからである。減速機２の出力は、動力分配機構３により、そのまま左右のドライブシャフト４に伝達される。そして、各ドライブシャフト４の出力は、その先端に接続されたハブクラッチユニット５を介して左右の車輪６に伝達され、両方の車輪６が同じ回転数で回転する。

図２に示すように、左右のドライブシャフト４の先端には等速ジョイント７が取り付けられており、この等速ジョイント７のステム８の外周にハブクラッチユニット５が設けられている。各ハブクラッチユニット５は、車輪６を回転自在に支持するハブ軸受９と、ドライブシャフト４と車輪６との間のトルク伝達状態を変えるクラッチ１０とで基本的に構成されており、内周側に組み込んだ玉軸受１１と針状軸受１２とで、ステム８を回転自在に支持している。玉軸受１１は、ステム８先端に取り付けられたロックナット１３とともにステム８の軸方向移動の規制も行っている。また、ハブ軸受９およびクラッチ１０には、それぞれシール１４、１５が設けられ、ユニット５内への異物の侵入防止およびユニット５内部の潤滑材の漏出防止が図られている。

前記ハブ軸受９は、懸架装置の一部であるナックル１６に固定された外輪１７の内周側に、ハブボルト１８で車輪６に固定されるハブ輪１９を挿入し、外輪１７とハブ輪１９との間に複数の玉２０を２列に転動自在に配したものであり、ハブ輪１９から車輪６に駆動トルクを伝達している。なお、ハブ輪１９の一方の列の玉２０と対向する部位は、ハブ輪１９本体と別体の内輪１９ａで形成されており、この内輪１９ａをハブ輪１９本体に嵌め込んだコッタ２１で軸方向内側へ押し込むことにより、ハブ軸受９に予圧がかかるようになっている。

前記クラッチ１０は、等速ジョイント７のステム８とハブ輪１９との間に形成した２方向クラッチ２２と、これに併設した電磁クラッチ２３とからなる電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチで、後述するように、２方向クラッチ２２の動作を電磁クラッチ２３への通電により制御するものである。

２方向クラッチ２２は、駆動側部材であるステム８と従動側部材であるハブ輪１９との間に、３列のローラ２４と各ローラ２４を保持する保持器２５を組み込んで形成したものである。図３に示すように、クラッチ外輪となるハブ輪１９は、内周面が円筒面に形成され、クラッチ内輪となるステム８の外周面には、各ローラ２４と対向する位置に、ハブ輪１９内周の円筒面との間に回転方向両側で楔形空間２６ａ、２６ｂを形成するカム面８ａが設けられている。すなわち、保持器２５が、各ローラ２４をカム面８ａの中央付近に保持する中立位置から回転方向にずれて、各ローラ２４を両楔形空間２６ａ、２６ｂのいずれか一方に押し込むと、各ローラ２４はステム８およびハブ輪１９と係合する。

保持器２５は、一側の環状部２５ａをステム８の小径部の外周に嵌め込まれた保持器ガイド２７で、他側の環状部２５ｂをステム８の大径部でそれぞれ支持されて、ステム８と同心に保持されている。また、一側の環状部２５ａの上下２箇所に形成された切欠き２５ｃには、ステム８にピン２８で係止されたＵ字状のスイッチばね２９が圧入され、このスイッチばね２９の弾性復元力により、前記中立位置を維持するように周方向に位置決めされている。

一方、電磁クラッチ２３は、電磁石３０を収納した電磁石ホルダ３１をハブ軸受９の外輪１７にボルト止めするとともに、ロータ３２をハブ輪１９に固定したロータホルダ３３に取り付け、ロータ３２を挟んで電磁石３０と対向する位置にアーマチュア３４を組み込み、このアーマチュア３４を、２方向クラッチ２２の保持器２５と一体に回転し、かつ軸方向には保持器２５と摺動するように保持器２５と係合させたものである。また、ロータ３２とアーマチュア３４との間には、両者を互いに離反する方向に付勢する離反ばね３５が設けられている。

従って、このクラッチ１０は、電磁クラッチ２３の電磁石３０に通電していないときには、ハブ輪１９に取り付けたロータ３２と保持器２５に結合したアーマチュア３４とが離反ばね３５によって切り離され、かつ、図４（ａ）に示すように、保持器２５が中立位置にあって各ローラ２４とハブ輪１９との間に隙間が生じているため、ハブ輪１９とステム８とが相対回転可能な状態、すなわちクラッチ１０が切れた状態にある。このとき、トルク伝達経路は完全に遮断されている。

電磁石３０に通電すると、離反ばね３５の力よりも大きい磁力がアーマチュア３４に作用し、アーマチュア３４が電磁石３０に吸引されてロータ３２に押しつけられる。このため、ハブ輪１９とステム８とが相対回転しようとすると、ロータ３２とアーマチュア３４との間に摩擦力が作用して、アーマチュア３４の回転がロータ３２に拘束されるようになる。これにより、図４（ｂ）または（ｃ）に示すように、アーマチュア３４と一体に回転する保持器２５が、スイッチばね２９の弾性復元力に抗して中立位置からステム８に対して回転方向にわずかに相対移動し、各ローラ２４を両側の楔形空間２６ａ、２６ｂのいずれか一方に押し込んでステム８およびハブ輪１９と係合させる。その結果、クラッチ１０がつながった状態となり、ハブ輪１９とステム８とが一体に回転するようになる。

上述したクラッチ１０の入切は、左右別々に行われるようになっている。従って、車両旋回時には、左右のクラッチ１０の入切を適切に制御することにより、左右の車輪６の回転数差を吸収して、タイトコーナブレーキング現象を防止することができる。

この電気駆動装置は、上記の構成であり、電動モータ１と各車輪６との間の駆動トルクの伝達状態を変えるクラッチ１０として、電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを採用したので、電磁クラッチ２３への通電の制御だけで簡単にクラッチ１０を入切することができるし、クラッチ１０を切ることにより、トルク伝達経路を完全に遮断してモータ１を確実に保護することができる。

また、前記クラッチ１０をハブ軸受９と一体に形成することにより、クラッチ１０の従動側から車輪６までの重量を軽くしたので、クラッチ１０を切ったときの引きずりトルクが小さく、従来車に対する燃費改善代が大きい。しかも、クラッチ外輪をハブ輪１９で兼用したり、クラッチカバーを省略する等、クラッチ１０とハブ軸受９の部品を共通化しているので、構造が簡素で、小型かつ軽量である。

さらに、動力分配機構３として、左右の車輪６を同じ回転数で回転させる簡単な構造のものを採用したので、これによっても駆動装置全体が軽量化され、コストも抑えられている。

なお、上記実施形態では、駆動トルクの伝達状態を変えるクラッチをハブ軸受と一体に形成したが、両者を別々に設けるようにしてもよい。その場合も、引きずりトルクを小さくために、クラッチをできるだけ車輪に近い位置に設けることが望ましい。

また、動力分配機構としては、実施形態で説明した等回転数配分式のものに限らず、車両旋回時の車輪の左右回転数差を吸収する差動歯車装置等、左右の車輪に同じ大きさの駆動トルクを伝達する機能を有するものを採用することもできる。その場合は、左右のクラッチを個別に制御する必要がなく、クラッチの制御がシンプルになる。

実施形態の電気駆動装置の概要図図１の駆動装置の要部の縦断正面図図２のＡ−Ａ線に沿った断面図ａ、ｂ、ｃは、それぞれ図１の駆動装置におけるクラッチの動作の説明図

符号の説明

１電動モータ
２減速機
３動力分配機構
４ドライブシャフト
５ハブクラッチユニット
６車輪
７等速ジョイント
８ステム
８ａカム面
９ハブ軸受
１０クラッチ
１７外輪
１９ハブ輪
１９ａ内輪
２０玉
２２２方向クラッチ
２３電磁クラッチ
２４ローラ
２５保持器
２５ａ、２５ｂ環状部
２５ｃ切欠き
２６ａ、２６ｂ楔形空間
２９スイッチばね
３０電磁石
３１電磁石ホルダ
３２ロータ
３３ロータホルダ
３４アーマチュア
３５離反ばね

Claims

車両に搭載された電動モータの駆動トルクを、減速機、動力分配機構、左右のドライブシャフトおよびハブ軸受を介して左右の車輪に伝達するトルク伝達経路を有し、このトルク伝達経路の途中に電動モータと各車輪との間のトルク伝達状態を変えるクラッチを配置した車両の電気駆動装置において、前記クラッチが、駆動側部材と従動側部材とを内外に回転可能に嵌合し、これらの両部材の間に複数列のローラと各ローラを保持する保持器とを組み込んで、各ローラを前記両部材とその正逆両回転方向で係合可能とした２方向クラッチを形成するとともに、ロータを前記従動側部材に連結した電磁クラッチを併設し、電磁クラッチへの通電の制御により前記保持器を前記ロータに着脱して前記各ローラの係合状態を変えられるようにした電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチであり、この電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを、前記左右のドライブシャフトの先端に取り付けられた等速ジョイントのステムを前記駆動側部材とし、前記ハブ軸受の外輪の内周側に配されたハブ輪を前記従動側部材として左右一つずつ形成したことを特徴とする車両の電気駆動装置。
前記保持器が、一側の環状部を前記駆動側部材の小径部の外周に嵌め込まれた保持器ガイドで、他側の環状部を前記駆動側部材の大径部でそれぞれ支持されて、前記駆動側部材と同心に保持されており、前記ロータから切り離されたときに、前記駆動側部材に係止された複数のＵ字状ばねにより、前記各ローラを前記駆動側部材および従動側部材と係合させない中立位置に維持されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の車両の電気駆動装置。
前記動力分配機構が、前記左右の車輪を同じ回転数で回転させる機能を有するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の車両の電気駆動装置。
前記動力分配機構が、前記左右の車輪に同じ大きさの駆動トルクを伝達する機能を有するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の車両の電気駆動装置。