JP4697224B2 - 回転電機を有する駆動装置 - Google Patents

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彰人 大川
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Description

この発明は、回転電機を有する駆動装置に関し、特に車両に搭載される回転電機を有する駆動装置に関するものである。
従来、車両に搭載される回転電機を有する駆動装置がたとえば特開２００４−２５４４３４号公報（文献１）に開示されている。また、回転電機に関しては、特開２００３−１９１７５９号公報（文献２）、特開昭５９−２０９０５３号公報（文献３）、特開２００１−６９７１７号公報（文献４）、特開２００２−１７１７１７号公報（文献５）に開示されている。
従来の回転電機を有する駆動装置では駆動装置を構成するギヤの噛合いによって生じる振動がケースを伝わることによる振動と、回転電機のロータシャフトを介して伝わる振動とが共振し、これによりギヤノイズが発生するという問題があった。
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、ノイズの発生を低減することが可能な回転電機を有する駆動装置を提供することを目的とする。
特開２００４−２５４４３４号公報 特開２００３−１９１７５９号公報 特開昭５９−２０９０５３号公報 特開２００１−６９７１７号公報 特開２００２−１７１７１７号公報
この発明に従った回転電機を有する駆動装置は、開口を有するケースと、ケースの開口に収納され、ステータを有する回転電機と、ケースに収納されて回転電機と接続される歯車と、開口を封止するカバーと、回転電機をケースに固定する固定具とを備え、ステータは軸方向の長さを規定する第１および第２のスラスト端面を有し、第１のスラスト端面がケースの内表面に押付けられ、第１のスラスト端面がエンジンに接続されるシャフトに近い側に位置し、第２のスラスト端面がシャフトから遠い側に位置し、ステータはステータコアを有し、ステータコア外周の一部がケースの内表面と接触し、ステータコアの一端とケースの内表面とが接触し、ステータの鉛直方向下側においてステータとケースの内表面とが接触する。ステータコアの一端と前記ケースの内表面とが接触し、ステータの鉛直方向下側において前記ステータとケースの内表面とが接触する。前記回転電機（２００）から離隔するように前記ケース（２０）に収納された別の回転電機（１００）と、２つの前記回転電機（１００，２００）の間に設けられた、ベアリング（３２１）を介在させて前記ケース（１０，２０）に保持される遊星歯車機構（４００）とを備え、２つの前記回転電機（１００，２００）において、前記遊星歯車機構（４００）に近い側のスラスト端面がケースに押付けられる。
この発明の別の局面に従った回転電機を有する駆動装置は、開口を有するケースと、ケースの開口に収納され、ステータを有する回転電機と、ケースに収納されて回転電機と接続される歯車と、開口を封止するカバーと、回転電機をケースに固定する固定具とを備え、ステータは軸方向の長さを規定する第１および第２のスラスト端面を有し、第１のスラ
スト端面がケースの内表面に押付けられ、ステータはステータコアを有し、ステータコアがケースの内表面と接触し、ステータコアをラジアル方向に押圧することでステータコアの外周面をケースの内表面に接触させる押圧部材をさらに備え、押圧部材は固定具によりステータコアに固定される。
好ましくは、ケースのカバーと接触する側においてステータコアとケースの内表面とが接触する。
好ましくは、ステータはコイルを有し、コイルとカバーとが接触する。
好ましくは、回転電機から離隔するようにケースに収納された別の回転電機と、２つの回転電機の間に設けられた、ベアリングを介在させてケースに保持される遊星歯車機構とを備え、２つの回転電機において、遊星歯車機構に近い側のスラスト端面がケースに押付けられる。
好ましくは、２つの回転電機の間に２つの遊星歯車機構が設けられ、２つの遊星歯車機構は共通のリングギヤを有する。
このように構成された回転電機を有する駆動装置では、ステータの第１のスラスト端面がケースの内表面に押付けられるため、ケースとステータとが一体化し、ケースの見かけ上の質量が増加する。これにより、ケース自体が振動することを防止し、ノイズの発生を低減させることができる。
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従ったトランスアクスルの断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従ったトランスアクスル１は、トランスアクスルハウジング１０と、トランスアクスルハウジング１０に接続されるトランスアクスルケース２０と、トランスアクスルケース２０の端部を封止するトランスアクスルリアカバー３０とを備える。トランスアクスルハウジング１０、トランスアクスルケース２０およびトランスアクスルリアカバー３０で取囲まれた空間にトランスアクスルダンパ５００、第一回転電機１００、第二回転電機２００、フロントプラネタリギヤ３００、リアプラネタリギヤ４００、動力伝達装置６００が収納される。
トランスアクスル１内では、駆動用のモータとしての第二回転電機２００と、発電用のジェネレータとしての第一回転電機１００とが内蔵されている。
トランスアクスルダンパ５００は、エンジンに接続されるシャフト５０１からの駆動力を伝達する機構であり、コイルスプリング式ダンパにより構成される。また、乾式単板の摩擦材を用いたトルク変動吸収機構を有することにより、エンジンからの駆動力におけるトルクの変動を吸収する働きを有する。
第一回転電機１００はトランスアクスルダンパ５００の外周に設けられ、回転体であるロータシャフト１５０、そのロータシャフト１５０の外周に設けられるロータ１４０およびロータ１４０を回転させるステータ１３０とを有する。この実施の形態では、第一回転電機１００はジェネレータとして作用するが、これに限られるものではなく、第一回転電機１００がモータとして作用してもよい。さらに、必要に応じて第一回転電機１００がモータ／ジェネレータのいずれかの役割を果たすように切換を行なってもよい。
ロータシャフト１５０はメインシャフト３１０の外周に位置してメインシャフト３１０と別個独立に回転することが可能である。ロータシャフト１５０はベアリングによりトランスアクスルハウジング１０に支持されている。
ロータシャフト１５０の外周には、ロータ１４０が固定されている。ロータ１４０は電磁鋼板を積層し、さらにその電磁鋼板内にスラスト方向に延びる永久磁石を埋込んだ構造とされている。第一回転電機１００はいわゆる交流の三相モータであり、ロータ１４０に電磁力を働かせることでロータ１４０を回転させる。
ステータ１３０はロータ１４０に向い合うようにトランスアクスルハウジング１０にボルト１１５により固定されている。ステータ１３０は、電磁鋼板を積層して構成されるステータコア１１０と、ステータコア１１０に巻付けられるコイル１２０とを有する。コイル１２０の巻線方法については、分布巻きおよび集中巻きのいずれをも採用することが可能である。円環状のステータコア１１０の一方側の端面である第１スラスト端面１１１がトランスアクスルハウジング１０に接触しており、他方の端面である第２スラスト端面１１２はトランスアクスルハウジング１０から離隔している。
第一回転電機１００に隣接するようにフロントプラネタリギヤ３００がメインシャフト３１０の周りに設けられる。フロントプラネタリギヤ３００はサンギヤ３０１と、サンギヤ３０１に噛合うピニオンギヤ３０２と、ピニオンギヤ３０２に噛合うリングギヤ３０３と、ピニオンギヤ３０２を保持するプラネタリキャリア３０４とを有する。サンギヤ３０１はロータシャフト１５０と接続され、ロータシャフト１５０とともに回転する。プラネタリキャリア３０４はメインシャフト３１０とともに回転する。リングギヤ３０３はカウンタドライブベアリング３２１によりトランスアクスルハウジング１０に保持されている。
メインシャフト３１０に接続されるように別のシャフト３１１が配置される。シャフト３１１の周りには第二回転電機２００が位置している。第二回転電機２００はこの実施の形態ではモータである。しかしながら、第二回転電機２００はモータに限られずジェネレータとして駆動してもよい。さらに、必要に応じてモータ／ジェネレータのいずれかの役割を果たすように切換が行なわれてもよい。
ロータシャフト２５０はロータシャフトベアリング３２２を介してトランスアクスルケース２０に保持されており、ロータ２４０と一体化されている。ロータ２４０は電磁鋼板を積層して構成され、その電磁鋼板の中に永久磁石が埋込まれた構造とされる。
ステータ２３０はロータ２４０の外周に向い合うようにトランスアクスルケース２０内に配置される。ステータ２３０は、電磁鋼板を積層して構成されるステータコア２１０と、ステータコア２１０に巻付けられたコイル２２０とを有する。ステータコア２１０は、その軸方向長さを規定する第１スラスト端面２１１および第２スラスト端面２１２を有する。第１スラスト端面２１１はエンジンに近い側の端面であり、第２スラスト端面２１２はエンジンから遠い側の端面である。
第１スラスト端面２１１および第２スラスト端面２１２の間がラジアル面としての外周面２１３であり、外周面２１３は円筒形状に構成される。第１スラスト端面２１１はトランスアクスルケース２０と直接接触している。これに対し、第２スラスト端面２１２はトランスアクスルケース２０の内表面２１と直接接触していない。ステータコア２１０を貫通するように孔が設けられ、この孔にボルト２１５が挿し込まれている。ボルト２１５はトランスアクスルケース２０の壁面に捻じ込まれており、ステータコア２１０を軸方向に押圧する。これにより、ステータコア２１０の第１スラスト端面２１１をトランスアクスルケース２０に押付ける。ボルト２１５は円周上に複数本配置される。ステータコア２１０の下側では、外周面２１３がトランスアクスルケース２０の内表面２１と接触している。この接触は線接触であってもよく、面接触であってもよい。さらに、接触領域に振動を減衰させるための部材を噛合せてもよい。この場合、内表面２１と外周面２１３との間に振動減衰部材が介在することとなる。
第二回転電機２００に隣接するようにリアプラネタリギヤ４００が配置される。リアプラネタリギヤ４００はロータシャフト２５０と接続されるサンギヤ４０１と、サンギヤ４０１に噛合うピニオンギヤ４０２と、ピニオンギヤ４０２に噛合うリングギヤ３０３と、ピニオンギヤ４０２を保持するプラネタリキャリア４０４とを有する。フロントプラネタリギヤ３００およびリアプラネタリギヤ４００においてリングギヤ３０３が共通しており、リングギヤ３０３を介してフロントプラネタリギヤ３００およびリアプラネタリギヤ４００間での動力の伝達が行なわれる。
動力伝達装置６００はリングギヤ３０３の外周歯と噛合うドリブンギヤ６０１と、ドリブンギヤ６０１に接続されるピニオンギヤ６０２と、ピニオンギヤ６０２に噛合うリングギヤ６０３と、リングギヤ６０３に保持されてリングギヤ６０３とともに回転するデフケース６０４と、デフケース６０４に収納されるピニオンシャフト６０５と、ピニオンシャフト６０５に自転可能に保持され、かつ公転も可能であるピニオンギヤ６０６と、ピニオンギヤ６０６と噛合うサイドギヤ６０７と、サイドギヤ６０７に接続されるドライブシャフト６０８とを有する。トランスアクスルケース２０は内部空間としての開口２４を有し、この開口をトランスアクスルリアカバー３０が封止している。トランスアクスルリアカバー３０は蓋体であり、シャフト３１１の端面に向い合うように位置決めされる。トランスアクスルリアカバー３０はボルト３５によりトランスアクスルケース２０と接続されており、トランスアクスル１の端面となっている。トランスアクスル１のトランスアクスルハウジング１０側がエンジンに接続され、トランスアクスルリアカバー３０側がエンジンから離れた位置に配置される。そのため、トランスアクスル１全体として見れば、トランスアクスルハウジング１０が振動の固定端となり、トランスアクスルリアカバー３０側が振動の自由端となる。
すなわち、この発明に従った回転電機を有する駆動装置としてのトランスアクスル１は、開口２４を有するトランスアクスルケース２０と、トランスアクスルケース２０の開口２４に収納される第二回転電機２００と、トランスアクスルケース２０に収納されて第二回転電機２００と接続される歯車としてのサンギヤ４０１、ピニオンギヤ４０２およびリングギヤ３０３と、開口２４を封止するトランスアクスルリアカバー３０と、第二回転電機２００をトランスアクスルケース２０に固定する固定具としてのボルト２１５とを備える。ステータ２３０は軸方向の長さを規定する第１および第２のスラスト端面２１１，２１２を有する。第１のスラスト端面２１１がトランスアクスルケース２０の内表面２１に押付けられる。
ステータ２３０はステータコア２１０を有し、ステータコア２１０がトランスアクスルケース２０の内表面２１と接触する。ステータコア２１０の一端とトランスアクスルケース２０の内表面２１とが接触する。
図２は、トランスアクスルにおける振動の伝達経路を示すブロック図である。図２を参照して、トランスアクスル１において、リアプラネタリギヤ４００で振動が生じる。この振動は、リアプラネタリギヤ４００を構成するはすば歯車であるサンギヤ４０１、ピニオンギヤ４０２およびリングギヤ３０３によって引き起こされる。振動の一部はロータシャフトベアリング３２２、トランスアクスルケース２０を経由してトランスアクスルリアカバー３０へ伝達する。また、リアプラネタリギヤ４００で生じた振動はカウンタドライブベアリング３２１、トランスアクスルケース２０、ステータ２３０を経由して再度トランスアクスルケース２０へ戻り、トランスアクスルケース２０がトランスアクスルリアカバー３０を共振させる。この共振により放射音が生じる。このような振動伝達経路において、本発明ではトランスアクスルケース２０とステータ２３０とを互いに固定することでこれらの見かけ上の質量を増加させる。その結果、トランスアクスルケース２０およびステータ２３０を経由する振動を減衰させる。また、ステータ２３０の下部とトランスアクスルケース２０とを接触させるとステータ２３０の下部が逆位相であるためより音を減衰させることができる。さらに、図１で示すように、ステータ２３０の外周面２３１においてトランスアクスルリアカバー３０側で内表面２１とステータコア２１０とが接触しているため、より効果的に振動を減衰することができる。
（実施の形態２）
図３は、この発明の実施の形態２に従ったトランスアクスルの断面図である。図３を参照して、この発明の実施の形態２に従ったトランスアクスル１では、固定金具２６１によりステータ２３０がトランスアクスルケース２０に固定されている。ステータ２３０は隙間嵌めにて、ボルト２１５により片持ち状態でトランスアクスルケース２０に固定される。ボルト２１５の座面とステータコア２１０との間に固定金具２６１が挟まれてステータ２３０の位置決めがなされる。固定金具２６１は楔状の先端部２６３を有し、かつばね鋼により構成される。先端部２６３がトランスアクスルケース２０とステータコア２１０との間に食い込み弾性変形する。先端部２６３が塑性変形してもよい。ステータコア２１０とトランスアクスルケース２０との間にはばね鋼の楔が挿入される隙間が設けられる。なお、この実施の形態では、固定金具２６１をばね鋼で構成しているが、これに限られるものではなく、たとえばプラスチックで構成されてもよい。固定金具２６１は硬化部材２６２を挟み込んでいる。先端部２６３がトランスアクスルケース２０とステータコア２１０との間に食い込むため、先端部２６３がステータコア２１０をラジアル方向へ押付ける。
図４は、図３中の固定金具を拡大して示す正面図である。図５は、図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図４および図５を参照して、固定金具２６１は湾曲した形状を有し、その先端部が「Ｖ」字状に曲げられて先端部２６３を構成している。固定金具２６１の上側はＵ字状であり、ボルト２１５を受入れる形状とされる。硬化部材２６２および固定金具２６１には貫通孔２６６，２６５が設けられており、この貫通孔２６６，２６５をボルト２１５が通過する。硬化部材２６２は塑性変形後硬化する部材であり、先端部２６３と接触可能である。
固定金具２６１は複数または単数で設けられてよく、好ましくは３個以上設けられる。固定金具２６１の先端部２６３がトランスアクスルケース２０とステータコア２１０との間に入り込み、ステータ２３０はロータシャフト２５０に対して偏芯することなくセンタリングされる。さらにボルト２１５を締め付けると先端部２６３の後端部が硬化部材２６２に食い込み塑性変形した後に加工硬化し楔部（先端部２６３）は変形できなくなり、ステータ２３０はロータシャフト２５０に対して偏芯することなくセンタリングされたまま固定されることとなる。
実施の形態２では、ステータコア２１０をラジアル方向に押圧することでステータコア２１０の外周面２１３をトランスアクスルケース２０の内表面２１に接触させる押圧部材としての固定金具２６１が設けられる。固定金具２６１はボルト２１５によりステータコア２１０に固定される。
このように構成された実施の形態２に従った駆動装置では、ステータコア２１０をトランスアクスルケース２０に押付けることで、ガタが生じなくなり、振動の発生をさらに抑制することができる。
（実施の形態３）
図６は、この発明の実施の形態３に従ったトランスアクスルの断面図である。図６を参照して、この発明の実施の形態３に従ったトランスアクスル１では、コイル２２０がトランスアクスルリアカバー３０に接触している点で、実施の形態１に従ったトランスアクスル１と異なる。すなわち、トランスアクスルリアカバー３０とコイル２２０とを接触させることでこれらを一体化し、トランスアクスルリアカバー３０の見かけ上の質量を増加させる。これにより、トランスアクスルリアカバー３０の共振を防ぎ、放射音の発生を低減する。なお、トランスアクスルリアカバー３０とコイル２２０との接触をより確実にするため、これらの間に接着剤などを介在させてもよい。また、振動を減衰させる材料をトランスアクスルリアカバー３０とコイル２２０との間に挟んでもよい。
このように構成された実施の形態３に従ったトランスアクスルでも、実施の形態１に従ったトランスアクスルと同様の効果がある。
（実施の形態４）
図７は、図１中の矢印ＶＩＩで示す方向から見たトランスアクスルの側面図である。実施の形態４では、ステータコア２１０のさまざまな部分をトランスアクスルケース２０に接触させ、どの部分で接触させれば最もノイズの発生を低減できるかを調べた。図７中の矢印Ｇで示す方向が鉛直方向下向き方向であり、上部の第１領域７２１、左上部の第２領域７２２、左下部の第３領域７２３、下部の第４領域７２４および右部の第５領域７２５の各々でステータコア２１０とトランスアクスルケース２０とを結合した。その結果、下部である第４領域７２４でトランスアクスルケース２０とステータコア２１０を接触させた場合が最もノイズの発生を防止できることがわかった。その理由として、ステータコア２１０の下部の左右の振動は、リアカバーの面外振動と逆位相であり、この部分で結合を生じさせることでリアカバーの左右振動を打消す働きがあることがわかった。
以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態は様々に変形することが可能である。まず、上記の実施の形態ではステータ２３０とトランスアクスルケース２０とが直接接触していたが、これらの間にゴムなどの制振部材が介在してもよい。また、ステータ２３０にワニスなどの結合材を一定量以上含浸させてステータコア２１０とコイル２２０との結合強度を上げてステータ２３０の減衰性能を向上させてもよい。さらに、ワニス以外の結合剛性を高める材料でステータコア２１０とコイル２２０との結合強度を高めてもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明は、たとえば車両に搭載される電動機を有する駆動装置の分野で用いることができる。
この発明の実施の形態１に従ったトランスアクスルの断面図である。 振動の伝達経路を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２に従ったトランスアクスルの断面図である。 図３中の固定金具を拡大して示す正面図である。 図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 この発明の実施の形態３に従ったトランスアクスルの断面図である。 図１中の矢印ＶＩＩで示す方向から見たトランスアクスルの側面図である。

Claims (5)

  1. 開口（２４）を有するケース（２０）と、
    前記ケース（２０）の前記開口（２４）に収納され、ステータ（２３０）を有する回転電機（２００）と、
    前記ケース（２０）に収納されて前記回転電機（２００）と接続される歯車（３０１，３０２，３０３）と、
    前記開口（２４）を封止するカバー（３０）と、
    前記回転電機（２００）を前記ケース（２０）に固定する固定具（２１５）とを備え、
    前記ステータ（２３０）は軸方向の長さを規定する第１および第２のスラスト端面（２１１，２１２）を有し、
    前記第１のスラスト端面（２１１）が前記ケース（２０）の内表面（２１）に押付けられ、
    前記第１のスラスト端面（２１１）がエンジンに接続されるシャフト（５０１）に近い側に位置し、前記第２のスラスト端面（２１２）が前記シャフト（５０１）から遠い側に位置し、
    前記ステータ（２３０）はステータコア（２１０）を有し、前記ステータコア（２１０）外周の一部が前記ケース（２０）の内表面（２１）と接触し、
    前記ステータコア（２１０）の一端と前記ケース（２０）の内表面（２１）とが接触し、
    前記ステータ（２３０）の鉛直方向下側において前記ステータ（２３０）と前記ケース（２０）の内表面（２１）とが接触し、
    前記回転電機（２００）から離隔するように前記ケース（２０）に収納された別の回転電機（１００）と、
    ２つの前記回転電機（１００，２００）の間に設けられた、ベアリング（３２１）を介在させて前記ケース（１０，２０）に保持される遊星歯車機構（４００）とを備え、
    ２つの前記回転電機（１００，２００）において、前記遊星歯車機構（４００）に近い側のスラスト端面がケースに押付けられ、エンジンから遠い側の前記回転電機（２００）において、エンジンに近い側の第１のスラスト端面（２１１）がケースに押圧される、回転電機を有する駆動装置。
  2. 開口（２４）を有するケース（２０）と、
    前記ケース（２０）の前記開口（２４）に収納され、ステータ（２３０）を有する回転電機（２００）と、
    前記ケース（２０）に収納されて前記回転電機（２００）と接続される歯車（３０１，３０２，３０３）と、
    前記開口（２４）を封止するカバー（３０）と、
    前記回転電機（２００）を前記ケース（２０）に固定する固定具（２１５）とを備え、
    前記ステータ（２３０）は軸方向の長さを規定する第１および第２のスラスト端面（２１１，２１２）を有し、
    前記第１のスラスト端面（２１１）が前記ケース（２０）の内表面（２１）に押付けられ、
    前記ステータ（２３０）はステータコア（２１０）を有し、前記ステータコア（２１０）が前記ケース（２０）の内表面（２１）と接触し、
    前記ステータコア（２１０）をラジアル方向に押圧することで前記ステータコア（２１０）の外周面（２１３）を前記ケース（２０）の内表面（２１）に接触させる押圧部材（２６１）をさらに備え、前記押圧部材（２６１）は前記固定具（２１５）により前記ステータコア（２１０）に固定される、回転電機を有する駆動装置。
  3. 前記ケース（２０）の前記カバー（３０）と接触する側において前記ステータコア（２１０）と前記ケース（２０）の内表面（２１）とが接触する、請求項１に記載の回転電機を有する駆動装置。
  4. 前記ステータ（２００）はコイル（２２０）を有し、前記コイル（２２０）と前記カバー（３０）とが接触する、請求項１または３に記載の回転電機を有する駆動装置。
  5. ２つの前記回転電機（１００，２００）の間に２つの遊星歯車機構（３００，４００）が設けられ、
    ２つの前記遊星歯車機構（３００，４００）は共通のリングギヤ（３０３）を有する、請求項１に記載の回転電機を有する駆動装置。
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