JP6870424B2 - 電動車両用動力伝達機構のアース構造 - Google Patents

Description

本件は、電動車両の駆動系に設けられた動力伝達機構のアース構造に関する。

電動車両に搭載された駆動系の一つとして、インバータ制御されるモータの回転動力をギヤや軸などの回転要素によって車軸に伝達するトランスアクスル（動力伝達機構）が用いられている。
このようなトランスアクスルを用いた電動車両では、インバータ制御におけるスイッチング素子のオンオフ動作によって、高周波ノイズが誘起される。この高周波ノイズは、トランスアクスルの回転要素や車軸をアンテナとして放射され、電波障害を招きうる。

そこで、上記した高周波ノイズの放射を抑えるための構造が開発されている。たとえば、車軸のそれぞれに設けられた絶縁体によって高周波ノイズの伝達抑制を図る構造が提案されている。

特開2008-215565号公報

しかしながら、上述したようにノイズ対策部材が車軸のそれぞれに設けられると、部品点数の増加やコストの上昇を招くおそれがある。
よって、動力伝達機構のアース構造の複雑化を抑えるうえで改善の余地がある。

本件は、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、電動車両用動力伝達機構のアース構造の複雑化を抑えることを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用および効果であって、従来の技術では得られない作用および効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。

（１）ここで開示する電動車両用動力伝達機構のアース構造には、ディファレンシャル機構において二つの車軸に分配される前記回転動力が入力されるデフケースが設けられる。前記デフケースは、回転電機の回転動力を出力する回転軸の動力伝達経路の下流側に設けられる。また、前記デフケースを接地するアース体が設けられる。さらに、前記デフケースは、車両の幅方向の中心である車幅中心に対して前記幅方向の一方側に偏って配置されたデフピニオンを軸支するケース軸支部と、前記ケース軸支部から前記幅方向の他方側かつ前記幅方向で前記回転電機側に延設されたケース延設部と、を有し、前記アース体は、前記ケース延設部を接地する。

（２）前記電動車両用動力伝達機構は、その外殻をなすとともに前記デフケースを支持する機構ケースを有し、前記機構ケースは、前記幅方向の他方側に膨出形成されたボス部を有し、前記アース体は、回転する前記デフケースの前記ケース延設部に対して摺接するブラシ本体と、前記ボス部に取り付けられて前記ブラシ本体を支持するブラシケースと、前記ブラシ本体を付勢するバネ部材と、を有することが好ましい。

（３）さらに、前記電動車両用動力伝達機構は、前記回転軸に直交する方向において前記デフケースと前記回転軸との間に設けられた回転要素が設けられることが好ましい。この場合の前記アース体は、前記デフケースに対して前記直交する方向で前記回転要素が設けられる側に配置されることが好ましい。
（４）そのうえ、前記アース体は、前記デフケースに対して前記回転電機側に配置されることが好ましい。
（５）また、前記回転電機は、前記車幅中心上に位置するように前記車両に搭載されており、前記電動車両用動力伝達機構は、その外殻をなすとともに前記デフケースを支持する機構ケースと、前記機構ケースに支持された前記デフケースに対し前記幅方向の一方側に一体的に結合されたリングギヤと、を有し、前記アース体は、前記デフピニオンの軸心であるピニオン軸心に対し、前記リングギヤと反対側に位置することが好ましい。

本件によれば、左右の各車軸にノイズ対策部材が設けられる構造と比較して、電動車両用動力伝達機構のアース構造の複雑化を抑えることができる。さらに、車幅中心に対してデフピニオンが偏る側とは反対かつ幅方向で回転電機側に延設されたケース延設部によって、車軸の軸方向寸法が互いに相違することを抑えることができるため、電動車両の走行性向上に寄与する。

電気自動車（電動車両）のスケルトン図である。 トランスアクスルの断面図である。

本件を実施するための形態を説明する。以下の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、この実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。下記の実施形態における各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、適宜組み合わせることもできる。
本実施形態のアース構造は、電動車両の駆動系に設けられている。ここでは、電動車両として電気自動車を例示する。

［Ｉ．一実施形態］
［１．構成］
まず、図１を参照して、電気自動車１の概要を述べる。
電気自動車１の駆動系には、バッテリ２との間にインバータ３を介して電力を授受する走行駆動源としてのモータ４（回転電機）と、モータ４の回転動力を車軸６や車輪Ｗに伝達する動力伝達機構であるトランスアクスル５とが搭載されている。
この駆動系では、モータ４の外殻をなすケース４０（電機ケース）と、トランスアクスル５の外殻をなすケース５０（機構ケース）とが別体に設けられ、これらのケース４０，５０が隣接するように配置される。

このモータ４は、力行時に回転動力を出力する電動機として機能するうえに、回生時に回転動力が入力されて発電する発動機としても機能する電動発電機（モータジェネレータ）である。
トランスアクスル５には、モータ４からの回転動力を伝達する回転要素６０が内蔵され、その回転動力を車輪Ｗに伝達する車軸６が連結されている。
具体的には、左車輪Ｗ_Lと一体に回転する左車軸６Ｌと、右車輪Ｗ_Rと一体に回転する右車軸６Ｒとのそれぞれが車幅方向に沿って延設され、左車軸６Ｌと右車軸６Ｒのそれぞれがトランスアクスル５の回転要素６０に連結されている。

モータ４の力行時には、モータ４から出力された回転動力がトランスアクスル５，車軸６，車輪Ｗの順に伝達される。一方、モータ４の回生時には、力行時とは反対に、車輪Ｗからの回転動力が車軸６，トランスアクスル５，モータ４の順に伝達される。
さらに、上記した駆動系には、トランスアクスル５の回転要素６０を電気的に接地するブラシ８が設けられている。
以下、駆動系の各構成を詳細に説明する。

〈モータ〉
モータ４には、インバータ３から給電される固定子４ａと、これに対して回転する回転子４ｂとが内蔵されている。これらの固定子４ａおよび回転子４ｂは、ケース４０の内部に収容されている。
また、ケース４０のトランスアクスル５側を貫通した状態で出力軸Ｓ_O（回転軸）が設けられている。この出力軸Ｓ_Oは、回転子４ｂに対して結合され、モータ４の回転動力を出力する。
ここでは、上面視で電気自動車１の幅方向中心（以下「車幅中心」と略称する）Ｃ_W上にモータ４が搭載される。

このモータ４は、交流電力で作動する交流モータであり、回転速度がインバータ３によって制御（以下「インバータ制御」という）される。インバータ制御では、インバータ３におけるスイッチング素子のオンオフ動作によって、バッテリ２の直流電力が交流電力に変換される。
上記したインバータ制御の際には、スイッチング素子がオンオフ動作することから、高周波ノイズが誘起される。この高周波ノイズは、回転子４ｂや出力軸Ｓ_Oを介して、つぎに説明するトランスアクスル５の回転要素６０に伝達される。

〈トランスアクスル〉
トランスアクスル５には、モータ４と車軸６との間で動力を伝達する回転要素６０がケース５０の内部に収容されている。なお、ケース５０の内部では、モータ４の出力軸Ｓ_Oに対して機械的に接続される回転要素６０がオイルで潤滑され、回転要素６０の耐久性が確保される。
ここでは、モータ４から入力された回転動力を三つの回転要素６０で二段階に減速して出力するトランスアクスル５を例に挙げる。このトランスアクスル５には、入力部６１，中間部６２および出力部６３の三つが回転要素６０として内蔵されている。

以下、図２を参照して、入力部６１，中間部６２および出力部６３を詳述する。
入力部６１は、モータ４からの回転動力が入力される回転機構である。
この入力部６１では、モータ４の出力軸Ｓ_Oに結合（たとえばスプライン嵌合）された入力軸Ｓ_Iが軸受Ｂ_IL，Ｂ_IRを介してケース５０に支持されている。この入力軸Ｓ_Iには入力ギヤＧ_Iが一体的に結合される。

中間部６２は、入力部６１からの動力が入力され、出力部６３に動力を出力する回転機構である。
この中間部６２では、入力軸Ｓ_Iと平行に設けられたカウンタ軸Ｓ_Cが軸受Ｂ_CL，Ｂ_CRを介してケース５０に支持されている。

このカウンタ軸Ｓ_Cには、二つのカウンタギヤＧ_CL，Ｇ_CRが一体的に結合される。
二つのカウンタギヤＧ_CL，Ｇ_CRのうち一方は、入力ギヤＧ_Iと噛み合って配置される第一カウンタギヤＧ_CLである。これらの入力ギヤＧ_Iおよび第一カウンタギヤＧ_CLが互いに噛合して回転することで、一段目の減速が達成される。
二つのカウンタギヤＧ_CL，Ｇ_CRのうち他方は、第一カウンタギヤＧ_CLに対して並んで設けられた第二カウンタギヤＧ_CRである。ここでは、第一カウンタギヤＧ_CLに対してモータ４側（図２では右側）に第二カウンタギヤＧ_CRが並設される。

第二カウンタギヤＧ_CRの回転動力は、つぎに説明する出力部６３に出力される。
出力部６３は、中間部６２からの動力が入力され、車軸６に動力を出力する回転機構である。
この出力部６３では、第二カウンタギヤＧ_CRから入力された一系統の回転動力を車軸６Ｌ，６Ｒの二系統に分配して出力する。このような回転動力分配機構として、ディファレンシャル機構６４が用いられている。

ディファレンシャル機構６４には、第二カウンタギヤＧ_CRと噛み合って配置されるリングギヤＧ_Rが設けられる。これらの第二カウンタギヤＧ_CRおよびリングギヤＧ_Rが互いに噛合して回転することで、二段目の減速が達成される。
このリングギヤＧ_Rは、軸受Ｂ_DL，Ｂ_DRを介してケース５０に支持されたデフケース６５に対して一体的に結合されている。ここでは、リングギヤＧ_Rに対してモータ４側（図２では右側）にデフケース６５が結合される。

デフケース６５の内部には、一対のピニオンギヤＧ_P1，Ｇ_P2（デフピニオン）と一対のサイドギヤＧ_SL，Ｇ_SRとが軸支されている。
一対のピニオンギヤＧ_P1，Ｇ_P2は、一対のサイドギヤＧ_SR，Ｇ_SLと噛み合って配置され、デフケース６５と一体に回転する。一対のサイドギヤＧ_SL，Ｇ_SRは、車軸６Ｌ，６Ｒと一体的に結合されており、互いの速度差が許容されつつ回転する。

具体的に言えば、第一ピニオンギヤＧ_P1および第二ピニオンギヤＧ_P2は、デフケース６５の内部で互いに向かい合って、ピニオン軸心（図２では上下に延びる軸心）Ｃ_AP上に配置される。
また、第一サイドギヤＧ_SL および第二サイドギヤＧ_SR は、デフケース６５の内部で互いに向かい合って、ピニオン軸心Ｃ_APに対して直交するサイド軸心（図２では左右に延びる軸心）Ｃ_AS上に配置される。第一サイドギヤＧ_SLは左車軸６Ｌと一体的に結合され、第二サイドギヤＧ_SRは右車軸６Ｌと一体的に結合される。
そのほか、サイドギヤＧ_SL，Ｇ_SRと車軸６Ｌ，６Ｒとが結合される各箇所の周辺には、ケース５０内部からのオイル流出や外部からの異物侵入を抑えるためのオイルシールＯ_SL，Ｏ_SRが環装されている。

ここでは、車幅中心Ｃ_W（図１参照）に対して一対のピニオンギヤＧ_P1，Ｇ_P2が側方（図２では左側）に偏って配置されている。すなわち、ピニオンギヤＧ_P1，Ｇ_P2の軸心Ｃ_APが車幅中心Ｃ_Wに対して偏心している。
そのため、二つのサイドギヤの軸方向寸法が等しければ、これらのサイドギヤに結合される車軸の軸方向寸法が互いに相異する。車軸の長さが異なるほど、車両走行性の低下を招くおそれがある。

そこで、本実施形態のサイドギヤＧ_SL，Ｇ_SRは、第一サイドギヤＧ_SLよりも第二サイドギヤＧ_SRの車幅方向寸法が長く形成されている。
これに対応して、第二サイドギヤＧ_SRに沿って延びるケース延設部６５ａがデフケース６５に設けられている。このケース延設部６５ａは、デフケース６５においてピニオンギヤＧ_P1，Ｇ_P2を軸支するケース軸支部６５ｂに対し、車幅中心Ｃ_Wに対してピニオンギヤＧ_P1，Ｇ_P2が偏る側とは反対（図２では右側）に延設される。また、ケース延設部６５ａの延設方向に膨出したボス部５３（ケースボス）がケース５０に形成されている。

なお、上述したように、第一カウンタギヤＧ_CLに対する第二カウンタギヤＧ_CRの配置やリングギヤＧ_Rに対するデフケース６５の配置がそれぞれモータ４側に設定される。このことから、入力軸Ｓ_Iからデフケース６５に向かう回転要素６０の配置（あるいは動力伝達経路）は、モータ４側に向けて段階的にシフトしている。
しかし、このようなシフト構造によっても、車幅中心Ｃ_Wに対するピニオンギヤＧ_P1，Ｇ_P2の偏りは完全には解消されない。そのため、この偏りを抑えるための構造として、第二サイドギヤＧ_SR，ケース延設部６５ａ，ボス部５３が設けられている。

〈モータおよびトランスアクスルの接合構造〉
つぎに、モータ４とトランスアクスル５とを互いに接合させる構造について詳述する。
この接合構造では、モータ４のケース４０（以下「電機ケース４０」という）と、トランスアクスル５のケース５０（以下「機構ケース５０」という）とが互いに対向する部位に設けられた接合部４１，４２で接合される。
具体的には、電機ケース４０と機構ケース５０に設けた接合部４１，４２どうしが突き合された状態でボルトによって締結される接合構造となっている。

接合部４１，５１のそれぞれは、ケース４０，５０の外周縁から突出して設けられた部位である。さらに、接合部４１，５１は、側面視で環状に連なって形成される。電機ケース４０には、トランスアクスル５側に向けて接合部４１が突設される。また、機構ケース５０には、モータ４側に向けて接合部５１が突設される。

これらの接合部４１，５１は、互いに対応する形状（側面視で重複する形状）の接合面（頂面）を有する。接合面が面状に接触するように突き合わされて、モータ４とトランスアクスル５とが接合される。

〈ブラシ〉
つぎに、ブラシ８について詳述する。
ブラシ８は、デフケース６５を電気的に接地するアース体である。
ブラシ８には、回転するデフケース６５に対して摺接するブラシ本体８ａと、ブラシ本体８ａを支持するブラシケース８ｂと、ブラシ本体８ａを付勢するバネ部材８ｃ（付勢部材）とが設けられている。

ブラシ本体８ａには、導線を介して機構ケース５０に接続（接地）された電導性部材が用いられる。このブラシ本体８ａの先端が機構ケース５０の内部に突出した状態でブラシ８が取り付けられる。一方、ブラシケース８ｂには、絶縁性部材が用いられる。このブラシケース８ｂは、機構ケース５０に取り付けられている。
また、バネ部材８ｃには、ブラシケース８ｂからブラシ本体８ａを押し出す方向に付勢する圧縮バネが用いられる。

このブラシ８は、デフケース６５のうちケース延設部６５ａを接地する。すなわち、機構ケース５０のボス部５３にブラシ８が取り付けられている。ここでは、ケース延設部６５ａに対してカウンタ軸Ｓ_Cや入力軸Ｓ_Iといった回転要素６０が設けられる側とは反対側（図２では下側）に配置される。
そのほか、機構ケース５０の内部におけるブラシ８の突出箇所の周辺には、この突出箇所を密封するようにオイルシールＯ_BL，Ｏ_BRが環装されている。

〈ブリーザ〉
ところで、機構ケース５０の内部は、回転要素６０の噛合やオイルの攪拌などによる温度上昇にともなって、圧力（内圧）が変動する。この変動に対応する構造が設けられていなければ、内圧上昇時にオイルシールＯ_BL，Ｏ_BRからオイルが侵入してブラシ８を損傷させるおそれがある。

このような不具合を抑えるために、本実施形態のトランスアクスル５には、ブラシ８の周辺に設けられたオイルシールＯ_BL，Ｏ_BRで密封された空間Ｒを外部に連通されるブリーザ機構９が設けられている。
このブリーザ機構９には、空間Ｒと外部とを連通させるコネクタ９ａ（「ニップル」とも称される）と、コネクタ９ａの外部に突出した箇所に一端の接続されたホース９ｂが設けられる。このホース９ｂの他端には濾過装置が接続される。このブリーザ機構９によれば、内圧上昇時には、機構ケース５０の内部からの空気がコネクタ９ａやホース９ｂを経て放出される。反対に、内圧低下時には、外部からの空気がホース９ｂやコネクタ９ａを経て機構ケース５０の内部に吸引される。そのため、ブラシ８へのオイルの侵入が抑えられ、ブラシ８の保護性が確保される。

［２．作用および効果］
本実施形態は、上述のように構成されるため、以下のような作用および効果を得ることができる。
（１）デフケース６５をブラシ８で接地することから、モータ４のインバータ制御によって誘起された高周波ノイズの伝達や放射を抑え、電波障害を抑えることができる。
さらに、車軸のそれぞれにノイズ対策部材が設けられた構造と比較して、一つのデフケース６５に一つのブラシ８を設けるだけで高周波ノイズの伝達や放射を抑えることができる。よって、電気自動車１の駆動系におけるアース構造の複雑化を抑えることができる。

（２）具体的には、デフケース６５のうちケース延設部６５ａをブラシ８で接地する。
このケース延設部６５ａは、デフケース６５において、車幅中心Ｃ_Wに対してピニオンギヤＧ_P1，Ｇ_P2が偏る側とは反対に延設される。また、ケース延設部６５ａの内部に収容される第一サイドギヤＧ_SRも同方向に延設される。そのため、サイドギヤの軸方向寸法が等しく設定された構造と比較して、車軸６Ｌ，６Ｒどうしの寸法の相異を抑えることができる。よって、電気自動車１の走行性向上に寄与する。

通常のデフケース周辺は、入力された回転動力を二系統に出力することからスペースに余裕がない。これに対して、本デフケース６５には、ケース延設部６５ａやこれに対応するボス部５３が設けられるため、ブラシ８を取り付けるスペースを確保することができる。すなわち、車軸６Ｌ，６Ｒの軸方向寸法が互いに相異することを抑えるための構造（すなわちケース延設部６５ａ）を利用して、ブラシ８を取り付けることができる。
逆に言えば、ブラシ８と取り付けるためにデフケース６５にケース延設部６５ａを設け、ブラシ８取付用のケース延設部６５ａによって、車軸６Ｌ，６Ｒの軸方向寸法が互いに相異することを抑えることができる。

［ＩＩ．その他］
最後に、本実施形態のその他の変形例について述べる。
たとえば、ブラシは、ケース延設部に対してカウンタ軸や入力軸といった回転要素が設けられる側（図２では上側）に配置されてもよい。すなわち、トランスアクスルで軸が並ぶ方向における中央側にブラシが配置されてもよい。言い換えれば、ケース延設部に対してモータ側にブラシが配置されてもよい。この場合には、機構ケースのボス部とモータとの間に存在するデッドスペースにブラシが配置されうる。
ケース延設部に対して軸の並設方向中央側にブラシ８が配置されることにより、駆動系のサイズ（トランスアクスルの軸が並設される方向の寸法）の増大を抑えることができる。また、ケース延設部に対してモータ側にブラシが配置されることにより、機構ケースのボス部とモータとの間に存在するデッドスペースを利用してブラシを配置することができる。この点からも、駆動系のサイズの増大を抑えることができる。

あるいは、ブラシの接地対象は、少なくともデフケースであれば、ケース延設部でなくてもよく、ケース軸支部であってもよい。この場合には、車軸どうしの寸法の相異は抑えられないものの、構造を更に簡素化することができる。

また、ブラシの配置箇所は、デフケースに接地していれば、任意の箇所に設定することが可能である。
そのほか、二段階に減速するトランスアクスルに限らず、三段階以上や一段階のみ変速する機構（動力伝達機構）を用いてもよい。また、アース構造が設けられた駆動系の車輪は、前輪であってもよいし、後輪であってもよい。

１ 電気自動車（電動車両）
２ バッテリ
３ インバータ
４ モータ（回転電機）
４０ ケース（電機ケース）
４１ 接合部
５ トランスアクスル（動力伝達機構）
５０ ケース（機構ケース）
５１ 接合部
５３ ボス部
６０ 回転要素
６１ 入力部
６２ 中間部
６３ 出力部
６４ ディファレンシャル機構
６５ デフケース
６５ａ ケース延設部
６５ｂ ケース軸支部
６ 車軸
６Ｌ 左車軸
６Ｒ 右車軸
８ ブラシ（アース体）
９ ブリーザ機構
９ａ コネクタ
９ｂ ホース
Ｃ_AP ピニオン軸心
Ｃ_AS サイド軸心
Ｃ_W 車幅中心
Ｇ_P1，Ｇ_P2 ピニオンギヤ（デフピニオン）
Ｇ_R リングギヤ
Ｇ_SL，Ｇ_SR サイドギヤ
Ｏ_BL，Ｏ_BR オイルシール
Ｏ_SL，Ｏ_SR オイルシール
Ｒ 空間
Ｓ_O 出力軸（回転軸）
Ｓ_C カウンタ軸
Ｓ_I 入力軸
Ｗ 車輪
Ｗ_L 左車輪
Ｗ_R 右車輪

Claims (5)

1. 回転電機の回転動力を出力する回転軸の動力伝達経路の下流側に設けられ、ディファレンシャル機構において二つの車軸に分配される前記回転動力が入力されるデフケースと、
   前記デフケースを接地するアース体と、を備え、
   前記デフケースは、車両の幅方向の中心である車幅中心に対して前記幅方向の一方側に偏って配置されたデフピニオンを軸支するケース軸支部と、前記ケース軸支部から前記幅方向の他方側かつ前記幅方向で前記回転電機側に延設されたケース延設部と、を有し、
   前記アース体は、前記ケース延設部を接地する
   ことを特徴とする電動車両用動力伝達機構のアース構造。
2. 前記電動車両用動力伝達機構は、その外殻をなすとともに前記デフケースを支持する機構ケースを有し、
   前記機構ケースは、前記幅方向の他方側に膨出形成されたボス部を有し、
   前記アース体は、回転する前記デフケースの前記ケース延設部に対して摺接するブラシ本体と、前記ボス部に取り付けられて前記ブラシ本体を支持するブラシケースと、前記ブラシ本体を付勢するバネ部材と、を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載された電動車両用動力伝達機構のアース構造。
3. 前記電動車両用動力伝達機構は、前記回転軸に直交する方向において前記デフケースと前記回転軸との間に設けられた回転要素を有し、
   前記アース体は、前記デフケースに対して前記直交する方向において前記回転要素が設けられる側に配置された
   ことを特徴とする請求項１または２に記載された電動車両用動力伝達機構のアース構造。
4. 前記アース体は、前記デフケースに対して前記回転電機側に配置された
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載された電動車両用動力伝達機構のアース構造。
5. 前記回転電機は、前記車幅中心上に位置するように前記車両に搭載されており、
   前記電動車両用動力伝達機構は、その外殻をなすとともに前記デフケースを支持する機構ケースと、前記機構ケースに支持された前記デフケースに対し前記幅方向の一方側に一体的に結合されたリングギヤと、を有し、
   前記アース体は、前記デフピニオンの軸心であるピニオン軸心に対し、前記リングギヤと反対側に位置する
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載された電動車両用動力伝達機構のアース構造。

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