WO2019172402A1

WO2019172402A1 - アクスル構造

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Publication number: WO2019172402A1
Application number: PCT/JP2019/009247
Authority: WO
Inventors: 和徳小川; 平野　亮
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2019-09-12
Also published as: JPWO2019172402A1; JP7006768B2; US11840115B2; CN111801235B; CN111801235A; US20200406682A1

Abstract

アクスル構造（２０）は、左右両端に車輪が接続されるアクスルシャフトを内部に通すためのアクスルハウジング（３０）と、駆動用モータ部（６０）とを備える。アクスルハウジング（３０）は、前面側の開口部（５１）から後面側に向かって窪む凹部（５０）を有する大径のハウジングセンター部（４０）、及び、ハウジングセンター部（４０）の両側に左右一対で接続された小径の中空軸部（４２），（４４）を含む。駆動用モータ部（６０）は、凹部（５０）に嵌め込まれ、締結用ボルト（９０）によって、アクスルハウジング（３０）にボルト締結される。

Description

アクスル構造

　本開示は、アクスル構造に係り、特に、駆動用モータ部を備えるアクスル構造に関する。

　車両において、前輪の車軸はフロントアクスル、後輪の車軸はリアアクスルと呼ばれるように、アクスルとは車軸一般をさす。アクスル構造として、左右両端に車輪が接続されるアクスルシャフトを内部に通すアクスルハウジングが用いられる。電気自動車では、変速機（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：トランスミッション）と差動装置とともに回転電機を備えたトランスアクスル構造が用いられる。

　特許文献１は、アクスル構造の従来技術として、車輪の軸心と一定量のオフセットを有して平行に回転電機が配置される例を述べ、変速機と差動装置を含むアクスルハウジングの外側に回転電機が突き出して大型化することを指摘している。そこで、アクスルハウジングを第一と第二の二つに分割し、第一アクスルハウジングにステータを取り付けて回転電機を第一アクスルハウジングの内部に配置し、変速機および差動装置を第二アクスルハウジングに配置する構造を開示している。

　特許文献２には、アクスルハウジングの内部に２つの中空のモータ軸を回転自在に支持し、モータ軸の外周にロータコイルを設けアクスルハウジングにステータコイルを設けて構成した２つの回転電機と、差動装置とを含むトランスアクスルが述べられている。

特開２００１－１２１９８１号公報特開昭６０－１３１３１９号公報

　回転電機に変速機と差動装置を組み合わせたものを駆動用モータ部と呼ぶと、駆動用モータ部を備えたアクスル構造においては、アクスルハウジングに回転電機のステータ巻線を配置すると小型化を図れる。しかし、駆動用モータ部を交換する場合等において、メンテナンス性やサービス性がよくない。これに対し、アクスルハウジング内に内蔵せずに、アクスルハウジングの外側にオフセットさせて回転電機を配置すると、車両に搭載された場合に路面から受ける上下動に対し回転電機との接続部への負荷が重くなる。そこで、駆動用モータ部を交換する場合のサービス性の向上と、車両に搭載された場合の路面から受ける負荷に対する信頼性の向上とを両立できるアクスル構造が要望される。

　本開示に係るアクスル構造は、前面側の開口部から後面側に向かって窪む凹部を有する大径のハウジングセンター部、及び、ハウジングセンター部の両側に左右一対で接続された小径の中空軸部を含み、左右両端に車輪が接続されるアクスルシャフトを内部に通すためのアクスルハウジングと、凹部に嵌め込まれてボルト締結された駆動用モータ部と、を備える。

　上記構成によれば、アクスルハウジングの凹部に駆動用モータ部を嵌め込んでボルト締結するので、ボルト締結を外すだけで駆動用モータ部が交換でき、サービス性が向上する。また、凹部に嵌め込まれてアクスルハウジングと一体に駆動用モータ部が締結されているので、駆動用モータ部の重心がアクスルハウジングの重心とほぼ一致して重心間のオフセットがほとんどない。これにより、車両に搭載された場合の路面から受ける上下動等の負荷が少なく、路面から受ける負荷に対する信頼性が向上する。

　上記構成のアクスル構造によれば、駆動用モータ部を交換する場合のサービス性の向上と、車両に搭載された場合の路面から受ける負荷に対する信頼性の向上とを両立できる。

実施の形態のアクスル構造を含むリアアクスルを前面側から見た図である。図1のリアアクスルを後面側から見た図である。図１のアクスル構造の分解図である。従来技術における２つの駆動用モータ部を備えるリジット型のアクスル構造を示す斜視図である。従来技術において、アクスルハウジングからオフセットして配置された１つの回転電機を備えるアクスル構造を示す斜視図である。

　以下に図面を用いて本開示に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下において、アクスル構造は、車両のリアアクスル構造を述べるが、これは説明のための例示であって、場合によっては、フロントアクスル構造にも適用が可能である。

　以下に述べる形状、材質等は、説明のための例示であって、アクスル構造の仕様等により、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

　図１と図２は、アクスル構造２０を含むリアアクスル１０を示す斜視図である。リアアクスル１０は、左右両端に車輪が接続されるアクスルシャフト１２と、アクスルシャフト１２を通すアクスル構造２０とを含む。アクスル構造２０は、アクスルハウジング３０と、アクスルハウジング３０に嵌め込まれて固定される駆動用モータ部６０とを含む。アクスルシャフト１２は軸方向の両端に車輪取付部１４，１６を有する。図１では、車輪取付部１４に取り付けられる右後輪６と、車輪取付部１６に取り付けられる左後輪８とを二点鎖線で示す。図１、図２には、車輪取付部１４，１６以外の取付部がアクスルハウジング３０に示されるが、これらは、図示しない車両の懸架用スプリングやショックアブソーバを介して車体にアクスルハウジング３０を支持させるための取付部である。

　以下の図において、リアアクスル１０及びアクスル構造２０について直交する三方向として、軸方向、上下方向、前後方向を示す。軸方向は、アクスル構造２０に通されるアクスルシャフト１２が延びる方向である。軸方向の二方向を区別するときは、右後輪６用の車輪取付部１４に向かう側を右側、左後輪８用の車輪取付部１６に向かう側を左側と呼ぶ。上下方向は、車輪付きのアクスルシャフト１２が通された状態で、右後輪６、左後輪８に対する路面側が下方側で、反対側が上方側である。前後方向は、上下方向の高さが一定の面内において軸方向に直交する方向である。前後方向の二方向を区別するときは、アクスルハウジング３０において、後述するハウジングセンター部４０が有する凹部５０において窪み部４８が設けられる側を後方側、駆動用モータ部６０が嵌め込まれる開口部５１（図３参照）が設けられる側を前方側と呼ぶ。

　アクスル構造２０が車両に搭載された場合には、アクスル構造２０の右側は車両右側に対応し、左側は車両左側に対応する。アクスル構造２０の上方側は車両上方側に対応し、下方側は車両下方側に対応する。アクスル構造２０の前後方向については、凹部５０において窪み部４８が設けられる側または開口部５１が設けられる側が、車両に搭載された場合に車両前後方向のいずれ側を向くかによって車両前後方向との対応関係が異なる。以下では、凹部５０の窪み部４８が設けられる側であるアクスル構造２０の後面側が車両後方側とし、凹部５０の開口部５１が設けられる側であるアクスル構造２０の前面側を車両前方側とする。これは説明のための例示であって、車両及びアクスル構造２０の仕様に応じ、場合によっては、アクスル構造２０の後面側を車両前方側とし、前面側を車両後方側としてもよい。

　図１は、リアアクスル１０を前面側から見た図であり、図２は、リアアクスル１０を後面側から見た図である。したがって、図１と図２では、紙面上で左側と右側とが入れ替わる。以下では、アクスル構造２０について述べる。図３は、アクスル構造２０の分解図である。

　駆動用モータ部６０は、回転電機６２に変速機６４と差動装置６６を組み合わせて一体化した車両駆動装置である。駆動用モータ部６０は、図示しない車両制御部の制御の下で、変速機６４、差動装置６６等を介してアクスルシャフト１２を回転駆動し、右後輪６と左後輪８とを所定の駆動条件で駆動する。回転電機６２としては、三相同期回転電機が用いられる。

　駆動用モータ部６０において、回転電機６２は前面側に配置され、変速機６４及び差動装置６６は後面側に配置される。変速機６４及び差動装置６６と回転電機６２との接続部に突当面６１が設けられる。突当面６１は、回転電機６２の後面側において突き出して設けられる変速機６４及び差動装置６６を囲むように設けられる環状突当面である。突当面６１には、複数の締結部７０が設けられる。図３では、２つの締結部７０が図示されているが、全部で８つの締結部７０が設けられる。それぞれの締結部７０には、締結用ボルト９０のおねじが噛み合わされるめねじが刻まれる。これに代えて、ボルト通し穴を有するボスと、締結用ボルト９０のおねじが噛み合わされるめねじを有するナットの組み合わせを用いてもよい。

　アクスルハウジング３０は、ハウジング本体部３２と、カバー部３４と、前面側プレート３６とで構成される。カバー部３４は、ハウジング本体部３２の後面側に溶接で固定され、前面側プレート３６は、ハウジング本体部３２の前面側に溶接で固定される。アクスルハウジング３０は、ハウジング本体部３２とカバー部３４と前面側プレート３６とが一体化した複合部材である。

　一体化されたアクスルハウジング３０は、軸方向に沿った中央部に大径のハウジングセンター部４０、ハウジングセンター部４０の両側に左右一対で接続された小径の中空軸部４２，４４を含む。

　ハウジングセンター部４０は、前後方向に沿った板幅がＷ０の鋼板を楕円形に近い多角形に成形して、中空配置空間４６の周りを板幅Ｗ０の枠体４１で囲んだ多角形環状部である。

　カバー部３４は、所定の外形形状に打ち抜いた鋼板について、外周側の平坦な縁部４７に囲まれた部分を後面側に窪ませて窪み部４８を成形した蓋部材である。縁部４７の外形形状は、駆動用モータ部６０の環状の突当面６１の外形形状に対応して設定され、縁部４７の内側開口形状は、ハウジングセンター部４０の中空配置空間４６の多角形開口形状に対応して設定される。縁部４７には、所定の配置関係を有する複数のボルト通し穴４９が設けられる。所定の配置関係は、駆動用モータ部６０の締結部７０の配置関係と同じに設定され、ボルト通し穴４９の数は、駆動用モータ部６０の締結部７０の数と同じ８つである。

　カバー部３４は、ハウジングセンター部４０の中空配置空間４６を後面側から覆って、枠体４１の後面側に溶接により一体化固定される。カバー部３４の縁部４７の外形は、ハウジングセンター部４０の多角形環状部の外形よりも大きいので、枠体４１と一体化された状態では、カバー部３４の縁部４７は、ハウジングセンター部４０の後面側フランジとなる。したがって、カバー部３４の８つのボルト通し穴４９は、ハウジングセンター部４０の後面側フランジに開けられた８つのボルト通し穴４９として働く。

　前面側プレート３６は、所定の外形形状に打ち抜いた鋼板について、外周側の縁部５２に囲まれた中央部分を所定の開口形状に打ち抜き、開口部５１を形成した平板部材である。縁部５２の外形形状および内側開口形状は、駆動用モータ部６０の突当面６１の環状形状に対応して設定される。縁部５２には、所定の配置関係を有する複数のボルト通し穴５３が設けられる。所定の配置関係は、駆動用モータ部６０の締結部７０の配置関係と同じに設定され、ボルト通し穴５３の数は、駆動用モータ部６０の締結部７０の数と同じ８つである。

　前面側プレート３６は、ハウジングセンター部４０の中空配置空間４６の前面側に配置され、枠体４１の前面側に溶接により一体化固定される。前面側プレート３６の縁部５２の外形は、ハウジングセンター部４０の多角形環状部の外形よりも大きいので、枠体４１と一体化された状態では、前面側プレート３６の縁部５２は、ハウジングセンター部４０の前面側フランジとなる。したがって、前面側プレート３６の８つのボルト通し穴５３は、ハウジングセンター部４０の前面側フランジに開けられた８つのボルト通し穴５３として働く。

　ハウジングセンター部４０の枠体４１の後面側にカバー部３４を溶接し、枠体４１の前面側に前面側プレート３６を溶接する際に、カバー部３４の８つのボルト通し穴４９と、前面側プレート３６の８つのボルト通し穴５３とを対応付ける位置合わせを行う。

　ハウジングセンター部４０の枠体４１の後面側にカバー部３４が、枠体４１の前面側に前面側プレート３６がそれぞれ一体化固定された状態では、ハウジングセンター部４０は、前面側プレート３６の開口部５１から後面側に向かって窪む凹部５０を有する。凹部５０は、前後方向にＷ０の深さを有する中空配置空間４６と、カバー部３４の窪み部４８とで形成される。凹部５０は、駆動用モータ部６０が嵌め込まれる空間である。

　アクスルハウジング３０の構成に戻り、ハウジング本体部３２は、ハウジングセンター部４０の両側に左右一対で接続された小径の中空軸部４２，４４を有する。中空軸部４２は、アクスルシャフト１２の右後輪６側を通す軸穴４３を有する車軸管である。軸穴４３の一端はハウジング本体部３２の右端部に開口し、他端は、ハウジングセンター部４０の中空配置空間４６に開口する。中空軸部４４は、アクスルシャフト１２の左後輪８側を通す軸穴４５を有する車軸管である。軸穴４５の一端はハウジング本体部３２の左端部に開口し、他端は、ハウジングセンター部４０の中空配置空間４６に開口する。中空軸部４２，４４の軸外径は、ハウジングセンター部４０の略楕円形の短径よりも小径である。逆に言えば、ハウジングセンター部４０は、中空軸部４２，４４よりも大径である。

　かかる中空軸部４２，４４は、鋼板を所定の形状に成形した複数の部材を溶接等で一体化して得られる。中空軸部４２，４４は、ハウジングセンター部４０と溶接により一体化結合され、ハウジング本体部３２が形成される。ハウジング本体部３２にカバー部３４と前面側プレート３６が溶接により取り付けられて形成されたアクスルハウジング３０は、中央部に大径のハウジングセンター部４０を有し、その軸方向の両側に中空軸部４２，４４を有する。この形状は、楽器のバンジョーに似ていることから、通称でバンジョー型アクスルハウジングと呼ばれる。

　アクスルハウジング３０と駆動用モータ部６０とを一体化するために、複数の締結用カラー８０と、複数の締結用ボルト９０とが用いられる。複数の締結用カラー８０は、締結用ボルト通し用の貫通穴を有する円柱材である。締結用カラー８０の長さは、ハウジングセンター部４０の枠体４１の板幅Ｗ０と同じか小さめに設定される。締結用カラー８０の数は、駆動用モータ部６０の締結部７０の数と同じ８つである。締結用ボルト９０は、頭付ボルトで、軸部の長さは、｛（カバー部３４の縁部４７の厚さ）＋（締結用カラー８０の長さ）＋（前面側プレート３６の縁部５２の厚さ）＋（駆動用モータ部６０の締結部７０における締結長さ）｝である。締結用ボルト９０にワッシャを用いてもよい。その場合には、締結用ボルト９０の軸部の長さがワッシャ厚さだけ長く設定される。

　駆動用モータ部６０をアクスルハウジング３０に配置して結合する手順は以下の通りである。ハウジングセンター部４０において、カバー部３４の８つのボルト通し穴４９と、前面側プレート３６の８つのボルト通し穴５３との間に、８つの締結用カラー８０を配置する。次に、８つの締結用ボルト９０のそれぞれを、カバー部３４の８つのボルト通し穴４９、８つの締結用カラー８０、前面側プレート３６のボルト通し穴５３に通す。そして、駆動用モータ部６０の環状の突当面６１を前面側プレート３６の前面側の面に突き当てる。突き当ての際に、前面側プレート３６のボルト通し穴５３から突き出る締結用ボルト９０の先端部を、突当面６１に設けられた８つの締結部７０のそれぞれに位置合わせする。その状態で、アクスルハウジング３０と駆動用モータ部６０を保持しながら、８つの締結用ボルト９０で、８つの締結部７０との間をボルト締結する。これにより、駆動用モータ部６０が、アクスルハウジング３０のハウジングセンター部４０の凹部５０に嵌め込まれて、ボルト締結によって一体化固定される。ボルト締結は、ハウジング本体部３２の外側ですべてを行うことができる。

　上記構成の作用効果について、従来技術の図４、図５と比較しながら、さらに詳細に述べる。図４のアクスル構造１００は、Ｃ－Ｃと示す軸方向を有するリジッド１０１に、２つの駆動用モータ部１０２，１０３と、２つのサスペンション１０４，１０５等の周辺部品が、リジッド継手部１０６，１０７によって締結された構造を有する。

　アクスル構造１００においては、駆動用モータ部１０２，１０３の交換等を行う場合、リジッド継手部１０６，１０７における締結を外し、サスペンション１０４，１０５等の周辺部品を取り外す必要があり、メンテナンスのサービス性がよくない。また、アクスル構造１００は、軸方向に沿って複数の構成部品が配置され、リジッド継手部１０６，１０７等の締結部や、図示しない溶接部によって接続されている。したがって、車両にアクスル構造１００が搭載された場合に、路面側から上下動や左右動の曲げ入力が作用すると、締結部や溶接部に応力集中が発生しやすく、負荷に対する強度や信頼性について課題が残される。

　図５のアクスル構造１１０は、Ｃ－Ｃと示すアクスル軸方向を有するリジッド１１１に、Ｍ－Ｍと示す中心軸を有する回転電機１１２と、変速機及び差動装置を含む動力変換部１１４が配置され、締結部１１５、溶接部１１６，１１７を有する。動力変換部１１４は軸方向上に配置されるが、回転電機１１２の中心軸Ｍ－Ｍは、軸方向Ｃ－Ｃに対しオフセット１１８を有する。回転電機１１２は、締結部１１５によってリジッド１１１に締結される。

　アクスル構造１１０においては、リジッド１１１の重心と回転電機１１２の重心とが、オフセット１１８分だけ離間している。したがって、車両にアクスル構造１１０が搭載された場合に、路面側から上下動の負荷が懸かると、締結部１１５に対する負荷が大きくなる。また、動力変換部１１４のケースは鋳物製であるので、路面から干渉を受けると、動力変換部１１４でその負荷を受けることが生じ得る。これらのことから、アクスル構造１１０は、負荷に対する強度や信頼性について課題が残される。

　これに対し、図１～図３で述べたアクスル構造２０においては、駆動用モータ部６０は、８つの締結用ボルト９０を外すだけで済み、駆動用モータ部６０を交換する場合等におけるメンテナンスのサービス性が向上する。

　また、アクスルハウジング３０は、鋼板製の通称バンジョー型であるので、アクスル軸方向に締結や溶接による継目を少なくでき、場合によっては継目なしとできる。これによって、車両に搭載された場合に、路面側から上下動や左右動の曲げ入力が作用しても、応力集中が低減される。

　また、駆動用モータ部６０は、アクスルハウジング３０のハウジングセンター部４０の凹部５０に嵌め込まれてボルト締結されるので、アクスルハウジング３０の重心と駆動用モータ部６０の重心部をほぼ一致させることができ、重心間のオフセットがほとんどない。さらに、駆動用モータ部６０は、鋼板性のアクスルハウジング３０内に嵌め込まれるので、車両に搭載された場合に路面干渉を受ける可能性があるのは、鋳物製でなく鋼板製のハウジングセンター部４０となる。これによって、車両に搭載された場合に路面から受ける負荷に対する強度や信頼性が向上する。これにより、駆動用モータ部６０におけるモータケースはアルミニウム合金の鋳物製にできるので、駆動用モータ部６０の軽量化を図ることができる。

　６　右後輪、８　左後輪、１０　リアアクスル、１２　アクスルシャフト、１４，１６　車輪取付部、２０，１００，１１０　アクスル構造、３０　アクスルハウジング、３２　ハウジング本体部、３４　カバー部、３６　前面側プレート、４０　ハウジングセンター部、４１　枠体、４２，４４　中空軸部、４３，４５　軸穴、４６　中空配置空間、４７，５２　縁部、４８　窪み部、４９，５３　ボルト通し穴、５０　凹部、５１　開口部、６０，１０２，１０３　駆動用モータ部、６１　突当面、６２，１１２　回転電機、６４　変速機、６６　差動装置、７０，１１５　締結部、８０　締結用カラー、９０　締結用ボルト、１０１，１１１　リジッド、１０４，１０５　サスペンション、１０６，１０７　リジッド継手部、１１４　動力変換部、１１６，１１７　溶接部、１１８　オフセット。

Claims

　前面側の開口部から後面側に向かって窪む凹部を有する大径のハウジングセンター部、及び、前記ハウジングセンター部の両側に左右一対で接続された小径の中空軸部を含み、左右両端に車輪が接続されるアクスルシャフトを内部に通すためのアクスルハウジングと、
　前記凹部に嵌め込まれてボルト締結された駆動用モータ部と、
　を備える、アクスル構造。
　前記凹部は、前記ハウジングセンター部において枠体で囲まれた多角形環状部の中空配置空間、及び、前記枠体の後面側に配置されたカバー部の後面側において前記中空配置空間の前記多角形環状部の開口形状に対応する内側開口形状に窪ませた窪み部を含んで形成されており、
　前記カバー部は、前記窪み部の外周側の平坦な縁部に複数のボルト通し穴が設けられており、
　前記駆動用モータ部は、前記ハウジングセンター部の前面側に突き当てられる突当面に、前記カバー部の複数の前記ボルト通し穴の配置関係と同じ配置関係を有する複数の締結部を有し、
　前記カバー部の複数の前記ボルト通し穴と前記駆動用モータ部の複数の前記締結部とが位置合わせされた状態で前記カバー部と前記枠体と前記駆動用モータ部とが複数のボルトで締結されている、請求項１に記載のアクスル構造。
　前記枠体の後面側と前記カバー部とは溶接された状態である、請求項２に記載のアクスル構造。