WO2024023905A1

WO2024023905A1 - 同軸駆動装置

Info

Publication number: WO2024023905A1
Application number: PCT/JP2022/028703
Authority: WO
Inventors: 量人剱持
Original assignee: ジーケーエヌオートモーティブリミテッド; Ｇｋｎドライブラインジャパン株式会社
Priority date: 2022-07-26
Filing date: 2022-07-26
Publication date: 2024-02-01

Abstract

第１の軸の周りに回転可能な一対の車軸を駆動する同軸駆動装置は、前記第１の軸に同軸なモータと、前記第１の軸に同軸であって前記第１の軸の周りに回転可能であり、受容したトルクを差動的に前記一対の車軸へ出力するデファレンシャルギア組を備えたデファレンシャルと、前記モータを貫通して前記モータに駆動されて前記第１の軸の周りに回転する出力軸であって、前記一対の車軸の一が外部から前記デファレンシャルへ達するのを許容するよう寸法づけられた貫通孔を有する出力軸と、前記第１の軸に平行な第２の軸の周りに回転可能であって、前記出力軸と前記デファレンシャルとの両方に噛合して前記モータから前記デファレンシャルへ前記トルクを伝える伝達軸と、前記モータと前記デファレンシャルギア組との間に配置されて前記デファレンシャルギア組の差動を制限するクラッチ、または前記伝達軸上に配置されて前記出力軸と前記デファレンシャルとを脱連結可能に連結するクラッチと、前記第１の軸よりも上方に配置され、前記クラッチを駆動するアクチュエータと、を備える。

Description

同軸駆動装置

　以下の開示は、主に電気自動車の駆動輪に利用される同軸駆動装置であって、駆動輪の車軸と同軸にすることができ、路面から飛来する石、泥あるいは水による影響を受けにくい駆動装置に関する。

　内燃機関に代えて電気モータのみにより車両を駆動する技術が鋭意検討されている。モータを車軸に直接に結合して車両を駆動することは可能ではあるが、それに足る大きな出力のモータを採用する必要がある。その重量とコストとを考えれば、現実的な解であるとはいえない。通常は穏当な出力の（すなわち小型の）モータを利用し、多段の減速ギア組を利用してモータのトルクを増倍することにより車両を駆動する。

　減速ギア組を含むギアボックスとモータとの組み合わせよりなる駆動装置は、一般的に、特許文献１に例示されるように、車軸の軸外に大きくはみ出してしまう。かかる大きさは、せっかく小型のモータを利用したメリットを減じてしまう。特許文献２は、車軸と同軸にすることができる駆動装置を提案している。

国際特許出願公開ＷＯ２０１３／０７６８７８Ａ１国際特許出願公開ＷＯ２０２１／００４７８０Ａ１

　車軸の軸外にはみ出す駆動装置は、その大きさゆえに、路面から飛来する石、泥あるいは水から電装品を保護するのに都合がよい。何となれば、路面に面する下側さえ避ければ、電装品を何れに配置しても路面から見てこれを装置の陰に隠すことができるからである。特許文献２のごとき同軸駆動装置では、電装品を隠せる場所に乏しく、また都合よくそのような場所に電装品を配置できるとも限らない。例えば特許文献２の図面には、アンカップリング装置７を駆動するアクチュエータは油面１１より下方にあることが示されており、明らかにアクチュエータは路面に近接している。仮に装置の上下を逆転したとしても、アンカップリング装置７は装置の左端にあるから、アクチュエータが駆動装置より軸方向に外側に露出してしまうことは避けられない。アクチュエータが路面からの飛来物を避け得ないことが明らかである。

　以下に開示する装置は、複数の構成要素の配置を改め、以ってアクチュエータが路面からの飛来物を避けることができる同軸駆動装置を提供する。

図１は、一実施形態による同軸駆動装置の断面図であって、各軸を通る面で切った断面図である。図２は、図１の装置において主にクラッチおよびアクチュエータを見せるための、拡大された断面図である。図３は、同軸駆動装置において３つの軸の位置関係を示すための模式的な側面図である。図４は、他の実施形態による同軸駆動装置の断面図であって、各軸を通る面で切った断面図である。図５は、図４の装置において主にクラッチを見せるための、拡大された断面図である。

　添付の図面を参照して以下に幾つかの例示的な実施形態を説明する。以下の説明および添付の請求の範囲において、「平行」の語は一般的な幾何学的平行を意味し、すなわち同一平面にあるが互いに交わらない意味であり、必然的に互いに同一の意味を含まない。また前方、後方、上方および下方の区別は、装置が車両に搭載された状態を基準とする。図面は必ずしも正確な縮尺により示されておらず、従って相互の寸法関係は図示されたものに限られないことに特に注意を要する。

　以下に説明する本実施形態による同軸駆動装置は、通常、左右に延びる一対の車軸を駆動するのに用いられる。もちろん用途はこれに限られず、凡そシャフトを介してトルクを供給する稼働する何れの装置の駆動にも用いることができる。

　図１を参照するに、矢印Ｆは車両の前方を、矢印Ｒは後方を示す。第１，第２および第３の軸Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は互いに平行であって、何れも車両の縦方向に対して直交する。一対の車軸は、図に示されていないが、第１の軸Ｘ１に沿ってそれぞれ右方向と左方向に延びる。

　同軸駆動装置は、概して、トルクを発生するモータ１と、かかるトルクを出力する出力軸３と、受容したトルクを差動的に一対の車軸へ出力するデファレンシャル５と、出力軸３とデファレンシャル５とを仲介する伝達軸７と、デファレンシャル５の差動を制限するクラッチ９と、クラッチ９を操作するアクチュエータ１１と、を備える。モータ１とデファレンシャル５とは同軸に隣接して配置されているが、これらの間に直接の結合はなく、これらとは異軸の伝達軸７がトルク伝達を担う。各要素のこのような配置は、駆動装置全体を縦方向にも横方向にもコンパクトにするのに有利である。

　これらの要素の全体はケーシング２１，２３に収容されて支持されるが、モータ１を収容するケーシング２３と、主にデファレンシャル５および伝達軸７を収容するケーシング２１とは別体であって互いに結合可能であってもよい。このようにすれば、モータ１の組み立てとそれ以外の要素の組み立てとを独立に行い、最後に両者を結合することによって装置全体を組み上げることができるので、装置の生産に都合がよい。ケーシング２１，２３は、また、それぞれ複数の要素に分解できるようになっていてもよい。例えばケーシング２１は、本体２５と、カバー２７，２９とに分割可能であってもよく、ケーシング２３もまた、本体２３Ｂとカバー２３Ｃとに分割可能であってもよい。これらについては後述する。

　モータ１は、図示の例によれば、同軸駆動装置において右方に偏って配置される。もちろん図示の例とは反対に、モータ１は左方に配置されていてもよい。何れにせよモータ１は第１の軸Ｘ１に同軸であり、またその周りに回転力を生ずるべく、例えば電磁石よりなるステータと、その磁束を受容して軸周りに回転するロータとを備える。電磁石は、また、コントローラを介して車両のバッテリに接続されて、ロータを制御可能に回転せしめる。

　出力軸３は、モータ１を貫通し、モータ１内においてロータと駆動的に結合しており、受容した回転力により第１の軸Ｘ１周りに回転する。出力軸３の一端はケーシング２３の端部に臨み、他端はケーシング２１内に露出してギア歯３３を備える。ギア歯３３は後述のギアホイール７１と噛合することにより、モータ１の回転力を伝達軸７へ出力する。出力軸３は一端の近傍においてカバー２３Ｃに支持されていてもよく、他端はカバー２９に支持されていてもよい。

　出力軸３はその全体が中空になっており、すなわち第１の軸Ｘ１に沿ってその一端から他端まで延びる貫通孔３１を備える。一対の車軸の一、図示の例において右車軸が、装置の外部から貫通孔３１を通ってデファレンシャル５に達し、これと結合できるよう、貫通孔３１は寸法づけられている。

　伝達軸７は出力軸３とは異軸であり、第２の軸Ｘ２の周りに回転するようケーシング２１に支持される。例えば伝達軸７の一端はカバー２７を越えて突出し、カバー２９に支持されていてもよい。伝達軸７の一端と出力軸３の他端とが共通してカバー２９に支持されれば、互いの位置関係を安定せしめ、また噛合を安定せしめるのに有利である。伝達軸７の他端は本体２５に支持されていてもよい。

　伝達軸７は、その一方の端近傍にギアホイール７１を備えてギア歯３３と噛合し、また他方の端近傍に例えばギア部７３を備えて後述のリングギア５３と噛合する。ギア部７３はギアホイール７１より小径であり、従ってこれらのギアの組み合わせは、モータ１の回転を減速して（トルクを増倍して）デファレンシャル５に出力する減速ギア組を構成する。また必須ではないが、組み立ての便宜を図るために、図示の例のごとくギア部７３は伝達軸７に一体にしてもよく、ギアホイール７１は別体であって圧入，溶着またはスプライン結合等により伝達軸７に結合していてもよい。

　上述の説明において減速ギア組は２段のギア組によったが、さらに多数段のギア組であってもよい。さらにまた、小径のギアと大径のギアとの組み合わせによる減速に代えて、外接噛合いギア組、内接噛合いギア組、遊星ギア組、あるいはハーモニックドライブギア組等の減速が可能な何れのギア組を利用してもよく、さらにあるいはこれらを組み合わせたギア組を利用することもできる。

　デファレンシャル５は出力軸３とは同軸であり、第１の軸Ｘ１の周りに回転するようにケーシング２１に支持される。例えばデファレンシャル５の一端は第１のカバー２７に支持されて出力軸３の他端に臨み、デファレンシャル５の他端は本体２５に支持される。デファレンシャル５の他端と伝達軸７の他端とが共通して本体２５に支持されれば、互いの位置関係を安定せしめ、また噛合を安定せしめるのに有利である。

　デファレンシャル５は、デファレンシャルギア組を支持するデフケース５１を備え、リングギア５３は例えばデフケース５１の周面に固定され、以って受容したトルクによりデフケース５１とリングギア５３とは一体に回転する。あるいはリングギア５３はデフケース５１と一体であってもよい。

　図示の例ではデファレンシャルギア組はベベルギア式だが、これに代えてフェースギア式、プラネタリギア式あるいは他の適宜の形式であってもよい。何れにせよ、デファレンシャルギア組はデフケース５１が受容したトルクを両サイドギア５５Ｒ，５５Ｌへ伝達するが、サイドギア５５Ｒ，５５Ｌ間の差動は許容するよう構成されている。両サイドギア５５Ｒ，５５Ｌはそれぞれ両車軸に結合するよう構造づけられており、例えばそれぞれ内面にスプライン等の構造を備えることができる。左サイドギア５５Ｌに結合した左車軸はデフケース５１およびケーシング２１の開口を通して外部に延び、また右サイドギア５５Ｒに結合した右車軸は貫通孔３１およびケーシング２３の開口を通して外部に延び、それぞれ両車輪に結合する。既に述べた通り、左右は図示の例と逆であってもよい。

　クラッチ９は、駆動部材と被駆動部材とを備え、その間で動力を伝達することができる装置であって、通常、駆動部材と被駆動部材とは共に環状であって同軸に並べられる。本実施形態においては、クラッチ９は、第１の軸Ｘ１の方向に見て、モータ１とデファレンシャルギア組との間に配置され、デファレンシャルギア組の差動を制限するように構成されている。クラッチ９は例えば多板クラッチであり、その一方のクラッチプレートは右サイドギア５５Ｒに結合し、他方のクラッチプレートはデフケース５１に結合する。交互に積層されたクラッチプレートは、押圧力を受けると右サイドギア５５Ｒをデフケース５１に対して制動し、以ってサイドギア５５Ｒ，５５Ｌ間の差動を制限する。もちろん多板クラッチに代えてコーンクラッチのごとき他の形式の摩擦クラッチであってもよい。あるいは摩擦クラッチに代えて、又は加えて、例えばドッグクラッチを採用してもよい。これはデファレンシャル５に所謂デフロック機能を付与する。

　クラッチ９に押圧力を加えるために、同軸駆動装置は例えばアクチュエータ１１とカム機構１３との組み合わせを備える。アクチュエータ１１は軸Ｘ１，Ｘ２とは異なる第３の軸Ｘ３の軸上に配置される。カム機構１３はモータ１とクラッチ９との間に配置される。

　図１に組み合わせて図２を参照するに、アクチュエータ１１は例えば小型のモータであって、出力のためのギアシャフト１５を備える。ギアシャフト１５は第３の軸Ｘ３の周りに回転する。ギアシャフト１５は直接に、又は減速ギア１７を介して、カム機構１３のギアプレート４１に噛合し、これを駆動する。

　カム機構１３は、ギアプレート４１に対向するようにプレッシャプレート４５を備え、さらにギアプレート４１とプレッシャプレート４５との間には回転運動を軸方向運動に変換するカム構造を備える。カム構造は、例えばプレート４１，４５の一方または両方が備えるスロープと、スロープ上を転動可能なカムボール４３である。カムボールに代えてローラでもよいし、あるいは一方のスロープが他方の突起に直接に摺動する組み合わせであってもよい。何れにせよ、ギアプレート４１は第１の軸Ｘ１の周りに回転可能だが軸方向には固定的であるのに対し、プレッシャプレート４５は第１の軸Ｘ１の周りに回り止めされているが軸方向に可動である。それゆえアクチュエータ１１によってギアプレート４１が回転させられると、介在するカム構造によりプレッシャプレート４５は軸方向に駆動され、以ってクラッチ９に押圧力を及ぼす。

　上述の配置によれば、図１より容易に理解できるように、アクチュエータ１１が駆動する対象たるカム機構１３は装置の中央寄りであり、またクラッチ９と軸方向にオーバーラップするよう配置されている。それゆえアクチュエータ１１は必然的にケーシング２１，２３から軸方向に外側に突出することがない。また図３に示される通り、第３の軸Ｘ３は径方向にモータ１の外周よりも内方であるから、アクチュエータ１１も概ねモータ１の外周よりも内方に配置することができる。伝達軸７とアクチュエータ１１とは、第１の軸Ｘ１の周りに任意の位置にすることができるが、アクチュエータ１１がケーシング２１よりも下方Ｄであれば路面からの飛来物の影響を受け易く、好ましくは車両において第１の軸Ｘ１よりも上方Ｕに配置する。また伝達軸７に対して、アクチュエータ１１は前方Ｆよりは後方Ｒであることがより好ましい。地面Ｇに対してアクチュエータ１１はケーシング２１の陰に隠れることができ、以って路面からの飛来物を避けることができる。

　同様な配置に基づき、図４に示すごとく、モータ１からデファレンシャル５へのトルク伝達を断続する目的でクラッチ９を利用する実施形態が可能である。

　図４に組み合わせて図５を参照するに、ギア部７３は伝達軸７と同軸だが別体であって、互いに自由に回転することができる。その間の潤滑は潤滑油のみによってもよいし、あるいはニードルベアリングのごとき軸受要素が介在してもよい。クラッチ９は、伝達軸７上であって、例えばギアホイール７１とギア部７３との間に配置される。

　伝達軸７は、ギア部７３に隣接してハブ７５を一体に備え、その外周にはスリーブ６３がスプライン結合している。スリーブ６３はハブ７５と共に回転するが、軸方向にはハブ７５に対して可動である。

　ギア部７３にはコーン６７が結合している。コーン６７はスリーブ６３に面して、これと噛合するドッグ歯６９を備える。スリーブ６３が軸方向に移動してドッグ歯６９に噛合すると、伝達軸７の回転がスリーブ６３およびコーン６７を介してギア部７３に伝えられる。噛合に先立って両者の速度差を解消するべく、シンクロナイザリング６５が介在してもよい。噛合により、モータ１からデファレンシャル５へトルクが伝達される。スリーブ６３がドッグ歯６９から脱噛合しているときには回転は伝えられず、従ってトルク伝達は切断される。

　改めて図示しないが、アクチュエータ１１はシフトフォーク６１を介してスリーブ６３を軸方向に駆動する。アクチュエータ１１による回転運動を軸方向運動に変換するに、既に説明したものと同様なカム機構１３を利用してもよいし、あるいはより簡単なボールねじ機構を利用することもできる。さらにあるいは、アクチュエータ１１は回転を生じるモータではなく、直接に軸方向運動を生じるリニアモータや油圧機構等であってもよい。

　何れにせよ、アクチュエータ１１は伝達軸７に近接して配置することができ、また図１の例と同様に装置の中央寄りに配置することができ、また図３に示すような軸配置を利用することができる。従ってアクチュエータ１１をケーシング２１の陰に隠すことができ、以って路面からの飛来物を避けることができる。

　幾つかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正ないし変形をすることが可能である。

Claims

　第１の軸の周りに回転可能な一対の車軸を駆動する同軸駆動装置であって、
　前記第１の軸に同軸なモータと、
　前記第１の軸に同軸であって前記第１の軸の周りに回転可能であり、受容したトルクを差動的に前記一対の車軸へ出力するデファレンシャルギア組を備えたデファレンシャルと、
　前記モータを貫通して前記モータに駆動されて前記第１の軸の周りに回転する出力軸であって、前記一対の車軸の一が外部から前記デファレンシャルへ達するのを許容するよう寸法づけられた貫通孔を有する出力軸と、
　前記第１の軸に平行な第２の軸の周りに回転可能であって、前記出力軸と前記デファレンシャルとの両方に噛合して前記モータから前記デファレンシャルへ前記トルクを伝える伝達軸と、
　前記モータと前記デファレンシャルギア組との間に配置されて前記デファレンシャルギア組の差動を制限するクラッチ、または前記伝達軸上に配置されて前記出力軸と前記デファレンシャルとを脱連結可能に連結するクラッチと、
　前記第１の軸よりも上方に配置され、前記クラッチを駆動するアクチュエータと、
　を備えた同軸駆動装置。
　前記アクチュエータは、前記第１の軸および前記第２の軸とは異なる第３の軸であって前記モータの外周よりも前記第１の軸に関して径方向に内方である第３の軸に沿って配置されている、請求項１の同軸駆動装置。
　回転運動を軸方向運動に変換して前記クラッチを駆動するカム機構を、
　さらに備えた請求項２の同軸駆動装置であって、
　前記アクチュエータは前記第３の軸の周りに回転を生じる第２のモータと、前記第２のモータと噛合して前記カム機構へ前記回転運動を与えるギア組と、を備える、同軸駆動装置。
　前記アクチュエータは、前記クラッチと軸方向にオーバーラップするよう配置されている、請求項１の同軸駆動装置。