JP2019048516A - 車両駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両駆動装置を高さ方向に大型化することなく、左右の駆動輪の間に配置する。
【解決手段】車両駆動装置１００は、上下方向の軸線を中心に回転する電動機１と、電動機１の内側に配置されたシングルピニオン式の第１遊星歯車機構２およびダブルピニオン式の第２遊星歯車機構３と、第２遊星歯車機構３から出力されたトルクを左右のドライブシャフト４，５にそれぞれ伝達するトルク伝達部６とを備える。トルク伝達部６は、電動機１の下方に上下方向に互いに位置をずらして配置された平歯車６１，６３および平歯車７１〜７３を有し、第２遊星歯車機構３のサンギア３１から出力されたトルクを平歯車６１，６３を介して左側のドライブシャフト４に伝達する一方、第２遊星歯車機構３のキャリア３５から出力されたトルクを平歯車７１〜７３を介して右側のドライブシャフト５に伝達する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両を走行駆動する車両駆動装置に関する。

この種の装置として、従来、電動機の回転軸線を車両高さ方向に向けた状態で電動機を車両のシートの下方に配置するとともに、電動機のトルクを一対の傘歯車を介して前後方向に延在するプロペラシャフトに伝達するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、電動機のロータの中心部に嵌合されたシャフトの上端部に傘歯車が設けられる。

特開２０１２−２９３６９号公報

上記特許文献１記載の装置ではケーシングの上端部から傘歯車が突出される。このため、上記特許文献１記載の装置を用いて電動機のトルクを左右のドライブシャフトに出力しようとすると、電動機の上方に、傘歯車に噛合するディファレンシャル装置などの差動機構を配置する必要がある。その結果、車両駆動装置が高さ方向に大型化し、高さ方向が限られた車両の所定空間に車両駆動装置を配置することが困難である。

本発明の一態様である車両駆動装置は、上下方向の軸線を中心に回転するロータとロータの周囲に配置されたステータとを有する電動機と、軸線を中心にしてロータの径方向内側に配置され、電動機のトルクが入力されるシングルピニオン式の第１遊星歯車機構と、軸線を中心にしてロータの径方向内側に、かつ、第１遊星歯車機構の上方または下方に配置され、第１遊星歯車機構から出力されたトルクが入力されるダブルピニオン式の第２遊星歯車機構と、第２遊星歯車機構から出力されたトルクを車両走行用の左右一対の駆動軸にそれぞれ伝達するトルク伝達部と、を備える。第２遊星歯車機構は、第１遊星歯車機構から出力されたトルクが入力されるリングギアと、リングギアの内部に配置されたサンギアと、サンギアに噛合される第１プラネタリギアと、リングギアに噛合される第２プラネタリギアと、第１プラネタリギアと第２プラネタリギアとが互いに噛合した状態で第１プラネタリギアと第２プラネタリギアとを回転可能に支持するキャリアとを有し、トルク伝達部は、電動機の上方または下方に上下方向に互いに位置をずらして配置された第１動力伝達要素と第２動力伝達要素とを有し、サンギアから出力されたトルクを第１動力伝達要素を介して左右一対の駆動軸のいずれか一方に伝達する一方、キャリアから出力されたトルクを第２動力伝達要素を介して左右一対の駆動軸のいずれか他方に伝達する。

本発明によれば、車両駆動装置を高さ方向に大型化することなく、高さ方向が限られた車両の所定空間に車両駆動装置を容易に配置することができる。

本発明の実施形態に係る車両駆動装置の要部構成を示すスケルトン図。 図１の車両駆動装置の車両への搭載例を示す側面図。 図１の車両駆動装置の車両への搭載例を示す背面図。 図１の比較例としての車両駆動装置のスケルトン図。 図１の車両駆動装置と図３の車両駆動装置とをそれぞれ車両に搭載した状態を比較して示す側面図。 図１の変形例を示す図。

以下、図１〜図５を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両駆動装置１００の要部構成を示すスケルトン図である。この車両駆動装置１００は、回転電機の一例である電動機１を有し、電動機１を駆動源とした走行駆動トルクを車両駆動輪に出力する。したがって、車両駆動装置１００は、電気自動車やハイブリッド車両等、走行駆動源としての電動機１を有する車両に搭載される。なお、電動機１は発電機として用いることもできる。図１には、車両駆動装置１００を車両に搭載した状態における車両の上下方向（高さ方向）および左右方向（車幅方向）を矢印で示す。

図１に示すように、車両駆動装置１００は、上下方向の軸線ＣＬ１を中心に回転する電動機１と、軸線ＣＬ１を中心にして電動機１の径方向内側に配置された第１遊星歯車機構２と、軸線ＣＬ１を中心にして電動機１の径方向内側に、かつ、第１遊星歯車機構２の下方に配置された第２遊星歯車機構３と、電動機１の径方向外側において左右方向に延在する左右一対のドライブシャフト４，５と、第２遊星歯車機構３から出力されたトルクをドライブシャフト４，５にそれぞれ伝達するトルク伝達部６とを有する。

左側のドライブシャフト４の左端部および右側のドライブシャフト５の右端部には、それぞれ駆動輪１０３（図２Ａ，図２Ｂ参照）が連結される。電動機１のトルクは、第１遊星歯車機構２、第２遊星歯車機構３、およびトルク伝達部６を介して左右のドライブシャフト４，５に伝達され、これにより左右の駆動輪１０３が駆動される。

車両駆動装置１００の各部の構成について詳細に説明する。電動機１は、軸線ＣＬ１を中心に回転するロータ１０と、ロータ１０の周囲に配置されたステータ１５とを有する。電動機１は、第１遊星歯車機構２および第２遊星歯車機構３とともにケース７内に配置される。

ロータ１０は、ロータハブ１１とロータコア１２とを有する。ロータハブ１１は、軸線ＣＬ１を中心とした略円筒形状の軸部１３と、軸部１３から径方向に延在し、軸部１３とロータコア１２とを接続するプレート部１４とを有する。軸部１３は、軸線ＣＬ１に沿って軸部１３の内部を延在する不図示のシャフトの外周面に軸受を介して回転可能に支持される。ロータコア１２は、軸線ＣＬ１を中心とした略円筒形状の回転子鉄心であり、ロータハブ１１と一体に回転する。電動機１は例えば埋込磁石同期モータであり、ロータコア１２には、周方向複数の永久磁石が埋め込まれる。なお、磁石を有しない同期リラクタンスモータやスイッチドリラクタンスモータ等を電動機１として用いることもできる。

ステータ１５は、ロータコア１２の外周面から径方向所定長さのギャップを介して配置された、軸線ＣＬ１を中心とした略円筒形状のステータコア１６を有する。ステータコア１６は固定子鉄心であり、ケース７の内壁に固定される。ステータコア１６の内周面には径方向外側に向けて周方向複数のスロットが設けられ、各スロットに集中巻または分布巻により不図示の巻線（コイル）が配置される。巻線の上下端部は、ステータコア１６の上下端面よりもそれぞれ上方および下方に突出する。巻線に三相交流電流を流すことにより回転磁界が発生し、ロータ１０が回転する。

第１遊星歯車機構２はシングルピニオン式であり、軸線ＣＬ１を中心として構成されたサンギア２１およびリングギア２２と、サンギア２１とリングギア２２とに噛合するプラネタリギア２３と、プラネタリギア２３を回転可能に支持するキャリア２４とを有する。リングギア２２はケース７の内壁に固定される一方、サンギア２１とキャリア２４とは、それぞれ軸線ＣＬ１を中心に回転可能に設けられる。サンギア２１はロータハブ１１の軸部１３に例えばスプラインを介して結合され、ロータハブ１１と一体に回転する。サンギア２１の回転により、プラネタリギア２３を介してキャリア２４が回転する。

第２遊星歯車機構３はダブルピニオン式であり、軸線ＣＬ１を中心として構成されたサンギア３１およびリングギア３２と、サンギア３１に噛合する径方向内側の第１プラネタリギア３３と、リングギア３２に噛合する径方向外側の第２プラネタリギア３４と、第１プラネタリギア３３と第２プラネタリギア３４とが互いに噛合した状態で両プラネタリギア３３，３４を回転可能に支持するキャリア３５とを有する。

サンギア３１とリングギア３２とキャリア３５とは、それぞれ軸線ＣＬ１を中心に回転可能に設けられる。リングギア３２は、第１遊星歯車機構２のキャリア２４に例えばスプラインを介して結合され、キャリア２４と一体に回転する。リングギア３２の回転により、プラネタリギア３３，３４を介してサンギア３１とキャリア３５とがそれぞれ回転する。このときのサンギア３１とキャリア３５の回転方向は互いに同一である。

トルク伝達部６は、サンギア３１から出力されたトルクを左側のドライブシャフト４に伝達する第１トルク伝達部６０と、キャリア３５から出力されたトルクを右側のドライブシャフト５に伝達する第２トルク伝達部７０とを有する。

第１トルク伝達部６０は、電動機１の下方空間に、互いに同一高さに配置された歯車列、具体的には２つの平歯車６１，６３を有する。歯車６１は、軸線ＣＬ１に沿った回転軸６４を中心に回転可能に設けられる。回転軸６４は、第２遊星歯車機構３のサンギア３１に例えばスプラインを介して結合され、歯車６１は回転軸６４を介してサンギア３１と一体に回転する。歯車６３は、軸線ＣＬ１に平行な回転軸６６を中心に回転可能に設けられる。歯車６１，６３は互いに噛合し、サンギア３１から出力されたトルクは歯車６１を介して歯車６３に伝達される。

歯車６３の回転軸６６は、電動機１の左方において上方に延在し、その上端部に傘歯車（ベベルギア）６７が設けられる。傘歯車６７は、ドライブシャフト４の右端部に設けられた傘歯車４１に噛合する。これにより、歯車６３のトルクが一対の傘歯車６７，４１を介してドライブシャフト４に伝達され、ドライブシャフト４が回転する。

第２トルク伝達部７０は、電動機１の下方空間かつ平歯車６１，６３の上方に、互いに同一高さに配置された歯車列、具体的には３つの平歯車７１〜７３を有する。歯車７１は、軸線ＣＬ１を中心とした円筒形状の回転軸７４に支持され、回転軸７４の内部を回転軸６４が貫通する。回転軸７４は、第２遊星歯車機構３のキャリア３５に例えばスプラインを介して結合され、歯車７１は回転軸７４を介してキャリア３５と一体に回転する。歯車７２，７３は、それぞれ軸線ＣＬ１に平行な回転軸７５，７６を中心に回転可能に設けられる。歯車７１，７３はそれぞれ歯車７２に噛合し、キャリア３５から出力されたトルクは歯車７１，７２を介して歯車７３に伝達される。

歯車７３の回転軸７６は、電動機１の右方において上方に延在し、その上端部に傘歯車（ベベルギア）７７が設けられる。傘歯車７７は、ドライブシャフト５の左端部に設けられた傘歯車５１に噛合する。これにより、歯車７３のトルクが一対の傘歯車７７，５１を介してドライブシャフト５に伝達され、ドライブシャフト５が回転する。このときのドライブシャフト５の回転方向は、ドライブシャフト４の回転方向と同一である。

左右のドライブシャフト４，５は、電動機１（例えばステータ１５）の下端面から上端面までの高さ範囲に配置される。より具体的には、ドライブシャフト４，５はロータ１０の高さ方向中央部とほぼ同一高さに配置される。傘歯車４１，５１の上端部は、電動機１の上端面よりも下方に位置し、車両駆動装置１００の最上部にケース７の上端面が位置する。なお、車両駆動装置１００の最下部には、第１トルク伝達部６０の平歯車６１，６３が位置する。

このように構成された車両駆動装置１００にあっては、電動機１のトルクが、第１遊星歯車機構２のサンギア２１およびキャリア２４を介して第２遊星歯車機構３のリングギア３２に伝達される。リングギア３２に伝達されたトルクは、第２プラネタリギア３４、第１プラネタリギア３３およびサンギア３１を介して第１トルク伝達部６０の回転軸６４に伝達される一方、プラネタリギア３３，３４およびキャリア３５を介して第２トルク伝達部７０の回転軸７４に伝達される。回転軸６４に伝達されたトルクは、平歯車６１，６３および傘歯車６７，４１を介して左側のドライブシャフト４に伝達され、回転軸７４に伝達されたトルクは、平歯車７１〜７３および傘歯車７７，５１を介して右側のドライブシャフト５に伝達される。これにより電動機１のトルクが左右の駆動輪に伝達され、車両を走行させることができる。

以上のように本実施形態の車両駆動装置１００は、電動機１の回転軸線ＣＬ１を車両高さ方向に向けて構成されるとともに、電動機１のロータ１０の内部に第１遊星歯車機構２と第２遊星歯車機構３とが配置される。このため、傘歯車方式の差動機構を設ける必要がなく、車両駆動装置１００の全体の高さを抑えた状態で、電動機１のトルクを左右のドライブシャフト４，５に同時に出力することができる。したがって、高出力を発揮するのに適した大径の電動機１を、車両の限られた高さスペースに容易に配置することができる。

図２Ａ，２Ｂは、それぞれ車両駆動装置１００の車両への搭載例を示す側面図および背面図（車両後方から見た図）である。ここでは、車両駆動装置１００が左右の前輪１０３の間に配置され、前輪駆動装置として用いる例が示される。なお、車両駆動装置１００を左右の後輪１０４の間に配置し、後輪駆動装置として用いることもできる。

図２Ａ，２Ｂに示すように、車両駆動装置１００は、車体の底面の近傍、かつ、車両の左右方向中央部に配置される。これにより、車両のボンネットの位置を降下させることができ、デザイン面等における優位性が高まる。また、図示は省略するが、車内の床面を上昇させることなく、すなわち車内の乗車スペースを犠牲にせずに、シートの下方や左右の後輪１０４の間にも車両駆動装置１００を容易に配置することができ、車両駆動装置１００の配置の自由度が高い。

図３は、図１の比較例としての車両駆動装置２００のスケルトン図である。この車両駆動装置２００は、ダブルピニオン式の第２遊星歯車機構３の代わりに、複数の傘歯車（左右一対の傘歯車とこれら傘歯車に噛合された一対の傘歯車）を内蔵した傘歯車式の差動機構２０１を有する。図３において、電動機２０２のトルクは、遊星歯車機構２０３および傘歯車２０４，２０５を介して電動機２０２の下方を左右方向に延在する回転軸２０６に伝達され、さらに回転軸２０６のトルクは、平歯車２０７，２０８と差動機構２０１とを介して左右のドライブシャフト２０９，２１０に出力される。

図４は、図１の車両駆動装置１００と図３の車両駆動装置２００とをそれぞれ車両に搭載した状態の側面図であり、図４には両者の高さが比較して示される。本実施形態では、電動機１の下方に、トルク伝達部６を構成する平歯車６１，６３，７１〜７３が配置され、さらに平歯車６１，６３，７１〜７３よりも上方に、傘歯車６７，７７が配置される。そして、平歯車６１，６３，７１〜７３と傘歯車６７，７７とを介して電動機１のトルクがドライブシャフト４，５に伝達される。このため、電動機１からのトルク伝達部６の突出量を最小限に抑えることができ、車両駆動装置１００の高さを最小化できる。

これに対し、電動機２０２よりも下方に傘歯車２０４が突出するように車両駆動装置２００を構成すると、傘歯車方式の差動機構２０１を電動機２０２の下方に配置する必要があるため、車両駆動装置２００が高さ方向に大型化する。その結果、車両駆動装置２００は車両駆動装置１００よりもΔＨだけ高さが高くなる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）本実施形態に係る車両駆動装置１００は、上下方向の軸線ＣＬ１を中心に回転するロータ１０とロータ１０の周囲に配置されたステータ１５とを有する電動機１と、軸線ＣＬ１を中心にしてロータ１０の径方向内側に配置され、電動機１のトルクが入力されるシングルピニオン式の第１遊星歯車機構２と、軸線ＣＬ１を中心にしてロータ１０の径方向内側に、かつ、第１遊星歯車機構２の下方に配置され、第１遊星歯車機構２から出力されたトルクが入力されるダブルピニオン式の第２遊星歯車機構３と、第２遊星歯車機構３から出力されたトルクを車両走行用の左右一対のドライブシャフト４，５にそれぞれ伝達するトルク伝達部６とを備える（図１）。第２遊星歯車機構３は、第１遊星歯車機構２から出力されたトルクが入力されるリングギア３２と、リングギア３２の内部に配置されたサンギア３１と、サンギア３１に噛合される第１プラネタリギア３３と、リングギア３２に噛合される第２プラネタリギア３４と、第１プラネタリギア３３と第２プラネタリギア３４とが互いに噛合した状態で第１プラネタリギア３３と第２プラネタリギア３４とを回転可能に支持するキャリア３５とを有する（図１）。トルク伝達部６は、電動機１の下方に上下方向に互いに位置をずらして配置された第１トルク伝達部６０の歯車列（歯車６１，６３）と第２トルク伝達部７０の歯車列（歯車７１〜７３）とを有し、サンギア３１から出力されたトルクを、歯車６１，６３を介して左側のドライブシャフト４に伝達する一方、キャリア３５から出力されたトルクを、歯車７１〜７３を介して右側のドライブシャフト５に伝達する（図１）。

このように回転軸線ＣＬ１を上下方向に向けて電動機１を配置するとともに、ロータ１０の内側に配置されたダブルピニオン式の第２遊星歯車機構３と、電動機１の下方に配置された歯車６１，６３，７１〜７３とを介して電動機１のトルクを左右のドライブシャフト４，５に出力するように構成することで、電動機１の下方に傘歯車方式の差動機構を配置する必要がないため、車両駆動装置１００全体の高さを抑えることができる。その結果、高出力を発揮することが可能な電動機１を有する車両駆動装置１００を、左右の前輪１０３の間や左右の後輪１０４の間などに容易に配置することができ、電動機１のトルクをプロペラシャフトを介さずにドライブシャフト４，５に出力できる。

（２）電動機１の下方に配置される歯車６１，６３，７１〜７３は、水平方向に延在し、上下方向の回転軸６４，６６，７４〜７６を中心に回転する平歯車として構成される（図１）。このため、トルク伝達部６の電動機１からの下方への突出量を最小限に抑えることができる。

（３）左右のドライブシャフト４，５は、電動機１の上端部より低くかつ下端部より高い所定範囲内に位置、より具体的には、電動機１がドライブシャフト４，５とほぼ同一高さに位置する（図１）。このため、車両駆動装置１００を左右のドライブシャフト４，５の間にコンパクトに配置することができる。

（４）トルク伝達部６は、電動機１の径方向外側において左右のドライブシャフト４，５に向かってそれぞれ上方に延在し、第２遊星歯車機構３から出力されたトルクが歯車６１，６３，７１〜７３を介してそれぞれ入力される左右の回転軸６６，７６をさらに有する（図１）。左右の回転軸６６，７６は、それぞれ上端部に傘歯車６７，７７を有する（図１）。これにより、電動機１の下方に配置された平歯車６１，６３，７１〜７３からのトルクを、電動機１の左右に配置されたドライブシャフト４，５に容易に伝達することができる。

本実施形態は種々の変形が可能である。以下、本実施形態の変形例について説明する。図５は、図１の変形例を示す図である。図５では、トルク伝達部６は、平歯車６１，６３，７１〜７３の代わりに水平方向に延在するチェーン６８，７８を含んで構成される。チェーン６８は、回転軸６４と回転軸６６との間に掛け回され、チェーン７８は、回転軸７４と回転軸７６との間に掛け回される。これにより、第２遊星歯車機構３からのトルクがチェーン６８を介して回転軸６６に入力される一方、チェーン７８を介して回転軸７６に入力される。

なお、平歯車６１，６３やチェーン６８の代わりに他の第１動力伝達要素を介して、第２遊星歯車機構３のサンギア３１から出力されたトルクを左右一方のドライブシャフト４に伝達するように構成することもできる。平歯車７１〜７３やチェーン７８の代わりに他の第２動力伝達要素を介して、第２遊星歯車機構３のキャリア３５から出力されたトルクを左右他方のドライブシャフト５に伝達するように構成することもできる。

上記実施形態では、平歯車６１，６３やチェーン６８などの第１動力伝達要素を、平歯車７１〜７３やチェーン７８などの第２動力伝達要素よりも下方（第２遊星歯車機構３側）に配置したが、上方に配置することもできる。上記実施形態では、第１動力伝達要素と第２動力伝達要素とを電動機１の下方に配置したが、これらを電動機１の上方に配置してもよい。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１ 電動機、２ 第１遊星歯車機構、３ 第２遊星歯車機構、４，５ ドライブシャフト、６ トルク伝達部、１０ ロータ、１５ ステータ、３１ サンギア、３２ リングギア、３３ 第１プラネタリギア、３４ 第２プラネタリギア、３５ キャリア、６１，６３，７１〜７３ 平歯車、６６，７６ 回転軸、６７，７７ 傘歯車、６８，７８ チェーン、１００ 車両駆動装置

Claims (4)

1. 上下方向の軸線を中心に回転するロータと該ロータの周囲に配置されたステータとを有する電動機と、
   前記軸線を中心にして前記ロータの径方向内側に配置され、前記電動機のトルクが入力されるシングルピニオン式の第１遊星歯車機構と、
   前記軸線を中心にして前記ロータの径方向内側に、かつ、前記第１遊星歯車機構の上方または下方に配置され、前記第１遊星歯車機構から出力されたトルクが入力されるダブルピニオン式の第２遊星歯車機構と、
   前記第２遊星歯車機構から出力されたトルクを車両走行用の左右一対の駆動軸にそれぞれ伝達するトルク伝達部と、を備え、
   前記第２遊星歯車機構は、前記第１遊星歯車機構から出力されたトルクが入力されるリングギアと、前記リングギアの内部に配置されたサンギアと、前記サンギアに噛合される第１プラネタリギアと、前記リングギアに噛合される第２プラネタリギアと、前記第１プラネタリギアと前記第２プラネタリギアとが互いに噛合した状態で前記第１プラネタリギアと前記第２プラネタリギアとを回転可能に支持するキャリアとを有し、
   前記トルク伝達部は、前記電動機の上方または下方に上下方向に互いに位置をずらして配置された第１動力伝達要素と第２動力伝達要素とを有し、前記サンギアから出力されたトルクを前記第１動力伝達要素を介して前記左右一対の駆動軸のいずれか一方に伝達する一方、前記キャリアから出力されたトルクを前記第２動力伝達要素を介して前記左右一対の駆動軸のいずれか他方に伝達することを特徴とする車両駆動装置。
2. 請求項１に記載の車両駆動装置において、
   前記第１動力伝達要素および前記第２動力伝達要素は、水平方向に延在する平歯車またはチェーンにより構成されることを特徴とする車両駆動装置。
3. 請求項１または２に記載の車両駆動装置において、
   前記左右一対の駆動軸は、前記電動機の上端部より低くかつ下端部より高い所定範囲内に位置することを特徴とする車両駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両駆動装置において、
   前記トルク伝達部は、前記電動機の径方向外側において前記左右一対の駆動軸に向かってそれぞれ上下方向に延在し、前記第２遊星歯車機構から出力されたトルクが前記第１動力伝達要素または前記第２動力伝達要素を介してそれぞれ入力される左右一対の回転軸をさらに有し、前記左右一対の回転軸は、それぞれ先端部に傘歯車を有することを特徴とする車両駆動装置。

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