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JP3784845B2 - 電気自動車用差動機構付減速装置 - Google Patents

電気自動車用差動機構付減速装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、モータを動力源とした電気自動車用差動機構付減速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気自動車用差動機構付減速装置としては、例えば１９８８年１１月の第９回国際電気自動車シンポジウム（THE 9th International Electric Vehicle Symposium, Nov.１９８８）で発表された図４の構造のものと、特開平５−３３２４０５記載の図５の構造のものがある。
【０００３】
図４において、１は電気自動車用伝動装置のケースで、２はケース内に設けたモータ、２ａはそのコイル、２ｂはロータ、２ｃは出力軸、３は遊星ギヤ式減速機構で、Ｓ１はモータ２の出力軸２ｃに結合したサンギヤ、Ｐ１はこのサンギヤＳ１と噛合するピニオン、Ｐ２はピニオンＰ１と一体に形成したピニオンで、ケース１に固定したリングギヤＲ２とかみあっている。Ｐは、これらピニオンＰ１，Ｐ２を有する複合ピニオンである。
【０００４】
またＣは複数の複合ピニオンＰを回転支持する遊星キャリアで前記サンギヤＳ１、複合ピニオンＰ、リングギヤＲ２、遊星キャリアＣによって遊星ギヤ式減速機構３を構成している。
【０００５】
また４はベベルギヤ式差動機構で、そのデフケース４ｃが、前記遊星キャリアＣと一体に形成されている。４ａはその一方の出力軸であり、前記モータ２の出力軸２ｃを貫通し、ドライブシャフト５を介して、一方のホイール６を駆動するようになっている。４ｂは他方の出力軸で、ドライブシャフト５を介して他方のホイール６を駆動するものである。
【０００６】
図５の装置（特開平５−３３２４０５号）は、モータ２の出力軸２ｃがクラッチＫ１を介して遊星キャリアＣと断接自在になっており、その遊星キャリアＣに複合ピニオンＰが回転自在に支持されている。該複合ピニオンＰの一方であるピニオンＰ２は中空軸７を介してケース１に接続されている反力要素としてのサンギヤＳ２と噛合しており、他方のピニオンＰ１とかみあうサンギヤＳ１が中空軸８を介してベベルギヤ式の差動機構４のデフケース４ｃに接続されている。そして差動機構４からの出力は出力軸４ａ，４ｂにより左右に出力される。この場合、一方の出力軸４ａは、サンギヤＳ１の軸８、サンギヤＳ２の軸７およびモータ２の出力軸２ｃを貫通した状態になっている。
【０００７】
上述のように図５の装置は図４の従来例に比べ、装置が小型化され、また減速比の増加によって大きな駆動トルクを得られるようになった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これまで記述してきた従来例では、差動機構４の出力軸４ａをモータ２の出力軸２ｃを貫通して取り出すため、減速機構３のサンギヤＳ１の軸８、サンギヤＳ２の軸７を中空軸とする必要がある。
【０００９】
また図４の従来例の減速機構の減速比ｉは、
【数１】
ｉ＝１＋ｉ0 ；ｉ0 ＝（ＺP1・ＺR2）／（ＺS1・ＺP2）＞１ ---(1)
図５の減速機構の減速比ｉは、
【数２】
Figure 0003784845
で与えられる。式中ＺS1：サンギヤＳ１の歯数、ＺS2：サンギヤＳ２の歯数、ＺP1：ピニオンＰ１の歯数、ＺP2：ピニオンＰ２の歯数、ＺR2：リングギヤＲ２の歯数である。
【００１０】
ここで、モータを小型化するには、トルクを得るために、高回転モータを使用する必要がある。また図４の従来例の減速比ｉは通常5.7 程度であるが、例えば１万rpm 以上の高回転モータを採用して車両の最高速度を１００km／ｈ程度にするためには、減速比ｉが１０程度必要となる。
【００１１】
これを満たす様、さらに大きい減速比を得るためには、式(1) よりＺS1・ＺP2を小さくするか、ＺP1・ＺR2を多くする必要があるが、サンギヤＳ１の歯数（ピッチ径）ＺS1は、出力軸４ａがサンギヤＳ１の軸８を貫通し、ピニオンＰ２の歯数（ピッチ径）ＺP2も、遊星キャリアＣのシャフトで支持されて中空軸をなしているため、小さくするには限界がある。ピニオンＰ１の歯数（ピッチ径）ＺP1と、ケース１に固定されたリングギヤＲ２の歯数（ピッチ径）ＺR2を大きくすることは、装置の小型化に反し、さらにリングギヤＲ２はピニオンＰ２とのかみあいから、寸法上の規制をうけるという問題点がある。
【００１２】
図５の装置についても、サンギヤＳ１の軸８と、サンギヤＳ２の軸７は、少なくとも出力軸４ａを貫通させる中空軸であり、且つ減速後の大きなトルクを伝達するため、径を小さくすることができず、ピニオンＰ１，Ｐ２の歯数（ピッチ径）ＺP1, ＺP2も回転可能にシャフトで支持するため外径の縮小には制限が生じる。
【００１３】
しかし、この電気自動車用の減速装置は、モータ軸と同心軸上で車両の床下の車幅方向に配置されるため、外径が大きくなると車両の最低地上高が下がってしまうという問題がある。また、ベベルギヤ式差動機構を用いた場合には、その軸長が延びるという問題も発生する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
かかる問題を解決するため、第１発明である差動機構付減速装置は、モータからの出力を減速機を介して差動機構に入力し、この差動機構により左右輪に動力を伝達し、この差動機構からの出力のどちらか一方はモータ軸を貫通して伝達される差動機構付減速装置において、歯数の異なる２つの遊星ピニオンを一体にして複合ピニオンを形成し、この複数個の複合ピニオンを同一円周上に、所定の配置角度で回転可能に支持した遊星キャリアを前記モータの出力軸と接続し、前記複合ピニオンの歯数の大きいピニオンをケースに固定したリングギヤのみに噛み合せると共に、歯数の小さいピニオンを前記差動機構に動力を伝達するリングギヤのみに噛み合せるようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
第２発明は、第１発明において差動機構としてダブルピニオン遊星ギヤ機構を用い、該差動機構のリングギヤに減速機構からの出力を入力し、遊星キャリア及びサンギヤから、左右輪に動力を伝達するようにしたことを特徴とするものである。
第３発明は、第２発明において、減速機構の出力リングギヤと差動機構の入力リングギヤを共通としたことを特徴とするものである。
【００１６】
第４発明は、ケースの両側にそれぞれモータを設けると共に、ケースの中央部にダブルピニオン遊星ギヤ式の差動機構を設け、この差動機構と前記左右のモータとの間に、第１発明である遊星ギヤ式減速機構を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
第５発明は、第４発明において、両側の減速機構のそれぞれのリングギヤと、中央部の差動機構のリングギヤとを共通にしたことを特徴とするものである。
【００１８】
【作用】
第１発明による差動機構付減速装置は、歯数の異なる２つの遊星ピニオンを一体にした複合ピニオンと、該複合ピニオン複数個を、同一円周上に所定の配置角度で回転可能に支持した遊星キャリアからなり、また該遊星ピニオン各々にかみ合う２つのリングギヤを備えた構造をしているので、減速装置を大きくせずに、大きな減速比が得られる。
【００１９】
第２発明の装置は、ダブルピニオン遊星ギヤ式差動機構を用い、該ダブルピニオン遊星ギヤ式差動機構のリングギヤに減速機構からの減速出力を入力し、遊星キャリア及びサンギヤから、左右輪に動力を伝達するので、ベベルギヤ式差動機構に比べ、軸長寸法を短くすることができる。
【００２０】
第３発明の装置は、減速機構の出力リングギヤと、差動機構の入力リングギヤを共通のリングギヤとしたから、部品点数が削減される。
【００２１】
第４発明の装置は、ケースの両側にそれぞれモータを設けて、遊星ギヤ式減速機構で減速された出力それぞれを、中央部のダブルピニオン遊星ギヤ式差動機構を介して、左右輪に動力を伝達する構造であるから、さらにモータの小型化を図ることができる。
【００２２】
第５発明の装置は、減速機構からの出力リングギヤと、差動機構の入力リングギヤを共通なリングギヤにすることから、部品点数が削減される。
【００２３】
【実施例】
以下、図１〜図３について本発明の実施例を説明する。図中前記符号と同一の符号は同等のものを示す。
【００２４】
図１は本発明の第１実施例を示すもので、本実施例においては、歯数の異なる２つの遊星ピニオンＰ１，Ｐ２を一体にして複合ピニオンＰを形成し、この複数個の複合ピニオンＰを遊星キャリアＣ３の同一円周上に所定の配置角度で回転可能に支持し、この遊星キャリアＣ３をモータ２の出力軸２ｃと接続し、前記複合ピニオンＰの歯数の大きいピニオンＰ１とかみあうリングギヤＲ１をケース１に固定し、歯数の小さいピニオンＰ２にかみあうリングギヤＲ２から、このリングギヤＲ２と一体的に形成したリングギヤＲ３を介して差動機構４に動力を伝達するようにする。
【００２５】
なお前記差動機構４としてダブルピニオン遊星ギヤ機構を用い、該差動機構４のリングギヤＲ３に減速機構３からの出力を入力し、差動機構４の遊星キャリアＣ４及びサンギヤＳ４からドライブシャフト５を介してホイール６に動力を伝達するようにする。
【００２６】
図２は本発明の第２実施例を示すもので、本実施例において、減速機構３の図１における出力リングギヤＲ２と差動機構４の入力リングギヤＲ３を共通のリングギヤＲにしたものである。
【００２７】
図３は本発明の第３実施例を示すもので、本実施例においては、ケース１の両側にそれぞれモータ２を設けると共に、ケース１の中央部にダブルピニオン遊星ギヤ式の差動機構４を設け、この差動機構４と前記左右のモータ２との間に、前記した複合ピニオンＰを有する遊星ギヤ式減速機構３を設け、両側の減速機構３の図１に示したそれぞれのリングギヤＲ２と、中央部の差動機構４のリングギヤＲ３とを一体にして共通のリングギヤＲとする。
【００２８】
つぎに上述のように構成した本発明装置の作用を説明する。
第１発明における差動機構付減速装置は、図１に示すように、モータ２からの出力が、本発明の減速機構３の遊星キャリアＣ３から入力され、歯数の小さい遊星ピニオンＰ２とかみあうリングギヤＲ２から差動機構４に伝達される。
【００２９】
この減速機構の減速比ｉは、次式で与えられる。
【数３】
Figure 0003784845
ここで、ＺR1：リングギヤＲ１の歯数、ＺR2：リングギヤＲ２の歯数、ＺP1：ピニオンＰ１の歯数、ＺP2：ピニオンＰ２の歯数である。
例えば、ＺR1＝８１、ＺP1＝２５、ＺP2＝２１、ＺR2＝７５とすると(3) 式から、減速比ｉ＝10.78 と大きな減速比を得ることができる。
【００３０】
第２発明について、減速機構３の出力リングギヤＲ２と、差動機構４の入力リングギヤＲ３が連結されて、モータ２からの動力は、一方はダブルピニオン遊星ギヤ式差動機構４の遊星キャリアＣ４から、他方はサンギヤＳ４からそれぞれ左右輪に伝達される。
【００３１】
差動機構４のダブルピニオン遊星ギヤ機構については、キャリアの回転数Ｎc 、サンギヤの回転数Ｎａとリングギヤの回転数Ｎｒには次式の関係がある。
【数４】
（１−λ）Ｎc ＝Ｎr −λＮa ---(4)
ここで、λは歯数比（＝ＺS ／ＺR ),Ｚs ：サンギヤの歯数、ＺR ：リングギヤの歯数。
【００３２】
左右輪に回転差が生じ、サンギヤＳ４側の回転が、入力回転Ｎr よりΔＮ小さくなったとすると、
(4) 式より、
【数５】
（１−λ）Ｎc ＝Ｎr −λ・（Ｎr −ΔＮ）
これより、キャリア側の回転数Ｎc は、
【数６】
Ｎc ＝Ｎr ＋λ／（１−λ）・ΔＮ
ここで、λ≒0.5 と歯数を選定すると、
【数７】
Ｎc ＝Ｎr ＋ΔＮ
となり、キャリアＣ４側の回転は入力回転Ｎr よりΔＮ大きくなる。また、ベベルギヤ式差動機構に比べて、このダブルピニオン遊星ギヤ式差動機構は、軸方向寸法を1/2 以下にすることができる。
【００３３】
第３発明は、第２発明において、図２のように減速機構３の出力リングギヤＲ２と差動機構４の入力リングギヤＲ３を共通リングギヤＲにして、装置全体の小型化と簡素化を図ったものである。
【００３４】
第４発明は、ケースの両側にそれぞれモータ２を設けて、第２発明による減速機構３と差動機構４をケース１の両側とケース１中央にそれぞれ設置することで、本発明である差動機構付減速装置のさらなる小型化が達成される。
【００３５】
第５発明は、第４発明において、ケース１両側に設けた減速機構３のそれぞれのリングギヤＲ２と、中央部の差動機構４のリングギヤＲ３とを共通にすることで、小型化と簡素化を図ったものである。
【００３６】
【発明の効果】
第１発明による差動機構付減速装置は、歯数の異なる２つの遊星ピニオンを一体にした複合ピニオンと、該複合ピニオン複数個を、同一円周上に所定の配置角度で回転可能に支持した遊星キャリアからなり、また該遊星ピニオン各々にかみ合う２つのリングギヤを備えた構造を特徴とするため、小型化により高回転化するモータを利用するにあたり、高い減速比つまり大きな駆動トルクを減速装置を大きくせずに得ることが可能となる。また減速装置がモータと同心に車両床下に幅方向に配設されるため、外径が大きくなることによる最低地上高の低下も防止される。
【００３７】
第２発明の装置は、ダブルピニオン遊星ギヤ式差動機構を用い、該ダブルピニオン遊星ギヤ式差動機構のリングギヤに減速機構からの減速出力を入力し、遊星キャリア及びサンギヤから、左右輪に動力を伝達するようにしたので、ベベルギヤ式に比べ、軸長を1/2 以下の寸法にすることができるため装置を小型化することができる。
【００３８】
第３発明の装置は、減速機構の出力リングギヤと、差動機構の入力リングギヤを共通のリングギヤとしたから、部品点数の削減により、減速装置の小型化、簡素化が可能となる。
【００３９】
第４発明の装置は、ケースの両側にそれぞれモータを設けて、遊星ギヤ式減速機構で減速された出力それぞれを、中央部のダブルピニオン遊星ギヤ式差動機構を介して、左右輪に動力を伝達するようにしたものであるから、モータを小型化できると共に、装置を小型化することができる。
【００４０】
第５発明の装置は、減速機構からの出力リングギヤと、差動機構の入力リングギヤを共通なリングギヤＲにすることにより、部品点数の削減により、減速装置の小型化、簡素化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の実施例の模式図である。
【図２】本発明装置の他の実施例の模式図である。
【図３】本発明装置の更に他の実施例の模式図である。
【図４】従来装置の模式図である。
【図５】他の従来装置の模式図である。
【符号の説明】
１ ケース
２ モータ
2a コイル
2b ロータ
2c （モータの）出力軸
３ 遊星ギヤ式減速機構
４ 差動機構
4a，4b （差動機構の）出力軸
4c デフケース
５ ドライブシャフト
６ ホイール
７，８ サンギヤの中空軸
Ｐ 複合ピニオン
P1, P2 ピニオン
P4 ダブルピニオン
Ｃ，C3, C4 キャリア
Ｒ，R1, R2, R3 リングギヤ
S1, S2, S3 サンギヤ

Claims (5)

  1. モータからの出力を減速機を介して差動機構に入力し、この差動機構により左右輪に動力を伝達し、この差動機構からの出力のどちらか一方はモータ軸を貫通して伝達される差動機構付減速装置において、歯数の異なる２つの遊星ピニオンを一体にして複合ピニオンを形成し、この複数個の複合ピニオンを同一円周上に所定の配置角度で回転可能に支持した遊星キャリアを前記モータの出力軸と接続し、前記複合ピニオンの歯数の大きいピニオンをケースに固定したリングギヤのみに噛み合せると共に、歯数の小さいピニオンを前記差動機構に動力を伝達するリングギヤのみに噛み合せるようにしたことを特徴とする電気自動車用差動機構付減速装置。
  2. 請求項１記載の差動機構としてダブルピニオン遊星ギヤ機構を用い、該差動機構のリングギヤに減速機構からの出力を入力し、遊星キャリア及びサンギヤから左右輪に動力を伝達するようにしたことを特徴とする電気自動車用差動機構付減速装置。
  3. 請求項２記載の減速機構の出力リングギヤと差動機構の入力リングギヤを共通にしたことを特徴とする電気自動車用差動機構付減速装置。
  4. ケースの両側にそれぞれモータを設けると共に、ケースの中央部にダブルピニオン遊星ギヤ式の差動機構を設け、この差動機構と前記左右のモータとの間に、請求項１記載の遊星ギヤ式減速機構を設けたことを特徴とする電気自動車用差動機構付減速装置。
  5. 請求項４記載の両側の減速機構のそれぞれのリングギヤと、中央部の差動機構のリングギヤとを共通にしたことを特徴とする電気自動車用差動機構付減速装置。
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