JP2013181645A - 電気自動車用駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 リングギヤのない遊星ギヤ減速機を使用したコンパクトで軽量な電気自動車用駆動装置を得られるようにすることである。
【解決手段】 モータロータ２１の内径面に遊星ギヤ減速機１２のキャリヤ２３を固定し、このキャリヤ２３にピニオンピン２４によって軸方向に２列のギヤ部２２ａ、２２ｂを有するピニオンギヤ２２を回転可能に軸受支持し、このピニオンギヤ２２の一方のギヤ部２２ｂと噛み合うサンギヤ３３をハウジング１５に固定し、ハブユニット１４の出力軸１３にピニオンギヤ２２の他方のギヤ部２２ａと噛み合う出力ギヤ３１を設け、この出力ギヤ３１とサンギヤ３３の歯数と、ピニオンギヤ２２の２列のギヤ部２２ａ、２２ｂの歯数を、モータロータ２１の回転が出力軸１３に減速されて伝達されるように設定した。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動モータを駆動源とした電気自動車用駆動装置に関し、特に、インホイールモータ形式の電気自動車用駆動装置に関するものである。

従来から知られているインホイールモータ形式の電気自動車用駆動装置は、電動モータと、そのモータ出力を入力とする遊星ギヤ減速機と、その遊星ギヤ減速機の減速出力によって回転駆動されるハブユニットにより構成される（特許文献１）。

特許文献１に開示された電気自動車用駆動装置は、電動モータが遊星ギヤ減速機の径方向外側に配置される。遊星ギヤ減速機は、軸方向に２段に配置したものが用いられる。

前記遊星ギヤ減速機の基本的な構成は、入力軸にサンギヤが同軸状態に設けられ、そのサンギヤの周りにリングギヤが同軸状態に固定される。前記サンギヤとリングギヤの間に複数のピニオンギヤが介在され、各ピニオンギヤを支持するピニオンピンが共通のキャリヤに連結される。そして、キャリヤは、出力軸と一体化される。

前記の入力軸は、軸方向に配置された２個所の軸受、即ち、アウトボード側（ホイール側）軸受と、インボード側（反ホイール側）軸受によって支持されている。アウトボード側軸受は、出力軸に取り付けられ、インボード側軸受は、ハウジングに取り付けられる。ハウジングは、サスペンションを介して車体に支持され、出力軸は、ハブユニットの内方部材と結合一体化され車輪を回転駆動する。

特開２００１−３２９１４号公報

インホイールモータ形式の電気自動車用駆動装置は、軽量で、コンパクトなものが要求される。

ところが、前記電気自動車用駆動装置の遊星ギヤ減速機は、減速比を大きくするために、軸方向に２段設置され、部品点数が多く、重量も重い。また、電気自動車用駆動装置の遊星ギヤ減速機は、サンギヤの周りにリングギヤが同軸状態に固定されるため、径方向の寸法も大きい。

また、遊星ギヤ減速機のリングギヤは、アルミ製のハウジングに対して回り止めされるが、径方向には、隙間をもたせて、変形や加工公差を吸収して、ピニオンギヤが滑らかに回転するようにしている。

このため、リングギヤとアルミ製のハウジングとの間で、摩耗粉が発生するという問題がある。

そこで、この発明は、リングギヤのない遊星ギヤ減速機を使用したコンパクトで軽量な電気自動車用駆動装置を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明は、電動モータと、そのモータ出力を入力とする遊星ギヤ減速機と、その遊星ギヤ減速機の減速出力によって回転駆動されるハブユニットと、前記電動モータ及び遊星ギヤ減速機を収納したハウジングからなり、前記ハブユニットの内方部材と外方部材の間にハブ軸受が介在され、前記外方部材が前記ハウジングに固定された電気自動車用駆動装置において、前記モータのモータロータの内径面に遊星ギヤ減速機のキャリヤを固定し、このキャリヤにピニオンピンによって軸方向に２列のギヤ部を有するピニオンギヤを回転可能に軸受支持し、このピニオンギヤの一方のギヤ部と噛み合うサンギヤをハウジングに固定し、ハブユニットの出力軸にピニオンギヤの他方のギヤ部と噛み合う出力ギヤを設け、この出力ギヤとサンギヤの歯数と、ピニオンギヤの２列のギヤ部の歯数を、モータロータの回転が出力軸に減速されて伝達されるように設定したことを特徴とする。

前記ピニオンギヤの２列のギヤ部の歯数を同一にし、出力ギヤの歯数を、サンギヤの歯数よりも多くしてもよいし、前記出力ギヤとサンギヤの歯数を同一にし、ピニオンギヤの２列のギヤ部の歯数を、サンギヤに噛み合うギヤ部を、出力ギヤと噛み合うギヤ部よりも多くしてもよい。

前記ピニオンピンにピニオンギヤを回転可能に支持する軸受を深溝玉軸受とし、この深溝玉軸受を軸方向に位置決めするカラーを内輪側に設けることにより、潤滑油が確実に深溝玉軸受に供給される。一方、カラーを外輪側に設置した場合には、潤滑油の流れが遮断され、焼付きの原因となるので、前記のように、カラーを内輪側に設けることが好ましい。

前記ハウジングの外部に、ハウジング内に潤滑油を供給するオイルポンプを設け、ハウジングの軸心部と上部とに、遊星ギヤ減速機の軸心部と電動モータ上部に向けて潤滑油を供給する給油通路を設けることが好ましい。

また、前記ハウジングの内部に、出力軸によって駆動する潤滑油の回転ポンプを設けてもよい。

前記出力軸の端面とサンギヤとの間の隙間をラビリンス構造とし、そのラビリンス構造の一部に遊星ギヤ減速機に向く油路を設けることが好ましい。

前記キャリヤに、電動モータに向く油穴を形成してもよい。

前記出力軸とハウジングとの間にタッチダウン軸受を配置することが好ましい。

この発明に係る電気自動車用駆動装置の遊星ギヤ減速機は、リングギヤがないので、部品点数も少なく、コンパクトで軽量かつ高減速比である。

また、リングギヤを使用しないので、アルミ製のハウジングから摩耗粉も生じ難い。

図１は、実施形態１の断面図である。 図２は、実施形態２の断面図である。 図３は、実施形態３の断面図である。 図４は、図３の一部拡大断面図である。 図５は、実施形態４の断面図である。 図６は、車両の概略平面図である。

以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
[実施形態１]

図１に示した実施形態１に係る電気自動車用駆動装置は、電動モータ１１、その電動モータ１１の出力によって駆動される遊星ギヤ減速機１２の出力軸１３によって回転されるハブユニット１４及び電動モータ１１と遊星ギヤ減速機１２を収納するハウジング１５を主要な構成要素としている。

前記のハウジング１５は、円筒部１６とその前端（アウトボード側の端部、図１の左側の端部）に設けられた径方向の前端部１７を有する。前端部１７のセンター部に開放穴１８が設けられる。
なお、この発明において「アウトボード」とは車両の外方、「インボード」とは、車両の内方を意味する。

電動モータ１１は、図示の場合、ラジアルギャップ形のブラシレスＤＣモータであり、ハウジング１５の円筒部１６、前端部１７及びハウジング１５のリヤカバー１９によって囲まれたスペースに組み込まれる。

前記電動モータ１１は、円筒部１６の内径面に固定されたモータステータ２０と、そのモータステータ２０の内径面にラジアルギャップをおいて配置されたモータロータ２１とからなる。

このモータロータ２１の内径面には、遊星ギヤ減速機１２のピニオンギヤ２２を支持するキャリヤ２３が固定されている。

前記ピニオンギヤ２２は、ピニオンピン２４によってキャリヤ２３に回転自在に支持される。

前記キャリヤ２３は、ピニオンピン２４のアウトボード側端部に連結されたアウトボード側キャリヤフランジ２３ａと、インボード側端部に連結されたインボード側キャリヤフランジ２３ｂを有する。

前記ハウジング１５の前端部１７の開放穴１８には、インボード側に突き出したボス部２５が形成されている。このボス部２５に対向するように、リヤカバー１９のアウトボード側の側壁には、段部２６が形成されている。

前記キャリヤ２３のアウトボード側キャリヤフランジ２３ａには、アウトボード側に突き出し、ハウジング１５のボス部２５に対面するように、フランジ２７が設けられ、このフランジ２７とボス部２５の間に転がり軸受２８を介在させている。

また、前記キャリヤ２３のインボード側キャリヤフランジ２３ｂのインボード側の側壁には、リヤカバー１９のアウトボード側の側壁に形成した段部２６と対面するように、インボード側に突き出したフランジ２９が設けられ、このフランジ２９とリヤカバー１９の段部２６の間にも転がり軸受３０を介在させている。

前記モータロータ１２は、キャリヤ２３のアウトボード側キャリヤフランジ２３ａとインボード側キャリヤフランジ２３ｂにより、転がり軸受２８、３０を介してハウジング１５とリヤカバー１９に回転可能に支持される。

ピニオンギヤ２２は、軸方向に２列のギヤ部２２ａ、２２ｂを有し、針状ころ軸受５７を介してピニオンピン２４によって支持される。

遊星ギヤ減速機１２は、出力軸１３のインボード側の端部外周に設けられた出力ギヤ３１と、この出力ギヤ３１と同軸状態で対向し、リヤカバー１９のアウトボード側のセンター部にボルト３２により固定されたサンギヤ３３を有し、ピニオンギヤ２２の２列のギヤ部２２ａ、２２ｂが、出力ギヤ３１とサンギヤ３３に噛み合うようになっている。

ピニオンギヤ２２は、出力軸１３の出力ギヤ３１とサンギヤ３３の円周上に、３乃至４個設けられる。

出力ギヤ３１とサンギヤ３３の歯数と、ピニオンギヤ２２の２列のギヤ部２２ａ、２２ｂの歯数は、モータロータ２１の回転が、出力軸１３に減速されて伝達されるように設定される。

即ち、出力ギヤ３１とサンギヤ３３の歯数を同じに設定した場合には、ピニオンギヤ２２の２列のギヤ部２２ａ、２２ｂの歯数を、サンギヤ３３に噛み合うギヤ部２２ｂを、出力ギヤ３１と噛み合うギヤ部２２ａよりも多くし、一方、ピニオンギヤ２２の２列のギヤ部２２ａ、２２ｂの歯数を同じに設定した場合には、出力ギヤ３１の歯数を、サンギヤ３３の歯数よりも多くする。

前記の出力軸１３は、出力ギヤ３１のアウトボード側に小径の軸部３４を有し、この軸部３４のアウトボード側端部に軸部３４より小径のスプライン軸３５が設けられ、その境界部分が段差部３６となっている。

前記ハブユニット１４は、出力軸１３のスプライン軸３５にスプライン結合された内方部材３７と、その外径側に同軸状態に設けられた外方部材３８とを有し、内方部材３７と外方部材３８の対向面に２列の軌道面を有し、２列の軌道面間に複数の転動体３９を介装している。内方部材３７の外周面には、ホイール４０を取付けるハブフランジ４１が形成されている。内方部材３７の２列の軌道面のうち、アウトボード側の軌道面は、内方部材３７に一体に形成され、インボード側の軌道面は、別体の内輪部材４２に形成している。

外方部材３８の２列の軌道面は、外方部材３８の内周面に一体に形成されている。また、外方部材３８の外周面には、フランジ４３が形成され、このフランジ４３とハウジング１５の前端部１７とがボルト４４によって固定される。

内方部材３７はスプライン軸３５の先端部にネジ結合されたナット４５により固定される。内方部材３７のハブフランジ４１にホイール４０が取り付けられる。

ハブユニット１４は、出力軸１３の段差部３６においてインボード側の位置決めが行われる。外方部材３８のフランジ４３がボルト４４によって前記ハウジング１５の前端部１７に設けられた開放穴１８の周囲に固定される。

前記ハウジング１５の前端部１７に設けられた開放穴１８と、出力軸１３の軸部３５の間にオイルシール４６が装着され、遊星ギヤ減速機１２側とハブユニット１４側をオイルシールしている。図示のハブユニット１４は、いわゆる第３世代と呼ばれる形式であるが、第１世代もしくは第２世代の形式のものを用いることができる。

前記ハウジング１５のリヤカバー１９のアウトボード側の側面には、キャリヤ２３のインボード側キャリヤフランジ２３ｂのインボード側に突き出したフランジ２９と対面するように突出し部４７が設けられ、キャリヤ２３のフランジ２９に回転センサー４８（図示の場合はレゾルバ）のセンサーロータ４８ａが取り付けられ、これに対向して突出し部４７の内径面にセンサーステータ４８ｂが設けられる。

前記の回転センサー４８は、モータロータ２１の回転角を検知する。その検知情報が図示省略の制御装置に入力され、モータロータ２１の回転角情報として電動モータ１１の回転制御に使用される。

実施形態１は、以上のような構成であり、使用時においては、ホイール４０の内側のセンター部にハブフランジ４１を固定することにより、いわゆるインホイール形式として取り付けられ、ハウジング１５は、図示省略のサスペンション連結部を介して車体に連結される。

次に、その作用について説明する。図６は、車両７０の一例を示している。前輪７１が従動輪であり、後輪７２に前記の駆動装置７４が取り付けられる。前輪７１がステアリング７３によって操舵される。

運転席のアクセルが作動されることによって電動モータ１１が駆動されると、そのモータロータ２１と連結されたキャリヤ２３が一体に回転され、キャリヤ２３に支持されたピニオンギヤ２２の２列のギヤ部２２ａ、２２ｂのうち、インボード側のギヤ部２２ｂがサンギヤ３３と噛み合って、ピニオンギヤ２２がサンギヤ３３に沿って自転しつつ公転する。

ピニオンギヤ２２のアウトボード側のギヤ部２２ａは、出力軸１３の出力ギヤ３１に噛み合っているので、ピニオンギヤ２２の公転速度で回転し、出力軸１３に減速回転が出力される。出力軸１３の回転によりハブユニット１４の内方部材３７、ハブフランジ４１を経て後輪７２が駆動される。
[実施形態２]

図２に示した実施形態２に係る電気自動車用駆動装置は、基本的に前記の実施形態１と同様の構成である。相違点は、ハウジング１５の外部に潤滑用のオイルポンプ（図示省略）を設け、外部のオイルポンプからハウジング１５内に潤滑油を供給することにより、遊星ギヤ減速機１２の潤滑と電動モータ１１の冷却を行っている点である。

図２に示した実施形態２では、ハウジング１５のリヤカバー１９の軸心部と上部に、給油通路４９、５０を設けている。

リヤカバー１９の軸心部の給油通路４９は、遊星ギヤ減速機１２の出力軸１３の軸心に設けた中空部に達するように設けられ、出力軸１３の端面とサンギヤ３３との間の隙間から遊星ギヤ減速機１２と電動モータ１１に潤滑油が供給される。

リヤカバー１９の上部の給油通路５０は、電動モータ１１に上部から直接潤滑油が供給されるように設けられる。

前記リヤカバー１９の軸心部の給油通路４９から遊星ギヤ減速機１２に向けて、潤滑油が効果的に供給されるように、出力軸１３の端面とサンギヤ３３との間の隙間をラビリンス構造５１とし、ラビリンス構造５１の一部に遊星ギヤ減速機１２に向く油路５２を設けている。

前記キャリヤ２３の電動モータ１１側の端部には、油穴５６を形成している。

なお、潤滑油の流れは、白抜き矢印で示している。
[実施形態３]

図３に示した実施形態３に係る電気自動車用駆動装置は、基本的に前記の実施形態２と同様の構成である。相違点は、実施形態１及び実施形態２では、ピニオンギヤ２２を、ピニオンピン２４に針状ころ軸受５７を介して支持しているのに対し、実施形態３では、図４に示すように、ピニオンギヤ２２を、ピニオンピン２４に深溝玉軸受５３を介して支持している。

実施形態３では、ピニオンピン２４に深溝玉軸受５３を介して支持し、深溝玉軸受５３の内輪側にカラー５４を設け、ピニオンギヤ２２がキャリヤ２３のアウトボード側キャリヤフランジ２３ａとインボード側キャリヤフランジ２３ｂに非接触になるように、軸方向の位置決めを行っている。

深溝玉軸受５３を軸方向に位置決めするカラー５４を外輪側に設けると、潤滑油が遮断され、焼付きの原因になるが、実施形態３のように、カラー５４を内輪側に設けることにより、潤滑油が確実に深溝玉軸受５３に給油され、安定した潤滑状態が維持される。

また、カラー５４により軸方向の位置決めを行うことにより、ピニオンギヤ２２がキャリヤ２３のアウトボード側キャリヤフランジ２３ａとインボード側キャリヤフランジ２３ｂに非接触になるので、効率の低下を防止できる。
[実施形態４]

図５に示した実施形態４に係る電気自動車用駆動装置は、ピニオンギヤ２２を、ピニオンピン２４に深溝玉軸受５３を介して支持している点で、基本的に前記の実施形態３と同様である。実施形態３との相違点は、実施形態３では、オイルポンプをハウジング１５の外部に設置しているのに対し、実施形態４では、ハウジング１５の内部に、出力軸１３で駆動する潤滑油の回転ポンプ５５を設けている点である。

この実施形態４では、ハウジング１５の外周に潤滑油路５８を形成し、回転ポンプ５５で吸い上げた潤滑油を、電動モータ１１と軸心部分とに導き、回転ポンプ５５に還流させている。

タイヤからハブに旋回荷重が作用した場合、出力軸１３はハブの転動体間を中心に回転する。そのためピニオンギヤ２２と出力ギヤ３１の噛み合いが片当たりとなり歯欠け等のおそれがある。対策として出力軸１３とボス部２５の間にタッチダウン軸受を設けることにより、ピニオンギヤ２２と出力ギヤ３１の噛み合いを正常に保つことができる。

１１ 電動モータ
１２ 遊星ギヤ減速機
１３ 出力軸
１４ ハブユニット
１５ ハウジング
１６ 円筒部
１７ 前端部
１８ 開放穴
１９ リヤカバー
２０ モータステータ
２１ モータロータ
２２ ピニオンギヤ
２３ キャリヤ
２３ａ アウトボード側キャリヤフランジ
２３ｂ インボード側キャリヤフランジ
２４ ピニオンピン
２５ ボス部
２６ 段部
２７ フランジ
２８ 転がり軸受
２９ フランジ
３０ 転がり軸受
３１ 出力ギヤ
３２ ボルト
３３ サンギヤ
３４ 軸部
３５ スプライン軸
３６ 段差部
３７ 内方部材
３８ 外方部材
３９ 転動体
４０ ホイール
４１ ハブフランジ
４２ 内輪部材
４３ フランジ
４４ ボルト
４５ ナット
４６ オイルシール
４７ 突出し部
４８ 回転センサー
４８ａ センサーロータ
４８ｂ センサーステータ
４９、５０ 給油通路
５１ ラビリンス構造
５２ 油路
５３ 深溝玉軸受
５４ カラー
５５ 回転ポンプ
５６ 油穴
５７ 針状ころ軸受
５８ 潤滑油路
５９ タッチダウン軸受
７０ 車両
７１ 前輪
７２ 後輪
７３ ステアリング
７４ 駆動装置

Claims (9)

1. 電動モータと、そのモータ出力を入力とする遊星ギヤ減速機と、その遊星ギヤ減速機の減速出力によって回転駆動されるハブユニットと、前記電動モータ及び遊星ギヤ減速機を収納したハウジングからなり、前記ハブユニットの内方部材と外方部材の間にハブ軸受が介在され、前記外方部材が前記ハウジングに固定された電気自動車用駆動装置において、前記モータのモータロータの内径面に遊星ギヤ減速機のキャリヤを固定し、このキャリヤにピニオンピンによって軸方向に２列のギヤ部を有するピニオンギヤを回転可能に軸受支持し、このピニオンギヤの一方のギヤ部と噛み合うサンギヤをハウジングに固定し、ハブユニットの出力軸にピニオンギヤの他方のギヤ部と噛み合う出力ギヤを設け、この出力ギヤとサンギヤの歯数と、ピニオンギヤの２列のギヤ部の歯数を、モータロータの回転が出力軸に減速されて伝達されるように設定したことを特徴とする電気自動車用駆動装置。
2. 前記ピニオンギヤの２列のギヤ部の歯数を同一にし、出力ギヤの歯数を、サンギヤの歯数よりも多くしたことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用駆動装置。
3. 前記出力ギヤとサンギヤの歯数を同一にし、ピニオンギヤの２列のギヤ部の歯数を、サンギヤに噛み合うギヤ部を、出力ギヤと噛み合うギヤ部よりも多くしたことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用駆動装置。
4. 前記ピニオンピンにピニオンギヤを回転可能に支持する軸受を深溝玉軸受とし、この深溝玉軸受を軸方向に位置決めするカラーを内輪側に設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気自動車用駆動装置。
5. 前記ハウジングの外部に、ハウジング内に潤滑油を供給するオイルポンプを設け、ハウジングの軸心部と上部とに、遊星ギヤ減速機の軸心部と電動モータ上部に向けて潤滑油を供給する給油通路を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気自動車用駆動装置。
6. 前記ハウジングの内部に、出力軸によって駆動する潤滑油の回転ポンプを設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気自動車用駆動装置。
7. 出力軸の端面とサンギヤとの間の隙間をラビリンス構造とし、そのラビリンス構造の一部に遊星ギヤ減速機に向く油路を設けたことを特徴とする請求項５又は６に記載の電気自動車用駆動装置。
8. 前記キャリヤに、電動モータに向く油穴を形成したことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の電気自動車用駆動装置。
   電気自動車用駆動装置。
9. 前記出力軸とハウジングとの間にタッチダウン軸受を配置したことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電気自動車用駆動装置。
   

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