JP4697224B2 - 回転電機を有する駆動装置 - Google Patents

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彰人 大川
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Description

この発明は、回転電機を有する駆動装置に関し、特に車両に搭載される回転電機を有する駆動装置に関するものである。
従来、車両に搭載される回転電機を有する駆動装置がたとえば特開2004−254434号公報(文献1)に開示されている。また、回転電機に関しては、特開2003−191759号公報(文献2)、特開昭59−209053号公報(文献3)、特開2001−69717号公報(文献4)、特開2002−171717号公報(文献5)に開示されている。
従来の回転電機を有する駆動装置では駆動装置を構成するギヤの噛合いによって生じる振動がケースを伝わることによる振動と、回転電機のロータシャフトを介して伝わる振動とが共振し、これによりギヤノイズが発生するという問題があった。
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、ノイズの発生を低減することが可能な回転電機を有する駆動装置を提供することを目的とする。
特開2004−254434号公報 特開2003−191759号公報 特開昭59−209053号公報 特開2001−69717号公報 特開2002−171717号公報
この発明に従った回転電機を有する駆動装置は、開口を有するケースと、ケースの開口に収納され、ステータを有する回転電機と、ケースに収納されて回転電機と接続される歯車と、開口を封止するカバーと、回転電機をケースに固定する固定具とを備え、ステータは軸方向の長さを規定する第1および第2のスラスト端面を有し、第1のスラスト端面がケースの内表面に押付けられ、第1のスラスト端面がエンジンに接続されるシャフトに近い側に位置し、第2のスラスト端面がシャフトから遠い側に位置し、ステータはステータコアを有し、ステータコア外周の一部がケースの内表面と接触し、ステータコアの一端とケースの内表面とが接触し、ステータの鉛直方向下側においてステータとケースの内表面とが接触する。ステータコアの一端と前記ケースの内表面とが接触し、ステータの鉛直方向下側において前記ステータとケースの内表面とが接触する。前記回転電機(200)から離隔するように前記ケース(20)に収納された別の回転電機(100)と、2つの前記回転電機(100,200)の間に設けられた、ベアリング(321)を介在させて前記ケース(10,20)に保持される遊星歯車機構(400)とを備え、2つの前記回転電機(100,200)において、前記遊星歯車機構(400)に近い側のスラスト端面がケースに押付けられる
この発明の別の局面に従った回転電機を有する駆動装置は、開口を有するケースと、ケースの開口に収納され、ステータを有する回転電機と、ケースに収納されて回転電機と接続される歯車と、開口を封止するカバーと、回転電機をケースに固定する固定具とを備え、ステータは軸方向の長さを規定する第1および第2のスラスト端面を有し、第1のスラ
スト端面がケースの内表面に押付けられ、ステータはステータコアを有し、ステータコアがケースの内表面と接触し、ステータコアをラジアル方向に押圧することでステータコアの外周面をケースの内表面に接触させる押圧部材をさらに備え、押圧部材は固定具によりステータコアに固定される。
好ましくは、ケースのカバーと接触する側においてステータコアとケースの内表面とが接触する。
好ましくは、ステータはコイルを有し、コイルとカバーとが接触する。
好ましくは、回転電機から離隔するようにケースに収納された別の回転電機と、2つの回転電機の間に設けられた、ベアリングを介在させてケースに保持される遊星歯車機構とを備え、2つの回転電機において、遊星歯車機構に近い側のスラスト端面がケースに押付けられる。
好ましくは、2つの回転電機の間に2つの遊星歯車機構が設けられ、2つの遊星歯車機構は共通のリングギヤを有する。
このように構成された回転電機を有する駆動装置では、ステータの第1のスラスト端面がケースの内表面に押付けられるため、ケースとステータとが一体化し、ケースの見かけ上の質量が増加する。これにより、ケース自体が振動することを防止し、ノイズの発生を低減させることができる。
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1に従ったトランスアクスルの断面図である。図1を参照して、この発明の実施の形態1に従ったトランスアクスル1は、トランスアクスルハウジング10と、トランスアクスルハウジング10に接続されるトランスアクスルケース20と、トランスアクスルケース20の端部を封止するトランスアクスルリアカバー30とを備える。トランスアクスルハウジング10、トランスアクスルケース20およびトランスアクスルリアカバー30で取囲まれた空間にトランスアクスルダンパ500、第一回転電機100、第二回転電機200、フロントプラネタリギヤ300、リアプラネタリギヤ400、動力伝達装置600が収納される。
トランスアクスル1内では、駆動用のモータとしての第二回転電機200と、発電用のジェネレータとしての第一回転電機100とが内蔵されている。
トランスアクスルダンパ500は、エンジンに接続されるシャフト501からの駆動力を伝達する機構であり、コイルスプリング式ダンパにより構成される。また、乾式単板の摩擦材を用いたトルク変動吸収機構を有することにより、エンジンからの駆動力におけるトルクの変動を吸収する働きを有する。
第一回転電機100はトランスアクスルダンパ500の外周に設けられ、回転体であるロータシャフト150、そのロータシャフト150の外周に設けられるロータ140およびロータ140を回転させるステータ130とを有する。この実施の形態では、第一回転電機100はジェネレータとして作用するが、これに限られるものではなく、第一回転電機100がモータとして作用してもよい。さらに、必要に応じて第一回転電機100がモータ/ジェネレータのいずれかの役割を果たすように切換を行なってもよい。
ロータシャフト150はメインシャフト310の外周に位置してメインシャフト310と別個独立に回転することが可能である。ロータシャフト150はベアリングによりトランスアクスルハウジング10に支持されている。
ロータシャフト150の外周には、ロータ140が固定されている。ロータ140は電磁鋼板を積層し、さらにその電磁鋼板内にスラスト方向に延びる永久磁石を埋込んだ構造とされている。第一回転電機100はいわゆる交流の三相モータであり、ロータ140に電磁力を働かせることでロータ140を回転させる。
ステータ130はロータ140に向い合うようにトランスアクスルハウジング10にボルト115により固定されている。ステータ130は、電磁鋼板を積層して構成されるステータコア110と、ステータコア110に巻付けられるコイル120とを有する。コイル120の巻線方法については、分布巻きおよび集中巻きのいずれをも採用することが可能である。円環状のステータコア110の一方側の端面である第1スラスト端面111がトランスアクスルハウジング10に接触しており、他方の端面である第2スラスト端面112はトランスアクスルハウジング10から離隔している。
第一回転電機100に隣接するようにフロントプラネタリギヤ300がメインシャフト310の周りに設けられる。フロントプラネタリギヤ300はサンギヤ301と、サンギヤ301に噛合うピニオンギヤ302と、ピニオンギヤ302に噛合うリングギヤ303と、ピニオンギヤ302を保持するプラネタリキャリア304とを有する。サンギヤ301はロータシャフト150と接続され、ロータシャフト150とともに回転する。プラネタリキャリア304はメインシャフト310とともに回転する。リングギヤ303はカウンタドライブベアリング321によりトランスアクスルハウジング10に保持されている。
メインシャフト310に接続されるように別のシャフト311が配置される。シャフト311の周りには第二回転電機200が位置している。第二回転電機200はこの実施の形態ではモータである。しかしながら、第二回転電機200はモータに限られずジェネレータとして駆動してもよい。さらに、必要に応じてモータ/ジェネレータのいずれかの役割を果たすように切換が行なわれてもよい。
ロータシャフト250はロータシャフトベアリング322を介してトランスアクスルケース20に保持されており、ロータ240と一体化されている。ロータ240は電磁鋼板を積層して構成され、その電磁鋼板の中に永久磁石が埋込まれた構造とされる。
ステータ230はロータ240の外周に向い合うようにトランスアクスルケース20内に配置される。ステータ230は、電磁鋼板を積層して構成されるステータコア210と、ステータコア210に巻付けられたコイル220とを有する。ステータコア210は、その軸方向長さを規定する第1スラスト端面211および第2スラスト端面212を有する。第1スラスト端面211はエンジンに近い側の端面であり、第2スラスト端面212はエンジンから遠い側の端面である。
第1スラスト端面211および第2スラスト端面212の間がラジアル面としての外周面213であり、外周面213は円筒形状に構成される。第1スラスト端面211はトランスアクスルケース20と直接接触している。これに対し、第2スラスト端面212はトランスアクスルケース20の内表面21と直接接触していない。ステータコア210を貫通するように孔が設けられ、この孔にボルト215が挿し込まれている。ボルト215はトランスアクスルケース20の壁面に捻じ込まれており、ステータコア210を軸方向に押圧する。これにより、ステータコア210の第1スラスト端面211をトランスアクスルケース20に押付ける。ボルト215は円周上に複数本配置される。ステータコア210の下側では、外周面213がトランスアクスルケース20の内表面21と接触している。この接触は線接触であってもよく、面接触であってもよい。さらに、接触領域に振動を減衰させるための部材を噛合せてもよい。この場合、内表面21と外周面213との間に振動減衰部材が介在することとなる。
第二回転電機200に隣接するようにリアプラネタリギヤ400が配置される。リアプラネタリギヤ400はロータシャフト250と接続されるサンギヤ401と、サンギヤ401に噛合うピニオンギヤ402と、ピニオンギヤ402に噛合うリングギヤ303と、ピニオンギヤ402を保持するプラネタリキャリア404とを有する。フロントプラネタリギヤ300およびリアプラネタリギヤ400においてリングギヤ303が共通しており、リングギヤ303を介してフロントプラネタリギヤ300およびリアプラネタリギヤ400間での動力の伝達が行なわれる。
動力伝達装置600はリングギヤ303の外周歯と噛合うドリブンギヤ601と、ドリブンギヤ601に接続されるピニオンギヤ602と、ピニオンギヤ602に噛合うリングギヤ603と、リングギヤ603に保持されてリングギヤ603とともに回転するデフケース604と、デフケース604に収納されるピニオンシャフト605と、ピニオンシャフト605に自転可能に保持され、かつ公転も可能であるピニオンギヤ606と、ピニオンギヤ606と噛合うサイドギヤ607と、サイドギヤ607に接続されるドライブシャフト608とを有する。トランスアクスルケース20は内部空間としての開口24を有し、この開口をトランスアクスルリアカバー30が封止している。トランスアクスルリアカバー30は蓋体であり、シャフト311の端面に向い合うように位置決めされる。トランスアクスルリアカバー30はボルト35によりトランスアクスルケース20と接続されており、トランスアクスル1の端面となっている。トランスアクスル1のトランスアクスルハウジング10側がエンジンに接続され、トランスアクスルリアカバー30側がエンジンから離れた位置に配置される。そのため、トランスアクスル1全体として見れば、トランスアクスルハウジング10が振動の固定端となり、トランスアクスルリアカバー30側が振動の自由端となる。
すなわち、この発明に従った回転電機を有する駆動装置としてのトランスアクスル1は、開口24を有するトランスアクスルケース20と、トランスアクスルケース20の開口24に収納される第二回転電機200と、トランスアクスルケース20に収納されて第二回転電機200と接続される歯車としてのサンギヤ401、ピニオンギヤ402およびリングギヤ303と、開口24を封止するトランスアクスルリアカバー30と、第二回転電機200をトランスアクスルケース20に固定する固定具としてのボルト215とを備える。ステータ230は軸方向の長さを規定する第1および第2のスラスト端面211,212を有する。第1のスラスト端面211がトランスアクスルケース20の内表面21に押付けられる。
ステータ230はステータコア210を有し、ステータコア210がトランスアクスルケース20の内表面21と接触する。ステータコア210の一端とトランスアクスルケース20の内表面21とが接触する。
図2は、トランスアクスルにおける振動の伝達経路を示すブロック図である。図2を参照して、トランスアクスル1において、リアプラネタリギヤ400で振動が生じる。この振動は、リアプラネタリギヤ400を構成するはすば歯車であるサンギヤ401、ピニオンギヤ402およびリングギヤ303によって引き起こされる。振動の一部はロータシャフトベアリング322、トランスアクスルケース20を経由してトランスアクスルリアカバー30へ伝達する。また、リアプラネタリギヤ400で生じた振動はカウンタドライブベアリング321、トランスアクスルケース20、ステータ230を経由して再度トランスアクスルケース20へ戻り、トランスアクスルケース20がトランスアクスルリアカバー30を共振させる。この共振により放射音が生じる。このような振動伝達経路において、本発明ではトランスアクスルケース20とステータ230とを互いに固定することでこれらの見かけ上の質量を増加させる。その結果、トランスアクスルケース20およびステータ230を経由する振動を減衰させる。また、ステータ230の下部とトランスアクスルケース20とを接触させるとステータ230の下部が逆位相であるためより音を減衰させることができる。さらに、図1で示すように、ステータ230の外周面231においてトランスアクスルリアカバー30側で内表面21とステータコア210とが接触しているため、より効果的に振動を減衰することができる。
(実施の形態2)
図3は、この発明の実施の形態2に従ったトランスアクスルの断面図である。図3を参照して、この発明の実施の形態2に従ったトランスアクスル1では、固定金具261によりステータ230がトランスアクスルケース20に固定されている。ステータ230は隙間嵌めにて、ボルト215により片持ち状態でトランスアクスルケース20に固定される。ボルト215の座面とステータコア210との間に固定金具261が挟まれてステータ230の位置決めがなされる。固定金具261は楔状の先端部263を有し、かつばね鋼により構成される。先端部263がトランスアクスルケース20とステータコア210との間に食い込み弾性変形する。先端部263が塑性変形してもよい。ステータコア210とトランスアクスルケース20との間にはばね鋼の楔が挿入される隙間が設けられる。なお、この実施の形態では、固定金具261をばね鋼で構成しているが、これに限られるものではなく、たとえばプラスチックで構成されてもよい。固定金具261は硬化部材262を挟み込んでいる。先端部263がトランスアクスルケース20とステータコア210との間に食い込むため、先端部263がステータコア210をラジアル方向へ押付ける。
図4は、図3中の固定金具を拡大して示す正面図である。図5は、図4中のV−V線に沿った断面図である。図4および図5を参照して、固定金具261は湾曲した形状を有し、その先端部が「V」字状に曲げられて先端部263を構成している。固定金具261の上側はU字状であり、ボルト215を受入れる形状とされる。硬化部材262および固定金具261には貫通孔266,265が設けられており、この貫通孔266,265をボルト215が通過する。硬化部材262は塑性変形後硬化する部材であり、先端部263と接触可能である。
固定金具261は複数または単数で設けられてよく、好ましくは3個以上設けられる。固定金具261の先端部263がトランスアクスルケース20とステータコア210との間に入り込み、ステータ230はロータシャフト250に対して偏芯することなくセンタリングされる。さらにボルト215を締め付けると先端部263の後端部が硬化部材262に食い込み塑性変形した後に加工硬化し楔部(先端部263)は変形できなくなり、ステータ230はロータシャフト250に対して偏芯することなくセンタリングされたまま固定されることとなる。
実施の形態2では、ステータコア210をラジアル方向に押圧することでステータコア210の外周面213をトランスアクスルケース20の内表面21に接触させる押圧部材としての固定金具261が設けられる。固定金具261はボルト215によりステータコア210に固定される。
このように構成された実施の形態2に従った駆動装置では、ステータコア210をトランスアクスルケース20に押付けることで、ガタが生じなくなり、振動の発生をさらに抑制することができる。
(実施の形態3)
図6は、この発明の実施の形態3に従ったトランスアクスルの断面図である。図6を参照して、この発明の実施の形態3に従ったトランスアクスル1では、コイル220がトランスアクスルリアカバー30に接触している点で、実施の形態1に従ったトランスアクスル1と異なる。すなわち、トランスアクスルリアカバー30とコイル220とを接触させることでこれらを一体化し、トランスアクスルリアカバー30の見かけ上の質量を増加させる。これにより、トランスアクスルリアカバー30の共振を防ぎ、放射音の発生を低減する。なお、トランスアクスルリアカバー30とコイル220との接触をより確実にするため、これらの間に接着剤などを介在させてもよい。また、振動を減衰させる材料をトランスアクスルリアカバー30とコイル220との間に挟んでもよい。
このように構成された実施の形態3に従ったトランスアクスルでも、実施の形態1に従ったトランスアクスルと同様の効果がある。
(実施の形態4)
図7は、図1中の矢印VIIで示す方向から見たトランスアクスルの側面図である。実施の形態4では、ステータコア210のさまざまな部分をトランスアクスルケース20に接触させ、どの部分で接触させれば最もノイズの発生を低減できるかを調べた。図7中の矢印Gで示す方向が鉛直方向下向き方向であり、上部の第1領域721、左上部の第2領域722、左下部の第3領域723、下部の第4領域724および右部の第5領域725の各々でステータコア210とトランスアクスルケース20とを結合した。その結果、下部である第4領域724でトランスアクスルケース20とステータコア210を接触させた場合が最もノイズの発生を防止できることがわかった。その理由として、ステータコア210の下部の左右の振動は、リアカバーの面外振動と逆位相であり、この部分で結合を生じさせることでリアカバーの左右振動を打消す働きがあることがわかった。
以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態は様々に変形することが可能である。まず、上記の実施の形態ではステータ230とトランスアクスルケース20とが直接接触していたが、これらの間にゴムなどの制振部材が介在してもよい。また、ステータ230にワニスなどの結合材を一定量以上含浸させてステータコア210とコイル220との結合強度を上げてステータ230の減衰性能を向上させてもよい。さらに、ワニス以外の結合剛性を高める材料でステータコア210とコイル220との結合強度を高めてもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明は、たとえば車両に搭載される電動機を有する駆動装置の分野で用いることができる。
この発明の実施の形態1に従ったトランスアクスルの断面図である。 振動の伝達経路を示すブロック図である。 この発明の実施の形態2に従ったトランスアクスルの断面図である。 図3中の固定金具を拡大して示す正面図である。 図4中のV−V線に沿った断面図である。 この発明の実施の形態3に従ったトランスアクスルの断面図である。 図1中の矢印VIIで示す方向から見たトランスアクスルの側面図である。

Claims (5)

  1. 開口(24)を有するケース(20)と、
    前記ケース(20)の前記開口(24)に収納され、ステータ(230)を有する回転電機(200)と、
    前記ケース(20)に収納されて前記回転電機(200)と接続される歯車(301,302,303)と、
    前記開口(24)を封止するカバー(30)と、
    前記回転電機(200)を前記ケース(20)に固定する固定具(215)とを備え、
    前記ステータ(230)は軸方向の長さを規定する第1および第2のスラスト端面(211,212)を有し、
    前記第1のスラスト端面(211)が前記ケース(20)の内表面(21)に押付けられ、
    前記第1のスラスト端面(211)がエンジンに接続されるシャフト(501)に近い側に位置し、前記第2のスラスト端面(212)が前記シャフト(501)から遠い側に位置し、
    前記ステータ(230)はステータコア(210)を有し、前記ステータコア(210)外周の一部が前記ケース(20)の内表面(21)と接触し、
    前記ステータコア(210)の一端と前記ケース(20)の内表面(21)とが接触し、
    前記ステータ(230)の鉛直方向下側において前記ステータ(230)と前記ケース(20)の内表面(21)とが接触し、
    前記回転電機(200)から離隔するように前記ケース(20)に収納された別の回転電機(100)と、
    2つの前記回転電機(100,200)の間に設けられた、ベアリング(321)を介在させて前記ケース(10,20)に保持される遊星歯車機構(400)とを備え、
    2つの前記回転電機(100,200)において、前記遊星歯車機構(400)に近い側のスラスト端面がケースに押付けられ、エンジンから遠い側の前記回転電機(200)において、エンジンに近い側の第1のスラスト端面(211)がケースに押圧される、回転電機を有する駆動装置。
  2. 開口(24)を有するケース(20)と、
    前記ケース(20)の前記開口(24)に収納され、ステータ(230)を有する回転電機(200)と、
    前記ケース(20)に収納されて前記回転電機(200)と接続される歯車(301,302,303)と、
    前記開口(24)を封止するカバー(30)と、
    前記回転電機(200)を前記ケース(20)に固定する固定具(215)とを備え、
    前記ステータ(230)は軸方向の長さを規定する第1および第2のスラスト端面(211,212)を有し、
    前記第1のスラスト端面(211)が前記ケース(20)の内表面(21)に押付けられ、
    前記ステータ(230)はステータコア(210)を有し、前記ステータコア(210)が前記ケース(20)の内表面(21)と接触し、
    前記ステータコア(210)をラジアル方向に押圧することで前記ステータコア(210)の外周面(213)を前記ケース(20)の内表面(21)に接触させる押圧部材(261)をさらに備え、前記押圧部材(261)は前記固定具(215)により前記ステータコア(210)に固定される、回転電機を有する駆動装置。
  3. 前記ケース(20)の前記カバー(30)と接触する側において前記ステータコア(210)と前記ケース(20)の内表面(21)とが接触する、請求項1に記載の回転電機を有する駆動装置。
  4. 前記ステータ(200)はコイル(220)を有し、前記コイル(220)と前記カバー(30)とが接触する、請求項1または3に記載の回転電機を有する駆動装置。
  5. 2つの前記回転電機(100,200)の間に2つの遊星歯車機構(300,400)が設けられ、
    2つの前記遊星歯車機構(300,400)は共通のリングギヤ(303)を有する、請求項に記載の回転電機を有する駆動装置。
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