JP5394531B2 - 電気自動車の動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、動力伝達装置、特に、電動モータと、電動モータからの回転が入力される変速機と、を備えた電気自動車に設けられ、駆動力を伝達する動力伝達装置に関する。

近年、駆動源として電動モータを用いた電気自動車が提供されている。そして、この種の車両においても、各種の走行条件に応じて最適なトルク特性を得るために、変速機が設けられている。

例えば特許文献１では、入力軸、出力軸、プラネタリギアユニット、コーンクラッチ、ワンウェイクラッチ、及び制御装置を有する２段変速の変速機が示されている。

また、特許文献２には、発進用歯車伝動系と高速用歯車伝動系とを備えた電気自動車の歯車変速装置が示されている。

実開昭５９−１７２８５３号公報 特開平６−２４９３０２号公報

電気自動車においては、エンジンを駆動源とする車両に比較して振動が少ない。しかし、電動モータにはコギングが発生する。コギングとは、電機子と回転子との磁気的吸引力が回転角度に依存して細かく脈動する現象である。このような現象は、乗り心地にも影響するし、また、部品の耐久性を減少させる原因ともなる。

また、一般的に、電気自動車は、電動モータの特性上、エンジンで駆動される車のような発進クラッチを必要としないため、電動モータから駆動輪まで機械的に直結されている。この場合、電動モータや駆動輪で発生した過大なトルクが伝達されると、伝達系を構成する部品の損傷を招くことになる。

本発明の課題は、電気自動車において、電動モータによるコギングを抑え、あるいは過大なトルク伝達による動力伝達系の各部の損傷を防止することにある。

第１発明に係る電気自動車の動力伝達装置は、電動モータと変速機とを備えた電気自動車に設けられ、駆動力を伝達する装置である。変速機は、電動モータからの回転を減速して伝達する第１減速機構と、第１減速機構からの回転をさらに減速して伝達する第２減速機構と、第２減速機構からの回転を駆動輪に伝達する出力機構と、を有している。そして、この動力伝達装置は、第１減速機構の出力側に連結される入力部と、第２減速機構の入力側に連結される出力部と、連結部と、を備えている。連結部は、入力部と出力部との間に配置され、入力部からの振動を吸収して出力部にトルクを伝達するダンパ機構、及び所定トルク以上のトルクを制限して伝達するトルクリミッタの少なくともいずれか一方を備えている。

また、変速機は、電動モータからの回転が入力される第１軸と、第１軸と同期して回転する入力ギアと、第１軸と平行に配置された第２軸と、第２軸と同期して回転し入力ギアに噛み合う減速ギアと、第２軸に回転自在に配置された中間ギアと、出力機構に連結され中間ギアに噛み合う出力ギアと、を有している。そして、入力部は第２軸に連結され、出力部は中間ギアに固定される。

第２発明に係る電気自動車の動力伝達装置は、第１発明の装置において、減速ギアは第２軸の一端部に設けられ、中間ギアは減速ギアに隣接して配置され、入力部は中間ギアの減速ギアから離れる側で第２軸の他端部に配置される。

第３発明に係る電気自動車の動力伝達装置は、第１発明の装置において、減速ギアは第２軸の一端部に設けられ、中間ギアは第２軸の他端部に回転自在に支持されており、入力部は減速ギアに隣接して配置される。

第４発明に係る電気自動車の動力伝達装置は、電動モータと変速機とを備えた電気自動車に設けられ、駆動力を伝達する装置である。変速機は、電動モータからの回転を減速して伝達する第１減速機構と、第１減速機構からの回転をさらに減速して伝達する第２減速機構と、第２減速機構からの回転を駆動輪に伝達する出力機構と、を有する。そして、この動力伝達装置は、出力機構に回転自在に支持され第２減速機構から回転が入力される入力部と、出力機構に連結される出力部と、連結部と、と備えている。連結部は、入力部と出力部との間に配置され、入力部からの振動を吸収して出力部にトルクを伝達するダンパ機構、及び所定トルク以上のトルクを制限して伝達するトルクリミッタの少なくともいずれか一方を備えている。

以上のように本発明では、電動モータと駆動輪との間の動力伝達系に、ダンパ機構及びトルクリミッタの少なくともいずれか一方を設けている。したがって、ダンパ機構を設けた場合はコギングを抑えることができ、またトルクリミッタを設けた場合は過大なトルクが伝達されることによる各部の損傷を防止することができる。

本発明の参考例による動力伝達装置が適用された電気自動車の駆動システムの断面構成図。 図１の一部拡大図。 本発明の第１実施形態による動力伝達装置が適用された電気自動車の駆動システムの断面構成図。 本発明の第２実施形態による動力伝達装置が適用された電気自動車の駆動システムの断面構成図。 本発明の第３実施形態による動力伝達装置が適用された電気自動車の駆動システムの断面構成図。

［参考例］
図１に参考例による動力伝達装置が適用された電気自動車の駆動システムを示している。この駆動システムは、電動モータ１と、変速機２と、を備えている。また、電動モータ１と変速機２との間には動力伝達装置３が設けられている。この駆動システムにおいては、電動モータ１の回転は、変速機２によって減速されて、左右の車軸４，５に伝達される。左右の車軸４，５には図示しない車輪が連結されている。

変速機２は、入力軸１１と、入力ギア１２と、中間軸１３と、減速ギア１４と、中間ギア１５と、出力ギア１６と、差動装置１７と、を有している。そして、入力ギア１２及び減速ギア１４により第１減速機構２１が構成され、中間ギア１５、及び出力ギア１６により第２減速機構２２が構成されている。

入力軸１１は、筒状に形成され、両端部が１対の軸受によって変速機２のハウジング２ａに回転自在に支持されている。入力軸１１の内周面において、モータ側にはスプライン孔が形成されている。入力ギア１２は入力軸１１と一体で形成されている。

中間軸１３は、筒状に形成され、両端部が１対の軸受によって変速機２のハウジング２ａに回転自在に支持されている。

減速ギア１４及び中間ギア１５は中間軸１３と同期して回転するように設けられている。具体的には、減速ギア１４は中間軸１３にスプライン係合しており、中間ギア１５は中間軸１３の外周部に中間軸１３と一体で形成されている。減速ギア１４は入力ギア１２に噛み合っている。また、中間ギア１５は出力ギア１６に噛み合っている。

差動装置１７は、ケース２４と、ケース２４の内部に収容された差動ギア機構２５と、を有している。ケース２４には出力ギア１６が固定されている。また、差動ギア機構２５には左右の車軸４，５が連結されている。

動力伝達装置３を図２に拡大して示している。この動力伝達装置３は、ダンパ機構３１とトルクリミッタ３２とを有している。

ダンパ機構３１は、周知の構成であり、入力部としてのスプラインハブ３４と、スプラインハブ３４のフランジの両側に配置された１対のプレート３５と、スプラインハブ３４と１対のプレート３５とを回転方向に弾性的に連結する複数のトーションスプリング３６と、を有している。なお、スプラインハブ３４と１対のプレート３５との間には、振動吸収のためのヒステリシストルク発生機構３７が設けられている。

トルクリミッタ３２は、筒状のケース３８と、出力部としての連結部材３９と、ケース３８と連結部材３９との間に設けられたトルク制限部４０と、を有している。

筒状のケース３８は、モータ側の端部が内周側に折り曲げられ、この折り曲げ部がダンパ機構３１の１対のプレート３５の一方に連結されている。

連結部材３９は、モータ１の出力軸１ａに軸受を介して回転自在に支持されている。連結部材３９は、軸部３９ａと、軸部３９ａの先端に形成されたフランジ部３９ｂと、を有している。軸部３９ａの外周にはスプライン軸が形成されており、このスプライン軸が変速機２の入力軸１１のスプライン孔にスプライン結合されている。

トルク制限部４０は、複数のクラッチプレート４２ａ，４２ｂと、バックプレート４３と、プレッシャプレート４４と、コーンスプリング４５と、を有している。複数のクラッチプレート４２ａ，４２ｂは、ドライブ側のプレート４２ａがケース３８に係合し、ドリブン側のプレート４２ｂが連結部材３９のフランジ部３９ｂに係合している。コーンスプリング４５は、プレッシャプレート４４とケース３８の折り曲げ部との間に圧縮された状態でセットされている。これにより、コーンスプリング４５の押付荷重及びクラッチプレート４２ａ，４２ｂによって設定されたトルク以上のトルクがトルク制限部４０に入力された場合は、このトルク制限部４０がスリップし、変速機２側あるいはモータ側に伝達されない。

このような装置では、モータ１の回転は、ダンパ機構３１及びトルクリミッタ３２を介して変速機２に伝達される。変速機２では、モータ１の回転が第１減速機構２１及び第２減速機構２２によって減速され、差動装置１７に入力される。差動装置１７では、各駆動輪に作用する負荷に応じて、各車軸４，５にトルクが分配されて伝達される。

この参考例の駆動システムでは、モータ１と変速機２との間に、ダンパ機構３１及びトルクリミッタ３２を有する動力伝達装置３が設けられているので、モータ１のコギングを抑えることができ、また過大なトルク伝達を制限して各部の損傷を防止することができる。また、動力伝達装置３を入力部に設けているので、伝達すべきトルクは比較的小さくなり、トルクリミッタ３２の容量を小さくすることができる。また、同様の理由により、ダンパ機構３１の小型化を図ることができる。

［第１実施形態］
図３に本発明の第１実施形態による動力伝達装置１０３が適用された駆動システムを示している。この駆動システムは、電動モータ１と、変速機１０２と、を備えている。また、変速機１０２の内部に動力伝達装置１０３が配置されている。この駆動システムにおいては、電動モータ１の回転は、変速機１０２によって減速されて、左右の車軸４，５に伝達される。第１実施形態において、参考例と同様の構成には同じ符号を示しており、同様の構成については説明を省略する。

変速機１０２は、入力軸１１１と、入力ギア１１２と、中間軸１１３と、減速ギア１１４と、中間ギア１１５と、出力ギア１６と、差動装置１７と、を有している。入力ギア１１２及び減速ギア１１４により第１減速機構１２１が構成され、中間ギア１１５、及び出力ギア１６により第２減速機構１２２が構成されている。

入力軸１１１は、筒状に形成され、両端部が１対の軸受によって変速機１０２のハウジング１０２ａに回転自在に支持されている。入力軸１１１の内周部とモータ１の出力軸１ａとがスプライン結合されている。入力軸１１１の外周部には、入力ギア１１２が入力軸１１１と一体で形成されている。

中間軸１１３は、筒状に形成され、両端部が１対の軸受によって変速機１０２のハウジング１０２ａに回転自在に支持されている。

減速ギア１１４は、中間軸１１３の一端部に中間軸１１３と一体で形成されている。また、中間ギア１１５は、減速ギア１１４の側方に隣接して配置され、中間軸１１３に対して相対回転自在に支持されている。減速ギア１１４は入力ギア１１２に噛み合っている。また、中間ギア１１５は出力ギア１６に噛み合っている。

動力伝達装置１０３は、中間ギア１１５を挟んで減速ギア１１４と逆側に配置されている。この動力伝達装置１０３の基本的な構成は参考例と同様であり、ダンパ機構３１とトルクリミッタ３２とを有している。

ダンパ機構３１のスプラインハブ３４は中間軸１１３にスプライン係合している。

また、トルクリミッタ３２の出力側（複数のクラッチプレートのドリブン側のプレート４２ｂ）は、中間ギア１５の側面に固定されたフランジ１３０に係合している。フランジ１３０は、中心部に孔を有する円板状の本体１３０ａと、本体１３０ａの外周端部に軸方向に延びて形成された筒状部１３０ｂと、を有している。

本体１３０ａの内周部は中間ギア１１５の側面に固定されている。また、筒状部１３０ｂの外周部には複数の歯が形成されており、複数のクラッチプレートのドリブン側プレート４２ｂの内周部と係合している。

このような装置では、モータ１の回転は、変速機１０２の第１減速機構１２１で減速され、減速された回転が動力伝達機構１０３のダンパ機構３１に入力される。そして、トルクリミッタ３２を介して第２減速機構１２２に伝達され、さらに差動装置１７に入力される。差動装置１７では、各駆動輪４，５に作用する負荷に応じて、各車軸４，５にトルクが分配されて伝達される。

この第１実施形態の駆動システムでは、参考例と同様に、モータ１のコギングを抑えることができ、また過大なトルク伝達を制限して各部の損傷を防止することができる。また、動力伝達装置１０３を第１減速機構１２１で減速された後の中間軸１１３に設けているので、伝達すべきトルクは大きくなるが、比較的回転数が低くなり、各部の部品強度を低くすることができ、低コスト及び軽量化が可能になる。電気自動車では、モータ１の回転数がエンジン回転数に比較して高くなるので、動力伝達装置１０３の回転数が低くなるこの第１実施形態は特に有効である。

［第２実施形態］
図４に本発明の第２実施形態による動力伝達装置２０３が適用された駆動システムを示している。この駆動システムは、電動モータ１と、変速機２０２と、を備えている。また、変速機２０２の内部に動力伝達装置２０３が配置されている。この駆動システムにおいては、電動モータ１の回転は、変速機２０２によって減速されて、左右の車軸４，５に伝達される。第２実施形態において、参考例及び第１実施形態と同様の構成には同じ符号を示しており、同様の構成については説明を省略する。

変速機１０２は、入力軸２１１と、入力ギア２１２と、中間軸２１３と、減速ギア２１４と、中間ギア２１５と、出力ギア１６と、差動装置１７と、を有している。入力ギア２１２及び減速ギア２１４により第１減速機構２２１が構成され、中間ギア２１５、及び出力ギア１６により第２減速機構２２２が構成されている。

この第２実施形態では、各部材の具体的な形状は異なるが、動力伝達装置２０３の配置のみが第１実施形態と異なり、他の構成は第１実施形態と基本的に同じである。

すなわち、この第２実施形態では、減速ギア２１４と中間ギア２１５とが中間軸２１３の両端部に配置されており、これらのギア２１４，２１５の間に動力伝達装置２０３が配置されている。

動力伝達装置２０３の構成は、参考例及び実施形態と同様であり、ダンパ機構３１とトルクリミッタ３２とを有している。動力の伝達経路に関する構成は、第１実施形態と同様である。すなわち、中間軸２１３からダンパ機構３１のスプラインハブに入力され、トルクリミッタ３２の出力部（ドリブン側のプレート）から中間ギア２１５に固定された筒状部材２３０に出力される。筒状部材２３０は、中間ギア２１５の出力ギア２１４の側面に固定された固定部２３０ａと、固定部２３０ａの外周部から軸方向に延びる筒状係合部２３０ｂと、を有している。そして、筒状係合部２３０ａの外周部に複数の歯が形成されており、トルクリミッタ３２のドリブン側のクラッチプレートの内周部が係合している。

このような装置の動力伝達経路は第１実施形態と同様である。すなわち、モータ１の回転は、変速機２０２の第１減速機構２２１で減速され、減速された回転が動力伝達機構２０３のダンパ機構３１に入力される。そして、トルクリミッタ３２を介して第２減速機構２２２に伝達され、さらに差動装置１７に入力される。差動装置１７では、各駆動輪４，５に作用する負荷に応じて、各車軸４，５にトルクが分配されて伝達される。

この第２実施形態の駆動システムにおいても、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。すなわち、モータ１のコギングを抑えることができるとともに、過大なトルク伝達を制限して各部の損傷を防止することができる。また、動力伝達装置１０３の回転数が低くなり、各部の部品強度を低くすることができ、低コスト及び軽量化が可能になる。

［第３実施形態］
図５に本発明の第３実施形態による動力伝達装置３０３が適用された駆動システムを示している。この駆動システムは、電動モータ１と、変速機３０２と、を備えている。また、変速機３０２の内部に動力伝達装置３０３が配置されている。この駆動システムにおいては、電動モータ１の回転は、変速機３０２によって減速されて、左右の車軸４，５に伝達される。第３実施形態において、前記参考例及び各実施形態と同様の構成には同じ符号を示しており、同様の構成については説明を省略する。

変速機３０２は、入力軸３１１と、入力ギア３１２と、中間軸３１３と、減速ギア３１４と、中間ギア３１５と、出力ギア３１６と、差動装置１７と、を有している。入力ギア３１２及び減速ギア３１４により第１減速機構３２１が構成され、中間ギア３１５、及び動力伝達装置３０３の一部により第２減速機構３２２が構成されている。

入力軸３１１は、筒状に形成され、両端部が１対の軸受によって変速機３０２のハウジング３０２ａに回転自在に支持されている。入力軸３１１の内周部とモータ１の出力軸１ａとがスプライン結合されている。入力ギア３１２が入力軸３１１と一体で形成されている。

中間軸３１３は、筒状に形成され、両端部が１対の軸受によって変速機３０２のハウジング３０２ａに回転自在に支持されている。減速ギア３１４は、中間軸３１３の一端部に中間軸３１３と一体で形成され、入力ギア３１２に噛み合っている。また、中間ギア３１５は、中間軸３１３の他端部に配置され、中間軸３１３に対してスプライン係合している。

動力伝達装置３０３は、ダンパ機構３３１とトルクリミッタ３３２とを有している。

ダンパ機構３３１は、入力部としてのスプラインハブ３３４と、スプラインハブ３３４のフランジの両側に配置された１対のプレート３３５と、スプラインハブ３３４と１対のプレート３３５とを回転方向に弾性的に連結する複数のトーションスプリング３３６と、を有している。

スプラインハブ３３４は、内周部が軸受を介して差動装置１７のケース２４に回転自在に支持されている。また、スプラインハブ３３４の外周部にはハブギア３３４ａが形成されており、このハブギア３３４ａが中間ギア３１５に噛み合っている。

なお、スプラインハブ３３４と１対のプレート３３５との間には、振動吸収のためのヒステリシストルク発生機構が設けられている。

トルクリミッタ３３２は、参考例及び各実施形態と同様の構成であり、筒状のケース、複数のクラッチプレートを有するトルク制限部等を有している。そして、複数のクラッチプレートのドリブン側のプレートが、差動装置１７のケースに固定された出力ギア３１６に噛み合っている。

このような装置では、モータ１の回転は、変速機３０２の第１減速機構３２１で減速され、減速された回転が中間ギア３１５及びハブギア３３４ａを介して動力伝達機構３０３のダンパ機構３３１に入力される。そして、トルクリミッタ３３２を介して出力ギア３１６及び差動装置１７に入力される。差動装置１７では、各駆動輪４，５に作用する負荷に応じて、各車軸４，５にトルクが分配されて伝達される。

この第３実施形態の駆動システムでは、前記参考例及び各実施形態と同様に、モータ１のコギングを抑えることができ、また過大なトルク伝達を制限して各部の損傷を防止することができる。また、ここでは、動力伝達装置３０３を、第１及び第２減速機構３２１，３２２の後段に配置しているので、動力伝達装置３０３の回転数が低くなり、各部の部品強度を低くすることができ、低コスト及び軽量化が可能になる。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

１ 電動モータ
２，１０２，２０２，３０２ 変速機
３，１０３，２０３，３０３ 動力伝達装置
１１，１１１，２１１，３１１ 入力軸（第１軸）
１２，１１２，２１２，３１２ 入力ギア
１３，１１３，２１３，３１３ 中間軸（第２軸）
１４，１１４，２１４，３１４ 減速ギア
１５，１１５，２１５，３１５ 中間ギア
１６，３１６ 出力ギア
１７ 差動装置（出力機構）
３１，３３１ ダンパ機構
３２，３３２ トルクリミッタ

Claims (4)

1. 電動モータと、
   前記電動モータからの回転を減速して伝達する第１減速機構と、前記第１減速機構からの回転をさらに減速して伝達する第２減速機構と、前記第２減速機構からの回転を駆動輪に伝達する出力機構と、を有する変速機と、
   を備えた電気自動車に設けられ、駆動力を伝達する動力伝達装置であって、
   前記第１減速機構の出力側に連結される入力部と、
   前記第２減速機構の入力側に連結される出力部と、
   前記入力部と前記出力部との間に配置され、前記入力部からの振動を吸収して前記出力部にトルクを伝達するダンパ機構、及び所定トルク以上のトルクを制限して伝達するトルクリミッタの少なくともいずれか一方を備えた連結部と、
   を備えた、電気自動車の動力伝達装置。
   前記変速機は、
   前記電動モータからの回転が入力される第１軸と、
   前記第１軸と同期して回転する入力ギアと、
   前記第１軸と平行に配置された第２軸と、
   前記第２軸と同期して回転し、前記入力ギアに噛み合う減速ギアと、
   前記第２軸に回転自在に配置された中間ギアと、
   前記出力機構に連結され、前記中間ギアに噛み合う出力ギアと、
   を有し、
   前記入力部は前記第２軸に連結され、
   前記出力部は前記中間ギアに固定される、
   電気自動車の動力伝達装置。
2. 前記減速ギアは前記第２軸の一端部に設けられ、
   前記中間ギアは前記減速ギアに隣接して配置され、
   前記入力部は前記中間ギアの前記減速ギアから離れる側で前記第２軸の他端部に配置されている、
   請求項１に記載の電気自動車の動力伝達装置。
3. 前記減速ギアは前記第２軸の一端部に設けられ、
   前記中間ギアは前記第２軸の他端部に回転自在に支持されており、
   前記入力部は前記減速ギアに隣接して配置される、
   請求項１に記載の電気自動車の動力伝達装置。
4. 電動モータと、
   前記電動モータからの回転を減速して伝達する第１減速機構と、前記第１減速機構からの回転をさらに減速して伝達する第２減速機構と、前記第２減速機構からの回転を駆動輪に伝達する出力機構と、を有する変速機と、
   を備えた電気自動車に設けられ、駆動力を伝達する動力伝達装置であって、
   前記出力機構に回転自在に支持され、前記第２減速機構から回転が入力される入力部と、
   前記出力機構に連結される出力部と、
   前記入力部と前記出力部との間に配置され、前記入力部からの振動を吸収して前記出力部にトルクを伝達するダンパ機構、及び所定トルク以上のトルクを制限して伝達するトルクリミッタの少なくともいずれか一方を備えた連結部と、
   を備えた電気自動車の動力伝達装置。

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