JP6633696B2

JP6633696B2 - 車両駆動装置

Info

Publication number: JP6633696B2
Application number: JP2018119937A
Authority: JP
Inventors: アンドレイピディン
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2038-06-25
Also published as: JP2020002959A; CN110630698A; US20190393755A1

Description

本発明は、電動機の動力により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上下方向に向けて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水平方向に延在する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、この傘歯車に、水平方向のシャフトの先端部に設けられた傘歯車が噛合される。

特開２０１２−２９３６９号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、一対の傘歯車を介して電動機の動力を水平方向のシャフトに伝達するため、水平方向のシャフトに大トルクを伝達するためには傘歯車の径を大きくする必要がある。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、大トルクを伝達可能な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、上下方向の第１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、第１軸線に沿って延在し、先端部に第１ギアを有するとともに、ロータと一体に回転可能に設けられた第１回転軸と、第１軸線と平行な左右一対の第２軸線に沿って左右方向に互いに離間してそれぞれ立設され、先端部に第１ギアに噛合する第２ギアをそれぞれ有するとともに、第２軸線を中心に回転するウォームがそれぞれ一体に設けられた左右一対の第２回転軸と、左右一対の第２回転軸のウォームにそれぞれ噛合し、左右方向の第３軸線を中心に回転可能に設けられた左右一対のウォームホイールと、左右一対のウォームホイールからのトルクがそれぞれ入力される左右一対の駆動軸と、を備える。

本発明によれば、電動機の動力により車両を走行駆動する車両駆動装置を、高さ方向が限られた車両の所定空間に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斜視図。図１の車両駆動装置のスケルトン図。図１の左右の駆動輪の目標差回転と動力分配用の電動機の目標差回転との関係を示す図。本発明の実施形態に係る車両駆動装置における直進走行時のトルクの伝達経路を示す図。本発明の実施形態に係る車両駆動装置における旋回走行時のトルクの伝達経路を示す図。本発明の実施形態に係る車両駆動装置における直進走行時の共線図の一例を示す図。本発明の実施形態に係る車両駆動装置における旋回走行時の共線図の一例を示す図。

以下、図１〜図５Ｂ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の要部構成を示す斜視図である。この車両駆動装置１００は、例えば車両が前輪駆動車両として構成されるとき、左右の前輪の間に配置される。なお、例えば車両が後輪駆動車両として構成されるとき、左右の後輪の間に配置される。以下では、車両駆動装置１００を車両に搭載した状態における車両の前後方向（車両長さ方向）、上下方向（車両高さ方向）および左右方向（車幅方向）を用いて、車両駆動装置１００の各部の構成を説明する。前後方向、上下方向、左右方向は、図１に示すように定義される。

図２は、車両駆動装置１００のスケルトン図である。図１，２に示すように、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駆動輪（前輪または降臨）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。

電動機１は、上下方向の軸線ＣＬ１を中心に回転するロータ１１と、ロータ１１の周囲に配置されたステータ１２とを有する。電動機１は、例えば埋込磁石同期モータであり、ロータ１１（ロータコア）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１２は、ロータ１１（ロータコア）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を有する。ステータコアは固定子鉄心であり、そ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巻線（コイル）が配置される。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１１が回転する。

ロータ１１の内部には、軸線ＣＬ１に沿って第１回転軸１３が配置される。第１回転軸１３は、例えばスプライン結合によりロータ１１に連結され、ロータ１１と一体に回転する。第１回転軸１３の上端部はロータ１１の上端面から突出し、その上端部に、ロータ１１よりも小径の第１ギア１４が設けられる。第１ギア１４は、例えばスプライン結合により第１回転軸１３に連結され、第１回転軸１３と一体に回転する。第１ギア１４は平歯車により構成される。

電動機１の側方（右前方、左前方）には、上下方向の軸線ＣＬ２を中心にして回転可能に左右一対の第２回転軸２１が設けられる。一対の第２回転軸２１の上端部にはそれぞれ第２ギア２２が設けられる。各第２ギア２２は、例えばスプライン結合により第２回転軸２１に連結され、第２回転軸２１と一体に回転する。左右の第２ギア２２は互いに同一構成であり、それぞれ平歯車により構成される。第１ギア１４と一対の第２ギアとは同一高さに位置し、ロータ１１の上方（ステータ１２の内周面よりも内径側）において、両者は互いに噛合する。

左右の第２回転軸２１には、第２ギア２２の下方かつ電動機１の側方に、それぞれウォームギアを構成するウォーム２３が設けられる。左右のウォーム２３は互いに同一構成であり、螺旋状に連続的に歯が形成されたねじ状の歯車である。各ウォーム２３は、例えばスプライン結合により第２回転軸２１に連結され、第２回転軸２１と一体に回転する。なお、第２回転軸２１の外周面にウォーム２３を加工することもできる。

左右のウォーム２３の前方には、左右方向の軸線ＣＬ３を中心として回転可能な左右一対のウォームホイール（斜歯歯車）３１が互いに同軸に配置される。各ウォーム２３は各ウォームホイール３１にそれぞれ噛合する。左右のウォームホイール３１は互いに同一構成であり、全体が略円筒形状を呈する。ウォームホイール３１は、第２ギア２２よりも下方に位置する。軸線ＣＬ３は、電動機１の高さ方向中央部に位置し、ウォームホイール３１の外径は、電動機１の高さとほぼ等しい。

左右のウォームホイール３１の内部に、互いに同一構成のシングルピニオン式の第１遊星歯車機構４がそれぞれ収容される。第１遊星歯車機構４は、サンギア４１と、サンギア４１を包囲するリングギア４２と、サンギア４１とリングギア４２とにそれぞれ噛合する周方向複数（例えば３個）のピニオン４３と、複数のピニオン４３を回転可能に支持するキャリア４４とを有する。サンギア４１、リングギア４２およびキャリア４４は、それぞれ軸線ＣＬ３を中心に回転する。リングギア４２は、ウォームホイール３１の内周面に固定され、または内周面に形成され、ウォームホイール３１と一体に回転する。

左右のキャリア４４は、軸線ＣＬ３に沿ってそれぞれ左右方向外側に延在する。すなわち、左側の第１遊星歯車機構４のキャリア４４は左方に延在し、右側の第１遊星歯車機構４のキャリア４４は右方に延在する。各キャリア４４の左右方向端部には、それぞれ左右一対の駆動軸４５がスプライン結合等により連結され、キャリア４４と駆動軸４５とは一体に回転する。駆動軸４５の端部には図示しない車輪（駆動輪）が連結され、駆動軸４５と車輪とは一体に回転する。

左右のサンギア４１には、軸線ＣＬ３に沿ってそれぞれ左右方向内側に延在する回転軸４６がスプライン結合等により連結され、サンギア４１と回転軸４６とは一体に回転する。左右一対の回転軸４６の間には、電動機５とダブルピニオン式の第２遊星歯車機構６とが直列に介装される。なお、電動機１を第１電動機と呼び、電動機５を第２電動機と呼ぶ場合もある。

電動機５は、軸線ＣＬ３を中心に回転するロータ５１と、ロータ５１の周囲に配置されたステータ５２とを有する。電動機５は、例えば埋込磁石同期モータであり、ロータ５１（ロータコア）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５として用いることもできる。

ステータ５２は、ロータ５１（ロータコア）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ＣＬ３を中心とした略円筒形状のステータコアを有する。ステータコアは固定子鉄心であり、そ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巻線（コイル）が配置される。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５１が回転する。左側の駆動軸４５の右端部には、電動機５のロータ５１の回転軸５１ａがスプライン結合等により連結され、駆動軸４５はロータ５１と一体に回転する。

第２遊星歯車機構６は、サンギア６１と、サンギア６１を包囲するリングギア６２と、サンギア６１とリングギア６２との間に配置され、サンギア６１およびリングギア６２にそれぞれ噛合するとともに、互いに噛合する周方向複数の第１ピニオン６３および第２ピニオン６４と、複数の第１ピニオン６３および第２ピニオン６４を回転可能に支持するキャリア６５とを有する。サンギア６１およびキャリア６５は、それぞれ軸線ＣＬ３を中心に回転する。リングギア６２はケース等に固定され、回転不能である。リングギア６２の歯数はサンギア６１の歯数の２倍である。

キャリア６５は、軸線ＣＬ３に沿って右方に延在する。キャリア６５の右端部には、右側の回転軸４６の左端部がスプライン結合等により連結され、キャリア６５は回転軸４６と一体に回転する。ロータ５１の回転軸５１ａの右端部は、スプライン結合等によりサンギア６１に連結され、ロータ５１はサンギア６１と一体に回転する。

電動機５は、電力制御ユニット（ＰＣＵ）７を介してコントローラ（ＥＣＵ）８からの指令により制御される。すなわち、電力制御ユニット７はインバータを含んで構成され、コントローラ８からの指令によりインバータが制御されることにより、電動機５の回転（回転速度、回転方向）が制御される。

より詳しくは、コントローラ８には、車速を検出する車速センサ９ａと、ステアリングホイールの操舵角を検出する舵角センサ９からの信号が入力され、電動機５は、これらの信号に応じて制御される。なお、電動機１も同様に、電力制御ユニット７を介してコントローラ８からの指令により制御される。例えば電動機１は、アクセルペダルの操作量等に応じて制御される。電動機５と第２遊星歯車機構６とコントローラ８などは、車両の旋回時の左右の駆動軸４５の速度差を吸収する速度差吸収装置１０１を構成する。

図３は、予めコントローラ８のメモリに記憶された、左右の駆動輪の目標差回転ΔＮと電動機５の目標回転数Ｎｍとの関係を示す図である。図３の特性は、０を通る比例の特性である。目標差回転ΔＮは、車両が直進走行されるときに０で、車両が左に旋回されるときに例えばプラス、右に旋回されるときに例えばマイナスになる。目標差回転ΔＮの大きさ（絶対値）が大きいほど目標回転数Ｎｍ（絶対値）は大きくなる。

コントローラ８は、車速センサ９ａと舵角センサ９ｂとからの信号に基づいて目標差回転ΔＮを演算するとともに、図３の特性に従い目標差回転ΔＮに応じた目標回転数Ｎｍを演算する。そして、電動機５の回転数が目標回転数Ｎｍとなるように電力制御ユニット７に制御信号を出力する。

以上のように構成された車両駆動装置１００の主要な動作について説明する。図４Ａ，４Ｂは、それぞれ直進走行時および旋回走行時におけるトルクの伝達径路を示す図であり、図５Ａ，５Ｂは、それぞれ直進走行時および旋回走行時の車両駆動装置１００の共線図の一例を示す図である。なお、図５Ａ，５Ｂにおいて、左右の第１遊星歯車機構４のサンギア４１、リングギア４２およびキャリア４４をそれぞれ１Ｓ，１Ｒ，１Ｃで示し、第２遊星歯車機構６のサンギア６１、リングギア６２およびキャリア６５をそれぞれ２Ｓ，２Ｒ，２Ｃで示す。車両が前進するときの回転方向を正方向と定義し、正方向を＋で示す。

図４Ａの矢印Ａ１，Ａ２に示すように、直進走行時において、電動機１のトルクは、ロータ１１と一体に回転する第１回転軸１３、第１ギア１４、左右一対の第２ギア２２、左右一対の第２回転軸２１、左右一対のウォームギア２３を介して左右一対のウォームホイール３１に伝達される。第２ギア２２からウォームホイール３１までの構成は左右で同一であり、左右のウォームホイール３１は互いに等速で回転する。左右のウォームホイール３１のトルクは、第１遊星歯車機構４を介して左右の駆動軸４５に伝達され、これにより車両が走行する。

このとき、電動機５の回転が停止される。したがって、図５Ａに示すように、左右の第１遊星歯車機構４のサンギア４１（１Ｓ）がともに停止し、左右の第１遊星歯車機構４のキャリア４４（１Ｃ）は同一速度Ｎ１で回転する。これにより車両が直進走行する。

図４Ｂの矢印Ｂ１，Ｂ２に示すように、旋回走行時においても、電動機１のトルクは、直進走行時と同様に左右一対のウォームホイール３１に伝達され、さらに左右のウォームホイール３１のトルクは第１遊星歯車機構４を介して左右の駆動軸４５に伝達される。このとき、図５Ｂに示すように、電動機５が車速と操舵角とにより定まる目標回転数Ｎｍ（例えば−Ｎ２）で回転する。したがって、第２遊星歯車機構６のサンギア６１（２Ｓ）の回転数は−Ｎ２であるのに対し、キャリア６５（２Ｃ）の回転数は＋Ｎ２となる。

すなわち、図４Ｂの矢印Ｂ３，Ｂ４に示すように、左側の第１遊星歯車機構４のサンギア４１には電動機５のトルクがそのまま入力されるのに対し、右側の第１遊星歯車機構４のサンギア４１には電動機５のトルクが第２遊星歯車機構６を介して変速されて入力され、左右のサンギア４１の回転数に差が生じる。これにより図５Ｂに示すように、左側の第１遊星歯車機構４のキャリア４４（１Ｃ）の回転数Ｎ３は、右側の第１遊星歯車機構４のキャリア４４（１Ｃ）の回転数Ｎ４よりも遅くなる。

このように本実施形態では、直進走行時および旋回走行時のいずれにおいても、電動機１のトルクが左右一対のウォームギア２３を介して左右一対のウォームホイール３１に伝達される。これにより、左右の駆動軸４５に容易に大トルクを伝達することができる。すなわち、例えば単一のウォームギアを介して単一のウォームホイールに電動機１のトルクを伝達する場合、伝達トルクが大きくなるとウォームホイールを大径化する必要があり、第２ギア２２の下方にウォームホイール３１を配置することが困難となる。これに対し、本実施形態のように電動機１のトルクを左右一対のウォームホイール３１に分配することで、ウォームホイール３１を大径化する必要がなく、第２ギア２２の下方にウォームホイール３１を容易に配置することができる。その結果、車両駆動装置１００が高さ方向に大型化することを防止できる。

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）車両駆動装置１００は、上下方向の軸線（第１軸線）ＣＬ１を中心に回転するロータ１１と、ロータ１１の周囲に配置されたステータ１２と、を有する電動機１と、軸線ＣＬ１に沿って延在し、先端部に第１ギア１４を有するとともに、ロータ１１と一体に回転可能に設けられた第１回転軸１３と、軸線ＣＬ１と平行な左右一対の軸線（第２軸線）ＣＬ２に沿って左右方向に互いに離間してそれぞれ立設され、先端部に第１ギア１４に噛合する第２ギア２２をそれぞれ有するとともに、軸線ＣＬ２を中心に回転するウォーム２３がそれぞれ一体に設けられた左右一対の第２回転軸２１と、左右一対の第２回転軸２１のウォーム２３にそれぞれ噛合し、左右方向の軸線（第３軸線）ＣＬ３を中心に回転可能に設けられた左右一対のウォームホイール３１と、左右一対のウォームホイール３１からのトルクがそれぞれ入力される左右一対の駆動軸４５と、を備える（図１，２）。

この構成により、車両駆動装置１００を高さ方向に大型化することなく、上下方向の軸線ＣＬ１を中心に回転する電動機１のトルクを、十分な減速比を得ながら左右方向の軸線ＣＬ３を中心に回転するウォームホイール３１に伝達することができ、車両を大トルクで走行させることができる。したがって、高さ方向が限られた車両の所定空間に、車両駆動装置１００を容易に配置することができる。すなわち、電動機１のトルクを、第２回転軸２１の先端部に設けた第２ギア２２およびウォームギア２３を介してウォームホイール３１に伝達するため、車両駆動装置１００を高さ方向に拡大せずに第２ギア２２を大径化することができ、大トルクを容易に伝達できる。また、電動機１のトルクをウォームギア２３を介して左右のウォームホイール３１に分配するため、ウォームホイール３１を大径化することなく、大トルクを容易に伝達できる。

（２）車両駆動装置１００は、左右一対のウォームホイール３１にそれぞれ内蔵され、左右一対のウォームホイール３１からの動力をそれぞれ左右一対の駆動軸４５に伝達する左右一対の第１遊星歯車機構４と、車両の旋回時における左右一対の駆動軸４５の速度差を吸収する速度差吸収装置１０１と、をさらに備える（図２）。これによりウォームホイール３１の回転を変速して駆動軸４５に伝達することができるとともに、良好な旋回走行を実現できる。

（３）左右一対の第１遊星歯車機構４は、左右一対のウォームホイール３１にそれぞれ接続された左右一対のリングギア４２と、左右一対の駆動軸４５にそれぞれ接続された左右一対のキャリア４４と、左右一対のサンギア４１と、を有する（図２）。速度差吸収装置１０１は、左右一対のサンギア４１の間に直列に介装された電動機５およびダブルピニオン式の第２遊星歯車機構６と、電動機５を制御するコントローラ８と、を有する。これにより電動機５の駆動に応じて左右の駆動軸４５に適切に回転数差を生じさせることができる。また、ダブルピニオン式の第２遊星歯車機構６を用いることで、左右一対のサイドギアや一対のピニオンギア等を有する差動機構を用いる場合に比べ、装置全体を小型化できる。

（４）第２遊星歯車機構６は、回転不能に設けられたリングギア６２と、左右一対のサンギア４１のいずれか一方に接続されたキャリア６５と、電動機５の回転軸５１ａに接続されたサンギア６１と、を有する（図２）。第２遊星歯車機構６のリングギア６２の歯数は、第２遊星歯車機構６のサンギア６１の歯数の２倍である。これにより、第２遊星歯車機構６の左右の回転軸（サンギア６１、キャリア６５）の回転数を互いに等しく、かつ、回転方向を互いに反対にすることができる。したがって、左右の旋回特性に差を生じさせることなく、良好な旋回特性が得られる。

なお、上記実施形態では、第１ギア１４を電動機１の上方に配置したが、電動機の下方に第１ギアを配置してもよい。この場合、第２回転軸２１の下端部に第１ギアに噛合するように左右一対の第２ギアを設ければよい。上記実施形態では、第１回転軸１３の斜め前方に左右一対の第２回転軸２１を配置したが、第１回転軸の斜め後方に第２回転軸を配置するようにしてもよい。したがって、ウォームホイール３１の配置も上述したものに限らない。上記実施形態では、電動機５と第２遊星歯車機構６とコントローラ（制御部）８等により速度差吸収装置１０１を構成したが、車両の旋回時における左右一対の駆動軸の速度差を吸収するのであれば、速度差吸収装置の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態では、電動機５の右側に第２遊星歯車機構６を配置したが、電動機の左側に第２遊星歯車機構を配置してもよい。第２遊星歯車機構６のサンギア６１とキャリア６５の配置を左右反転するようにしてもよい。上記実施形態では、電動機５の回転軸５ａに第１遊星歯車機構４のサンギア４１を接続するようにしたが、電動機５に減速機を取り付け、減速機を介して第１遊星歯車機構に接続するようにしてもよい。第２遊星歯車機構６のサンギア６１またはキャリア６５にクラッチを設け、旋回走行中にクラッチを接続し、直進走行中にクラッチを切断するようにしてもよい。これにより直進走行中における電動機５の発熱を低減することができる。

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、４第１遊星歯車機構、５電動機、６第２遊星歯車機構、８コントローラ、１１ロータ、１２ステータ、１３第１回転軸、１４第１ギア、２１第２回転軸、２２第２ギア、２３ウォーム、３１ウォームホイール、４１サンギア、４２リングギア、４４キャリア、６１サンギア、６２リングギア、６５キャリア、１００車両駆動装置、１０１速度差吸収装置

Claims

上下方向の第１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、
前記第１軸線に沿って延在し、先端部に第１ギアを有するとともに、前記ロータと一体に回転可能に設けられた第１回転軸と、
前記第１軸線と平行な左右一対の第２軸線に沿って左右方向に互いに離間してそれぞれ立設され、先端部に前記第１ギアに噛合する第２ギアをそれぞれ有するとともに、前記第２軸線を中心に回転するウォームがそれぞれ一体に設けられた左右一対の第２回転軸と、
前記左右一対の第２回転軸の前記ウォームにそれぞれ噛合し、左右方向の第３軸線を中心に回転可能に設けられた左右一対のウォームホイールと、
前記左右一対のウォームホイールからのトルクがそれぞれ入力される左右一対の駆動軸と、を備えることを特徴とする車両駆動装置。
請求項１に記載の車両駆動装置において、
前記左右一対のウォームホイールにそれぞれ内蔵され、前記左右一対のウォームホイールからの動力をそれぞれ前記左右一対の駆動軸に伝達する左右一対の遊星歯車機構と、
車両の旋回時における前記左右一対の駆動軸の速度差を吸収する速度差吸収装置と、をさらに備えることを特徴とする車両駆動装置。
請求項２に記載の車両駆動装置において、
前記電動機は第１電動機であり、
前記左右一対の遊星歯車機構は、前記左右一対のウォームホイールにそれぞれ接続された左右一対のリングギアと、前記左右一対の駆動軸にそれぞれ接続された左右一対のキャリアと、左右一対のサンギアと、を有する左右一対のシングルピニオン式の第１遊星歯車機構であり、
前記速度差吸収装置は、前記左右一対のサンギアの間に直列に介装された第２電動機およびダブルピニオン式の第２遊星歯車機構と、前記第２電動機を制御する制御部と、を有することを特徴とする車両駆動装置。
請求項３に記載の車両駆動装置において、
前記第２遊星歯車機構は、回転不能に設けられたリングギアと、前記左右一対のサンギアのいずれか一方に接続されたキャリアと、前記第２電動機の回転軸に接続されたサンギアと、を有し、
前記第２遊星歯車機構の前記リングギアの歯数は、前記第２遊星歯車機構の前記サンギアの歯数の２倍であることを特徴とする車両駆動装置。