JP7002391B2 - 車両用電動駆動ユニット - Google Patents

Description

本発明は、電動機を駆動源とする車両に搭載される電動駆動ユニットに関する。

例えば、電動車両（ＥＶ車両）には電動駆動ユニットが設けられているが、この電動駆動ユニットは、電動機（モータ・ジェネレータ）のロータ軸の回転を減速機構とディファレンシャル装置を経て左右の出力軸へと伝達するものである。

斯かる電動駆動ユニットには、減速機構として遊星ギヤ機構を用いるもの（以下、「プラネタリ構造を有する電動駆動ユニット」と称する）や、ロータ軸に対して平行に配置された１つのカウンタ軸に大小異径の複数の減速ギヤを設けたもの（以下、「平行軸構造を有する電動駆動ユニット」と称する）などがある。

ところが、プラネタリ構造を有する電動駆動ユニットにおいては、遊星ギヤ機構とディファレンシャル装置とが同軸上に配置されるため、全幅が拡大して当該電動駆動ユニットが大型化するという問題がある。

また、平行軸構造を有する電動駆動ユニットにおいては、プラネタリ構造を有する電動駆動ユニットに対して全幅を縮小することができる反面、全長または全高のいずれかが大きくなって当該電動駆動ユニットが大型化するという問題がある。

ところで、特許文献１，２には、車両の変速装置において一対のカウンタ軸を平行に配置し、各カウンタ軸に複数の変速ギヤを設ける構成（以下、「ツインカウンタ構造」と称する）が開示されている。

特許第２７６２２７４号公報 特許第３６３９９３３号公報

しかしながら、特許文献１，２には、車両の変速装置におけるツインカウンタ構造は開示されているが、ディファレンシャル装置を含む電動駆動ユニットにおいてツインカウンタ構造を採用する構成は開示されていない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、プラネタリ構造と平行軸構造のそれぞれのメリットを抽出して小型化を実現することができる車両用電動機ユニットを提供することにある。

ところで、従来の車両用電動駆動ユニットの潤滑に関しては、オイルポンプによって潤滑用のオイルを各部に供給して各部の潤滑に供する強制潤滑方式や、当該電動駆動ユニットを収容するケース内の底部に溜まるオイルをギヤの回転によって掻き揚げて軸受などの潤滑に供する方式が採用されている。

しかしながら、上記強制潤滑方式によれば、オイルポンプが必要であるとともに、このオイルポンプを駆動するための動力が必要となる。また、ケース内の底部に溜められたオイルをギヤによって掻き揚げる潤滑方式においては、オイルを掻き揚げに必要な量だけ溜めておく必要があるためにケース内の油面が高くなり、ギヤによるオイルの攪拌抵抗が大きくなって動力損失が増えるという問題もある。

したがって、本発明の他の目的は、オイルポンプを省略して部品点数の削減とコストダウンを図るとともに、オイルの攪拌抵抗による動力損失を小さく抑えることができる車両用電動駆動ユニットを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、電動機（３）のロータ軸（４）の回転を減速機構（Ｔ）とディファレンシャル装置（Ｄ）を経て左右の出力軸（１０Ｌ，１０Ｒ）へと伝達する車両用電動駆動ユニット（１）であって、前記減速機構（Ｔ）を、前記ロータ軸（４）に対して平行に配置された一対のカウンタ軸（１４）と、各カウンタ軸（１４）にそれぞれ設けられた大小異径の複数の減速ギヤ（１５，１６）を含んで構成したことを特徴とする。

本発明にかかる車両用電動駆動ユニットによれば、減速機構に一対のカウンタ軸を配置してなるツインカウンタ構造を採用したため、プラネタリ構造と平行軸構造のそれぞれのメリットを抽出して幅寸法や高さ寸法を縮小することができ、結果的に当該車両用電動駆動ユニットの小型化を実現することができる。

ここで、前記減速機構（Ｔ）は、前記ロータ軸（４）に設けられて前記減速ギヤ（１５，１６）の大径側の減速ギヤ（１５）に噛合するピニオンギヤ（８）と、前記ディファレンシャル装置（Ｄ）のデフケース（１９）に設けられて前記減速ギヤ（１５，１６）の小径側の減速ギヤ（１６）に噛合するリングギヤ（２０）を備えている。

また、本発明では、前記ディファレンシャル装置（Ｄ）を、前記ロータ軸（４）に対して同軸で、かつ、一対の前記カウンタ軸（１４）の間に配置する。これによれば、ディファレンシャル装置をコンパクトに収容することができる。

また、本発明では、一対の前記カウンタ軸（１４）を、各軸心が前記ロータ軸（４）の軸心を通る斜めの平面上に位置するよう水平面に対して斜めに配置し、下方に位置する一方のカウンタ軸（１４）の上方にオイルタンク（２７）を配置してもよい。

また、本発明では、前記オイルタンク（２７）の側面に、前記減速ギヤ（１５，１６）の大径側の減速ギヤ（１５）が掻き揚げたオイルを導入するためのオイル導入口（２７ａ）を形成し、同オイルタンク（２７）の底面に、当該オイルタンク（２７）に貯留されたオイルを排出するためのオイル排出口（２７ｂ）を形成してもよい。

したがって、本発明によれば、下方に位置するカウンタ軸の上方に形成される空間にオイルタンクを配置し、下方のカウンタ軸に設けられた大径側の減速ギヤによって掻き揚げられるオイルをオイルタンクに貯留し、このオイルタンクに貯留されたオイルをカウンタ軸を回転可能に支持する軸受に滴下させて該軸受の潤滑に供することができる。このため、強制潤滑用のオイルポンプが不要となり、部品点数の削減とコストダウンを図ることができる。そして、オイルタンクに潤滑に必要なオイルの一部を貯留することができるため、例えば、ハウジング内の底部に溜めておくオイルの量が少なくて済む。この結果、オイルの油面の高さを低く抑えることができ、減速ギヤによるオイルの攪拌抵抗による動力損失を小さく抑えることができる。

本発明によれば、プラネタリ構造と平行軸構造のそれぞれのメリットを抽出して車両用電動駆動ユニットの小型化を実現することができる。また、オイルポンプを省略して部品点数の削減とコストダウンを図るとともに、オイルの攪拌抵抗による動力損失を小さく抑えることができる。

本発明にかかる車両用電動駆動ユニットの断面図（図２のＢ－Ｂ線断面図）である。 本発明にかかる車両用電動駆動ユニットのギヤケース内を内側から見た図（図１のＡ－Ａ線矢視図）である。 本発明にかかる車両用電動駆動ユニットを反電動機側から見た透視的斜視図である。 本発明にかかる車両用電動駆動ユニットを斜め側方から見た透視的斜視図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明にかかる車両用電動駆動ユニットの断面図（図２のＢ－Ｂ線断面図）、図２は同車両用電動駆動ユニットのギヤケース内を内側から見た図（図１のＡ－Ａ線矢視図）、図３は同車両用電動駆動ユニットを反電動機側から見た透視的斜視図、図４は同車両用電動駆動ユニットを斜め側方から見た透視的斜視図である。

本発明にかかる車両用電動駆動ユニット１は、不図示の電動車両（ＥＶ車両）に搭載されるものであって、図１に示すように、有底筒状のモータケース２Ａとギヤケース２Ｂとを一体化して成るハウジング２のモータケース２Ａ内に駆動源である電動機（モータ・ジェネレータ）３を収容し、ギヤケース２Ｂ内に減速機構Ｔとディファレンシャル装置（差動装置）Ｄを収容して構成されている。

上記電動機３は、本実施の形態では３相のブラシレスモータで構成されており、モータケース２Ａ内に回転可能に収容された中空のロータ３ａと、該ロータ３ａの周囲に配置されてモータケース２Ａの内周に固定されたリング状のステータ３ｂを備えている。ここで、ロータ３ａには、複数の不図示の永久磁石が内蔵されており、ステータ３ｂには、３相分のコイル３ｂ１が巻装されている。そして、図１に示すように、電動機３のロータ３ａの軸中心には、車幅方向（図１の左右方向）に長い円筒状のロータ軸４が挿通固着されており、このロータ軸４は、ロータ３ａと一体に回転する。ここで、ロータ軸４の長手方向一端（図１の左端）は、軸受（ボールベアリング）５によってモータケース２Ａに回転可能に支持されており、長手方向他端（図１の右端）は、リング状のホルダ６に保持された軸受（ボールベアリング）７によってモータケース２Ａに回転可能に支持されている。そして、ロータ軸４のギヤケース２Ｂ内に臨む軸方向端部（図１の右端部）には、小径のピニオンギヤ８が一体に形成されている。なお、ホルダ６は、複数本のボルト（図１には１本のみ図示）９によってモータケース２Ａに取り付けられている。

上記ロータ軸４の内部には、車幅方向に同軸に配された左右の出力軸１０Ｌ，１０Ｒのうちの一方（左側）の出力軸１０Ｌが同軸かつ回転可能に挿通しており、この出力軸１０Ｌの軸方向一端（図１の左端）は、軸受（ボールベアリング）１１によってモータケース２Ａに回転可能に支持されている。なお、この出力軸１０Ｌのモータケース２Ａ外へと延出する部分の端部には、カップリング１２を介して不図示の車軸が連結されており、他方（右側）の出力軸１０Ｒのギヤケース２Ｂ外へと延出する部分の端部にはカップリング１３を介して不図示の車軸が連結されている。そして、左右の車軸の各端部には、不図示の駆動輪がそれぞれ取り付けられている。

前記減速機構Ｔは、ギヤケース２Ｂ内においてロータ軸４と左右の出力軸１０Ｌ，１０Ｒに対して平行に配置された一対のカウンタ軸１４と、各カウンタ軸１４に一体に形成された大小異径の減速ギヤ１５，１６を含んでツインカウンタ構造を構成している。ここで、各カウンタ軸１４は、その軸方向一端（図１の左端）が前記ホルダ６に保持された軸受（ボールベアリング）１７によってモータケース２Ａに回転可能に支持され、軸方向他端（図１の右端）は、軸受（ニードルベアリング）１８によってギヤケース２Ｂに回転可能に支持されている。

中空状の各カウンタ軸１４の軸受（ボーリベアリング）１７に近い部分には、大径側の前記減速ギヤ１５がそれぞれ一体に形成され、軸受（ニードルベアリング）１８に近い部分には、小径側の前記減速ギヤ１６がそれぞれ一体に形成されている。そして、各カウンタ軸１４に形成された大径側のギヤ１５は、ロータ軸４の端部に形成された前記ピニオンギヤ８にそれぞれ噛合しており、これらのピニオンギヤ８と大径側の減速ギヤ１５は、１段目の減速ギヤ列を構成している。また、各カウンタ軸１４に形成された小径側の減速ギヤ１６は、ディファレンシャル装置Ｄの回転可能なデフケース１９に取り付けられた大径のリングギヤ２０に噛合しており、これらの小径側の減速ギヤ１６とリングギヤ２０は、２段目の減速ギヤ列を構成している。なお、本実施の形態では、ロータ軸４に形成されたピニオンギヤ８とこれに噛合する各カウンタ軸１４の大径側の減速ギヤ１５は、平歯車で構成されており、各カウンタ軸１４の小径側の減速ギヤ１６とこれらに噛合するリングギヤ２０は、はすば歯車で構成されている。

そして、本実施の形態では、ギヤケース２Ｂ内でツインカウンタ構造を構成する一対のカウンタ軸１４の間に、ディファレンシャル装置Ｄがロータ軸４および左右の出力軸１０Ｌ，１０Ｒと同軸に配置されている。ここで、ディファレンシャル装置Ｄは、左右の出力軸１０Ｌ，１０Ｒの軸心回りに回転可能な球殻状の前記デフケース１９を備えており、このデフケース１９は、その左右の軸挿通部１９Ａ，１９Ｂの外周が軸受（ボールベアリング）２１，２２によってギヤケース２Ｂに回転可能に支持されている。そして、このデフケース１９の外周に前記リングギヤ２０が複数本のボルト（図１には２本のみ図示）２３によって取り付けられている。

上記デフケース１９の中心部には、ピニオン軸２４が出力軸１０Ｌ，１０Ｒの軸中心と直交する方向(図１の上下方向)に挿通固着されており、デフケース１９の内部には、ピニオン軸２４によって回転可能に支持された一対のピニオンギヤ（ベベルギヤ）２５と、各ピニオンギヤ２５にそれぞれ噛合して出力軸１０Ｌ，１０Ｒの軸中心回りに回転可能に支持された一対のサイドギヤ２６が収容されている。ここで、一対のピニオンギヤ２５は、デフケース１９内において図１の上下に配置されており、一対のサイドギヤ２６は、ピニオン軸２４を挟んでこれの左右に配置されている。

そして、デフケース１９の左右の軸挿通部１９Ａ，１９Ｂには、左右の出力軸１０Ｌ，１０Ｒの端部がそれぞれ挿通してデフケース１９内に臨んでおり、これらの出力軸１０Ｌ，１０Ｒの各端部には、デフケース１９内の一対の各サイドギヤ２６がスプライン嵌合によって結着されている。

ところで、本実施の形態においては、図２に示すように、ツインカウンタ構造を構成する一対のカウンタ軸１４は、各軸心がロータ軸４および出力軸１０Ｌ，１０Ｒの軸心を通る斜めの平面上に位置するよう水平面に対して図示の角度θ（本実施の形態では、２５°）だけ傾斜するよう斜めに配置されている。このため、ギヤケース２Ｂ内においては、下方に位置する一方（図２の右側）のカウンタ軸１４の上方には空間が形成されることになる。

そこで、本実施の形態では、図３および図４に示すように、ギヤケース２Ｂ内の下方に位置するカウンタ軸１４の上方に形成される空間にオイルタンク２７を配置している。このオイルタンク２７は、密閉型のタンクであって、下方に位置するカウンタ軸１４に形成された大径の減速ギヤ１５に対向する側面には、減速ギヤ１５が掻き揚げたオイルを導入するためのオイル導入口２７ａが形成されており、同オイルタンク２７の底面には、当該オイルタンク２７に貯留されたオイルを軸受（ニードルベアリング）１８に向けて排出するためのオイル排出口２７ｂが形成されている。尚、ハウジング２内の底部には、図４に示すレベルまでオイルが貯留されている。

次に、以上のように構成された車両用電動駆動ユニット１の作用について説明する。

ＥＶ車両の走行に際して不図示のバッテリから電動機３に給電されて該電動機３が起動されると、ロータ３ａがロータ軸４と共に回転し、ロータ軸４の回転は、減速機構Ｔによって減速されてディファレンシャル装置Ｄへと伝達される。より詳細には、ロータ軸４の回転は、１段目の減速ギヤ群を構成するロータ軸４のピニオンギヤ８とこれに噛合する一対の各カウンタ１４の大径側の減速ギヤ１５によって減速されて各カウンタ軸１４にそれぞれ伝達される。すると、各カウンタ軸１４が所定の速度で回転し、その回転は、２段減速ギヤ群を構成する各カウンタ軸１４の小径側の減速ギヤ１６とこれに噛合するリングギヤ２０によって減速されてディファレンシャル装置Ｄのデフケース１９に伝達されるため、このデフケース１９が所定の速度で回転する。なお、本実施の形態では、前述のように各カウンタ軸１４の小径側の減速ギヤ１６とこれに噛合するリングギヤ２０をはすば歯車で構成したため、これらの減速ギヤ１６とリングギヤ２０との噛み合いで発生する軸方向のスラスト力が互いに相殺される。このため、デフケース１９をギヤケース２Ｂに対して回転可能に支持する軸受２１，２２に高価なスラストベアリングを使用する必要がなく、これらの軸受２１，２２には安価なジャーナル軸受であるボールベアリングを使用することができる。

前述のように、電動機３のロータ３ａと共に回転するロータ軸４の回転が減速機構Ｔによって２段減速されてディファレンシャル装置Ｄのデフケース１９に伝達され、該デフケース１９が所定の速度で回転すると、その回転は、左右の出力軸１０Ｌ，１０Ｒに分配されて伝達され、左右の出力軸１０Ｌ，１０Ｒとこれらにそれぞれ連結された車軸を経て左右の駆動輪に伝達されるため、左右の駆動輪が所定の速度で回転駆動されてＥＶ車両が路面上を走行する。

なお、ディファレンシャル装置Ｄにおいては、ＥＶ車両が直進走行する場合には、左右の駆動輪が路面から受ける抵抗が等しいため、デフケース１９と共に一対のピニオンギヤ２５が公転して左右一対のサイドギヤ２６と出力軸１０Ｌ，１０Ｒに回転動力を分配してそれぞれ伝達する。このとき、一対のピニオンギヤ２５は、回転（自転）しない。

これに対して、ＥＶ車両が旋回するコーナリング時には、左右の各駆動輪が路面から受ける抵抗に差（左右の駆動輪の移動距離の差）が発生するため、一対のピニオンギヤ２５が自転して一方のサイドギヤ２６の回転速度を他方のサイドギヤ２６の回転速度よりも速くしてＥＶ車両のコーナリングをスムーズに行いながら左右の出力軸１０Ｌ，１０Ｒに回転動力を分配してそれぞれ伝達する。

ところで、一対のカウンタ軸１４が回転すると、下方に配置されたカウンタ軸（図２および図３の右側、図４の手前側のカウンタ軸）１４に形成された大径側の減速ギヤ１５が回転し、ハウジング２内の底部に貯留されているオイルが減速ギヤ１５によって掻き揚げられる。そして、この掻き揚げられたオイルの一部は、図３および図４に示すオイルタンク２７に形成されたオイル導入口２７ａから該オイルタンク２７内に導入されて貯留され、他のオイルは、反対側のカウンタ軸１４方向へと飛翔する。

すると、オイルタンク２７内に貯留されるオイルは、オイルタンク２７の底面に形成されたオイル排出口２７ｂ（図３および図４参照）から軸受（ニードルベアリング）１８に向かって滴下して軸受（ニードルベアリング）１８の潤滑と冷却に供される。また、高さの高い他側のカウンタ軸１４に向かって飛翔するオイルは、該他側のカウンタ軸１４を回転可能に支持する他方の軸受（ニードルベアリング）１８の潤滑と冷却に供される。

以上のように、本実施の形態にかかる車両用電動駆動ユニット１においては、減速機構Ｔに一対のカウンタ軸１４を配置してなるツインカウンタ構造を採用したため、プラネタリ構造と平行軸構造のそれぞれのメリットを抽出して幅寸法や高さ寸法を縮小することができ、結果的に当該車両用電動駆動ユニット１の小型化を実現することができる。特に、本実施の形態では、一対のカウンタ軸１４をロータ軸４と出力軸１０Ｌ，１０Ｒを中心として点対称に斜め上下に配置したため、図２に示すように、当該車両用電動駆動ユニット１の全長Ｌと高さＨを小さく抑えることができる。

また、本実施の形態では、ギヤケース２Ｂ内の下方のカウンタ軸１４の上方に形成される空間にオイルタンク２７を配置し、下方のカウンタ軸１４に形成された大径側の減速ギヤ１５によって掻き揚げられるオイルをオイルタンク２７に貯留し、このオイルタンク２７に貯留されたオイルをカウンタ軸１４を回転可能に支持する軸受（ニードルベアリング）１８に滴下させて該軸受１８の潤滑と冷却に供するようにしたため、強制潤滑用のオイルポンプが不要となり、部品点数の削減とコストダウンを図ることができる。そして、オイルタンク２７に潤滑に必要なオイルの一部を貯留することができるため、ハウジング２内の底部にオイルバスとして溜めておくオイルの量が少なくて済む。この結果、オイルの油面の高さを低く抑えることができ、カウンタ軸１４の大径側の減速ギヤ１５によるオイルの攪拌抵抗による動力損失を小さく抑えることができる。

その他、本実施の形態では、ディファレンシャル装置Ｄを、ロータ軸４および出力軸１０Ｌ，１０Ｒに対して同軸で、かつ、一対のカウンタ軸１４の間に配置したため、このディファレンシャル装置Ｄをスペースを有効に利用してコンパクトに配置することができる。

なお、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

１ 車両用電動駆動ユニット
２ ハウジング
３ 電動機
４ ロータ軸
８ ピニオンギヤ
１０Ｌ，１０Ｒ 出力軸
１４ カウンタ軸
１５ 大径側の減速ギヤ
１６ 小径側の減速ギヤ
１８ 軸受（ニードルベアリング）
１９ デフケース
２０ リングギヤ
２７ オイルタンク
２７ａ オイルタンクのオイル導入口
２７ｂ オイルタンクのオイル排出口
Ｄ ディファレンシャル装置
Ｔ 減速機構

Claims (5)

1. 電動機のロータ軸の回転を減速機構とディファレンシャル装置を経て左右の出力軸へと伝達する車両用電動駆動ユニットであって、
   前記減速機構を、前記ロータ軸に対して平行に配置された一対のカウンタ軸と、各カウンタ軸にそれぞれ設けられた大小異径の複数の減速ギヤを含んで構成し、
   一対の前記カウンタ軸を、各軸心が前記ロータ軸の軸心を通る斜めの平面上に位置するよう水平面に対して斜めに配置し、下方に位置する一方のカウンタ軸の上方に形成される空間にオイルタンクを配置し、前記オイルタンクの底面に、当該オイルタンクに貯留されたオイルを前記カウンタ軸を支持する軸受に向けて排出するためのオイル排出口を形成した、
   ことを特徴とする車両用電動駆動ユニット。
2. 前記減速機構は、前記ロータ軸に設けられて前記減速ギヤの大径側の減速ギヤに噛合するピニオンギヤと、前記ディファレンシャル装置のデフケースに設けられて前記減速ギヤの小径側の減速ギヤに噛合するリングギヤを備えていることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動駆動ユニット。
3. 前記ディファレンシャル装置を、前記リングギヤによって画定される、前記リングギヤの径方向内側の空間を貫通させるように配置したことを特徴とする請求項２に記載の車両用電動駆動ユニット。
4. 前記ディファレンシャル装置を、前記ロータ軸に対して同軸で、かつ、一対の前記カウンタ軸の間に配置したことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の車両用電動駆動ユニット。
5. 前記オイルタンクの側面に、前記減速ギヤの大径側の減速ギヤが掻き揚げたオイルを導入するためのオイル導入口を形成したことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載
   の車両用電動駆動ユニット。

Images