(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、ディファレンシャル装置と、モータの動力をディファレンシャル装置に伝達するカウンタギヤ機構とを備える電気自動車用駆動装置において、
前記ディファレンシャル装置は、モータの軸方向一端に隣接させて、モータと径方向にオーバラップさせて配置され、
ディファレンシャル装置を車両のアクスル軸に連結する一方のユニバーサルジョイントは、モータを挟んでディファレンシャル装置とは反対側のモータの軸方向他端外方に配置され、
前記カウンタギヤ機構は、ディファレンシャル装置を挟んでモータとは反対側の軸方向位置に配置されたことを特徴とする電気自動車用駆動装置。
【請求項２】
前記カウンタギヤ機構のカウンタ軸は、該カウンタ軸とモータ軸とを結ぶ線及びカウンタ軸とディファレンシャル装置のドライブシャフトとを結ぶ線の交点のなす角度が実質上直角となる位置に配置された、請求項１記載の電気自動車用駆動装置。
【請求項３】
前記モータの軸方向他端外方に配設されたユニバーサルジョイントに連結するドライブシャフトは、実質上モータの軸方向長さに対応する延長軸とされた、請求項１又は２記載の電気自動車用駆動装置。
【請求項４】
前記モータは、ディファレンシャル装置のドライブシャフトの上方に配置された、請求項１〜３のいずれか１項記載の電気自動車用駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車用駆動装置に関し、特に、モータと、その動力を車輪へ伝達するトランスアクスルとを組み合わせた電気自動車用駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車用駆動装置の一形態として、モータとトランスアクスルとを組み合わせ、モータの動力をリダクションギヤを兼ねるカウンタギヤ機構を経てディファレンシャル装置に伝達して、それに連なるアクスル軸を駆動すべく、モータ軸を第１軸、カウンタギヤ軸を第２軸、そしてディファレンシャル装置の出力軸（本明細書を通じてドライブシャフトという）を第３軸上に配した３軸方式の駆動装置がある。こうしたモータとトランスアクスルとを組み合わせた方式の駆動装置では、ディファレンシャル装置の左右に隣接して外径の大きなユニバーサルジョイントが配されるため、モータとそれらジョイントとの干渉を避ける配置となり、モータ軸とドライブシャフトとの軸間距離を短くすることは困難である。したがってモータとディファレンシャル装置を水平方向に並べて配した構成を採ると、駆動装置の前後方向寸法は大きなものとなる。
【０００３】
ところで、通常のエンジン車と同様に電気自動車においても、駆動装置が搭載される車両の前方、すなわちモータルーム内に十分な緩衝スペースを確保することが重要であり、駆動装置の前後方向寸法のコンパクト性が要求される。こうした要求に適する配置として、米国特許第５２９５４１３号明細書に開示の技術の配置があり、この技術では、モータとディファレンシャル装置とをカウンタギヤ機構を挟んで上下方向に配置した構成が採られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の構成を採る場合、モータとユニバーサルジョイントとの外径寸法上の干渉を避けるだけでなく、アクスル軸の上下動に伴うジョイントの可動スペースを確保しなければならず、モータ軸とドライブシャフトとの軸間距離は、水平配置の場合より更に長く採らなければならず、駆動装置の上下方向寸法は大きなものとなる。したがって、こうしたモータとディファレンシャル装置とを上下配置とした駆動装置では、車両のモータルームの高さを下げようとすると最低地上高を確保するのが困難となる。
【０００５】
そこで、本発明は、モータとトランスアクスルとを組み合わせた駆動装置において、モータとユニバーサルジョイントとの干渉を避けながら、装置全体の径方向の外形を可能な限りコンパクト化するとともに、駆動装置をコンパクト化することに伴うユニバーサルジョイント間の間隔の増加を可及的に小さくした電気自動車用駆動装置を提供することを第１の目的とする。
【０００６】
次に、本発明は、カウンタギヤ機構のカウンタ軸にかかるモーメント及び軸支持部にかかる負荷を軽減し、カウンタギヤ機構を小型化しつつギヤノイズを低減することを第２の目的とする。
【０００８】
更に、本発明は、駆動装置に対するユニバーサルジョイントの左右位置の対称性を確保することを第３の目的とする。
【０００９】
そして、本発明は、特に車載状態での駆動装置の前後方向寸法をコンパクト化することを第４の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
モータと、ディファレンシャル装置と、モータの動力をディファレンシャル装置に伝達するカウンタギヤ機構とを備える電気自動車用駆動装置において、前記ディファレンシャル装置は、モータの軸方向一端に隣接させて、モータと径方向にオーバラップさせて配置され、ディファレンシャル装置を車両のアクスル軸に連結する一方のユニバーサルジョイントは、モータを挟んでディファレンシャル装置とは反対側のモータの軸方向他端外方に配置され、前記カウンタギヤ機構は、ディファレンシャル装置を挟んでモータとは反対側の軸方向位置に配置されたことを特徴とする。
【００１１】
また、上記第２の目的を達成するため、前記カウンタギヤ機構のカウンタ軸は、該カウンタ軸とモータ軸とを結ぶ線及びカウンタ軸とディファレンシャル装置のドライブシャフトとを結ぶ線の交点のなす角度が実質上直角となる位置に配置された構成とされる。
【００１３】
また、上記第３の目的を達成するため、前記モータの軸方向他端外方に配設されたユニバーサルジョイントに連結するドライブシャフトは、実質上モータの軸方向長さに対応する延長軸とされる。
【００１４】
更に、上記第４の目的を達成するため、前記モータは、ディファレンシャル装置のドライブシャフトの上方に配置される。
【００１５】
【発明の作用及び効果】
上記請求項１に記載の構成では、駆動装置中において、モータとディファレンシャル装置とを径方向に接近させる妨げとなっていたユニバーサルジョイントをモータの軸方向他端外方に配置することで、モータとディファレンシャル装置とをユニバーサルジョイントとの干渉を防ぎながら径方向にラップさせた配置を実現しているので、駆動装置全体の外径寸法を可及的に小さくしてコンパクト化することができる。また、モータとディファレンシャル装置とをそれらの径方向のみならず、軸方向に最も接近させて配置することができるため、それらの両端に配設されるユニバーサルジョイント間の距離の増加を最小限に抑えることができる。
【００１６】
次に、請求項２に記載の構成では、カウンタギヤ機構のカウンタ軸に生じる該軸を傾斜させようとするモーメント及びその該軸の支持部にかかる負荷が最も軽減される角度位置にカウンタギヤ機構を配置しているので、カウンタ軸の支持部をコンパクト化することができ、しかも、カウンタ軸の傾きが小さくなることで、ギヤノイズを低減することができる。
【００１８】
更に、請求項３に記載の構成では、駆動装置の両軸方向端部に、ディファレンシャル装置をアクスル軸に連結するユニバーサルジョイントを対称に位置させることができ、それにより駆動装置を車両中央部に搭載したうえで、トルクステア等の影響を低減でき、車両の操縦安定性を確保することができる。
【００１９】
また、請求項４に記載の構成では、駆動装置全体の外径を小さくすることで車載状態での駆動装置の高さを低減しながら、特に前後方向寸法をコンパクト化することができるため、車両のモータルーム内において、駆動装置の前方に十分な緩衝スペースを確保することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿い、本発明の実施形態を説明する。まず図１及び図２は、本発明の第１実施形態を示す。この装置の概略構成から説明すると、図１に軸方向断面を展開して示すように、この駆動装置は、モータＭと、ディファレンシャル装置Ｇｄと、モータＭの動力をディファレンシャル装置Ｇｄに伝達するカウンタギヤ機構Ｇｃとを備える。ディファレンシャル装置Ｇｄは、モータＭの軸方向一端に隣接させて、モータＭと径方向にオーバラップさせて配設され、ディファレンシャル装置Ｇｄを車両のアクスル軸に連結する一方のユニバーサルジョイントＪＲは、モータＭを挟んでディファレンシャル装置Ｇｄとは反対側の軸方向端部の外方に配設されている。カウンタギヤ機構Ｇｃは、ディファレンシャル装置Ｇｄを挟んでモータＭとは反対側の軸方向位置に配置されている。
【００２１】
図２に実際の側面を示すように、モータＭは、ディファレンシャル装置Ｇｄのドライブシャフト８５の上方（厳密には、この形態において斜め上方）に配置され、カウンタギヤ機構Ｇｃのカウンタ軸７０は、モータ軸３０とドライブシャフト８５とを結ぶ線より前方（図２において左側）に配置されている。そして、カウンタギヤ機構Ｇｃのカウンタ軸７０は、カウンタ軸７０とモータ軸３０とを結ぶ線及びカウンタ軸７０とディファレンシャル装置Ｇｄのドライブシャフト８５とを結ぶ線の交点のなす角度が実質上直角（厳密には、この形態において直角より若干鋭角）となる位置に配設されている。
【００２２】
以下、上記駆動装置の各部について順を追って更に詳しく説明する。図１に示すように、モータＭ及びカウンタギヤ機構Ｇｃとディファレンシャル装置Ｇｄからなるトランスアクスルは、共通のケース１０内に収納されており、ケース１０は、ケース本体１０Ａとリヤケース１０Ｂとフロントケース１０Ｃとで構成される。そして、ケース本体１０Ａは、その内部を隔壁１１で仕切られ、一方の開放端をフロントケース１０Ｃで閉じられて、モータＭを収納するモータ室ｍとされ、他方の開放端をリヤケース１０Ｂで閉じられて、トランスアクスルを収納するギヤ室ｇとされている。
【００２３】
図１に示すように、モータＭは、永久磁石式同期モータとされ、モータ室ｍにおいて、フロントケース１０Ｃに一端をベアリング５１を介して、他端をギヤ軸４０及びベアリング５２を介してケース本体１０Ａの隔壁１１に回転自在に支持されたモータ軸３０と、モータ軸３０上に回り止め嵌合された多数のコア鉄心の外周に、極数に対応する複数の永久磁石が配設されたロータ３と、ケース本体１０Ａに外周をキー止め等で回り止め嵌合され、ロータ３の外周を取り巻く多数のコア鉄心を積層し、そのスロットにコイルを挿通されたステータ２とを備える。なお、図において、符号６はモータ軸３０の一端に取付けられて、図示しないインバータによるモータ制御のために、モータ軸３０の回転から磁極位置を検出するレゾルバを示す。
【００２４】
モータ軸３０の延長上の隔壁を隔てたギヤ室ｇ側には、一端をリヤケース１０Ｂにベアリング５３を介して支持され、他端をケース本体１０Ａの隔壁１１にベアリング５２を介して支持され、スプライン嵌合でモータ軸３０に連結され、モータＭから遠い側に出力歯車４１が一体形成されたギヤ軸４０が、カウンタギヤ機構Ｇｃへの入力手段として設けられている。
【００２５】
ギヤ室ｇに配設されたカウンタギヤ機構Ｇｃは、同様にベアリング５４，５５を介してそれぞれの端部をリヤケース１０Ｂ及びケース本体１０Ａの隔壁１１に支持されたカウンタ軸７０と、カウンタ軸７０の外端側にスプライン嵌合等で回り止め固定されてギヤ軸４０の出力歯車４１に噛み合う大径のカウンタ入力歯車７１と、カウンタ軸７０の内端側に一体に形成された小径のカウンタ出力歯車７２とから構成されている。
【００２６】
また、ギヤ室ｇに配設されたディファレンシャル装置Ｇｄは、デフケース８０と、該ケース８０にピン止め固定された差動軸８２に回転自在に支持されたベベルギヤからなる複数の差動ギヤ８３，８３と、それら差動ギヤ８３，８３に噛み合うベベルギヤからなる一対のサイドギヤ８４Ｌ，  ８４Ｒと、デフケース８０の外端側すなわちモータＭから遠い側にボルト止め固定されて、上記カウンタ出力歯車７２に噛み合うリングギヤ８１とから構成されている。デフケース８０の両端から張り出すケース軸部は、それぞれ左右のベアリング５８，５６を介してリヤケース１０Ｂ及びケース本体１０Ａの隔壁１１に支持されている。そして、デフケース８０内のサイドギヤ８４Ｌ，８４Ｒは、それぞれユニバーサルジョイントＪＬ，ＪＲを介して、車両の図示しない左右のアクスル軸に連結すべく、デフケース８０内に挿入支持された左右のドライブシャフト（図に想像線で示す）８５Ｌ，８５Ｒにスプライン係合で連結され、モータＭのステータ２を軸方向に跨ぐように延長された一方のドライブシャフト８５Ｒの外端側は、ケース本体１０Ａにベアリング５７を介して支持されている。なお、本形態では、両ドライブシャフト８５Ｌ，８５Ｒは、ユニバーサルジョイントＪＬ，ＪＲのアクスル軸側のヨークと対をなすヨークが外端部に一体形成されたヨーク軸として構成されている。
【００２７】
以上の構成からなる駆動装置において、インバータによる制御でモータＭの運転が開始されると、モータ軸３０の回転（図２において反時計回り）は、ギヤ軸４０の出力歯車４１から、カウンタギヤ機構Ｇｃのカウンタ入力歯車７１に伝達されて逆回転（図２において時計回り）となり、カウンタ軸７０及びカウンタ出力歯車７２を経てディファレンシャル装置Ｇｄのリングギヤ８１に伝達され、デフケース８０の回転（図２において時計回り）によるサイドギヤ８４Ｌ，  ８４Ｒの回転がドライブシャフト８５Ｌ，  ８５Ｒから出力され、ユニバーサルジョイントＪＬ，ＪＲとアクスル軸を介して車輪に伝達されて負荷に応じた差動回転が可能な駆動力となるわけである。
【００２８】
ここで、上記の駆動状態において、カウンタ軸７０にかかる荷重について説明する。図３は上記各歯車の位置関係を一般化して模式的に示しており、図ではカウンタ軸上の歯車（本形態におけるカウンタ入力歯車７１及びカウンタ出力歯車７２）と、それらに噛み合う入出力歯車（本形態における出力歯車４１及びリングギヤ８１）との噛み合い部がカウンタ軸７０周りになす角度（以下、実施形態の説明において噛み合い角度という）をαとして示されている。この噛み合い角度とカウンタ軸７０の左右の軸受にかかる軸受荷重との関係を図４、カウンタ軸の傾きとの関係を図５にそれぞれ示す。図４に示すように、左側の軸受にかかる荷重（ＦＢ  ２  ）及び右側の軸受にかかる荷重（ＦＢ  １  ）は、共に噛み合い角度が小さいほど小さくなる特性を有することがわかる。また、図５に示すように、カウンタ軸の傾きは、Ｘ方向（図に実線で示す）、Ｙ方向（図に破線で示す）共に噛み合い角度が９０°のときに最小の値となる特性を有することがわかる。したがって、本形態のように、噛み合い角度が９０°近傍となる位置にカウンタ軸７０を配置することで、軸受荷重とカウンタ軸７０の傾きを共に小さくする設定が可能となる。
【００２９】
上記のような荷重特性及び傾きの特性が生じる理由について更に説明する。図６及び図７はカウンタ軸７０にかかる反力の関係を斜視図と側面図で示しており、これらの図において、記号Ｆｕ１  ，Ｆｕ２  は歯車のピッチ円上における接線力、Ｆｒ１  ，Ｆｒ２  は歯車の圧力角によって発生する半径方向力、Ｆａ１  ，Ｆａ２  は歯車の歯のねじれ角によって発生する軸方向力、ＦＢ  １  ，ＦＢ  ２  は左右の軸支持部にかかる荷重を示す。図に示すように、軸支持部すなわち本形態においてベアリング５４，５５にかかる荷重は、図６に示すＸ軸方向の荷重については、噛み合い角度αが９０°近傍にあることで、接線力Ｆｕ１  と半径方向力Ｆｒ２  によって発生するＹ軸周りのモーメント力が軸方向力Ｆａ２  によって発生するモーメント力によって相殺され、結果的に各ベアリングにかかる荷重が小さくなる。
【００３０】
これに対して、噛み合い角度が大きくなるにしたがって、相対的に大荷重である接線力Ｆｕ２  （Ｆｕ２  は、Ｆｕ１  に対してギヤ７１，７２の径の比で増幅されるため、図６，７に示すように他の荷重に比べて突出している。）のＸ軸方向成分が大きくなり、ベアリング５４，５５にかかる荷重が増加する。なお、Ｙ軸方向の荷重については、Ｘ軸方向に比べると噛み合い角度の変化による荷重の変動は少ない。
【００３１】
また、カウンタ軸７０の傾きについては、大小歯車７１，７２の噛み合い角度を９０°付近に設定することによって、それぞれのベアリング５４，５５にかかる荷重ＦＢ  １  ，ＦＢ  ２  の方向が等しく（厳密にはθが小さく）なるため、ベアリングすなわち支持部のラジアルクリアランスによる負荷時のカウンタ軸７０のねじれ方向の傾きが小さくなり、ギヤの噛み合いの歯面間の片当たりが解消され、更に、カウンタ軸７０がラジアルクリアランスの中で平行移動するのに合わせて、この移動分を予め想定してベアリング５４，５５の中心位置を設定しておくことで、ギヤの噛み合いを理想的な位置で行わせることができ、ギヤノイズの発生を防ぐのに有利となる。
【００３２】
以上、詳述したように、この第１実施形態の駆動装置では、駆動装置中において、モータＭとディファレンシャル装置Ｇｄとを径方向に接近させる妨げとなっていたユニバーサルジョイントＪＲをモータＭの軸方向他端外方に配置することで、モータＭとディファレンシャル装置ＧｄとをユニバーサルジョイントＪＲとの干渉を防ぎながら径方向にラップさせた配置を実現しているので、駆動装置全体の径方向の外形寸法を可及的に小さくしてコンパクト化することができる。しかも、カウンタギヤ機構Ｇｃのカウンタ軸７０及びその支持部にかかる負荷が最も軽減される角度位置にカウンタギヤ機構Ｇｃを配置しているので、カウンタ軸７０の支持部としてのベアリング５４，５５の容量を小さくする機構のコンパクト化を実現しており、しかも、カウンタ軸７０の傾きが小さくすることで、ギヤノイズを低減させている。
【００３３】
更に、モータＭの軸方向他端外方に配設されたユニバーサルジョイントＪＲに連結するドライブシャフト８５Ｒは、実質上モータＭの軸方向長さ（厳密には、ステータ２の長さ）に対応する延長軸とされているため、図１に示す車両中心線Ｓ対して、ディファレンシャル装置Ｇｄをアクスル軸に連結する左右のユニバーサルジョイントＪＬ，ＪＲの軸方向位置Ｌ，Ｒを対称に配置する形態を実現しているので、それにより駆動装置を車両中心線に合わせて搭載したうえで、トルクステア等の影響を低減でき、車両の操縦安定性の確保を可能としている。更に、カウンタギヤ機構Ｇｃをディファレンシャル装置Ｇｄを挟んでモータＭと反対側に配置し、ディファレンシャル装置Ｇｄの構成要素として最も外径の大きなリングギヤ８１をデフケース８０のモータＭから遠い外端側に固定しているので、モータＭとディファレンシャル装置Ｇｄとをそれらの径方向のみならず、軸方向に最も接近させて配置する形態を採り、それらの両端に配設されるユニバーサルジョイントＪＬ，ＪＲ間の距離の増加を最小限に抑えている。また、駆動装置全体の径方向の外形を小さくすることで車載状態での駆動装置の高さを低減しながら、更にモータＭをドライブシャフト８５の上方に位置させることで、特に前後方向寸法をコンパクト化しているため、車両のモータルーム内において、駆動装置の前方に十分な緩衝スペースを確保することができるようになる。
【００３４】
次に、図８は、上記第１実施形態における延長軸とされたドライブシャフト８５Ｒの形態を変更した第２実施形態を示す。この形態では、モータＭの軸方向他端外方に配設されたユニバーサルジョイントＪＲに連結するドライブシャフト８５Ｒは、ヨーク部８５１と延長軸部８５２とからなる別体構成とされている。そして、ヨーク部８５１の内端と延長軸部８５２の外端とは、両端をベアリング５７’，５９を介してケース本体１０Ａに支持されたスリーブ継手８６にスプライン係合で動力伝達可能に連結されている。
【００３５】
こうした形態とすると、構造的には若干複雑になるが、ヨーク軸としてのドライブシャフト８５Ｌと、反対側のドライブシャフト８５Ｒのヨーク部８５１の支持形態が実質上左右対称なものとなる。したがって、前実施形態のようにドライブシャフトの一方を延長軸とした場合に比べて、延長軸部８５２を組み込み状態としたままでヨーク部８５１の抜き差しができるようになるため、抜き差しに要するストロークを短くすることができ、車載状態でのドライブシャフトの組付性を向上させることができる利点が得られる。また、左側のドライブシャフト８５Ｒと右側のヨーク部８５１の共通部品化が可能となり、汎用品の利用も可能となる。
【００３６】
以上、本発明を２つの実施形態に基づき詳説したが、本発明はこれらの実施形態に限るものではなく、特許請求の範囲に記載の事項の範囲内で種々に具体的構成を変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電気自動車用駆動装置の軸方向展開断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ方向矢視図である。
【図３】一般的なカウンタ軸の配設位置とギヤ噛み合い角度の関係を模式化して示す説明図である。
【図４】上記ギヤ噛み合い角度と軸受荷重との関係を示すグラフである。
【図５】上記ギヤ噛み合い角度とカウンタ軸の傾きとの関係を示すグラフである。
【図６】上記第１実施形態の駆動装置におけるカウンタ軸にかかる力の関係を示す斜視図である。
【図７】図６をＺ方向にみた力の関係を示す側面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る電気自動車用駆動装置の軸方向部分断面図である。
【符号の説明】
Ｍ  モータ
Ｇｄ  ディファレンシャル装置
Ｇｃ  カウンタギヤ機構
ＪＲ ユニバーサルジョイント
３０  モータ軸
７０  カウンタ軸
８５  ドライブシャフト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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