(57)【要約】【課題】電動モータ、減速部及び差動部を備えた電気自動車用減速差動装置において、電動モータの低コスト化及び効率化を図ることである。【解決手段】電動モータ１１、小ギヤ３１と大ギヤ３２の組み合わせからなる減速部１２及び遊星ギヤ機構によって構成された差動部１３とからなり、前記電動モータ１１として複数の汎用モータを組み合わせて使用することにより低コスト化を図り、負荷に応じて駆動する電動モータ１１の数を適宜決定することにより、電動モータ１１の効率化を図るようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータ、減速部及び差動部、並びに前記各部材を収納したケーシング、第一及び第二出力シャフトの組み合わせからなり、前記電動モータの駆動力は前記減速部において減速されて差動部に出力され、減速された駆動力は前記差動装置において負荷の大きさに応じて２つの分配部材に出力され、一方の分配部材は第一出力シャフトに連結され、他方の分配部材は前記第二出力シャフトに連結された電気自動車用減速差動装置において、前記電動モータが前記第一出力シャフトの周りに複数配置され、前記減速部が電動モータのモータシャフトによって支持された小ギヤと、前記第一シャフトに回転自在に支持された前記小ギヤと噛み合った大ギヤとにより構成され、前記大ギヤの一部が前記差動部の入力ギヤに連結されたことを特徴とする電気自動車用減速差動装置。
【請求項２】
前記モータシャフトと小ギヤの間に、前記モータシャフトからの駆動力は伝達するが、小ギヤからの駆動力は遮断する一方向クラッチが介在されたことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用減速差動装置。
【請求項３】
前記電動モータは、それぞれ単独で動作させることができることを特徴とする請求項２に記載の電気自動車用減速差動装置。
【請求項４】
前記電動モータが汎用モータであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電気自動車用減速差動装置。
【請求項５】
前記減速部の大ギヤは外歯型であり、前記第一出力シャフトの外径面に転がり軸受を介して回転自在に支持されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電気自動車用減速差動装置。
【請求項６】
前記減速部の大ギヤは内歯型であり、前記ケーシングの内径面に転がり軸受を介して回転自在に支持されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電気自動車用減速差動装置。
【請求項７】
前記差動部は遊星ギヤ機構によって構成され、前記減速部からの減速された駆動力が入力される入力ギヤが当該遊星ギヤ機構のリングギヤであり、前記一方の分配部材がサンギヤであり前記第一出力シャフトに連結され、前記他方の分配部材がキャリヤであり、そのキャリヤが前記第二出力シャフトに連結されたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電気自動車用減速差動装置。
【請求項８】
前記キャリヤは、そのボスの一端部に前記第二出力シャフトが一体に設けられたことを特徴とする請求項７に記載の電気自動車用減速差動装置。
【請求項９】
前記ボスに軸方向の軸受穴が設けられ、前記軸受穴に挿入された第一出力シャフトの一端部と前記軸受穴内径面との間に第一出力シャフト支持軸受が介在されたことを特徴とする請求項１から８のいずいれかに記載の電気自動車用減速差動装置。
【請求項１０】
前記ボスの外径面と前記ケーシングとの間にキャリヤ支持軸受が介在されたことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の電気自動車用減速差動装置。
【請求項１１】
前記減速部と差動部の潤滑が油浴潤滑であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の電気自動車用減速差動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータを駆動源とした電気自動車用減速差動装置に関し、特に電動モータの低価格化、効率化を図ることにより、１充電当たりの走行距離を延ばすようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車用減速差動装置として従来から知られているものは、電動モータ、遊星ギヤ型の減速部、遊星ギヤ型の差動部の組み合わせにより構成されている（特許文献１、２）。前記減速部は前記電動モータのモータシャフトと一体化された入力シャフトを備え、その入力シャフトに減速部サンギヤが同軸状態に一体に設けられる。減速部サンギヤと、ケーシングに固定された減速部リングギヤとの間に減速部ピニオンギヤが介在され、そのピニオンギヤのシャフトに減速部キャリヤが一体化される。減速部キャリヤが前記差動側リングギヤと連結され、差動部に対し減速された駆動力を入力する。
【０００３】
前記差動部においては、前記の減速駆動力が差動部サンギヤと差動部キャリヤの２つの分配部材に差動分配される。差動部サンギヤのセンターに第一出力シャフトが挿入結合される。その第一出力シャフトが、減速部入力シャフト及びこれと一体のモータシャフトの内部を同軸状態に貫通し、さらにモータ側等速ジョイントを経て一方の車輪に連結される。また、前記減速部キャリヤに第二出力シャフトが結合され、第二出力シャフトは差動部側等速ジョイントを経て他方の車輪に連結される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−４２６５６号公報
【特許文献２】特開平６−３２３４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記のように、従来の減速部は大きい減速比を得るために遊星ギヤ機構が用いられ、減速側サンギヤのセンターにモータシャフトを挿入して一体に結合する構成であったから、電動モータと減速部の遊星ギヤ機構は一対一に対応する構成が採られていた。その結果、電動モータは１装置に１台使用する構成となっていた。
【０００６】
しかし、装置の大きさや能力は、仕様によって様々であるから、電動モータとしては装置の仕様に応じて専用品を設計する必要があり、かえって装置の製造コストが高くなる要因となっていた。また、１台の電動モータによって、自動車走行時のあらゆる負荷に対応することになるため、モータの使用効率が低い問題もあった。
【０００７】
さらに、小型自動車等においては、減速部の減速比は左程高く設定する必要はないので、減速部に遊星ギヤ機構を使用する必要のないケースもある。
【０００８】
そこで、この発明は、電動モータ及び減速部に改良を加え、製造コストの低減化を図るとともに、電動モータの使用効率を上げ１充電当たりの走行距離を延ばすことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するために、この発明は、電動モータ、減速部及び差動部、並びに前記各部材を収納したケーシング、第一及び第二出力シャフトの組み合わせからなり、前記電動モータの駆動力は前記減速部において減速されて差動部に出力され、減速された駆動力は前記差動装置において負荷の大きさに応じて２つの分配部材に出力され、一方の分配部材は第一出力シャフトに連結され、他方の分配部材は前記第二出力シャフトに連結された電気自動車用減速差動装置において、前記電動モータが前記第一出力シャフトの周りに複数配置され、前記減速部が電動モータのモータシャフトによって支持された小ギヤと、前記第一シャフトに回転自在に支持された前記小ギヤと噛み合った大ギヤとにより構成され、前記大ギヤの一部が前記差動部の入力ギヤに連結された構成としたものである。
【００１０】
前記構成によると、複数台の電動モータによって所定の駆動力を得るものであるから、各電動モータとしては汎用モータを使用することができる。
【００１１】
また、前記モータシャフトと小ギヤの間に、前記モータシャフトからの駆動力は伝達するが、小ギヤからの駆動力は遮断する一方向クラッチが介在された構成を採ることができる。複数台の電動モータのうち適宜な台数を停止させた場合、前記一方向クラッチの作用によって停止中の電動モータのモータシャフトが回転されることが防止される。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、この発明によれば、電動モータが汎用品であるため、専用品を設計する場合に比べ装置の製造コストが安価になる利点がある。また、駆動する電動モータの数を負荷に応じて適宜選定することにより、モータの効率のよい領域で運転させることができ、さらに消費電力が低減されるので、１充電当たりの走行距離を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施形態１の断面図である。
【図２】図２は、図１のＸ１−Ｘ１線の断面図である。
【図３】図３は、図１のＸ２−Ｘ２線の断面図である。
【図４】図４は、図１の一部拡大断面図である。
【図５】図５は、図１のＸ３−Ｘ３線の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明を実施するための形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
[実施形態１]
【００１６】
実施形態１に係る電気自動車用減速差動装置は、図１に示したように、同軸状態に配置された電動モータ１１、平行軸歯車機構によって構成された減速部１２及び遊星ギヤ機構によって構成された差動部１３、並びに前記各部材を収納したケーシング１４、同軸上に配置された第一出力シャフト１５及び第二出力シャフト１６の組み合わせからなる。
【００１７】
ケーシング１４は、電動モータ１１を収納した一端閉塞のモータケーシング１４ａ、減速部１２及び差動部１３を収納した両端開放の減速差動ケーシング１４ｂ、モータケーシング１４ａと減速差動ケーシング１４ｂの間に介在された隔壁ケーシング１４ｃ並びに減速差動ケーシング１４ｂの他端を閉塞する蓋ケーシング１４ｄを結合一体化したものである。
【００１８】
モータケーシング１４ａの閉塞端部のセンターに軸方向内側に突き出したボス１７が設けられ、そのボス１７の内径面に第一出力シャフト１５の一端部が貫通される。その貫通部分の第一出力シャフト１５とボス１７の内径面との間に、内側に転がり軸受でなる第一出力シャフト支持軸受１８、外側にオイルシール１９が介在される。オイルシール１９はモータケーシング１４ａの内部に溜まった潤滑油の漏出を防止する。
【００１９】
前記のモータケーシング１４ａには、周方向に等間隔をおいて４台の電動モータ１１が配置され、それぞれのモータケース２１が隔壁ケーシング１４ｃに固定される。各電動モータ１１のモータシャフト２２の一端部は各モータケース２１に転がり軸受２３によって回転自在に支持され、他端部は前記隔壁ケーシング１４ｃを貫通している。その貫通部分の電動モータ１１側に転がり軸受２４が介在され、また減速部１２側にオイルシール２５が介在される。
【００２０】
前記モータケース２１の内部において、モータシャフト２２にロータ２６が取付けられ、またロータ２６に径方向に対向したステータ２７がモータケース２１の内径面に固定される。
【００２１】
前記の各電動モータ１１は汎用モータであり、４台の総合した駆動力が従来の１台の駆動力に相当する程度のものである。車両の制御装置によって負荷の大きさに応じて、１台から４台まで駆動される電動モータ１１の数が選択的に決定される。これにより電動モータ１１の効率的な運転が可能となり、また消費電力の節減を図ることができる。
【００２２】
前記の第一出力シャフト１５は、モータケーシング１４ａのセンターを貫通し、さらに隔壁ケーシング１４ｃのセンターを貫通する。その隔壁ケーシング１４ｃの貫通部にオイルシール２８が介在される。第一出力シャフト１５は、さらに減速差動ケーシング１４ｂのセンターを貫通し、後述の差動部１３のキャリヤ４３のボス５０に設けられた軸受穴５１に回転自在に挿入される。
【００２３】
前記減速部１２は、各モータシャフト２２の先端部に形成された小径部２２ａに一方向クラッチ３０（図３参照）を介して取付けられた小ギヤ３１と、前記第一出力シャフト１５の外径面に転がり軸受２９を介して回転自在に取付けられた外歯型の大ギヤ３２の組み合わせからなる平行軸歯車機構によって構成される。大ギヤ３２のボスに複数本のアーム３３（図３参照）が放射状に設けられ、その先端部が差動部１３側に屈曲され環状部３４が形成される。前記減速部１２の減速比は、小ギヤ３１と大ギヤ３２の歯数の比となり、その減速比で減速された駆動力が前記環状部３４へ伝達される。
【００２４】
前記のアーム３３に代えて、大ギヤ３２のボスと一体に円板部を設け、その円板部の外周部を差動部１３側に屈曲して環状部３４を形成するようにしてもよい。
【００２５】
前記の一方向クラッチ３０は、モータシャフト２２からの駆動力を小ギヤ３１に伝達するが、その反対方向のトルクの伝達は遮断するものであり、いわゆるフリーホイールとして知られているものである。
【００２６】
なお、前記の外歯型の大ギヤ３２に代えて、内歯型の大ギヤを使用してもよい。その場合は、減速差動ケーシング１４ｂの内径面に転がり軸受を介してその内歯型の大ギヤを回転自在に取付け、その内径側に各小ギヤ３１を噛み合わせる。
【００２７】
前記差動部１３は、図１及び図５示したように、遊星ギヤ機構によって構成され、前記環状部３４の内径面に一体に設けられたリングギヤ３８、その内径側において同軸状態に設けられたサンギヤ３９、前記リングギヤ３８とサンギヤ３９の間に介在され相互に噛み合ったダブルピニオン式の差動側ピニオンギヤ４１ａ、４１ｂ、これらのピニオンギヤ４１ａ、４１ｂを支持するピニオンシャフト４２ａ、４２ｂ、これらのピニオンシャフト４２ａ、４２ｂを支持するキャリヤ４３によって構成される。
【００２８】
前記サンギヤ３９は、そのセンターに設けられたセレーション穴４５に第一出力シャフト１５が挿通され、セレーション結合によって第一出力シャフト１５と一体化される。また、サンギヤ３９には、円弧形の長穴によって形成された通油穴５６が設けられる。
【００２９】
前記ピニオンギヤ４１ａ、４１ｂは、同一歯数の同一サイズのギヤである。図５に示したように、相互に噛み合うとともに、一方のピニオンギヤ４１ａは他方のピニオンギヤ４１ｂより大きいＰＣＤを有しリングギヤ３８と噛み合い、ＰＣＤの小さいピニオンギヤ４１ｂがサンギヤ３９と噛み合う。各ピニオンギヤ４１ａ、４１ｂと各ピニオンシャフト４２ａ、４２ｂの間に、それぞれ針状ころ軸受４４ａ、４４ｂが介在される。各ピニオンシャフト４２ａ、４２ｂには給油穴４０が設けられる。
【００３０】
前記キャリヤ４３は、図１に示したように、蓋ケーシング１４ｄの内側面に沿って配置され、前記アーム３３に沿って配置されたキャリヤ補助部材４６との間で前記のピニオンシャフト４２ａ、４２ｂの各両端部を支持する。キャリヤ４３の外周縁の複数個所には結合突部４７が差動側キャリヤ補助部材４６側に向けて設けられ、その結合突部４７の先端に設けられた小突起４８がキャリヤ補助部材４６の結合穴４９に挿入固定される。これによって、キャリヤ４３とキャリヤ補助部材４６が結合一体化される。
【００３１】
前記キャリヤ４３は、そのセンターに外方に突き出したボス５０を有する。ボス５０の内端（差動部１３側の端部）に軸方向の軸受穴５１が設けられ、その軸受穴５１に、前述のように第一出力シャフト１５の端部が挿入され、針状ころ軸受でなる第一出力シャフト支持軸受５２を介して回転自在に支持されている。
【００３２】
前記ボス５０の閉塞された外端部のセンターに前記の第二出力シャフト１６が一体に設けられる。ボス５０と、蓋ケーシング１４ｄのボス５３との間に転がり軸受によって構成されたキャリヤ支持軸受５４が介在され、キャリヤ支持軸受５４によってキャリヤ４３と第二出力シャフト１６がケーシング１４に支持される。前記のキャリヤ支持軸受５４の外側において両方のボス５０、５３の間にオイルシール５５が装着され、減速差動ケーシング１４ｂ内の潤滑油をシールする。
【００３３】
前記のように、第一出力シャフト支持軸受５２とキャリヤ支持軸受５４は径方向に配置されるので、第二出力シャフト１６の位置が第一出力シャフト１５に接近する。第一出力シャフト１５及び第二出力シャフト１６の先端にはそれぞれ等速ジョイントを介して左右の車輪が取付けられるので、両出力シャフト１５、１６の位置が接近することにより等速ジョイントの取付け角度が小さくなる利点がある。
【００３４】
なお、図１及び図４に示したように、減速部１２の大ギヤ３２と隔壁ケーシング１４ｃの間及び大ギヤ３２とサンギヤ３９の間、サンギヤ３９とキャリヤ４３の間に、それぞれスラスト軸受５７、５８、５９が介在される。
【００３５】
実施形態１の電気自動車用減速差動装置は以上のように構成され、次にその作用について説明する。
【００３６】
いま、すべての電動モータ１１（図示の場合４台）が同時に駆動されたとすると、各モータシャフト２２が回転し、一方向クラッチ３０を経て小ギヤ３１が回転する。これと同時にその小ギヤ３１に噛み合った大ギヤ３２が減速回転され、アーム３３を介して差動部１３の環状部３４及びこれと一体のリングギヤ３８を回転させる。
【００３７】
車両の一方の車輪の負荷は、第一出力シャフト１５を介して差動部１３のサンギヤ３９に加えられ、他方の車輪の負荷は、第二出力シャフト１６を介してキャリヤ４３に加えられる。両方の車輪に作用する負荷が均等である場合は、サンギヤ３９、ピニオンギヤ４１ａ、４１ｂ及びキャリヤ４３は、リングギヤ３８の回転に伴って一体となって回転し、相対回転することがない。
【００３８】
このため、４台の電動モータ１１の駆動力がサンギヤ３９を経て第一出力シャフト１５に、またキャリヤ４３を経て第二出力シャフト１６にそれぞれ均等に配分され、左右の車輪を等速回転させる。
【００３９】
これに対し、左右の車輪に作用する負荷に差が生じると、ピニオンギヤ４１ａ、４１ｂの自転と公転によって駆動力は負荷の差に応じて、前記の経路を経て第一出力シャフト１５及び第二出力シャフト１６に差動分配される。
【００４０】
即ち、第一出力シャフト１５に作用する負荷が相対的に大きくなり、これと一体のサンギヤ３９の回転数Ｎｓが、リングギヤ３８の入力回転数ＮｒよりΔＮだけ小さくなった場合、キャリヤ４３の回転数Ｎｃは、
Ｎｃ＝Ｎｒ＋λ／（１−λ）・ΔＮ
となり、第二出力シャフト１６が増速される。但し、λは歯車比（＝Ｚｓ／Ｚｒ）、Ｚｓはサンギヤ３９の歯数、Ｚｒはリングギヤ３８の歯数である。
【００４１】
逆に、第二出力シャフト１６に作用する負荷が相対的に大きくなり、これと一体のキャリヤ４３の回転数Ｎｃが、入力回転数ＮｒよりΔＮだけ小さくなった場合、サンギヤ３９の回転数Ｎｓは、
Ｎｓ＝Ｎｒ＋（１−λ）／λ・ΔＮ
となり、第一出力シャフト１５が増速される。
【００４２】
なお、作動される電動モータ１１の数は負荷の大きさに応じて制御装置において適宜決定される。停止された電動モータ１１がある場合は、そのモータシャフト２２に取付けられた一方向クラッチ３０はオフとなって、大ギヤ３２からモータシャフト２２が回転されることを防止する。
【００４３】
減速部１２及び差動部１３の潤滑方式は油浴潤滑が行われる。即ち、減速差動ケーシング１４ｂの内底部に一定レベルまで潤滑油が溜められ、減速部１２においては環状部３４を支持するアーム３３が、回転中に潤滑油を掻き上げる。差動部１３においては、キャリヤ４３の外周部に設けられた結合突部４７、ピニオンギヤ４１ａ、４１ｂ等が、それぞれ潤滑油の掻き上げ作用を行う。掻き上げられた潤滑油は、減速部１２及び差動部１３の内部に飛散され各部品に掛けられる。
【００４４】
また、大ギヤ３２から放射方向に延びたアーム３３の間、サンギヤ３９の通油穴５６においては潤滑油が軸方向に移動する。
【００４５】
なお、以上の実施形態１においては、差動部１３を遊星ギヤ機構によるものを示したが、差動部１３は、デフケース、ピニオンギヤ及びサイドギヤより構成されるベベルギヤ方式のものでもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１１  電動モータ
１２  減速部
１３  差動部
１４  ケーシング
１４ａ  モータケーシング
１４ｂ  減速差動ケーシング
１４ｃ  隔壁ケーシング
１４ｄ  蓋ケーシング
１５  第一出力シャフト
１６  第二出力シャフト
１７  ボス
１８  第一出力シャフト支持軸受
１９  オイルシール
２１  モータケース
２２  モータシャフト
２２ａ  小径部
２３  転がり軸受
２４  転がり軸受
２５  オイルシール
２６  ロータ
２７  ステータ
２８  オイルシール
２９  転がり軸受
３０  一方向クラッチ
３１  小ギヤ
３２  大ギヤ
３３  アーム
３４  環状部
３８  リングギヤ
３９  サンギヤ
４０  給油穴
４１ａ、４１ｂ  ピニオンギヤ
４２ａ、４２ｂ  ピニオンシャフト
４３  キャリヤ
４４ａ、４４ｂ  針状ころ軸受
４５  セレーション穴
４６  キャリヤ補助部材
４７  結合突部
４８  小突起
４９  結合穴
５０  ボス
５１  軸受穴
５２  第一出力シャフト支持軸受
５３  ボス
５４  キャリヤ支持軸受
５５  オイルシール
５６  通油穴
５７、５８、５９  スラスト軸受
【図１】
2012241820.tif 000003
【図２】
2012241820.tif 000004
【図３】
2012241820.tif 000005
【図４】
2012241820.tif 000006
【図５】
2012241820.tif 000007