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JP2018009584A - 車両駆動装置 - Google Patents

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JP2018009584A JP2016136530A JP2016136530A JP2018009584A JP 2018009584 A JP2018009584 A JP 2018009584A JP 2016136530 A JP2016136530 A JP 2016136530A JP 2016136530 A JP2016136530 A JP 2016136530A JP 2018009584 A JP2018009584 A JP 2018009584A
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Hidenori Karasawa
英範 柄澤
山本 哲也
Tetsuya Yamamoto
哲也 山本
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NTN Corp
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Abstract

【課題】 トルク差増幅装置30の遊星歯車PLの内部への潤滑油の供給を良好に行うことができ、しかも、トルク差増幅装置30を組み込むことにより重量アップした車両駆動装置の重心高さを低く抑えることにより、車両の安定性を図る。
【解決手段】 トルク差増幅装置30を組み込む減速装置3L、3Rの中間歯車軸13L、13Rを、減速装置3L、3Rを構成する各歯車軸の中で、地面から最も低い位置に配置し、車両駆動装置の重心高さを低く抑えるようにし、減速装置ハウジング9内に封入される潤滑油の油面を、停車状態で前記トルク差増幅装置30の最下点に位置する遊星歯車が浸漬する高さに設定した。
【選択図】 図5

Description

この発明は、独立した二つの駆動源からの駆動トルクを左右の駆動輪にトルク差を増幅して伝達することができる車両駆動装置に関するものである。
電気自動車等の車両において、左右の駆動輪にそれぞれ電動モータを配置して、各電動モータを独立して制御することにより左右輪に適宜駆動トルク差を与えることにより、車両の旋回モーメントを制御することが知られている。車両のスムーズな旋回走行の実現や、極端なアンダーステア、極端なオーバーステア等の車両の挙動変化を抑制するために、左右の駆動輪の間に大きな駆動トルクの差を発生させることが有効な場合がある。そのため、二つの電動モータから出力されるトルクの差を増幅し、左右の駆動輪に伝達することが望まれる。
特許文献1及び特許文献2には、二つの駆動源と左右の駆動輪との間に、3要素2自由度の遊星歯車機構を同軸上に二つ組み合わせたトルク差増幅装置を備えた車両駆動装置が開示されている。
特許文献1の図5(a)に開示された車両駆動装置(以下、従来技術1という。)は、図14に示すスケルトン図のような構成になっている。
車両駆動装置100は、車両に搭載された左右の電動モータ102L、102Rと、電動モータ102L、102Rと左右の駆動輪104L、104Rとの間に設けられる左右の減速装置の歯車列を構成する歯車106L、106R、107L、107Rとを備え、左右の減速装置の歯車列を構成する歯車106L、106R、107L、107R間にトルク差増幅装置105が組み込まれている。
電動モータ102L、102Rは、車両に搭載されたバッテリ(図示省略)からの電力により動作し、電子制御装置(図示省略)により個別に制御され、異なるトルクを発生させて出力することができる。
電動モータ102L、102Rの出力軸102aL、102aRは、それぞれ減速装置の歯車列の歯車106L、106Rを介してトルク差増幅装置105の各結合部材111、112に接続される。トルク差増幅装置105からの出力は減速装置の歯車列の歯車107L、107Rを介して左右の駆動輪104L、104Rに与えられる。
トルク差増幅装置105は、3要素2自由度の同一の遊星歯車機構110L、110Rを同軸上に二つ組み合わせて構成されている。
遊星歯車機構110L、110Rには、例えば、シングルピニオン形式の遊星歯車機構が採用されている。シングルピニオン形式の遊星歯車機構は、同軸上に設けられた太陽歯車SL、SR及び内歯車RL、RRと、これら太陽歯車SL、SRと内歯車RL、RRとの間に位置する複数の遊星歯車PL、PRと、遊星歯車PL、PRを回動可能に支持し、太陽歯車SL、SR及び内歯車RL、RRと同軸上に設けられた遊星キャリヤCL、CRとから構成され、遊星歯車PL、PRは太陽歯車SL、SRと内歯車RL、RRとに噛み合っている。ここで、太陽歯車SL、SRと遊星歯車PL、PRは外周にギヤ歯を有する外歯歯車であり、内歯車RL、RRは内周にギヤ歯を有する内歯歯車である。
このトルク差増幅装置105は、図14に示すように、太陽歯車SL、遊星キャリヤCL、遊星歯車PL及び内歯車RLを有する第1遊星歯車機構110Lと、同じく太陽歯車SR、遊星キャリヤCR、遊星歯車PR及び内歯車RRを有する第2遊星歯車機構110Rとを同軸上に組み合わせて構成している。
そして、第1遊星歯車機構110Lの太陽歯車SLと第2遊星歯車機構110Rの内歯車RRとが第1結合部材111によって結合され、第1遊星歯車機構110Lの内歯車RLと第2遊星歯車機構110Rの太陽歯車SRとが第2結合部材112によって結合されている。
第1結合部材111には、電動モータ102Lで発生されたトルクTM1が歯車106Lを介して入力され、第2結合部材112には、電動モータ102Rで発生されたトルクTM2が歯車106Rを介して入力される。また、第1遊星歯車機構110Lの遊星キャリヤCL及び第2遊星歯車機構110Rの遊星キャリヤCRは、それぞれ歯車107L、107Rを介して左右の駆動輪104L、104Rに接続されて出力が取り出される。
次に、特許文献2に開示された車両駆動装置(以下、従来技術2という。)は、図15に示すスケルトン図のような構成になっている。
なお、図15においては、従来技術1との差を分かりやすくするために、左右に電動モータ102L、102Rを配置して従来技術1と同様の図にし、同一構成部分には同一符号を付している。
図15に示すように、車両駆動装置100は、車両に搭載された第1の電動モータ102L及び第2の電動モータ102Rと、左駆動輪104L及び右駆動輪104Rと、これらの間に設けられるトルク差増幅装置105と歯車106L、106Rとを備えている。
第1の電動モータ102L及び第2の電動モータ102Rは、車両に搭載されたバッテリ(図示省略)からの電力により動作し、電子制御装置(図示省略)により個別に制御され、異なるトルクを発生させて出力することができる。第1の電動モータ102Lの出力軸102aL、第2の電動モータ102Rの出力軸102aRは、それぞれ歯車106L、106Rを介してトルク差増幅装置105の太陽歯車SL、SRに接続される。トルク差増幅装置105からの出力は左右の駆動輪104L、104Rに与えられる。
従来技術1と同様に従来技術2のトルク差増幅装置105は、3要素2自由度の同一の遊星歯車機構110L、110Rが同軸上に二つ組み合わせて構成されている。遊星歯車機構110L、110Rには、例えば、シングルピニオン形式の遊星歯車機構が採用されている。
そして、第1の遊星歯車機構110Lの遊星キャリヤCLと第2の遊星歯車機構110Rの内歯車RRとが第1結合部材111によって結合され、第1の遊星歯車機構110Lの内歯車RLと第2の遊星歯車機構110Rの遊星キャリヤCRとが第2結合部材112によって結合されている。
第1の電動モータ102Lで発生されたトルクTM1が減速歯車列の歯車106Lを介して第1の遊星歯車機構110Lの太陽歯車SLに入力され、第2の電動モータ102Rで発生されたトルクTM2が減速歯車列の歯車106Rを介して第2の遊星歯車機構110Rの太陽歯車SRに入力される。
また、第1結合部材111、第2の結合部材112は、それぞれ左右の駆動輪104L、104Rに接続されて出力が取り出される。
上記のように、従来技術1及び従来技術2に記載のものにおいては、二つの電動モータ102L、102Rで異なるトルクTM1、TM2を発生させて入力トルク差ΔTINを与えると、トルク差増幅装置105において入力トルク差ΔTINが増幅され、入力トルク差ΔTINよりも大きな駆動トルク差ΔTOUTを得ることができる。
特開2015−21594号公報 特許第4907390号公報
ところで、2つの遊星歯車機構を連結するトルク差増幅装置105は、連結方法にもよるが、連結部が同軸配置されたり、キャリヤを覆い被せるような配置になる場合がある。トルク差増幅装置105は、トルク差が発生しない限り内部は同じ位置でかみ合っているだけであるが、トルク差やコーナー走行時には内部が回転するため、潤滑が十分でない場合、かみ合い面の寿命が低下する。また、長期停車後の始動開始時に遊星歯車機構が作動しようとした場合、例えば、遊星歯車の内部の支持軸受がドライ状態になっている可能性があり、金属接触によって最悪の場合、遊星歯車の部品の早期剥離が懸念される。
トルク差増幅装置105は、それ自体に減速機能はなく、通常の減速装置を構成する歯車列の歯車軸に組み込まれる。そのため、減速装置の歯車列にトルク差増幅装置105を追加すると純粋に重量増となる。車両駆動装置の動力を受け、かつ、増幅したトルクをも伝達する必要があるため、必要な強度を得るためには、トルク差増幅装置105による重量増は避けられない。
減速装置の歯車列の歯車とトルク差増幅装置105とを部分的に一体化したとしても、重量アップは避けられない。
そして、トルク差増幅装置の組み込により、重量アップした車両駆動装置の重心高さが高くなると、車両の安定性が悪くなるので、トルク差増幅装置を組み込んでも、トルク差増幅装置がない車両駆動装置に比べて重心が高くなることはできるだけ避けたい。
そこで、この発明は、トルク差増幅装置を構成する遊星歯車機構の内部への潤滑油の供給を良好に行うことができ、しかも、トルク差増幅装置を組み込むことにより重量アップした車両駆動装置の重心高さを低く抑えることにより、車両の安定性を図ることを課題とするものである。
前記の課題を解決するために、この発明は、車両に搭載され独立して制御可能な二つの駆動源と左右の駆動輪との間に、前記二つの駆動源に連結し、入力歯車を有する入力歯車軸と、左右の駆動輪に連結し、出力歯車を有する出力歯車軸と、歯車のかみ合いにより入力歯車軸から出力歯車軸の間の動力伝達を行う少なくとも1つ以上の中間歯車軸とを有する減速装置を備え、前記減速装置の一つの中間歯車軸と同軸上に、遊星歯車機構を二つ組み合わせ、一方の遊星歯車機構の特定の要素と他方の遊星歯車機構の特定の要素とを相互に連結して二つの駆動源からの動力を左右の駆動輪にトルク差を増幅して伝達するトルク差増幅装置を組み込んだ車両駆動装置において、前記トルク差増幅装置を組み込んだ減速装置の中間歯車軸を、減速装置を構成する各歯車軸の中で、地面から最も低い位置に配置したことを特徴とする。
前記減速装置を収容する減速装置ハウジング内に封入される潤滑油の油面を、停車状態で前記トルク差増幅装置を構成する遊星歯車機構の最下点に位置する遊星歯車の一部が確実に浸漬する高さに設定することにより、遊星歯車機構の内部潤滑が効果的に行える。
また、前記トルク差増幅装置を組み込んだ減速装置の中間歯車軸の軸心に、左右に貫通する潤滑用の給油穴を設けることにより、トルク差増幅装置の左右間で潤滑油の流動を可能にすることができる。
前記軸方向の給油穴に、径方向の給油通路を設けることにより、遊星歯車機構の外周側にある部品に対して潤滑油を供給することができる。
前記軸方向の給油穴のアウトボード側の端部に、前記減速装置を収容する減速装置ハウジング内に封入された潤滑油を、前記給油穴に導く潤滑油導入筒を装着することができる。
前記潤滑油導入筒を、円筒部と、円筒部のインボード側の端部から給油穴の外端面に向かって細く絞られた円すい筒部とによって形成することにより、外部の潤滑油を前記給油穴に優先的に流すことができる。
前記潤滑油導入筒の円筒部に、外周側に突き出した係合爪を設け、この係合爪が係合する係合溝を、トルク差増幅装置を組み込んだ減速装置の中間歯車軸の中空軸部の内周面に設けるようにしてもよい。
前記中間歯車軸とトルク差増幅装置の連結軸とを連結するスプラインの歯の一部に欠歯を設けることにより、トルク差増幅装置の外側面から内部への潤滑油の流れを向上させることができる。
以上のように、この発明によれば、トルク差増幅装置を組み込んだ中間歯車軸を、減速装置を構成する減速装置ハウジング内で他の歯車軸よりも最も地上高さが低い位置に配置することにより、トルク差増幅装置を組み込むことにより重量アップした車両駆動装置の重心高さを低く抑えることができるので、車両の安定性を図ることができるとともに、トルク差増幅装置の遊星歯車内部への潤滑油の供給を良好に行うことができる。
この発明の車両駆動装置の実施形態を示す横断平面図である。 図1の実施形態のトルク差増幅装置部分の拡大図である。 図1のA−A線の断面図である。 図3を90度回転させ、地面との関係示す断面図である。 減速装置ハウジング内に封入した潤滑油の油量を示す断面図である。 トルク差増幅装置部分の他の実施形態を示す断面図である。 トルク差増幅装置部分の他の実施形態を示す断面図である。 潤滑油導入筒の拡大断面図である。 トルク差増幅装置部分の他の実施形態を示す断面図である。 (a)は図9の実施形態で使用する潤滑油導入筒の拡大断面図、(b)は潤滑油導入筒の円すい筒部の端面側から見た側面図である。 図10のB−B線の断面図である。 図1の実施形態に係る車両駆動装置のトルク差増幅装置をスケルトン図で示した電気自動車の説明図である。 図1の実施形態に係る車両駆動装置に組み込まれたトルク差増幅装置によるトルク差増幅率を説明するための速度線図である。 従来技術1に係る車両駆動装置のトルク差増幅装置を示すスケルトン図である。 従来技術2に係る車両駆動装置のトルク差増幅装置を示すスケルトン図である。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図12に示す電気自動車AMは、後輪駆動方式であり、シャーシ60と、後輪としての駆動輪61L、61Rと、前輪62L、62Rと、この発明に係る2モータ式の車両駆動装置1、バッテリ63、インバータ64等を備える。図12では、車両駆動装置1の歯車構成をスケルトン図で示している。
図1に示す車両駆動装置1は、車両に搭載され独立して制御可能な二つの駆動源としての電動モータ2L、2Rと、左右の駆動輪61L、61Rと二つの電動モータ2L、2Rとの間に設けられる左右2基の減速装置3L、3Rとを備える。
2モータ式の車両駆動装置1の駆動トルクは、等速ジョイント65a、65bと中間シャフト65cからなるドライブシャフトを介して左右の駆動輪61L、61Rに伝達される(図12)。
なお、2モータ式の車両駆動装置1の搭載形態としては、図12に示す後輪駆動方式の他、前輪駆動方式、四輪駆動方式でもよい。四輪駆動方式においては、図1に示す車両駆動装置1は前輪又は後輪の双方に搭載してもよく、又はそのいずれか一方に搭載して、もう一方は例えばエンジンなど他の駆動手段であってもよい。
2モータ式の車両駆動装置1における左右の電動モータ2L、2Rは、最大出力が同一で、同一の出力特性を有する電動モータが用いられ、図1に示すように、モータハウジング4L、4R内に収容されている。
モータハウジング4L、4Rは、円筒形のモータハウジング本体4aL、4aRと、このモータハウジング本体4aL、4aRの外側面を閉塞する外側壁4bL、4bRと、モータハウジング本体4aL、4aRの内側面に減速装置3L、3Rと隔てる内側壁4cL、4cRとからなる。内側壁4cL、4cRには、モータ軸5aを引き出す開口部が設けられている。
電動モータ2L、2Rは、図1に示すように、モータハウジング本体4aL、4aRの内周面にステータ6を設け、このステータ6の内周にすきまをおいてロータ5を設けたラジアルギャップタイプのものを使用している。なお、電動モータ2L、2Rは、アキシャルギャップタイプのものを使用してもよい。
ロータ5は、モータ軸5aを中心部に有し、そのモータ軸5aはモータハウジング本体4aL、4aRの内側壁4cL、4cRの開口部からそれぞれ減速装置3L、3R側に引き出されている。モータハウジング本体4aL、4aRの内側壁4cL、4cRの開口部周りとモータ軸5aとの間にはシール部材7が設けられている。
モータ軸5aは、モータハウジング本体4aL、4aRの内側壁4cL、4cRと外側壁4bL、4bRとに転がり軸受8a、8bによって回転自在に支持されている。図1では、転がり軸受8a、8bは同一のものとしているが、異なるサイズのものを組み合わせてもよい。
左右並列に設けられた2基の減速装置3L、3Rを収容する減速装置ハウジング9は、減速装置3L、3Rの歯車軸と直交する方向に3ピースに分割され、図1に示すように、中央ハウジング9aとこの中央ハウジング9aの両側面に固定される左右の側面ハウジング9bL、9bRの3ピース構造になっている。左右の側面ハウジング9bL、9bRは、中央ハウジング9aの両側の開口部に複数のボルト(図示省略)によって固定されている。
減速装置ハウジング9の側面ハウジング9bL、9bRのアウトボード側(車体外側)の側面と電動モータ2L、2Rのモータハウジング本体4aL、4aRの内側壁4cL、4cRとを、複数のボルト10によって固定することにより、減速装置ハウジング9の左右に2基の電動モータ2L、2Rが固定配置される(図1)。
中央ハウジング9aには、図1に示すように、中央に仕切り壁11が設けられている。減速装置ハウジング9は、この仕切り壁11によって左右に2分割され、2基の減速装置3L、3Rを収容する独立した左右の収容室が並列に設けられている。
減速装置3L、3Rは、図1に示すように、左右対称形に設けられ、モータ軸5aから動力が伝達される入力歯車12aを有する入力歯車軸12L、12Rと、この入力歯車12aにかみ合う大径の入力側外歯車13a及び出力歯車14aにかみ合う出力側小径歯車13bの双方を有する中間歯車軸13L、13Rと、出力歯車14aを有し、減速装置ハウジング9から引き出されて等速ジョイント65a、65b、中間シャフト65cを介して駆動輪61L、61Rにトルクを伝達する出力歯車軸14L、14Rとを備える平行軸歯車減速機である(図11参照)。左右2基の減速装置3L、3Rの各入力歯車軸12L、12R、各中間歯車軸13L、13R、各出力歯車軸14L、14Rは、それぞれが同軸上に配置されている。
減速装置3L、3Rの入力歯車軸12L、12Rの両端は、中央ハウジング9aの仕切り壁11の左右両面に形成した軸受嵌合穴16aと側面ハウジング9bL、9bRに形成した軸受嵌合穴16bにそれぞれ転がり軸受17a、17bを介して回転自在に支持されている。
入力歯車軸12L、12Rのアウトボード側の端部は、側面ハウジング9bL、9bRに設けた開口部から外側に引き出されており、開口部と入力歯車軸12L、12Rの外側端部との間にはオイルシール18を設け、減速装置ハウジング9に封入された潤滑油の漏洩を防止している。
入力歯車軸12L、12Rは中空構造であり、この中空の入力歯車軸12L、12Rに、モータ軸5aの端部が挿入されている。入力歯車軸12L、12Rとモータ軸5aとは、スプライン(セレーションも含む、以下同じ)結合されている。
中間歯車軸13L、13Rは、少なくとも一つ以上配置されており、図1に示す実施形態では、一対の中間歯車軸13L、13Rを有する。
中間歯車軸13L、13Rは、その外周面に入力歯車12aにかみ合う入力側外歯車13aを有し、また出力歯車14aにかみ合う出力側小径歯車13bを有する段付きの歯車軸を構成している。この中間歯車軸13L、13Rの両端は、中央ハウジング9aの仕切り壁11の両面に形成した軸受嵌合穴19aと側面ハウジング9bL、9bRに形成した軸受嵌合穴19bとに転がり軸受20a、20bを介して支持されている。そして、軸受嵌合穴19aを設ける中央ハウジング9aの仕切り壁11は、後述する第1結合部材31と第2結合部材32が通るように貫通している。図1では、転がり軸受20a、20bは異なるサイズのものとしているが、同一のもので組み合せてもよい。
同軸上に配置された中間歯車軸13L、13Rには、この中間歯車軸13L、13Rと同軸上に、二つの電動モータ2L、2Rから与えられる駆動トルクを左右の駆動輪61L、61Rにトルク差を増幅して分配するトルク差増幅装置30が組み込まれている。
トルク差増幅装置30は、同軸に配された左右の1対の中間歯車軸13L、13Rと同軸上に二つ組み合わせた3要素2自由度の遊星歯車機構30L、30Rからなる。
トルク差増幅装置30を構成する遊星歯車機構30L、30Rは、中間歯車軸13L、13Rの大径の入力側外歯車13aにそれぞれ組み込まれた内歯車RL、RRと、内歯車RL、RRと同軸上に設けられた太陽歯車SL、SRと、内歯車RL、RRと太陽歯車SL、SRにかみ合う公転歯車として周方向に等分配置された複数の遊星歯車PL、PRと、遊星歯車PL、PRを回動可能に支持し、内歯車RL、RRと同軸上に設けられた遊星キャリヤCL、CRと、一方の遊星キャリヤCL(図1では図の左側)と他方の太陽歯車SR(図1では図の右側)とを結合する第1結合部材31と、一方の太陽歯車SL(図1では図の左側)と他方の遊星キャリヤCR(図1では図の右側)とを結合する第2結合部材32と、内歯車RL、RRに連結された、入力歯車軸12L、12Rの入力歯車12aとかみ合う中間歯車軸13L、13Rの入力側外歯車13aと、出力歯車軸14L、14Rの出力歯車14aとかみ合う中間歯車軸13L、13Rの出力側小径歯車13bとを有し、中間歯車軸13L、13Rの出力側小径歯車13bを、遊星キャリヤCL、CRに連結した構成である。
なお、中間歯車軸13L、13Rを複数対設けた場合には、トルク差増幅装置30を構成する遊星歯車機構30L、30Rは、いずれか一対の中間歯車軸13L、13Rのみに組み込まれる。内歯車RL、RRに連結された入力側外歯車13aは、複数対の中間歯車軸13L、13Rのうち、駆動側の中間歯車軸13L、13Rに設けられた出力側小径歯車13b、または入力歯車軸12L、12Rの入力歯車12aとかみ合うように配置され、また、遊星歯車機構30L、30Rと同軸上に設けられた出力側小径歯車13bが、複数対の中間歯車軸13L、13Rのうちの従動側の中間歯車軸13L、13Rに設けられた入力側外歯車13a、または出力歯車軸14L、14Rの出力歯車14aとかみ合うように配置される。
遊星キャリヤCL、CRは、図2に示すように、遊星歯車PL、PRを支持するキャリヤピン33と、キャリヤピン33のアウトボード側端部に連結されたアウトボード側のキャリヤフランジ34aと、インボード側端部に連結されたインボード側のキャリヤフランジ34bを有する。
アウトボード側のキャリヤフランジ34aは、アウトボード側に延びる中空軸部35を備えており、中空軸部35のアウトボード側の端部が、減速装置ハウジング9の側面ハウジング9bL、9bRに形成した軸受嵌合穴19bに転がり軸受20bを介して支持されている(図1参照)。
インボード側のキャリヤフランジ34bは、インボード側に延びる中空軸部36を備えており、中空軸部36のインボード側の端部が、中央ハウジング9aの仕切り壁11に形成した軸受嵌合穴19aに転がり軸受20aを介して支持されている。
図1に示す実施形態では、前記出力側小径歯車13bが、キャリヤフランジ34aの中空軸部35の外周面に一体に形成されている。
遊星歯車PL、PRは、針状ころ軸受37を介してキャリヤピン33によって支持されている。
ここで、前記各キャリヤフランジ34a、34bの対向面と遊星歯車PL、PRの間にスラスト板(図示省略)を挿入し、遊星歯車PL、PRの回転の円滑化を図ってもよい。
前記各キャリヤフランジ34a、34bの外周面と内歯車RL、RRとの間には、転がり軸受39を配置している。
図2に示すように、インボード側のキャリヤフランジ34bと、インボード側のキャリヤフランジ34bの中空軸部36を支持する転がり軸受20aとの間には、カラー40を配置している。
車両駆動装置1のトルク差増幅装置30を構成する2つの遊星歯車機構30L、30Rを連結している第1結合部材31および第2結合部材32は、減速装置ハウジング9の中央ハウジング9aを左右に仕切る仕切り壁11を貫通して組み込まれている。
この第1結合部材31と第2結合部材32は、同軸上に配置されると共に、一方の結合部材(図1では第2結合部材32)が中空軸、他方の結合部材(図1では第1結合部材31)が中空軸に挿通される軸からなる二重構造になっている。
図2に示すように、中空軸で構成される第2結合部材32における右側の遊星歯車機構30R側の端部と、遊星キャリヤCRのインボード側のキャリヤフランジ34bの中空軸部36とにスプライン41を設け、第2結合部材32を遊星キャリヤCRに対しスプライン嵌合により連結している。
また、第1結合部材31における左側の遊星歯車機構30L側の端部と、遊星キャリヤCLのアウトボード側のキャリヤフランジ34aの中空軸部35とにスプライン42を設けて、第1結合部材31を遊星キャリヤCLに対しスプライン嵌合により連結している。
上記のように、2つの遊星歯車機構30L、30Rの第1結合部材31と第2結合部材32とを、遊星キャリヤCLと遊星キャリヤCRに対しスプライン嵌合によって連結することにより、2つの遊星歯車機構を左右に分割することが可能となり、3ピース構成の減速装置ハウジング9に他の減速歯車軸と同様に左右から組込むことができる。
第2結合部材32の遊星キャリヤCL側の端部は、その外周面に、左側の遊星歯車機構の遊星歯車PLとかみ合う外歯車が形成され、この外歯車が左側の遊星歯車機構の太陽歯車SLを構成している。
中空軸で構成される第2結合部材32に挿通される第1結合部材31は、右側の遊星歯車機構30R側の端部に大径部43を有し、この大径部43の外周面に、右側の遊星歯車機構30Rの遊星歯車PRとかみ合う外歯車が形成され、この外歯車が右側の遊星歯車機構30Rの太陽歯車SRを構成している。
第1結合部材31および第2結合部材32のうち、内径側の結合部材(第1結合部材31)と連結している太陽歯車SRの最大径は、外径側の結合部材(第2結合部材32)が嵌め合う遊星キャリヤCRのインボード側のキャリヤフランジ34bの中空軸部36の内面のスプライン穴の最小径よりも小さく設定することにより、内径側の結合部材(第1結合部材31)を容易に組み込むことが可能である。
内径側の結合部材(第1結合部材31)の外周面と、外径側の結合部材(第2結合部材32)の内周面との間には、カラー44と、カラー44の両端に針状ころ軸受45、46を介在させている。
第1結合部材31および第2結合部材32と遊星キャリヤCL、CRとの嵌合(スプライン42、41)は、軸方向にしゅう動可能な嵌め合い公差とすることにより、入力歯車12aとこれにかみ合う大径の入力側外歯車13a、出力歯車14aとこれにかみ合う出力側小径外歯車13b、太陽歯車SL、SRと遊星歯車PL、PRと内歯車RL、RRの少なくともいずれか一つの噛み合わせにはすば歯車があり、アキシアル荷重が発生しても歯車歯面への偏荷重を防ぐことができる。
また、第1結合部材31および第2結合部材32と遊星キャリヤCL、CRとのスプライン(スプライン42、41)嵌合部のしゅう動による軸方向移動による荷重は、外径側結合部材(各実施形態では第2結合部材32)の両端にスラスト軸受47、48を設けて支持している。
2つの遊星歯車機構30L、30Rを連結する二重構造の軸の内径側の結合部材(図1の実施形態では第1結合部材31)は、結合部材(図1の実施形態では第1結合部材31)と遊星キャリヤ(図1の実施形態ではCL)とのスプライン嵌合と反対側の軸端を、他方の遊星キャリヤ(図1の実施形態ではCR)に対して深溝玉軸受49によって支持している。
ところで、トルク差増幅装置30を組み込んだ中間歯車軸13L、13Rは、減速装置3L、3Rを構成する他の歯車軸、即ち、入力歯車軸12L、12R、出力歯車軸14L、14Rよりも減速装置ハウジング9内で最も地上高さが低い位置に配置される(図4、図5参照)。図4、図5において、符号Gは、地面を示している。
例えば、減速装置3L、3Rを構成する歯車軸が3軸構造であれば、トルク差増幅装置30を組み込んだ中間歯車軸13L、13Rを2軸目に配置し、4軸構造であれば、2軸目または3軸目に配置し、トルク差増幅装置30を組み込んだ中間歯車軸13L、13Rを配置した軸が地面Gから最も低い位置になるように配置する。
このように、トルク差増幅装置30を組み込んだ重量のある中間歯車軸13L、13Rを地面Gから最も低い位置に配置することにより、車両駆動装置1の低重心化が図れる。
また、トルク差増幅装置30を組み込んだ中間歯車軸13L、13Rを地面から他の歯車軸よりも低い位置に配置することにより、図5に示すように、トルク差増幅装置30を構成する遊星歯車機構30L、30Rの遊星歯車PL、PRが減速装置ハウジング9の内部に封入した潤滑油の油面Fに最も近づけることが可能になる。
そして、減速装置ハウジング9の内部に封入した潤滑油の油面Fを、図5に示すように、遊星歯車機構30L、30Rの遊星歯車PL、PRの一部が停車時に確実に浸漬できる高さに設定することにより、遊星歯車PL、PRの内部潤滑が効果的に行える。
また、2つの遊星歯車機構30L、30Rを連結する2重構造の軸の内径側の結合部材(図1の実施形態では第1結合部材31)には、トルク差増幅装置30の左右間で潤滑油の流動が可能なように、軸心に給油穴50を設けている。
さらに、図6に示す実施形態では、内径側の結合部材(図1の実施形態では第1結合部材31)の給油穴50に、外径側結合部材(図1実施形態では第2結合部材32)の両端のスラスト軸受47、48の位置に、径方向の給油通路51、52を設け、太陽歯車SL、SRの歯面、遊星歯車PL、PRの歯面等、トルク差増幅装置30の第1結合部材31の外周側にある部品に対して潤滑油を供給している。
また、図7に示す実施形態では、トルク差増幅装置30を組み込んだ中間歯車軸13L、13Rの外側面から内径側の結合部材(図1の実施形態では第1結合部材31)の給油穴50に、潤滑油を導入しやすくするために、キャリヤフランジ34aの中空軸部35の内周面に、給油穴50の外端面に向かって細く絞られた形状の潤滑油導入筒70を装着し、外部の潤滑油が給油穴50に優先的に流れるようにしている。
潤滑油導入筒70は、キャリヤフランジ34aの中空軸部35の内周面に嵌められる円筒部70aと、円筒部70aのインボード側の端部から給油穴50の外端面に向かって細く絞られた円すい筒部70bとからなる。
また、図9に示す実施形態では、潤滑油導入筒70の円筒部70aに、外周側に突き出した係合爪70cを設け、この係合爪70cが係合する係合溝70dを、キャリヤフランジ34aの中空軸部35の内周面に形成している。
この図9に示す実施形態の潤滑油導入筒70の円すい筒部70bには、潤滑油導入筒70に導入された潤滑油の一部を、円すい筒部70bの外面側に供給できるように、切り欠き穴70eを設けている。
また、第1結合部材31における左側の遊星歯車機構30L側の端部と、遊星キャリヤCLのアウトボード側のキャリヤフランジ34aの中空軸部35とを連結するスプライン42に、図11に示すように、欠歯71を設け、トルク差増幅装置30を組み込んだ中間歯車軸13L、13Rの外側面からトルク差増幅装置30内への潤滑油の流れを向上させるようにしてもよい。
次に、出力歯車軸14L、14Rは、大径の出力歯車14aを有し、中央ハウジング9aの仕切り壁11の両面に形成した軸受嵌合穴53aと側面ハウジング9bL、9bRに形成した軸受嵌合穴53bに転がり軸受54a、54bによって支持されている。そして、軸受嵌合穴53a、53bは、転がり軸受54a、54bの外輪が当接する壁部のある段付き形状になっている。図1では転がり軸受54a、54bは同一のものとしているが、異なるサイズのもので組みあわせてもよい。
出力歯車軸14L、14Rのアウトボード側の端部は、側面ハウジング9bL、9bRに形成した開口部から減速装置ハウジング9の外側に引き出され、引き出された出力歯車軸14L、14Rのアウトボード側の端部の外周面に、等速ジョイント65aの外側継手部がスプライン結合されている。
出力歯車軸14L、14Rに結合された等速ジョイント65aは、中間シャフト65c、等速ジョイント65bを介して駆動輪61L、61Rに接続される(図11参照)。
出力歯車軸14L、14Rのアウトボード側の端部と側面ハウジング9bL、9bRに形成した開口部との間には、オイルシール55を設け、減速装置ハウジング9に封入された潤滑油の漏洩および外部からの泥水などの侵入を防止している。
図1に示す実施形態の2モータ式の車両駆動装置1の歯車構成は、図12に示すスケルトン図の通りである。
図12に示すように、左右の電動モータ2L及び電動モータ2Rは、車両に搭載されたバッテリ63からインバータ64を介して与えられた電力により動作する。そして、電動モータ2L、2Rは、電子制御装置(図示省略)により個別に制御され、異なるトルクを発生させて出力することができる。
電動モータ2L、2Rのモータ軸5aのトルクは、減速装置3L、3Rの入力歯車軸12L、12Rの入力歯車12aと中間歯車軸13L、13Rの大径の入力側外歯車13aとの歯数比で増大されてトルク差増幅装置30の内歯車RL、RRに伝達される。
そして、トルク差増幅装置30を介して中間歯車軸13L、13Rの出力側小径歯車13bが出力歯車軸14L、14Rの大径の出力歯車14aに噛み合って出力側小径歯車13bと出力歯車14aとの歯数比で電動モータ2L、2Rのモータ軸5aのトルクがさらに増大されて、駆動輪61L、61Rに出力される。
トルク差増幅装置30は、3要素2自由度の同一の遊星歯車機構30L、30Rが同軸上の中間歯車軸13L、13Rに二つ組み合わされて構成され、遊星歯車機構30L、30Rとして、シングルピニオン形式の遊星歯車機構を採用している。
遊星歯車機構30L、30Rは、同軸上に設けられた太陽歯車SL、SR及び内歯車RL、RRと、これら太陽歯車SL、SRと内歯車RL、RRとの間に位置する複数の遊星歯車PL、PRと、遊星歯車PL、PRを回動可能に支持し太陽歯車SL、SR及び内歯車RL、RRと同軸上に設けられた遊星キャリヤCL、CRとから構成される。ここで、太陽歯車SL、SRと遊星歯車PL、PRは外周にギヤ歯を有する外歯歯車であり、内歯車RL、RRは内周にギヤ歯を有する内歯歯車である。遊星歯車PL、PRは太陽歯車SL、SRと内歯車RL、RRとに噛み合っている。
遊星歯車機構30L、30Rでは、遊星キャリヤCL、CRを固定した場合に太陽歯車SL、SRと内歯車RL、RRとが逆方向に回転するため、図12に示す速度線図で表すと内歯車RL、RR及び太陽歯車SL、SRが遊星キャリヤCL、CRに対して反対側に配置される。
このトルク差増幅装置30は、前記のように、太陽歯車SL、遊星キャリヤCL、遊星歯車PL及び内歯車RLを有する第1の遊星歯車機構30Lと、同じく太陽歯車SR、遊星キャリヤCR、遊星歯車PR及び内歯車RRを有する第2の遊星歯車機構30Rとが同軸上に組み合わされて構成されている。
そして、第1の遊星歯車機構30Lの遊星キャリヤCLと第2の遊星歯車機構30Rの太陽歯車SRとが結合されて第1結合部材31を形成し、第1の遊星歯車機構30Lの太陽歯車SLと第2の遊星歯車機構30Rの遊星キャリヤCRとが結合されて第2結合部材32を形成している。
ここで、電動モータ2Lで発生したトルクTM1は、入力歯車軸12Lの入力歯車12aと入力側外歯車13aとが噛み合って中間歯車軸13Lに伝達され、中間歯車軸13Lに伝達されたトルクが、第1の遊星歯車機構30Lを介して中間歯車軸13Lの出力側小径歯車13bに伝達され、中間歯車軸13Lの出力側小径歯車13bと出力歯車軸14Lの出力歯車14aとが噛み合って出力歯車軸14Lから駆動輪61Lに駆動トルクTRが出力される。
電動モータ2Rで発生したトルクTM2は、入力歯車軸12Rの入力歯車12aと入力側外歯車13aとが噛み合って中間歯車軸13Rに伝達され、中間歯車軸13Rに伝達されたトルクが、第2の遊星歯車機構30Rを介して中間歯車軸13Rの出力側小径歯車13bに伝達され、中間歯車軸13Rの出力側小径歯車13bと出力歯車軸14Rの出力歯車14aとが噛み合って出力歯車軸14Rから駆動輪61Rに駆動トルクTLが出力される。
電動モータ2L、2Rからの出力はまた、二つの遊星歯車機構30L、30Rのそれぞれの内歯車RL、RRに与えられ、第1結合部材31、第2結合部材32からの出力が駆動輪61L、61Rに与えられる。
第2結合部材32は、中空軸で構成されており、その内部に第1結合部材31が挿通され、第1結合部材31と第2結合部材32を構成する軸は二重構造になっている。
第1結合部材31は、その一端(図中右端)が太陽歯車SRの回転軸であり、他端(図中左端)が太陽歯車SLを貫通して設けられ、遊星キャリヤCLに接続されている。また、中空軸である第2結合部材32は、一端(図中左端)が太陽歯車SLの回転軸となっており、他端(図中右端)は遊星キャリヤCRと接続されている。この第1結合部材31と第2結合部材32によって、二つの遊星歯車機構30L、30Rが結合されている。
次に、トルク差増幅装置30は、二つの同一のシングルピニオン形式の遊星歯車機構30L、30Rを組み合わせて構成されるため、図12に示すように二本の速度線図によって表すことができる。ここでは、分かりやすいように、二本の速度線図を上下にずらし、上側に左側の遊星歯車機構30Lの速度線図を示し、下側に右側の遊星歯車機構30Rの速度線図を示す。本来は、図1の実施形態では、各電動モータ2L、2Rから出力されたトルクTM1及びTM2は、各入力歯車軸12L、12Rの入力歯車12aとかみ合う入力側外歯車13aを介して各内歯車RL、RRに入力されるため減速比が掛かり、また、トルク差増幅装置30から取り出された駆動トルクTL、TRは、出力歯車14aとかみ合う出力側小径歯車13bを介し左右の駆動輪61L、61Rへ伝達されるため減速比が掛かる。ここでは理解を容易にするため、以降、図12に示す速度線図及び各計算式の説明においては、減速比を省略し、各内歯車RL、RRに入力されるトルクをTM1及びTM2のまま、駆動トルクはTL、TRのままとし、トルク差増幅装置30から取り出された駆動トルクはTL、TRのままとする。
トルク差増幅装置30を構成する二つの遊星歯車機構30L、30Rは、同一の歯数の歯車要素を使用しているため、速度線図において内歯車RLと遊星キャリヤCLとの距離及び内歯車RRと遊星キャリヤCRとの距離は等しく、これをaとする。また、太陽歯車SLと遊星キャリヤCLとの距離及び太陽歯車SRと遊星キャリヤCRとの距離も等しく、これをbとする。遊星キャリヤCL、CRから内歯車RL、RRまでの長さと遊星キャリヤCL、CRから太陽歯車SL、SRまでの長さの比は、内歯車RL、RRの歯数Zrの逆数(1/Zr)と太陽歯車SL、SRの歯数Zsの逆数(1/Zs)との比と等しい。よって、a=(1/Zr)、b=(1/Zs)と表すことができる。
Rの点を基準にしたモーメントMの釣り合いから下記(1)式が算出される。なお、図8において、図中矢印方向Mがモーメントの正方向である。
a・TR+(a+b)・TL−(b+2a)・TM1=0 …(1)
Lの点を基準にしたモーメントMの釣り合いから下記(2)式が算出される。
−a・TL−(a+b)・TR+(b+2a)・TM2=0 …(2)
(1)式と(2)式の和より、下記(3)式が得られる。
−b・(TR−TL)+(2a+b)・(TM2−TM1)=0
(TR−TL)=((2a+b)/b)・(TM2−TM1) …(3)
(3)式の(2a+b)/bがトルク差増幅率αとなる。a=1/Zr、b=1/Zsを代入すると、α=(Zr+2Zs)/Zrとなり、下記のトルク差増幅率αが得られる。
α=(Zr+2Zs)/Zr
この発明では、電動モータ2L、2Rからの入力は、内歯車RL、RRとなり、駆動輪61L、61Rへの出力は太陽歯車SRとキャリヤCL、太陽歯車SLとキャリヤCRとなる。
そして、二つの電動モータ2L、2Rで異なるトルクTM1、TM2を発生させて入力トルク差ΔTIN(=(TM2−TM1))を与えると、トルク差増幅装置30において入力トルク差ΔTINが増幅され、入力トルク差ΔTINよりも大きな駆動トルク差α・ΔTINを得ることができる。すなわち、入力トルク差ΔTINが小さくても、トルク差増幅装置30において上記したトルク差増幅率α(=(Zr+2Zs)/Zr)で入力トルク差ΔTINを増幅することができ、左駆動輪61Lと右駆動輪61Rとに伝達される駆動トルクTL、TRに、入力トルク差ΔTINよりも大きな駆動トルク差ΔTOUT(=α・(TM2−TM1))を与えることができる。
従来技術1及び従来技術2では、トルク差増幅装置105を構成する2つの遊星歯車機構の左右接続部材に内歯車Rが含まれるため、左右どちらかの内歯車と別部材を繋ぐ結合部材の1つが必ず他方の内歯車Rより大径にならなければならない。
これに対して、この発明の実施形態では、トルク差増幅装置30を構成する2つの遊星歯車機構30L、30Rの接続は、太陽歯車SLと遊星キャリヤCR、太陽歯車SRと遊星キャリヤCLであるから、内歯車RL、RRよりも大径の接続部材を必要としない。このため、この発明では、従来技術1及び従来技術2のものに比ベてトルク差分配機構を小さくすることができるので、トルク差分配機構を組み込んだ電気自動車用の車両駆動装置1を小さく軽量化することができる。
電気自動車用の車両駆動装置1を小さく軽量化することにより、車両駆動装置1の車体搭載レイアウトと共に、周辺補機類の車体搭載レイアウトの自由度が向上する。
また、車両駆動装置1が小型化することにより、車室空間が拡大する等のメリットがある。
図1に示す実施形態では、二つの駆動源として電動モータ2L、2Rを用い、同一の最大出力を有する同一の出力特性の電動モータである場合を例示したが、二つの駆動源はこれに限られない。
なお、車両駆動装置1が搭載される車両は、電気自動車やハイブリッド電気自動車に限らず、例えば、第1の電動モータ2L及び第2の電動モータ2Rを駆動源とした燃料電池自動車であってもよい。
この発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々の形態で実施し得る。
1 :車両駆動装置
2L、2R :電動モータ
3L、3R :減速装置
4L、4R :モータハウジング
4aL、4aR :モータハウジング本体
4bL、4bR :外側壁
4cL、4cR :内側壁
5 :ロータ
5a :モータ軸
6 :ステータ
7 :シール部材
8a、8b :転がり軸受
9 :減速装置ハウジング
9a :中央ハウジング
9bL、9bR :側面ハウジング
10 :ボルト
11 :仕切り壁
12L、12R :入力歯車軸
12a :入力歯車
13L、13R :中間歯車軸
13a :入力側外歯車
13b :出力側小径歯車
14L、14R :出力歯車軸
14a :出力歯車
16a、16b :軸受嵌合穴
17a、17b :転がり軸受
18 :オイルシール
19a、19b :軸受嵌合穴
20a、20b :転がり軸受
30 :トルク差増幅装置
30L、30R :遊星歯車機構
31 :第1結合部材
32 :第2結合部材
33 :キャリヤピン
34a、34b :キャリヤフランジ
35、36 :中空軸部
37 :軸受
39 :軸受
40 :カラー
41、42 :スプライン
43 :大径部
44 :カラー
45、46 :軸受
47、48 :スラスト軸受
49 :深溝玉軸受
50 :給油穴
51、52 :給油通路
53a、53b :軸受嵌合穴
54a、54b :転がり軸受
55 :オイルシール
60 :シャーシ
61L、61R :駆動輪
62L、62R :前輪
63 :バッテリ
64 :インバータ
65a、65b :等速ジョイント
65c :中間シャフト
70 :潤滑油導入筒
70a :円筒部
70b :円すい筒部
70c :係合爪
70d :係合溝
70e :切り欠き穴
71 :欠歯
AM :電気自動車
L、CR :遊星キャリヤ
M :モーメント
L、PR :遊星歯車
L、RR :内歯車
L、SR :太陽歯車
TM1、TM2 :電動モータで発生したトルク
TL、TR :駆動トルク
Zr :内歯車の歯数
Zs :太陽歯車の歯数
a、b :距離
α :トルク差増幅率
ΔTIN :入力トルク差
ΔTOUT :駆動トルク差

Claims (8)

  1. 車両に搭載され独立して制御可能な二つの駆動源と左右の駆動輪との間に、前記二つの駆動源に連結し、入力歯車を有する入力歯車軸と、左右の駆動輪に連結し、出力歯車を有する出力歯車軸と、歯車の噛合いにより入力歯車軸から出力歯車軸の間の動力伝達を行う少なくとも1つ以上の中間歯車軸とを有する減速装置を備え、前記減速装置の一つの中間歯車軸と同軸上に、遊星歯車機構を二つ組み合わせ、一方の遊星歯車機構の特定の要素と他方の遊星歯車機構の特定の要素とを相互に連結して二つの駆動源からの動力を左右の駆動輪にトルク差を増幅して伝達するトルク差増幅装置を組み込んだ車両駆動装置において、前記トルク差増幅装置を組み込んだ減速装置の中間歯車軸を、減速装置を構成する各歯車軸の中で、地面から最も低い位置に配置したことを特徴とする車両駆動装置。
  2. 前記減速装置を収容する減速装置ハウジング内に封入される潤滑油の油面を、停車状態で前記トルク差増幅装置を構成する遊星歯車機構の最下点に位置する遊星歯車が浸漬する高さに設定したことを特徴とする請求項1記載の車両駆動装置。
  3. 前記トルク差増幅装置を組み込んだ減速装置の中間歯車軸の軸心に、左右に貫通する潤滑用の給油穴を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の車両駆動装置。
  4. 前記軸方向の給油穴に、径方向の給油通路を設けたことを特徴とする請求項3記載の車両駆動装置。
  5. 前記軸方向の給油穴のアウトボード側の端部に、前記減速装置を収容する減速装置ハウジング内に封入された潤滑油を導く潤滑油導入筒を装着したことを特徴とする請求項3又は4に記載の車両駆動装置。
  6. 前記潤滑油導入筒は、円筒部と、円筒部のインボード側の端部から給油穴の外端面に向かって細く絞られた円すい筒部とからなることを特徴とする請求項5に記載の車両駆動装置。
  7. 前記潤滑油導入筒の円筒部に、外周側に突き出した係合爪を設け、この係合爪が係合する係合溝を、トルク差増幅装置を組み込んだ減速装置の中間歯車軸の中空軸部の内周面に設けたことを特徴とする請求項6に記載の車両駆動装置。
  8. 前記中間歯車軸とトルク差増幅装置とをスプラインによって連結し、このスプラインの歯の一部に欠歯を設けたことを請求項3〜7のいずれかに記載の車両駆動装置。
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