JP2007078174A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータの回転動力を、大きな減速比で、かつ、部品点数が少なくコンパクトな機構で車輪を減速回転させることができるようにした動力伝達装置を提供することである。
【解決手段】電動モータ４のロータ６の内側に入力輪７を嵌合して一体化し、その入力輪７の端部に設けた偏心軸部８ａ、８ｂの外側に外歯車１０ａ、１０ｂを回転自在に設け、各外歯車１０ａ、１０ｂをその外側に設けた歯数の異なる固定の内歯車１１ａ、１１ｂに噛合し、上記入力輪７の回転により外歯車１０ａ、１０ｂを内歯車１１ａ、１１ｂの内歯に１つずつ噛み合わせて公転させ、入力輪７の１回転当たりに内歯車１１ａ、１１ｂの歯数差分だけ外歯車１０ａ、１０ｂを自転させる。外歯車１０ａ、１０ｂの自転運動をトルク伝達機構２１を介して入力輪７内に挿入されたハブ軸１６のフランジ１８ａ、１８ｂに伝達し、上記ハブ軸１６およびそのハブ軸１６に固定された出力輪２５を減速回転させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動モータと車輪の相互間において回転動力を伝達する動力伝達装置に関するものである。

電動モータのロータの回転を減速して車両の車輪に伝達する動力伝達装置として、特許文献１および特許文献２に記載されたものが従来から知れている。特許文献１に記載されたインホイールモータ駆動装置は、駆動力を発生する電動モータと、車輪のホイールが接続される車輪軸と、上記電動モータの回転を減速して車輪軸に伝達する減速機とを有しており、上記減速機として、歯数の異なる複数の歯車を組み合わせてなる平行軸式歯車減速機を採用している。

一方、特許文献２に記載された電気自動車用減速装置においては、電動モータのロータと車輪のハブとの間に遊星歯車式減速機構を２段に設け、２段目の遊星歯車式減速機構からの出力をドライブシャフトを介してばね下の左右の車輪に分配している。

特開２００５−７９１４号公報 特開平５−３３２４０１号公報

ところで、特許文献１に記載されたインホイールモータ駆動装置においては、プロペラシャフトやデファレンシャル等の大がかりな動力伝達機構が不要となるので、車両の軽量化やコンパクト化等の面から注目されているが、平行軸式歯車減速機は、その減速比が１／２乃至１／３程度であって、インホイールモータ駆動装置に搭載する減速機としては不十分であり、また、減速機の重量も重く、ばね下重量の増加によって乗り心地が悪くなる難点があり、未だ実用化には至っていない。

一方、特許文献２に記載された電気自動車用減速装置の遊星歯車式減速機構は平行軸式歯車減速機に比較して大きな減速比を得ることができるものの、インホイールモータ駆動装置に搭載する減速機としてはまだ不十分である。十分な減速比を得るためには、サンギヤ、リングギヤ、ピニオンギヤおよびピニオンギヤのキャリヤとで構成される遊星歯車式減速機構を多段構成とする必要があり、部品点数が多くなってコンパクト化が困難となり、減速機の重量およびサイズの増大を招くという問題が発生する。

この発明の課題は、電動モータの回転を大きな減速比でもって車輪に伝達することができるようにした部品点数の少ないコンパクトな構成の動力伝達装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、車体側(懸架装置を含む車体)に固定されるケーシングと、そのケーシングの内周に固定されたステータ内にロータを回転自在に設けた電動モータと、その電動モータのロータ内部に組込まれてロータと一体に回転し、軸端部に偏心軸部が形成された入力輪と、前記ケーシングに固定されて入力輪と同軸上に配置された内歯車と、前記入力輪の偏心軸部に回転自在に支持されて前記内歯車と噛合し、前記ロータの回転により内歯車の内歯に対する噛み合いによって公転しつつ自転する内歯車より歯数が少ない外歯車と、前記入力輪内に挿通されて回転自在に支持され、前記外歯車と軸方向で対向するフランジを有するハブ軸と、前記外歯車と前記ハブ軸のフランジの相互間に設けられて外歯車の公転運動を吸収すると共に、外歯車の自転をフランジに伝達するトルク伝達機構と、前記ハブ軸の軸端部に嵌合されて回り止めされ、車輪取付け用フランジを外周に有する出力輪と、車体側取付け用フランジを外周に有し、複列の転動体を介して前記出力輪を回転自在に支持する外方部材とから成る構成を採用したのである。

上記の構成からなる動力伝達装置において、ステータに対する通電によってロータを回転させると、そのロータと共に入力輪が回転し、その入力輪の軸端部に設けられた偏心軸部が偏心回転する。この偏心軸部の偏心回転により、その偏心軸部に支持された外歯車の外歯が内歯車の内歯と１つずつ噛み合いながら入力輪の回転軸心を中心に公転する。

このとき、外歯車の外歯の数は内歯車の内歯の数より少ないため、外歯車は入力輪の１回転当たりに、内歯車と外歯車の歯数差分だけ入力輪の回転方向と逆方向に自転し、その自転運動がトルク伝達機構を介してフランジに伝達され、ハブ軸およびそのハブ軸に固定された出力輪が減速回転する。

ここで、前記外歯車の外歯および内歯車の内歯はインボリュート歯形としてもよく、外歯車の外歯をトロコイド曲線歯形とし、内歯車の内歯を外ピンとしてもよい。後者のように、外歯車の外歯をトロコイド曲線歯形とし、内歯車の内歯を外ピンとすると、噛み合い率を高めることができると共に、歯が折損することの少ない耐久性に優れた動力伝達装置を得ることができる。

この発明に係る動力伝達装置において、トルク伝達機構として、外歯車とフランジの対向面の一方に複数のピンを同心円上に等間隔に設け、各ピンを対向面の他方に形成されたピン径より大きな円形孔内に挿入して、各ピンを各円形孔の内周一部に接触させた構成からなるものを採用することができる。

上記のような動力伝達装置において、入力輪に形成された偏心軸部を２つとし、各偏心軸部で外歯車を回転自在に支持し、各外歯車に噛合する内歯車のそれぞれをケーシングに固定し、上記入力輪内に挿入されたハブ軸には偏心軸部のそれぞれに対向してフランジを設け、そのフランジと外歯車の対向面間に前記トルク伝達機構を設けることで、入力輪の回転動力を２つの経路からハブ軸および出力輪に伝達することができ、１つの経路から伝達される回転動力の負荷を低減し、より安定して回転動力を伝達することができる。

ここで、上記２つの偏心軸部を周方向に１８０°位相をずらして設けると、偏心軸部の偏心回転によって発生する振動を互いに打ち消すことができるため、振動の発生の少ない動力伝達装置を得ることができる。

この発明に係る動力伝達装置において、トルク伝達機構を形成する複数のピンのそれぞれにローラを回転自在に嵌合し、各ローラを円形孔の内周一部に接触させるようにすると、ピンと円形孔の接触抵抗を低減することができ、トルク損失の低減化を図ることができる。

また、前記入力輪の偏心軸部の内側に組込まれた転がり軸受によって入力輪とハブ軸とを相対的に回転自在に支持することにより、外歯車の支持剛性を高めることができる。

上記のように、この発明に係る動力伝達装置においては、ロータの回転により固定の内歯車に噛合する外歯車を内歯車とその外歯車の歯数差分だけ自転させ、その自転運動をトルク伝達機構を介してハブ軸およびそのハブ軸に固定された出力輪に伝達するようにしたので、ステータおよびロータからなる電動モータの動力を大きな減速比でもって出力輪に伝達することができる。

また、減速機構が、内歯車と外歯車とから成る部品点数の少ない構成であるため、小型、コンパクトな動力伝達装置を得ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図１に示すように、車体としてのナックル１のインボード側にはケーシング２が設けられている。このケーシング２は後述する外方部材３２のフランジ３４にボルト３の締付けにより固定され、その内部には電動モータ４が組込まれている。

電動モータ４は、ケーシング２の内径面に取付けられたステータ５と、そのステータ５の内側に組込まれたロータ６とからなり、上記ステータ５に対する電力の供給によってロータ６が回転するようになっている。

ロータ６の内側には入力輪７が嵌合されてロータ６と一体化されている。入力輪７は、ロータ６の内径面に嵌合される外筒部７ａと、内筒部７ｂを有し、上記内筒部７ｂの両端部に偏心軸部８ａ、８ｂが形成されている。この２つの偏心軸部８ａ、８ｂは周方向に１８０°位相がずれ、各偏心軸部８ａ、８ｂの外側に針状ころ軸受９を介して外歯車１０ａ、１０ｂが回転自在に支持されている。

外歯車１０ａ、１０ｂのそれぞれの外側には内歯車１１ａ、１１ｂが設けられている。内歯車１１ａ、１１ｂは、その一方の端部が入力輪７の外筒部７ａと内筒部７ｂ間に位置するようにして入力輪７と同軸上の配置とされ、上記入力輪７の側面から外部に位置する外側端に外向きの鍔１２が形成され、その鍔１２がケーシング２の端板２ａに固定されている。

図２に示すように、外歯車１０ａ、１０ｂの外歯１３および内歯車１１ａ、１１ｂの内歯１４はインボリュート歯形からなり、上記外歯１３の歯数は内歯１４の歯数より少なく、一部において内歯１４と噛合している。

図１に示すように、内歯車１１ａ、１１ｂの内側端部と入力輪７の内筒部７ｂ間にはシール部材１５が設置されており、ステータ５のコイル部分への潤滑油の漏れを防いでいる。

入力輪７の内側にはハブ軸１６が挿入され、そのハブ軸１６と入力輪７とは、各偏心軸部８ａ、８ｂの内側に組込まれた転がり軸受１７によって相対的に回転自在に支持されている。

ハブ軸１６には、外歯車１０ａ、１０ｂのそれぞれと軸方向で対向するフランジ１８ａ、１８ｂが設けられ、各フランジ１８ａ、１８ｂはその外径面に取付けられた転がり軸受１９を介してケーシング２に回転自在に支持されている。

ここで、ハブ軸１６の軸端部に設けられたフランジ１８ａは、上記ハブ軸１６の軸端に形成された小径軸部１６ａに嵌合され、その小径軸部１６ａにねじ係合されたナット２０の締付けにより固定されている。

外歯車１０ａ、１０ｂと、その各外歯車１０ａ、１０ｂと軸方向で対向するフランジ１８ａ、１８ｂの対向面間には、内歯車１１ａ、１１ｂとの噛み合いによって公転しつつ自転する外歯車１０ａ、１０ｂの公転運動を吸収して自転運動を各フランジ１８ａ、１８ｂに伝達するトルク伝達機構２１が組込まれている。

図１および図３に示すように、トルク伝達機構２１は、外歯車１０ａ、１０ｂのフランジ１８ａ、１８ｂに対する対向面に複数のピン２２を偏心軸部８ａ、８ｂの軸心を中心とする同一円上に等間隔に設け、各ピン２２にローラ２３を回転自在に嵌合し、各ローラ２３をフランジ１８ａ、１８ｂに形成された円形孔２４内に挿入して、その円形孔２４の内周一部に接触させた構成としている。相対的にみて円形孔２４内でのピン２２の中心が描く回転軌道円の半径が、偏心軸部８ａ、８ｂの偏心量になるよう円形孔２４の内径寸法とピン２２の外径寸法が設定されている。

実施の形態では、ローラ２３として、径方向の厚み寸法を小さくする観点から針状ころ軸受を用いるようにしているが、これに限られるものではない。例えば、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受、自動調心ころ軸受等、転動体がころであるか玉であるかを問わず、あらゆる転がり軸受を採用することができる。

なお、上記とは逆に、フランジ１８ａ、１８ｂにピンを設け、外歯車１０ａ、１０ｂの側面に円形孔を形成するようにしてもよい。また、ローラ２３を省略し、ピンを円形孔の内周一部に直接接触させるようにしてもよい。この場合、ピンを回転自在に支持しておくのが好ましい。

ハブ軸１６のアウトボード側の端部には出力輪２５が嵌合されている。出力輪２５は、ハブ輪２６と、軸受内輪２７とからなり、軸受内輪２７は端部に筒部２７ａを有し、その筒部２７ａがハブ輪２６内に嵌合され、内径部から拡径加締めによりハブ輪２６に一体化されている。一方、ハブ輪２６の外周には車輪取付け用フランジ２８が形成され、その車輪取付け用フランジ２８に車輪固定用のボルト２９が取付けられている。

上記出力輪２５は、軸受内輪２７の筒部２７ａとハブ軸１６がスプライン３０により結合されてハブ軸１６と一体に回転するようになっている。また、出力輪２５は、ハブ軸１６の軸端部のねじ軸１６ｂにねじ係合したナット３１の締付けによりハブ軸１６に固定されている。

出力輪２５の外側には外方部材３２が設けられ、その外方部材３２と出力輪２５との間に組込まれた複列の転動体３３によって出力輪２５は回転自在に支持されている。

外方部材３２は、外周に車体取付け用フランジ３４を有し、その車体取付け用フランジ３４はナックル１のアウトボード側の側面に衝合されて、ボルト３５の締付けによりナックル１に固定されている。そして、その車体取付け用フランジ３４に前述のケーシング２が固定されている。

実施の形態で示す動力伝達装置は上記の構造からなり、図１に示す電動モータ４のステータ５のコイルに対する電力の供給によってロータ６を回転させると、そのロータ６と共に入力輪７が回転し、偏心軸部８ａ、８ｂが偏心回転する。

上記偏心軸部８ａ、８ｂの偏心回転により、その偏心軸部８ａ、８ｂで支持された外歯車１０ａ、１０ｂの外歯１３は内歯車１１ａ、１１ｂの内歯１４と１つずつ噛み合いながらハブ軸１６を中心に公転する。

このとき、外歯車１０ａ、１０ｂの外歯１３の歯数は内歯車１１ａ、１１ｂの内歯１４の歯数より少ないため、外歯車１０ａ、１０ｂは内歯車１１ａ、１１ｂとの歯数差分だけ入力輪７の回転方向と逆方向に自転し、その自転運動はピン２２を介してフランジ１８ａ、１８ｂに伝達され、ハブ軸１６および出力輪２５が減速回転する。

ここで、内歯車１１ａ、１１ｂの内歯１４の歯数をＺ_１、外歯車１０ａ、１０ｂの外歯１３の歯数をＺ_２とすると、減速比は、(Ｚ_１−Ｚ_２)／Ｚ_２で表すことができる。

このように、実施の形態で示す動力伝達装置においては、ロータ６と一体に回転する入力輪７の回転により固定の内歯車１１ａ、１１ｂに噛合する外歯車１０ａ、１０ｂが上記入力輪７の１回転当たりに内歯車１１ａ、１１ｂと外歯車１０ａ、１０ｂの歯数差分だけ自転し、その自転運動がトルク伝達機構２１を介してハブ軸１６および出力輪２５に伝達されるため、ステータ５およびロータ６からなる電動モータ４の回転を大きな減速比でもって出力輪２５に伝達することができる。

また、減速機構が、内歯車１１ａ、１１ｂと外歯車１０ａ、１０ｂとから成る部品点数の少ない構成であるため、小型、コンパクトな動力伝達装置を得ることができる。実施の形態で示すように、入力輪７に外筒部７ａと内筒部７ｂを設け、その外筒部７ａと内筒部７ｂ間に内歯車１１ａ、１１ｂの一部を収容させるようにすることによって、動力伝達装置の軸方向長さのよりコンパクト化を図ることができる。

上述の動作説明では、電動モータ４に電力を供給して電動モータ４を駆動し、その電動モータ４からの動力を車輪が取り付けられる出力輪２５に伝達したが、これとは逆に、車両が減速したり坂を下ったりするようなときには、車輪からの動力を減速部で高回転低トルクに変換して電動モータ４に伝達し、電動モータ４で発電してもよい。さらに、ここで発電した電力は、バッテリィに一時蓄電した後に電動モータ４や車両に備えられた他の電気機器に用いてもよい。

なお、実施の形態で示す動力伝達装置の制御は、例えば、アクセルペダル位置センサ、ブレーキ踏込み量センサ、車速センサ、バッテリィ温度検出センサ、バッテリィの端子間に接続された電圧センサ、バッテリィからの電力ラインに設置された電流センサ、モータの回転位置検出センサ等の様々なセンサからの信号を電子制御ユニットに入力し、これらの信号に基いてインバータを介してバッテリィと電動モータとの間でやりとりする電力の調節をすることによって行う。

制御には、例えば、ハンドルの操舵角に応じて左右または前後左右の各々の位置に設置された本動力伝達装置で駆動する車輪の回転数を各々独立に制御して、車両を安定して旋回させたり、前後車輪の各々の車輪速センサの信号から車輪の空転を検出し、この検出結果に基いて本動力伝達装置の回転数を制御して車両の姿勢を安定させるものなどが考えられる。

図２では、外歯車１０ａ、１０ｂの外歯１３および内歯車１１ａ、１１ｂの内歯１４をインボリュート歯形としたが、図４に示すように、外歯車１０ａ、１０ｂの外歯１３をトロコイド曲線歯形とし、内歯車１１ａ、１１ｂの内歯１４を外ピンとしてもよい。

図４に示すように、外歯車１０ａ、１０ｂの外歯１３をトロコイド曲線歯形とし、内歯車１１ａ、１１ｂの内歯１４を外ピンとすると、噛み合い率を高めることができると共に、歯が折損することの少ない耐久性に優れた動力伝達装置を得ることができる。

この発明に係る動力伝達装置の実施の形態を示す縦断正面図 図１のII−II線に沿った断面図 図１のIII−III線に沿った断面図 歯車式減速機構の他の例を示す断面図

符号の説明

１ ナックル
２ ケーシング
４ 電動モータ
５ ステータ
６ ロータ
７ 入力輪
８ａ 偏心軸部
８ｂ 偏心軸部
１０ａ 外歯車
１０ｂ 外歯車
１１ａ 内歯車
１１ｂ 内歯車
１３ 外歯
１４ 内歯
１６ ハブ軸
１８ａ フランジ
１８ｂ フランジ
２１ トルク伝達機構
２２ ピン
２３ ローラ
２４ 円形孔
２５ 出力輪
２６ ハブ輪
２８ 車輪取付け用フランジ
３２ 外方部材
３３ 転動体
３４ フランジ

Claims (8)

1. 車体側に固定されるケーシングと、
   前記ケーシングの内周に固定されたステータ内にロータを回転自在に設けた電動モータと、
   前記ロータの内部に組込まれてロータと一体に回転し、軸端部に偏心軸部が形成された入力輪と、
   前記ケーシングに固定されて入力輪と同軸上に配置された内歯車と、
   前記入力輪の偏心軸部に回転自在に支持されて前記内歯車と噛合し、前記ロータの回転により内歯車の内歯に対する噛み合いによって公転しつつ自転する内歯車より歯数が少ない外歯車と、
   前記入力輪内に挿通されて回転自在に支持され、前記外歯車と軸方向で対向するフランジを有するハブ軸と、
   前記外歯車と前記ハブ軸のフランジの相互間に設けられて外歯車の公転運動を吸収すると共に、外歯車の自転をフランジに伝達するトルク伝達機構と、
   前記ハブ軸の軸端部に嵌合されて回り止めされ、車輪取付け用フランジを外周に有する出力輪と、
   車体側取付け用フランジを外周に有し、複列の転動体を介して前記出力輪を回転自在に支持する外方部材と、
   から成る動力伝達装置。
2. 前記外歯車の外歯および内歯車の内歯がインボリュート歯形からなる請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 前記外歯車の外歯がトロコイド曲線歯形からなり、前記内歯車の内歯が、外ピンからなる請求項１に記載の動力伝達装置。
4. 前記トルク伝達機構が、外歯車とフランジの対向面の一方に複数のピンを同心円上に等間隔に設け、各ピンを対向面の他方に形成されたピン径より大きな円形孔内に挿入して、各ピンを各円形孔の内周一部に接触させた構成からなる請求項１乃至３のいずれかに記載の動力伝達装置。
5. 前記入力輪に形成された偏心軸部を２つとし、各偏心軸部で外歯車を回転自在に支持し、各外歯車に噛合する内歯車のそれぞれをケーシングに固定し、前記ハブ軸には偏心軸部のそれぞれに対向してフランジを設け、そのフランジと外歯車の対向面間に前記トルク伝達機構を設けた請求項１乃至４のいずれかに記載の動力伝達装置。
6. 前記２つの偏心軸部を、周方向に１８０°位相をずらして設けた請求項５に記載の動力伝達装置。
7. 前記各ピンにローラを回転自在に嵌合し、各ローラを円形孔の内周一部に接触させるようにした請求項１乃至６のいずれかに記載の動力伝達装置。
8. 前記入力輪の偏心軸部の内側に組込まれた転がり軸受により入力輪とハブ軸とを相対的に回転自在に支持した請求項１乃至７のいずれかに記載の動力伝達装置。

Images