JP2009508460A - 小型軸線束モーター駆動装置 - Google Patents

Abstract

軸（Ｘ）の周りの回転を付与する駆動装置（Ａ）は、ステータ（３８）およびローター（４４）を有する軸線束モーター（４）と、出力駆動素子（８）と、上記軸線束モーターのローターおよび上記駆動素子の間に配置されたエピサイクリックギアシステム（６）とを含有する。上記ギアシステムは、モーターの内部に位置し、モーターによって取り囲まれ、それ故上記駆動装置を、その軸に沿って極めて小型にする。

Description

関連出願
この出願は２００５年９月９日に出願され、参照することによりここに援用される米国仮特許出願番号６０／７１５、４９８に由来し、当該出願からの優先権を主張する。

技術分野
本発明は、概して電気駆動装置に関し、より具体的には極めて小型の軸線束モーター駆動装置に関する。

ほとんどの電気モーターは半径流束種であり、それらの回転軸に沿ってかなりの空間を占有する。一般的に、それらの軸方向の寸法は、それらの半径方向の寸法よりも大きい。それらが、トルクを増加するためのいわゆる「ギアモーター」と共にギアボックスへ接続されると、それらの軸方向の寸法はさらに大きくなる。

軸線束モーターは寸法的に、反対の特性を有する。それらは軸方向において小型であるが、それらに相当する出力の半径流束モーターよりも一般的に大きな半径方向の寸法を有する。それでも軸線束モーターは、トルクを増加するためにギアボックスと共に接続されると、より大きな軸方向の寸法が前提とされ、このことがデザインの小型化を損なわせる。

図を参照すると、軸線束モーター駆動装置Ａ（図１）は、回転軸Ｘの周りの大きなトルクを生じさせるが、軸方向において極めて小型である。基本的に、それはハウジング２と、上記ハウジング２内に位置する軸線束モーター４と、同じく上記ハウジング２内に位置する遊星トランスミッション６と、−モーター４それ自身内には−駆動装置Ａが駆動するように設計されたものを接続することができる、上記ハウジング２の外側に位置する駆動素子またはフランジ８とを有する。上記モーター４は、上記トランスミッション６を通ってフランジ８へ伝達されるトルクで、フランジ８を駆動する。上記伝達は、角速度の低減と、トルクの増加とをもたらす。

上記ハウジング２は、ネジまたは他の機械的な締結具で結合され、モーター４およびトランスミッション６の両方を含有する空間を取り囲む、２つのセクション１４および１６を有する（図１〜３）。上記セクション１４はドラムの全体的構造を有し、それは軸方向の周壁２０へ通じ、かつ融合する半径方向壁１８を有する。上記半径方向壁１８は、その中心に、上記半径方向壁１８から反対方向に突出する、軸方向のスリーブ２２を有する。上記スリーブ２２は、軸Ｘに沿った転がり軸受２４を支持する。上記周壁２０は、短いフランジ２６へ通じる。

上記セクション１６は、一般的に端板の構造が前提とされるが、その周囲において、上記セクション１４の周壁２０上の短いフランジ２６に接触してかみ合う短いフランジ２８に従ってわずかにオフセットしている。上記セクション１４は、そのフランジ２８の内側に、ハウジング２によって囲まれる空間へ突出する、軸方向の内部壁３０を有する。上記内部壁３０は、同じく軸Ｘに沿って位置する、転がり軸受３４を含有する軸受マウント３２を順次運ぶ。このようにハウジング２は、２つの転がり軸受２４および３４を支持し、それらは、いずれも軸Ｘと一致するモーター４の軸およびトランスミッション６の主軸を構築する。上記２つのセクション１４および１６は、それらの隣接するフランジ２６および２８においてしっかりと結合される。

上記モーター４は、軸Ｘの周りの円周方向の２つの配列に配置され、上記ハウジング２にしっかりと付着された巻き線４０および４２を含有するステータ３８を有する（図１および３）。上記巻き線４０は１つの配列を形成し、ドラム状ハウジングセクション１４の半径方向壁１８に沿って位置するのに対して、巻き線４２はもう一方の配列を形成し、板状ハウジングセクション１６に沿って位置し、上記巻き線４０および４２の２つの配列の間には空間がある。ドラム状セクション１４の周壁２０は、巻き線４０および４２の両方の配列を取り囲む。また、モーター４は、巻き線４０および４２の２つの配列の間の空間を占有し、そこで回転するローター４４を含有する。それは、上記トランスミッション６上に支持された、細い環状のディスクの形をとる。上記ローター４４は、永久磁石片を含有する。

エピサイクリックギアシステムであるトランスミッション６は、基本的にハウジング２上の固定リングギア５０と、駆動フランジ８が接続されている、回転式の最終駆動部材(final drive member)５２とを有する（図２および３）。また、それは、リングギア５０および駆動部材５２の間にあり、それらを接続する遊星クラスタ５４と、上記遊星クラスタ５４を支持し、主軸Ｘと平行であるが、主軸Ｘからオフセットしている、それらが周りを回転する軸Ｙを構築する遊星キャリア５６とを有する。上記モーター４の上記環状ローター４４は、上記キャリア５６へしっかりと接続され、上記キャリア５６を回転させ、ローター４４およびキャリア５６は同じ角速度で一致して回転する。

リングギア５０は、ハウジングセクション１６の軸方向の壁３０上に据え付けられており、その壁３０と一体形成されてもよい。その軸は軸Ｘと一致し、その歯は軸Ｘに向って内側に設けられている。それはピッチ直径ｂを有する（図４）。

上記最終駆動部材５２は、固定リングギア５０に対してオフセットした軸であるリングギア６０を有する。その軸は同様に軸Ｘと一致し、その歯は同様に軸Ｘに向って内側に設けられている。駆動部材５２は、そのリングギア６０の一端に半径方向壁６２を有し、転がり軸受６６を含有するハブ６４から放射状に広がる。ハブ６４は、軸Ｘに沿って軸方向に突出する駆動支軸６８に順次融合し、その軸は同様に軸Ｘと一致する。リングギア６０は半径方向壁６２からリングギア５０に向って軸方向に突出するのに対し、支軸６８は半径方向壁６２から反対方向に軸方向に突出する。実際は、それは、ハウジング２のスリーブ２２内の軸受２４を通って突出する。リングギア６０は、リングギア５０のピッチ直径ｂとは異なる、ピッチ直径ｃを有する（図４）。

キャリア５６は、一般的に固定リングギア５０と、最終駆動部材５２との内部、かつ間に位置する。それは、モーター４のディスク状ローター４４と共に、遊星クラスタ５４を運ぶ。それもまた、軸Ｘの周りを回転する。キャリア５６は、相隔たり、数々のブリッジ７６によって接続される端部壁７２および７４を有し、遊星クラスタ５４に適合する空洞を提供する。端部壁７２は、ハウジング２の軸方向壁３０内に位置し、その中心には、ハウジング２の軸受３４に受け入れられるスタブシャフト７８がある。もう一方の端部壁７４は、駆動部材５２の軸受６６上に受け入れられるスタブシャフト８０を、その中心に有する。またキャリア５６は、端部において端部壁７２および７４に固定され、それらの壁７２および７４の間の空洞にまたがるピン８２を有する。ピン８２は、遊星クラスタ５４が回転する車軸として機能する。モーター４の環状ローター４４は、キャリア５６のブリッジ７６から外側に半径方向に突出し、これらのブリッジ７６と一体形成されてもよい。

遊星クラスタ５４は、各遊星クラスタ５４間に軸受８４があり、その上で回転するピン８２がある、ピン８２上のキャリア５６の、オフセットした軸Ｙの周りを回転する。このように、遊星クラスタ５４は、キャリア５６の端部壁７２および７４の間の空洞に閉じ込められている。各遊星クラスタ５４は、結合され、同じ角速度で回転する、２つの遊星ギア８６および８８を有する。各遊星ギア８６は、ハウジング２上の固定リングギア５０にかみ合う。それはピッチ直径ｄを有する（図４）。各遊星ギア８８は、最終駆動部材５２のリングギア６０にかみ合う。それはピッチ直径ｅを有する(図４)。

最終駆動部材５２の駆動支軸６８は、ハウジング２のドラム状セクション１４上のスリーブ２２を通り、そのスリーブ２２内の軸受２４を通って突出する。駆動フランジ８は、支軸６８に適合し、キーまたはスプラインで支軸６８に結合されるスリーブ９０を有し、駆動部材５２を順次支持する駆動フランジ８を軸受２４が支持するように、好ましくは複列転がり軸受である、ハウジング２の軸受２４に受け入れられる。

軸線束モーター駆動装置Ａの作動において、モーター４用に、ステータ３８の巻き線４０および４２を通って電流が導かれる。それは、軸Ｘの周りを回転する磁束を生じさせ、ローター４４の磁石にトルクを与え、ローター４４とともに、トランスミッション６のキャリア５６を、軸Ｘの周りを周回させる。遊星クラスタ５４は、軸Ｘの周りの軌道に乗り、自らの軸Ｙの周りを回転し、そのため各クラスタ５４の遊星ギア８６は固定リングギア５０にかみ合う。回転するキャリア５６は、クラスタ５４の他の遊星ギア８８を通って駆動部材５２にかみ合い、最終駆動部材５２に、キャリア５６の回転方向の回転を与える。しかしながらクラスタ５４は、キャリア５６のみによって付与される回転からオフセットした方向に回転する。その結果、駆動部材５２は依然としてキャリア５６の回転方向を前提とするにもかかわらず、駆動部材はキャリア５６−およびモーター４のローター４４−の速度よりかなり小さい速度で回転する。トルクにおける増加は、速度における減少を伴う。このように、駆動シャフト６８および駆動フランジ８において生み出されたトルクは、軸線束モーター４によってキャリア５６に付与されるトルクを上回る。速度比率Ｆを以下に示す。

一方、最終駆動部材５２上のリングギア６０よりも固定リングギア５０が小さい場合、最終駆動部材５２はキャリア５６の回転と反対の方向に回転する。

トランスミッション６の存在、および、それによって生み出されるトルクの増幅にもかかわらず、軸線束モーター駆動装置Ａは、その回転主軸Ｘに沿ったわずかな空間を占有する−実際、一般的には軸線束モーター４自身の空間以下。

軸線束モーター４は、ローター４４の片側のみに沿って配置された、巻き線の１つの配列４０または４２のみを有していてもよい。米国特許第６，９２２，００４号は、軸線束モーターの作動について説明し、それは参照することによりここに援用される。

図１は、本発明に従って構成され、本発明を具体化した、軸線束モーター駆動装置の、部分切り欠きおよび断面の、斜視図である。 図２は、上記軸線束モーター駆動装置の分解組立斜視図である。 図３は、上記軸線束モーター駆動装置の断面図である。 図４は、上記軸線束モーター駆動装置用のトランスミッションの概略図である。

Claims (10)

1. ハウジングと；前記ハウジング内に位置し、前記軸の周りを周回するローター、および、前記ローターに沿って配置されるステータを有する軸線束モーターと；トランスミッションと；を有する軸の周りの回転を付与するための駆動装置であって、
   前記トランスミッションは前記モーター内に位置し、前記モーターによって囲まれ、
   前記トランスミッションは、前記ハウジングに対して固定された位置にある第一リングギアと、前記軸の周りを回転する第二リングギアと、前記軸の周りを回転し、前記軸線束モーターの前記ローターに接続されることにより、前記モーターからトルクが供給されて回転が付与されるキャリアとを有し、
   前記トランスミッションはさらに、前記キャリアによって運ばれる遊星ギアクラスタを含有し、前記第一および第二リングギアにかみ合う遊星ギアと、前記第二リングギアに連結されて前記第二リングギアによって駆動される駆動支軸とを有することを特徴とする駆動装置。
2. 前記第一および第二リングギアは、互いに軸方向にオフセットしていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記各遊星クラスタは、前記第一リングギアとかみ合う第一遊星ギアと、前記第二遊星ギアとかみ合う第二遊星ギアとを有し、
   各クラスタの前記第一および第二遊星ギアは、結合されていることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 各クラスタの第一遊星ギアが、前記クラスタの第二遊星ギアよりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
5. 前記キャリアは、前記遊星クラスタがその上を回転するピンを有することを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記キャリアは、前記軸に沿う、軸方向に突出するスタブシャフトを有することを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。
7. 前記第二リングギアおよび前記駆動支軸は、前記第二リングギアおよび支軸を接続する壁をさらに含有する最終駆動部材上にあることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
8. 前記ローターは２つの側面を有し、前記ステータは、前記ローターの両側面の反対側に位置する巻き線を有することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
9. ハウジングと；前記ハウジング内に位置し、軸の周りを周回するディスク状ローター、および、前記軸の周りに位置するステータを有する軸線束モーターと；前記駆動装置から動力が供給される駆動素子と；エピサイクリックギアシステムと；を有する駆動装置であって、
   前記エピサイクリックギアシステムは、増加したトルクにおいて前記ローターから前記駆動素子へ動力を伝達するために、前記モーターのローターと、前記駆動素子との間に位置し、
   前記エピサイクリックギアシステムが、前記モーターの内部に位置し、前記モーターによって取り囲まれていることを特徴とする駆動装置。
10. 前記ハウジングに対して固定された位置にある第一リングギアと；前記第一リングギアに対して、軸方向にオフセットされており、前記駆動素子に連結されている第二リングギアと；モーターのローターの内部に位置し、前記モーターのローターが固定されているキャリアと；を前記エピサイクリックギアシステムが有し、
    少なくとも一つの遊星クラスタが前記キャリアによって運ばれ、結合されている第一および第二遊星ギアを有し、前記第一遊星ギアが前記第一リングギアとかみ合い、前記第二遊星ギアが前記第二リングギアとかみ合うことを特徴とする請求項９に記載の駆動装置。

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