JP2004001688A - ヘビーデューティ車両のための電子駆動ユニット組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】排出物を低減し、重量を少なくし、より広い範囲の高いギヤ減速比の駆動ユニット組立体を提供する。
【解決手段】電気駆動装置を各従動ホイールに設けることにより排気を低減し、プラネタリ−アクスル組立体の必要をなくすことにより重量を低減する。また、より広範囲の高ギヤ減速をもたらすため、減速ギヤ組立体において、内側プラネットギヤは、所望のギヤ減速比を達成するために外側プラネットギヤと異なる歯数を有して所望のギヤ減速比を達成する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘビーデューティ車両のための電子駆動ユニット組立体に関し、さらに詳細には、ヘビーデューティ車両の従動（被動）ホイールエンドの各々にて高比率減速ギヤ組立体を駆動するためにホイールスピンドルの各々に電気モータを組み込む駆動ユニット組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ギヤ減速組立体は、多くの異なるタイプの車両において、車両ホイールにて所望の駆動トルクおよび速度出力をもたらすために用いられる。ヘビーデューティオフロード車両、例えば、リフトトラック、コンテナハンドル、ラフテレンクレーン、フロントエンドローダ（トラクタショベル）、採掘（マイニング）トラック、丸太運搬車（ログホーラー）などは、しばしば、悪い地盤条件で動作できるようにホイールにて高出力トルクを得るためにかなりの減速を必要とする。伝統的に、これらの車両は、プラネタリーギヤ減速組立体を含むプラネタリーアクスルにより駆動される。
【０００３】
プラネタリーアクスルはセンターアクスルハウジングを含み、ハウジングの各端部にホイールエンドが取り付けられている。センターキャリアがアクスルハウジング内に包囲されており、車両のエンジンおよびトランスミッションからの入力部に連結されている。キャリアが、各ホイールエンドに延在する１対のアクスルシャフトを駆動する。各ホイールエンドが、アクスルシャフトの一方により駆動されるプラネタリーギヤ減速組立体を含む。
【０００４】
典型的なプラネタリーギヤ減速組立体は、内側に歯の付いたリングギヤと、リングギヤ内の中央に配置されたサンギヤと、サンギヤおよびリングギヤの両方と噛み合い係合する複数のプラネットギヤとを含む。サンギヤはアクスルシャフトにより駆動され、サンギヤおよびプラネタリーギヤとリングギヤとの反作用（反動、反応）が、ホイールの望ましい速度およびトルクの回転をもたらす。
【０００５】
この伝統的なプラネタリーギヤの構造の欠点の１つは、高いギヤ減速比、例えば２００：１の比率の減速が、パッケージングの制約によりホイールエンドで不可能であることである。また、ヘビーデューティ車両のためのプラネタリーアクスルは重く、汚染物質を発生する強力なエンジンを必要とするので望ましくない。産業界は低排出を望む傾向にあるため、ヘビーデューティオフロード車両に動力を与えるための別の方法が探索されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、排出物を低減し、重量を少なくし、より広い範囲の高いギヤ減速をもたらし、また、先に概略的に述べた分野における他の欠点も克服する駆動ユニット組立体を提供することが望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
電子駆動ユニット組立体は、ヘビーデューティ車両の従動ホイールの各々を独立に駆動する。各電気駆動ユニット組立体は電気モータを含み、電気モータは、車両構造物、例えばフレームまたはサスペンションに取り付けられたスピンドル内に取り付けられている。モータは、スピンドル内部に形成されたチャンバ内に取り付けられ、外部の汚染物質から保護されている。ホイールハブが、スピンドルに対して回転するように取り付けられており、モータにより駆動される。モータは、ホイールと同心の出力シャフトを有する。出力シャフトは、ホイールにて所望の出力トルクをもたらす減速ギヤ組立体に連結されており、シャフトはホイールハブを駆動するように動作的に連結されている。
【０００８】
好ましい実施形態において、減速ギヤ組立体は、所望のホイール出力トルクおよび速度をもたらすように高速電気モータに適合する高比率のギヤ減速組立体である。ギヤ減速組立体は、スピンドルに取り付けられた内側リングギヤと、ホイールハブに取り付けられ、またはホイールハブ内に形成された外側リングギヤと、を含む。減速ギヤ組立体は、さらに、内側リングギヤと噛み合い係合する複数の内側プラネット（遊星）ギヤと、外側リングギヤと噛み合い係合する複数の外側プラネットギヤと、を含む。プラネタリースパイダ組立体が内側プラネットギヤと外側プラネットギヤを、内側プラネットギヤの各々が外側プラネットギヤの１つとペアになるように相互連結している。各ペアにおける内側プラネットギヤおよび外側プラネットギヤは、スパイダ本体に固定された共通のピニオンシャフトに、内側プラネットギヤおよび外側プラネットギヤがスパイダと共に同一速度で回転軸を中心に回転するように堅固に取り付けられている。内側プラネットギヤは第１の予め決められた歯数を有し、外側プラネットギヤは、前記第１の予め決められた歯数と異なる第２の予め決められた歯数を有して、所望のギヤ減速比を達成する。
【０００９】
一実施形態において、モータはプラネタリースパイダ組立体を、サンギヤ構造物を介して間接的に駆動する。サンギヤはモータ出力シャフトに動作的に連結されており、内側プラネットギヤと噛み合い係合している。内側プラネットギヤは内側リングギヤと噛み合い係合している。サンギヤは内側プラネットギヤを駆動し、内側プラネットギヤはプラネタリースパイダを駆動し、これにより、外側プラネットギヤが外側リングギヤを駆動する。
【００１０】
別の実施形態において、モータはプラネタリースパイダ組立体を直接駆動する。プラネタリースパイダはスパイダ本体を含み、スパイダ本体は、中央のボア（穴）と、ピニオンシャフトを取り付けるための、半径方向における複数のボアと、を有する。出力シャフトは中央ボアを介してスパイダ本体と駆動係合されている。スパイダ本体が回転すると、内側プラネットギヤが内側リングギヤに対して作用し、かつ外側プラネットギヤが外側リングギヤに対して作用してホイールハブを回転させる。
【００１１】
本発明は、電気駆動装置を各従動ホイールに設けることにより排気を低減し、プラネタリーアクスル組立体の必要をなくすことにより重量を低減し、かつ、より広範囲の高ギヤ減速をもたらす駆動ユニット組立体を提供する。本願発明の、これらおよび他の特徴は、以下の詳細な説明および図面から最良に理解されるであろう。図面の簡単な説明を後に記載する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に示されているように、ヘビーデューティ車両１０が長手方向の車両軸１２を画成しており、長手方向の車両軸１２を横切る方向に対向して配置された少なくとも２つの従動ホイール１４を含む。駆動ユニット組立体１６が各ホイール１４をそれぞれ独立に駆動させる。
【００１３】
駆動ユニット組立体１６は、図２においてより詳細に示されている。駆動ユニット組立体は非回転スピンドル１８を含み、非回転スピンドル１８は、車両の構造物または部品２０、例えば車両フレームまたはサスペンション部材に取り付けられている。スピンドル１８は、内側チャンバ２２を画成する中空の部分を含む。ホイールハブ２４がベアリング２６上に、スピンドルに対して回転軸２８を中心に回転するために取り付けられている。電気モータ３０がチャンバ２２内に、モータ３０が外部環境の汚染物から保護されるように取り付けられている。電気モータ３０は、回転軸２８を中心にホイールハブ２４を駆動するために動作的に連結された出力シャフト３２を含む。当分野で知られた任意のタイプの電気モータをこの用途に用いることができる。
【００１４】
番号３４にて概略的に示されている減速ギヤ組立体が駆動ユニット組立体１６に含まれて、所望のギヤ減速を各ホイールにもたらす。本発明の減速ギヤ組立体３４は、２０〜２００：１の範囲の減速をもたらすことができる。本発明に固有の減速ギヤ組立体３４が、高速電気モータ３０による動作が達成されるように高い減速能力をもたらすために構成されている。減速ギヤ組立体３２は、好ましくは、ホイールハブ２４内に形成されたチャンバ３６内に配置される。減速ギヤ組立体３２は、モータ出力シャフト３２に動作的に連結された入力部、および、ホイールハブ２４に動作的に連結された出力部を含む。
【００１５】
減速ギヤ組立体３４は、スピンドル１８に取り付けられた内側リングギヤ３８、および、ホイールハブ２４に取り付けられ、またはホイールハブ２４内に形成された外側リングギヤ４０を含む。内側リングギヤ３８および外側リングギヤ４０は、好ましくは、独立の部品としてそれぞれの構成部品に取り付けられるが、内側リングギヤ３８および外側リングギヤ４０は、それぞれの構成部品と一体的に１ピースとして形成されてもよい。内側リングギヤ３８は、非回転部品であり、少なくとも部分的にホイールハブ２４の内側チャンバ３６内に取り付けられている。シール４２がハブ２４と内側リングギヤ３８の間に取り付けられて、内側チャンバ３６を密封している。
【００１６】
第１の複数の内側プラネットギヤ４４が内側リングギヤ３８と噛み合い係合し、第２の複数のプラネットギヤ４６が外側リングギヤ４０と噛み合い係合している。プラネタリースパイダ組立体４８が、内側プラネットギヤ４４と外側プラネットギヤ４６とを、内側プラネットギヤ４４の各々が外側プラネットギヤ４６の各々とペアになるように相互連結している。好ましくは、内側プラネットギヤセットと外側プラネットギヤセットの各々には３つのギヤが存在し、３つのペアを形成する。しかし、追加の内側プラネットギヤおよび外側プラネットギヤを組立体に含むことも可能である。各ペアにおける内側プラネットギヤ４４および外側プラネットギヤ４６は、スパイダ本体５２に固定された共通のピニオンシャフト５０に堅固に取り付けられており、これにより、内側プラネットギヤ４４と外側プラネットギヤ４６はスパイダ５２と共に同一の速度で回転軸２８を中心に回転する。
【００１７】
内側プラネットギヤ４４は、各々、第１の予め決められた数の歯を有し、外側プラネットギヤ４６は、各々、第１の予め決められた歯数と異なる第２の予め決められた数の歯を有し、これにより望ましいギア減速比を達成する。減速ギヤ組立体におけるいずれのギヤの歯の数も、望ましいギヤ比を達成するために変更することができ、これについては当分野で知られているため詳細には論じない。
【００１８】
図２における構成において、モータ３０はスパイダ組立体４８を直接駆動する。スパイダ５２は、出力シャフト３２の一端を取り囲む中央ボア５４を含み、かつ、ピニオンシャフト５０を支持するために中央ボア５４を中心に半径方向に形成された複数のボア５８を有する。好ましくは、スパイダ５２は、スプラインマウント５６を介して出力シャフト３２と直接駆動係合されている。スプライン構造が好ましいが、当分野で知られた別の類似の連結方法を用いることもできる。
【００１９】
スパイダ５２、内側リングギヤ３８、外側リングギヤ４０およびモータ出力シャフト３２は全て同心の配置で取り付けられている。出力シャフト３２はスパイダ５２を駆動し、スパイダ５２は内側プラネットギヤ４４および外側プラネットギヤ４６を、ピニオンシャフト５０を介して駆動する。内側プラネットギヤ４４が内側リングギヤ３８に対して作用し、かつ、外側プラネットギヤ４６が外側リングギヤ４０に対して作用してホイール１４を駆動させる。ハブキャップ７０または他の類似のカバーが、チャンバ３６を取り囲むようにハブ２４の一端に取り付けられている。
【００２０】
スパイダ間接駆動組立体６２を有する別のホイールエンド組立体６０が図３に示されている。この構造は、図２に示した構造と類似であるが、図３のスパイダ組立体６２は、モータ３０により間接的に駆動される。サンギヤ６４が出力シャフト３２と直接駆動係合しており、内側プラネットギヤ４４と噛み合い係合している。サンギヤ６４はシャフト３２に独立の部品として取り付けられることができ、あるいは、１つの部品としてシャフト３２と一体的に形成されることができる。ブッシュ６６がシャフト３２の一端に、スパイダ組立体６２がサンギヤ６２に対して回転することができるように、すなわち、サンギヤ６４とスパイダ組立体６２とが異なる速度で回転することができるように取り付けられている。スパイダ組立体６２は、先に述べたようにピニオンシャフト５０を支持するスパイダ本体６８を含む。
【００２１】
モータ出力シャフト３２はサンギヤ６４を駆動し、サンギヤ６４は内側プラネットギヤ４４を駆動する。内側プラネットギヤ４４は内側リングギヤ３８に対して作用し、これにより、スパイダ６２および関連する外側プラネットギヤ４６を駆動する。外側プラネットギヤ４６は、外側リングギヤ４０に対して作用してホイール１４を駆動させる。
【００２２】
本発明は、電気駆動装置を各従動ホイールに設けることにより排気を低減し、プラネタリーアクスル組立体の必要をなくすことにより重量を低減し、かつ、より広範囲の大きいギヤ減速をもたらす駆動ユニット組立体を提供する。本発明の好ましい実施形態を開示してきたが、当業者は、幾つかの修正が本発明の範囲内で行われることを理解するであろう。したがって、本発明の真の範囲および内容を決定するために特許請求の範囲が考察されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の駆動ユニット組立体を含む、ヘビーデューティ車両の１組の従動ホイールの概略図である。
【図２】図２は、図１の駆動ユニット組立体の一実施形態の概略断面図である。
【図３】図３は、図１の駆動ユニット組立体の別の実施形態の概略断面図である。

Claims (20)

1. ヘビーデューティ車両のための電子駆動ユニット組立体であって、
   内部チャンバを有する非回転スピンドルと、
   回転軸を中心に前記スピンドルに対して回転するように少なくとも１つのベアリングに支持されたホイールハブと、
   前記内部チャンバ内に取り付けられた電気モータであって、前記ホイールハブを前記回転軸を中心に駆動させるように動作的に連結された出力シャフトを有する電気モータと、を含む組立体。
2. 前記ホイールハブ内に取り付けられた減速ギヤ組立体を含み、前記減速ギヤ組立体が、前記出力シャフトに動作的に連結された入力部と、前記ホイールハブに動作的に連結された出力部と、を有する請求項１に記載の組立体。
3. 前記減速ギヤ組立体が、前記入力部に動作的に連結された複数の内側ギヤと、前記出力部に連結された複数の外側ギヤと、を含み、前記内側ギヤの各々が、対応する外側ギヤを有してギヤのペアを形成し、前記ギヤのペアにおける各ギヤが共通のシャフトに、前記内側ギヤと外側ギヤが共通の速度で回転するように支持されている請求項２に記載の組立体。
4. 前記内側ギヤが第１の予め決められた数のギヤ歯を有し、前記外側ギヤが、前記第１の予め決められたのギヤ歯数と異なる第２の予め決められた数のギヤ歯を有する請求項３に記載の組立体。
5. 前記入力部が、前記出力シャフトと共に回転するように取り付けられたサンギヤを含み、前記出力部が、前記ホイールハブに取り付けられた外側リングギヤを含み、前記内側ギヤが前記サンギヤと噛み合い係合し、かつ、前記外側ギヤが前記外側リングギヤと噛み合い係合している請求項４に記載の組立体。
6. 前記ギヤのペアの各々から延びる前記シャフトが、前記回転軸を中心に回転する共通のスパイダに取り付けられた請求項５に記載の組立体。
7. 前記スパイダがベアリング面に、前記サンギヤと前記スパイダとが互いに対して異なる速度で回転することができるように回転可能に支持されている請求項６に記載の組立体。
8. 前記スピンドルに取り付けられた内側リングギヤを含み、前記内側ギヤが前記内側リングギヤと噛み合い係合している請求項７に記載の組立体。
9. 前記内側リングギヤ、前記サンギヤ、前記スパイダ、および前記外側リングギヤが同心である請求項８に記載の組立体。
10. 前記入力部が、前記出力シャフトと駆動係合しているスパイダを含み、前記出力部が、前記ホイールハブに取り付けられた外側リングギヤを含み、前記スパイダが、前記ギヤのペアの各々から延在して前記内側ギヤを前記外側ギヤに堅固に連結する前記シャフトを、ギヤペアの各々が前記スパイダと共に前記回転軸を中心に回転するように支持している請求項４に記載の組立体。
11. 前記スピンドルに取り付けられた内側リングギヤを含み、前記内側ギヤが前記内側リングギヤと噛み合い係合しており、前記外側ギヤが前記外側リングギヤと噛み合い係合している請求項１０に記載の組立体。
12. 前記内側リングギヤ、前記スパイダ、および前記外側リングギヤが同心である請求項１１に記載の組立体。
13. ヘビーデューティ車両のための電子駆動ユニット組立体であって、
    車両構造部品に取り付けられ、内部スピンドルチャンバを画成する非回転スピンドルと、
    回転軸を中心に前記スピンドルに対して回転するように少なくとも１つのベアリングに支持され、内部ハブチャンバを画成するホイールハブと、
    前記ハブチャンバ内に取り付けられた減速ギヤ組立体であって、入力部と、前記ホイールハブに動作的に連結された出力部と、を含む減速ギヤ組立体と、
    前記内部スピンドルチャンバ内に取り付けられた電気モータであって、前記ホイールハブを前記回転軸を中心に駆動させるように前記入力部に動作的に連結されたモータ出力シャフトを有する電気モータと、を含む組立体。
14. 前記減速ギヤ組立体が、前記スピンドルに取り付けられかつ前記入力部に動作的に連結された内側リングギヤと、前記ホイールハブに取り付けられかつ前記出力部に動作的に連結された外側リングギヤと、を含む請求項１３に記載の組立体。
15. 前記減速ギヤ組立体が、前記内側リングギヤと噛み合い係合する複数の内側ギヤと、前記外側リングギヤと噛み合い係合する複数の外側ギヤと、を含み、前記内側ギヤの各々が、対応する外側ギヤを有して複数のギヤのペアを形成し、前記ギヤのペアにおいて各ギヤが共通のシャフトに堅固に取り付けられた請求項１４に記載の組立体。
16. 前記内側ギヤが第１の予め決められた数のギヤ歯を有し、前記外側ギヤが、前記第１の予め決められたギヤ歯数と異なる第２の予め決められた数のギヤ歯を有する請求項１５に記載の組立体。
17. 前記入力部が、前記出力シャフトと共に回転するように取り付けられたサンギヤを含み、前記サンギヤが前記内側リングギヤと噛み合い係合している請求項１６に記載の組立体。
18. 前記ギヤのペアの各々から延在して前記内側ギヤを前記外側ギヤに堅固に連結している前記シャフトを支持するスパイダを含み、これにより、各ギヤペアが前記スパイダと共に前記回転軸を中心に回転する請求項１７に記載の組立体。
19. 前記サンギヤと前記スパイダが互いに対して異なる速度で回転することができるように前記スパイダがベアリング面に回転可能に支持されている請求項１８に記載の組立体。
20. 前記入力部が、前記出力シャフト部と直接駆動係合されたスパイダを含み、前記スパイダが、前記ギヤペアの各々から延在して前記内側ギヤを前記外側ギヤに連結する前記シャフトを、各ギヤペアが前記スパイダと共に前記回転軸を中心に回転するように支持している請求項１６に記載の組立体。

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