JP2008185164A

JP2008185164A - 回転伝達カップリング及びインホイールモータシステム

Info

Publication number: JP2008185164A
Application number: JP2007020269A
Authority: JP
Inventors: Tokuji Takahashi; 篤司高橋
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-08-14

Abstract

【課題】簡単な構成で、原動軸と従動軸との間に偏心や偏角があった場合でも、回転力を確実に伝達することができるとともに、高速回転にも適した回転伝達カップリングを提供する。
【解決手段】回転伝達カップリング１０を十字状のスパイダー１３と、その両端部に相手側の回転軸方向に突出しかつ回転軸と直交する方向に延長する貫通孔１４ｈ，１５ｈを有する案内部材１４，１５、及び、貫通孔１６ｈ，１７ｈを有する案内部材１６，１７が設けられた一対のヨーク１１，１２とから構成するとともに、上記各案内部材１４〜１６の貫通孔１４ｈ〜１６ｈにダイセットベアリング１８などの潤滑手段を配設して、上記各ヨーク１１，１２を上記スパイダー１３に対して、上記スパイダー１３の軸周りに回転自在に、かつ、上記スパイダー１３の軸方向に摺動自在に勘合した構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転力の伝達機構に関するもので、特に、原動側と従動側との間に偏芯などが生じた場合でも、原動側の回転力を滑らかにかつ効率的に伝達することのできる回転伝達カップリングに関する。

近年、電気自動車などのモータによって駆動される車輌においては、モータを車輪に内蔵するインホイールモータシステムが採用されつつある。その中でも、図４（ａ）に示すような、インホイールモータ３を、動的吸振装置３０を介して、車輌の足回り部品に対して弾性支持する構成のインホイールモータシステムが注目されている（例えば、特許文献１参照）。
このインホイールモータシステムは、径方向内側が開放された、モータロータ３Ｒが取付けられた回転側ケース３ｂと、このモータケース３ｂと同心円状に配置され、上記モータロータ３Ｒと所定の間隔を隔ててモータステータ３Ｓが取付けられた、径方向外側が開放された非回転側ケース３ａとを軸受け３ｊを介して回転可能に連結した中空形状のダイレクトドライブモータ（インホイールモータ）３と車輌バネ下部品であるナックル５とを、上記非回転側ケース３ａに取付けられるモータ側プレート３１と車輌の足回り部品であるナックル５に連結されるナックル側プレート３２と、これらのプレート３１，３２を連結する直動ガイド３３Ａとバネ部材３３Ｂとを一体に構成したバネ付き直動ガイド３３と、このバネ付き直動ガイド３３に並行に配設された第２の直動ガイド３４と、ダンパー３５とを備えた動的吸振装置３０により連結するとともに、上記回転側ケース３ｂとタイヤ１を装着するホイール２とを、ホイール２のラジアル方向に互いに偏心可能な駆動力伝達機構である回転伝達カップリング４０により結合したもので、これにより、上記モータ側プレート３１とナックル側プレート３２とは、車輌上下方向に案内されるとともに、バネ付き直動ガイド３３及びダンパー３５とにより結合されているので、インホイールモータ３を上下方向にのみ揺動させることができる。
上記回転伝達カップリング４０は、詳細には、図４（ｂ）に示すように、複数枚の中空円盤状のプレート４１Ａ〜４１Ｃと、隣接する上記プレート４１Ａ，４１Ｂ、及び、プレート４１Ｂ，４１Ｃ間を結合するとともに、上記隣接するプレート４１Ａ，４１Ｂ、及び、プレート４１Ｂ，４１Ｃを互いに円盤のラジアル方向に案内する直動ガイド４２Ａ，４２Ｂとを備えたもので、インホイールモータ３を上記直動ガイド４２Ａ，４２Ｂの作動方向、すなわち、円盤のラジアル方向に沿って揺動することはできるが、回転方向には揺動しない構成として、上記モータ３からの駆動トルクをホイール２に効率的に伝達することができるようにしたものである。

また、図５（ａ）は、本出願人が提案している、動的吸振装置６０を介して車輌の足回り部品に対して弾性支持されるインホイールモータが、インナーロータ型の電気モータである場合のインホイールモータシステムの一構成例を示す図で、このインホイールモータシステムにおいては、電気モータ５０Ｍのモータケース５０ａと車輌バネ下部品であるナックル５とを、ガイド固定部材６２に取付けられた、上記バネ付き直動ガイド３３と同様の構成の２本のバネ付き直動ガイド６１，６１と、このバネ付き直動ガイド６１に並行に配設された図示しないダンパーとを備えた動的吸振装置６０を用いて弾性支持するとともに、原動軸である上記モータ５０Ｍの出力軸５０ｂと従動軸であるホイール２に連結されるホイールハブ４の回転軸４ｋとを、回転伝達カップリング７０により結合することにより、上記モータ５０Ｍが揺動してもホイール２に回転力を伝達することができるようにしている（特願２００６−２６３８５号）。
上記回転伝達カップリング７０としては、例えば、図５（ｂ）に示すような、偏芯や偏角及びスライド方向に移動可能な、回転伝達カップリング（オルダムカップリング）７０Ｚを用いることができる（例えば、特許文献２参照）。このオルダムカップリング７０は、原動軸７１の端部に取付けられる中空円筒状の原動軸部材７２と、従動軸７３の端部に取付けられる中空円筒状の従動軸部材７４と、上記原動軸部材７２と従動軸部材７４との間に配置される回転力伝達部材７５とから成り、原動軸部材７２の従動側端部に金属製の一対の第１ガイド部材７２ｍ，７２ｎを設け、従動軸部材７４の原動側端部に上記第１ガイド部材７２ｍ，７２ｎと直交する金属製の一対の第２ガイド部材７４ｍ，７４ｎを設けるとともに、上記回転力伝達部材７５の支持体７５Ｋの外周部に、上記第１ガイド部材７２ｍ，７２ｎの内面側と摺動可能に設けられたプラスチック製の第１スライド部材７２ａ，７２ｂと、上記第２ガイド部材７４ｍ，７４ｎと摺動可能に設けられたプラスチック製の第２スライド部材７２ｃ，７２ｄとを設けたもので、これにより、上記原動軸部材７２と従動軸部材７４とが上，下あるいは左，右に直線的に移動可能に連結されるので、原動軸７１と従動軸７３との同軸度がずれた状態（平行偏心）であっても、確実に回転力を伝達することができる。
一方、原動軸と従動軸との軸相対角度のずれ（偏角）を吸収することのできる継手として、図６（ａ），（ｂ）に示すような、カルダン型軸継手８０が知られている（例えば、特許文献３参照）。カルダン型軸継手８０は接続する一対回転軸をそれぞれ固定する円筒状のハブ本体８１Ａ，８２Ａと、このハブ本体８１Ａ，８２Ａの端面の直径方向両側からそれぞれ相手側へ突出したヨーク８３ａ，８３ｂとを備えた一対のハブ８１，８２と、コマ部材８４とこのコマ部材８４の外周側に設けられた４本の十字型に突出するピン８５とを備えたクロスピン８６とを組合わせたものである。
このカルダン型軸継手８０は、各ピン８５の先端部を上記ヨーク８３ａ，８３ｂのピン孔８３ｍ，８３ｎに、合成樹脂製のブッシュ８７を介して、摺動かつ回転自在に軸受けされるように設定することにより軸間の偏角を吸収することができる。しかしながら、カルダン型軸継手８０は、上記コマ部材８４が上記ヨーク８３ａ，８３ｂ間に嵌め込まれた構成となっているため平行偏心を吸収することができず、そのため、上記のインホイールモータシステムには用いられていないのが現状である。
ＷＯ０２／０８３４４６Ａ１特開平９−２６９０１３号公報特開平８−３１２６６２号公報

しかしながら、上記回転伝達カップリング４０やオルダムカップリング７０Ｚは、大きな平行偏心下であっても回転力を伝達することは可能であるが、原動軸と従動軸と角度誤差については十分に吸収できないといった問題点があった。
また、上記カップリング４０，７０Ｚでは、上記中空円盤状のプレート４１Ｂや回転力伝達部材７５などの大きな径を有する中間プレートが用いられており、回転中には上記中間プレートが１回転で２回上下することになるので、高速回転時においては回転バランス上不利である。更には、原動軸部材と従動軸部材とをスムースに摺動しつつトルクを伝達させるため、スライドユニットなどの精密かつ高価な部品が必要なだけでなく、高い組立精度が要求されるため組付作業に時間がかかっていた。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、原動軸と従動軸との間に偏心や偏角があった場合でも、回転力を確実に伝達することができるとともに、高速回転にも適した回転伝達カップリングと、この回転伝達カップリングを備えたインホイールモータシステムを提供することを目的とする。

本願の請求項１に記載の発明は、原動側部材の回転を従動側部材に伝達する回転伝達カップリングであって、接続する２本の回転軸にそれぞれ取付けられる、その両端部に相手側の回転軸方向に突出しかつ上記回転軸と直交する方向に延長する貫通孔を有する案内部材が設けられた一対のヨークと、その両端部がそれぞれ上記貫通孔に挿入される十字状のスパイダーとを備えた回転伝達カップリングであって、上記各案内部材の貫通孔に潤滑手段を配設して、上記各ヨークを上記スパイダーに対して、上記スパイダーの軸周りに回転自在に、かつ、上記スパイダーの軸方向に摺動自在に勘合して成ることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、車輪を駆動するモータを、バネ要素とダンパー要素とを備えた動的吸振装置を介して車輌バネ下部材に取り付け、上記モータの質量を上記動的吸振装置の質量として使用する構成のインホイールモータシステムにおいて、上記モータとホイールまたはハブとを、請求項１に記載の回転伝達カップリングを用いて連結したことを特徴とするものである。
上記インホイールモータシステムの具体例としては、動的吸振装置を介して車輌バネ下部材に取り付けられるインホイールモータが、上記図４（ａ）に示したような、円環状のモータロータと、上記モータロータの径方向内側に所定の間隔を隔てて配置された円環状のモータステータと、上記モータステータを収容する円環状の非回転側ケースを備えた中空形状のインホイールモータであったり、上記図５（ａ）に示したような、モータがインナーロータ型の電気モータであるようなインホイールモータシステムが挙げられる。また、本発明は、インホイールモータが、電気モータと減速歯車機構とを備えたギヤドモータである場合にも適用可能である。

本発明によれば、回転伝達カップリングを十字状のスパイダーと、その両端部に相手側の回転軸方向に突出しかつ上記回転軸と直交する方向に延長する貫通孔を有する案内部材が設けられた一対のヨークとから構成するとともに、上記各案内部材の貫通孔に潤滑手段を配設して、上記各ヨークを上記スパイダーに対して、上記スパイダーの軸周りに回転自在に、かつ、上記スパイダーの軸方向に摺動自在に勘合したので、原動軸と従動軸との間に大きな平行偏心があった場合でも、回転力を確実に伝達することができるとともに、角度誤差があった場合にも、これを十分に吸収することができる。
また、本発明の回転伝達カップリングは中間部材として、回転慣性モーメントの小さなスパイダー形状の中間部材を用いているので、高速回転時において効率良くトルクを伝達することができる。
また、本発明の回転伝達カップリングを、車輪を駆動するモータを、バネ要素とダンパー要素とを備えた動的吸振装置を介して車輌バネ下部材に取り付け、上記モータの質量を上記動的吸振装置の質量として使用する構成のインホイールモータシステムに適用すれば、偏心や偏角があった場合でも、モータのトルクを確実にホイールへ伝達させることができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、本最良の形態に係る回転伝達カップリング１０の構成を示す図で、図２はその分解斜視図である。各図において、１１は第１の回転軸１１Ｊに連結される第１のヨーク、１２は第２の回転軸１２Ｊに連結される第２のヨーク、１３は第１の摺動部材１３ａと第２の摺動部材１３ｂとを、上記第１及び第２の回転軸１１Ｊ，１２Ｊの方向に対して直交する平面内において、十字状に組上げたスパイダーで、このスパイダー１３が本発明の回転伝達カップリング１０の中間部材を構成する。
第１のヨーク１１は、上記第１の回転軸１１Ｊと直交する方向で、かつ、上記スパイダー１３の一方の摺動部材１３ａと平行な方向に延長する棒状の部材で、その両端部には上記摺動部材１３ａと平行な方向に延長する貫通孔１４ｈ，１５ｈが形成された、第２の回転軸１２Ｊ方向に向かって突出する案内部材１４，１５がそれぞれ設けられている。
また、第２のヨーク１２は、上記第２の回転軸１２Ｊと直交する方向で、かつ、上記スパイダー１３の他方の摺動部材１３ｂと平行な方向に延長する棒状の部材で、その両端部には、記摺動部材１３ｂと平行な方向に延長する貫通孔１６ｈ，１７ｈが形成された、第１の回転軸１１Ｊ方向に向かって突出する案内部材１６，１７がそれぞれ設けられている。

本例では、上記貫通孔１４ｈ，１５ｈ及び貫通孔１６ｈ，１７ｈにそれぞれ、上記摺動部材１３ａ，１３ｂを回転自在に保持するとともに、上記摺動部材１３ａ，１３ｂを滑らかに摺動させる潤滑手段であるダイセットベアリング１８を取付けるようにしている。これにより、上記第１及び第２のヨーク１１，１２に上記摺動部材１３ａ，１３ｂの両端部をそれぞれ挿入したときに、上記第１及び第２のヨーク１１，１２が、上記スパイダー１３に対して、上記スパイダー１３の軸回りに回転自在に、かつ、上記スパイダー１３の延長方向（軸方向)に摺動自在に勘合された状態となる。
したがって、本例の回転伝達カップリングにおいては、第１の回転軸１１Ｊと第２の回転軸１２Ｊとの間に大きな平行偏心が生じた場合でも、上記第１及び第２のヨーク１１，１２が上記スパイダー１３の軸方向に摺動できるので、上記平行偏心を吸収することができ、第１の回転軸１１Ｊの回転力を第２の回転軸１２Ｊに確実に伝達することができる。例えば、図３（ａ）に示すように、第２の回転軸１２Ｊが摺動部材１３ｂの延長方向にずれた場合には、第２のヨーク１２が上記摺動部材１３ｂ方向に滑らかに移動する一方、回転方向である上記摺動部材１３ｂと直交する方向（紙面に垂直な方向）には移動できないので、回転力の伝達に支障をきたすことはない。
一方、第１の回転軸１１Ｊと第２の回転軸１２Ｊとの間に偏角が生じた場合には、上記第１及び第２のヨーク１１，１２が上記スパイダー１３の軸回りに回転することができるので、例えば、図３（ｂ）に示すように、第１のヨーク１１が摺動部材１３ａの回りに回転することにより、上記偏角を吸収することができる。一方、第１のヨーク１１は、回転方向である上記摺動部材１３ａと直交する方向（同図の上下方向）には移動できないので、この場合にも、回転力を確実に伝達することができる。

このように、本発明の回転伝達カップリング１０は、第１及び第２の回転軸１１Ｊ，１２Ｊとの間に大きな平行偏心があった場合でも、回転力を確実に伝達することができるとともに、角度誤差があった場合にも、これを十分に吸収することができるので、上記図４（ａ），（ｂ）に示したインホイールモータシステムのフレキシブルカップリング４０、あるいは、上記図５（ａ），（ｂ）に示したインホイールモータシステムのフレキシブルカップリング７０Ｚに代えて、上記回転伝達カップリング１０を用いれば、偏心や偏角があった場合でも、インホイールモータ３，５０Ｍのトルクを確実にホイール２へ伝達させることができる。
また、本発明の回転伝達カップリング１０は、中間部材であるスパイダー１３は回転慣性モーメントが小さく、高速回転時において効率良くトルクを伝達することができるので、タイヤを高速で回転させるインホイールモータシステムには好適である。

なお、上記最良の形態では、第１及び第２のヨーク１１，１２とスパイダー１３との勘合部に配設される潤滑手段としてダイセットベアリング１８を用いたが、これに限るものではなく、含油メタル、自己潤滑性樹脂、スライドブッシュなど、他の潤滑手段を用いてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で、原動軸と従動軸とに偏心や偏角があった場合でも、回転力を確実に伝達することができるとともに、高速回転にも適した回転伝達カップリングを提供することができるので、この回転伝達カップリングを、例えば、車輪を駆動するモータを、バネ要素とダンパー要素とを備えた動的吸振装置を介して車輌バネ下部材に取り付け、上記モータの質量を上記動的吸振装置の質量として使用する構成のインホイールモータシステムに適用すれば、偏心が大きい場合だけでなく、軸間に角度誤差があった場合でも、上記モータのトルクを確実にホイールへ伝達させることができる。

本発明の最良の形態に係る回転伝達カップリングの構成を示す縦断面図である。本最良の形態に係る回転伝達カップリングの要部断面図である。本発明による回転伝達カップリングの他の構成を示す図である。従来の中空形状のモータを備えたインホイールモータシステムの構成を示す図である。インナーロータ型の電気モータを備えたインホイールモータシステムの構成を示す図である。従来のカルダン型軸継手の一構成例を示す図である。

符号の説明

１０回転伝達カップリング、１１第１のヨーク、１１Ｊ第１の回転軸、
１２第１のヨーク、１２Ｊ第２の回転軸、１３スパイダー、
１３ａ第１の摺動部材、１３ｂ第２の摺動部材、１４，１５案内部材、
１４ｈ，１５ｈ貫通孔、１６，１７案内部材、１６ｈ，１７ｈ貫通孔、
１８ダイセットベアリング。

Claims

接続する２本の回転軸にそれぞれ取付けられる、その両端部に相手側の回転軸方向に突出しかつ上記回転軸と直交する方向に延長する貫通孔を有する案内部材が設けられた一対のヨークと、その両端部がそれぞれ上記貫通孔に挿入される十字状のスパイダーとを備えた回転伝達カップリングであって、上記各案内部材の貫通孔に潤滑手段を配設して、上記各ヨークを上記スパイダーに対して、上記スパイダーの軸周りに回転自在に、かつ、上記スパイダーの軸方向に摺動自在に勘合して成ることを特徴とする回転伝達カップリング。
車輪を駆動するモータを、バネ要素とダンパー要素とを備えた動的吸振装置を介して車輌バネ下部材に取り付け、上記モータの質量を上記動的吸振装置の質量として使用する構成のインホイールモータシステムにおいて、上記モータとホイールまたはハブとを、請求項１に記載の回転伝達カップリングを用いて連結したことを特徴とするインホイールモータシステム。