JP2008185195A - 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 - Google Patents

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回転伝達カップリングを提供する。
【解決手段】原動側プレート１１と従動側プレート１２とを連結する回転伝達カップリングの１０の中間プレート１３を、複数の貫通孔１４が設けられた中間ベースプレート１５と、上記貫通孔１５にそれぞれ挿入・固定される、センターにスリーブ１８が取付けられ、このスリーブ１８を挟んで対面２箇所にスグリ１９がそれぞれ形成された第１のゴムブッシュ１６Ａと、スグリ方向が上記第１のゴムブッシュ１６Ａと直交する第２のゴムブッシュ１６Ａ，１６Ｂとから構成するとともに、上記第１のゴムブッシュ１６Ａと原動側プレート１１とを連結し、上記第２のゴムブッシュと従動側プレート１２とを連結するようにした。
【選択図】図１

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５（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５（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６（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６（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７（ａ），（ｂ）に示すようなゴム継手８０が知られている（例えば、特許文献３参照）。このゴム継手８０は、原動軸８１Ｊに連結される、複数の筒体８１Ｐを同心円状に等距離配列した原動側部材８１と、従動軸８２Ｊに連結される、複数の筒体８２Ｐを同心円状に等距離配列した従動側部材８２と、上記筒体８１Ｐ，８２Ｐの外周側を支持するゴム弾性体８３，８４と、これらのゴム弾性体８３，８４を連結する合成樹脂板８５とを備えたもので、これにより、当該ゴム継手８０の回転方向の剛性を高くすることができるので、回転力の伝達効率を向上させることができる。一方、他の方向の剛性は低いので、軸間に偏角があった場合でもこれを十分に吸収することができる。
ＷＯ ０２／０８３４４６ Ａ１ 特開平９−２６９０１３号公報 特開平５−２０２９４６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、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。
一方、上記ゴム継手８０では、ゴム弾性体８３，８４の剛性が合成樹脂板８５の面内において等方的であるため、大きな偏心を吸収することが困難である。

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、原動側と同一軸線上において回転する原動側プレートと、従動側と同一軸線上において回転する従動側プレートと、上記２つのプレートとの間に配置される中間プレートとを備えた回転伝達カップリングであって、上記中間プレートを複数の貫通孔が設けられた中間ベースプレートと、上記貫通孔にそれぞれ挿入・固定される、上記中間ベースプレートの面内に平行な面内においてその剛性に異方性を有する第１のゴムブッシュと、剛性の低い方向が上記第１のゴムブッシュの剛性の低い方向と直交する第２のゴムブッシュとから構成するとともに、上記第１のゴムブッシュと原動側プレートを連結し、上記第２のゴムブッシュと従動側プレートを連結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、請求項１に記載の回転伝達カップリングであって、上記第１のゴムブッシュには１つの中心線に対称な位置にそれぞれ薄肉部もしくは貫通切り込み（スグリ）が形成されており、上記第２のゴムブッシュは上記第１のゴムブッシュの上記中心線と直交する中心線に対称な位置にそれぞれ薄肉部もしくは貫通切り込みが形成されていることを特徴とするものである。
請求項３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または請求項２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付けられるインホイールモータが、上記図５（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６（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、原動側プレートと従動側プレートとを連結する回転伝達カップリングの中間プレートを、複数の貫通孔が設けられた中間ベースプレートと、上記貫通孔にそれぞれ挿入・固定される、上記中間ベースプレートの面内に平行な面内においてその剛性に異方性を有する第１のゴムブッシュと、剛性の低い方向が上記第１のゴムブッシュの剛性の低い方向と直交する第２のゴムブッシュとから構成するとともに、上記第１のゴムブッシュと原動側プレートを連結し、上記第２のゴムブッシュと従動側プレートを連結することにより、上記ゴムブッシュの剛性の高い方向で原動側プレートと従動側プレートとの動きを規制して回転力を伝達し、剛性の低い方向には移動可能としとしたので、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。
このとき、第１及び第２のゴムブッシュに、その１つの中心線に対称な位置にそれぞれ薄肉部もしくはスグリを形成しておけば、上記薄肉部同士もしくはスグリ同士を結んだ方向（対称軸となる中心線と直交する方向）が剛性の低い方向となるので、簡単な構造でゴムブッシュの剛性に異方性を付与することができる。
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、偏心が大きな場合でも、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。また、上記ゴムブッシュに動的吸振装置として必要なバネレートを与えておけば、インホイールモータの動的吸振装置のダンパー要素を小型化もしくは省略することが可能となる。

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、同図において、１１は第１の回転軸１１Ｊに連結される原動側プレートである第１のヨーク、１２は第２の回転軸１２Ｊとに連結される従動側プレートである第２のヨーク、１３は中間プレートで、この中間プレート１３は、その中心軸に対して対称な位置に形成された４個の貫通孔１４を有する中間ベースプレート１５と、上記貫通孔１４にそれぞれ挿入・固定される第１及び第２のゴムブッシュ１６Ａ，１６Ｂとを備えている。
第１のゴムブッシュ１６Ａは、図２（ａ），（ｂ）に示すように、そのセンターに、ボルト１７を通すための、金属もしくはそれに類する硬い材料から成るスリーブ(パイプ)１８が圧入もしくは接着により取付けられている。また、上記スリーブ１８を挟んで対面２箇所、詳細には、当該ゴムブッシュ１６Ａの１つの中心線ｌに対称な位置には、貫通長孔（スグリ）１９がそれぞれ形成されている。
一方、第２のゴムブッシュ１６Ｂは、上記第１のゴムブッシュ１６Ａと同様の構成であるが、上記スグリ１９，１９同士を結んだ方向（以下、スグリ方向という）が上記第１のゴムブッシュ１６Ａに対して直交する方向となっている。
これにより、上記スグリ方向が当該ゴムブッシュの剛性の低い方向となるので、簡単な構造で、剛性の低い方向が直交する２つのゴムブッシュ１６Ａ，１６Ｂを作製することができる。なお、本例のように、ゴムブッシュの形を円盤状にした場合には、第１のゴムブッシュ１６Ａと第２のゴムブッシュ１６Ｂは同一のものを使用することができる。

中間プレート１３を組上げる際には、上記中間ベースプレート１５の４個の貫通孔１４に上記第１及び第２のゴムブッシュ１６Ａ，１６Ｂを圧入または接着により挿入・固定する。このとき、図３に示すように、上記第１及び第２のゴムブッシュ１６Ａ，１６Ｂを交互に配置する。これにより、同図の上下方向を中間プレート１３の上下方向としたときに、中間ベースプレート１５の上下方向に設けられた貫通孔１４には上下方向に剛性の低い第１のゴムブッシュ１６Ａが配置され、左右方向に設けられた貫通孔１４には左右方向に剛性の低い第２のゴムブッシュ１６Ｂが配置されることになる。
本例では、図１に示すように、中間ベースプレート１５の貫通孔１４に挿入・固定された第１のゴムブッシュ１６Ａ，１６Ａの各スリーブ１８にボルト１７を通して、このボルト１７の他端側を第１のヨーク１１に連結するとともに、第２のゴムブッシュ１６Ｂ，１６Ｂの各スリーブ１８にボルト１７を通して、このボルト１７の他端側を第２のヨーク１２に連結することにより、第１のヨーク１１と第２のヨーク１２とを中間プレート１３を介して連結した構成の回転伝達カップリング１０を組上げる。
なお、上記ボルト１７の他端側を第１及び第２のヨーク１１，１２に連結する方法としては、上記第１及び第２のヨーク１１，１２に貫通孔を設け、裏面側からナットにて上記ボルト１７を固定したり、第１及び第２のヨーク１１，１２にネジ穴を形成し、このネジ穴に上記ボルト１７を螺入するなどすればよい。

上記第１及び第２のヨーク１１，１２を連結する第１及び第２のゴムブッシュ１６Ａ，１６Ｂは、いずれもスグリ方向の剛性が低いので、上記第１及び第２のヨーク１１，１２はスグリ方向には少ない抵抗で移動できる。したがって、第１の回転軸１１Ｊと第２の回転軸１２Ｊとが並行偏心していた場合でも、この偏心を十分に吸収することができる。
一方、スグリのない方向では、第１及び第２のゴムブッシュ１６Ａ，１６Ｂのゴムが抵抗となるため、第１及び第２のヨーク１１，１２の動きが規制されることから、この方向が回転力の伝達方向となる。
上記のような中間プレート１３の働きは、従来のオルダムカップリングと同様であるが、本発明の回転伝達カップリング１０では、原動側と従動側とをゴム部材（第１及び第２のゴムブッシュ１６Ａ，１６Ｂ）を介して連結しているので、第１及び第２のヨーク１１，１２間に軸間に偏角があった場合でもこれを十分に吸収することができる。

このように、本例の回転伝達カップリング１０は、回転力を確実に伝達することができるとともに、偏心や偏角があった場合にも、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４０、あるいは、上記図６（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、上記ゴムブッシュ１６Ａ，１６Ｂに動的吸振装置として必要なばねレートを与えておけば、動的吸振装置３０，６０のダンパー要素を小型化もしくは省略することが可能となるので、インホイールモータシステムを小型軽量化することができる。

なお、上記最良の形態では、第１及び第２のゴムブッシュ１６Ａ，１６Ｂに貫通長孔（スグリ）１９を設けて、その剛性に異方性を付与したが、図４（ａ）に示すように、上記スグリ１９に代えて薄肉部２０を設けてもよい。また、上記スグリもしくは薄肉部の形状を円形とし、これを多数配置してもよい。
あるいは、図４（ｂ）に示すように、ゴムブッシュ１６Ａ（１６Ｂ）を剛性の異なる２種類のゴム部材Ｇ１，Ｇ２から構成し、軸方向から見たときに、中心軸を含む帯状の部分１６ｐに剛性の高いゴム部材Ｇ１を使用し、その上側の部分１６ｑと下側の部分１６ｒとに剛性の低いゴム部材Ｇ２を配置すれば、上下方向には剛性が低く、左右方向には剛性の高いゴムブッシュを得ることができる。

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図である。 本最良の形態に係るゴムブッシュの構成例を示す図である。 本発明による回転伝達カップリングの中間プレートの構成を示す図である。 本発明に係るゴムブッシュの他の形態を示す図である。 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。 従来のゴム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 中間プレート、
１４ 貫通孔、１５ 中間ベースプレート、１６Ａ 第１のゴムブッシュ、
１６Ｂ 第２のゴムブッシュ、１７ ボルト、１８ スリーブ、
１９ 貫通長孔（スグリ）。

Claims (3)

1. 原動側と同一軸線上において回転する原動側プレートと、従動側と同一軸線上において回転する従動側プレートと、上記２つのプレートとの間に配置される中間プレートとを備えた回転伝達カップリングであって、上記中間プレートを複数の貫通孔が設けられた中間ベースプレートと、上記貫通孔にそれぞれ挿入・固定される、上記中間ベースプレートの面内に平行な面内においてその剛性に異方性を有する第１のゴムブッシュと、剛性の低い方向が上記第１のゴムブッシュの剛性の低い方向と直交する第２のゴムブッシュとから構成するとともに、上記第１のゴムブッシュと原動側プレートを連結し、上記第２のゴムブッシュと従動側プレートを連結して成ることを特徴とする回転伝達カップリング。
2. 上記第１のゴムブッシュには１つの中心線に対称な位置にそれぞれ薄肉部もしくは貫通切り込みが形成されており、上記第２のゴムブッシュは上記第１のゴムブッシュの上記中心線と直交する中心線に対称な位置にそれぞれ薄肉部もしくは貫通切り込みが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転伝達カップリング。
3. 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または請求項２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。

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