JP2009248579A - 車両駆動用アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】車両のバネ下重量を軽量化して乗り心地性能を向上させることができる車両駆動用アクチュエータを提供する。
【解決手段】車両駆動用アクチュエータＡ１によれば、車輪２を車体１に懸架するサスペンション用バネ３ａを含む懸架装置３と、懸架装置３のバネ上に配置されるモータ１０と、バネ上に配置されモータ１０の回転を減速する遊星歯車機構である第１減速機構２０と、懸架装置３のバネ下に配置され第１減速機構２０から出力された回転を減速し車軸２に伝達して車輪を回転駆動する遊星歯車機構である第２減速機構４０と、第１減速機構２０の駆動力を第２減速機構４０に伝達する駆動力伝達機構３０とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータによって車輪を回転駆動する車両駆動用アクチュエータに関する。

従来、車輪ごとに設けられた電動モータによって車輪を回転駆動するインホイールモータ駆動装置が提案されている。このようなインホイールモータ駆動装置において、減速比を大きく取るためには、減速機（主として遊星歯車機構）を多段化する必要があるが、これにより、減速機の重量及びサイズの増大を招き、コンパクト化が困難となる。また、車両のバネ下重量の増加による乗り心地の悪化が懸念されるという問題もある。

このような課題に鑑みて、従来、大きな減速比を得られるサイクロ減速機を用いることにより、減速機を多段化することなく、コンパクト化したインホイールモータ駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１等参照。）。サイクロ減速機は、遊星歯車機構に比較して部品点数が少なく、簡単な構成であり、バネ下のホイール内に電動モータとサイクロ減速機とをコンパクトに設置することができる。
特開２００６−２５８２８９号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載された従来技術では、電動モータ及び減速機をバネ下のホイール内に配置することにより、動力の伝達効率を高く維持できるという反面、バネ下重量が増加することにより、乗り心地が悪化するという問題がある。特に、車体重量が軽いコミュータのような乗り物においては、電動モータと減速機との重量が車体重量の多くの部分を占めるため、これらの重量がバネ下に存在することによって乗り心地が著しく悪化するという問題がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、車両のバネ下重量を軽量化して乗り心地性能を向上させることができる車両駆動用アクチュエータを提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

１．車輪を車体に懸架する懸架装置と、
前記懸架装置のバネ上に配置されるモータと、
前記バネ上に配置され前記モータの回転を減速する第１減速機構と、
前記懸架装置のバネ下に配置され前記第１減速機構から出力された回転を減速し車軸に伝達して車輪を回転駆動する第２減速機構と、
前記第１減速機構の駆動力を前記第２減速機構に伝達する駆動力伝達機構と
を備えたことを特徴とする車両駆動用アクチュエータ。

手段１によれば、車輪を車体に懸架する懸架装置のバネ上に配置されるモータの回転は、同じくバネ上に配置された第１減速機構によって減速され、第１減速機構の駆動力は駆動力伝達機構によって懸架装置のバネ下に配置された第２減速機構に伝達される。そして、第１減速機構から出力された回転が駆動力伝達機構を介して第２減速機構によってさらに減速されて車軸に伝達され、車輪が回転駆動される。従って、モータの回転を減速するための減速機構を、第１減速機構と第２減速機構とに多段化することにより減速比を大きく取ることができると共に、減速機構をバネ上とバネ下とに分割して配置する構成とすることによって、車両におけるバネ下重量の増加を抑制して乗り心地性能の向上を図ることができる。

尚、第１減速機構及び第２減速機構は、各々を１段の減速機から構成してもよいし、各々を複数段の減速機から構成してもよい。

２．前記駆動力伝達機構は、ロータリボールスプラインからなることを特徴とする手段１に記載の車両駆動用アクチュエータ。

手段２によれば、懸架装置を介して上下に相対的に直動するバネ上側の第１減速機構とバネ下側の第２減速機構とをロータリボールスプラインを介して接続することにより、第１減速機構の駆動力を第２減速機構に確実に伝達することができる。

３．前記ロータリボールスプラインは、上下方向の軸線を有し前記バネ上に軸支されたスプラインシャフトと、前記スプラインシャフトに嵌合し当該スプラインシャフトの軸線方向に摺動可能であり且つ前記スプラインシャフトと共に回動可能なボールスプラインナットとからなり、
動力は、前記第１減速機構から前記スプラインシャフトへ伝達されると共に、前記ボールスプラインナットから前記第２減速機構へ伝達されるように構成されたことを特徴とする手段２に記載の車両駆動用アクチュエータ。

手段３によれば、上下方向の軸線を有しバネ上に軸支されたスプラインシャフトへ第１減速機構から動力伝達されると、スプラインシャフトに嵌合しスプラインシャフトの軸線方向に摺動可能なボールスプラインナットがスプラインシャフトと共に回動することによって、第１減速機構と第２減速機構との上下の相対的直動を許容しつつ、第２減速機構へ確実に動力伝達を行うことができる。

４．前記第１減速機構の出力軸と前記スプラインシャフトとにそれぞれ固定されて互いに噛合する一対のかさば歯車と、前記ボールスプラインナットと前記第２減速機構の入力軸とにそれぞれ固定されて互いに噛合する他の一対のかさば歯車とを備えたことを特徴とする手段３に記載の車両駆動用アクチュエータ。

手段４によれば、第１減速機構の出力軸とスプラインシャフトとにそれぞれ固定されて互いに噛合する一対のかさば歯車を介して、第１減速機構からスプラインシャフトへ確実に動力伝達される。また、ボールスプラインナットと第２減速機構の入力軸とにそれぞれ固定されて互いに噛合する他の一対のかさば歯車を介して、ボールスプラインナットから第２減速機構へ確実に動力伝達される。

５．前記第２減速機構は、遊星歯車機構からなることを特徴とする手段１乃至４のいずれか１つに記載の車両駆動用アクチュエータ。

手段５によれば、第１減速機構から入力される回転を、バネ下に配置された第２減速機構からなる遊星歯車機構によって減速し車軸に伝達して車輪を確実に回転駆動することができると共に、バネ下重量の増加を抑制することができる。

６．前記第１減速機構の減速比は、前記第２減速機構の減速比と同一か又は小さいことを特徴とする手段１乃至５のいずれか１つに記載の車両駆動用アクチュエータ。

手段６によれば、第１減速機構の減速比が第２減速機構の減速比と同一か又は小さく、駆動力伝達機構に大きな機械的強度が必要とされないため、駆動力伝達機構を構成する軸部材等の大型化による重量の増大等を抑制することができる。

以下、本発明の車両駆動用アクチュエータを具体化した一実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。図１は、本発明の一実施形態の車両駆動用アクチュエータＡ１を示す内部構成図であり、車両の左後輪周辺を後方から視た図である。

図１に示すように、車両駆動用アクチュエータＡ１は、車体１に固定されたモータジェネレータ１０と、ハウジングＨ１を介して車体１側に固定される第１減速機構２０と、駆動力伝達機構３０と、ハウジングＨ２に収容される第２減速機構４０と、図示しない車輪及びハウジングＨ２に収容された第２減速機構４０を車体１に懸架する懸架装置３とを備えて構成されている。

モータジェネレータ１０は、モータとしての機能と発電機としての機能を併せもつ装置であって、径方向外側に三相電機子巻線をもつ電機子としてのモータステータ（図示せず）を、径方向内側に界磁磁石型回転子としてのモータロータ（図示せず）を有する内転型（インナーロータ型）回転電機である。モータジェネレータ１０は、車両のバネ上である車体１に固定されている。また、モータロータにはモータシャフト１３が固定され、モータジェネレータ１０本体の車幅方向中央側の面より突出するモータシャフト１３の端部外周に歯車１４が固定されている。

第１減速機構２０は、モータシャフト１３の回転を減速して出力するための減速機構であって、公知の遊星歯車機構によって構成される。第１減速機構２０は、サンギア２１とリングギア２２とに噛み合う複数（４個）のプラネタリギア２３をプラネタリキャリア２４により保持する構成を有している。

サンギア２１は、ハウジングＨ内に収容され且つ軸受２５によって回転自在に支持される中空円筒部材２６の外周に固定され、同軸的に設けられた大径部２１ａと小径部２１ｂとを有している。大径部２１ａは、モータシャフト１３に固定された歯車１４と噛合している。

各プラネタリギア２３は、サンギア２１の小径部２１ｂ外周に噛合するように配置され、プラネタリキャリア２３の径方向端部に固定された各遊星シャフト２３ａによってそれぞれ軸支されている。

プラネタリキャリア２３の中心には回転軸２７が固定されている。回転軸２７は、中空円筒部材２６内周に挿通されて車幅方向側方側へ延設されると共に、ハウジングＨに固定された軸受２８によって回転可能に支持されている。また、回転軸２７の車幅方向側方側の先端外周には、かさば歯車２９が固定されている。

リングギア２２は、内周部のギア歯面（内歯）が各プラネタリギア２３の外周に噛合するように配置されている。

そして、モータシャフト１３の回転は、サンギア２１、各プラネタリギア２３、プラネタリキャリア２３の順に伝達され、その結果、減速された回転が回転軸２７より出力される。

駆動力伝達機構３０は、第１減速機構２０と第２減速機構４０との間に設けられるロータリボールスプラインであって、スプラインシャフト３１と、ボールスプラインナット３２とを備えている。

スプラインシャフト３１は、外周にスプラインが形成された棒状の軸部材であって、上下方向に軸線を有するように配置され、バネ上のハウジングＨ１に設けられた軸受３３，３３を介して上端及び下端の外周が支持されることにより回転自在に軸支されている。ハウジングＨ１内に設けられるスプラインシャフト３１の上部外周には、かさば歯車３４が固定されている。かさば歯車３４は、回転軸２７の先端外周に固定されたかさば歯車２９と噛合している。従って、一対のかさば歯車２９，３４が互いに噛合することによって、第１減速機構２０の回転軸２７の回転トルクが確実にスプラインシャフト３１へ伝達される。

ボールスプラインナット３２は、スプラインシャフト３１外周のスプラインに嵌合すると共に、当該スプラインシャフト３１の軸線方向に摺動可能である。また、ボールスプラインナット３２の外周部にはハウジングＨ２に支持された軸受３５，３５が設けられ、ボールスプラインナット３２を回転可能に支持している。つまり、スプラインシャフト３１は、ボールスプラインナット３２と噛み合うことによって、直動可能に回転トルクを伝達することができる。さらに、ボールスプラインナット３２の外周には、かさば歯車３６が固定されている。

第２減速機構４０は、スプラインシャフト３１から入力される回転を減速して車軸５０へ伝達するための減速機構であって、公知の遊星歯車機構によって構成される。第２減速機構４０は、サンギア４１とリングギア４２とに噛み合う複数（４個）のプラネタリギア４３をプラネタリキャリア４４により保持する構成を有している。また、第２減速機構４０は、バネ下に設けられるハウジングＨ２内に収容されている。

ハウジングＨ２には、軸受４５によって回転自在に支持され、車幅方向に軸線を有する回転軸４６が設けられている。回転軸４６の車幅方向中央側の端部外周には、かさば歯車４７が固定されている。かさば歯車４７は、ボールスプラインナット３２の外周に固定されたかさば歯車３６と噛合している。従って、一対のかさば歯車３６，４７が互いに噛合することによって、スプラインシャフト３１の回転トルクが確実に回転軸４６へ伝達される。

サンギア４１は、回転軸４６の車幅方向側方側の端部外周に固定されている。

各プラネタリギア４３は、サンギア４１の外周に噛合するように配置され、プラネタリキャリア４４の径方向端部に固定された各遊星シャフト４４ａによってそれぞれ軸支されている。

プラネタリキャリア４４の中心には車軸５０が固定されている。車軸５０は、車幅方向側方側へ延設されると共に、ハウジングＨ２に設けられた軸受４８によって回転可能に支持されている。

リングギア４２は、内周部のギア歯面（内歯）が各プラネタリギア２３の外周に噛合するように配置されている。

そして、回転軸４６の回転は、サンギア４１、各プラネタリギア４３、プラネタリキャリア４４の順に伝達され、その結果、減速された回転が車軸５０より出力されて図示しない車輪が回転駆動される。

懸架装置３は、サスペンション用バネ３ａと、図示しないショックアブソーバとからなり、それぞれの上端が車体１側に固定され且つ下端がハウジングＨ２に固定されることにより、ハウジングＨ２に収容された第２減速機構４０及び第２減速機構４０に接続された車軸５０に取り付けられる図示しない車輪を車体１に懸架する。

次に、上述した構成を有する車両駆動用アクチュエータＡ１における各部の作用について説明する。

車両駆動用アクチュエータＡ１を搭載した車両を前進させるために、モータジェネレータ１０が駆動制御されると、モータロータが回転することによってモータシャフト１３が回転を介して歯車１４が回転する。歯車１４の回転は、第１減速機構２０に設けられたサンギア２１の大径部２１ａに伝達され、さらに小径部２１ｂを介してプラネタリギア３５に伝達される。この時、リングギア２２はブレーキによって固定されているため、プラネタリギア２３はサンギア２１の周りを公転してプラネタリキャリア２４が回転し、プラネタリキャリア２４に固定された回転軸２７が回転する。

回転軸２７の回転は、互いに噛合する一対のかさば歯車２９，３４を介してスプラインシャフト３１に伝達され、スプラインシャフト３１に嵌合するボールスプラインナット３２が回転する。ここで、バネ上側のハウジングＨ１とバネ下側のハウジングＨ２とがサスペンション用バネ３を介して上下に振動した場合、ボールスプラインナット３２は、スプラインシャフト３１の軸線方向に沿って直動しつつ軸線周りを回転する。

ボールスプラインナット３２の回転は、互いに噛合する一対のかさば歯車３６，４２を介して回転軸４６に伝達され、第２減速機構４０のサンギア４１が回転する。この時、リングギア４２は固定されているため、プラネタリギア４３はサンギア４１の周りを公転してプラネタリキャリア４４が回転し、プラネタリキャリア４４に固定された車軸５０が回転することにより車輪が回転駆動される。

以上詳述したことから明らかなように、車両駆動用アクチュエータＡ１によれば、車輪２を車体１に懸架するサスペンション用バネ３ａを含む懸架装置３と、懸架装置３のバネ上に配置されるモータ１０と、バネ上に配置されモータ１０の回転を減速する遊星歯車機構である第１減速機構２０と、懸架装置３のバネ下に配置され第１減速機構２０から出力された回転を減速し車軸２に伝達して車輪を回転駆動する遊星歯車機構である第２減速機構４０と、第１減速機構２０の駆動力を第２減速機構４０に伝達する駆動力伝達機構３０とを備えたことを特徴とする。

すなわち、車輪２を車体１に懸架する懸架装置３のバネ上に配置されるモータ１０の回転は、同じくバネ上に配置された第１減速機構２０によって減速され、第１減速機構２０の駆動力は駆動力伝達機構３０によって懸架装置３のバネ下に配置された第２減速機構４０に伝達される。そして、第１減速機構２０から出力された回転は、駆動力伝達機構３０を介して第２減速機構４０によってさらに減速されて車軸５０に伝達され、車輪２が回転駆動される。従って、モータ１０の回転を減速するための減速機構が第１減速機構２０と第２減速機構４０とに多段化されることにより減速比を大きく取ることができると共に、減速機構をバネ上とバネ下とに分けて配置することによって、車両におけるバネ下重量の増加を抑制して乗り心地性能の向上を図ることができる。

また、懸架装置３０を介して上下に相対的に直動するバネ上側の第１減速機構２０とバネ下側の第２減速機構４０とをロータリボールスプラインからなる駆動力伝達機構３０を介して接続することにより、第１減速機構２０の駆動力を第２減速機構４０に確実に伝達することができる。より具体的には、上下方向の軸線を有しバネ上に軸支されたスプラインシャフト３１へ第１減速機構２０から動力伝達されると、スプラインシャフト３１に嵌合しスプラインシャフト３１の軸線方向に摺動可能なボールスプラインナット３２がスプラインシャフト３１と共に回動することによって、第１減速機構２０と第２減速機構４０との上下の相対的直動を許容しつつ、第２減速機構４０へ確実に動力伝達を行うことができる。尚、第１減速機構２０からスプラインシャフト３１への動力伝達は、第１減速機構２０の出力軸である回転軸２７とスプラインシャフト３１とにそれぞれ固定されて互いに噛合する一対のかさば歯車２９，３４を介して行われる。また、ボールスプラインナット３２から第２減速機構４０へ動力伝達は、ボールスプラインナット３２と第２減速機構４０の入力軸である回転軸４６とにそれぞれ固定されて互いに噛合する他の一対のかさば歯車３６，４７を介して行われる。

特に、第１減速機構２０の減速比は、第２減速機構４０の減速比と同一又は小さいことが好ましい。第１減速機構２０の減速比が第２減速機構４０の減速比よりも大きい場合は、スプラインシャフト３１に伝達される回転トルクが大きくなって大きな軸強度が必要となり、スプラインシャフト３１の太さを大きくすることが必要となって重量が増大することになる。これに対し、第１減速機構２０の減速比を第２減速機構４０の減速比と同一か又は小さくすることによって、スプラインシャフト３１に伝達される回転トルクが小さくなり、駆動力伝達機構３０に大きな機械的強度が必要とされないため、駆動力伝達機構３０を構成するスプラインシャフト３１等の大型化による重量の増大等を抑制することができる。

尚、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能であることは云うまでもない。

例えば、上記実施形態では、第１減速機構２０及び第２減速機構４０をそれぞれ１段の減速機によって構成した例を示したが、第１減速機構２０及び第２減速機構４０の各々を複数段の減速機から構成してもよい。

また、第１減速機構２０及び第２減速機構４０をそれぞれ遊星歯車機構によって構成した例を示したが、他の種類の減速機を用いて構成してもよい。

本発明は、モータと減速機構とを備えた車両駆動用アクチュエータにおいて車両のバネ下重量を軽量化して乗り心地性能を向上させることが必要な場合に利用可能である。

本発明の一実施形態の車両駆動用アクチュエータを示す内部構成図であり、車両の左後輪周辺を後方から視た図である。

符号の説明

Ａ１ 車両駆動用アクチュエータ
１ 車体
２ 車輪
３ 懸架装置
３ａ サスペンション用バネ
１０ モータジェネレータ（モータ）
２０ 第１減速機構
２１ サンギア
２２ リングギア
２３ プラネタリギア
２４ プラネタリキャリア
３０ 駆動力伝達機構（ロータリボールスプライン）
３１ スプラインシャフト
３２ ボールスプラインナット
４０ 第２減速機構（遊星歯車機構）
４１ サンギア
４２ リングギア
４３ プラネタリギア
４４ プラネタリキャリア
５０ 車軸

Claims (6)

1. 車輪を車体に懸架する懸架装置と、
   前記懸架装置のバネ上に配置されるモータと、
   前記バネ上に配置され前記モータの回転を減速する第１減速機構と、
   前記懸架装置のバネ下に配置され前記第１減速機構から出力された回転を減速し車軸に伝達して車輪を回転駆動する第２減速機構と、
   前記第１減速機構の駆動力を前記第２減速機構に伝達する駆動力伝達機構と
   を備えたことを特徴とする車両駆動用アクチュエータ。
2. 前記駆動力伝達機構は、ロータリボールスプラインからなることを特徴とする請求項１に記載の車両駆動用アクチュエータ。
3. 前記ロータリボールスプラインは、上下方向の軸線を有し前記バネ上に軸支されたスプラインシャフトと、前記スプラインシャフトに嵌合し当該スプラインシャフトの軸線方向に摺動可能であり且つ前記スプラインシャフトと共に回動可能なボールスプラインナットとからなり、
   動力は、前記第１減速機構から前記スプラインシャフトへ伝達されると共に、前記ボールスプラインナットから前記第２減速機構へ伝達されるように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の車両駆動用アクチュエータ。
4. 前記第１減速機構の出力軸と前記スプラインシャフトとにそれぞれ固定されて互いに噛合する一対のかさば歯車と、前記ボールスプラインナットと前記第２減速機構の入力軸とにそれぞれ固定されて互いに噛合する他の一対のかさば歯車とを備えたことを特徴とする請求項３に記載の車両駆動用アクチュエータ。
5. 前記第２減速機構は、遊星歯車機構からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の車両駆動用アクチュエータ。
6. 前記第１減速機構の減速比は、前記第２減速機構の減速比と同一か又は小さいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の車両駆動用アクチュエータ。

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