JP2012163186A - Planetary gear speed converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遊星歯車機構を用いた速度変換機、並びにこの速度変換機を用いたモータ内蔵ホイール及び車両駆動装置に関する。 The present invention relates to a speed converter using a planetary gear mechanism, a motor built-in wheel using the speed converter, and a vehicle drive device.
入力軸の回転速度を変換して出力軸に伝える速度変換機が知られている。入力軸の回転速度を減速して出力軸に伝えるものは減速機と呼ばれ、これとは逆に増速して出力軸に伝えるものが増速機と呼ばれる。このような速度変換機として、歯車を組み合わせた機構を用いたものが知られている。広く普及している歯車は、回転体の回転方向に沿って凹凸を配列して歯を形成し、対をなす歯車同士の歯を噛み合わせて、これらの歯車間で機械的な力により回転を伝達する。 There is known a speed converter that converts the rotational speed of the input shaft and transmits it to the output shaft. A device that decelerates the rotational speed of the input shaft and transmits it to the output shaft is called a speed reducer. On the contrary, a device that increases the speed and transmits it to the output shaft is called a speed increaser. As such a speed converter, one using a mechanism in which gears are combined is known. Widely used gears form teeth by arranging irregularities along the rotation direction of the rotating body, meshing the teeth of the gears that make a pair, and rotating between these gears by mechanical force introduce.
一方、近年磁力を用いて回転を伝達する磁気式歯車と呼ばれる伝達機構が提案されている(下記特許文献1参照)。磁気式歯車は、回転体の回転方向に沿って永久磁石をN極S極交互に配列し、対となる回転体間における磁力による相互作用により回転を伝達する。以下において、従来の凹凸を設けた歯車により回転伝達を行う歯車を機械式歯車、磁力により回転を伝達する伝達機構を磁気式歯車と記して説明する。 On the other hand, in recent years, a transmission mechanism called a magnetic gear that transmits rotation using magnetic force has been proposed (see Patent Document 1 below). In the magnetic gear, permanent magnets are alternately arranged in the N-pole and S-pole along the rotation direction of the rotating body, and the rotation is transmitted by the interaction of the magnetic force between the paired rotating bodies. In the following description, a conventional gear is described as a mechanical gear, and a transmission mechanism that transmits rotation by magnetic force is described as a magnetic gear.
速度変換比が大きい速度変換機が求められている。このような速度変換機では、高速で回転する部分と、低速で回転する部分がある。機械式歯車においては、歯の接触面間ですべりが生じており、潤滑が必要であり、また摩擦による発熱も生じる。特に、回転速度が高いと、十分な潤滑が困難となり、また発熱による損失が大きくなる。一方、磁気式歯車において、大きなトルクを伝えようとすると、磁力を強めるために永久磁石を大きくする、またはより強力な磁石を用いる必要があり、コスト増や、装置の大形化を招く。 There is a need for a speed converter with a large speed conversion ratio. Such a speed converter has a portion that rotates at a high speed and a portion that rotates at a low speed. In mechanical gears, slip occurs between the contact surfaces of the teeth, lubrication is required, and heat is also generated due to friction. In particular, when the rotational speed is high, sufficient lubrication becomes difficult and loss due to heat generation increases. On the other hand, when transmitting a large torque in the magnetic gear, it is necessary to enlarge the permanent magnet or use a stronger magnet in order to increase the magnetic force, resulting in an increase in cost and an increase in the size of the apparatus.
本発明は、大きな速度変換比が実現可能である速度変換装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the speed converter which can implement | achieve a big speed conversion ratio.
本発明の速度変換機は、高速回転する歯車列を磁気式歯車で、低速回転する歯車列を機械式歯車で構成する。具体的には、第1軸に接続される高速側歯車列と、第1軸より低速で回転する第2軸に接続される低速側歯車列と、高速側歯車列と低速側歯車列の双方に属し、これらを接続するプラネタリ要素と、を有する遊星歯車速度変換機として構成する。そして、高速側歯車列を磁気式歯車にて構成し、低速側歯車列を機械式歯車で構成する。 In the speed converter of the present invention, the gear train that rotates at high speed is constituted by a magnetic gear, and the gear train that rotates at low speed is constituted by a mechanical gear. Specifically, both the high speed side gear train connected to the first shaft, the low speed side gear train connected to the second shaft rotating at a lower speed than the first shaft, and both the high speed side gear train and the low speed side gear train And a planetary element connecting them, and configured as a planetary gear speed converter. The high speed side gear train is constituted by a magnetic gear, and the low speed side gear train is constituted by a mechanical gear.
高速側歯車列を、歯車が直接接触しない磁気式歯車で構成することにより、摩擦による摩耗、発熱を抑えることができる。また、高速側歯車列においては伝達すべきトルクは小さいので、小さい永久磁石を用いることができる。一方、低速側歯車列を、機械式歯車で構成することにより、大きなトルクの伝達が可能となる。また、回転速度が低いため、摩擦損失、発熱は許容できる程度となる。 By configuring the high-speed gear train with a magnetic gear that is not in direct contact with the gear, wear and heat generation due to friction can be suppressed. Further, since the torque to be transmitted is small in the high speed side gear train, a small permanent magnet can be used. On the other hand, a large torque can be transmitted by configuring the low-speed gear train with mechanical gears. Further, since the rotational speed is low, friction loss and heat generation are acceptable.
さらに、具体化された態様として、前記高速側歯車列を、第1軸に結合されたサン要素と、キャリア要素に回転可能に支持される高速側プラネタリ要素と、を含むものとし、前記低速側歯車列を、前記キャリア要素に回転可能に支持される低速側プラネタリ要素と、固定されたリング要素と、を含むものとすることができる。キャリア要素に第2軸を結合することができる。高速側プラネタリ要素と低速側プラネタリ要素は、一体のプラネタリ要素を構成し、キャリア要素上に回転可能に支持されるようにできる。 Further, as a specific embodiment, the high speed side gear train includes a sun element coupled to a first shaft and a high speed side planetary element rotatably supported by a carrier element, and the low speed side gear The row may include a low speed planetary element rotatably supported by the carrier element and a fixed ring element. A second shaft can be coupled to the carrier element. The high-speed planetary element and the low-speed planetary element constitute an integral planetary element and can be rotatably supported on the carrier element.
さらに、具体化された他の態様として、前記高速側歯車列を、第1軸に結合されたサン要素と、キャリア要素に回転可能に支持される高速側プラネタリ要素と、固定された高速側リング要素と、を含むものとし、前記低速側歯車列を、前記キャリア要素に回転可能に支持される低速側プラネタリ要素と、低速側リング要素と、を含むものとすることができる。低速側リング要素を第2軸に結合することができる。高速側プラネタリ要素と低速側プラネタリ要素は、一体のプラネタリ要素を構成し、キャリア要素上に回転可能に支持されるようにできる。 Furthermore, as another embodied aspect, the high-speed side gear train includes a sun element coupled to the first shaft, a high-speed planetary element rotatably supported by the carrier element, and a fixed high-speed side ring. And the low-speed gear train includes a low-speed planetary element rotatably supported by the carrier element and a low-speed ring element. A slow ring element can be coupled to the second shaft. The high-speed planetary element and the low-speed planetary element constitute an integral planetary element and can be rotatably supported on the carrier element.
本発明の遊星歯車速度変換機を減速機として用いてモータ内蔵ホイールを構成することができる。モータ内蔵ホイールは、車両のホイール内に収められた電動機(インホイールモータ)により当該ホイールを回転させ、車両の駆動輪を構成するものである。 The planetary gear speed converter of the present invention can be used as a speed reducer to constitute a motor built-in wheel. The motor built-in wheel is configured to rotate the wheel by an electric motor (in-wheel motor) housed in the wheel of the vehicle to constitute a driving wheel of the vehicle.
ホイール内に、電動機と、遊星歯車速度変換機を収め、遊星歯車速度変換機の高速側の軸に電動機を結合し、低速側の軸にホイールを結合する。遊星歯車速度変換機の構成は、高速側歯車列と低速側歯車列とを有し、これらの歯車列は、双方の歯車列に属し、かつこれらの歯車列を接続するプラネタリ要素を有するものとし、高速側歯車列を磁気式歯車で構成し、低速側歯車列を機械式歯車で構成する。また、上述の具体化された二つの態様の遊星歯車速度変換機の構成を採用することもできる。 An electric motor and a planetary gear speed converter are housed in the wheel, the electric motor is coupled to the high speed side shaft of the planetary gear speed converter, and the wheel is coupled to the low speed side shaft. The configuration of the planetary gear speed converter has a high-speed gear train and a low-speed gear train, and these gear trains belong to both gear trains and have planetary elements that connect these gear trains. The high-speed side gear train is constituted by a magnetic gear, and the low-speed side gear train is constituted by a mechanical gear. Moreover, the structure of the planetary gear speed converter of the two embodiments described above can also be employed.
高速側歯車列を磁気式歯車で構成したことにより、電動機を高回転のものとすることができる。また、低速側歯車列は機械式歯車であるので許容トルクを大きくすることができる。 By configuring the high speed side gear train with a magnetic gear, the electric motor can be made to rotate at high speed. Moreover, since the low-speed gear train is a mechanical gear, the allowable torque can be increased.
本発明の遊星歯車速度変換機を減速機として用いて車両の駆動装置を構成することができる。動力源として電動機を用い、これを遊星歯車速度変換機の高速側の軸に接続する。一方、遊星歯車速度変換機の低速側の軸は、駆動輪に接続される。この低速側の軸は、差動装置を介して左右の駆動輪に接続されるようにできる。 The planetary gear speed converter of the present invention can be used as a speed reducer to constitute a vehicle drive device. An electric motor is used as a power source, and this is connected to the high speed side shaft of the planetary gear speed converter. On the other hand, the low speed side shaft of the planetary gear speed converter is connected to the drive wheel. This low speed side shaft can be connected to the left and right drive wheels via a differential.
高速側歯車列を磁気式歯車で構成したことにより、電動機を高回転のものとすることができる。また、低速側歯車列は機械式歯車であるので許容トルクを大きくすることができる。 By configuring the high speed side gear train with a magnetic gear, the electric motor can be made to rotate at high speed. Moreover, since the low-speed gear train is a mechanical gear, the allowable torque can be increased.
本発明によれば、変速比が大きく、摩擦による損失が少なく、許容トルクの大きい速度変換機が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the speed change device with a large gear ratio, a loss by friction, and a large allowable torque is provided.
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図1は、本実施形態の速度変換機10の概略構成を示す断面図である。図2および図3は、図1に示すA−A線およびB−B線による歯車列に係る断面図である。図4は、速度変換機10の回転伝達に係る各要素を模式的に表す骨格図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a
速度変換機10は、二つの軸12,14を有し、これらの軸の間で回転の伝達を行う。二つの軸12,14の間には、後述する歯車列が介在し、この歯車列の作用により軸12は軸14より高速で回転する。軸12を入力軸、軸14を出力軸とした場合、速度変換機10は減速機として機能し、逆に軸14を入力軸、軸12を出力軸とした場合には、増速機として機能する。以下の説明においては、速度変換機10を減速機として機能させた場合を例として説明するが、前記のように入出力軸を入れ替えることで増速機としても機能させることができ、速度変換機10は、減速機としての使用に限定されるものではない。
The
減速機10は、共通の軸線Lを有する入力軸12と出力軸14を有する。入力軸12と出力軸の間には歯車列が介在し、減速機10は、この歯車列を収容するハウジング16を有する。入力軸12は、ハウジング16に軸受、特に玉軸受18を介してその軸線回りに回転可能に支持される。出力軸14も、ハウジング16に軸受、特に玉軸受20を介してその軸線回りに回転可能に支持される。出力軸14には、プラネタリキャリア22が結合され、これらは一体に出力軸14の軸線回りに回転する。また、プラネタリキャリア22は、入力軸12に、軸受、特に玉軸受24を介して回転可能に支持されている。プラネタリキャリア22は、プラネタリギア26を、軸線Lから所定の距離離れ、これと平行な軸線M回りに回転可能に支持している。プラネタリキャリア22の入力軸12に支持される部分と出力軸14に支持される部分は、分離しているが、プラネタリギア26により連結され、一体となって回転する。
The
プラネタリギア26は、プラネタリキャリア22の回転に伴って入出力軸の共通軸線L回りに公転し、またプラネタリギア26自身の軸線Mの回りに自転可能である。プラネタリギアは、軸線Lの回りに4個が配置されている。プラネタリギア26は、一つの軸上に、二つの径の異なる歯車要素を有する。減速機10においては、入力軸12側の歯車要素の径が大きく、出力軸14側の歯車要素の径が小さい。減速機10は、後述するように遊星歯車機構として構成され、特に、プラネタリギア26がこの径の異なる二つの歯車要素を有すことで、いわゆるラビニヨ式遊星歯車機構が構成されている。プラネタリギア26の入力軸12側の歯車要素は、磁気式歯車からなる入力側プラネタリギア28であり、出力軸14側の歯車要素は、機械式歯車からなる出力側プラネタリギア30である。
The
図2に示されるように、入力側プラネタリギア28は、全体として円筒または円板形状を有し、その周囲に、周方向に沿って極性が交互になるように複数の永久磁石32が配列されている。図において、永久磁石32は、白抜きで表されているものが外周面がS極に着磁されているもの、二重斜線で表されているものが外周面がN極に着磁されているものである。永久磁石32の内側には、円環薄板形状の磁性鋼板が軸線Mの方向に積層して形成されるプラネタリヨーク34が設けられている。入力軸12上にも永久磁石36が周方向に沿って極性が交互となるように配列され、磁気式歯車であるサンギア38が形成されている。サンギア38の永久磁石36についても、図2において、白抜き部分が外周面をS極に着磁されたもの、二重斜線で表されているものがN極に着磁されたものである。入力側プラネタリギア28とサンギア38のそれぞれの永久磁石32、36は、等しいピッチで配列されている。また、入力側プラネタリギア28とサンギア38は、わずかの隙間をもって対向しており、それぞれに配置される永久磁石32、36の間には、磁力による吸引力が作用している。
As shown in FIG. 2, the input-side
4個の入力側プラネタリギア28の全体を囲むように、ハウジング16の内側にハウジングヨーク40が設けられている。ハウジングヨーク40は、円環薄板形状の磁性鋼板を共通軸線Lの方向に積層して構成される。一つの永久磁石32から延びる磁束は、ハウジングヨーク40を通り、別の永久磁石32を貫き、プラネタリヨーク34を通って元の永久磁石に戻る。このように、プラネタリヨーク34およびハウジングヨーク40は、永久磁石32に係る磁気回路を形成する。
A
出力側プラネタリギア30は前述のように機械式歯車により構成されている。4個の出力側プラネタリギア30全体を囲んでハウジング16の内側に機械式歯車であるリングギア42が配置されている。各出力側プラネタリギア30とリングギア42は噛み合っている。
The output-side
入力軸12が回転すると、サンギア38と入力側プラネタリギア30の磁気結合により、回転が伝わり、プラネタリギア26が自転する。プラネタリギア26が自転すると、出力側プラネタリギア30がハウジング16に固定されたリングギア42に噛み合っているため、プラネタリギア26の公転運動が生じ、これによりプラネタリキャリア22が回転する。プラネタリキャリア22は、出力軸14に結合されているので、出力軸14も回転する。このようにして、入力軸12から出力軸14に回転が伝達される。
When the
以上のように、減速機10は、サンギア38と、プラネタリキャリア22に支持されサンギア38の周囲を自転すると共に公転するプラネタリギア26と、サンギア38に同軸配置されプラネタリギア26と噛み合うリングギア42からなる遊星歯車機構を有する。サンギア38が入力軸12に結合され、プラネタリキャリア22が出力軸14に結合される。プラネタリギア26は、二つの歯車要素、すなわち入力側プラネタリギア28と出力側プラネタリギア30を有する。入力側プラネタリギア28はサンギア38と共に入力側の歯車列を構成し、出力側プラネタリギア30はリングギア42と共に出力側の歯車列を構成する。入力側の歯車列は磁気式歯車で構成され、出力側の歯車列は機械式歯車で構成される。各歯車列の変速比により、入力軸12は、出力軸14より高速で回転する。したがって、入力側の歯車列は高速側の歯車列であり、出力側の歯車列は低速側の歯車列である。
As described above, the
減速機10の減速比は、以下のようになる。各ギアの歯数(磁気式歯車にあっては永久磁石の個数)Zと、回転速度nを次のようにおく。
サンギア38(Zs1,ns1)
入力側プラネタリギア28(Zp1,np1)
出力側プラネタリギア30(Zp2,np2)
プラネタリキャリア22(nc)
リングギア42(Zr2,nr2)
The reduction ratio of the
Sun gear 38 (Zs1, ns1)
Input side planetary gear 28 (Zp1, np1)
Output side planetary gear 30 (Zp2, np2)
Planetary carrier 22 (nc)
Ring gear 42 (Zr2, nr2)
伝達基本式は次のようになる。
Zs1×ns1=Zs1×nc−Zp1×np1
Zr2×nr2=Zr2×nc−Zp2×np2
np1=np2,nr2=0
これより、サンギア38、プラネタリギア26、リングギア42、プラネタリキャリア22の速度比は、下記の表のようになる。
The basic transmission equation is as follows.
Zs1 × ns1 = Zs1 × nc−Zp1 × np1
Zr2 * nr2 = Zr2 * nc-Zp2 * np2
np1 = np2, nr2 = 0
Accordingly, the speed ratio of the
サンギア38、入力側プラネタリギア28、出力側プラネタリギア30およびリングギア42の半径比が、
1:2.4:0.48:3.88
となるように、各ギアの歯数Zを定めると、減速機10の減速比は、20.4となる。
The radius ratio of the
1: 2.4: 0.48: 3.88
Thus, when the number of teeth Z of each gear is determined, the reduction ratio of the
図5は、他の実施形態の速度変換機または減速機50の構成を示す骨格図であり、図6は入力側の歯車列の軸直交断面図である。減速機50のより詳細な構造は、図1を参照することにより当業者とって容易に理解できるものであり、減速機50の回転軸線を含む断面図は省略する。
FIG. 5 is a skeleton diagram showing a configuration of a speed converter or
入力軸52上に、磁気式歯車であるサンギア54が設けられている。サンギア54は、円筒または円板形状であり、その外周に周方向に沿って、極性が交互となるよう複数の永久磁石56が配列される。入力軸52の軸線回りに回転可能にプラネタリキャリア58が支持されている。さらに、プラネタリキャリア58上に、回転可能に4個のプラネタリギア60が支持されている。プラネタリギア60は磁気式歯車である入力側プラネタリギア62と、機械式歯車である出力側プラネタリギア64を有する。入力側および出力側プラネタリギア62,64は、一体となって公転および自転する。入力側プラネタリギア62は円筒または円板形状であり、その外周に方向に沿って、極性が交互となるように複数の永久磁石66が配列され、磁気式歯車として構成される。永久磁石66の内側には、円環板状の磁性鋼板が軸線方向に積層されたプラネタリヨーク68が設けられている。個々の入力側プラネタリギア62は、サンギア54に僅かの隙間をあけて対向し、これと磁気結合する。4個の入力側プラネタリギア62の周囲を囲うように磁気式歯車の入力側リングギア70が固定的に配置される。入力側リングギア70は、図6に示すように4個の入力側プラネタリギア62の周囲を囲む円環形状であって、その内周面に周方向に永久磁石72が配列される。配列された永久磁石の外側には、円環板形状の磁性鋼板が軸線方向に積層されたリングヨーク74が設けられている。入力側プラネタリギア62と入力側リングギア70は、僅かの隙間をあけて対向し、磁気結合する。4個の出力側プラネタリギア64の周囲を囲むように機械式歯車である出力側リングギア76が配置される。各出力側プラネタリギア64と出力側リングギア76は噛み合い、また出力側リングギア76は出力軸78に結合されている。
A
サンギア54上の永久磁石56、入力側プラネタリギア62上の永久磁石66、及び入力側リングギア70上の永久磁石72は、前述のようにそれぞれ周方向に極性が交互となるよう配置される。図6中、白抜きで表されているものが外周面がS極に着磁されているもの、二重斜線で表されているものが外周面がN極に着磁されているものである。また、プラネタリヨーク68およびリングヨーク74は、永久磁石66,72に係る磁気回路を形成する。
The
以上のように、減速機50は、サンギア54、プラネタリキャリア58に支持されサンギア54の周囲を自転すると共に公転するプラネタリギア60と、サンギア54と同軸に配置されプラネタリギア60と磁気結合する入力側リングギア70と、プラネタリギア60と噛み合うもう一つのリングギアである出力側リングギア76とからなる遊星歯車機構を有する。サンギア54が入力軸52に結合され、出力側リングギア76が出力軸78に結合される。プラネタリギア60は、二つの歯車要素、すなわち入力側プラネタリギア62と出力側プラネタリギア64を有する。入力側プラネタリギア62はサンギア54および入力側リングギア70と共に入力側の歯車列を構成し、出力側プラネタリギア64は出力側リングギア76と共に出力側の歯車列を構成する。入力側の歯車列は磁気式歯車で構成され、出力側の歯車列は機械式歯車で構成される。各歯車列の変速比により、入力軸52は、出力軸78より高速で回転する。したがって、入力側の歯車列は高速側の歯車列であり、出力側の歯車列は低速側の歯車列である。
As described above, the
減速機50の減速比は、以下のようになる。各ギアの歯数(磁気式歯車にあっては永久磁石の個数)Zと、回転速度nを次のようにおく。
サンギア54(Zs1,ns1)
入力側プラネタリギア62(Zp1,np1)
出力側プラネタリギア64(Zp2,np2)
プラネタリキャリア58(nc)
入力側リングギア70(Zr1,nr1)
出力側リングギア76(Zr2,nr2)
The reduction ratio of the
Sun gear 54 (Zs1, ns1)
Input side planetary gear 62 (Zp1, np1)
Output side planetary gear 64 (Zp2, np2)
Planetary carrier 58 (nc)
Input side ring gear 70 (Zr1, nr1)
Output side ring gear 76 (Zr2, nr2)
伝達基本式は次のようになる。
Zs1×ns1=Zs1×nc−Zp1×np1
Zr1×nr1=Zr1×nc−Zp1×np1
Zr2×nr2=Zr2×nc−Zp2×np2
np1=np2,nr1=0
これより、サンギア54、プラネタリギア60、入力側リングギア70、プラネタリキャリア58、出力側リングギア76の速度比は、下記の表のようになる。
The basic transmission equation is as follows.
Zs1 × ns1 = Zs1 × nc−Zp1 × np1
Zr1 * nr1 = Zr1 * nc-Zp1 * np1
Zr2 * nr2 = Zr2 * nc-Zp2 * np2
np1 = np2, nr1 = 0
Accordingly, the speed ratio of the
サンギア54、入力側プラネタリギア62、入力側リングギア70、出力側プラネタリギア64および出力側リングギア76の半径比が、
1:2.5:6:1.3:4.8
となるように、各ギアの歯数Zを定めると、減速機50の減速比は、20となる。
The radius ratio of the
1: 2.5: 6: 1.3: 4.8
Thus, when the number of teeth Z of each gear is determined, the reduction ratio of the
前述の減速機10,50において、磁気式歯車は、対向する歯車のそれぞれに永久磁石を配置し、永久磁石間で作用する磁力により回転の伝達を行っている。これに対し、歯車対の一方の歯車を、リラクタンスの大きな部分と小さな部分を周方向に交互に配置することで、回転伝達を行うことも可能である。図7は、減速機50の入力側リングギア70を、リラクタンスの異なる部分を周方向に交互に配列した入力側リングギア80に置き換えた構成例を示す図である。入力側リングギア80は、内周に、周方向に配列された凹凸を形成することにより、リラクタンスの異なる部分を周方向に配列する構成を実現している。凸の部分(突極)82がリラクタンスの大きな部分となり、これと永久磁石が相互作用する。内周に突極82が配列された入力側リングギア80は、内周に、周方向に凹凸が形成された円環板状の磁性鋼板を積層して作製することができる。サンギアとプラネタリギアは、図6に示すものと同一のものを使用することができ、このときの入力側リングギア80の突極82の数は、入力側リングギア70の永久磁石72の数と同じである。
In the reduction gears 10 and 50 described above, the magnetic gear has a permanent magnet disposed in each of the gears facing each other, and transmits rotation by a magnetic force acting between the permanent magnets. On the other hand, it is also possible to transmit the rotation of one gear of the gear pair by alternately arranging large reluctance portions and small reluctance portions in the circumferential direction. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example in which the input-
図8は、モータ内蔵ホイール90の概略構成を示す断面図である。モータ内蔵ホイールのホイール部92は、リム94とディスク96を含む。ホイール部92の内側に、電気モータ(以下、単にモータと記す。)98と減速機100が内蔵されている。減速機100の構成は、例えば前述の減速機10,50の構成を採ることができ、図8において減速機100は減速機10と同じ構成のものが示されている。モータ98と減速機100は、共通のハウジング102に収められ、また、減速機100の入力軸104がモータ98の軸106と一体となっている。モータ軸106には、永久磁石が備えられたロータ108が結合され、さらにロータ108の周囲を囲んでステータ110が配置される。ステータ110は、ハウジング102に固定されている。減速機100の出力軸112には、ハブ114が設けられており、ここにホイールのディスク96が結合される。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the motor built-in
減速機100は、前述の減速機10,50の構成を採ることにより大きな減速比を得ることができ、このためモータ98を高回転化し、小形化することができる。このとき、減速機の入力軸104も高回転となり、入力側の歯車列に属する各ギアは高速回転する。入力側の歯車列が機械式歯車で構成される場合、噛み合っている歯の歯面同士の摩擦により摩耗、発熱が生じる。摩耗、発熱を抑えるために潤滑を行う必要があるが、高速回転しているために潤滑油が十分に歯面に供給されない。これらの理由から、機械式歯車を用いた場合、モータの高回転化は制限される。磁気式歯車は、歯車同士が非接触であるため、また接触しても、接触面における滑りがないか、または微小であるため、機械式歯車に見られる摩擦に起因する問題が生じない。減速機100において、磁気式歯車を採用することで、モータ98をより高回転、小形なものとすることができる。
The
また、磁気式歯車は、対向する歯車同士は磁気結合しているので、この結合力を越えた力が作用すると、結合が切れる。つまり、歯車が滑る。しかし、モータ98を高回転化するために大きな減速比が採用されており、高速側の歯車列にて伝達されるトルクは小さく、磁気式歯車であっても滑りが生じにくい。一方で、歯車同士が滑ることが可能なので、許容値を超える過大なトルクが入力した場合に、機械的な損傷を防止することができる。
Further, since the opposing gears are magnetically coupled to each other in the magnetic gear, the coupling is broken when a force exceeding the coupling force is applied. That is, the gear slips. However, a large reduction ratio is employed to increase the rotation of the
一方、減速機100の出力側の歯車列は、機械式歯車で構成される。出力側の歯車列は、低回転であり、伝達トルクが大きいことから、歯車同士のずれが生じない機械式歯車が採用される。回転速度が低いため、摩擦による問題は、大きなものとならない。
On the other hand, the gear train on the output side of the
このように、高速側の歯車列に磁気式歯車、低速側の歯車列に機械式歯車を用いることにより、互いのデメリットを補いあって、より大きな減速比の速度変換機が実現できる。これにより、モータ内蔵ホイールにおいては、モータを小型化できる。インホイールモータの小形化は、多くのメリットをもたらす。ホイール内は、サスペンション部品、ブレーキ部品が配置されるが、モータの小形化によりこれらの部品を配置するためのより大きな空間を提供することができる。また、ばね下重量が軽減され、乗り心地の改善が期待できる。 In this way, by using a magnetic gear for the high-speed gear train and a mechanical gear for the low-speed gear train, it is possible to realize a speed converter with a larger reduction ratio while supplementing each other's disadvantages. Thereby, in a motor built-in wheel, a motor can be reduced in size. Downsizing of in-wheel motor brings many advantages. Suspension parts and brake parts are arranged in the wheel, but the motor can be miniaturized to provide a larger space for arranging these parts. In addition, the unsprung weight is reduced, and an improvement in ride comfort can be expected.
図7においては、ハブ114、減速機100およびモータ98が一体となってホイール92内に収められた車両の駆動装置が示されたが、モータ単独または減速機とモータを車体側に配置する構成を採ることも可能である。モータを単独で車体側に配置する場合には、モータ軸106と減速機の入力軸104を分離し、これらをユニバーサルジョイントまたは等速ジョイントとドライブシャフトにより連結する構成とすることができる。減速機とモータを車体側に配置する場合には、減速機の出力軸112と、ハブ114を分離し、これらをユニバーサルジョイント等とドライブシャフトにより連結する構成とすることができる。
Although FIG. 7 shows a vehicle drive device in which the
以上は、一つのホイールに対し一つのモータを備えた車両の駆動装置であるが、一つのモータで複数のホイールを駆動することも可能である。図9は、二つのホイールを一つのモータで駆動する車両駆動装置120の概略構成を示す図である。モータ122と減速機124が一体とされ、減速機124の出力が差動装置を含む終減速機126を介して左右の駆動輪128に接続されている。一体となったモータ122と減速機124は、図7に示したモータ98と減速機100と同様の構成とすることができる。減速機124は、前述の減速機10,50と同様の構成とすることができ、入力側の歯車列が磁気式歯車、出力側の歯車が機械式歯車となっている。この構成により、大きな減速比を採用することが可能となり、モータの高回転化、小形化が達成される。
The above is a vehicle drive device having one motor for one wheel, but a plurality of wheels can be driven by one motor. FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a
10,50,100,124 速度変換機(減速機)、12,52 入力軸、14,78 出力軸、22,58 プラネタリキャリア、26,60 プラネタリギア、28,62 入力側プラネタリギア、30,64 出力側プラネタリギア、38,54 サンギア、42 リングギア、70 入力側リングギア、76 出力側リングギア。 10, 50, 100, 124 Speed converter (reduction gear), 12, 52 input shaft, 14, 78 output shaft, 22, 58 planetary carrier, 26, 60 planetary gear, 28, 62 input side planetary gear, 30, 64 Output side planetary gear, 38, 54 sun gear, 42 ring gear, 70 input side ring gear, 76 output side ring gear.
Claims (5)
第1軸より低速で回転する第2軸に接続される低速側歯車列と、
高速側歯車列と低速側歯車列の双方に属し、これらを接続するプラネタリ要素と、
を有する、遊星歯車速度変換機であって、
高速側歯車列は磁気式歯車で構成され、低速側歯車列は機械式歯車で構成される、
遊星歯車速度変換機。 A high-speed gear train connected to the first shaft;
A low-speed side gear train connected to a second shaft rotating at a lower speed than the first shaft;
Planetary elements that belong to both the high-speed gear train and the low-speed gear train and connect them,
A planetary gear speed converter comprising:
The high speed side gear train is composed of magnetic gears, and the low speed side gear train is composed of mechanical gears.
Planetary gear speed converter.
高速側歯車列は、第1軸に結合されたサン要素と、前記プラネタリ要素に属し、キャリア要素に回転可能に支持される高速側プラネタリ要素と、を含み、
低速側歯車列は、前記プラネタリ要素に属し、前記キャリア要素に、高速側プラネタリ要素と一体に回転可能に支持される低速側プラネタリ要素と、固定されたリング要素と、を含み、
前記キャリア要素が第2軸に結合される、
遊星歯車速度変換機。 The planetary gear speed converter according to claim 1,
The high speed side gear train includes a sun element coupled to the first shaft, and a high speed side planetary element belonging to the planetary element and rotatably supported by the carrier element,
The low-speed side gear train belongs to the planetary element, and includes a low-speed planetary element rotatably supported integrally with the high-speed planetary element and a ring element fixed to the carrier element,
The carrier element is coupled to a second shaft;
Planetary gear speed converter.
高速側歯車列は、第1軸に結合されたサン要素と、前記プラネタリ要素に属し、キャリア要素に回転可能に支持される高速側プラネタリ要素と、固定された高速側リング要素と、を含み、
低速側歯車列は、前記プラネタリ要素に属し、前記キャリア要素に、高速側プラネタリ要素と一体に回転可能に支持される低速側プラネタリ要素と、低速側リング要素と、を含み、
前記低速側リング要素が第2軸に結合される、
遊星歯車速度変換機。 The planetary gear speed converter according to claim 1,
The high speed side gear train includes a sun element coupled to a first shaft, a high speed side planetary element belonging to the planetary element and rotatably supported by the carrier element, and a fixed high speed side ring element,
The low-speed side gear train belongs to the planetary element, and includes a low-speed planetary element that is rotatably supported integrally with the high-speed planetary element on the carrier element, and a low-speed ring element.
The low speed ring element is coupled to a second shaft;
Planetary gear speed converter.
前記遊星歯車速度変換機の第1軸に結合されたモータと、
前記遊星歯車速度変換機と前記モータとを中に収め、前記遊星歯車速度変換機の第2軸に結合されたホイールと、
を有するモータ内蔵ホイール。 A planetary gear speed converter according to any one of claims 1 to 3,
A motor coupled to the first shaft of the planetary gear speed converter;
A wheel that encases the planetary gear speed converter and the motor and is coupled to a second shaft of the planetary gear speed converter;
Motor built-in wheel having.
前記遊星歯車速度変換機の第1軸に接続されたモータと、
前記遊星歯車速度変換機の第2軸に接続された駆動輪と、
を有し、モータの出力を駆動輪に伝え車両を駆動する車両駆動装置。 A planetary gear speed converter according to any one of claims 1 to 3,
A motor connected to the first shaft of the planetary gear speed converter;
A drive wheel connected to the second shaft of the planetary gear speed converter;
And a vehicle drive device for driving the vehicle by transmitting the output of the motor to the drive wheels.
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