JP2012197939A

JP2012197939A - 動力出力装置

Info

Publication number: JP2012197939A
Application number: JP2012100607A
Authority: JP
Inventors: Minoru Suzuki; 稔鈴木
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2026-09-22
Also published as: JP5342671B2; WO2007043514A1

Abstract

【課題】インボード側軸受の軸受寿命の向上と負荷容量の増大を図ることができる部品点数の少ないコンパクトな構成の動力出力装置を提供することである。
【解決手段】車体側に固定されるケーシング１のアウトボード側の端部に外方部材１９を接続し、その外方部材１９の内側に組み込まれた車輪支持用の内方部材２１を減速装置の出力軸として、外方部材１９の内周に形成された複列の軌道溝２０ａ、２０ｂと内方部材２１の外周に形成された軌道溝２５ａ、２５ｂ間に転動体２６ａ、２６ｂを組み込んで内方部材２１を回転自在に支持し、その複列の転動体２６ａ、２６ｂ群のうち、減速装置に近接するインボード側の転動体２６ａ群のピッチ円直径をアウトボード側の転動体２６ｂ群のピッチ円直径より大きくし、かつ、ピッチ円直径が大きいインボード側の転動体群の転動体２６ａ数をピッチ円直径が小さいアウトボード側の転動体群の転動体２６ｂ数より多くする。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転軸に入力される回転を減速して車両の車輪に伝達する動力出力装置に関するものである。

車両の車輪に動力を伝達する動力出力装置として、特許文献１および特許文献２に記載されたものが従来から知られている。特許文献１に記載されたインホイールモータ駆動装置は、駆動力を発生する電動モータと、車輪のホイールが接続される車輪軸と、上記電動モータの回転を減速して車輪軸に伝達する減速機とを有しており、上記減速機として、歯数の異なる複数の歯車を組み合わせてなる平行軸式歯車減速機を採用している。

一方、特許文献２に記載された電気自動車用減速装置においては、電動モータのロータと車輪のハブとの間に遊星歯車式減速機構を２段に設け、２段目の遊星歯車式減速機構からの出力をドライブシャフトを介してばね下の左右の車輪に分配している。

特開２００５−７９１４号公報特開平５−３３２４０１号公報

ところで、特許文献１に記載されたインホイールモータ駆動装置においては、プロペラシャフトやデファレンシャル等の大がかりな動力伝達機構が不要となるので、車両の軽量化やコンパクト化等の面から注目されているが、平行軸式歯車減速機は、その減速比が１／２乃至１／３程度であって、インホイールモータ駆動装置に搭載する減速機としては不十分であり、また、減速機の重量も重く、ばね下重量の増加によって乗り心地が悪くなる難点があり、未だ実用化には至っていない。

一方、特許文献２に記載された電気自動車用減速装置の遊星歯車式減速機構は平行軸式歯車減速機に比較して大きな減速比を得ることができるものの、インホイールモータ駆動装置に搭載する減速機としてはまだ不十分である。十分な減速比を得るためには、サンギヤ、リングギヤ、ピニオンギヤおよびピニオンギヤのキャリヤとで構成される遊星歯車式減速機構を多段構成とする必要があり、部品点数が多くなってコンパクト化が困難となり、減速機の重量およびサイズの増大を招くという問題が発生する。

この発明の課題は、インボード側軸受の軸受寿命の向上と負荷容量の増大を図ることができる部品点数の少ないコンパクトな構成の動力出力装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、車体側に固定されるケーシングと、そのケーシングのインボード側の端部に設けられた電動モータと、その電動モータのロータに一端部が接続されてロータと一体に回転する回転軸と、前記ケーシングのアウトボード側の端部に接続され、内周に複列の軌道溝が形成された外方部材と、その外方部材の内部に組込まれて前記回転軸の他端部を回転自在に支持し、前記外方部材の複列の軌道溝と径方向で対向する複列の軌道溝を外周に有し、外方部材のアウトボード側の端部から外部に位置する端部外周に車輪取付け用のフランジが設けられた内方部材と、前記径方向で対向する軌道溝間に組込まれて前記内方部材を回転自在に支持する複列の転動体群と、前記回転軸を入力軸として、その回転軸の回転を減速して前記内方部材から出力する減速装置とからなり、前記複列の転動体群のうち、前記減速装置に近接するインボード側の転動体群のピッチ円直径をアウトボード側の転動体群のピッチ円直径より大きくし、かつ、ピッチ円直径が大きいインボード側の転動体群の転動体数をピッチ円直径が小さいアウトボード側の転動体群の転動体数より多くした構成を採用したのである。

上記の構成からなる動力出力装置において、電動モータの駆動によって回転軸を回転すると、その回転は減速装置により減速されて、内方部材から出力され、車輪が回転する。

この発明のように、複列の転動体群のうち、減速装置に近接するインボード側の転動体群のピッチ円直径をアウトボード側の転動体群のピッチ円直径より大きくし、ピッチ円直径が大きい側の転動体群の転動体数をピッチ円直径が小さい側の転動体群の転動体数より多くすることにより、インボード側軸受の軸受寿命の向上と負荷容量の向上を図ることができる。

上記のように、この発明においては、電動モータのロータに接続された回転軸を減速装置の入力軸とし、その入力軸としての回転軸の回転を減速装置で減速して車輪取付け用フランジを有する内方部材から出力させるようにしたので、内方部材は、減速装置の出力軸としての機能と、車輪を支持する車輪軸受装置の車輪支持部材としての機能の２つの機能を併せ持ち、部品点数の少ない簡単な構成の軸方向長さのコンパクトな動力出力装置を得ることができる。

また、内方部材を回転自在に支持する複列の転動体群のうち、一方の転動体群のピッチ円直径を他方の転動体群のピッチ円直径より大きくし、そのピッチ円直径が大きい側の転動体数をピッチ円直径の小さい側の転動体数より多くしたことによって、インボード側軸受の軸受寿命の向上と負荷容量の増大を図ることができる。

この発明に係る動力出力装置の実施の形態を示す縦断正面図図１の回転軸に設けられた偏心軸部を拡大して示す断面図図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図図３の一部を拡大して示す断面図

以下、この発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図１に示すように、車体に取付けられるケーシング１は、インボード側の端部に端板２を有し、その端板２に円筒部３が設けられている。

ケーシング１のインボード側には電動モータ４が接続されている。電動モータ４は、ケーシング１に固定されたモータハウジング５と、そのモータハウジング５内に組込まれた対向一対のステータ６と、そのステータ６間に組込まれて、上記ステータ６とアキシャル方向で対向するロータ７とからなり、上記ロータ７には、ステータ６と対向する位置に多数の永久磁石８が周方向に等間隔に設けられている。

また、ロータ７はボス部７ａを有し、そのボス部７ａはケーシング１の円筒部３内に挿入され、その円筒部３内に組込まれた軸受９によって回転自在に支持されている。また、円筒部３の開口端部内には、その開口端を密閉するシール部材１０が組込まれている。

ロータ７のボス部７ａ内には回転軸１１の一端部が挿入されている。回転軸１１はセレーション１２を介してボス部７ａに回り止めされている。この回転軸１１は、ボス部７ａのアウトボード側の端部内に組込まれた軸受１２によって回転自在に支持され、ケーシング１内に位置する他端部には２つの偏心軸部１３ａ、１３ｂが設けられている。

２つの偏心軸部１３ａ、１３ｂは周方向に１８０°位相がずれ、各偏心軸部１３ａ、１３ｂの両側に一対のカウンタウェイト１４が設けられている。一対のカウンタウェイト１４は、その重心が隣接する偏心軸部１３ａ、１３ｂの偏心方向と逆方向に位置する取付けとされている。

各偏心軸部１３ａ、１３ｂの外周には軸受１５が嵌合され、その軸受１５を介して外歯車１６ａ、１６ｂが回転自在に支持されている。

図３に示すように、外歯車１６ａ、１６ｂは、複数の外歯１７を外周に有し、その外歯１７はケーシング１の内周に設けられた内歯１８と噛合しており、上記外歯１７の数は内歯１８の数より少なくなっている。ここで、外歯１７は、トロコイド曲線歯形からなり、一方、内歯１８は、ケーシング１ａによって両端部が支持された外ピン１８ａと、その外ピン１８ａに回転自在に支持されたローラ１８ｂとからなっている。

なお、内歯１８はローラ１８ｂが省略されて外ピン１８ａからなるものであってもよい。また、外歯１７および内歯１８は、インボリュート曲線歯形からなるものであってもよい。

ここで、図２に示すように、２つの偏心軸部１３ａ、１３ｂ間の中心点をＧとすると、その中心点Ｇから右側に位置する偏心軸部１３ａ、外歯車１６ａおよびカウンタウエイト１４からなる偏心回転体の質量と、中心点Ｇから左側に位置する偏心軸部１３ｂ、外歯車１６ｂおよびカウンタウエイト１４からなる偏心回転体の質量は等しくされている。

また、中心点Ｇから右側に位置する偏心軸部１３ａ、外歯車１６ａおよびカウンタウエイト１４からなるそれぞれの偏心回転体の重心から中心点Ｇまでの軸方向距離と回転軸心までの半径方向距離の積を加えたものと、中心点Ｇから左側に位置する偏心軸部１３ｂ、外歯車１６ｂおよびカウンタウエイト１４からなるそれぞれの偏心回転体の重心から中心点Ｇまでの軸方向距離と回転軸心までの半径方向距離の積を加えたものは等しくされて、右側偏心回転体と左側偏心回転体の偏心回転による偶力が打ち消されるような構成とされている。

図１に示すように、ケーシング１の開口端部には外方部材１９が接続されている。外方部材１９はケーシング１の開口端部に接続される大径筒部１９ａと、その大径筒部１９ａと同軸上に設けられた小径筒部１９ｂを有し、その大径筒部１９ａと小径筒部１９ｂの内周それぞれに軌道溝２０ａ、２０ｂが形成されている。

また、外方部材１９の内側には内方部材２１が組込まれている。内方部材２１は、ハブ輪２２と、軌道輪２３とからなり、上記軌道輪２３は筒部２３ａを有し、その筒部２３ａがハブ輪２２内に嵌合され、内径部からの拡径加締めによってハブ輪２２に一体化されている。

なお、拡径加締めによる結合力を高めるため、ハブ輪２２の内径面と筒部２３ａの外径面の少なくとも一方に微細な凹凸２３ｂを形成しておくのが好ましい。

ハブ輪２２の外方部材１９に形成された小径筒部１９ｂを貫通して外部に位置する端部外周には車輪取付け用のフランジ２４が形成されている。また、ハブ輪２２の上記小径筒部１９ｂ内に位置する端部外周には、その小径筒部１９ｂの内周の軌道溝２０ｂと径方向で対向する軌道溝２５ｂが設けられ、その径方向で対向する軌道溝２０ｂ、２５ｂ間に転動体２６ｂが組込まれている。

一方、軌道輪２３の外周には、大径筒部１９ａの内周の軌道溝２０ａと径方向で対向する軌道溝２５ａが形成され、その径方向で対向する軌道溝２０ａ、２５ａ間に転動体２６ａが組込まれている。この転動体２６ａ群のピッチ円直径は、小径筒部１９ｂの軌道溝２０ｂとハブ輪２２の軌道溝２５ｂ間に組込まれた転動体２６ｂ群のピッチ円直径より大きく、その直径が大きい分だけ転動体数が多くなっている。

内方部材２１は、上記複列の転動体２６ａ、２６ｂを介して回転自在に支持されて、回転軸１１と同軸上に配置され、その内方部材２１を形成する軌道輪２３の筒部２３ａ内に回転軸１１の他端部を回転自在に支持する軸受２７が組込まれている。

図１、図３および図４に示すように、外歯車１６ａ、１６ｂと軌道輪２３の相互間には、外歯車１６ａ、１６ｂの公転運動を自由にして、自転運動を軌道輪２３、即ち、内方部材２１に伝達するトルク伝達手段３０が設けられている。

トルク伝達手段３０は、軌道輪２３の側面外周部に複数の内ピン３１を同一円上に等間隔に設け、各内ピン３１にローラ３２を回転自在に嵌合し、各ローラ３２を外歯車１６ａ、１６ｂに形成されたローラ径より大径の円形孔３３内に位置させて、その円形孔３３の内周一部に接触させるようにしている。

ここで、ローラ３２として針状ころ軸受を採用しているが、他の転がり軸受を用いるようにしてもよい。なお、ローラ３２を省略し、内ピン３１を回転自在に支持して、その内ピン３１を円形孔３３の内周一部に接触させるようにしてもよい。

実施の形態で示す動力出力装置は上記の構造からなり、電動モータ４の駆動によって回転軸１１を回転すると、偏心軸部１３ａ、１３ｂが偏心回転し、その偏心軸部１３ａ、１３ｂに回転自在に支持された外歯車１６ａ、１６ｂがケーシング１の内周に形成された内歯１８と１つずつ噛み合いながら回転軸１１を中心に公転する。

このとき、外歯車１６ａ、１６ｂの外歯１７の数はケーシング１の内周に形成された内歯１８の数より少ないため、外歯車１６ａ、１６ｂは回転軸１１の１回転当たり、内歯１８と外歯１７の歯数差分だけ回転軸１１の回転方向と逆方向に自転し、その自転運動がトルク伝達手段３０を介して内方部材２１に伝達され、内方部材２１が減速回転する。

ここで、内歯１８の歯数をＺ_１、外歯車１６ａ、１６ｂの歯数をＺ_２とすると、減速比は、(Ｚ_１−Ｚ_２)／Ｚ_２で表すことができる。

このように、実施の形態で示す動力出力装置においては、回転軸１１の回転により内歯１８に噛合する外歯車１６ａ、１６ｂが上記回転軸１１の１回転当たりに、内歯１８と外歯１７の歯数差分だけ回転軸１１の回転方向と逆方向に自転し、その自転運動がトルク伝達手段３０を介して内方部材２１に伝達されるため、回転軸１１の回転を大きな減速比でもって内方部材２１に伝達して、その内方部材２１から出力することができる。

また、減速装置が、外歯車１６ａ、１６ｂと、ケーシング１の内周に形成された内歯１８とからなる部品点数の少ない構成であるため、小型、コンパクトな動力出力装置を得ることができる。

さらに、内方部材２１を回転自在に支持する複列の転動体２６ａ、２６ｂのうち、外歯車１６ａ、１６ｂに近接するインボード側の転動体２６ａ群のピッチ円直径をアウトボード側の転動体２６ｂ群のピッチ円直径より大きくすることによって、内方部材２１の支持剛性を高めることができ、回転軸１１の他端部の振れ回りを確実に防止することができる。また、インボード側軸受の軸受寿命の向上と負荷容量の向上を図ることができる。

上述の動作説明では、電動モータ４を駆動し、その電動モータ４からの動力を車輪が取り付けられる内方部材２１に伝達したが、これとは逆に、車両が減速したり坂を下ったりするようなときには、車輪からの動力を減速部で高回転低トルクに変換して電動モータ４に伝達し、電動モータ４で発電してもよい。さらに、ここで発電した電力は、バッテリィに一時蓄電した後に電動モータ４や車両に備えられた他の電気機器に用いてもよい。

なお、電動モータ４で回転軸１１を回転させるようにした動力出力装置の制御は、例えば、アクセルペダル位置センサ、ブレーキ踏込み量センサ、車速センサ、バッテリィ温度検出センサ、バッテリィの端子間に接続された電圧センサ、バッテリィからの電力ラインに設置された電流センサ、モータの回転位置検出センサ等の様々なセンサからの信号を電子制御ユニットに入力し、これらの信号に基いてインバータを介してバッテリィと電動モータとの間でやりとりする電力の調節をすることによって行う。

制御には、例えば、ハンドルの操舵角に応じて左右または前後左右の各々の位置に設置された本動力出力装置で駆動する車輪の回転数を各々独立に制御して、車両を安定して旋回させたり、前後車輪の各々の車輪速センサの信号から車輪の空転を検出し、この検出結果に基いて本動力出力装置の回転数を制御して車両の姿勢を安定させるものなどが考えられる。

なお、実施の形態では、回転軸１１を回転させる電動モータ４として、ステータ６とロータ７との間にアキシャルギャップを設けたものを示したが、これに限定されるものではない。例えば、ステータとロータとの間にラジアルギャップを設けたものであってもよい。

１ケーシング
４電動モータ
５モータハウジング
７ロータ
１１回転軸
１９外方部材
２０ａ軌道溝
２０ｂ軌道溝
２１内方部材
２５ａ軌道溝
２５ｂ軌道溝
２６ａ転動体
２６ｂ転動体

Claims

車体側に固定されるケーシングと、
前記ケーシングのインボード側の端部に設けられた電動モータと、
前記電動モータのロータに一端部が接続されてロータと一体に回転する回転軸と、
前記ケーシングのアウトボード側の端部に接続され、内周に複列の軌道溝が形成された外方部材と、
前記外方部材の内部に組込まれて前記回転軸の他端部を回転自在に支持し、前記外方部材の複列の軌道溝と径方向で対向する複列の軌道溝を外周に有し、外方部材のアウトボード側の端部から外部に位置する端部外周に車輪取付け用のフランジが設けられた内方部材と、
前記径方向で対向する軌道溝間に組込まれて前記内方部材を回転自在に支持する複列の転動体群と、
前記回転軸を入力軸として、その回転軸の回転を減速して前記内方部材から出力する減速装置と、
からなり、
前記複列の転動体群のうち、前記減速装置に近接するインボード側の転動体群のピッチ円直径をアウトボード側の転動体群のピッチ円直径より大きくし、かつ、ピッチ円直径が大きいインボード側の転動体群の転動体数をピッチ円直径が小さいアウトボード側の転動体群の転動体数より多くした動力出力装置。