JP2013514222A - 結合及び結合解除手段を有する電動ハブ - Google Patents

Abstract

本発明は、特に、ハイブリッド駆動型自動車への電力供給のための電動ハブ（１）であって、電動ハブは、ホイール（２）を受け入れるよう設計されたハブ（７）を有し、ハブは、ハブキャリヤ（５）に対してハブ軸線（Ａ）回りに回転可能に設けられ、電動ハブは、電気トラクション機械（３）を有し、この電気機械は、ハブキャリヤに連結された外部固定子（３２）及び回転軸線（Ｒ）がハブ軸線（Ａ）から見て遠くに位置した内部回転子を有し、電動ハブは、電気機械の回転子とハブとの間で作用する減速手段（４）を有し、電動ハブは、電気機械の回転がハブの回転に結合される結合位置及び電気機械の回転がハブの回転から結合解除される結合解除位置を取ることができる結合／結合解除手段を有する、電動ハブ（１）において、結合／結合解除手段は、減速手段とハブとの間に配置されていることを特徴とする電動ハブ（１）に関する。

Description

本発明は、電気駆動型自動車の接地システム、特に電気駆動型自動車の電動ホイールに関する。

この技術分野において、或る特定の数の提案例、例えば、特許文献である欧州特許第０８７８３３２号明細書、同第１６３００２６号明細書、国際公開第２００６／０３２６６９号パンフレット、米国特許出願公開第２００７／０２５７５７０号明細書、国際公開第２００７／０８３２０９号パンフレット又は同第２００９／１２４８９２号パンフレットの提案例が知られている。

本願において、「電動ハブ」という表現は、ハブ、ハブキャリヤ、ハブキャリヤに対するハブのかじ取り、電力システム及びハブ制動手段を含む機械的組立体を示すために用いられている。したがって、電動ハブは、一方において例えばタイヤを備えたホイールを受け入れ、他方において一般にサスペンション（懸架）手段の介在により車両を支持するようになっている。本願では、「電動ホイール」という表現は、同様に、上述の電動ハブ及び対応のホイールを含む機械的組立体を示すために用いられている。

量産型車両用にかかる電動ハブを採用する際の問題のうちの１つは、既に採用されている特定の要素、例えばサスペンションシステム及びホイールの製造業者によって承認された解決手段との適合性である。別の問題は、コストをこの業界に受け入れ可能にするようできるだけ軽量の簡単且つコンパクトなシステムを実現できるかどうかという問題である。

特に、ホイール内部への電気モータの組み込みが特に望ましい。というのは、電気駆動システムの採用にあたっては、電気エネルギーを蓄える搭載型バッテリが必要な場合が多いからであり、このためには、今日まで知られている最高性能技術をもってしても、車両に搭載されるバッテリにもっぱら割り当てられる上で十分な容積が必要であり、もしそうでなければ、電気自動車の自律性が非常に損なわれる。燃料電池型又はハイブリッドパラレル型車両の場合にも同様な理由付けが可能である。

さらに、十分な駆動トルクを生じさせることができるということが望まれる場合、減速手段を設置することが必要である。というのは、十分にコンパクトな電気モータでなければ、乗用車の駆動を直接実行するのに十分なトルクを生じさせることができないからである。

さらに、内燃エンジンが一般に比較的高速（例えば、１５０ｋｍ／ｈ）での走行を可能にするパラレル型ハイブリッド車両は、電気駆動減速比の選択の面で特定の問題を提起する。

最後に、一般的に、電気モータ及びこれに関連した必要な減速手段だけでなく、機械式制動装置（ディスクブレーキ又は摩擦ドラム）をホイール内に組み込むことが必要である。

欧州特許第０８７８３３２号明細書 欧州特許第１６３００２６号明細書 国際公開第２００６／０３２６６９号パンフレット 米国特許出願公開第２００７／０２５７５７０号明細書 国際公開第２００７／０８３２０９号パンフレット 国際公開第２００９／１２４８９２号パンフレット

したがって、本発明の目的は、これら問題の全て又は幾つかを解決することにある。

したがって、本発明は、ハイブリッド駆動型自動車のアクスルへの電力供給のための電動ハブであって、電動ハブは、ホイールを受け入れるよう設計されたハブを有し、ハブは、ハブキャリヤに対してハブ軸線回りに回転可能に設けられ、電動ハブは、電気駆動モータを有し、電気駆動モータは、ハブキャリヤに連結された外部固定子及び回転軸線がハブ軸線から見て遠くに位置した内部回転子を有し、電動ハブは、電気モータの回転子とハブとの間で作用する減速手段を有し、電動ハブは、電気モータの回転がハブの回転に結合される結合位置及び電気モータの回転がハブの回転から結合解除される結合解除位置を取ることができる結合／結合解除手段を有する、電動ハブにおいて、結合／結合解除手段は、減速手段とハブとの間に配置されていることを特徴とする電動ハブを提案する。

好ましくは、結合／結合解除手段は、かみ合いクラッチ及び摺動部材機構体（６１）を含み、摺動部材は、ハブと同軸である。

好ましくは、減速手段は、電気モータのシャフトに連結されるようになった駆動ピニオン及びハブに連結されるようになった歯付きリングを含む。

好ましくは、減速手段は、２つの減速段を含む。

これ又、好ましくは、第１の減速段は、駆動ピニオンと中間シャフトに連結された歯車のかみ合いから成り、第２の減速段は、中間シャフトに連結された減速ピニオンとハブに連結されるよう設計された歯付きリングのかみ合いから成る。

これ又、好ましくは、中間シャフトは、ハブ軸線に平行である。

好ましくは、ハブキャリヤは、ハブの回転の中心となるスタブアクスルである。

好ましくは、ケーシングが、減速手段及び結合／結合解除手段を収容すると共に電気モータを支持し、ケーシングは、ハブキャリヤに対して回転可能に設けられ、回転は、ハブ軸線回りに起こる。

第１の好ましい変形例によれば、摺動部材は、減速手段に回転可能に常時連結され、摺動部材は、内部円筒形溝を有し、摺動部材の溝は、結合位置では、ハブに設けられた外部溝に係合することができる。

第２の好ましい変形例によれば、摺動部材は、結合位置において、ハブリングと一体の前側歯部と相互作用することができる前側歯部を有する。

好ましくは、電動ハブは、ディスクブレーキを更に有し、ディスクブレーキは、車両に対してケーシングの外部に位置決めされている。

本発明は又、上述の電動ハブを有する電動ホイールを提案する。

本発明は又、上述の電動ホイールを少なくとも２つ有する車両を提案する。
好ましくは、２つの電動ホイールが車両のリヤアクスルに取り付けられ、２つの電動ホイールのハブキャリヤは各々、リヤアクスルのトレーリングアームにしっかりと連結されている。

これ又、好ましくは、連結ロッドがハブキャリヤの各々に対する２つのケーシングの各々の回転を制御する。

本発明の他の特徴及び他の利点は、好ましい実施形態の説明から明らかになろう。

本発明の第１の実施形態としての電動ハブのハブ軸線の方向に見た平面図である。 図１に見えるＢ‐Ｂ折れ線に沿って取ったこの実施形態の断面図である。 図１に見えるＣ‐Ｃ直線に沿って取ったこの実施形態の断面図である。 図１〜図３の電動ハブの全体的斜視図である。 本発明の第２の実施形態の断面斜視図である。 本発明の実施形態の好ましい細部の断面図である。

図全体にわたり、同一又は類似の要素は、同一の参照符号で示されている。かくして、これらの説明について体系的に繰り返すことはしない。

図１〜図４は、本発明の電動ホイールの第１の実施形態を示している。電動ハブ１は、ホイール２をかじ取りすると共にその回転を制御するようになっている。タイヤは、図示されていない。ホイール２を受け入れるように設計されたハブ７がハブ軸受５１によってハブキャリヤ５に対してハブ軸線Ａ回りに回転するよう設けられている。

ハブ軸線Ａは、本願における不変の基準点であり、「半径方向」又は「軸方向」と呼ばれる向きは、この軸線を基準としている。思い起こされるべきこととして、タイヤ又はホイールの分野における確立された用い方に従って、軸方向の向きはハブ軸線に平行な向きであり、半径方向の向きは、ハブ軸線に垂直な向きである。

電気モータ３が減速手段４によってハブに電力を供給し、該当する場合には、これを制動する。電気モータの図面を単純化するため、固定子３２の外側スリーブ及びその端部のみが示されている。

減速手段４は、好ましくは、２つの減速段から成る。駆動ピニオン４２は、回転子（図示せず）のシャフトによって駆動される。駆動ピニオン４２は、中間シャフト４１の中間歯車４３と噛み合っている。中間シャフト４１は、ハブリング４５と噛み合っている中間ピニオン４４を有する。全体的減速比は、好ましくは１５を超える。

本発明の電動ハブの本質的な特徴は、この電動ハブが減速手段４とハブ７との間でトルク伝達の確立又は中断を可能にする結合／結合解除手段６を有していることにある。図１〜図４の例では、これら結合／結合解除手段は、軸方向摺動部材６１によるかみ合いクラッチ動作システムの形態を取っている。それ自体知られているように、摺動部材は、内部溝を有し、これら内部溝は、リング４５及びハブ７に設けられた対応の外部溝と協働することができる。この種のかみ合いクラッチ動作は、「円筒形かみ合いクラッチ動作」と呼ばれる場合がある。

フォーク（二又部）６５が結合位置と結合解除位置との間における摺動部材６１の軸方向位置を制御する。図示の結合位置では、摺動部材は、２つの要素にまたがって位置しており、かかる摺動部材は、トルクを歯付きリング４５とハブ７との間で伝達する。この伝達は、結合解除位置では中断される。好ましくは、結合解除位置では、摺動部材は、ここに表されている実施形態ではそうであるように減速手段にしっかりと連結されたままである。このように、車両が結合解除モードで走行し、電気モータを停止させた場合、ハブは、唯一の動いている要素であり、減速手段及び摺動部材は、動かない。

摺動部材を制御するフォーク６５をねじ６７及びナット６８を備えたアクチュエータ６６によって制御することができ、このアクチュエータは、小型電気歯車モータ６９を有している。電磁石も又、この制御を実行することができる。

図６は、電気アクチュエータ６６によるこの制御の好ましい実施形態を示している。上述すると共に図３に示されている原理を超えて、長円形の穴６８２により、フォーク６５をアクチュエータのナット６８に連結しているピン６８１の軸方向運動が可能になることがここで理解できる。ナット６８に対するフォーク６５の位置は、フォークを図の左側に向かって押し、ナットを右側に向かって押す傾向のあるばね６８３によってあらかじめ張力が加えられた状態で定められている。かくして、ナットがフォークを図の右側に向かって動かしがちになると、ナット／フォーク連結部は、剛性である。これとは逆に、この連結部は、フォークを歯車モータによりナットに与えられる運動よりも迅速に右側に向かって動かす傾向のある摺動部材によって軸方向力を受ける場合、弾性である（ばねにより及ぼされる予備張力を超える）。例えば、著しく大きなトルク（駆動又は制動）が残っている結合解除の場合、摺動部材は、かみ合いクラッチの歯の面取り部が摺動部材の歯の面取り部によりかかるようになったとき、軸方向に押される場合がある。説明したばかりの自由度が結合／結合解除手段を損傷から保護しなかった場合、この事実上瞬時の変位により、結合／結合解除手段の取り返しのつかない損傷、例えば、フォークの永久歪が生じる場合がある。第１の実施形態との関連でここで説明しているアクチュエータ６６のこの好ましい取り付けは、図５を参照して以下に説明する第２の実施形態との関連においても適切である。

伝動手段全体、即ち、減速機能及び結合／結合解除機能の全ては、ケーシング８内に納められている。ケーシング８は、組立体のはねかけ潤滑にとって十分な量の潤滑油を更に収容するのが良い。

電気モータの回転子の回転軸線Ｒは、ハブ軸線Ａから見て遠くに位置すると共に好ましくはこれに平行である。電気モータの固定子３２は、ハブキャリヤ５に回転可能に連結されている。トルク伝達にとって必要なこの連結は、剛性且つ直接であっても良いが、これは、好ましくは、図示のようにサスペンションの撓みが生じた場合に相対回転運動を可能にするよう間接的であるのが良い。この相対運動は、当然のことながら、制限され、伝達されるトルクとサスペンション装置の動的剛性（垂直及び水平）との間の或る程度の独立性の実現を可能にするようになっている。したがって、この場合、固定子３２は、ケーシング８にしっかりと連結され、ケーシングはそれ自体、軸受５２，７１によってそれぞれハブキャリヤ５及びハブ７に対して回動することができる。ハブキャリヤに対するケーシングの回転は、ケーシング（固定装置８１）と車体（図示せず）との間で働く連結ロッド１０１（図１参照）によって制御される。

ハブキャリヤ５は、好ましくは、スタブアクスルの形態をしており、ハブ軸受５１がその外端部のところに設けられたナット５３によってこのスタブアクスルに軸方向にクランプされている。かくして、ハブ軸受の内側部分は、静止しており（スタブアクスル５にしっかりと連結されており）、外側部分は、ハブ７と一緒に回る。

ハブキャリヤ５は、アクスル、例えば前輪が内燃エンジンによって動力供給されるハイブリッド車のねじり可能なリヤアクスルのトレーリングアーム１０の端部に固定されるのが良い。図１で理解できるように、連結ロッド１０１とトレーリングアーム１０は、この場合、ホイールへのトルクの伝達を可能にすると共に更にサスペンション撓みの関数としてケーシング８の回転を制御するよう互いに協働する。トレーリングアーム及び連結ロッドの正確な長さ及び向きに応じて、理解されるように、例えば、制動又は加速の場合、しかしながらエンジンの最低地上高の変化又はストロークの終わりでの車体の容積部内で固定子３２の占める空間の減少の場合にも、サスペンションに負荷をかけ又は負荷を除く傾向のある作用効果を達成することが可能である。

図４は、車両の外側から見た先の図の電動ハブ１の斜視図であり、この時点では、ホイールが設けられていない。この図は、従来型制動システム（キャリパ１１及びディスク１２）、ケーシング８、電気モータの固定子３２及び結合／結合解除手段のための制御モータ６９を明示している。

図５は、本発明の電動ハブの第２の実施形態を示している。第１の実施形態との本質的な差は、結合／結合解除手段が「前側かみ合いクラッチ動作」と呼ばれる場合のあるかみ合いクラッチ動作を用いていることにある。この場合、ハブへの減速手段の結合は、摺動部材６１の端部のところ及び歯付きリング４５の側壁にそれぞれ切断加工された相補歯部６１１，４５１によって行われる。かくして、摺動部材は、結合位置を取るようリングに押し付けられる。摺動部材は、第１の好ましい実施形態と同様な仕方で相補円筒形溝によってハブに回転可能に連結されている。しかしながら、第１の好ましい実施形態とは異なり、この回転連結状態は、連結解除位置の場合を含めて常時維持される。摺動部材は、ハブに回転可能に連結されたままであり、即ち、摺動部材は、車両が動くやいなや（例えば、内燃エンジンにより動かされるハイブリッド車の場合、電気モータからの駆動力以外の力の結果として車両が動く場合を含む）回転駆動される。

第１の好ましい実施形態の場合と同様、この第２の実施形態としての電動ハブは、好ましくは、車両のサスペンション要素に対し、例えばリヤアクスルのトレーリングアームに回転可能に取り付けられる。これを行うため、この場合、ブッシュ５２がスタブアクスル５０に摺動可能に取り付けられ、このブッシュは、他の全ての部品、例えばハブ５１及びリング４６の軸受と一緒にケーシング８を支持している。このように、電動ハブ全体をスタブアクスルに容易に取り付けることができ又はこれから容易に取り外すことができる。固定装置８１に取り付けられている連結ロッド（図５には示されていない）は、第１の好ましい実施形態について上述した仕方と類似した仕方と同様な仕方でケーシング（及びかくして電気モータ）の角度位置を制御することができる。

ハイブリッド車を構成する有利な仕方は、フロントアクスルへの従来型内燃エンジンによる動力供給と本発明のリヤアクスルのホイールへの電力供給を組み合わせることである。電力源は、バッテリ又はスーパーキャパシタ（超コンデンサ）のアレイ、燃料電池、トロリーバス型の市街送電網又は任意他の利用可能な電力源であって良い。

種々の図は、単一の電気モータを示している。当然のことながら、本発明によれば、各ハブについて２つ又は３つ以上のモータを採用することが可能であり、モータは各々、これら自体の駆動ピニオンを介して共通の減速手段とかみ合う。複数個のモータにより、利用可能なトルクを増大させると共に／或いは電気モータの軸方向及び半径方向寸法を減少させることができる。

同様に、ディスクブレーキが体系的に示されている。これは、確かに、好ましい実施形態であるが、当業者であれば知っているように、或る特定の状況では、ディスクブレーキに代えてドラムブレーキを用いることが好ましい場合がある。

しかしながら、本発明を具体化する場合、減速手段は、好ましくは、電気モータを制動モードで使用することができるよう可逆的である。制動モードの際に電気モータにより回収される電気エネルギーをそれ自体知られている仕方で蓄えることができ又は放出することができる。

本発明の電動ハブの本質的な特徴は、回転軸線がハブ軸線から見て遠くに位置すると共にハブ軸線に平行であり、即ち、同心ではない内部回転子を備えた電気モータの選択にある。

したがって、本発明の電動ハブにより、車両の運動中を含む任意の時点で電力システムの結合／結合解除が可能である。スムーズな結合解除を可能にするためには、摺動部材の運動時に電気モータが伝達するトルクがゼロであり又は極めて小さいように電気モータを制御することが好ましい。結合操作のためには、好ましくは、対応のホイールのＡＢＳセンサからの信号を用いてリングがハブの回転速度と同一又はこれとほぼ同じ回転速度を採用するよう電気モータを制御する。この場合、これと同時に、結合位置に向かう摺動部材の運動を生じさせ、電気モータが同期を可能にするためにこのかみ合いクラッチ動作中、僅かな加速又は減速に抵抗することがないよう（ゼロトルク）にすることが可能である。

上記説明は２つの特定の実施形態に集中しているが、当業者であれば、本明細書において説明した種々の手段の他の組み合わせ又はこれら手段のうちの幾つかと本明細書には説明されていないが先行技術で知られている他の手段の他の組み合わせを想定することができる。

Claims (15)

1. ハイブリッド駆動型自動車のアクスルへの電力供給のための電動ハブ（１）であって、前記電動ハブは、ホイール（２）を受け入れるよう設計されたハブ（７）を有し、前記ハブは、ハブキャリヤ（５）に対してハブ軸線（Ａ）回りに回転可能に設けられ、前記電動ハブは、電気駆動モータ（３）を有し、前記電気駆動モータは、前記ハブキャリヤに連結された外部固定子（３２）及び回転軸線（Ｒ）が前記ハブ軸線（Ａ）から見て遠くに位置した内部回転子を有し、前記電動ハブは、前記電気モータの前記回転子と前記ハブとの間で作用する減速手段（４）を有し、前記電動ハブは、前記電気モータの回転が前記ハブの回転に結合される結合位置及び前記電気モータの回転が前記ハブの回転から結合解除される結合解除位置を取ることができる結合／結合解除手段を有する、電動ハブ（１）において、前記結合／結合解除手段は、前記減速手段と前記ハブとの間に配置されている、電動ハブ（１）。
2. 前記結合／結合解除手段は、かみ合いクラッチ及び摺動部材機構体（６１）を含み、前記摺動部材は、前記ハブ（７）と同軸である、請求項１記載の電動ハブ（１）。
3. 前記減速手段（４）は、前記電気モータのシャフトに連結されるようになった駆動ピニオン（４２）及び前記ハブ（７）に連結されるようになった歯付きリング（４５）を含む、請求項１又は２記載の電動ハブ（１）。
4. 前記減速手段は、２つの減速段を含む、請求項３記載の電動ハブ（１）。
5. 第１の減速段は、前記駆動ピニオン（４２）と中間シャフト（４１）に連結された歯車（４３）のかみ合いから成り、第２の減速段は、前記中間シャフト（４１）に連結された減速ピニオン（４４）と前記ハブ（７）に連結されるよう設計された前記歯付きリング（４５）のかみ合いから成る、請求項４記載の電動ハブ（１）。
6. 前記中間シャフトは、前記ハブ軸線（Ａ）に平行である、請求項５記載の電動ハブ（１）。
7. 前記ハブキャリヤ（５）は、前記ハブ（７）の回転の中心となるスタブアクスルである、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の電動ハブ（１）。
8. ケーシング（８）が、前記減速手段及び前記結合／結合解除手段を収容すると共に前記電気モータ（３）を支持し、前記ケーシングは、前記ハブキャリヤ（５）に対して回転可能に設けられ、前記回転は、前記ハブ軸線（Ａ）回りに起こる、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の電動ハブ（１）。
9. 前記摺動部材（６１）は、前記減速手段（４５）に回転可能に常時連結され、前記摺動部材は、内部円筒形溝を有し、前記摺動部材の前記溝は、前記結合位置では、前記ハブに設けられた外部溝に係合することができる、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の電動ハブ（１）。
10. 前記摺動部材は、前記結合位置において、前記ハブリング（４５）と一体の前側歯部（４５１）と相互作用することができる前側歯部（６１１）を有する、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の電動ハブ（１）。
11. ディスクブレーキ（１１，１２）を更に有し、前記ディスクブレーキは、車両に対して前記ケーシング（８）の外部に位置決めされている、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の電動ハブ（１）。
12. 請求項１〜１１のうちいずれか一に記載の電動ハブ（１）を有する電動ホイール（１，２）。
13. 請求項１２記載の電動ホイールを少なくとも２つ有する車両。
14. ２つの電動ホイールが前記車両のリヤアクスルに取り付けられ、２つの電動ホイールの前記ハブキャリヤ（５）は各々、前記リヤアクスルのトレーリングアーム（１０）にしっかりと連結されている、請求項１３記載の車両。
15. 連結ロッド（１０１）が前記ハブキャリヤの各々に対する前記２つのケーシングの各々の回転を制御する、請求項１４記載の車両。

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