JP2014065396A

JP2014065396A - 車輪駆動装置

Info

Publication number: JP2014065396A
Application number: JP2012211873A
Authority: JP
Inventors: Juichi Hosono; 寿一細野; Junichi Shimabukuro; 淳一島袋
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Japan Advanced Technology Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Japan Advanced Technology Co Ltd
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-04-17
Also published as: CN103671740A

Abstract

【課題】車輪駆動装置の騒音を低減する。
【解決手段】車輪駆動装置１０は、車輪のハブ１２をシャフト２０に対して回転させる車輪駆動装置である。車輪駆動装置１０は、シャフト２０に固定されたステータ７０と、ステータ７０との磁気的な相互作用によりシャフト２０の周りで回転するロータ３０と、ロータ３０を回転させようとするトルクをロータ３０からハブ１２へ伝達する伝達機構と、を備える。伝達機構は、ロータ３０の回転を受け、シャフト２０の周りで回転する太陽歯車３４と、太陽歯車３４と噛み合う遊星歯車群と、ハブ１２に固定され、遊星歯車群と噛み合う内歯車３８と、を含む。車輪駆動装置１０はさらに、遊星歯車群に含まれる遊星歯車３６を回転自在に支持する遊星支持部材８７を備える。遊星支持部材８７はワンウェイクラッチ３２を介してシャフト２０に取り付けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車輪のハブをシャフトに対して回転させる車輪駆動装置に関する。

従来、車両を走行させるための駆動源の１つとしてインホイールモータが利用されている。インホイールモータの適用対象となる車両は、例えば電動自転車、電動車椅子、モータ付きスクータ、電動台車、ゴルフカート等である。

例えば特許文献１には、車輪のハブにモータを内包して、その駆動力が伝達機構を介して車輪のハブを回転駆動するようにしたインハブ型の車輪駆動装置が記載されている。この駆動装置では、モータのロータの回転駆動力はまず太陽歯車を回転駆動する。そして太陽歯車が回転することでそれに噛み合う３個の遊星歯車が回転駆動される。遊星歯車が回転することでそれに噛み合う内歯車が設けられた回転板が回転駆動される。さらに回転板の回転駆動力はワンウェイクラッチを介してハブを回転駆動する。

特開２００９−１２６２７号公報

インハブ型の車輪駆動装置では、動作中、内部で歯車が噛み合って回転するので騒音が発生する。このような騒音は、車輪駆動装置が組み込まれた車両の乗り心地に悪影響を与えうる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は騒音を低減できる車輪駆動装置の提供にある。

本発明のある態様は、車輪駆動装置に関する。この車輪駆動装置は、車輪のハブをシャフトに対して回転させる車輪駆動装置であって、シャフトに固定されたステータと、ステータとの磁気的な相互作用によりシャフトの周りで回転するロータと、ロータを回転させようとするトルクをロータからハブへ伝達する伝達機構と、を備える。伝達機構は、ロータの回転を受け、シャフトの周りで回転する太陽歯車と、太陽歯車と噛み合う遊星歯車群と、ハブに固定され、遊星歯車群と噛み合う内歯車と、を含む。本車輪駆動装置はさらに、遊星歯車群に含まれる遊星歯車を回転自在に支持する遊星支持部材を備える。遊星支持部材はワンウェイクラッチを介してシャフトに取り付けられる。

この態様によると、トルクのかかり方によって太陽歯車をシャフトに対して回転させたり、そのような回転を抑制したり、することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、車輪駆動装置の騒音を低減できる。

第１の実施の形態に係る車輪駆動装置を適用した車両の車輪部分の拡大図である。図１の車輪駆動装置の断面図である。図３（ａ）〜（ｆ）は、図２のシャフトをより詳細に示す模式図である。力行時および空転時の騒音レベルの測定結果を示すグラフである。第２の実施の形態に係る車輪駆動装置の断面図である。モータケース上に設けられた配線部材の平面図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る車輪駆動装置は、モータにより車両の車輪を回転駆動するインハブ型の車輪駆動装置である。この車輪駆動装置は、アシストを含む電動１輪車、自転車などの自動２輪車、３輪車、車椅子や車などの４輪車などの車輪を回転させるインホイールモータとして使用されてもよい。

第１の実施の形態に係る車輪駆動装置は、磁気的な相互作用により相対的に回転するステータおよびロータと、ロータを回転させようとするトルクをロータからハブへ伝達する伝達機構と、を備える。伝達機構は遊星歯車群を含み、その遊星歯車群は遊星キャリアによって支持されている。遊星キャリアは、力行時は遊星キャリアがシャフトに対して固定され、空転時は遊星キャリアがシャフトに対して回転するよう、ワンウェイクラッチを介してシャフトに取り付けられている。これにより、空転時の騒音を低減できる。

図１は、第１の実施の形態に係る車輪駆動装置１０を適用した車両の車輪部分の拡大図である。車輪駆動装置１０は車輪のハブ１２をシャフト２０に対して回転させる。シャフト２０は炭素鋼を切削することにより形成される。本実施の形態では車輪駆動装置１０はハブ１２を含むが、他の実施の形態ではハブを含まない車輪駆動装置も可能である。ハブ１２の外周部には放射線状に延びる複数のスポーク１４の一端側が固定されている。また、スポーク１４の他端側は、タイヤ部１６を支持するリム１８に固定されている。リム１８は、スポーク１４を介してハブ１２と結合されて車輪の骨格を形成する。

シャフト２０はハブ１２の回転軸に沿ってハブ１２の両側に突出し、その突出した部分は車両のフレームの一部であるフォーク２２に支持されている。これにより、ハブ１２、スポーク１４、タイヤ部１６、リム１８を含む車輪はシャフト２０を中心に回転する。
なお、図１の例ではハブ１２、スポーク１４、タイヤ部１６、リム１８を含む、いわゆるスポークホイールが示されているが、例えばスポーク１４の代わりに円板を用いた、いわゆるディスクホイールに本実施の形態の技術的思想を適用してもよい。

図２は、車輪駆動装置１０の断面図である。車輪駆動装置１０は、ハブ１２と、ロータ３０と、伝達機構と、ステータ７０と、配線部材５２と、引き出し配線５４と、遊星支持部材８７と、を備える。

ステータ７０はシャフト２０に固定される。ステータ７０は、コイル４０と、コア４２と、モータケース４４と、を含む。
モータケース４４はコア４２を支持する略カップ状の部材である。コア４２はモータケース４４の遊星歯車群側（以下、モータケース４４から見て遊星歯車群側を上側とする）の上面４４ｃ上で支持される。モータケース４４にはハブ１２の回転軸Ｒを中心とするシャフト孔４４ａが設けられている。シャフト２０がシャフト孔４４ａに挿入されそこで圧入または接着により固定されることにより、モータケース４４はシャフト２０に対して固定される。

コア４２はモータケース４４の外周側に複数のネジにより固定される。コア４２は薄型の電磁鋼板を積層することにより形成される。コア４２は円環部とそこから半径方向内向きに伸びる１２本の突極とを有する。コア４２の各突極にはコイル４０が巻回される。このコイル４０に交流の駆動電流が流れることにより突極に沿って磁束が発生する。

配線部材５２は、モータケース４４の下面４４ｄにネジで固定されるプリント基板である。配線部材５２は、モータケース４４に設けられた貫通孔であるホール素子孔４４ｈに挿入されモータケース４４の上側に露出するホール素子５２ａを有する。ホール素子５２ａは、マグネット６３の磁束（すなわち、ロータ３０の位置）を検出して、駆動電流の通電タイミングを決めるための位置検出信号を出力する素子である。ホール素子５２ａは配線部材５２を介して引き出し配線５４と接続され、引き出し配線５４を通じて位置検出信号を外部に送信する。
具体的には、ホール素子５２ａのリード端子は配線部材５２のランド５２ｄに、例えば半田付けにより接続される。また、引き出し配線５４は、ランド５２ｄに電気的に接続されたランド５２ｅに、例えば半田付けにより接続される。

コイル４０のコイル端４０ａは、モータケース４４に設けられた貫通孔であるワイヤ孔４４ｅと配線部材５２に設けられた貫通孔５２ｂとを通過して引き出され、引き出し配線５４と接続される。コイル４０には引き出し配線５４を通じて外部から電力が供給される。配線部材５２に設けられた貫通孔５２ｂはワイヤ孔４４ｅより小さく、これらの孔は略同心に形成される。この場合、コイル端４０ａが配線部材５２に設けられた貫通孔５２ｂの中で移動した場合でも、コイル端４０ａとワイヤ孔４４ｅの側面との接触を防止しうる。コイル端４０ａとワイヤ孔４４ｅの側面との接触を防止しするために、ワイヤ孔４４ｅの側面には絶縁部材を設けてもよい。配線部材５２は、コイル端４０ａと引き出し配線５４との接続部分とモータケース４４とに介在して、当該接続部分とモータケース４４との接触を防止する。コイル端４０ａと引き出し配線５４との接続部分は絶縁部材で覆われもよい。コイル端４０ａと引き出し配線５４との接続部分は、例えば、半田付けや接着などの締結手段によって配線部材５２に固定されてもよい。

図６は、第１の実施の形態のモータケース４４上に設けられた配線部材５２の平面図である。コイル端４０ａの先端部は、図の向こう側からこちら側に所定の突き出し量突き出している。コイル端４０ａの突き出した先端部には、引き出し配線５４の先端部が絡められてハンダ付けされている。配線部材５２のコイル端４０ａが通過する貫通孔５２ｂは、配線部材５２上の活電部とされるべき導体パターン５２ｃからコイル端４０ａの先端部の突き出し量より長い距離離れた位置に設けられる。コイル端４０ａの先端部が折れ曲がった場合にも、コイル端４０ａの先端部と導体パターンとの接触を防止することができる。

図２に戻り、モータケース４４には第２玉軸受７６（後述）よりも半径方向外側に第１貫通孔４４ｆが形成される。モータケース４４のシャフト孔４４ａの周面には第２貫通孔４４ｇが形成される。シャフト２０の周面には、第２貫通孔４４ｇに対応するすなわち第２貫通孔４４ｇと連通する第２周面開口２０ｂが形成される。

シャフト２０は下側の第１シャフト部分５６と上側の第２シャフト部分５７とを含む。第１シャフト部分５６と第２シャフト部分５７とはハブ１２の内側で結合される。第１シャフト部分５６の周面には第１周面開口２０ａが形成される。第１周面開口２０ａと第２周面開口２０ｂとは、シャフト２０に回転軸Ｒに沿って設けられたシャフト中心孔２０ｃによって連通されている。

シャフト中心孔２０ｃは第１シャフト部分５６の下端面５６ａから回転軸Ｒに沿って形成された孔である。すなわち、第１シャフト部分５６は、少なくとも部分的に中空に形成される。この場合、シャフト２０を軽量化でき、放熱性も向上する。シャフト２０のうちハブ１２から上側に突出する第２シャフト部分５７にはそのような中空部は形成されない。この場合、第２シャフト部分５７の剛性を高めることができる。

第２周面開口２０ｂ、シャフト中心孔２０ｃおよび第１周面開口２０ａは、シャフト２０に形成される連通路７２を構成する。連通路７２は、モータケース４４の上側とハブ１２の外部とを連通する。

引き出し配線５４は、第１貫通孔４４ｆを通じてモータケース４４の下側から上側に引き出され、第２貫通孔４４ｇを通じて連通路７２に導かれる。引き出し配線５４は、連通路７２を通過し、第１周面開口２０ａからハブ１２の外部に引き出される。引き出し配線５４はフォーク２２に沿うよう第１周面開口２０ａから引き出される。フォーク２２が中空に形成されている場合は、引き出し配線５４は第１周面開口２０ａからフォーク２２の内側に導かれてもよい。この場合、引き出し配線５４をより確実に保護することができると共に車両の車幅を低減できる。なお、引き出し配線５４はフォーク２２を通さなくてもよい。

ロータ３０は、ステータ７０との磁気的な相互作用によりシャフト２０の周りで回転する。ロータ３０はロータコア６２と１０のマグネット６３とロータホルダ６６とを含む。シャフト２０はロータ３０を貫通し、それを回転自在に支持する。

１０のマグネット６３はロータコア６２の中に周方向に沿って等間隔に埋め込まれる。ロータコア６２は珪素鋼板を積層することにより形成され、コア４２の１２本の突極と半径方向に対向する。

ロータホルダ６６はロータコア６２と太陽歯車３４とを機械的に接続する部材である。ロータホルダ６６はシャフト２０を環囲する。ロータホルダ６６とシャフト２０とには第３玉軸受７８および第７玉軸受９２が介在し、シャフト２０は第３玉軸受７８および第７玉軸受９２を介してロータホルダ６６を回転自在に支持する。

ロータホルダ６６は、ロータコア６２が嵌合され固定される嵌合部６６ａと、嵌合部６６ａから上側に突出するロータ突出部６６ｂと、を有する。嵌合部６６ａは半径方向において第３玉軸受７８とロータコア６２とに挟まれる。ロータ突出部６６ｂとシャフト２０とには第７玉軸受９２が介在する。

嵌合部６６ａは、ロータコア６２の内周面６２ａが圧接されるロータコア保持部６６ｃと、ロータコア保持部６６ｃよりも上側に設けられたロータコア対向部６６ｄと、を有する。ロータコア対向部６６ｄはロータコア保持部６６ｃよりも大径となるよう形成される。ロータコア対向部６６ｄは、ロータコア６２の上面と軸方向で対向する。特に、ロータコア対向部６６ｄはロータコア６２の上面の一部と接している。

ロータコア６２をロータホルダ６６に取り付ける際は、ロータコア６２をロータコア保持部６６ｃに下側から挿入して圧入固定する。ロータコア６２は、ロータコア６２の上面がロータコア対向部６６ｄに接するまで圧入される。すなわち、ロータコア対向部６６ｄはロータコア６２を挿入する際のストッパとして機能する。これにより、ロータホルダの下側にそのようなストッパが設けられ、ロータコアが上側から挿入される場合と比較して、ロータホルダが下側に出っ張る度合いを低減できる。その結果、引き出し配線５４や配線部材５２やホール素子５２ａなどの配線や素子のためのスペースをより多くとることができる。また、ロータホルダ６６をモータケース４４により近づけることができ、車輪駆動装置１０の薄型化に貢献できる。なお、ロータコア６２とロータコア保持部６６ｃとを圧入固定に代えて接着固定してもよい。

伝達機構は、ロータ３０を回転させようとするトルクをロータ３０からハブ１２へ伝達する。伝達機構は、太陽歯車３４と、３つの遊星歯車３６からなる遊星歯車群と、内歯車３８と、を含む。

太陽歯車３４は、ロータ突出部６６ｂと例えば平行ピン３３により結合される。太陽歯車３４はロータ３０の回転を受け、シャフト２０の周りで回転する。太陽歯車３４はシャフト２０を隙間を介して環囲する外歯車である。すなわち、シャフト２０は太陽歯車３４を貫通し、それを回転自在に支持する。

３つの遊星歯車３６はシャフト２０の周りに実質的に等間隔すなわち１２０度間隔で設けられている。遊星歯車３６は太陽歯車３４と噛み合う。遊星歯車３６は、第１の歯車列３６ａと、第１の歯車列３６ａとはピッチ円直径が異なる第２の歯車列３６ｂとを有する。第１の歯車列３６ａと第２の歯車列３６ｂとは実質的に同軸に設けられる。第１の歯車列３６ａは太陽歯車３４と噛み合い、第２の歯車列３６ｂは内歯車３８と噛み合う。第１の歯車列３６ａと第２の歯車列３６ｂとは一体に形成され、同時に回転する。

太陽歯車３４は内歯車３８よりもピッチ円直径が小さく、また太陽歯車３４は内歯車３８よりも軸方向で下側に設けられているので、第１の歯車列３６ａのピッチ円直径は第２の歯車列３６ｂのピッチ円直径よりも大きく、また第１の歯車列３６ａは軸方向で第２の歯車列３６ｂよりも下側に設けられる。

遊星支持部材８７は、３つの遊星歯車３６を回転自在に支持する。遊星支持部材８７は、スプラグ式またはカム式のワンウェイクラッチ３２および第４玉軸受８０を介してシャフト２０に取り付けられる。遊星支持部材８７は、３つの遊星歯車シャフト８８と、第１遊星キャリア６０と、第２遊星キャリア４６と、を備える。

遊星歯車シャフト８８は対応する遊星歯車３６を貫通し、互いに軸方向に離間して設けられた第５玉軸受８２および第６玉軸受８４を介して遊星歯車３６を回転自在に支持する。遊星歯車シャフト８８の下端は第２遊星キャリア４６に固定され、上端は第１遊星キャリア６０に固定される。この場合、遊星歯車シャフト８８は両端で支えられているので耐衝撃性が向上する。

第１遊星キャリア６０は、周方向に隣り合う遊星歯車シャフト８８同士の中間線上の３ヵ所に、第２遊星キャリア４６と結合されるキャリア間接続部６０ａを有する。この場合、第１遊星キャリア６０と第２遊星キャリア４６とを直接、機械的に結合することにより、伝達機構の強度と精度とを向上させることができる。

第１遊星キャリア６０は、ワンウェイクラッチ３２を介して第２シャフト部分５７に取り付けられる。第２遊星キャリア４６は、第４玉軸受８０を介してロータ突出部６６ｂに取り付けられる。第４玉軸受８０は第７玉軸受９２を環囲する。したがって、ロータ突出部６６ｂは第４玉軸受８０と第７玉軸受９２とにより半径方向で挟まれている。

ワンウェイクラッチ３２は、ロータ３０からハブ１２へトルクが伝達されるモードすなわちコイル４０に駆動用の電流が流れステータ７０がロータ３０を磁気的に駆動する力行時には遊星支持部材８７がシャフト２０に対して実質的に固定され、ハブ１２から遊星歯車群へトルクが伝達されるモードすなわち車輪の空転時には遊星支持部材８７がシャフト２０に対して回転可能となるよう構成される。特に、ワンウェイクラッチ３２は周方向の第１向きの回転を可能とすると共に第１向きとは逆の第２向きの回転を制限する。第１向きは空転時に第１遊星キャリア６０にかかるトルクの向きに設定され、第２向きは力行時に第１遊星キャリア６０にかかるトルクの向きに設定される。
内歯車３８はハブ１２の内周側にネジにより固定される。

ハブ１２は、第１玉軸受７４を介してシャフト２０に回転自在に取り付けられる第１カバー部２６と、第２玉軸受７６を介してシャフト２０に回転自在に取り付けられる第２カバー部２８と、を含む。第１玉軸受７４は、ワンウェイクラッチ３２よりも上側に設けられている。

第１カバー部２６と第２カバー部２８とはネジにより結合される。第１カバー部２６と第２カバー部２８との結合部分にはＯリング５０による防水処理が施されている。

第１カバー部２６は、略円筒状のハウジング部２６ａと、第１玉軸受７４を介してシャフト２０に取り付けられるカップ部２６ｂと、を有する。カップ部２６ｂは上に凸な曲面を描くよう形成されている。カップ部２６ｂは、第１玉軸受７４を環囲するハブ凹部９４を形成する。特に、軸方向における第１玉軸受７４の存在範囲と軸方向におけるハブ凹部９４の存在範囲とには共通部分が存在する。第１遊星キャリア６０の一部、特に遊星歯車シャフト８８との接合部分は、ハブ凹部９４に進入している。

図３（ａ）〜（ｆ）は、シャフト２０をより詳細に示す模式図である。図３（ａ）は第１シャフト部分５６の下端面５６ａを示し、図３（ｂ）は第１シャフト部分５６の側面図であり、図３（ｃ）は第１シャフト部分５６の上端面５６ｂを示し、図３（ｄ）は第２シャフト部分５７の下端面５７ａを示し、図３（ｅ）は第２シャフト部分５７の側面図であり、図３（ｆ）は第２シャフト部分５７の上端面５７ｂを示す。

第１シャフト部分５６の下端部および第２シャフト部分５７の上端部はそれぞれ回転軸Ｒについて非回転対称となるよう形成されている。特に第１シャフト部分５６の下端部には第１Ｄカット９６ａが形成されている。第２シャフト部分５７の上端部には第２Ｄカット９６ｂが形成されている。第１シャフト部分５６の下端部はフォーク２２の対応するシャフト孔（不図示）に、第１Ｄカット９６ａがシャフト孔のＤカットに揃うように挿入、固定される。第２シャフト部分５７の上端部についても同様である。

フォーク２２のシャフト孔におけるＤカットの位置は決まっているので、第１Ｄカット９６ａおよび第２Ｄカット９６ｂの位置をそれに合わせる必要がある。すなわち、第１Ｄカット９６ａと第２Ｄカット９６ｂとの回転軸Ｒの周りでの相対的な角度位置は任意でよいわけではなく、適切な角度位置が存在する。第１シャフト部分５６と第２シャフト部分５７との結合部分は、そのような適切な角度位置が実現されることを促すよう構成される。

より具体的には、第１シャフト部分５６の上端部には、第１Ｄカット９６ａに対応する第３Ｄカット９６ｃが形成されている。第１Ｄカット９６ａの角度位置と第３Ｄカット９６ｃの角度位置とは揃っている。特に第１Ｄカット９６ａの角度位置と第３Ｄカット９６ｃの角度位置とは実質的に等しい。

第２シャフト部分５７の下端面５７ａにはシャフト結合孔５７ｃが形成されている。シャフト結合孔５７ｃには第２Ｄカット９６ｂに対応する第４Ｄカット９６ｄが形成されている。第２Ｄカット９６ｂの角度位置と第４Ｄカット９６ｄの角度位置とは揃っている。特に第２Ｄカット９６ｂの角度位置と第４Ｄカット９６ｄの角度位置とは実質的に等しい。
第１シャフト部分５６の上端部はシャフト結合孔５７ｃに、第３Ｄカット９６ｃが第４Ｄカット９６ｄに揃うように挿入、固定される。その結果、第１Ｄカット９６ａの角度位置と第２Ｄカット９６ｂの角度位置とは揃うこととなる。これにより、車輪駆動装置１０を含む車両の組立をより容易とすることができ、生産効率を高めることができる。

以上のように構成された車輪駆動装置１０の動作を説明する。力行時は、引き出し配線５４を通じて３相の駆動電流がコイル４０に供給される。その駆動電流がコイル４０を流れることにより、１２本の突極に沿って磁束が発生する。この磁束によってマグネット６３にトルクが与えられる。伝達機構は、ロータ３０を回転させようとするトルクをロータ３０からハブ１２に伝達する。これにより、車輪はシャフト２０に対して回転しようとする。力行時にシャフト２０に対して回転する主な部材は、ロータ３０、太陽歯車３４、内歯車３８およびハブ１２であり、遊星支持部材８７はワンウェイクラッチ３２の作用によりシャフト２０に対して固定される。遊星歯車３６は遊星歯車シャフト８８の周りを回転する。

空転時は、ハブ１２から内歯車３８を介して遊星歯車３６にトルクが伝えられ、ワンウェイクラッチ３２の作用により遊星歯車３６を含む遊星支持部材８７がシャフト２０の周りを回転する。遊星歯車３６は遊星歯車シャフト８８の周りを回転する。太陽歯車３４およびロータ３０は、シャフト２０に対して実質的に静止したままとなる。

本実施の形態に係る車輪駆動装置１０によると、ワンウェイクラッチ３２の作用により、力行時はロータ３０からハブ１２にトルクが伝達され、空転時は太陽歯車３４のシャフト２０に対する回転が抑制される。したがって、空転時に車輪駆動装置１０から発生する騒音を低減できる。その結果、車輪駆動装置１０を搭載する車両の乗り心地を改善できる。

図４は、力行時および空転時の騒音レベルの測定結果を示すグラフである。図４の符号２００で示される実線は、空転時に太陽歯車がシャフトに対して回転する車輪駆動装置から生じる騒音のレベルを示す。図４の符号２０２で示される実線は、本実施の形態に係る車輪駆動装置１０から生じる騒音のレベルを示す。両者とも力行時は同程度の騒音のレベルを示すが、空転時には本実施の形態に係る車輪駆動装置１０の方が明らかに低騒音であることが分かる。

また、本実施の形態に係る車輪駆動装置１０では、遊星歯車シャフト８８は両持ち支持され、その上端を支持する第１遊星キャリア６０はワンウェイクラッチ３２を介してシャフト２０に取り付けられ、その下端を支持する第２遊星キャリア４６は第４玉軸受８０を介してロータ３０に取り付けられている。したがって、遊星歯車シャフト８８の支持の強度を高めることができる。加えて、遊星支持部材８７もまたワンウェイクラッチ３２と第４玉軸受８０とによって支持されているので、遊星支持部材８７の回転の精度を高めることができ、ワンウェイクラッチ３２の動作の信頼性を高めることができる。

なお、遊星歯車と遊星支持部材との間にワンウェイクラッチを設ける場合、遊星歯車のそれぞれに対してワンウェイクラッチを設ける必要がある。したがって、少なくとも遊星歯車の個数と同じ個数のワンウェイクラッチが必要となる。これに対して、本実施の形態に係る車輪駆動装置１０では遊星支持部材８７とシャフト２０とにワンウェイクラッチ３２を介在させるので、ワンウェイクラッチ３２はひとつでよい。したがって、本実施の形態に係る車輪駆動装置１０によると、要求されるワンウェイクラッチの数を低減して、コストを低減できる。

また、本実施の形態に係る車輪駆動装置１０では、第１遊星キャリア６０の遊星歯車シャフト８８との接合部分はハブ凹部９４に進入している。また、第４玉軸受８０は第７玉軸受９２を環囲する。これらによると、車輪駆動装置１０を軸方向により薄くすることができる。一例では、ハブ１２の軸方向の厚みは９５ｍｍ程度となる。その結果、車輪駆動装置１０をより狭いスペースに収容できるようになり、車輪駆動装置１０を搭載する車両のデザイン性が向上する。

また、本実施の形態に係る車輪駆動装置１０は、第３玉軸受７８、第４玉軸受８０および第７玉軸受９２によって、車輪駆動装置１０の中心付近で太陽歯車３４を保持する。したがって、太陽歯車３４の回転の精度を高めることができる。

（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態に係る車輪駆動装置２１０の断面図である。車輪駆動装置２１０は、ハブ１２と、ロータ２３０と、伝達機構と、ステータ２７０と、配線部材５２と、引き出し配線５４と、遊星キャリア２６０と、を備える。

ステータ２７０はシャフト２２０に固定される。ステータ２７０は、コイル４０と、コア４２と、第１ケース２４４と、第２ケース２４６と、を含む。
第１ケース２４４はコア４２を支持する略カップ状の部材であり、シャフト２２０に対して固定される。コア４２は第１ケース２４４の上面２４４ｃ上で支持される。

第２ケース２４６は軸方向においてコア４２を挟んで第１ケース２４４と対向する。第２ケース２４６はその外周側で第１ケース２４４に固着される。

コイル４０のコイル端４０ａは、第１ケース２４４に設けられた貫通孔であるワイヤ孔２４４ｅと配線部材５２に設けられた貫通孔５２ｂとを通過して引き出され、引き出し配線５４と接続される。コイル４０には引き出し配線５４を通じて外部から電力が供給される。コイル端４０ａの先端部と配線部材５２と引き出し配線５４との関係は図６を参照して説明された第１の実施の形態の対応する関係に準ずる。また、配線部材５２の貫通孔５２ｂとワイヤ孔２４４ｅとの関係は、第１の実施の形態の貫通孔５２ｂとワイヤ孔４４ｅとの関係に準ずる。

第１ケース２４４には第２玉軸受７６よりも半径方向外側に第１貫通孔２４４ｆが形成される。第１ケース２４４のシャフト孔の周面には第２貫通孔２４４ｇが形成される。シャフト２２０の周面には、第２貫通孔２４４ｇに対応するすなわち第２貫通孔２４４ｇと連通する第２周面開口２２０ｂが形成される。シャフト２２０のうちハブ１２から下側に突出する下突出部の周面には第１周面開口２２０ａが形成される。第１周面開口２２０ａと第２周面開口２２０ｂとは、シャフト２２０に回転軸Ｒに沿って設けられたシャフト中心孔２２０ｃによって連通されている。

第２周面開口２２０ｂ、シャフト中心孔２２０ｃおよび第１周面開口２２０ａは、シャフト２２０に形成される連通路２７２を構成する。連通路２７２は、第１ケース２４４の上側とハブ１２の外部とを連通する。

引き出し配線５４は、第１貫通孔２４４ｆを通じて第１ケース２４４の下側から上側に引き出され、第２貫通孔２４４ｇを通じて連通路２７２に導かれる。引き出し配線５４は、連通路２７２を通過し、第１周面開口２２０ａからハブ１２の外部に引き出される。

ロータ２３０は、ステータ２７０との磁気的な相互作用によりシャフト２２０の周りで回転する。ロータ２３０はロータコア６２と１０のマグネット６３とロータホルダ２６６とを含む。シャフト２２０はロータ２３０を貫通し、それを回転自在に支持する。

ロータホルダ２６６はロータコア６２と太陽歯車２３４とを機械的に接続する部材である。ロータホルダ２６６とシャフト２２０とには第８玉軸受２７８が介在し、シャフト２２０は第８玉軸受２７８を介してロータホルダ２６６を回転自在に支持する。ロータホルダ２６６は第９玉軸受２８０を介して第２ケース２４６に回転自在に取り付けられる。

伝達機構は、ロータ２３０を回転させようとするトルクをロータ２３０からハブ１２へ伝達する。伝達機構は、太陽歯車２３４と、３つの遊星歯車２３６からなる遊星歯車群と、内歯車３８と、を含む。

太陽歯車２３４はロータホルダ２６６の外周面に例えば平行ピン２３３により取り付けられる。太陽歯車２３４はロータ２３０の回転を受け、シャフト２２０の周りで回転する。太陽歯車２３４はシャフト２２０を隙間を介して環囲する外歯車である。すなわち、シャフト２２０は太陽歯車２３４を貫通し、それを回転自在に支持する。

遊星歯車２３６は太陽歯車２３４と噛み合う。遊星歯車２３６は、第３の歯車列２９２と、第３の歯車列２９２よりもピッチ円直径が小さい第４の歯車列２９４と、第３の歯車列２９２および第４の歯車列２９４を貫通する遊星歯車シャフト２８８と、第３の歯車列２９２と遊星歯車シャフト２８８とに介在するスプラグ式またはカム式のワンウェイクラッチ２３２と、を有する。

第３の歯車列２９２と第４の歯車列２９４とは実質的に同軸に設けられる。第３の歯車列２９２は太陽歯車２３４と噛み合い、第４の歯車列２９４は内歯車３８と噛み合う。第３の歯車列２９２と第４の歯車列２９４とは別体であり、第４の歯車列２９４は遊星歯車シャフト２８８に圧入や接着により固定される。第３の歯車列２９２は、軸方向に離間して設けられたワンウェイクラッチ２３２および第１２玉軸受２９０を介して遊星歯車シャフト２８８に取り付けられる。

ワンウェイクラッチ２３２は、ロータ２３０からハブ１２へトルクが伝達されるモードすなわちコイル４０に駆動用の電流が流れステータ２７０がロータ２３０を磁気的に駆動する力行時には遊星歯車シャフト２８８が第３の歯車列２９２に対して実質的に固定され、ハブ１２から第４の歯車列２９４へトルクが伝達されるモードすなわち車輪の空転時には遊星歯車シャフト２８８が第３の歯車列２９２に対して回転可能となるよう構成される。

遊星歯車シャフト２８８の下端は第２ケース２４６に第１１玉軸受２９８を介して回転自在に取り付けられ、上端は遊星キャリア２６０に第１０玉軸受２９６を介して回転自在に取り付けられる。第２ケース２４６は、遊星歯車シャフト２８８の下端が収まるケース凹部２４６ａを有する。遊星キャリア２６０は、遊星歯車シャフト２８８の上端が収まるキャリア凹部２６０ａを有する。

遊星キャリア２６０と第２ケース２４６との間には、周方向に隣り合う遊星歯車シャフト２８８同士の中間線上の３ヵ所に、遊星キャリア２６０と第２ケース２４６とを機械的に接続する接続部材２８９が設けられている。

遊星キャリア２６０は、第１カバー部２６を貫通して上側に延びる上突出部２６０ｂと、上突出部２６０ｂから半径方向外側に広がる遊星支持部２６０ｃと、を有する。キャリア凹部２６０ａは遊星支持部２６０ｃに設けられ、接続部材２８９は遊星支持部２６０ｃに取り付けられる。上突出部２６０ｂには回転軸Ｒに沿って嵌合孔２６０ｄが形成されている。シャフト２２０の上端は嵌合孔２６０ｄに圧入または接着により固定される。遊星支持部２６０ｃの一部、特にキャリア凹部２６０ａに対応する部分は、ハブ凹部９４に進入している。

以上のように構成された車輪駆動装置２１０の動作を説明する。力行時は、引き出し配線５４を通じて３相の駆動電流がコイル４０に供給される。その駆動電流がコイル４０を流れることにより、１２本の突極に沿って磁束が発生する。この磁束によってマグネット６３にトルクが与えられる。伝達機構は、ロータ２３０を回転させようとするトルクをロータ２３０からハブ１２に伝達する。これにより、車輪はシャフト２２０に対して回転しようとする。力行時にシャフト２２０に対して回転する主な部材は、ロータ２３０、太陽歯車２３４、内歯車３８およびハブ１２である。第３の歯車列２９２はワンウェイクラッチ２３２の作用により遊星歯車シャフト２８８に対して固定され、遊星歯車２３６は一体として回転する。

空転時は、ハブ１２から内歯車３８を介して第４の歯車列２９４にトルクが伝えられ、ワンウェイクラッチ２３２の作用により遊星歯車シャフト２８８が第３の歯車列２９２に対して回転する。第３の歯車列２９２、太陽歯車２３４およびロータ２３０は、シャフト２２０に対して実質的に静止したままとなる。

本実施の形態に係る車輪駆動装置２１０によると、ワンウェイクラッチ２３２の作用により、力行時はロータ２３０からハブ１２にトルクが伝達され、空転時は太陽歯車２３４のシャフト２２０に対する回転が抑制される。したがって、空転時に車輪駆動装置２１０から発生する騒音を低減できる。その結果、車輪駆動装置２１０を搭載する車両の乗り心地を改善することができる。本実施の形態に係る車輪駆動装置２１０についても、図４と同様な騒音低減効果を示す実験結果が得られた。

また、本実施の形態に係る車輪駆動装置２１０では、遊星支持部２６０ｃのキャリア凹部２６０ａに対応する部分はハブ凹部９４に進入している。また、第１０玉軸受２９６の軸方向における存在範囲と第１玉軸受７４の軸方向における存在範囲とは共通部分を有し、第１１玉軸受２９８の軸方向における存在範囲と第９玉軸受２８０の軸方向における存在範囲とは共通部分を有する。これらによると、車輪駆動装置２１０を軸方向により薄くすることができる。

また、本実施の形態に係る車輪駆動装置２１０では、遊星歯車シャフト２８８の上端および下端はいずれも非貫通孔である凹部に収容されている。したがって、遊星歯車シャフト２８８を両持ち支持としつつ、遊星キャリア２６０、第２ケース２４６それぞれの剛性を高めることができる。

また、本実施の形態に係る車輪駆動装置２１０では、第３の歯車列２９２と第４の歯車列２９４とは別体である。したがって、車輪駆動装置２１０の組み立て時に、それらの間の位相を任意に調整することができる。その結果、組み立て時の歯車間の位相合わせにかかる手間が低減され、生産効率が高まる。

以上、実施の形態に係る車輪駆動装置の構成と動作について説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

第１および第２の実施の形態では、内歯車と第１カバー部とは別体である場合について説明したが、これに限られず、それらを一体に形成してもよい。

第２の実施の形態では、遊星キャリア２６０の上突出部２６０ｂと遊星支持部２６０ｃとは一体である場合について説明したが、これに限られず、それらを別体に形成してもよい。

１０車輪駆動装置、１２ハブ、２０シャフト、３０ロータ、３２ワンウェイクラッチ、３４太陽歯車、３６遊星歯車、３８内歯車、４０コイル、４２コア、４６第２遊星キャリア、６０第１遊星キャリア、７０ステータ。

Claims

車輪のハブをシャフトに対して回転させる車輪駆動装置であって、
前記シャフトに固定されたステータと、
前記ステータとの磁気的な相互作用により前記シャフトの周りで回転するロータと、
前記ロータを回転させようとするトルクを前記ロータから前記ハブへ伝達する伝達機構と、を備え、
前記伝達機構は、
前記ロータの回転を受け、前記シャフトの周りで回転する太陽歯車と、
前記太陽歯車と噛み合う遊星歯車群と、
前記ハブに固定され、前記遊星歯車群と噛み合う内歯車と、を含み、
本車輪駆動装置はさらに、前記遊星歯車群に含まれる遊星歯車を回転自在に支持する遊星支持部材を備え、
前記遊星支持部材はワンウェイクラッチを介して前記シャフトに取り付けられることを特徴とする車輪駆動装置。
前記ワンウェイクラッチは、前記ロータから前記ハブへトルクが伝達されるモードでは前記遊星支持部材が前記シャフトに対して実質的に固定され、前記ハブから前記遊星歯車群へトルクが伝達されるモードでは前記遊星支持部材が前記シャフトに対して回転可能となるよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の車輪駆動装置。
前記遊星支持部材は、
前記遊星歯車群に含まれる遊星歯車を貫通しその遊星歯車を回転自在に支持する遊星シャフトと、
前記遊星シャフトの一端が固定された第１遊星キャリアと、
前記遊星シャフトの他端が固定された第２遊星キャリアと、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の車輪駆動装置。
前記第１遊星キャリアは前記ワンウェイクラッチに取り付けられると共に前記第２遊星キャリアは玉軸受を介して前記ロータに取り付けられることを特徴とする請求項３に記載の車輪駆動装置。
前記ロータは別の玉軸受を介して前記シャフトに取り付けられ、
前記玉軸受は前記別の玉軸受を環囲することを特徴とする請求項４に記載の車輪駆動装置。
前記シャフトは前記ハブの内側で結合される第１シャフトおよび第２シャフトを含み、
前記第１シャフトの前記第２シャフトとは反対側の端部および前記第２シャフトの前記第１シャフトとは反対側の端部のそれぞれは、前記ハブの回転軸について非回転対称となるよう形成されており、
前記第１シャフトと前記第２シャフトとの結合部分は、前記第１シャフトの前記第２シャフトとは反対側の端部の角度位置と前記第２シャフトの前記第１シャフトとは反対側の端部の角度位置とが揃うことを促すよう構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の車輪駆動装置。
前記ステータは、
円環部とそこから半径方向内向きに伸びる複数の突極とを含むコアと、
前記複数の突極に巻き線されて形成されるコイルと、
前記シャフトに固定され、前記コアを支持するケースと、を含み、
本車輪駆動装置はさらに、前記複数の突極と半径方向に対向し、周方向に複数の磁極が形成された環状の磁気駆動部材を備え、
前記ロータは、
前記磁気駆動部材の内周面が圧接される部材保持部と、
前記部材保持部よりも大径かつ前記太陽歯車側に設けられ、前記磁気駆動部材の前記太陽歯車側の面と軸方向で対向する部材対向部と、を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の車輪駆動装置。
前記ハブは、前記ワンウェイクラッチよりも軸方向で外側に設けられたハブ玉軸受を介して前記シャフトに取り付けられ、
前記ハブは、前記ハブ玉軸受を環囲するハブ凹部が形成されるよう構成されており、
前記遊星支持部材は前記ハブ凹部に進入していることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の車輪駆動装置。