JP2015034754A - 駆動ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向寸法の短縮化が可能なトルク検出部を備えた駆動ユニットを提供すること。
【解決手段】モータジェネレータＭＧの駆動時に、出力に応じた駆動反力を受ける駆動部としてのステータ１１と、ステータ１１をモータケース１０１に対して回り止めする回り止め部材としてのインナフレーム１３と、インナフレーム１３とモータケース１０１との一方であるインナフレーム１３に設けられたキー突起３１、およびインナフレーム１３とモータケース１０１とのもう一方であるモータケース１０１に設けられてキー突起３１と周方向に係合可能な凹状に形成されたキー溝３２を備えたキー係合部３０と、このキー係合部３０に生じる前記駆動反力に応じた物理量としての歪を検出可能なトルク検出部としての歪センサ３３と、を備えていることを特徴とする駆動ユニットとした。
【選択図】図５

Description

本発明は、トルク検出装置を備えた駆動ユニットに関する。

従来、モータを用いて車輪を回転させる駆動ユニットにおける回転体の回転トルクを検出するトルク検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような従来技術では、モータを構成するロータの回転軸と同軸であって、ステータおよびロータの軸方向の側部に、制御用のエンコーダなどを設け、さらに、このエンコーダの軸方向の側部に、トルク検出装置が設けられている。
そして、トルク検出装置は、モータの外側に、トルク検出装置を支持するベース部が設けられ、このベース部に、回転軸と同軸に筒状の起歪体を取り付け、この起歪体に生じる歪を歪センサにより検出する構造となっている。

特開２０１２−４７４６０号公報

しかしながら、上記の従来技術では、車輪を駆動させるための出力軸に対して、軸方向にトルク検出用のベースや起歪体を追加設定しているため、その分、軸方向寸法が長くなるという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、軸方向寸法の短縮化が可能なトルク検出部を備えた駆動ユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、駆動反力を受ける駆動部をケースに対して回り止めする回り止め部材と、前記ケースとの間に、周方向に係合するキー突起とキー溝とを備えたキー係合部を設けるとともに、このキー係合部に生じる前記駆動反力に応じた物理量を検出可能なトルク検出部を設けたことを特徴とする駆動ユニットとした。

本発明の駆動ユニットでは、駆動部を回り止めする回り止め部材とケースとの間に、周方向に係合するキー係合部を設け、キー係合部の物理量を検出するようにしたため、軸方向にトルク検出用の部材の追加が不要であり、軸方向寸法の短縮化が可能である。

実施の形態１の駆動ユニットの主要部を示す断面図である。 前記モータジェネレータのステータとインナフレームとのアッセンブリを、軸心Ｏを通る平面で切断した状態を示す断面図である。 前記ステータとインナフレームとのアッセンブリを、ｘ軸負方向側から見た状態を示す斜視図である。 前記ステータとインナフレームとのアッセンブリを、ｘ軸負正向側から見た状態を示す斜視図である。 前記モータジェネレータにおいてトルク検出装置の構成の概略を示す断面図である。 前記トルク検出装置の主要部を示す断面図である。 実施の形態２の駆動ユニットの要部の構成の概略を示す断面図である。 実施の形態２の駆動ユニットにおいてトルク検出装置が設けられている箇所の概略を示す図７の軸方向から見た概略図である。 実施の形態２の駆動ユニットの変形例の構成の概略を示す断面図である。 実施の形態２の駆動ユニットの変形例の構成の概略を示す断面図である。 実施の形態３の駆動ユニットにおいてトルク検出装置が設けられている箇所を示す断面図である。 実施の形態４の駆動ユニットの要部の構成の概略を示す断面図である。 実施の形態５の駆動ユニットの要部の構成の概略を示す断面図である。 実施の形態５の駆動ユニットにおいてトルク検出装置が設けられている箇所の概略を示す概略図である。 実施の形態５の駆動ユニットの第１の変形例を示す要部の断面図である。 実施の形態５の駆動ユニットの第２の変形例を示す要部の断面図である。 実施の形態５の駆動ユニットの第３の変形例を示す要部の断面図である。 実施の形態１の駆動ユニットのインナフレームの変形例を示す正面図であって（ａ）はインナフレームに溝を設けた例を示し、（ｂ）はインナフレームにリブを設けた例を示している。

以下、本発明の駆動ユニットを実施するための形態を、図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
以下に、実施の形態１の駆動ユニットＷＤを図面に示して説明する。
（駆動ユニットＷＤ）
まず、駆動ユニットＷＤの構成について説明する。
駆動ユニットＷＤは、電気自動車の左右輪に適用されて車輪Ｗを駆動させるためのもので、図１に示すように、駆動ユニット本体Ａと、変位吸収機構Ｂと、ホイール構造Ｃと、を備えている。

以下に、駆動ユニット本体Ａ、変位吸収機構Ｂ、ホイール構造Ｃについて簡単に説明する。
駆動ユニット本体Ａは、車輪Ｗの駆動源としての機能を持ち、ユニットケース部材１００に、三相交流の埋込磁石同期モータ構造によるモータジェネレータ（駆動源）ＭＧと、減速機構としてのギヤトレインＧＴと、を内蔵することで構成されている。

なお、ユニットケース部材１００は、モータケース１０１と、ユニット側部カバー１０２と、モータ軸側カバー１０３と、出力軸側カバー１０４と、を有している。
モータケース１０１は、略円筒状に形成され、モータジェネレータＭＧおよびギヤトレインＧＴの外径方向を覆っている。
ユニット側部カバー１０２は、モータケース１０１の軸心Ｏに沿う方向である軸方向の一端側の開口を覆ってボルト固定されている。
モータ軸側カバー１０３は、モータ軸６の一端側を覆うようにユニット側部カバー１０２にボルト固定されている。
出力軸側カバー１０４は、駆動出力軸１０の一部を駆動ユニット本体Ａから突出させるようにモータケース１０１の軸方向の他端側の開口を覆ってボルト固定されている。

モータジェネレータＭＧは、力行時には、三相交流の電流をステータ１１に巻き付けたステータコイル１１ｂに印加することで、ロータ１２を一体に有するモータ軸６を回転させ、モータ軸６の回転をギヤトレインＧＴにより減速して駆動出力軸１０から出力する。モータジェネレータＭＧは、回生時には、駆動出力軸１０からの入力回転により、ギヤトレインＧＴにより増速してモータ軸６及びロータ１２を回転することで、ステータ１１のステータコイル１１ｂに三相交流の電流が発生する。

ギヤトレインＧＴは、リングギヤ２１を固定、サンギヤ２２に入力、ピニオンキャリア２３にて出力する遊星歯車機構２０により構成されている。なお、ピニオンキャリア２３は、サンギヤ２２と噛み合う大ピニオン２３ａと、リングギヤ２１と噛み合う小ピニオン２３ｂと、を備えている。また、大ピニオン２３ａと小ピニオン２３ｂとは、隣接して一体構成され、ピニオンキャリア２３に対して回転可能に支持される。

駆動出力軸１０は、ピニオンキャリア２３と一体に形成されている。この駆動出力軸１０は、一端側が小ピニオン２３ｂの内側まで軸方向に延び、他端側が出力軸側カバー１０４から突出するまで軸方向に延びた円筒スリーブ状に形成されている。この駆動出力軸１０の回転支持構造は、ピニオンキャリア２３と共になされるもので、モータ軸６に対しベアリング１４ａを介して相対回転可能に支持され、出力軸側カバー１０４に対しベアリング１４ｂを介して回転可能に支持される。

変位吸収機構Ｂは、ハブベアリング７１の変位/傾きを駆動ユニット本体ＡのモータジェネレータＭＧやギヤトレインＧＴへ伝達することを防止/抑制する機能を持ち、ギヤカップリング軸５０を有する。このギヤカップリング軸５０は、駆動ユニット本体Ａからの駆動出力軸１０と、アクスルケース７２に対しハブベアリング７１により支持されたホイールハブ軸７０と、を変位吸収可能に連結している。したがって、駆動出力軸１０の回転は、ギヤカップリング軸５０を介してホイールハブ軸７０に伝達される。

ホイール構造Ｃは、車輪Ｗのタイヤやブレーキ機構を取り付ける機能を持ち、ホイールハブ軸７０を有する。このホイールハブ軸７０は、アクスルケース７２に対し、複列アンギュラベアリング構造によるハブベアリング７１により回転可能に支持され、ホイールハブ軸７０のフランジ部７０ａには、ブレーキディスク７３及びタイヤホイール１１０が固定される。また、ホイールハブ軸７０は、駆動ユニット本体Ａの駆動出力軸１０に対し、変位吸収機構Ｂを介して連結される。

（モータジェネレータの構成）
次に、モータジェネレータＭＧの構成を説明する。
モータジェネレータＭＧは、前述したようにステータ１１とロータ１２とを備えている。
ステータ１１は、図３の斜視図に示すように、円環状に形成されている。
また、ステータ１１は、図２の断面図に示すように、インナフレーム１３を介して、モータケース１０１に支持されている。
インナフレーム１３は、図４の斜視図に示すように、円環状に形成され、図２に示すように、ステータ１１の軸方向の一端をモータケース１０１に対して固定支持している。

なお、図２は、モータジェネレータＭＧを、その軸心Ｏを通る平面で切った断面を示している。説明の便宜上、締結ボルト１５，１６の軸心を夫々通る断面を示す。また、軸心Ｏが延びる方向にｘ軸を設定し、ステータ１１に対してインナフレーム１３が配置される側（ないしモータケース１０１において縦壁部１０１ｂが設けられる側）を正方向とする。図３は、ステータ１１とインナフレーム１３とを結合したアセンブリをｘ軸負方向側から見た斜視図であり、図４は、このアセンブリをｘ軸正方向側から見た斜視図である。

ステータ１１は、図３に示すように、ステータコア１１ａと、ステータコア１１ａに巻回されるステータコイル１１ｂとを有している。
ステータコア１１ａは、円環状（円筒形状）に形成され、かつ、内周面において、周方向に一定間隔で配置されて、内径方向に延びる複数（本実施例では１８）のティース１１ｃを備えている。なお、各ティース１１ｃは、隣接するティース１１ｃとの間にスロット１１ｄが形成されている。
また、ステータコイル１１ｂは、スロット１１ｄに嵌り合うようにティース１１ｃに巻き付けられている。

さらに、ステータコア１１ａは、例えば、磁性体の電磁鋼板を軸方向に積層することで構成されている。また、ステータコア１１ａは、複数（本実施例では３）のボルト締結部１１ｅを外周面に有している。
このボルト締結部１１ｅは、ステータ１１の外周面から半径方向外側にフランジ状に突出して設けられ、周方向に互いに略等間隔（例えば、１２０°の回転角でずれて）形成されている。また、ボルト締結部１１ｅには、図２に示すように、締結ボルト１５が挿入される孔１１ｆが軸方向に貫通形成されている。

図１に示すロータ１２は、ステータ１１に対しラジアルギャップ（径方向隙間）を介して配置され、このギャップを通して磁路が形成される。そして、ロータ１２は、一般的に、複数の電磁鋼板を積層することで構成されたロータコア（図示省略）と、ロータコアに複数配置（埋設）された永久磁石と（図示省略）を有する。また、このロータ１２には、モータジェネレータＭＧのモータ軸６が固定されている。このモータ軸６は、ロータ１２の軸線方向両側に配置した軸受６ａ，６ｂにより、ユニットケース部材１００に対して回転自在に支持される。

以上の構成に基づいて、モータジェネレータＭＧでは、ステータ１１に通電すると、ステータ１１が発生する電磁力によりロータ１２が回転駆動される。このモータジェネレータＭＧから出力される回転駆動力は、モータ軸６、ギヤトレインＧＴ、変位吸収機構Ｂを介してタイヤホイール１１０に回転力として伝達され、電気自動車の走行が可能となる。また、車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられ、車輪からの回転力により出力軸を介してモータジェネレータＭＧが駆動される。このときモータジェネレータＭＧは発電機として作動し、発電された電力はインバータ（図示省略）を介してバッテリ（図示省略）に蓄えられるようになっている。

モータケース１０１は、図１に示すように、モータジェネレータＭＧの外枠（アウタフレーム）であり、モータ外部からステータ１１などを保護する機能を有しており、車輪支持部材としてのアクスルケース７２に対して固定設置されている。

また、モータケース１０１は、図２に示すように、有底円筒状であり、軸方向に延びる円筒部１０１ａと半径方向に広がる円板状の縦壁部１０１ｂとを有する。円筒部１０１ａには、モータケース１０１をアクスルケース７２に対して固定するためのブラケット部１０１ｃが設けられている。縦壁部１０１ｂには、略円環状に、ボルト締結部１０１ｅが設けられている。ボルト締結部１０１ｅには、締結ボルト１６が挿入される雌ねじを有した袋状の孔１０１ｆが周方向に略等間隔に並んで複数（本実施例では８）形成されている。ボルト締結部１０１ｅは、孔１０１ｆの周囲の強度を十分確保可能な程度に、縦壁部１０１ｂの他の部位よりもｘ軸方向で厚肉に設けられており、剛性が比較的高く形成されている。モータケース１０１の円筒部１０１ａの内周側には、円筒部１０１ａと略同軸にステータ１１が配置されている。ステータ１１は、モータケース１０１の円筒部１０１ａに対し径方向の隙間（ラジアルギャップ）ＣＬ１を介して配置される。

インナフレーム１３は、モータジェネレータＭＧの内枠であり、ステータ１１をモータケース１０１に対して保持するための支持部材であって、例えばアルミ系又は鉄系の金属材料によりドーナツ型円板状に形成されている。
インナフレーム１３は、軸方向に延びる円筒部１３ａと、円筒部１３ａの軸方向一端部（ｘ軸正方向側端部）の内周から半径方向内側に広がるドーナツ型円板状のプレート部１３ｂとを有する。
円筒部１３ａは、図３、図４に示すように、外周縁から外径方向に突出した複数（本実施例では３）のステータ支持部１３ｃを有している。ステータ支持部１３ｃは、周方向に互いに略等間隔（１２０°間隔）で形成されている。また、ステータ支持部１３ｃには、図２に示すように、前述した締結ボルト１５を締結させる孔１３ｅが軸方向に貫通形成されており、この孔１３ｅの内周には雌ねじが形成されている。

このステータ支持部１３ｃの孔１３ｅは、図２に示すように、ステータ１１のボルト締結部１１ｅの孔１１ｆと同軸に配置された状態で、両孔１３ｅ,１１ｆに締結ボルト１５がｘ軸負方向側から挿入されて締結されている。

これにより、ステータ１１（ステータコア１１ａ）がインナフレーム１３（円筒部１３ａ）の外周部に対して固定されている。また、インナフレーム１３（円筒部１３ａ）は、ステータ１１と結合された状態で、モータケース１０１（円筒部１０１ａ）に対し径方向の隙間（ラジアルギャップ）ＣＬ２を介して配置される。

インナフレーム１３のプレート部１３ｂには、その略中央に貫通孔１３ｇが設けられ、かつ、図３、図４に示すように、貫通孔１３ｇを取り囲んで略円環状にケース固定部１３ｈが設けられている。ケース固定部１３ｈには、締結ボルト１６が挿通される孔１３ｊが軸方向に貫通して形成され、また、この孔１３ｊは、周方向に略等間隔に並んで複数（本実施例では８）形成されている。

さらに、各孔１３ｊの周囲には、ケース固定部１３ｈの他の部位よりも薄肉に形成された凹部１３ｋが設けられている。図２に示すように、凹部１３ｋには締結ボルト１６の頭部が収容される。

プレート部１３ｂのケース固定部１３ｈの孔１３ｊは、モータケース１０１のボルト締結部１０１ｅの孔１０１ｆと、同軸に配置された状態で、両孔１３ｊ,１０１ｆに締結ボルト１６をｘ軸負方向側から挿入して締結される。
これにより、インナフレーム１３は、ステータ１１を支持するステータ支持部１３ｃよりも内径方向の位置にて、モータケース１０１に対して締結ボルト１６により固定されている。

インナフレーム１３のプレート部１３ｂには、ケース固定部１３ｈよりも外径方向であって円筒部１３ａ（ステータ支持部１３ｃ）よりも内径方向に、接続部１３ｍが設けられている。接続部１３ｍは、円筒部１３ａとケース固定部１３ｈとを接続する部分であり、ケース固定部１３ｈを取り囲んで略円環状に、ケース固定部１３ｈよりもｘ軸方向寸法が小さく、すなわち板厚が薄く形成されている。

また、接続部１３ｍは、ステータコイル１１ｂに対し軸方向の隙間（アキシャルギャップ）ＣＬ３を介して、モータケース１０１の縦壁部１０１ｂに対して隙間（アキシャルギャップ）ＣＬ４を介して配置されている。
さらに、接続部１３ｍには、周方向に略等間隔に並んで複数（本実施例では１８）、肉抜き部としての貫通穴１３ｎが軸方向に貫通形成されている。貫通穴１３ｎは、ステータコア１１ａ（ティース１１ｃないしステータコイル１１ｂ）に対し半径方向で重なる位置に配置されている。

以上のように、ステータ１１の軸方向の一端（ｘ軸正方向端）が、インナフレーム１３を介してモータケース１０１に対して片持ち支持されている。そして、ステータ１１およびインナフレーム１３は、モータケース１０１に対し、径方向の隙間ＣＬ１，ＣＬ２、軸方向の隙間ＣＬ４が介在されたフローティング状態で支持されている。

上述したインナフレーム１３の剛性は、モータケース１０１の剛性よりも低く設定されている。具体的には、インナフレーム１３のプレート部１３ｂの接続部１３ｍにおける径方向の剛性は、モータケース１０１の縦壁部１０１ｂにおける径方向の剛性よりも低く設定されている。さらに、プレート部１３ｂの接続部１３ｍでは、周方向に複数の貫通穴１３ｎを設けたことで、これら貫通穴１３ｎを設けない場合よりも、インナフレーム１３の半径方向の剛性を低下させている。加えて、貫通穴１３ｎを、一定間隔で周方向に全周に亘って設けているため、インナフレーム１３は、径方向（ラジアル方向）に比べ、ロータ回転方向である周方向の断面二次モーメントが低く形成されている。すなわち、インナフレーム１３は、径方向よりも周方向に変形し易く形成されている。

（トルク検出装置）
次に、トルク検出装置ＴＳについて説明する。
トルク検出装置ＴＳは、図２において円Ｓ１にて示す箇所の、インナフレーム１３とモータケース１０１との間に設けられている。なお、本実施の形態１では、トルク検出装置ＴＳは、円Ｓ１で示す箇所のほかに、周方向に複数個所に、軸心Ｏを中心として対称となる位置、すなわち、周方向に等間隔に設けられており、例えば、周方向の８箇所に設けられているものとする。
図５は、トルク検出装置ＴＳを、図２において円Ｓ１に示す領域に設けた例の概略図である。
この図５に示す例では、キー係合部３０は、キー突起３１とキー溝３２とを備えている。
キー突起３１は、インナフレーム１３のステータ支持部１３ｃの外周面から外径方向に突出されている。
一方、キー溝３２は、モータケース１０１の円筒部１０１ａに設けられ、外径方向に凹んでキー突起３１と周方向に係合可能に、軸方向に沿う長溝状に形成されている。
これらのキー突起３１とキー溝３２とにより、周方向に係合可能なキー係合部３０が構成されている。

上述した各キー突起３１は、図６に示すように、錐形状を成してインナフレーム１３側のベース部３１ａが形成され、このベース部３１ａから柱部３１ｂが立ち上げられている。
この柱部３１ｂは、少なくとも、周方向を向いて径方向に延びる一対の係合面としてのラジアル方向面３１ｃ，３１ｃを備えており、本実施の形態１では、キー突起３１は、四角柱状に形成されているものとする。
一方、キー溝３２には、キー突起３１の一対のラジアル方向面３１ｃと周方向に隙間ＣＬ５を開けて対向して径方向に延びる一対の係合面としてのラジアル方向面３２ｃ，３２ｃが設けられている。

したがって、モータケース１０１に対してインナフレーム１３が、軸心Ｏを中心として隙間ＣＬ５を超えて周方向に相対的に変位した場合に、変位方向が周方向の正逆いずれの方向でもラジアル方向面３１ｃとラジアル方向面３２ｃとが当接した係合状態となる。

また、キー突起３１のベース部３１ａには、一対の歪センサ３３，３３が設けられている。これら一対の歪センサ３３，３３は、一対のラジアル方向面３１ｃ，３１ｃにおいてベース部３１ａの位置で、軸心Ｏからの径方向寸法が同一となる対称位置に配置されている。
なお、歪センサ３３は、外部から引張力（圧縮力）が加えられて伸縮するのに応じて抵抗値が変化することにより、外力（トルク）を検出する周知のものである。

さらに、モータケース１０１の円筒部１０１ａの内周には、キー突起３１を周方向で間に挟むように、一対の保護突起１０１ｈ，１０１ｈが内径方向に突出されている。この保護突起１０１ｈの径方向の突出代は、歪センサ３３に対して径方向に重なる寸法に設定されている。また、保護突起１０１ｈと、キー突起３１との周方向の間隔は、隙間ＣＬ５よりも大きな寸法に設定されている。

（作用）
次に、実施の形態１の作用を説明する。
まず、インナフレーム１３によるモータジェネレータＭＧの振動および騒音軽減作用について簡単に説明する。
インナフレーム１３を、ステータ支持部１３ｃにてステータ１１の外周部と結合するとともに、その内径方向のケース固定部１３ｈにてモータケース１０１に結合し、これにより、ステータ１１をモータケース１０１に片持ち支持している。
したがって、ステータ１１の電磁加振力によりモータケース１０１の共振モードが励起されて振動が増幅されることを抑制することができる。また、ステータ１１からモータケース１０１へ伝達される電磁加振力自体を低減することができる。すなわち、ステータ１１の電磁加振力によりインナフレーム１３を介して伝わってくる振動の主な方向は半径方向（放射状）である。このため、本実施の形態１では、この半径方向（放射状）の振動を、半径が小さく剛性が高い部分であるケース固定部１３ｈからボルト締結部１０１ｅに集中して伝えることにより、この部分において径方向で対称の振動同士が相殺されて、振動低減可能である。

また、本実施の形態１のように導電性の金属材料からインナフレーム１３を形成した場合、ステータ１１に巻回されたステータコイル１１ｂと軸方向で対向するインナフレーム１３の表面部位に、渦電流が発生するおそれがある。渦電流が発生すると、インナフレーム１３が発熱する。また、上記発熱によりモータジェネレータＭＧのエネルギ損失も発生する。
そこで、インナフレーム１３とステータコイル１１ｂとの間の軸方向距離（隙間ＣＬ３）を大きくすれば、渦電流を抑制することが可能である。しかしながら、上記軸方向距離（隙間ＣＬ３）を大きしすぎると、モータジェネレータＭＧ全体の軸方向寸法が増大してモータジェネレータＭＧが大型化するおそれがある。

これに対し、本実施の形態１では、インナフレーム１３のプレート部１３ｂのステータ支持部１３ｃとケース固定部１３ｈとの間に、複数の貫通穴１３ｎを、ステータコイル１１ｂと径方向で重なる部分に設けた。すなわち、インナフレーム１３（接続部１３ｍ）の半径方向の剛性を低下させる貫通穴１３ｎを、ステータコイル１１ｂと径方向で重なる部位に設けることで、インナフレーム１３における渦電流の発生も抑制することができる。このように渦電流の発生を抑制することによって、インナフレーム１３が過度な高温になることを抑制し、かつ、エネルギ損失を低減することができる。また、これにより、渦電流の発生を抑制しつつインナフレーム１３を軸方向でステータコイル１１ｂに近接させる（隙間ＣＬ３を小さくする）ことができるため、コンパクトにステータ１１を支持することができる。

次に、本実施の形態１におけるトルク検出について説明する。
モータジェネレータＭＧを駆動あるいは回生する場合、ステータ１１は、ロータ１２の回転方向とは逆方向に駆動反力を受ける。
そして、このステータ１１に入力された駆動反力は、ステータ１１を片持ち支持するインナフレーム１３に入力され、さらに、モータケース１０１に伝達される。

このとき駆動反力は、インナフレーム１３では、ステータ１１に固定された外周部のステータ支持部１３ｃから周方向に入力され、モータケース１０１に固定された内周部のケース固定部１３ｈでモータケース１０１に伝達される。

したがって、インナフレーム１３では、駆動反力が、モータケース１０１に固定のケース固定部１３ｈに対し、自由端となったステータ支持部１３ｃが周方向に相対移動するように作用する。
そこで、インナフレーム１３の外周部がモータケース１０１に対して周方向に相対移動すると、キー突起３１のラジアル方向面３１ｃがキー溝３２のラジアル方向面３２ｃに当接して隙間ＣＬ５を超える相対移動が生じるのを規制する。よって、キー突起３１では、インナフレーム１３に入力された駆動反力に応じた剪断歪が生じ、これを歪センサ３３により検出することができる。
なお、この検出値は、モータジェネレータＭＧの出力制御に用いることができるほか、トルク制御値と比較することにより、モータジェネレータＭＧの異常判定に用いることもできる。

また、キー溝３２は、軸方向に沿って設けられた長溝状に形成されているため、キー突起３１とキー溝３２との係合は、周方向にのみなされる。よって、モータケース１０１とインナフレーム１３との周方向以外の相対移動により、キー突起３１とキー溝３２とが係合状態となってキー突起３１に入力され、これを歪センサ３３が検出するのを防止できる。
したがって、歪センサ３３の検出値に、車輪Ｗ側からの入力などによる軸方向成分が含まれるのを抑制することができる。

（実施の形態１の効果）
実施の形態１のトルク検出装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
１）実施の形態１の駆動ユニットは、
ケースとしてのモータケース１０１と、
駆動源としてのモータジェネレータＭＧの駆動時に、出力に応じた駆動反力を受ける駆動部としてのステータ１１と、
このステータ１１をモータケース１０１に対して回り止めする回り止め部材としてのインナフレーム１３と、
このインナフレーム１３とモータケース１０１との一方であるインナフレーム１３に設けられたキー突起３１、およびインナフレーム１３とモータケース１０１とのもう一方であるモータケース１０１に設けられてキー突起３１と周方向に係合可能な凹状に形成されたキー溝３２を備えたキー係合部３０と、
このキー係合部３０に生じる前記駆動反力に応じた物理量としての歪を検出可能なトルク検出部としての歪センサ３３と、
を備えていることを特徴とする。
実施の形態１の駆動ユニットでは、ロータ１２に駆動力を与えた際には、ステータ１１に周方向に駆動反力が発生し、この駆動反力は、インナフレーム１３を介してモータケース１０１により受け止められる。その際、インナフレーム１３は、駆動反力により、モータケース１０１に固定されるケース固定部１３ｈに対し、ステータ１１からの駆動反力が入力されるステータ支持部１３ｃが周方向に相対変位する。
よって、インナフレーム１３の外周部とモータケース１０１の円筒部１０１ａとの間に設けたキー係合部３０では、キー突起３１とキー溝３２とが周方向に係合し、キー突起３１は、駆動反力に応じた歪（剪断方向の歪）が生じる。よって、歪センサ３３は、この歪（駆動反力であってロータ１２の駆動力）に応じて変形し、この変形に応じた信号を出力する。このようにして、歪センサ３３により、モータジェネレータＭＧにおいてロータ１２に作用するトルク（出力トルク）を検出することができる。
このように、本実施の形態１では、ステータ１１の振動を抑えるために設けたインナフレーム１３の外周部とモータケース１０１の円筒部１０１ａの内周部との間に設けたトルク検出装置ＴＳによりモータジェネレータＭＧのトルクを検出することができる。これにより、軸方向に部品を追加する従来技術と比較して、モータジェネレータＭＧ全体の軸方向寸法を小さく抑えながら、トルク検出が可能となる。
加えて、本実施の形態１では、キー係合部３０は、インナフレーム１３とモータケース１０１の円筒部１０１ａとの間に径方向にラップして設けており、振動吸収用の隙間ＣＬ２を拡げたり、インナフレーム１３、モータケース１０１を拡径したりしていない。よって、モータジェネレータＭＧの外径寸法も小さく抑えることができる。
しかも、本実施の形態１では、キー係合部３０は、周方向に係合するが、軸方向に沿う方向には係合しない。このため、路面入力(振動)などによりインナフレーム１３が、周方向以外に曲げや撓みが生じても、トルク検出に影響を受けないようにでき、高いトルク検出精度が得られる。

２）実施の形態１の駆動ユニットは、
駆動部は、駆動源としてのモータジェネレータＭＧのステータ１１であり、
前記回り止め部材は、ステータ１１を支持するステータ支持部１３ｃと、このステータ支持部１３ｃと径方向に離れた位置で、モータケース１０１に固定されたケース固定部１３ｈと、を備えて、ステータ１１をモータケース１０１に対して片持ち支持する支持部材としてのインナフレーム１３であることを特徴とする。
インナフレーム１３は、ステータ１１を片持ち支持するため、ステータ１１に生じる振動がモータケース１０１に直接伝達されず、音・振動に有利である。
そして、このようにステータ１１を片持ち支持する部材を利用して、ステータ１１とモータケース１０１との間にキー係合部３０を設けることになるため、トルク検出用の部品を追加する場合と比較して、軸方向寸法の短縮化を確実に図ることができる。
加えて、モータケース１０１にフローティングされている部分にキー係合部３０を設けるため、路面入力などモータケース１０１側からの入力の影響も受けにくく、高いトルク検出精度を得ることができる。

３）実施の形態１の駆動ユニットは、
支持部材としてのインナフレーム１３は、径方向（ラジアル方向）に比べ周方向の断面二次モーメントが低い断面形状に形成されていることを特徴とする。
したがって、インナフレーム１３は、上記１）にて述べた駆動反力がステータ１１に入力されたときの周方向への変形がより生じやすくなる。このため、キー突起３１においても、剪断歪が生じやすくなり、トルク検出精度を向上させることが可能となる。
また、インナフレーム１３の径方向（ラジアル方向）の断面二次モーメントを確保することにより、ステータ１１に対する支持剛性を確保することができる。

４）実施の形態１の駆動ユニットは、
トルク検出部としての歪センサ３３が、キー突起３１に設けられ、
キー突起３１の周方向には、モータケース１０１と回り止め部材としてのインナフレーム１３とのいずれか一方に、歪センサ３３と径方向で重なるまで径方向に突出された保護突起１０１ｈ，１０１ｈが設置されていることを特徴とする。
したがって、モータケース１０１の内部にゴミその他の異物が侵入した場合に、歪センサ３３を、保護突起１０１ｈ，１０１ｈにより異物から保護することが可能であり、信頼性向上を図ることができる。

５）実施の形態１の駆動ユニットは、
トルク検出部としての歪センサ３３は、１つのキー突起３１に対して、周方向の一対の係合面としてのラジアル方向面３１ｃ，３１ｃにそれぞれ１つ以上設けられていることを特徴とする。
したがって、万一、キー突起３１に亀裂が入るような不具合が生じて、一方の歪センサ３３のトルク検出ができなくなった場合でも、もう一方の歪センサ３３によるトルク検出を確保できる。よって、このような場合には、両歪センサ３３，３３からの出力信号を比較することにより、異常を検出することが可能であり、信頼性の向上を図ることが可能である。

６）実施の形態１の駆動ユニットは、
キー係合部３０およびトルク検出部としての歪センサ３３が、回転要素の回転中心軸（軸心Ｏ）に対して対称となる複数個所に設けられていることを特徴とする。
したがって、トルク検出部を、１箇所のみに設けたものと比較して、インナフレーム１３の周方向の変位が、周方向の場所によって差が生じたとしても、トルク検出遅れが生じにくくなり、検出応答性を高めることが可能である。

（他の実施の形態）
次に、他の実施の形態のトルク検出装置について説明する。
なお、他の実施の形態は、実施の形態１の変形例であるため、実施の形態１と共通する構成には実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点のみ説明する。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２の駆動ユニットについて説明する。
図７は実施の形態２の駆動ユニットの要部を示す概略断面図であって、インナフレーム２１３は、その外周部に、ステータ１１の外周に配置された円筒状の外筒部２１３ａを備えている。そして、この外筒部２１３ａをステータ支持部として、その内周でステータ１１を支持している。なお、この支持構造としては、外筒部２１３ａの内周と、ステータ１１の外周とをセレーション結合し、ピンなどのストッパにより軸方向の移動を規制する構造を用いることができる。

そして、トルク検出装置ＴＳにおいて、キー係合部２３０のキー突起２３１は、図７、図８に示すように、インナフレーム２１３の外筒部２１３ａから外径方向に突出されている。なお、本実施の形態２では、キー突起２３１は、外筒部２１３ａに沿って、軸方向に延在されている。

また、キー溝２３２は、モータケース１０１の円筒部１０１ａの内周に、キー突起２３１と周方向に係合可能に形成されている。すなわち、キー突起２３１のラジアル方向面２３１ｃと、キー溝２３２のラジアル方向面２３２ｃとが、隙間ＣＬ５を開けて対向している。
そして、キー突起２３１には、実施の形態１と同様に、歪センサ２３３が設けられている。
以上説明した実施の形態２の駆動ユニットにあっても、実施の形態１と同様に、上記１）〜６）に記載した構成に基づいて、同様の効果を得ることができる。
なお、キー突起２３１は、図９に示すキー突起２３１ｆのように、軸方向で外筒部２１３ａの一部の部分のみに設けた形状としてもよい。また、図１０に示すキー突起２３１ｇ，２３１ｇのように、インナフレーム２１３の周方向の複数個所に設けるようにしてもよい。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３の駆動ユニットについて説明する。
実施の形態３の駆動ユニットは、キー突起とキー溝との関係を、実施の形態１とは逆に配置した例である。
すなわち、図１１に示すように、キー係合部３３０のキー突起３３１は、モータケース１０１の円筒部１０１ａの内周から、内径方向（軸心Ｏの方向）に突出されている。
一方、インナフレーム１３には、キー突起３３１に周方向に係合するキー溝３３２が形成されている。

また、キー突起３３１とキー溝３３２とには、それぞれ、周方向で隙間を挟んで対向するラジアル方向面３３１ｃ，３３２ｃが形成されている。
そして、キー突起３３１のベース部３３１ａの周方向の両面に歪センサ３３３，３３３が設けられている。

さらに、実施の形態３には、インナフレーム１３の外周面に、キー突起３３１に対して周方向に、隙間ＣＬ５よりも大きな隙間ＣＬ６を介在させた位置に、保護突起１３ｐ，１３ｐが設けられている。
この実施の形態２にあっても、ロータ１２を駆動させた際の反力がインナフレーム１３に伝達され、インナフレーム１３とモータケース１０１とが周方向に相対変位する。したがって、実施の形態１と同様に、キー突起３３１とキー溝３３２のラジアル方向面３３１ｃ，３３２ｃが当接することによりキー突起３３１に生じる剪断歪を歪センサ３３３が検出することで、モータジェネレータＭＧの出力トルクを検出することができる。
よって、この実施の形態２の駆動ユニットにあっても、実施の形態１と同様に、上記１）〜６）の効果を得ることができる。

（実施の形態４）
実施の形態４は、トルク検出装置ＴＳを、図２において円Ｓ２にて示した位置に設けた例である。
すなわち、図１２に示すように、インナフレーム１３のステータ支持部１３ｃから、外径方向にモータケース１０１の円筒部１０１ａの内周に向けてキー係合部４３０のキー突起４３１が突出されている。
そして、この図１２に示す例では、モータケース１０１の縦壁部１０１ｂに、キー突起４３１と周方向に係合するキー溝４３２が、軸方向に凹んで形成されている。
また、図示は省略するが、キー突起４３１には、実施の形態１と同様に、ベース部に歪センサが設けられている。

したがって、この実施の形態４にあっても、モータジェネレータＭＧの駆動時には、その出力トルクに応じて、インナフレーム１３がモータケース１０１に対して、軸心Ｏを中心として周方向に変位する。これにより、実施の形態１と同様の作用により、モータジェネレータＭＧの出力トルクを検出することができる。

（実施の形態５）
実施の形態５は、図１３に示すように、一対のトルク検出装置ＴＳを、ギヤトレインＧＴの遊星歯車機構２０のリングギヤ（インターナルギヤ）２１とモータケース１０１との間に設けた例である。
なお、リングギヤ２１は、モータケース１０１とは別体に形成され、モータケース１０１の内周部に対して、セレーション結合により軸心Ｏを中心とする回転を規制される一方で、図示を省略した爪状の突起により軸方向で搖動可能に取り付けられている。

トルク検出装置ＴＳについて説明すると、図１４に示すように、リングギヤ２１の外周から外径方向にキー係合部５３０のキー突起５３１が突出して形成されている。なお、キー突起５３１は、実施の形態１と同様のベース部５３１ａ、柱部５３１ｂ、ラジアル方向面５３１ｃ，５３１ｃを備えている。
そして、ベース部５３１ａにおいて各ラジアル方向面５３１ｃ，５３１ｃに、歪センサ５３３が設置されている。

一方、モータケース１０１には、キー突起５３１と周方向に係合するキー溝５３２が、軸方向に延在されている。なお、図１３に示すように、キー突起５３１は、軸方向にはリングギヤ２１の略全長に亘って設けられており、かつ、キー溝５３２も、モータケース１０１の開口部分の軸方向の全長に亘って設けられている。

さらに、図１４に示すように、トルク検出装置ＴＳを、リングギヤ２１の周方向の対称となる２箇所に設けているが、さらに、周方向で、トルク検出装置ＴＳ，ＴＳの間に、回止め係合部５００を備えている。

この回り止め係合部５００は、リングギヤ２１から径方向に突出された係合突起５０１と、この係合突起５０１と周方向に係合可能にモータケース１０１に設けられた係合溝５０２と、を備えている。
そして、この係合突起５０１と係合溝５０２との間で周方向に設定された隙間ＣＬ７は、前述のキー突起５３１とキー溝５３２との周方向の隙間ＣＬ５よりも大きな寸法に設定されている。

（作用）
モータジェネレータＭＧの駆動時には、ロータ１２の回転が、モータ軸６から遊星歯車機構２０のピニオンキャリア２３に入力され、サンギヤ２２から駆動出力軸１０に出力される。
このとき、遊星歯車機構２０では、リングギヤ２１は、回転されないことから、モータケース１０１との間にトルク反力が作用し、モータケース１０１に対して、軸心Ｏを中心として周方向に変位する。
したがって、実施の形態１と同様に、キー突起５３１において生じた剪断方向の歪に基づいて、歪センサ５３３，５３３により、遊星歯車機構２０により伝達されるトルク、すなわち、駆動ユニットＷＤの出力トルクを検出することができる。

また、仮に、キー突起５３１あるいはキー溝５３２に変形が生じた場合、リングギヤ２１が隙間ＣＬ７の分だけ周方向に変位した後は、回り止め係合部５００における係合突起５０１と係合溝５０２とが係合し、その周方向の変位が規制される。

（実施の形態５の効果）
５−１）実施の形態５の駆動ユニットは、
駆動部の回転要素は、駆動源としてのモータジェネレータＭＧの回転伝達経路に設けられた遊星歯車機構２０であり、
前記回り止め部材は、遊星歯車機構２０のインターナルギヤとしてのリングギヤ２１であって、このリングギヤ２１がモータケース１０１に対して回り止めされていることを特徴とする。
実施の形態５では、遊星歯車機構２０の出力側のトルクを計測する。このため、検出値には、遊星歯車機構２０のギヤのフリクションなどの影響も加味でき、モータジェネレータＭＧの出力軸近傍のトルクを検出するよりも、駆動ユニットＷＤの出力トルクとしてより正確に計測できる。

５−２）実施の形態５の駆動ユニットは、
リングギヤ２１とモータケース１０１との間に、キー係合部５３０と並列に、リングギヤ２１から径方向に突出された係合突起５０１と、この係合突起５０１と周方向に係合可能にモータケース１０１に設けられた係合溝５０２と、を備えた回止め係合部５００を備え、
係合突起５０１と係合溝５０２との周方向の係合面の間に確保された周方向の隙間ＣＬ７は、キー係合部５３０においてキー突起５３１とキー溝５３２との間で周方向に確保された隙間ＣＬ５よりも大きな寸法に設定されていることを特徴とする。
したがって、通常はトルク検出装置ＴＳのキー係合部５３０によりトルク計測とリングギヤ２１の回転止めとの２つの機能を確保する。
また、万一、キー係合部５３０に変形などの異常が生じた場合には、回り止め係合部５００による係合突起５０１と係合溝５０２との係合により、リングギヤ２１の回り止めを行うことができ、駆動ユニットＷＤの確実な駆動を確保することができる。
なお、実施の形態５にあっても、上記１）５）６）と同様の構成に基づいて、同様の効果を得ることができる。

（実施の形態５の変形例）
次に、図１５、図１６、図１７により実施の形態５の変形例を説明する。
なお、以下の説明において、実施の形態５と共通する構成については説明を省略し、実施の形態５との相違点のみを説明する。

図１５に示す実施の形態５の変形例では、歪センサ６３３は、モータケース１０１に形成されたキー溝５３２に設置されている。
また、この例では、歪センサ６３３は、キー溝５３２のラジアル方向面５３２ｃと底面５３２ｄとが交わるコーナ部分に設置されている。

この変形例でも、モータジェネレータＭＧの駆動時には、キー突起５３１とキー溝５３２とが周方向に係合し、キー溝５３２のラジアル方向面５３２ｃおよび底面５３２ｄに歪が生じるのに応じ、駆動ユニットＷＤの出力トルクを検出することができる。
このように、歪センサ６３３を、キー係合部５３０において、モータケース１０１側のキー溝５３２に設けても、駆動ユニットＷＤの出力トルクを検出することが可能である。

図１６に示す実施の形態５の変形例では、歪センサ６３３ｂを、キー溝５３２の底面５３２ｄに設置した例である。
この変形例でも、モータジェネレータＭＧの駆動時には、キー突起５３１とキー溝５３２とが周方向に係合し、キー溝５３２の底面５３２ｄに剪断歪が生じるのに応じ、駆動ユニットＷＤの出力トルクを検出することができる。

図１７に示す実施の形態５の変形例では、キー係合部７３０は、モータケース１０１から内径方向にキー突起７３１と、リングギヤ２１の外周面から内径方向に凹まされて形成されたキー溝７３２と、を備えている。なお、キー突起７３１およびキー溝７３２は、実施の形態５と同様に、軸方向に延在されている。

そして、キー突起７３１のベース部７３１ａにおいて両ラジアル方向面７３１ｃ，７３１ｃに歪センサ７３３，７３３が設置されている。

したがって、モータジェネレータＭＧの駆動時には、キー突起７３１とキー溝７３２とが周方向に係合し、キー突起７３１に生じた剪断歪に基づいて、歪センサ７３３により駆動ユニットＷＤの出力トルクを検出することができる。

以上、本発明のトルク検出装置を実施の形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
例えば、実施の形態では、本発明の駆動ユニットとして、電動車両のインホイールモータを備えた駆動ユニットに適用した例を示した。しかしながら、この駆動ユニットとしては、モータジェネレータにより車輪を駆動させるものに限定されず、モータジェネレータ以外の駆動源を用いるものにも適用することができる。また、駆動部の一例として、遊星歯車機構を示したが、これに限定されず、種々のトルク伝達機構に適用することができる。
また、回転止部材としてのステータ支持部材において、径方向（ラジアル方向）に比べ、周方向の断面二次モーメントを小さくする形状として、貫通穴を設けたものを示したが、その形状としては、これに限定されない。例えば、図１８（ａ）に示すように、ステータ支持部材としてのインナフレーム１３の軸方向を向いた側面に、径方向に溝８０１を形成して周方向の断面二次モーメントを小さくしてもよい。あるいは、図１８（ｂ）に示すように、ステータ支持部材としてのインナフレーム１３の軸方向を向いた側面に、径方向にリブ８０２を形成することで、径方向（ラジアル方向）の強度を相対的に上げて、径方向（ラジアル方向）に比べ、周方向の断面二次モーメントを小さくする形状としてもよい。

１１ ステータ（駆動部）
１３ インナフレーム（回り止め部材：支持部材）
１３ｃ ステータ支持部
１３ｈ ケース固定部
１３ｐ 保護突起
２０ 遊星歯車機構
２１ リングギヤ（回り止め部材：インターナルギヤ）
３０ キー係合部
３１ キー突起
３１ｃ ラジアル方向面（係合面）
３２ キー溝
３２ｃ ラジアル方向面（係合面）
３３ 歪センサ（トルク検出部）
１０１ モータケース
１０１ｈ 保護突起
２１３ インナフレーム（回り止め部材：支持部材）
２３０ キー係合部
２３１ キー突起
２３２ キー溝
２３３ 歪センサ（トルク検出部）
３３０ キー係合部
３３１ キー突起
３３２ キー溝
３３３ 歪センサ（トルク検出部）
４３０ キー係合部
４３１ キー突起
４３２ キー溝
５００ 回り止め係合部
５０１ 係合突起
５０２ 係合溝
５３０ キー係合部
５３１ キー突起
５３２ キー溝
５３３ 歪センサ（トルク検出部）
６３３ 歪センサ（トルク検出部）
７３０ キー係合部
７３１ キー突起
７３２ キー溝
７３３ 歪センサ
ＧＴ ギヤトレイン
ＭＧ モータジェネレータ
ＴＳ トルク検出装置
Ｗ 車輪
ＷＤ 駆動ユニット

Claims (8)

1. ケースと、
   駆動源の駆動時に、出力に応じた駆動反力を受ける駆動部と、
   この駆動部を前記ケースに対して回り止めする回り止め部材と、
   この回り止め部材と前記ケースとの一方に設けられたキー突起、および前記回り止め部材と前記ケースとのもう一方に設けられて前記キー突起と周方向に係合可能な凹状に形成されたキー溝を備えたキー係合部と、
   このキー係合部に生じる前記駆動反力に応じた物理量を検出可能なトルク検出部と、
   を備えていることを特徴とする駆動ユニット。
2. 請求項１に記載の駆動ユニットにおいて、
   前記駆動部は、駆動源としてのモータのステータであり、
   前記回り止め部材は、前記ステータを支持するステータ支持部と、このステータ支持部と径方向に離れた位置で、前記ケースに固定されたケース固定部と、を備えて、前記ステータを前記ケースに対して片持ち支持する支持部材であることを特徴とする駆動ユニット。
3. 請求項２に記載の駆動ユニットにおいて、
   前記支持部材は、径方向に比べ周方向の断面二次モーメントが低い断面形状に形成されていることを特徴とする駆動ユニット。
4. 請求項１に記載の駆動ユニットにおいて、
   前記駆動部は、前記駆動源の回転伝達経路に設けられた遊星歯車機構であり、
   前記回り止め部材は、前記遊星歯車機構のインターナルギヤであって、このインターナルギヤが前記ケースに対して回り止めされていることを特徴とする駆動ユニット。
5. 請求項４に記載の駆動ユニットにおいて、
   前記インターナルギヤと前記ケースとの間に、前記キー係合部と並列に、前記インターナルギヤと前記ケースとの一方から径方向に突出された係合突起と、この係合突起と周方向に係合可能に前記インターナルギヤと前記ケースとのもう一方に設けられた係合溝と、を備えた回止め係合部を備え、
   前記係合突起と係合溝との周方向の係合面の間に確保された周方向の隙間は、前記キー係合部において前記キー突起と前記キー溝との間で周方向に確保された隙間よりも大きな寸法に設定されていることを特徴とする駆動ユニット。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の駆動ユニットにおいて、
   前記トルク検出部が、前記キー突起に設けられ、
   前記キー突起の周方向には、前記ケースと前記回り止め部材とのいずれか一方に、前記トルク検出部と径方向に重なるよう径方向に突出された保護突起が設置されていることを特徴とする駆動ユニット。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の駆動ユニットにおいて、
   前記トルク検出部は、１つの前記キー突起または１つの前記キー溝に対して、前記周方向の一対の係合面にそれぞれ１つ以上設けられていることを特徴とする駆動ユニット。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の駆動ユニットにおいて、
   前記キー係合部およびトルク検出部が、前記回転要素の回転中心軸に対して対称となる位置に複数設けられていることを特徴とする駆動ユニット。