JP2021076203A - 減速装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】大きな減速比を設定し、かつ簡素でコンパクトな減速装置を提供する。
【解決手段】入力部材2と出力部材3との間でトルクを伝達する歯車伝動機構5と、入力部材2、出力部材3、および、歯車伝動機構5の回転要素を回転可能に支持し、歯車伝動機構5の固定要素を回転不可能に固定する固定部材4とを備えた減速装置1において、歯車伝動機構5は、固定部材4に回転不可能に固定される第1リングギヤ12と、出力部材3と一体に回転する第2リングギヤ13と、第1リングギヤ12に噛み合う第1ピニオン14と、第1ピニオン14と一体に回転しかつ第2リングギヤ13に噛み合う第2ピニオン15と、各ピニオン14,15を自転および公転可能に保持しかつ入力部材2と一体に回転するキャリア17とを有し、第1リングギヤ12側のギヤ比と第2リングギヤ13側のギヤ比とを互いに異ならせ、入力部材2の回転速度に対して出力部材3の回転速度を減速する。
【選択図】図1

Description

この発明は、例えば、車両の駆動輪を車台に連結するためのハブ機構、あるいは、ハブベアリングとして機能しつつ、所定のアクチュエータから出力されたトルクを増幅して駆動輪に伝達する減速装置に関するものである。
車両の減速装置に関する発明が特許文献1および特許文献2に記載されている。特許文献1に記載に記載された減速装置は、駆動力源の出力軸の回転を減速しつつ、駆動トルクを駆動輪に伝達するいわゆるハブ減速機であって、シングルプラネタリ型の遊星歯車機構を用いて構成されている。具体的には、特許文献1に記載に記載された減速装置は、駆動力源の出力軸の外周部分に形成されたサンギヤと、内歯歯車のリングギヤと、サンギヤおよびリングギヤに噛み合う複数のピニオン(プラネタリギヤ)を自転および公転が可能なように保持するキャリアとを備えている。リングギヤは回転不可能に固定されている。そして、キャリアに駆動輪のホイールが取り付けられている。そのため、減速装置の遊星歯車機構は、サンギヤが入力要素となり、キャリアが出力要素となり、リングギヤが反力要素となっており、サンギヤの回転速度に対してキャリアの回転速度が減速する。したがって、減速装置は、駆動力源の出力トルクを増幅して駆動輪に伝達する。
特許文献2に記載に記載された減速装置は、減速機一体型のハブ機構、すなわち、ハブ減速機であり、複数の遊星歯車機構(あるいは、差動歯車機構)を組み合わせたいわゆる複合遊星歯車機構から構成されている。具体的には、特許文献2に記載に記載された減速装置は、車軸(動力源の出力軸)と一体化された第1サンギヤと、第1サンギヤの外周側に配置されて第1サンギヤに噛み合うショートピニオンと、ショートピニオンの外周側に配置されてショートピニオンに噛み合い、かつ、ショートピニオンよりも軸長が長いロングピニオンと、第1サンギヤと同一の回転軸線上に設けられ、ロングピニオンが公転する旋回円の内周側でロングピニオンに噛み合い、かつ、ロングピニオンギヤに反力を付与する第2サンギヤと、ショートピニオンおよびロングピニオンを自転および公転が可能なように保持するキャリアとを備えている。そして、キャリアがホイールハブになっている。すなわち、キャリアに駆動輪のホイールが取り付けられる。また、この特許文献2の「図2」および「図3」には、2組の複合遊星歯車機構を組み合わせた形態の減速装置が開示されている。
特開2005−308111号公報 特開2019−60480号公報
上記の特許文献1に記載された減速装置は、1組の遊星歯車機構から構成されており、その減速装置で得られる減速比は、適用する遊星歯車機構のギヤ比に応じて決まる。したがって、特許文献2に記載された減速装置のように、複合遊星歯車機構、もしくは、複数組の遊星歯車機構または複数組の複合遊星歯車機構を用いて減速装置を構成することにより、より大きな減速比を設定できる。例えば、特許文献2の「図2」の例では、上記のように反力要素として機能する第2サンギヤの回転速度を、2組目の複合遊星歯車機構により、車軸の回転速度に対して減速させるように構成されている。そのため、単体の遊星歯車機構、あるいは、1組のみの複合遊星歯車機構で減速装置を構成した場合と比較して、より大きい減速比を設定できる。すなわち、より大きなトルクの増幅作用を得ることができる。
但し、特許文献2に記載された減速装置では、複合遊星歯車機構のサンギヤと噛み合っているショートピニオンの外周部分に、ロングピニオンが配列されている。そのため、リングギヤを省いた構成の複合遊星歯車機構を用いているものの、結局、減速装置の大径化を招いてしまう。もしくは、減速装置を十分に小径化することができない。また、複合遊星歯車機構を用いることによって構造が複雑になり、歯車やその他の構成部材の部品点数が増大してしまう。例えば、特許文献2の「図2」の例では、1組の複合遊星歯車機構につき、プラネタリギヤ(ショートピニオンおよびロングピニオン)を周方向に4組配列するとすれば、少なくとも、4個のサンギヤ、8個のショートピニオン、および、8個のロングピニオンの、合計20個の歯車が必要になる。
このように、例えば車両のハブ機構としても機能する減速装置を、複合遊星歯車機構を用いて大きな減速比を確保しつつ、小型化および簡素化して構成するには、未だ改良の余地があった。
この発明は上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、大きな減速比を設定することができ、なおかつ、簡素な構成でコンパクトな減速装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、この発明は、入力部材と、出力部材と、前記入力部材と前記出力部材との間でトルクを伝達する歯車伝動機構と、前記入力部材および前記出力部材ならびに前記歯車伝動機構の回転要素をいずれも回転可能に支持するとともに、前記歯車伝動機構の固定要素を回転不可能に固定する固定部材と、を備え、前記入力部材に入力されるトルクを増幅して前記出力部材に伝達する減速装置において、前記歯車伝動機構は、前記固定部材に回転不可能に固定される内歯歯車の第1リングギヤ(固定要素)と、前記第1リングギヤと同一の回転軸線上に配置され、前記出力部材に連結されて前記出力部材と一体に回転する内歯歯車の第2リングギヤ(回転要素)と、前記第1リングギヤに噛み合っている第1ピニオンと、前記第1ピニオンと同一の回転軸線上に配置され、前記第1ピニオンと一体に回転するとともに、前記第2リングギヤに噛み合っている第2ピニオンと、前記第1ピニオンおよび前記第2ピニオンを共に回転可能に支持するピニオン軸と、前記ピニオン軸を支持して前記第1ピニオンおよび前記第2ピニオンを共に自転および公転が可能なように保持し、かつ、前記入力部材に連結されて前記入力部材と一体に回転するキャリア(回転要素)と、を有し、前記第1リングギヤと前記第1ピニオンとの間のギヤ比と、前記第2リングギヤと前記第2ピニオンとの間のギヤ比とが互いに異なっており、前記入力部材の回転速度に対して前記出力部材の回転速度を減速することを特徴とするものである。
また、この発明では、前記第1リングギヤの歯数と前記第2リングギヤの歯数とが互いに異なっており、前記第1ピニオンの歯数と前記第2ピニオンの歯数とが互いに等しい。
また、この発明では、前記第1リングギヤの歯数と前記第2リングギヤの歯数とが互いに等しく、前記第1ピニオンの歯数と前記第2ピニオンの歯数とが互いに異なっている。
また、この発明では、前記第1リングギヤの歯数と前記第2リングギヤの歯数とが互いに異なっており、前記第1ピニオンの歯数と前記第2ピニオンの歯数とが互いに異なっている。
また、この発明では、前記入力部材は、車両のアクチュエータの出力トルクが伝達される入力軸となっており、前記出力部材は、前記車両のホイールが取り付けられて前記ホイールと一体に回転する出力ハブとなっており、前記固定部材は、前記車両の車台または前記アクチュエータのハウジングに取り付けられて回転不可能に固定される固定ハブとなっており、前記車両の駆動輪を前記車台に連結するためのハブ機構(ハブベアリング)を構成している。
また、この発明では、前記固定ハブは、前記車台に連結されており、前記アクチュエータは、前記車台に配置され、前記出力トルクを、ドライブシャフトを介して、前記入力軸に伝達する。
また、この発明では、前記固定ハブは、前記ハウジングに取り付けられ、前記アクチュエータと共に、前記車台に連結されており、前記アクチュエータは、前記ホイールの内周部分に配置され、前記出力トルクを、直接、前記入力軸に伝達する。
そして、この発明では、前記アクチュエータは、駆動トルクを出力するエンジン、もしくは、駆動トルクおよび回生トルクを出力する電気モータ、もしくは、制動トルクを出力する(または、発生する)ブレーキ装置の少なくともいずれかである。
この発明の減速装置では、第1ピニオンおよび第2ピニオンが、それぞれ、第1リングギヤおよび第2リングギヤの内周の内歯歯車部分を自転かつ公転するいわゆるプラネタリギヤになっている。したがって、第1リングギヤ、第2リングギヤ、第1ピニオン、第2ピニオン、ならびに、第1ピニオンおよび第2ピニオンをプラネタリギヤとして保持するキャリアは、一種の複合遊星歯車機構を形成している。そのような複合遊星歯車機構によって構成される歯車伝動機構は、第1リングギヤが固定要素となり、第2リングギヤおよびキャリアが回転要素となっている。第1リングギヤは、固定部材によって回転不可能に固定されるとともに、第1ピニオンと噛み合って、第1ピニオンに反力を付与する。第1ピニオンと第2ピニオンとは、ピニオン軸上で一体になって回転する。それら第1ピニオンおよび第2ピニオンを保持するキャリアは、入力部材と一体になって回転する。第2ピニオンと噛み合っている第2リングギヤは、出力部材と一体になって回転する。そして、この発明の減速装置では、第1リングギヤおよび第1ピニオンによるギヤ対のギヤ比と、第2リングギヤおよび第2ピニオンによるギヤ対のギヤ比とを、互いに異ならせている。例えば、第1リングギヤの歯数と第2リングギヤの歯数とを互いに異ならせることにより、あるいは、第1ピニオンの歯数と第2ピニオンの歯数とを互いに異ならせることにより、あるいは、第1リングギヤの歯数と第2リングギヤの歯数とを互いに異ならせ、かつ、第1ピニオンの歯数と第2ピニオンの歯数とを互いに異なせることにより、上記のような各ギヤ比を互いに異ならせることができる。すなわち、各リングギヤの歯数および各ピニオンの歯数をそれぞれ調整することにより、容易に、上記のような各ギヤ比を互いに異ならせることができる。
仮に、第1リングギヤ側のギヤ比と第2リングギヤ側のギヤ比とが等しくなるように構成したとすると、入力部材と出力部材との間の減速比は無限大になる。その場合、第1リングギヤが回転不可能な固定要素であることにより、実質的に、第2リングギヤすなわち出力部材も回転不可能な状態になってしまう。それに対して、この発明の減速装置では、上記のように第1リングギヤ側のギヤ比と第2リングギヤ側のギヤ比とを互いに異ならせることにより、入力部材と出力部材との間の減速比が無限大になってしまう状態を回避しつつ、相対的に大きな減速比を設定できる。各ギヤ比の間の差が大きくなると減速比は小さくなる。したがって、各ギヤ比の間の差を小さくするほど、大きい減速比を設定できる。
また、この発明の減速装置における歯車伝動機構は、上記のようにサンギヤを備えていないタイプの複合遊星歯車機構から構成される。そのため、中心部の回転軸線上にサンギヤを配置する必要がないので、歯車伝動機構の小径化を図り、減速装置の全体としての構成を小型化することができる。更に、使用する歯車の個数も抑制できる。したがって、この発明によれば、大きな減速比を設定することができ、なおかつ、簡素でコンパクトな減速装置を構成することができる。なお、この発明の減速装置における“減速比”は、入力部材の回転速度に対する出力部材の回転速度の比率を示している。
また、この発明の減速装置は、車両に適用して、ハブ機構(あるいは、ハブベアリング)として機能させることができる。具体的には、入力部材を入力軸として形成し、その入力軸と車両のアクチュエータの出力軸とを連結する。出力部材を、例えば、ホイールとの連結用のフランジを設けた出力ハブとして形成し、その出力ハブに車両のホイールを取り付ける。固定部材を、例えば、サスペンション機構との連結用のフランジを設けた固定ハブとして形成し、その固定ハブを車両の車台に連結して固定する。あるいは、固定部材を、例えば、モータケースとの連結用のフランジを設けた固定ハブとして形成し、その固定ハブを車両のアクチュエータのハウジングに取り付けて固定する。したがって、この発明の減速装置によって、車両の駆動輪を車台に連結するためのハブ機構(ハブベアリング)を構成できる。
上記のように、この発明の減速装置をハブ機構(ハブベアリング)として機能させ、例えばサスペンション機構を介して、車両の車台に連結する。そして、車台上に配置されたアクチュエータの出力軸を、ドライブシャフトを介して、減速装置の入力軸および駆動輪に連結する。それにより、この発明の減速装置を用いた、いわゆるオンボードタイプの動力ユニットを構成することができる。この発明の減速装置は、小径化を図りコンパクトに構成できるので、駆動輪のホイール内に容易に配置できる。加えて、この発明の減速装置による高減速比の減速作用、すなわち、大きなトルク増幅作用により、アクチュエータの小型化および軽量化を図ることができる。ひいては、車両の軽量化を図るとともに、車台上のスペースを確保し、車両設計の自由度を高めることができる。
また、この発明の減速装置をハブ機構として機能させ、アクチュエータと一体にして、例えばサスペンション機構を介して、車両の車台に連結する。それにより、この発明の減速装置を用いた、いわゆるインホイールタイプの動力ユニットを構成することができる。この発明の減速装置は、小径化を図りコンパクトに構成できるので、駆動輪のホイール内に容易に配置できる。そして、この発明の減速装置による高減速比の減速作用、すなわち、大きなトルク増幅作用により、アクチュエータの小型化および軽量化を図ることができる。したがって、この発明の減速装置と共に、例えばモータやブレーキ装置などのアクチュエータを、駆動輪のホイール内に容易に配置できる。例えば、ホイール内に駆動力源となるモータを配置したいわゆるインホイールモータを容易にかつ適切に構成することができる。
そして、この発明の減速装置は、例えば、エンジン、電気モータ、または、ブレーキ装置の少なくともいずれかをアクチュエータとして、上記のような、オンボードタイプの動力ユニット、あるいは、インホイールタイプの動力ユニットを構成することができる。例えば、この発明の減速装置と共に、小型・軽量化したモータをアクチュエータとしてホイール内に搭載することにより、いわゆるばね下荷重を抑えた好適なインホイールモータを構成することができる。また、特に、アクチュエータとして、電気モータおよびブレーキ装置を併用する場合に、それら電気モータが出力する回生トルク、および、ブレーキ装置が発生する制動トルクを、この発明の減速装置を介してタイヤに伝達することにより、それら回生トルクによる制動時の着力点と、制動トルクによる制動時の着力点とを一致させることができる。そのため、制動時の車両姿勢を安定させることができる。
この発明の減速装置の構成を説明するための断面図である。 この発明の減速装置を車両用の減速機能付きハブ機構(ハブベアリング)として構成した例を説明するための図であって、特に、この発明の減速装置を用いてオンボードタイプの動力ユニットを構成した例を示す図である。 この発明の減速装置を車両用の減速機能付きハブ機構(ハブベアリング)として構成した例を説明するための図であって、特に、この発明の減速装置を用いてインホイールタイプの動力ユニットを構成した例を示す図である。
この発明の実施形態を、図を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、この発明を具体化した場合の一例に過ぎず、この発明を限定するものではない。
この発明を適用した減速装置の一例を図1に示してある。この発明の実施形態における減速装置1は、主要な構成要素として、入力部材2、出力部材3、固定部材4、および、歯車伝動機構5を備えている。
入力部材2は、外部のアクチュエータ(図示せず)から出力されるトルクが伝達される。入力部材2は、例えば、アクチュエータの出力軸(図示せず)が連結されるハブ形状あるいは軸形状の回転部材として形成される。図1に示す例では、入力部材2は、中実の回転軸部材によって形成されている。入力部材2は、一方(図1の右側)の端部が減速装置1の端部に突出しており、例えば、電気モータ(図示せず)が出力する駆動トルクまたは回生トルク、あるいは、ブレーキ装置(図示せず)が発生する制動トルクが伝達される。エンジン(内燃機関)(図示せず)が出力する駆動トルクを、この減速装置1の入力部材2に伝達してもよい。入力部材2は、後述するベアリング7,11を介して、固定部材4に支持されている。入力部材2は、出力部材3および固定部材4のいずれとも相対回転可能になっている。
出力部材3は、外部の回転部材(図示せず)にトルクを伝達する。出力部材3は、例えば、車輪(図示せず)や回転軸(図示せず)などが連結されるハブ形状あるいは軸形状の回転部材として形成される。図1に示す例では、出力部材3は、フランジ3aが設けられた中空の回転部材によって形成されている。フランジ3aは、出力部材3の一方(図1の左側)の端部の外周部分に形成されている。フランジ3aには、締結用のボルト6を通す貫通穴3bが形成されている。出力部材3の他方(図1の右側)に形成した中空部3cは、後述するベアリング7,11を介して、固定部材4に支持されている。また、出力部材3は、その中空部3cの内周の空間に、固定部材4および歯車伝動機構5を収容する。すなわち、出力部材3の中空部3cは、この減速装置1のケースまたはハウジングとして機能している。出力部材3は、フランジ3a側の端部の中心部分に設けたベアリング7を介して、入力部材2を回転可能に支持している。出力部材3は、入力部材2および固定部材4のいずれとも相対回転可能になっている。
固定部材4は、入力部材2、および、出力部材3を回転可能に支持する。また、固定部材4は、歯車伝動機構5の回転要素(後述する第2リングギヤ13、および、キャリア17)を回転可能に支持する。更に、固定部材4は、歯車伝動機構5の固定要素(後述する第1リングギヤ12)を回転不可能に固定する。固定部材4は、例えば、サスペンション機構(図示せず)やモータのハウジング(図示せず)などに連結するハブ形状の部材として形成される。図1に示す例では、固定部材4は、フランジ4aが設けられた中空の回転部材によって形成されている。フランジ4aは、固定部材4の一方(図1の右側端部)端部の外周部分に形成されている。フランジ4aには、締結用のボルト8を通す貫通穴4bが形成されている。固定部材4の他方(図1の左側)に形成した中空部4cは、その中空部4cの内周の空間に、歯車伝動機構5の一部を収容する。固定部材4は、中空部4cの外周に設けられた2個のベアリング9,10を介して、出力部材3を回転可能に支持している。また、固定部材4は、フランジ4a側の端部の中心部分に設けたベアリング11を介して、入力部材2を回転可能に支持している。固定部材4は、入力部材2および出力部材3のいずれとも相対回転可能になっている。
歯車伝動機構5は、構成要素として、第1リングギヤ12、第2リングギヤ13、第1ピニオン14、第2ピニオン15、ピニオン軸16、および、キャリア17を有している。歯車伝動機構5は、上記の各構成要素によって、一種の複合遊星歯車機構を形成している。
第1リングギヤ12は、内歯歯車として形成されている。第1リングギヤ12は、固定部材4に回転が不可能なように固定されている。具体的には、固定部材4の中空部4cの内周部分に、内歯歯車の第1リングギヤ12が取り付けられている。あるいは、固定部材4の中空部4cの内周部分に、第1リングギヤ12が固定部材4と一体に形成されている。したがって、第1リングギヤ12は、固定部材4によって回転が規制されており、歯車伝動機構5の固定要素となっている。
第2リングギヤ13は、内歯歯車として形成されている。第2リングギヤ13は、第1リングギヤ12と同一の回転軸線AL上に配置されている。第2リングギヤ13は、出力部材3と一体になって回転する。具体的には、出力部材3の中空部3cの内周部分に、内歯歯車の第2リングギヤ13が取り付けられている。あるいは、出力部材3の中空部3cの内周部分に、第2リングギヤ13が出力部材3と一体に形成されている。したがって、第2リングギヤ13は、出力部材3と共に固定部材4に相対回転可能に支持されており、歯車伝動機構5の回転要素となっている。
第1ピニオン14および第2ピニオン15は、いずれも、小径の外歯歯車であり、第1ピニオン14は、第1リングギヤ12に噛み合っている。第2ピニオン15は、第2リングギヤ13に噛み合っている。第1ピニオン14は、ピニオン軸16の一方(図1の右側)の端部付近に固定されており、ピニオン軸16と一体になって回転する。第2ピニオン15は、ピニオン軸16の他方(図1の左側)の端部付近に固定されており、ピニオン軸16と一体になって回転する。すなわち、第1ピニオン14、および、第2ピニオン15、ならびに、ピニオン軸16は、いずれも、同一の(ピニオン軸16の)回転軸線上に配置されており、互いに、一体となって回転する。
キャリア17は、第1ピニオン14および第2ピニオン15を共に自転および公転が可能なように保持する。具体的には、キャリア17は、第1ピニオン14および第2ピニオン15を固定したピニオン軸16の両端を回転可能に支持している。それと共に、キャリア17は、入力部材2に一体となって回転する。具体的には、キャリア17は、ピニオン軸16の一方(図1の右側)の端部を支持する第1アーム17aと、ピニオン軸16の他方(図1の左側)の端部を支持する第2アーム17bとを有している。第1アーム17aおよび第2アーム17bは、それぞれ、入力部材2に取り付けられており、入力部材2に一体となって回転する。そのため、入力部材2と共にキャリア17が回転することにより、第1ピニオン14および第2ピニオン15は、ピニオン軸16上を自転しつつ、それぞれ、第1リングギヤ12および第2リングギヤ13の内周を公転する。したがって、キャリア17は、ピニオン軸16を支持して、第1ピニオン14および第2ピニオン15を共に自転および公転が可能なように保持している。また、キャリア17は、入力部材2に一体となって回転し、歯車伝動機構5の回転要素となっている。
上記のように、第1ピニオン14および第2ピニオン15は、キャリア17よって自転および公転が可能なように保持されている。したがって、歯車伝動機構5は、いわゆるサンギヤを有していないものの、第1ピニオン14および第2ピニオン15が、それぞれ、第1リングギヤ12および第2リングギヤ13の内周部分を自転かつ公転するいわゆるプラネタリギヤとなって、一種の複合遊星歯車機構を構成している。
なお、この発明の実施形態における歯車伝動機構5は、上記のような第1ピニオン14および第2ピニオン15ならびにピニオン軸16によるプラネタリギヤセットを、少なくとも1組備えていればよい。図1では、2組のプラネタリギヤセットを示してある。プラネタリギヤセットにより、各リングギヤ12,13をそれらの内周面側から支持することを考慮すると、各リングギヤ12,13の円周方向に等間隔で、少なくとも3組のプラネタリギヤセットを設けることが好ましい。
前述したように、この発明の実施形態における減速装置1は、大きな“減速比”を設定することができ、なおかつ、簡素な構成で小型化を図ることを目的としている。そのために、この減速装置1の歯車伝動機構5は、第1リングギヤ12と第1ピニオン14との間のギヤ比(第1ギヤ比u)と、第2リングギヤ13と第2ピニオン15との間のギヤ比(第2ギヤ比u)とを互いに異ならせて、入力部材2の回転速度に対して出力部材3の回転速度が減速するように構成されている。なお、この発明の実施形態では、減速装置1の“減速比”を、入力部材2の回転速度に対する出力部材3の回転速度の比率として定義する。
具体的には、第1リングギヤ12の歯数と第2リングギヤ13の歯数とを互いに異ならせ、第1ピニオン14の歯数と第2ピニオン15の歯数とを互いに等しくすることにより、上記のような第1ギヤ比uと第2ギヤ比uとを互いに異ならせることができる。あるいは、第1リングギヤ12の歯数と第2リングギヤの歯数とを互いに等しくし、第1ピニオン14の歯数と第2ピニオン15の歯数とを互いに異ならせることにより、上記のような第1ギヤ比uと第2ギヤ比uとを互いに異ならせることができる。あるいは、第1リングギヤ12の歯数と第2リングギヤ13の歯数とを互いに異ならせ、第1ピニオン14の歯数と第2ピニオン15の歯数とを互いに異ならせることにより、上記のような第1ギヤ比uと第2ギヤ比uとを互いに異ならせることができる。すなわち、各リングギヤ12,13の歯数および各ピニオン14,15の歯数をそれぞれ調整することにより、容易に、上記のような第1ギヤ比uと第2ギヤ比uとを互いに異ならせることができる。
この発明の実施形態における減速装置1では、第1リングギヤ12と第1ピニオン14との間のギヤ比を、第1リングギヤ12側すなわち固定要素側の第1ギヤ比uとし、第1リングギヤ12の歯数に対する第1ピニオン14の歯数の比率として定義する。また、第2リングギヤ13と第2ピニオン15との間のギヤ比を、第2リングギヤ13側すなわち出力・回転要素側の第2ギヤ比uとし、第2リングギヤ13の歯数に対する第2ピニオン15の歯数の比率として定義する。
したがって、第1ピニオン14の歯数をzP1、第1リングギヤ12の歯数をzR1とすると、固定要素側の第1ギヤ比uは、
=zP1/zR1
となる。同様に、第2ピニオン15の歯数をzP2、第2リングギヤ13の歯数をzR2とすると、出力・回転要素側の第2ギヤ比uは、
=zP2/zR2
となる。
例えば、図1に示す例では、図中に括弧内の数値で示すように、第1リングギヤ12の歯数が“45”、第2リングギヤ13の歯数が“50”、ならびに、第1ピニオン14の歯数および第2ピニオン15の歯数がいずれも“17”となっている。この場合、第1ギヤ比uは、
=17/45≒0.38
となる。同様に、第2ギヤ比uは、
=17/50=0.34
となる。このように、第1リングギヤ12の歯数zR1と第2リングギヤ13の歯数zR2とを互いに異ならせていることにより、固定要素側の第1ギヤ比uと出力・回転要素側の第2ギヤ比uとが互いに異なっている。
図1に示すように構成された歯車伝動機構5の減速比、すなわち、減速装置1の減速比Rは、第1リングギヤ12の歯数をzR1、第2リングギヤ13の歯数をzR2、第1ピニオン14の歯数をzP1、第2ピニオン15の歯数をzP2とすると、理論上、下記の演算式から算出できる。
R=1/{1−(zR1/zP1)×(zP2/zR1)}
したがって、上記の例のように、第1リングギヤ12の歯数zR1が“45”、第2リングギヤ13の歯数zR2が“50”であり、第1ピニオン14の歯数zP1、および、第2ピニオン15の歯数zP2がいずれも“17”である場合は、減速比Rは、
R=1/{1−(45/17)×(17/50)}=10
となる。
更に、例えば、第1リングギヤ12の歯数zR1を“48”、第2リングギヤ13の歯数zR2を“50”とし、第1ピニオン14の歯数zP1、および、第2ピニオン15の歯数zP2をいずれも“17”とした場合には、減速比Rは、
R=1/{1−(48/17)×(17/50)}=25
となる。従来の一般的な遊星歯車機構で得られる減速比が概ね4から10程度であることと比較して、相対的に、大きな減速比Rを設定することができる。
上記のように、例えば、第1ピニオン14の歯数zP1と第2ピニオン15の歯数zP2とを互いに等しく設定した場合は、第1リングギヤ12の歯数zR1と第2リングギヤ13の歯数zR2と互いに異ならせることにより、相対的に大きな減速比Rを設定できる。その場合、第1リングギヤ12の歯数zR1と第2リングギヤ13の歯数zR2との差が小さいほど、減速比Rは大きくなる。
したがって、減速比Rは、第1リングギヤ12の歯数zR1と第2リングギヤ13の歯数zR2との差が“1”の場合に最大となる。例えば、上記の例のように第1ピニオン14の歯数zP1、および、第2ピニオン15の歯数zP2をいずれも“17”とし、第2リングギヤ13の歯数zR2を“50”とした場合は、第1リングギヤ12の歯数zR1を“49”として、歯数zR1と歯数zR2との差が“1”となるように設定することにより、減速比Rは、
R=1/{1−(49/17)×(17/50)}=50
となる。この減速比R(=50)は、上記のように各歯数zP1,zP2,zR2を設定した場合の最大値となる。
仮に、第1リングギヤ12の歯数zR1と第2リングギヤ13の歯数zR2との差を“0”にすると、すなわち、歯数zR1と歯数zR2とを互いに等しく設定すると、理論上、減速比Rは無限大になる。言い換えると、固定要素側の第1ギヤ比uと出力・回転要素側の第2ギヤ比uとが等しくなると、減速比Rは無限大になってしまう。そのような場合には、第1リングギヤ12が回転不可能な固定要素であることにより、実質的に、第2リングギヤ13すなわち出力部材3も回転不可能な状態になってしまう。それに対して、この発明の実施形態における減速装置1では、上記のように、固定要素側の第1ギヤ比uと出力・回転要素側の第2ギヤ比uとを互いに異ならせている。そのため、減速比Rが無限大になってしまう状態を回避しつつ、相対的に大きな減速比Rを設定できる。上記の例から分かるように、第1ギヤ比uと第2ギヤ比uとの差が大きくなると減速比Rは小さくなる。したがって、第1ギヤ比uと第2ギヤ比uとの差が“0”にならない範囲で、それら第1ギヤ比uと第2ギヤ比uとの差を小さくするほど、大きい減速比Rを設定できる。
また、この発明の実施形態における減速装置1では、歯車伝動機構5が、上記のようにサンギヤを備えていないタイプの複合遊星歯車機構から構成される。そのため、中心部の回転軸線上にサンギヤを配置する必要がないので、サンギヤの配置スペースを削減して、歯車伝動機構5の小径化を図ることができる。その結果、減速装置1の全体としての構成を小型化することができる。
更に、この発明の実施形態における減速装置1によれば、使用する歯車の個数を抑制できる。図1に示す例では、歯車伝動機構5は、第1ピニオン14および第2ピニオン15ならびにピニオン軸16によるプラネタリギヤセットを、第1リングギヤ12および第2リングギヤ13の周方向に4組配列する場合、1個の第1リングギヤ12、1個の第2リングギヤ13、4個の第1ピニオン14、および、4個の第2ピニオン15の、合計10個の歯車を用いて構成される。前述した特許文献2の「図2」の減速装置が合計20個の歯車を用いていることと比較して、使用する歯車の個数を半減することができる。また、前述した特許文献1に記載された1組の遊星歯車機構から構成される減速装置と比較し、同程度の個数の歯車を用いて、より大きい減速比を設定できる。
したがって、この発明の実施形態における減速装置1によれば、大きな減速比を設定することができ、なおかつ、簡素な構造でかつ小径化を図ったコンパクトな減速装置1を構成することができる。
この発明の実施形態における減速装置1を車両に適用して、減速機能付きハブ機構(ハブベアリング)を構成した例を、以下の図2および図3に示してある。
図2に示す減速装置1は、いわゆるオンボードタイプの動力ユニット21において、減速機能付きハブ機構(ハブベアリング)を構成している。動力ユニット21は、車両Veに搭載されて、少なくとも駆動トルクまたは制動トルクを発生する。図2に示す例では、動力ユニット21は、主要な構成要素として、アクチュエータ22、入力ギヤ23、差動装置24、ドライブシャフト25、および、ハブベアリング26を備えている。
アクチュエータ22は、車両Veを駆動するための駆動トルク、もしくは、車両Veを制動するための制動トルクまたは回生トルクを発生する。アクチュエータ22は、例えば、エンジン(内燃機関)、もしくは、電気モータ、もしくは、ブレーキ装置の少なくともいずれかによって構成される。図2に示す例では、アクチュエータ22として、電気モータ22a、ブレーキ装置22b、および、パーキングブレーキ装置22cを有している。
電気モータ22aは、電気エネルギを回転エネルギ(トルク)に変換して駆動トルクを出力する。それと共に、電気モータ22aは、外部からのトルクを受けて発電する際に発生する抵抗力(回生トルク)を利用して、車両Veを制動する回生ブレーキとしても機能する。電気モータ22aは、例えば、永久磁石式の同期モータ、あるいは、誘導モータなどによって構成される。
ブレーキ装置22bは、制動トルクを発生する。ブレーキ装置22bは、例えば、通電されることにより発生する磁気吸引力を利用して所定の回転部材を制動する励磁作動型の電磁ブレーキによって構成される。あるいは、従来、車両に搭載される一般的な油圧ブレーキ機構を用いてもよい。パーキングブレーキ装置22cは、特に、車両Veの停止時に制動トルクを発生する。
パーキングブレーキ装置22cは、車両VeのメインスイッチがOFFになる状態でも車両Veの制動力を維持できるように構成されている。例えば、電動モータによって駆動される送りねじ機構を用いて摩擦制動力を発生させる電動ブレーキによって構成される。なお、図2に示す例では、ブレーキ装置22bおよびパーキングブレーキ装置22cは、それぞれ発生させた制動トルクを車輪(図示せず)側へ出力するための出力軸(図示せず)を兼用している。
入力ギヤ23は、入力ギヤ23を支持して入力ギヤ23と一体に回転する入力ギヤ軸23aを有している。入力ギヤ23および入力ギヤ軸23aは、動力ユニット21のケース27内に収容されており、ケース27に回転可能に支持されている。入力ギヤ軸23aの両端部は、ケース27から外部に突出しており、それら入力ギヤ軸23aの両端部に、アクチュエータ22が連結されている。図2に示す例では、入力ギヤ軸23aの一方(図2の右側)の端部に、電気モータ22aの出力軸(図示せず)が連結されている。入力ギヤ軸23aの他方(図2の左側)の端部には、ブレーキ装置22bおよびパーキングブレーキ装置22cの出力軸(図示せず)が連結されている。そして、入力ギヤ23は、後述する差動装置24のデファレンシャルリングギヤ24aに噛み合っている。
差動装置24は、例えば、従来、車両に搭載される一般的なデファレンシャルギヤ機構によって構成されており、デファレンシャルリングギヤ24a、および、出力軸24bを有している。差動装置24は、上記の入力ギヤ23と共に、ケース27内に収容されている。デファレンシャルリングギヤ24aおよび出力軸24bは、それぞれ、ケース27に回転可能に支持されている。デファレンシャルリングギヤ24aは、入力ギヤ23に噛み合っており、アクチュエータ22からのトルクが伝達される。出力軸24bは、図2に示すように、車両Veの車幅方向の左右に、ケース27から外部に突出している。各出力軸24bは、それぞれ、ドライブシャフト25に連結しており、ドライブシャフト25を介してハブベアリング26との間でトルクを伝達する。なお、この差動装置24として、例えば、本出願人が特願2019ー160039号で提案しているようなトルクベクタリング装置を適用することもできる。
ドライブシャフト25は、差動装置24とハブベアリング26との間でトルクを伝達する。ドライブシャフト25は、図2に示すように、車両Veの車幅方向の左右二箇所に設けられている。例えば、図2の左側に示すドライブシャフト25は、一方(図2の右側)の端部が差動装置24の出力軸24bに連結され、他方(図2の左側)の端部が、後述するハブベアリング26の入力軸29に連結されている。
ハブベアリング26は、車輪を回転可能に支持すると共に、車輪を車台28に連結する。ハブベアリング26は、図2に示すように、車両Veの車幅方向の左右二カ所に設けられている。ハブベアリング26は、この発明の実施形態における減速装置1によって構成されている。図2に示す例では、減速装置1の入力部材2は、アクチュエータ22の出力トルクが伝達される入力軸29となっている。出力部材3は、車輪にトルクを伝達する出力ハブ30となっている。固定部材4は、車台28に固定される固定ハブ31となっている。
入力軸29は、ドライブシャフト25を介して、差動装置24の出力軸24bに連結されている。それら入力軸29、ドライブシャフト25、および、出力軸24bは一体に回転する。出力ハブ30は、車輪のホイール32が取り付けられ、ホイール32と一体に回転する。すなわち、出力ハブ30のフランジ3aがいわゆるホイールハブとなり、フランジ3aとホイール32とがボルト締結されている。固定ハブ31は、例えばサスペンション機構(図示せず)を介して、車台28に取り付けられて、回転不可能に固定される。具体的には、固定ハブ31のフランジ4aと、サスペンション機構に設けられたフランジ部33とがボルト締結されている。
したがって、この図2に示す例では、減速装置1は、車両Veの駆動輪を車台28に連結するためのハブ機構であって、車台28上に配置したアクチュエータ22(あるいは動力源)が発生するトルクをドライブシャフト25を介して駆動輪に伝達する、いわゆるオンボードタイプの動力ユニット21を構成している。
上記のように、この発明の実施形態における減速装置1をハブベアリング26として機能させて、駆動輪を車台28に連結することにより、減速装置1を用いたオンボードタイプの動力ユニット21を構成することができる。前述したように、減速装置1は、小径化を図りコンパクトに構成できるので、ホイール32の内周部分に容易に配置できる。また、減速装置1による高減速比の減速作用、すなわち、大きなトルク増幅作用により、アクチュエータ22や動力源の小型化および軽量化を図ることができる。ひいては、車両Veの軽量化を図るとともに、車台28上のスペースを確保し、車両設計の自由度を高めることができる。
図3に示す減速装置1は、いわゆるインホイールタイプの動力ユニット41において、減速機能付きハブ機構(ハブベアリング)を構成している。動力ユニット41は、車輪42のホイール43の内周部分に配置されて、少なくとも駆動トルクまたは制動トルクを発生する。図3に示す例では、動力ユニット41は、アクチュエータ44、および、ハブベアリング45を備えている。
アクチュエータ44は、車両Veを駆動するための駆動トルク、もしくは、車両Veを制動するための制動トルクまたは回生トルクを発生する。アクチュエータ44は、例えば、電気モータ、もしくは、ブレーキ装置の少なくともいずれかによって構成される。図3に示す例では、アクチュエータ44として、電気モータ44aが装備されている。
電気モータ44aは、電気エネルギを回転エネルギ(トルク)に変換して駆動トルクを出力する。それと共に、電気モータ44aは、外部からのトルクを受けて発電する際に発生する抵抗力(回生トルク)を利用して、車両Veを制動する回生ブレーキとしても機能する。電気モータ44aは、例えば、永久磁石式の同期モータ、あるいは、誘導モータなどによって構成される。なお、アクチュエータ44として、電気モータ44aに替えて、例えば、前述の図2で示したような、ブレーキ装置22b、あるいは、パーキングブレーキ装置22cを装備してもよい。
ハブベアリング45は、車輪42を回転可能に支持すると共に、車輪42を車台46に連結する。ハブベアリング45は、車両Veの各車輪42すなわち各駆動輪ごとに設けられている。図3では、代表的に、1個の車輪42に装備された動力ユニット41およびそのハブベアリング45を示している。
ハブベアリング45は、この発明の実施形態における減速装置1によって構成されている。図3に示す例では、減速装置1の入力部材2は、アクチュエータ44の出力トルクが伝達される入力軸47となっている。出力部材3は、車輪42にトルクを伝達する出力ハブ48となっている。固定部材4は、車台46に固定される固定ハブ49となっている。
入力軸47は、直接、アクチュエータ44すなわち電気モータ44aの出力軸44bに連結されている。それら入力軸47および出力軸44bは一体に回転する。出力ハブ48は、車輪42のホイール43が取り付けられ、ホイール43と一体に回転する。すなわち、出力ハブ48のフランジ3aがいわゆるホイールハブとなり、フランジ3aとホイール43とがボルト締結されている。固定ハブ49は、アクチュエータ44に取り付けられて、回転不可能に固定される。具体的には、固定ハブ49のフランジ4aと、電気モータ44aのハウジング44cに設けられたフランジ部44dとがボルト締結されている。そして、ハブベアリング45は、アクチュエータ44と共に、サスペンション機構50を介して、車台46に連結されている。
したがって、この図3に示す例では、減速装置1は、車両Veの駆動輪を車台46に連結するためのハブ機構であって、ホイール43の内周部分に配置したアクチュエータ44(電気モータ44a)が発生するトルクを駆動輪に伝達する、いわゆるインホイールタイプの動力ユニット41を構成している。
上記のように、この発明の実施形態における減速装置1をハブベアリング45として機能させて、そのハブベアリング45を介して駆動輪を車台46に連結することにより、減速装置1を用いたインホイールタイプの動力ユニット41を構成することができる。前述したように、減速装置1は、小径化を図りコンパクトに構成できるので、ホイール43の内周部分に容易に配置できる。更に、減速装置1による高減速比の減速作用、すなわち、大きなトルク増幅作用により、アクチュエータ44の小型化および軽量化を図ることができる。したがって、減速装置1と共に、例えば電気モータ44aやブレーキ装置などのアクチュエータ44もしくは動力源を、駆動輪のホイール43内に容易に配置できる。
このように、この発明の実施形態における減速装置1は、例えば、エンジン、電気モータ、または、ブレーキ装置の少なくともいずれかをアクチュエータ22(または、44)として、上記のような、オンボードタイプの動力ユニット21、あるいは、インホイールタイプの動力ユニット41を構成することができる。例えば、減速装置1と共に、小型・軽量化した電気モータ44aを動力源としてホイール43内に搭載することにより、いわゆるばね下荷重を抑えた好適なインホイールモータを構成することができる。また、特に、アクチュエータ22(または、44)として、電気モータ22a(または、44a)、および、ブレーキ装置22bを併用する場合に、それら電気モータ22a(または、44a)が出力する回生トルク、および、ブレーキ装置22bが発生する制動トルクを、減速装置1を介してタイヤに伝達することにより、それら回生トルクによる制動時の着力点と、制動トルクによる制動時の着力点とを一致させることができる。そのため、制動時の車両Veの姿勢を安定させることができる。
1…減速装置、 2…入力部材、 3…出力部材、 3a…(出力部材の)フランジ、 3b…(出力部材の)貫通穴、 3c…(出力部材の)中空部、 4…固定部材、 4a…(固定部材の)フランジ、 4b…(固定部材の)貫通穴、 4c…(固定部材の)中空部、 5…歯車伝動機構、 6,8…ボルト、 7,9,10,11…ベアリング、 12…第1リングギヤ、 13…第2リングギヤ、 14…第1ピニオン、 15…第2ピニオン、 16…ピニオン軸、 17…キャリア、 17a…第1アーム、 17b…第2アーム、 21…(オンボードタイプの)動力ユニット、 22…アクチュエータ、 22a…電気モータ、 22b…ブレーキ装置、 22c…パーキングブレーキ装置、 23…入力ギヤ、 23a入力ギヤ軸、 24…差動装置、 24a…デファレンシャルリングギヤ、 24b…(差動装置の)出力軸、 25…ドライブシャフト、 26…ハブベアリング、 27…(動力ユニットの)ケース、 28…車台、 29…入力軸(入力部材)、 30…出力ハブ(出力部材)、 31…固定ハブ(固定部材)、 32…ホイール、 33…(サスペンション機構の)フランジ部、 41…(インホイールタイプの)動力ユニット、 42…車輪(駆動輪)、 43…ホイール、 44…アクチュエータ、 44a…電気モータ、 45…ハブベアリング、 46…車台、 47…入力軸(入力部材)、 48…出力ハブ(出力部材)、 49…固定ハブ(固定部材)、 50…サスペンション機構、 AL…回転軸線。

Claims (8)

  1. 入力部材と、出力部材と、前記入力部材と前記出力部材との間でトルクを伝達する歯車伝動機構と、前記入力部材および前記出力部材ならびに前記歯車伝動機構の回転要素をいずれも回転可能に支持するとともに、前記歯車伝動機構の固定要素を回転不可能に固定する固定部材と、を備え、前記入力部材に入力されるトルクを増幅して前記出力部材に伝達する減速装置において、
    前記歯車伝動機構は、
    前記固定部材に回転不可能に固定される内歯歯車の第1リングギヤと、
    前記第1リングギヤと同一の回転軸線上に配置され、前記出力部材に連結されて前記出力部材と一体に回転する内歯歯車の第2リングギヤと、
    前記第1リングギヤに噛み合っている第1ピニオンと、
    前記第1ピニオンと同一の回転軸線上に配置され、前記第1ピニオンと一体に回転するとともに、前記第2リングギヤに噛み合っている第2ピニオンと、
    前記第1ピニオンおよび前記第2ピニオンを共に回転可能に支持するピニオン軸と、
    前記ピニオン軸を支持して前記第1ピニオンおよび前記第2ピニオンを共に自転および公転が可能なように保持し、かつ、前記入力部材に連結されて前記入力部材と一体に回転するキャリアと、を有し、
    前記第1リングギヤと前記第1ピニオンとの間のギヤ比と、前記第2リングギヤと前記第2ピニオンとの間のギヤ比とが互いに異なっており、
    前記入力部材の回転速度に対して前記出力部材の回転速度を減速する
    ことを特徴とする減速装置。
  2. 請求項1に記載の減速装置において、
    前記第1リングギヤの歯数と前記第2リングギヤの歯数とが互いに異なっており、
    前記第1ピニオンの歯数と前記第2ピニオンの歯数とが互いに等しい
    ことを特徴とする減速装置。
  3. 請求項1に記載の減速装置において、
    前記第1リングギヤの歯数と前記第2リングギヤの歯数とが互いに等しく、
    前記第1ピニオンの歯数と前記第2ピニオンの歯数とが互いに異なっている
    ことを特徴とする減速装置。
  4. 請求項1に記載の減速装置において、
    前記第1リングギヤの歯数と前記第2リングギヤの歯数とが互いに異なっており、
    前記第1ピニオンの歯数と前記第2ピニオンの歯数とが互いに異なっている
    ことを特徴とする減速装置。
  5. 請求項1から4のいずれか一項に記載の減速装置において、
    前記入力部材は、車両のアクチュエータの出力トルクが伝達される入力軸となっており、
    前記出力部材は、前記車両のホイールが取り付けられて前記ホイールと一体に回転する出力ハブとなっており、
    前記固定部材は、前記車両の車台または前記アクチュエータのハウジングに取り付けられて回転不可能に固定される固定ハブとなっており、
    前記車両の駆動輪を前記車台に連結するためのハブ機構を構成している
    ことを特徴とする減速装置。
  6. 請求項5に記載の減速装置において、
    前記固定ハブは、前記車台に連結されており、
    前記アクチュエータは、前記車台に配置され、前記出力トルクを、ドライブシャフトを介して、前記入力軸に伝達する
    ことを特徴とする減速装置。
  7. 請求項5に記載の減速装置において、
    前記固定ハブは、前記ハウジングに取り付けられ、前記アクチュエータと共に、前記車台に連結されており、
    前記アクチュエータは、前記ホイールの内周部分に配置され、前記出力トルクを、直接、前記入力軸に伝達する
    ことを特徴とする減速装置。
  8. 請求項5から7のいずれか一項に記載の減速装置において、
    前記アクチュエータは、駆動トルクを出力するエンジン、もしくは、駆動トルクおよび回生トルクを出力する電気モータ、もしくは、制動トルクを出力するブレーキ装置の少なくともいずれかである
    ことを特徴とする減速装置。
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