JP2022154538A - 歯車付電動機 - Google Patents

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Abstract

【課題】 外形寸法を小型にすることが可能な歯車付電動機の一例を開示する。【解決手段】 ロータ軸11と平行な軸線を回転軸線として回転する出力歯車26と、出力歯車26と一体的に回転する出力軸27であって、回転軸線の方向において、空間を隔てて入力歯車25と対向する位置に配置された出力軸27と、ロータ軸受11Bを保持する第1保持部材21と、第1出力軸受27Aを保持する第2保持部材22と、第2出力軸受27Bを保持する第3保持部材23とを備え、第3保持部材23が第1保持部材21と第2保持部材22とに挟まれた状態で、第1保持部材21、第2保持部材22及び第3保持部材23が互いに固定されていることである。これにより、当該歯車付電動機1では、ロータ軸11と平行な方向の寸法、及び当該ロータ軸11と直交する方向の寸法が小さくなり得る。【選択図】 図3

Description

本開示は、ギヤドモータ等の歯車付電動機に関する。
ギヤドモータとは、例えば、特許文献1に記載されているように、電動モータと複数の歯車にて構成された減速機とが一体化されたものである。
特開2005-351464号公報
本開示は、外形寸法を小型にすることが可能な歯車付電動機の一例を開示する。
歯車付電動機は、例えば、以下の構成要件のうち少なくとも1つを備えることが望ましい。すなわち、当該構成要件は、電動モータ(10)のロータ軸(11)に設けられた入力歯車(25)と、入力歯車(25)から回転力を受けて回転する出力歯車(26)を少なくとも1つ有する動力伝達機構(28)と、動力伝達機構(28)から回転力を受けて回転し、回転力を外部に出力するための出力歯車(26)であって、ロータ軸(11)と平行な軸線を回転軸線として回転する出力歯車(26)と、出力歯車(26)と一体的に回転する出力軸(27)であって、回転軸線の方向において、空間を隔てて入力歯車(25)と対向する位置に配置された出力軸(27)と、ロータ軸(11)を回転可能に支持するロータ軸受(11B)であって、入力歯車(25)を挟んで出力軸(27)と反対側に配置されたロータ軸受(11B)と、出力歯車(26)を回転可能に支持する第1出力軸受(27A)であって、出力歯車(26)を挟んで入力歯車(25)と反対側に配置された第1出力軸受(27A)と、出力歯車(26)を回転可能に支持する第2出力軸受(27B)であって、出力歯車(26)に対して入力歯車(25)と同一側に配置された第2出力軸受(27B)と、ロータ軸受(11B)を保持する第1保持部材(21)と、第1出力軸受(27A)を保持する第2保持部材(22)と、第2出力軸受(27B)を保持する第3保持部材(23)とを備え、第3保持部材(23)が第1保持部材(21)と第2保持部材(22)とに挟まれた状態で、第1保持部材(21)、第2保持部材(22)及び第3保持部材(23)が互いに固定されていることである。
これにより、当該歯車付電動機では、ロータ軸(11)と平行な方向(以下、軸方向という。)の寸法、及び当該ロータ軸(11)と直交する方向(以下、径方向という。)の寸法が小さくなり得る。
すなわち、特許文献1に記載の発明では、出力軸が入力歯車(ロータ軸)と対向する位置からずれている。つまり、特許文献1に記載の発明に係る出力軸は、ロータ軸に対して径方向にずれている。
このため、特許文献1に記載の発明は、当該歯車付電動機に比べて径方向の寸法が大きくなってしまう。換言すれば、当該歯車付電動機は、特許文献1に記載の発明に比べて径方向の寸法が小さくなる。
ところで、出力軸(27)が入力歯車(25)と対向する位置に配置された場合において、仮に、ロータ軸(11)が上記ロータ軸受(11B)を含む2つのロータ軸受にて支持された構成であると(図6参照)、第2のロータ軸受の存在が障害となって、軸方向の寸法を小さくすることが難しい。
これに対して、当該歯車付電動機では、出力軸(27)が空間を隔てて入力歯車(25)と対向する位置に配置された構成である。つまり、当該歯車付電動機では、第2のロータ軸受が存在しない構成となる。したがって、当該歯車付電動機では、ロータ軸(11)が2つのロータ軸受にて支持された構成に比べて、軸方向の寸法が小さくなり得る。
因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本開示は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されない。
第1実施形態に係る歯車付電動機の外観図である。 第1実施形態に係る歯車付電動機の分解図である。 第1実施形態に係る歯車付電動機の内部構成を示す図である。 第2保持部材を示す図である。 第3保持部材を示す図である。 第1実施形態に係る歯車付電動機の小型化の説明用の図である。
以下の「発明の実施形態」は、本開示の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されない。
なお、各図に付された方向を示す矢印及び斜線等は、各図相互の関係及び各部材又は部位の形状を理解し易くするために記載されたものである。したがって、本開示に示された発明は、各図に付された方向に限定されない。斜線が付された図は、必ずしも断面図を示すものではない。
少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位は、「1つの」等の断りがされた場合を除き、少なくとも1つ設けられている。つまり、「1つの」等の断りがない場合には、当該部材は2以上設けられていてもよい。本開示に示された歯車付電動機は、少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位等の構成要素、並びに図示された構造部位を備える。
(第1実施形態)
<1.歯車付電動機の概要>
本実施形態は、電動車両等の輸送機器に用いられるギヤドモータに本開示に係る歯車付電動機の一例が適用されたものである。なお、本願に係る電動車両とは、電動機のみで走行可能な車両、及び電動機と内燃機関とを併用して走行可能な車両等をいう。
図1に示される歯車付電動機1は、車両を走行させるための動力を発生させるギヤドモータである。当該歯車付電動機1は、電動モータ部10及びギヤボックス部20等を少なくとも備える。
<2.歯車付電動機の詳細>
<2.1 電動モータ部>
電動モータ部10は、ロータ(図示せず。)及びステータ(図示せず。)等を少なくとも有する電動モータである。ロータは、軸線Lrに沿って延びるロータ軸11(図2参照)にて回転可能に支持されている。
なお、本実施形態に係る電動モータ部10は、ステータ内でロータが回転するタイプの電モータである。そして、ロータは、永久磁石が埋設されたマグネットロータである。ステータは、巻き線で構成されたコイル、及び当該巻き線が巻かれたコアを有する。
電動モータの外周、つまりステータの外周側には、図3に示されるように、冷却部12が設けられている。冷却部12は、ステータの外周側に冷却液を循環させるためのウォータジャケットを構成する。
なお、冷却部12は、図2に示されるように、内側カバー12A、外側カバー12B及び蓋部12C等を有して構成されている。内側カバー12Aは、ステータの外周に接触して当該ステータを覆う略円筒状の部材である。
外側カバー12Bは、図3に示されるように、内側カバー12Aを外側から覆う略円筒状の部材である。内側カバー12Aの外周面又は外側カバー12Bの内周面(本実施形態では、内側カバー12Aの外周面)には、複数の溝12Dが設けられている。
複数の溝12Dは、冷却液が流通する流路を構成する。これにより、電動モータ部10は当該冷却液により冷却される。つまり、本実施形態に係る電動モータ部10は、液冷式の電動モータにて構成されている。
蓋部12Cは、図2に示されるように、電動モータ部10の軸線方向一端側(図2では、右端側)を閉塞する。なお、本実施形態に係る蓋部12Cは、ボルト等の締結具にて外側カバー12Bに固定されている。
ロータ軸11の軸線方向一端側及び他端側には、軸受11A、11Bが設けられている。軸受11A、11Bは、ロータ軸11を回転可能に支持する。なお、軸受11A、11Bは、転がり軸受(本実施形態では、アンギュラ玉軸受)にて構成されている。
2つ軸受11A、11Bのうちギヤボックス部20側の軸受11B(以下、ロータ軸受11Bという。)は、第1保持部材21に保持され、他方の軸受11Aは、図示しない支持部材を介して蓋部12C又は内側カバー12Aに支持されている。
<2.2 ギヤボックス部>
ギヤボックス部20は、電動モータ部10の出力を変速(本実施形態では、減速)して外部に出力する。具体的には、当該ギヤボックス部20は、図2に示されるように、ギヤケーシング24、入力歯車25、出力歯車26、出力軸27、動力伝達機構28等を少なくとも有する。
<ギヤケーシング>
ギヤケーシング24は、入力歯車25、出力歯車26、出力軸27の一部、及び動力伝達機構28等を収納する部材である。当該ギヤケーシング24は、第1保持部材21、第2保持部材22及び第3保持部材23等を有して構成されている。
<入力歯車>
入力歯車25は、図3に示されるように、ロータ軸11と一体的に回転する歯車である。つまり、電動モータ部10の出力は、入力歯車25によりギヤボックス部20に入力される。
本実施形態に係る入力歯車25は、ロータ軸11の軸線方向他端側に直接的に歯切りされて形成されている。なお、入力歯車25は、歯筋方向が螺旋状に延びるヘリカル歯車である。
<動力伝達機構>
動力伝達機構28は、入力歯車25から回転力を受けて回転する歯車を少なくとも1つ有する歯車機構である。具体的には、当該動力伝達機構28は、中間軸28A、第1伝達歯車28B及び第2伝達歯車28C等を少なくとも有して構成されている。
中間軸28Aは、ロータ軸11と平行な軸部材である。当該中間軸28Aは、第1保持部材21及び第2保持部材22に回転可能に支持されている。具体的には、中間軸28Aの軸線方向一端は、軸受28Dを介して第1保持部材21に支持されている。
中間軸28Aの軸線方向他端側は、軸受28Eを介して第2保持部材22に支持されている。軸受28D、28Eは、転がり軸受け(本実施形態では、円すいころ軸受)にて構成されている。
第1伝達歯車28Bは、入力歯車25と噛み合って中間軸28Aと一体的に回転する歯車である。第2伝達歯車28Cは、出力歯車26と噛み合って中間軸28Aと一体的に回転する。
本実施形態に係る第1伝達歯車28B及び第2伝達歯車28Cは、ヘリカル歯車である。そして、中間軸28A、第1伝達歯車28B及び第2伝達歯車28Cは、鍛造等にて一体成形された一体品にて構成されている。
<出力歯車及び出力軸>
出力歯車26は、動力伝達機構28から回転力を受けて回転し、回転力を外部に出力するための歯車である。当該出力歯車26は、ロータ軸11と平行な軸線を回転軸線Lsとして回転する。なお、本実施形態に係る出力歯車26は、ヘリカル歯車である。
出力軸27は、出力歯車26と一体的に回転するとともに、出力歯車26を支持する軸部材である。当該出力軸27は、回転軸線Lsの方向において、空間を隔てて入力歯車25と対向する位置に配置されている。
本実施形態では、ロータ軸11の軸線Lrと出力軸27の回転軸線Lsとは一致している。つまり、ロータ軸11と出力軸27とは、一直線上に並んで配置されている。なお、出力歯車26と出力軸27とは、鍛造等にて一体成形された一体品にて構成されている。
ギヤケーシング24(本実施形態では、第2保持部材22)と出力軸27との隙間には、オイルシール27Cが配置されている。オイルシール27Cは、ギヤケーシング24内の潤滑油が当該隙間から外部に漏れ出ることを抑止する。
<軸受及び当該軸受の支持構造>
ギヤボックス部20は、軸受として、上記軸受28D、28Eに加えて、ロータ軸受11B、第1出力軸受27A及び第2出力軸受27B等を少なくとも有する。ロータ軸受11Bは、入力歯車25を挟んで出力軸27と反対側に配置されている。
第1出力軸受27A及び第2出力軸受27Bは、出力軸27を回転可能に支持する軸受である。本実施形態に係る第1出力軸受27A及び第2出力軸受27Bは、転がり軸受け(本実施形態では、円すいころ軸受)にて構成されている。
そして、第1出力軸受27Aは、出力歯車26を挟んで入力歯車25と反対側に配置されている。第2出力軸受27Bは、出力歯車26に対して入力歯車25と同一側に配置されている。
つまり、出力歯車26の一方側に第1出力軸受27Aが配置され、出力歯車26の他方側に第2出力軸受27Bが配置されている。換言すれば、出力軸27及び出力歯車26は、軸方向に離間した位置にある第1出力軸受27Aと第2出力軸受27Bとにより回転可能に支持されている。
ロータ軸受11Bは、第1保持部材21に保持されている。第1出力軸受27Aは第2保持部材22に保持されている。第2出力軸受27Bは、第3保持部材23に保持されている。そして、当該第3保持部材23は、第1保持部材21と第2保持部材22とに挟まれている。
すなわち、第3保持部材23は板状の部材である(図2参照)。そして、第1保持部材21、第2保持部材22及び第3保持部材23は、複数のボルト29等の締結具によって、互いに固定されている(図1参照)。
具体的には、図3に示されるように、各ボルト29は、第1保持部材21又は第2保持部材22(本実施形態では、第2保持部材22)側から挿入されて第3保持部材23を貫通し、第1保持部材21と第3保持部材23とを締結する。
このため、第1保持部材21と第3保持部材23とに挟まれた第3保持部材23は、第1保持部材21及び第2保持部材22に締結固定されて一体化されている。第1保持部材21、第2保持部材22及び第3保持部材23それぞれの合わせ面は、液体パッキン等のシール材にて封止されている。
なお、本実施形態では、第1保持部材21と内側カバー12Aとは、鍛造等にて一体成形された一体品にて構成されている(図2参照)。第2保持部材22には、鍔状の第1規制部22A(図4参照)が設けられている。第3保持部材23には、鍔状の第2規制部23Aが設けられている(図5参照)。
第1規制部22Aは、第1出力軸受27Aの側面のうち出力歯車26と反対側の側面(図3では、左側面)に接触して当該第1出力軸受27Aが当該反対側(図3では、左側)に変位することを規制する。
第2規制部23Aは、第2出力軸受27Bの側面のうちロータ軸11側の側面(図3では、右側面)に接触して当該第2出力軸受27Bが当該ロータ軸11側に変位することを規制する。
<3.本実施形態に係る歯車付電動機の特徴>
本実施形態に係る歯車付電動機1では、ロータ軸11と平行な方向(以下、軸方向という。)の寸法、及び当該ロータ軸11と直交する方向(以下、径方向という。)の寸法が小さくなり得る。
すなわち、特許文献1に記載の発明では、出力軸が入力歯車(ロータ軸)と対向する位置からずれている。つまり、特許文献1に記載の発明に係る出力軸は、ロータ軸に対して径方向にずれている。
このため、特許文献1に記載の発明は、当該歯車付電動機1に比べて径方向の寸法が大きくなってしまう。換言すれば、当該歯車付電動機1は、特許文献1に記載の発明に比べて径方向の寸法が小さくなる。
ところで、出力軸27が入力歯車25と対向する位置に配置された場合において、図6に示されるように、仮に、入力歯車25を支持するためのロータ軸11部分がロータ軸受11Bを含む2つのロータ軸受にて支持された構成であると、第2のロータ軸受11Cの存在が障害となって、軸方向の寸法を小さくすることが難しい。
また、ロータ軸受11Bに加えて、第2のロータ軸受11Cを組み付けることは、芯だしの観点から見ても困難である。なぜならば、ロータ軸受11Bを保持する第1保持部材21、第2のロータ軸受11Cを保持する第3保持部材23とは別部材であるため、芯だしには、第1保持部材21と第3保持部材23とにおいて、加工精度と組付精度とを高い次元で両立する必要があるからである。
これに対して、当該歯車付電動機1では、図3に示されるように、回転軸線Lsの方向において、出力軸27が空間を隔てて入力歯車25と対向する位置に配置された構成である。つまり、当該歯車付電動機1では、第2のロータ軸受11Cが存在しない構成となる。
したがって、当該歯車付電動機1では、ロータ軸11が2つのロータ軸受にて支持された構成(図6参照)に比べて、軸方向の寸法が小さくなり得る。延いては、当該歯車付電動機1は、電動車両への搭載性に優れている。また、歯車付電動機1自体の組み立て容易性も優れる。
本実施形態では、第1保持部材21と内側カバー12Aとが一体構成されている(図2参照)。したがって、第1保持部材21を介してロータ軸受11Bを冷却することが可能となるので、ロータ軸受11Bの焼き付きを抑制でき得る。
(その他の実施形態)
上述の実施形態に係るギヤボックス部20は減速機構を構成した。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、増速機構又は減速比又は増速比を変更可能な変速機構を構成するギヤボックス部20であってもよい。
上述の実施形態に係る歯車はヘリカル歯車であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、各歯車が平歯歯車又は傘歯歯車等の歯車にて構成されていてもよい。
上述の実施形態では、アンギュラ玉軸受又は円すいころ軸受が採用されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、ラジアル軸受とスラスト軸受とが組み合わせた構成、又は歯車が平歯歯車である場合には、ラジアル軸受のみによって構成されていてもよい。
上述の実施形態では、軸受として転がり軸受が採用されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、軸受としてメタル軸受等の油膜を利用した滑り軸受、又は固体潤滑を利用した滑り軸受等が採用された構成であってもよい。
上述の実施形態では、ロータ軸11の軸線と出力軸27の軸線とが一致していた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、ロータ軸11の軸線と出力軸27の軸線とが一致していない構成であってもよい。
上述の実施形態では、第1保持部材21と内側カバー12Aとが一体構成されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、第1保持部材21と内側カバー12A(冷却部12)とが別体であってもよい。
上述の実施形態に係る電動モータ部10は、液冷式の電動モータにて構成されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、空冷式の電動モータにて電動モータ部10が構成されていてもよい。
さらに、本開示は、上述の実施形態に記載された開示の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも2つの実施形態が組み合わせられた構成、又は上述の実施形態において、図示された構成要件もしくは符号を付して説明された構成要件のうちいずれかが廃止された構成であってもよい。
1… 歯車付電動機 10…電動モータ部 11… ロータ軸
11A… 軸受 11B…ロータ軸受 12… 冷却部
12A… 内側カバー 12B…外側カバー
20… ギヤボックス部 21…第1保持部材 22… 第2保持部材
22A… 第1規制部 23…第3保持部材 23A… 第2規制部
24… ギヤケーシング 25…入力歯車 26… 出力歯車
27… 出力軸 27A…第1出力軸受 27B… 第2出力軸受
28… 動力伝達機構 28A…中間軸 28B… 第1伝達歯車
28C… 第2伝達歯車 28D、28E… 軸受 29… ボルト
歯車付電動機は、例えば、以下の構成要件のうち少なくとも1つを備えることが望ましい。すなわち、当該構成要件は、電動モータ(10)のロータ軸(11)に設けられた入力歯車(25)と、入力歯車(25)から回転力を受けて回転する歯車を少なくとも1つ有する動力伝達機構(28)と、動力伝達機構(28)から回転力を受けて回転し、回転力を外部に出力するための出力歯車(26)であって、ロータ軸(11)と平行な軸線を回転軸線として回転する出力歯車(26)と、出力歯車(26)と一体的に回転する出力軸(27)であって、回転軸線の方向において、空間を隔てて入力歯車(25)と対向する位置に配置された出力軸(27)と、ロータ軸(11)を回転可能に支持するロータ軸受(11B)であって、入力歯車(25)を挟んで出力軸(27)と反対側に配置されたロータ軸受(11B)と、出力歯車(26)を回転可能に支持する第1出力軸受(27A)であって、出力歯車(26)を挟んで入力歯車(25)と反対側に配置された第1出力軸受(27A)と、出力歯車(26)を回転可能に支持する第2出力軸受(27B)であって、出力歯車(26)に対して入力歯車(25)と同一側に配置された第2出力軸受(27B)と、ロータ軸受(11B)を保持する第1保持部材(21)と、第1出力軸受(27A)を保持する第2保持部材(22)と、第2出力軸受(27B)を保持する第3保持部材(23)とを備え、第3保持部材(23)が第1保持部材(21)と第2保持部材(22)とに挟まれた状態で、第1保持部材(21)、第2保持部材(22)及び第3保持部材(23)が互いに固定されていることである。
中間軸28Aは、ロータ軸11と平行な軸部材である。当該中間軸28Aは、図3に示されるように、第3保持部材23を貫通して第1保持部材21まで延びているとともに、第1保持部材21及び第2保持部材22に回転可能に支持されている。具体的には、中間軸28Aの軸線方向一端は、第1保持部材21に設けられた軸受28Dを介して第1保持部材21に支持されている。
中間軸28Aの軸線方向他端側は、第2保持部材22に設けられた軸受28Eを介して第2保持部材22に支持されている。軸受28D、28Eは、転がり軸受け(本実施形態では、円すいころ軸受)にて構成されている。
第1伝達歯車28Bは、入力歯車25と噛み合って中間軸28Aと一体的に回転する歯車であって、図3に示されるように、第3保持部材23に対して第1保持部材21側に配置されている。第2伝達歯車28Cは、第3保持部材23に対して第2保持部材22側に配置されて出力歯車26と噛み合って中間軸28Aと一体的に回転する。

Claims (5)

  1. 電動モータのロータ軸に設けられた入力歯車と、
    前記入力歯車から回転力を受けて回転する歯車を少なくとも1つ有する動力伝達機構と、
    前記動力伝達機構から回転力を受けて回転し、回転力を外部に出力するための出力歯車であって、前記ロータ軸と平行な軸線を回転軸線として回転する出力歯車と、
    前記出力歯車と一体的に回転する出力軸であって、前記回転軸線の方向において、空間を隔てて前記入力歯車と対向する位置に配置された出力軸と、
    前記ロータ軸を回転可能に支持するロータ軸受であって、前記入力歯車を挟んで前記出力軸と反対側に配置されたロータ軸受と、
    前記出力歯車を回転可能に支持する第1出力軸受であって、前記出力歯車を挟んで前記入力歯車と反対側に配置された第1出力軸受と、
    前記出力歯車を回転可能に支持する第2出力軸受であって、前記出力歯車に対して前記入力歯車と同一側に配置された第2出力軸受と、
    前記ロータ軸受を保持する第1保持部材と、
    前記第1出力軸受を保持する第2保持部材と、
    前記第2出力軸受を保持する第3保持部材とを備え、
    前記第3保持部材が前記第1保持部材と前記第2保持部材とに挟まれた状態で、前記第1保持部材、前記第2保持部材及び前記第3保持部材が互いに固定されている歯車付電動機。
  2. 前記ロータ軸の軸線と前記出力軸の軸線とが一致している請求項1に記載の歯車付電動機。
  3. 前記第3保持部材は、板状の部材であり、
    前記第1保持部材、前記第2保持部材及び前記第3保持部材は、前記第3保持部材を貫通して、前記第1保持部材と前記第3保持部材とを締結する締結具により互いに一体化されている請求項1又は2に記載の歯車付電動機。
  4. 前記動力伝達機構は、
    前記ロータ軸と平行な中間軸であって、前記第1保持部材及び前記第2保持部材に回転可能に支持された中間軸、
    前記中間軸と一体的に回転する第1伝達歯車であって、前記入力歯車と噛み合う第1伝達歯車、及び
    前記中間軸と一体的に回転する第2伝達歯車であって、前記出力歯車と噛み合う第2伝達歯車
    を有して構成されている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の歯車付電動機。
  5. 前記第1出力軸受及び前記第2出力軸受は、アンギュラ玉軸受又は円すいころ軸受であり、
    前記第2保持部材には、前記第1出力軸受の側面のうち前記出力歯車と反対側の側面に接触して当該第1出力軸受が当該反対側に変位することを規制する第1規制部が設けられ、
    前記第3保持部材には、前記第2出力軸受の側面のうち前記ロータ軸側の側面に接触して当該第2出力軸受が当該ロータ軸側に変位することを規制する第2規制部が設けられている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の歯車付電動機。
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