JP2023121421A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪の内部に固定部を配置しないようにでき、省スペース化すること。【解決手段】移動体における車輪の内部に、モータ、遊星歯車機構、ブレーキ、および固定部材が設けられた駆動装置であって、遊星歯車機構は、第１リングギヤおよび第２リングギヤを有し、第１リングギヤが固定軸として固定部材に固定され、第２リングギヤが出力軸として第１リングギヤに対して遠い側に配置する。固定部材は、遊星歯車機構を収容するとともに、移動体に対して固定されている。【選択図】図１

Description

本開示は、駆動装置に関する。

特許文献１には、外歯車、内歯車、内歯車の軸が基本軸、キャリアは遊星歯車の軸受を取り付けた、いわゆる３Ｋ型の複合遊星ギヤ構造が開示されている。特許文献１には、太陽歯車からトルクが入力されて遊星歯車に伝わり、１段目の固定内歯車と噛合い、遊星歯車を構成している部品が自転しながら公転し、遊星歯車から２段目の内歯車にトルクが伝わり、内歯車が自転してトルクを出力する構造が記載されている。

国際公開第２０１７／２１３１５１号

移動体に使用されるタイヤなどの車輪の内部に、モータ、減速機、およびブレーキを配置したインホイールモータ構造を有する駆動装置においては、１段目の内歯車であるリングギヤを固定するための固定部を設ける必要がある。この場合、固定部の板厚およびクリアランスの分径方向ならびに軸方向に体格が大きくなるという問題がある。そのため、車輪の内部に固定部を配置しないようにでき、省スペース化が可能なインホイールモータ構造を有する駆動装置が求められていた。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、車輪の内部に固定部を配置しないようにでき、省スペース化が可能な駆動装置を提供することにある。

本開示に係る駆動装置は、移動体における車輪の内部に、モータ、遊星歯車機構、ブレーキ、および固定部材が設けられた駆動装置であって、前記遊星歯車機構は、第１リングギヤおよび第２リングギヤを有し、前記第１リングギヤが固定軸として前記固定部材に固定され、前記第２リングギヤが出力軸として前記第１リングギヤに対して遠い側に配置される。

本開示に係る駆動装置は、上記の開示において、前記固定部材は、前記遊星歯車機構を収容するとともに、前記移動体に対して固定されても良い。

この構成によれば、固定部材が遊星歯車機構からなる減速機を収容していることにより、第１リングギヤを移動体に対して固定できるので、遊星歯車機構を安定して動作させることが可能になる。

本開示に係る駆動装置は、上記の開示において、前記モータが、ステータの径方向外側に配置されたロータを有するアウタモータから構成され、前記アウタモータは、前記車輪の内周側に設けられて中空軸部を有し、前記遊星歯車機構の出力部材として機能するホイールケースの内側に設けられ、前記ホイールケースは、前記遊星歯車機構の出力要素に連結されて前記固定部材に対して回転可能な回転部材からなるようにしても良い。

この構成により、モータの出力を効率的に遊星歯車機構に伝達でき、軸方向の寸法を小型にすることができる。これにより、駆動装置全体の小型化を図ることができる。

本開示による駆動装置によれば、車輪の内部に遊星歯車機構のリングギヤを固定する固定部を配置しないので、省スペース化が可能となる。

図１は、一実施形態による駆動装置の構造を示す図である。 図２は、比較例としての駆動装置の構造を示す図である。

以下、本開示の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本開示は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。

本開示の一実施形態によるインホイールモータについて説明する。図１は、一実施形態における駆動装置の構造を示す図である。図１に示すように、本実施形態による駆動装置としてのインホイールモータユニット１は、車輪１０を駆動可能および制動可能に構成されている。

車輪１０は、ホイール１１およびタイヤ１２を備える駆動輪であって、例えば移動体としての車両の左右両側に設けられる。インホイールモータユニット１はホイール１１の内側に設けられる。インホイールモータユニット１は、車両との取付部材としてのフォーク１３に固定されている。なお、図１は、左右両側に設けられた車輪１０のうちの右輪について、車両後方側から見た図であり、車輪１０の回転中心軸線と平行な方向を軸方向と称する。

一実施形態によるインホイールモータユニット１は、モータ２、減速機３、ブレーキ４、ハウジングケース５、インプットシャフト６、およびホイールケース７を備える。

モータ２は、車輪１０を駆動するインホイールモータである。モータ２は、例えば三相モータであり、車両に搭載された電源装置と電気的に接続される。力行時においてモータ２は、電源装置から供給される電力により力行トルクを発生して車輪１０を駆動する。回生時、モータ２は車輪１０の回転力によって回されて発電し、発電した電力を電源装置に供給する。モータ２は例えば、ロータ２１がステータ２２の径方向外側に配置されたアウタロータ型のアウタモータである。

ロータ２１は、ロータカップ２３に取り付けられてロータカップ２３と一体回転する。ロータカップ２３は、カップ状に形成された部材であって、円筒部２３ａおよび円盤部２３ｂを有する。円筒部２３ａは、軸方向に沿って延在し、内周面にロータ２１が固定されている。円盤部２３ｂは、円筒部２３ａの軸方向の一方端から径方向の内側に向けて延在し、内周部がインプットシャフト６に連結されている。例えば、円盤部２３ｂの内周部は、インプットシャフト６の外周部とスプライン嵌合している。ロータカップ２３は、インプットシャフト６と一体回転する。

回転軸としてのインプットシャフト６は、減速機３に接続されている。ロータ２１は、インプットシャフト６を介して減速機３と連結されている。これにより、インプットシャフト６は、モータ２の動力を車輪１０に伝達する際に減速機３の入力軸として機能する。モータ２が減速機３を介して車輪１０と動力伝達可能に接続されているので、モータ２から出力された動力は減速機３を介して車輪１０に伝達される。

ステータ２２は、ステータコアと、ステータコアに巻き付けられたステータコイルとを有する。ステータコイルはモータ配線を介して電源装置と電気的に接続されている。そして、ステータ２２はハウジングケース５に固定されている。

ハウジングケース５は、モータ２およびブレーキ４を収容する非回転部材である。ハウジングケース５は、仕切部５１を有する。仕切部５１は、モータ２を収容する空間であるモータ室と、ブレーキ４を収容する空間であるブレーキ室とを径方向に区画する。仕切部５１は、軸方向に延在する円筒状の部位である。

ハウジングケース５内において、仕切部５１の外周側にはモータ２が配置され、仕切部５１の内周側にはブレーキ４が配置される。仕切部５１の外周側では、ステータ２２が仕切部５１の外周面に固定されている。仕切部５１の内周側では、ブレーキ４に含まれる固定部がハウジングケース５に固定されている。ブレーキ４に含まれる固定部は、ブレーキ４を構成する部材のうちの非回転部材である。このようにインホイールモータユニット１では、モータ２を収容するハウジングとブレーキ４を収容するハウジングとが一つのハウジングケース５に共通化されている。

ハウジングケース５には、ブレーキ４を収容するブレーキ室を軸方向に区画するようにカバー８が取り付けられている。カバー８は、仕切部５１における軸方向の一方側の開口部、すなわち車両の内側の開口部を塞ぐようにハウジングケース５に固定されている。カバー８は具体的に例えば、ボルト締結によってハウジングケース５に固定されている。

ブレーキ４は、車輪１０に制動力を付与する装置であり、例えばディスクブレーキから構成される。ブレーキ４は、モータ２の内側に配置された状態でハウジングケース５に固定されている。本実施形態によるインホイールモータユニット１においては、ホイール１１内で径方向の外側から内側に向けて、ホイールケース７、ロータ２１、ステータ２２、ハウジングケース５、ブレーキ４、およびインプットシャフト６の順に配置されている。

ブレーキ４は、インプットシャフト６を選択的にハウジングケース５に固定する摩擦係合装置である。本実施形態によるインホイールモータユニット１においては、インプットシャフト６が減速機３の前段、すなわち動力伝達経路に対して減速機３よりも上流側に設けられる。そのため、ブレーキ４は、インプットシャフト６を制動することによって減速機３を介して車輪１０に制動力を付与する。

ブレーキ４により生じた制動トルクは、減速機３によって増幅されて車輪１０に伝達される。増幅作用は、モータ２の力行時や回生時においても同様である。力行時、モータ２で生じた力行トルクが減速機３で増幅された車輪１０に伝達される。回生時、モータ２で生じた回生トルクが減速機３で増幅されて車輪１０に伝達される。モータ２は、回生ブレーキとして機能し、車輪１０に制動力を付与できる。

インプットシャフト６は、車輪１０の回転における中心軸線上に配置される。インプットシャフト６は、軸受６１，６２によってハウジングケース５およびカバー８に対して回転自在に支持されている。軸受６１は、外輪がハウジングケース５に取り付けられ、内輪がインプットシャフト６に取り付けられた転がり軸受である。軸受６２は、外輪がカバー８に取り付けられ、内輪がインプットシャフト６に取り付けられた転がり軸受である。

ホイールケース７は、ホイール１１と一体回転可能に連結されている。ホイールケース７とホイール１１とは、複数のボルト９ａによって締結されて一体化されている。ホイールケース７は、中空軸部を有し、ホイール１１のリム部の内側に配置されている。ホイールケース７は、車輪１０の回転中心軸線に沿って配置され、軸受６３によってハウジングケース５に対して回転自在に支持されている。軸受６３は、外輪がホイールケース７に取り付けられ、内輪がハウジングケース５に取り付けられた転がり軸受である。ホイールケース７の内側には、モータ２、減速機３、およびブレーキ４が配置されている。

減速機３は、モータ２と車輪１０との間の動力伝達経路に設けられた動力伝達機構である。減速機３は、モータ２と軸方向に並んで配置され、少なくとも一部がホイール１１の内側に配置されている。減速機３とブレーキ４とは軸方向に重なる位置に配置される。モータ２と減速機３との位置関係に関しては、モータ２は相対的に車両内側に配置され、減速機３は相対的に車両外側に配置される。

減速機３は、モータ２の動力を車輪１０に伝達する際、モータ２の回転を減速してホイールケース７に出力する。減速機３の出力部材として機能するホイールケース７は、減速機３の出力側の出力要素である回転部材に連結される。

リアカバー３２は、減速機３を収容するハウジングとして機能する非回転部材である。リアカバー３２は、軸方向においてホイール１１よりも車両外側に配置されている。また、リアカバー３２は、フォーク１３を介してボルト９ｂによってハウジングケース５に連結されている。換言すると、接続部材としてのフォーク１３は、リアカバー３２から車輪１０の上側を覆うように延在してハウジングケース５に連結されている。これにより、リアカバー３２はハウジングケース５と一体化されている。リアカバー３２およびハウジングケース５は、ボルト９ｂによってフォーク１３に対して固定されることによって、車両に対して固定される。

減速機３は、例えば複合遊星歯車機構により構成される。減速機３は、サンギヤＳ、キャリアＣ、ステップドピニオンギヤＰ、固定リングギヤＲ１、および出力リングギヤＲ２を備える。本実施形態において減速機３を構成する複合遊星歯車機構においては、インプットシャフト６からホイールケース７に動力を伝達する場合に、サンギヤＳが入力要素、固定リングギヤＲ１が固定要素、出力リングギヤＲ２が出力要素になる。

サンギヤＳは、サンギヤ軸３１と一体回転するように連結されている。サンギヤ軸３１はインプットシャフト６と同一軸線上に配置された回転軸であり、インプットシャフト６と一体回転するように連結されている。例えばインプットシャフト６とサンギヤ軸３１とはスプライン嵌合している。サンギヤ軸３１は、軸受６４および軸受６５によって、キャリアＣに対して相対回転可能に支持されている。

キャリアＣは、ステップドピニオンギヤＰを自転可能かつ公転可能に支持する。キャリアＣは、軸受６６によってリアカバー３２に対して回転自在に支持されている。

ステップドピニオンギヤＰは、サンギヤＳおよび固定リングギヤＲ１と噛み合う第１ピニオンギヤＰ１と、出力リングギヤＲ２と噛み合う第２ピニオンギヤＰ２とを有する。第１ピニオンギヤＰ１は、第２ピニオンギヤＰ２よりも小径のギヤであり、第２ピニオンギヤＰ２と一体回転する。

第１リングギヤとしての固定リングギヤＲ１は、非回転部材である固定部材としてのリアカバー３２に固定されている。リアカバー３２のうちの円筒状部位の内周部に固定リングギヤＲ１が取り付けられている。

第２リングギヤとしての出力リングギヤＲ２は、ホイールケース７の内周部に、ホイールケース７と一体回転するように連結されている。ホイールケース７は、軸受６７によってリアカバー３２に対して回転自在に支持されているとともに、軸受６８によってキャリアＣに対して相対回転可能に支持されている。出力リングギヤＲ２は、リアカバー３２に対して固定リングギヤＲ１に対して遠い側に配置される。これにより、インホイールモータユニット１の省スペース化を図ることができる。

以上のように構成された遊星歯車機構における減速機３においては、入力軸であるサンギヤＳは自転、ステップドピニオンギヤＰは自転および公転、キャリアＣは自転、固定リングギヤＲ１は固定、出力軸である出力リングギヤＲ２は自転を行う。また、ホイールケース７は自転を行う。

ハウジングケース５は、仕切部５１、円盤部５２、および円盤部５３を有する。円盤部５２は、仕切部５１の軸方向の一端から径方向の内側に向けて内周側に延在する。円盤部５３は、仕切部５１の軸方向の他端から径方向の外側に向けて外周側に延在する。円盤部５２は、モータ２の内側で径方向に沿って延在する。円盤部５２の内周部に軸受６１が取り付けられている。ブレーキ４は円盤部５２に締結されている。外周側の円盤部５３は、モータ２と軸方向に対向する位置で径方向に沿って延在する。円盤部５３は、径方向においてカバー８の外側で径方向に沿って延在する。この円盤部５３の外周部に軸受６３が取り付けられている。軸受６３とカバー８とは軸方向で重なる位置に配置されている。

（比較例）
次に、比較例としての特許文献１に記載のインホイールモータについて説明する。図２は、比較例による駆動装置の構造を示す図である。図２に示すように、比較例によるインホイールモータユニット１００においては、ハウジングケース１０５、ホイールケース１０７、カバー１０８、およびリアカバー１３２の形状がそれぞれ、一実施形態によるハウジングケース５、ホイールケース７、カバー８、およびリアカバー３２の形状と異なる。また、減速機３を構成する遊星歯車機構の構成についても、一実施形態と異なる。

すなわち、ハウジングケース１０５は、仕切部１５１、円盤部１５２，１５３、外筒部１５４、および固定部１５５を有する。仕切部１５１、円盤部１５２，１５３はそれぞれ、仕切部５１、および円盤部５２，５３と同様である。

比較例によるハウジングケース１０５においては、減速機３を構成する遊星歯車機構における固定リングギヤＲ１を固定するための固定部１５５が設けられている。固定部１５５を、軸方向に沿ってモータ２およびブレーキ４と減速機３との間に設けるために、仕切部１５１の外周側の円盤部１５３に対して、外筒部１５４が設けられる。

ハウジングケース１０５における固定部１５５の内周面には、融資歯車機構における固定リングギヤＲ１が固定される。サンギヤＳは、インプットシャフト６およびサンギヤ軸３１と一体回転するように連結されている。キャリアＣは、ステップドピニオンギヤＰを自転可能かつ公転可能に支持する。キャリアＣは、軸受６６によってリアカバー３２に対して回転自在に支持されている。

ステップドピニオンギヤＰにおける第１ピニオンギヤＰ１は、サンギヤＳおよび固定リングギヤＲ１と噛み合う。ステップドピニオンギヤＰにおける第２ピニオンギヤＰ２は、出力リングギヤＲ２と噛み合う。ここで、ステップドピニオンギヤＰにおける第１ピニオンギヤＰ１および第２ピニオンギヤＰ２の並びは、一実施形態のステップドピニオンギヤＰと反対である。また、第１ピニオンギヤＰ１は、第２ピニオンギヤＰ２よりも大径のギヤであり、第２ピニオンギヤＰ２と一体回転する。

比較例による固定リングギヤＲ１は、ハウジングケース１０５における固定部１５５の内周面に固定されている。一方、比較例による出力リングギヤＲ２は、ホイールケース１０７の内周部に、ホイールケース１０７と一体回転するように連結されている。ホイールケース１０７は、軸受１６７によってリアカバー１３２に対して回転自在に支持されている。すなわち、固定リングギヤＲ１は、リアカバー１３２に対して、出力リングギヤＲ２より遠い側に配置する必要がある。

比較例によるインホイールモータユニット１００においては、ハウジングケース１０５の円盤部１５３は、外筒部１５４および固定部１５５を設けるために、軸方向に沿って軸長Ｌ１分だけ厚くする必要がある。これに伴って、ハウジングケース１０５に対してブレーキ室を軸方向に区画するように取り付けられたカバー１０８は、円盤部１５３として必要な厚さ分の軸長Ｌ１分だけ、一実施形態によるカバー８に比して、軸方向に軸長Ｌ１分だけ厚くなる。すなわち、一実施形態によるインホイールモータユニット１は、比較例によるインホイールモータユニット１００に比して、軸方向に沿って軸長Ｌ１だけ軸長を短くすることができ、省スペース化を実現できる。

また、比較例によるインホイールモータユニット１００においては、固定リングギヤＲ１を固定するための固定部１５５をハウジングケース１０５に設けるために、モータ２の外周側に外筒部１５４を設ける必要がある。この場合、ホイールケース１０７は、径方向に沿って、一実施形態によるホイールケース７に比して、外筒部１５４の厚さおよびクリアランスによる半径Ｌ２分だけ広がることになる。すなわち、一実施形態によるインホイールモータユニット１は、比較例によるインホイールモータユニット１００に比して、径方向に沿って半径Ｌ２だけ短くすることができ、省スペース化を実現できる。

以上説明したように、車輪１０の内部にモータ２、減速機３、およびブレーキ４を配置したインホイールモータ構造においては、１段目の内歯車である固定リングギヤＲ１を固定する固定部を設ける必要から、固定部の板厚とクリアランス分だけ径方向および軸方向に体格が大きくなる問題があった。これに対し、本開示の一実施形態によれば、減速機３を構成する複合遊星歯車機構において、固定軸の第１リングギヤとしての固定リングギヤＲ１をリアカバー３２に固定し、出力軸の第２リングギヤとしての出力リングギヤＲ２をリアカバー３２から遠い側に配置する構造とすることにより、インホイールモータユニット１において、省スペース化を実現できる。

さらに、一実施形態においては、ロータ２１がステータ２２の径方向外側に配置されたモータ２を備えるインホイールモータユニット１について、ブレーキ４をステータ２２の径方向内側に配置することによりユニットの軸方向寸法を小さくできる。そのうえで、ステータ２２を固定するハウジングケース５とブレーキ４の固定部を固定するハウジングケース５とを共通化できるので、ハウジングの個数を一つにすることができる。これにより、搭載の自由度が高くなるとともにユニット全体の小型化を図ることができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。本開示のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付のクレームおよびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ インホイールモータユニット
２ モータ
３ 減速機
４ ブレーキ
５ ハウジングケース
６ インプットシャフト
７ ホイールケース
８ カバー
９ａ，９ｂ ボルト
１０ 車輪
１１ ホイール
１２ タイヤ
１３ フォーク
２１ ロータ
２２ ステータ
２３ ロータカップ
２３ａ 円筒部
２３ｂ，５２，５３ 円盤部
３１ サンギヤ軸
３２ リアカバー
５１ 仕切部
６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６８ 軸受
Ｃ キャリア
Ｐ ステップドピニオンギヤ
Ｐ１ 第１ピニオンギヤ
Ｐ２ 第２ピニオンギヤ
Ｒ１ 固定リングギヤ
Ｒ２ 出力リングギヤ
Ｓ サンギヤ

Claims (3)

1. 移動体における車輪の内部に、モータ、遊星歯車機構、ブレーキ、および固定部材が設けられた駆動装置であって、
   前記遊星歯車機構は、第１リングギヤおよび第２リングギヤを有し、前記第１リングギヤが固定軸として前記固定部材に固定され、前記第２リングギヤが出力軸として前記第１リングギヤに対して遠い側に配置される
   駆動装置。
2. 前記固定部材は、前記遊星歯車機構を収容するとともに、前記移動体に対して固定されている
   請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記モータが、ステータの径方向外側に配置されたロータを有するアウタモータから構成され、
   前記アウタモータは、前記車輪の内周側に設けられて中空軸部を有し、前記遊星歯車機構の出力部材として機能するホイールケースの内側に設けられ、
   前記ホイールケースは、前記遊星歯車機構の出力要素に連結されて前記固定部材に対して回転可能な回転部材からなる
   請求項１または２に記載の駆動装置。

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