JP5754327B2 - インホイールモータ駆動ユニット - Google Patents
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電動モータからの回転動力を入力軸および出力軸を経て車輪に伝達することで、各車輪を個々のインホイールモータ駆動ユニットにより駆動し、電気自動車を走行させるものである。
ところで入出力軸間の駆動結合に際しては、ハブベアリングのガタや寸法公差に起因して、車輪への横力などにより出力軸は入力軸に対し相対的に揺動することから、これら入出力軸間における駆動結合部の相対的な変位を吸収可能な態様で当該駆動結合を行う必要がある。
そのため従来は、ハブベアリングのガタや寸法公差に起因した車輪回転面の変位による出力軸の揺動角、つまり入出力軸間における駆動結合部の入出力軸相対変位量が大きくなる。
従って従来のインホイールモータ駆動ユニットにあっては、入出力軸間の相対変位吸収式駆動結合構造が大型化するのを避けられず、ひいてはインホイールモータ駆動ユニット自身が大型化するという問題を生ずる。
先ず、本発明の前提となるインホイールモータ駆動ユニットを説明するに、これは、
ハウジング内に回転自在に横架した入力軸と、
電動モータによって駆動される入力軸と、車輪に結合された出力軸と、該出力軸を回転自在に支持するハブベアリングとを具備し、前記入力軸および出力軸間を駆動結合すると共に、該駆動結合部の入出力軸相対変位を吸収可能な態様で前記入力軸および出力軸間の駆動結合を行う相対変位吸収式駆動結合構造を設けたものである。
つまり上記電動モータを挟んで、上記ハブベアリングと反対の側における軸線方向位置に配置した構成に特徴づけられる。
このため、相対変位吸収式駆動結合構造の位置によって決まる出力軸の揺動中心がハブベアリング(車輪)から遠く離れており、ハブベアリングのガタや寸法公差に起因した車輪回転面の変位による出力軸の揺動角、つまり入出力軸間における駆動結合部の入出力軸相対変位量を小さくすることができる。
<参考例の構成と、その問題点>
図1は、本発明の着想に至った経緯を説明するのに用いる、インホイールモータ駆動ユニットの参考例を示す。
図1におけるインホイールモータ駆動ユニットはハウジング1を具え、このハウジング1内に電動モータ2を収納する。
ロータ2r は、インホイールモータ駆動ユニットの入力軸3に駆動結合し、この入力軸3を、ロータ2rの軸線方向両側に配置した軸受4,5によりハウジング1に回転自在に支承する。
出力軸6の他端にはハブベアリング8を固着し、このハブベアリング8を複列アンギュラベアリング9でハウジング1の開口端に回転自在に支持することで、出力軸6をハウジング1内に支承する。
ハブベアリング8は、図示しなかったが、ハウジング1の開口端から露出した面に車輪を取り付ける。
電動モータ2からの回転駆動力は入力軸3および出力軸6を順次経てハブベアリング8に達し、車輪を入力軸3および出力軸6と一体回転させることで、電気自動車の走行を可能にする。
かかる出力軸6の揺動(入出力軸3,6の突き合わせ結合部7における入出力軸相対変位)は、異音や、駆動機能の損失(車両の走行不能)や、左右輪駆動力差による車両挙動不安定を生じ、これらの問題を回避する必要がある。
入出力軸3,6の相互突き合わせ結合部が破線「7´」で示すようにハブベアリング8の近くに位置し、ハブベアリング8のガタや寸法公差や撓みに起因した車輪回転面の変位による出力軸6の揺動角αが「α´」で示すように大きくなり、入出力軸3,6間における駆動結合部7´の入出力軸相対変位量が大きくなる。
従って従来のインホイールモータ駆動ユニットにあっては、相対変位吸収式駆動結合構造11´が、ラバーカップリングなど撓み式であっても、ギヤカップリングなど機構式であっても、を大型化するのを避けられず、ひいてはインホイールモータ駆動ユニット自身が大型化するという問題を生ずる。
図2は、上記の大型化に関する問題を解消した本発明の第1実施例になるインホイールモータ駆動ユニットを示し、図3(a),(b)は、このインホイールモータ駆動ユニットに用いる相対変位吸収式駆動結合構造11の詳細を示す。
本実施例においては図2に示すごとく、電動モータ2を挟んで、ハブベアリング8と反対の側における軸線方向位置に相対変位吸収式駆動結合構造11を配置する。
このため、ロータ2rに結合した入力軸3は中空とし、その外周に設けた軸受4,5を介してハウジング1に回転自在に支持する。
突条12a,13aは、円周方向に相互に重なり合うような相対高さとし、これら突条12a,13aが位置する内筒12の外周および外筒13の内周間に、ゴムなどの弾性材14(相対変位吸収体)を充填して、この弾性材14を介し内筒12および外筒13を一体化する。
内筒12の軸線方向突条12aに軸線方向孔12bを穿設してボルト15を挿通し、外筒13の軸線方向突条13aにも軸線方向孔13bを穿設してボルト16を挿通する。
そして、ハブベアリング8に近い内筒12および外筒13の端面にそれぞれ、出力軸6および入力軸3の対応端部を突き当て、
軸線方向突条12aに挿通したボルト15で出力軸6の端部を内筒12に取着し、軸線方向突条13aに挿通したボルト16で中空入力軸3の端部を外筒13に取着する。
電動モータ2(ロータ2r)からの回転動力は、中空入力軸3を経て相対変位吸収式駆動結合構造11の外筒13に達し、その後、弾性材14および内筒12を順次経て出力軸6に至り、ハブベアリング8(車輪)の回転駆動によって電気自動車の走行を可能にする。
入出力軸3,6の結合部7が、ハブベアリング8から遠い軸線方向位置に存在することとなり、ハブベアリング8のガタや寸法公差や撓みに起因した車輪回転面の変位による出力軸6の揺動角αが従来の「α´」よりも大幅に小さくなり、入出力軸3,6間における駆動結合部7の入出力軸相対変位量が従来よりも相当小さくなる。
図4は、前記の大型化に関する問題を解消した本発明の第2実施例になるインホイールモータ駆動ユニットを示し、図5(a),(b)は、このインホイールモータ駆動ユニットに用いる相対変位吸収式駆動結合構造11の詳細を示す。
本実施例においても第1実施例と同様に図4のごとく、電動モータ2を挟んで、ハブベアリング8と反対の側における軸線方向位置に相対変位吸収式駆動結合構造11を配置し、ロータ2rに結合した入力軸3を中空とし、出力軸6は入力軸3の中空孔内に遊嵌する。
この減速歯車組21は本発明における変速歯車機構に相当するもので、少なくとも一部が相対変位吸収式駆動結合構造11と径方向に重なり合う軸線方向位置に配置する。
段付きプラネタリピニオン24をサンギヤ22の外周およびリングギヤ23の内周に沿い転動させ得るようになす。
この段付きプラネタリピニオン24は、大径ギヤ部24aがハブベアリング8に近い側に位置し、小径ギヤ部24bがハブベアリング8から遠い側に位置するような向きに配置する。
複数個の段付きプラネタリピニオン24を回転自在に支持したキャリア25は、減速歯車組21の出力回転要素として機能するものであり、ハブベアリング8に近い一端を入力軸3上に回転自在に支持し、他端を図5につき後述する要領で相対変位吸収式駆動結合構造11の外周に固着する。
従って入力軸3は第1実施例と同様に、両端を軸受4,5によりハウジング1に対し回転自在に支持する。
つまり相対変位吸収式駆動結合構造11は、基本的に図3(a),(b)につき前述したと同様なものとし、内筒12および外筒13を同心配置して具え、内筒12の外周には複数個の軸線方向突条12aを円周方向等間隔に配して突設し、外筒13の内周には複数個の軸線方向突条13aを円周方向等間隔に配して突設する。
また突条12a,13aは、円周方向に相互に重なり合うような相対高さとし、これら突条12a,13aが位置する内筒12の外周および外筒13の内周間に、ゴムなどの弾性材14を充填して、この弾性材14を介して内筒12および外筒13を一体化する。
内筒12の軸線方向突条12aに軸線方向孔12bを穿設してボルト17を挿通し、外筒13の外周にフランジ13cを設けると共に当該フランジ13cに軸線方向孔13dを穿設してボルト18を挿通する。
そして、ハブベアリング8に近い内筒12の端面に出力軸6を突き当て、軸線方向突条12aに挿通したボルト17で出力軸6の端部を内筒12に取着し、
外筒13のフランジ13cに、ハブベアリング8から遠いキャリア25の端部を突き当て、フランジ13cに挿通したボルト18でキャリア25を外筒13に取着する。
電動モータ2(ロータ2r)からの回転動力は、中空入力軸3を経て減速歯車組21のサンギヤ22に伝達される。
これによりサンギヤ22は、大径ギヤ部24aを介して段付きプラネタリピニオン24を回転させるが、このとき固定のリングギヤ23が反力受けとして機能するため、段付きプラネタリピニオン24は、小径ギヤ部24bがリングギヤ23の内周に沿って転動し、また大径ギヤ部24aがサンギヤ22の外周に沿って転動するような遊星運動を行う。
上記の伝動作用により減速歯車組21は、電動モータ2から入力軸3への回転を、サンギヤ22の歯数およびリングギヤ23の歯数により決まる比で減速してハブベアリング8(車輪)に伝達することができる。
入出力軸3,6の結合部7が、ハブベアリング8から遠い軸線方向位置に存在することとなり、ハブベアリング8のガタや寸法公差や撓みに起因した車輪回転面の変位による出力軸6の揺動角が、図2にαで示すと同程度の小さなものとなり、入出力軸3,6間における駆動結合部7の入出力軸相対変位量が小さく、相対変位吸収式駆動結合構造11、ひいてはインホイールモータ駆動ユニットを小型化することができる。
図6は、本発明の第3実施例になるインホイールモータ駆動ユニットを示し、このインホイールモータ駆動ユニットに用いる相対変位吸収式駆動結合構造11は、図5(a),(b)につき前述したと同様なものとする。
本実施例においても第1実施例と同様に図6のごとく、電動モータ2を挟んで、ハブベアリング8と反対の側における軸線方向位置に相対変位吸収式駆動結合構造11を配置する。
ロータ2rに結合した入力軸3は中空とし、その両端を軸受4,5によりハウジング1内に回転自在に支持し、出力軸6は入力軸3の中空孔内に遊嵌する。
この減速歯車組31は本発明における変速歯車機構に相当するもので、少なくとも一部が相対変位吸収式駆動結合構造11と径方向に重なり合う軸線方向位置に配置する。
なお中間ギヤ33,34は、ハブベアリング8に近い側からその順位配置して、アイドラシャフト36を介し相互に一体化し、このアイドラシャフト36をハウジング1内に回転自在に支持する。
また出力ギヤ35は、減速歯車組31の出力回転要素として機能するものであり、軸受37を介してハウジング1内に回転自在に支持する。
図5(a),(b)に示すごとく内筒12の軸線方向突条12aに挿通したボルト17、および外筒13の外周フランジ13cに挿通したボルト18を用いる。
つまり、ハブベアリング8に近い内筒12の端面に出力軸6を突き当てた状態で、ボルト17により出力軸6の端部を内筒12に取着し、
外筒13のフランジ13cに出力ギヤ35の内周部を突き当てた状態で、ボルト18により出力ギヤ35を外筒13に取着する。
電動モータ2(ロータ2r)からの回転動力は、中空入力軸3を経て減速歯車組31のドライブピニオン32に伝達される。
その後ドライブピニオン32の回転は、ドライブピニオン32と中間ギヤ33とから成るドライブギヤ組、および、中間ギヤ34と出力ギヤ35とから成るドリブンギヤ組を順次経て、相対変位吸収式駆動結合構造11の外筒13(図5参照)に達する。
上記の伝動作用により減速歯車組31は、電動モータ2から入力軸3への回転を、ドライブピニオン32の歯数および出力ギヤ35の歯数により決まる比で減速してハブベアリング8(車輪)に伝達することができる。
入出力軸3,6の結合部7が、ハブベアリング8から遠い軸線方向位置に存在することとなり、ハブベアリング8のガタや寸法公差や撓みに起因した車輪回転面の変位による出力軸6の揺動角が、図2にαで示すと同程度の小さなものとなり、入出力軸3,6間における駆動結合部7の入出力軸相対変位量が小さく、相対変位吸収式駆動結合構造11、ひいてはインホイールモータ駆動ユニットを小型化することができる。
図7は、本発明の第4実施例になるインホイールモータ駆動ユニットを示し、このインホイールモータ駆動ユニットに用いる相対変位吸収式駆動結合構造11は、図3(a),(b)につき前述したと同様なものとする。
しかして図4に示す第2実施例と異なり、減速歯車組21はいささかも相対変位吸収式駆動結合構造11と径方向に重なり合うことのないよう、相対変位吸収式駆動結合構造11および電動モータ2間の軸線方向位置に配置する。
ハブベアリング8から遠いキャリア25の端部を相対変位吸収式駆動結合構造11に駆動結合するに際しては、相対変位吸収式駆動結合構造11および減速歯車組21の上記した軸線方向相対位置に起因し、ハブベアリング8に近い相対変位吸収式駆動結合構造11の端面において、その外筒13(図3参照)に対しキャリア25の上記端部を駆動結合する。
そして、相対変位吸収式駆動結合構造11に近い中空延長軸26の先端を、ハブベアリング8に近い外筒13(図3参照)の端面に突き当て、軸線方向突条13aに挿通したボルト16で中空延長軸26の上記先端を外筒13に取着する。
なお出力軸6は、相対変位吸収式駆動結合構造11に近い端部を、ハブベアリング8に近い内筒12の端面に突き当て、軸線方向突条12aに挿通したボルト15で出力軸6の当該端部を内筒12に取着する。
電動モータ2(ロータ2r)から入力軸3への回転動力は、遊星歯車式の減速歯車組21により減速されて、キャリア25から中空延長軸26に達する。
この中空延長軸26への減速回転は、相対変位吸収式駆動結合構造11の外筒13に向かい、その後、弾性材14および内筒12を順次経て出力軸6に至り、ハブベアリング8(車輪)の回転駆動によって電気自動車の走行を可能にする。
入出力軸3,6の結合部7が、図4の場合よりも一層ハブベアリング8から遠い軸線方向位置に存在することとなり、ハブベアリング8のガタや寸法公差や撓みに起因した車輪回転面の変位による出力軸6の揺動角が、図4の場合よりも更に小さなものとなる。
軸長増大部分が相対変位吸収式駆動結合構造11のみであって小径なため、車載性の悪化は限定的である。
図8は、本発明の第5実施例になるインホイールモータ駆動ユニットを示し、このインホイールモータ駆動ユニットに用いる相対変位吸収式駆動結合構造11は、図3(a),(b)につき前述したと同様なものとする。
しかして図6に示す第4実施例と異なり、減速歯車組31はいささかも相対変位吸収式駆動結合構造11と径方向に重なり合うことのないよう、相対変位吸収式駆動結合構造11および電動モータ2間の軸線方向位置に配置する。
出力ギヤ35の内周を相対変位吸収式駆動結合構造11に駆動結合するに際しては、相対変位吸収式駆動結合構造11および減速歯車組31の上記した軸線方向相対位置に起因し、ハブベアリング8に近い相対変位吸収式駆動結合構造11の端面において、その外筒13(図3参照)に対し出力ギヤ35の内周を駆動結合する。
そして、相対変位吸収式駆動結合構造11に近い中空延長軸38の先端を、ハブベアリング8に近い外筒13(図3参照)の端面に突き当て、軸線方向突条13aに挿通したボルト16で中空延長軸38の上記先端を外筒13に取着する。
なお出力軸6は、相対変位吸収式駆動結合構造11に近い端部を、ハブベアリング8に近い内筒12の端面に突き当て、軸線方向突条12aに挿通したボルト15で出力軸6の当該端部を内筒12に取着する。
電動モータ2(ロータ2r)からの回転動力は、平行軸式の減速歯車組31により減速されて、出力ギヤ35から中空延長軸38に達する。
この中空延長軸38への減速回転は、相対変位吸収式駆動結合構造11の外筒13に向かい、その後、弾性材14および内筒12を順次経て出力軸6に至り、ハブベアリング8(車輪)の回転駆動によって電気自動車の走行を可能にする。
入出力軸3,6の結合部7が、図6の場合よりも一層ハブベアリング8から遠い軸線方向位置に存在することとなり、ハブベアリング8のガタや寸法公差や撓みに起因した車輪回転面の変位による出力軸6の揺動角が、図6の場合よりも更に小さなものとなる。
これにより、入出力軸3,6間における駆動結合部7の入出力軸相対変位量が図6の場合よりも更に小さく、相対変位吸収式駆動結合構造11、ひいてはインホイールモータ駆動ユニットの更なる小型化を実現することができる。
軸長増大部分が相対変位吸収式駆動結合構造11のみであって小径なため、車載性の悪化は限定的である。
図9(a),(b)は、本発明の第6実施例になるインホイールモータ駆動ユニットを示す。
本実施例は基本的に図4の第2実施例と同様に構成するが、出力軸6とハブベアリング8との結合を前記した各実施例におけるように剛結合とせず、相対変位吸収式駆動結合構造11とは別に設けた相対変位吸収式駆動結合構造41により、結合部42の周りで出力軸6およびハブベアリング8の相対変位を吸収し得るよう、これら出力軸6およびハブベアリング8間を駆動結合する。
電動モータ2(ロータ2r)から入力軸3への回転動力は、遊星歯車式の減速歯車組21により減速されて、キャリア25から相対変位吸収式駆動結合構造11の外筒13(図5参照)に向かい、その後、弾性材14および内筒12を順次経て出力軸6に至り、ハブベアリング8(車輪)の回転駆動によって電気自動車の走行を可能にする。
入出力軸3,6の結合部7が、ハブベアリング8から遠い軸線方向位置に存在することとなり、ハブベアリング8のガタや寸法公差や撓みに起因した車輪回転面の変位による出力軸6の揺動角が図9(b)のように小さなものとなる。
これにより、入出力軸3,6間における駆動結合部7の入出力軸相対変位量が小さく、相対変位吸収式駆動結合構造11、ひいてはインホイールモータ駆動ユニットの小型化を実現することができる。
相対変位吸収式駆動結合構造11,41の共働により、出力軸6の両端が共に関節を持って相手方メンバに駆動結合されることとなり、ハブベアリング8のガタや変位の発生形態によらず、これを確実に吸収することができ、前記した効果を更に顕著なものにすることができる。
2 電動モータ
3 入力軸
4,5 軸受
6 出力軸
7 入出力軸結合部
8 ハブベアリング
9 複列アンギュラベアリング
11 相対変位吸収式駆動結合構造
12 内筒
12a 軸線方向突条
13 外筒
13a 軸線方向突条
13c 外周フランジ
14 弾性材(相対変位吸収体)
15,16 ボルト
21 遊星歯車式減速歯車組
22 サンギヤ
23 リングギヤ
24 段付きプラネタリピニオン
25 キャリア
26 延長軸
31 平行軸式減速歯車組
32 ドライブピニオン
33 大径中間ギヤ
34 小径中間ギヤ
35 出力ギヤ
36 アイドラシャフト
37 軸受
38 延長軸
41 別の相対変位吸収式駆動結合構造
42 ハブベアリング結合部
Claims (6)
- 電動モータによって駆動される入力軸と、車輪に結合された出力軸と、該出力軸を回転自在に支持するハブベアリングとを具備し、前記入力軸および出力軸間を駆動結合すると共に、該駆動結合部の入出力軸相対変位を吸収可能な態様で前記入力軸および出力軸間の駆動結合を行う相対変位吸収式駆動結合構造を設けたインホイールモータ駆動ユニットにおいて、
前記電動モータを挟んで、前記ハブベアリングと反対の側における軸線方向位置に前記相対変位吸収式駆動結合構造を配置したことを特徴とするインホイールモータ駆動ユニット。 - 前記電動モータが変速歯車機構を介して前記入力軸を駆動するものである、請求項1に記載のインホイールモータ駆動ユニットにおいて、
前記変速歯車機構を、少なくとも一部が前記相対変位吸収式駆動結合構造と径方向に重なり合うよう配置したことを特徴とするインホイールモータ駆動ユニット。 - 請求項2に記載のインホイールモータ駆動ユニットにおいて、
前記相対変位吸収式駆動結合構造を内周部および外周部と、これら内外周部間に、前記駆動結合部の入出力軸相対変位を吸収するよう介在させた相対変位吸収体とで構成し、 前記外周部の外周面に前記変速歯車機構の出力回転要素を結合し、前記内周部の端面に前記出力軸を結合したことを特徴とするインホイールモータ駆動ユニット。 - 前記電動モータが変速歯車機構を介して前記入力軸を駆動するものである、請求項1に記載のインホイールモータ駆動ユニットにおいて、
前記変速歯車機構を、前記相対変位吸収式駆動結合構造と径方向に重なり合うことのないよう、該相対変位吸収式駆動結合構造と前記電動モータとの間における軸線方向位置に配置したことを特徴とするインホイールモータ駆動ユニット。 - 請求項4に記載のインホイールモータ駆動ユニットにおいて、
前記相対変位吸収式駆動結合構造を内周部および外周部と、これら内外周部間に、前記駆動結合部の入出力軸相対変位を吸収するよう介在させた相対変位吸収体とで構成し、
前記外周部の端面に前記変速歯車機構の出力回転要素を結合し、前記内周部の端面に前記出力軸を結合したことを特徴とするインホイールモータ駆動ユニット。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のインホイールモータ駆動ユニットにおいて、
前記ハブベアリングおよび出力軸間を駆動結合すると共に、該駆動結合部におけるハブベアリングおよび出力軸の相対変位を吸収可能な態様で前記ハブベアリングおよび出力軸間の駆動結合を行う別の相対変位吸収式駆動結合構造を設けたことを特徴とするインホイールモータ駆動ユニット。
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