JP5766797B2 - 電気トラクションユニットを有する電動ハブ - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車の路面接触（接地）システムに関し、特に、その電動ホイールに関する。

或る特定の数の提案例、例えばこの技術分野においては、例えば欧州特許第０８７８３３２号明細書、同第１６３００２６号明細書、国際公開第２００６／０３２６６９号パンフレット、米国特許出願公開第２００７／０２５７５７０号明細書、国際公開第２００７／０８３２０９号パンフレット又は国際公開第２００９／１２４８９２号パンフレットに記載された提案例が知られている。

本願において、「電動ハブ」という表現は、ハブ、ハブキャリヤ、ハブキャリヤに対するハブの案内手段、電気駆動装置及びハブ制動手段を含む機械的組立体を意味するために用いられている。したがって、電動ハブは、一方において例えば空気圧タイヤを備えたホイールを受け入れ、他方において一般に懸架手段により車両を支持するようになっている。本願において、「電動ホイール」という表現は、同様に、上述の電動ハブと対応のホイールを含む機械的組立体を意味するために用いられている。

国際公開第２００９／２４８９２号パンフレットは、かかる電動ハブを記載しており、かかる電動ハブは、設計上、或る特定の要素、例えば懸架システム及びホイールについて自動車製造業者によって既に採用されると共に実証されている手段と良好な適合性を示している。この目的のため、電気ユニットのシャフトをブレーキディスクの半径方向外側に位置決めし、ブレーキディスクをハブキャリヤに対して車両の内側に位置決めすることが提案されている。国際公開第２００９／２４８９２号パンフレットの図１及び図２に記載された第１の変形形態によれば、ハブは、ケーシングのボア内で回転する。したがって、ケーシングは、ハブキャリヤとして働き、ケーシングは又、ブレーキキャリパを支持する。かかる設計例の案内手段の剛性は、不十分であることが判明している。同じ国際公開第２００９／２４８９２号パンフレットの図３に記載された別の変形形態によれば、ハブは、スタブアクスル周りに回転し、スタブアクスルは、ブレーキディスクの平面と交差する。この案内手段の剛性も又、スタブアクスルの長さが長いので不十分であることが判明している。同じ国際公開パンフレットの図４〜図８に記載されている更に別の変形形態によれば、ハブは、ケーシングのボア内で回転するが、ブレーキキャリパは、この場合、ケーシングによってではなくサスペンションアームによって保持される。これら後者の変形形態は、案内上の観点からは満足の行くものであるが、組み立てるのに極めて複雑であり、従って、製造の観点と保守の観点の両方から見て非常に費用が高くつく。

欧州特許第０８７８３３２号明細書 欧州特許第１６３００２６号明細書 国際公開第２００６／０３２６６９号パンフレット 米国特許出願公開第２００７／０２５７５７０号明細書 国際公開第２００７／０８３２０９号パンフレット 国際公開第２００９／１２４８９２号パンフレット

したがって、本発明の目的は、例えばこの種の電動ハブをより剛性的に且つ／或いはよりコンパクトに且つ／或いはより軽量に製作することによってこの種の電動ハブが良好に働くようにするよう電動ハブを改良することにある。

したがって、本発明は、電気自動車用の電動ハブであって、電動ハブは、ホイールを受け入れるようになったハブを含み、ハブは、ハブキャリヤに対してハブ軸線回りに回転するよう取り付けられ、電動ハブは、電気トラクションユニットを有し、電気トラクションユニットは、ハブキャリヤに連結された外側固定子と、回転軸線がハブ軸線から距離を置いたところに位置する内側回転子とを有し、電動ハブは、電気トラクションユニットの回転子のシャフトとハブとの間で働く減速手段を有し、電動ハブは、乾式摩擦制動手段を有し、周囲空気によって冷却される制動ロータ（１２）がブレーキシャフト（７３）を介して回転的にハブに固定されており、制動ロータは、ハブに関して電気自動車の軸方向内側に位置決めされ、電気トラクションユニットの回転子のシャフトは、制動ロータの半径方向外側に位置決めされると共に電気自動車の内側に向かって減速手段から軸方向に延びており、減速手段は、電気トラクションユニットの回転子に連結された駆動小歯車（４２）及びハブに連結された輪歯車（４５）を含み、ブレーキシャフト（７３）が制動ロータをハブに連結するようハブキャリヤを貫通して延びており、ブレーキシャフトは、減速手段とは別個独立である、電動ハブにおいて、減速手段は、２つの減速段を有し、ハブは、ハブがハブキャリヤのスタブアクスル周りに位置決めされた転がり接触ハブ軸受を介して回転することができるよう取り付けられており、ブレーキシャフトは、スタブアクスルの空所を軸方向に貫通して延びていることを特徴とする電動ハブに関する。

好ましくは、第１の減速段は、駆動小歯車と中間シャフトに連結された大歯車との噛み合いから成り、第２の減速段が中間シャフトに固定された減速小歯車とハブに連結された輪歯車の噛み合わせから成る。

好ましくは、中間シャフトの軸線及び回転子の軸線は、ハブの軸線に平行である。

好ましくは、制動ロータは、ディスクであり、ブレーキキャリパがハブキャリヤに固定される。

好ましくは、スタブアクスルを貫通して延びるブレーキシャフトは又、軸受によってハブキャリヤに対して案内される。

好ましくは、ケーシングが減速手段を収納すると共に電気トラクションユニットを支持する。

好ましくは、制動ロータは、電気トラクションユニットの固定子の半径方向最も内側の部分から半径方向に延び出ており、制動ロータは、電気トラクションユニットの固定子と減速手段との間で軸方向に位置決めされる。

本発明は又、かかる電動ハブを有する電動ホイールに関する。

好ましくは、電動ホイールは、好ましくは鋼板で作られた一体の従来型ホイールを有する。

本発明は又、かかる電動ホイールを少なくとも２つ有する車両に関する。

好ましくは、２つの電動ホイールは、車両のリヤアクスルに取り付けられる。この場合も又、好ましくは、２つの電動ホイールのハブキャリヤは、各々、車両のリヤねじりアクスル又はトレーリングアームアクスルのアームに固定される。

本発明の別の特徴及び別の利点は、好ましい実施形態の説明から明らかになろう。

車両の内側からハブ軸線に沿って見た本発明の電動ハブの一実施形態の平面図である。 図１に見えるＡ‐Ａの１点鎖線に沿って取ったこの実施形態の断面図である。

種々の図において、同一又は類似の要素は、同一の参照符号で示されている。したがって、これら要素については、体系的に再述することはしない。

図は、本発明の電動ホイールの好ましい実施形態を示している。電動ハブ１は、ホイール２の回転を案内すると共に制御するようになっている。空気圧タイヤは、図からは省かれている。ホイール２を受け入れるようになったハブ７がハブキャリヤ５に対してハブ軸線Ｍ回りに回転することができるよう取り付けられている。

ハブ軸線Ｍは、本願では一定の基準であり、向きを「半径方向」又は「軸方向」として定めるために基準にするのはこの軸線に関してである。思い起こされるように、そしてホイール又はタイヤの分野において用いられている使用法によれば、軸方向の向きは、ハブの軸線に平行な向きであり、半径方向の向きは、ハブの軸線に垂直な向きである。

電気ユニット３がハブを駆動し、適宜、これを制動する。電気ユニットの図面を単純化するために、内側回転子３１のシャフト３３及び外側固定子３２のスリーブしか示されていない。電気ユニットの回転は、減速手段４を介してハブの回転に結合される。

本発明の電動ハブの本質的な一特徴は、減速手段４が少なくとも２つの減速段を有していることにある。好ましくは、図示のように、減速手段は、２つの減速段から成る。第１の減速段は、駆動小歯車４２と中間シャフト４１に連結されている大歯車４３の噛み合わせから成る。駆動小歯車４２は、電気ユニット３の回転子のシャフト３３を介して駆動される。第２の減速段は、中間シャフト４１に連結された減速小歯車４４とハブ７に固定されたハブ輪歯車４５の噛み合わせから成る。

回転子の軸線Ｒは、ハブ軸線Ｍから距離を置いたところに位置している。中間シャフト４１の軸線Ｉは、好ましくは、図示のように、ハブ軸線Ｍ及びロータの回転軸線Ｒに平行である。全体的な減速比は、好ましくは、１５よりも大きい。

本発明の電動ハブの別の本質的な特徴は、ハブキャリヤ５がハブの回転の中心となるスタブアクスル５１を有し、スタブアクスル５１が転がり接触ハブ軸受７１によって案内されるということにある。したがって、転がり接触ハブ軸受の内側部分は、ハブアクスル５１に固定されているので固定されており、これに対し、転がり接触軸受の外側部分は、ハブ７と一緒に回転する。この好ましい実施形態では、案内は、ハブに固定された輪歯車４５に多少なりとも向いた状態で位置決めされた複列玉軸受によって与えられる。

本発明の電動ハブの別の本質的な特徴は、制動ロータ（この場合、ディスク１２であることを意味している）がハブキャリヤに対して車両の内側に位置していることにある。ハブ７に固定されたブレーキシャフト７３がディスクの回転を直接駆動する。したがって、ハブ及びディスクは、電気ユニットとハブとの間の伝動とは無関係に同一の回転速度で常時駆動され、このことは、減速ユニットとは無関係であると言えることを意味している。ブレーキシャフトは、減速手段と並行して働き、従って、伝動装置の一部をなさない。これを達成するため、ブレーキシャフトは、ハブキャリヤを軸方向に貫通して延び、このことは、これがスタブアクスル５１の空所５２内で回転すると言えることを意味している。

伝動装置と制動手段との間の独立性を達成することは、作動上の安全性に関する観点から見て重要である。

好ましくは、ブレーキシャフトも又、スタブアクスル内に設けられた軸受５５によって案内される。好ましくは、この軸受は、針軸受である。ブレーキシャフトは、その重量を制限するためにここでも又中空である。

減速及び案内手段組立体は、ケーシング８内に収容されている。ケーシングは、全てはねかけ潤滑によってケーシングを潤滑するための適当な量の潤滑剤を更に収容するのが良い。ケーシングの内側部分８１は、この場合、ハブキャリヤと一体として作られておらず、これら２つのコンポーネントは、ボルト８３を用いて組み立てられる。このように分離した場合の１つの利点は、この場合、ハブキャリヤ及びケーシングについて、互いに異なる材料、例えばそれぞれ鋼及びアルミニウム合金を選択することができるということにある。ケーシングの外側部分８２は、ハブ７のための中央開口部を有する。リップシール８４がハブの周りの封止を可能にしている。理解されるように、密封型転がり接触軸受をシール８４の代わりに取り付けても良く、その目的は、ホイール及び減速手段の案内を一段と高めることにある。ケーシングは、小径輪歯車の使用により特にコンパクトであり且つ剛性である。

電気ユニットの固定子３２は、回転的にハブキャリヤ５に連結されている。トルク伝達に必要なこの連結は、図示のように剛性且つ直接的であるのが良いが、サスペンション動程にうまく対処するよう相対回転運動を可能にするために間接的であっても良く、これは均等範囲に属する。この相対運動は、当然のことながら、制限されなければならず、かかる相対運動は、伝達されるトルクとサスペンション装置の動的剛性（垂直及び水平方向）との間の或る程度の独立性の実現を可能にするようになっている。したがって、この場合、固定子３２は、ケーシング８に固定され、ケーシングはそれ自体、ハブキャリヤ５に固定されている。ハブキャリヤに対するケーシング回転が可能であると仮定して、この回転は、例えば、ケーシングと車両のボディーシェル（図示せず）との間で働くリンクロッドによって制御可能である。

本発明の電動ハブは、ハブキャリヤ５のねじ山５６にねじ込まれるボルトによって車両に、特に、そのサスペンションシステムに固定されるのが良い。この場合、ケーシング８は、スタブアクスルのベースに固定され、ケーシング８は、この場合、電気ユニット及び減速手段だけを支持する。

図に概略的に示されているように、本発明の電動ハブは、車両のアクスル、例えばリヤねじれアクスル又はトレーリングアームアクスルのトレーリングアーム１０に固定されるのが良い。この場合、車両のフロントは、図１で見て左側である。容易に理解されるように、本発明の電動ハブは、他形式のフロント又はリヤサスペンションシステム、例えばセミトレーリングアームシステム、マルチリンクシステム又はマクファーソンストラット若しくは疑似マクファーソンストラットシステムと組み合わされても良い。

ブレーキキャリパ１１は、当然のことながら、例えばサスペンションアーム１０によりハブキャリヤ５に固定される。

本発明の車両は、純粋に電気式の車両であってもハイブリッド車両であっても良い。ハイブリッド車両を構成する１つの有利な仕方は、本発明の電動ハブを用いてフロントアクスル用の従来型燃焼エンジン動力をリヤアクスルのホイールの電気駆動装置と組み合わせることである。電力源は、列状に配置されたバッテリ又はスーパーキャパシタ、燃料電池、トロリーバスに用いられているような市街送電網又は任意他の利用可能な電力源であって良い。

図は、電気ユニットを１つしか示していない。当然のことながら、本発明によれば、各ハブについて２つ又は３つ以上のユニットを用いることが可能であり、ユニットは各々、これら自体の駆動小歯車を介して専用又は共有減速手段と噛み合う。多数の駆動ユニットを用いると、利用可能なトルクを増大させると共に／或いは電気ユニットの軸方向及び半径方向寸法を減少させることが可能である。

同様に、体系的に図示しているのはディスクブレーキである。これは、これが好ましい実施形態であるからであり、ただし、当業者であれば知っているように、或る特定の状況では、ディスクブレーキに代えてドラムブレーキを用いることが好ましい場合がある。

しかしながら、本発明を具体化する場合、減速手段は、好ましくは、電気ユニットを制動モードにおいて使用することができるよう可逆的である。制動モード中に電気ユニットにより回復される電気エネルギーをそれ自体知られている仕方で貯蔵し又は消散させることができる。

本発明の一利点は、完全に従来型であり、従って、購入したりメンテナンスを行ったりするうえで比較的経済的なホイール及びブレーキ（空冷換気式又は非換気式シングルディスク乾式ブレーキ及びキャリパ）を使用できるということにある。

フランジ７２がハブ７の外端部のところに固定されており、このフランジは、図示されていないボルトによって取り付けられたホイール２を受け入れる。当然のことながら、フランジに頼らないで別のホイールをハブ７に直接固定しても良いが、図示のシステムは、完全に従来型のホイール及びホイールボルトに対応できるという利点を有する。図示のホイールは、鋼板で作られた標準の一体型ホイールである。

好ましくは、図示のように、減速手段は全て、ホイール内に収められる。この場合、電気ユニットの固定子の全体は、車両の内側寄りでホイールの軸方向外側に位置決めされる。特にホイールの寸法に応じて、電気ユニットのこれよりも多い又は少ない比率分をホイール内に収納することができる。

好ましくは、電気ユニットの回転は、図示のようにハブの回転に永続的に結合される。

本明細書における説明は、特定の一実施形態に集中しているが、当業者であれば、図示の種々の手段と図示していないが先行技術から知られている他の手段の他の組み合わせをどのようにすれば想到できるかを知っているであろう。

Claims (12)

1. 電気自動車用の電動ハブ（１）であって、前記電動ハブは、ホイール（２）を受け入れるようになったハブ（７）を含み、前記ハブは、ハブキャリヤ（５）に対してハブ軸線（Ｍ）回りに回転するよう取り付けられ、前記電動ハブは、電気トラクションユニット（３）を有し、前記電気トラクションユニットは、前記ハブキャリヤに連結された外側固定子（３２）と、回転軸線（Ｒ）が前記ハブ軸線から距離を置いたところに位置する内側回転子（３１）とを有し、前記電動ハブは、前記電気トラクションユニットの前記回転子のシャフト（３３）と前記ハブとの間で働く減速手段（４）を有し、前記電動ハブ（１）は、乾式摩擦制動手段を有し、周囲空気によって冷却される制動ロータ（１２）がブレーキシャフト（７３）を介して回転的に前記ハブに固定されており、前記制動ロータは、前記ハブに関して前記電気自動車の軸方向内側に位置決めされ、前記電気トラクションユニットの前記回転子の前記シャフトは、前記制動ロータの半径方向外側に位置決めされると共に前記電気自動車の内側に向かって前記減速手段から軸方向に延びており、前記減速手段は、前記電気トラクションユニットの前記回転子に連結された駆動小歯車（４２）及び前記ハブに連結された輪歯車（４５）を含み、ブレーキシャフト（７３）が前記制動ロータを前記ハブに連結するよう前記ハブキャリヤを貫通して延びており、前記ブレーキシャフトは、前記減速手段とは別個独立である、電動ハブ（１）において、前記減速手段は、２つの減速段を有し、前記ハブは、前記ハブが前記ハブキャリヤのスタブアクスル（５１）周りに位置決めされた転がり接触ハブ軸受（７１）を介して回転することができるよう取り付けられており、前記ブレーキシャフトは、前記スタブアクスルの空所（５２）を軸方向に貫通して延びている、電動ハブ（１）。
2. 第１の減速段は、前記駆動小歯車（４２）と中間シャフト（４１）に連結された大歯車（４３）との噛み合いから成り、第２の減速段が前記中間シャフト（４１）に固定された減速小歯車（４４）と前記ハブ（７）に連結された前記輪歯車（４５）の噛み合わせから成る、請求項１記載の電動ハブ（１）。
3. 前記中間シャフトの軸線（Ｉ）及び前記回転子の軸線（Ｒ）は、前記ハブの軸線（Ｍ）に平行である、請求項２記載の電動ハブ（１）。
4. 前記制動ロータは、ディスク（１２）であり、ブレーキキャリパ（１１）が前記ハブキャリヤ（５）に固定されている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の電動ハブ。
5. 前記スタブアクスルを貫通して延びる前記ブレーキシャフトは又、軸受（５５）によって前記ハブキャリヤに対して案内される、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の電動ハブ（１）。
6. ケーシング（８）が前記減速手段（４）を収納すると共に前記電気トラクションユニット（３）を支持している、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の電動ハブ（１）。
7. 前記制動ロータ（１２）は、前記電気トラクションユニットの前記固定子の半径方向最も内側の部分から半径方向に延び出ており、前記制動ロータは、前記電気トラクションユニットの前記固定子と前記減速手段との間で軸方向に位置決めされている、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の電動ハブ。
8. 電動ホイール（１，２）であって、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の電動ハブ（１）を有する、電動ホイール（１，２）。
9. 一体のホイール（２）を有する請求項８記載の電動ホイール。
10. 車両であって、請求項８又は請求項９記載の電動ホイールを少なくとも２つ有する、車両。
11. ２つの電動ホイールは、前記車両のリヤアクスルに取り付けられている、請求項１０記載の車両。
12. 前記２つの電動ホイールの前記ハブキャリヤ（５）は、各々、前記車両のリヤねじりアクスル又はトレーリングアームアクスルのアーム（１０）に固定されている、請求項１１記載の車両。

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