JP6784203B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、車輪に駆動トルクや制動トルクを作用させる駆動装置に関し、特に複数の車輪毎に設けられる駆動装置に関するものである。

特許文献１および特許文献２には、タイヤホイール内にモータが搭載されたいわゆるインホイール式の駆動装置が記載されている。これらの駆動装置は、モータを小型化するために、モータとタイヤホイールとの間のトルクの伝達経路内に減速機が設けられている。この減速機は、二つのシングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。そして、特許文献１に記載された駆動装置は、減速機の出力要素であるキャリヤの外周部に、減速機を内部に収容するように構成された円筒軸が連結されており、その円筒軸に制動トルクを作用させるブレーキ機構が設けられている。また、特許文献２に記載された駆動装置は、モータの出力軸が、モータや減速機を収容するケースを貫通して、減速機とは反対側に延出しており、そのケースから延出した部分に制動トルクを作用させるブレーキ機構が設けられている。

特開２０１３−８２３２１号公報 特開２０１３−８２３２０号公報

特許文献１や特許文献２に記載されたように駆動装置にブレーキ機構を設けることにより駆動装置を小型化することができる。特に、特許文献２に記載された駆動装置のように減速機の入力側にブレーキ機構を設けることにより、ブレーキ機構の必要トルクを低減することができるため、ブレーキ機構自体を小型化することができ、ひいては、駆動装置を小型化することができる。しかしながら、いわゆるインホイールモータを備えた車両は、それぞれの車輪が独立して駆動するため、駐車状態を維持するためには、車輪毎にパーキングロック機構を備える必要がある。そのパーキングロック機構を駆動装置に加えて別途設けると、車輪に設けられる装置全体が大型化する可能性がある。

また、特許文献１や特許文献２に記載されたブレーキ機構は、油圧によって制動トルクを制御するように構成されているため、油圧をブレーキ機構に供給する油路などの油圧機構が設けられることになる。したがって、そのような油圧機構を設けることにより、車輪に設けられる装置全体が大型化する可能性がある。

上記のように車輪に設けられる装置全体が大型化すると、それに伴って車輪の重量が増大するため、いわゆるバネ下荷重が大きくなり、走行安定性や乗り心地が悪化する可能性がある。

この発明は上記のような技術的課題に着目して考え出されたものであり、パーキングロック機能を有するとともに、装置全体を小型化することができる駆動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、車両のそれぞれの車輪に設けられるとともに、前記車輪毎に駆動トルクおよび制動トルクを作用させることができる駆動装置において、前記車輪にトルク伝達可能に連結され、かつ前記車輪の回転中心軸線と同一軸線上で回転するモータと、前記モータと前記車輪とに連結されるとともに、前記モータのトルクを増大させて前記車輪にトルクを伝達する減速機構と、前記減速機構の入力側に連結されたブレーキ機構とを備え、前記ブレーキ機構は、前記減速機構に連結されたブレーキロータと、環状に形成されるとともに前記ブレーキロータの回転軸線方向で当該ブレーキロータと対向して配置され、かつ前記ブレーキロータに摩擦接触することにより前記ブレーキロータに制動トルクを作用させるブレーキステータと、前記ブレーキステータと前記ブレーキロータとの接触圧を制御可能な第１電磁アクチュエータと、前記車両の電源を停止した状態であっても前記ブレーキステータと前記ブレーキロータとを所定の接触圧で接触させた状態を維持可能な第２電磁アクチュエータとによって構成されてい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アクチュエータは、前記ブレーキステータに取り付けられ、かつ前記ブレーキステータおよび前記ブレーキロータよりも外径が小さい環状のコイルを含み、前記コイルは、前記ブレーキステータおよび前記ブレーキロータが接触した場合における接触部と前記ブレーキロータの回転軸線方向で一部が重なり、かつ前記ブレーキロータの半径方向で内側の部分に設けられていてよい。
そして、この発明では、前記モータ、前記減速機構、前記ブレーキロータ、および前記ブレーキステータの外径は、前記車輪のホイールの内径よりも小さく形成され、前記モータ、前記減速機構、前記ブレーキロータ、および前記ブレーキステータは、前記ホイールの一部と、前記回転軸線方向で重なる位置であり、かつ前記ホイールの半径方向の内側の空間に収容されていてよい。

この発明によれば、減速機構の入力側にブレーキ機構が連結されているため、ブレーキ機構の必要トルクを低減することができ、その結果、ブレーキ機構を小型化することができる。また、そのブレーキ機構は、ブレーキロータと、ブレーキロータに摩擦接触することにより制動トルクを発生させるブレーキステータと、ブレーキロータとブレーキステータとの接触圧を制御可能な第１電磁アクチュエータと、ブレーキステータとブレーキロータとを所定の接触圧で接触させた状態を維持可能な第２電磁アクチュエータとによって構成されている。したがって、パーキングロックするための機構を別途設ける必要がなく、また油圧機構などを別途設ける必要がなく、駆動装置を小型化することができる。その結果、バネ下荷重を低減することができる。

この発明の実施形態における駆動装置の一例を説明するための断面図である。

この発明の実施形態における駆動装置の一例を説明するための断面図を、図１に模式的に示している。図１に示す駆動装置１は、車両のいずれかの車輪に搭載されたものであって、駆動力源としてモータ２が設けられている。このモータ２は、従来知られているハイブリッド車両や電気自動車の駆動力源として設けられたモータと同様に構成することができ、その一例として、三相型の同期電動機により構成することができる。具体的には、ケース３に固定された環状のステータ４と、そのステータ４の内側に回転自在に設けられたロータ５とによって構成されている。そして、ロータ５に出力軸６が一体回転可能に連結されている。なお、ステータ４には、図示しないコイルが設けられている。

この出力軸６は、ロータ５の両側に延出されており、それら延出された部分がケース３に回転自在に保持されている。その車幅方向における外側に延出した端部には、シングルピニオン型の遊星歯車機構７が連結されている。この遊星歯車機構７は、この発明の実施形態における「減速機構」に相当するものであって、モータ２の出力軸６にサンギヤ８が連結され、リングギヤ９がケース３に一体化されている。そして、それらサンギヤ８とリングギヤ９とに噛み合うピニオンギヤ１０を、自転可能にかつサンギヤ８の回転中心を中心として公転可能に保持するキャリヤ１１から、モータ２のトルクが増幅されて出力されるように構成されている。そのキャリヤ１１には、車幅方向における外側に開口した円筒軸１２が一体に形成されている。つまり、円筒軸１２は、モータ２の回転中心軸線Ｌ１と同一軸線（回転中心軸線）Ｌ２を中心として回転するように設けられている。なお、円筒軸１２がケース３に回転可能に保持されている。

円筒軸１２には、車幅方向における外側に延出した出力部材１３が連結されており、その出力部材１３にタイヤホイール１４がボルト１５で固定されている。このタイヤホイール１４は、ケース３の外側を囲いかつタイヤ１６が取り付けられた円筒部１７と、円筒部１７の一方側の開口部を閉じるように形成された環状壁部１８とを備え、その環状壁部１８の側面と出力部材１３の側面とが接触するようにボルト固定されている。すなわち、タイヤ１６は、円筒軸１２と同一軸線Ｌ２を中心として回転し、かつモータ２の回転中心軸線Ｌ１と同一軸線を中心として回転するように構成されている。

また、モータ２の出力軸６に制動トルクを作用させることができる摩擦ブレーキ１９が設けられている。この摩擦ブレーキ１９は、この発明の実施形態における「ブレーキ機構」に相当するものであって、電磁石に通電することにより作動して所定の回転部材を制動する励磁作動式の電磁ブレーキによって構成されている。図１に示す例では、摩擦ブレーキ１９は、出力軸６のうちの遊星歯車機構７が連結された端部とは反対側に延出した端部に、出力軸６と一体回転するように固定された磁性材料のブレーキロータ２０と、ブレーキロータ２０に接近することができ、かつ回転不能にケース３にスプライン係合した環状のブレーキステータ２１と、通電されることにより電磁力を発生するブレーキステータ２１に取り付けられたコイル２２とにより構成されている。なお、コイル２２が、この発明の実施形態における「第１電磁アクチュエータ」に相当する。

したがって、摩擦ブレーキ１９は、コイル２２に通電することにより、コイル２２で発生する電磁力によってブレーキロータ２０とブレーキステータ２１とを摩擦係合させるように作動し、制動トルクを発生させる。その制動トルクは、遊星歯車機構７を介してタイヤ１６に伝達される。

さらに、コイル２２に対する通電が無くなった場合、より具体的には、車両の電源を停止した状態であっても、ブレーキロータ２０とブレーキステータ２１とを所定の接触圧で接触させて出力軸６を制動した状態を維持することが可能なパーキングブレーキ（以下、ＥＰＢと記す）２３が設けられている。図１に示す例では、ＥＰＢ２３は、可動プレート２４、送りねじ機構２５、および送りねじ機構２５を作動させる制動用モータ２６を備えている。この制動用モータ２６が、この発明の実施形態における「第２電磁アクチュエータ」に相当する。

送りねじ機構２５は、制動用モータ２６が出力するトルクによる回転運動を直線運動に変換し、可動プレート２４をブレーキステータ２１側へ押圧する作動装置である。ＥＰＢ２３は、制動用モータ２６によって送りねじ機構２５に所定の回転方向（正転方向とする）のトルクを付与することにより、可動プレート２４およびブレーキステータ２１をブレーキロータ２０側に押圧して、ブレーキロータ２０とブレーキステータ２１とを摩擦係合させて出力軸６を制動する。それとは反対に、制動用モータ２６によって送りねじ機構２５に逆転方向のトルクを付与することにより、このＥＰＢ２３による出力軸６の制動を解除することができる。すなわち、ブレーキロータ２０は、ＥＰＢ２３の一つの構成要素としての機能を兼備している。なお、制動用モータ２６の回転中心軸線Ｌ３が、モータ２の回転中心軸線Ｌ１と同軸となるように、制動用モータ２６がケース３に固定されている。

また、ＥＰＢ２３における送りねじ機構２５は、直線運動を回転運動に変換する場合の送りねじの逆効率が、回転運動を直線運動に変換する場合の送りねじの正効率よりも低く設定されている。したがって、送りねじ機構２５で可動プレート２４およびブレーキステータ２１を、ブレーキロータ２０側に押圧して出力軸６を制動した状態を維持することができる。そのため、制動用モータ２６によって送りねじ機構２５を作動させ、出力軸６を制動した状態で、前述のコイル２２および制動用モータ２６に対する通電が止められた場合であっても、ＥＰＢ２３による出力軸６の制動状態を維持することができる。したがって、このＥＰＢ２３における送りねじ機構２５は、回転運動を直線運動に変換して出力軸６を制動するための推力を発生するとともに、推力を発生して出力軸６を制動した状態を保持することが可能な推力発生機構である。

なお、ＥＰＢ２３は、制動用モータ２６によりブレーキロータ２０とブレーキステータ２１との接触圧を制御することにより、モータ２の出力軸６に作用する制動トルクの大きさを制御することができる。すなわち、ＥＰＢ２３を摩擦ブレーキ１９のバックアップとして機能させることができる。

そして、上記のモータ２や遊星歯車機構７あるいは摩擦ブレーキ１９もしくはＥＰＢ２３を収容するケース３が、ナックル２７を介してサスペンション機構２８に連結されている。

上述した駆動装置１は、運転者によるアクセル操作などに基づいた加速要求時には、モータ２からトルクを出力する。そのトルクは、遊星歯車機構７のギヤ比に応じて増大させられてタイヤ１６に伝達される。同様に運転者によるブレーキ操作などに基づいた減速要求時には、コイル２２に通電してブレーキステータ２１をブレーキロータ２０に接触させることにより制動トルクを発生させ、または状況に応じてモータ２を回生制御することにより制動トルクを発生させる。その制動トルクは、遊星歯車機構７のギヤ比に応じて増大させられてタイヤ１６に伝達される。

したがって、上述したようにモータ２および摩擦ブレーキ１９を減速機構として機能する遊星歯車機構７の入力側に設けることにより、モータ２や摩擦ブレーキ１９が出力するべきトルクを小さくすることができる。すなわち、モータ２や摩擦ブレーキ１９の外径を小さくすることができる。その結果、モータ２や摩擦ブレーキ１９の搭載性を向上させることができ、またいわゆるバネ下荷重を低減することができる。

さらに、図示しないシフトレバーやスイッチ操作によりパーキングレンジが選択された場合には、制動用モータ２６を駆動してブレーキステータ２１とブレーキロータ２０とを接触させ、その状態で制動用モータ２６への通電を停止する。上記のように送りねじ機構２５は、逆効率が正効率よりも低く設定されているため、制動用モータ２６への通電を停止したとしても、ブレーキステータ２１とブレーキロータ２０とを接触させた状態が維持され、言い換えると、タイヤ１６に制動トルクを作用させた状態が維持される。

前述したようにブレーキロータ２０は、ＥＰＢ２３の一つの構成要素としての機能を兼備しているため、いわゆるパーキングロック機構を別途設ける場合と比較して、ＥＰＢ２３を小型化することができる。さらに、上記摩擦ブレーキ１９と同様に必要トルクを小さくすることができるため、ＥＰＢ２３を小型化することができる。その結果、ＥＰＢ２３の搭載性を向上させることができるとともに、バネ下荷重を低減することができる。

またさらに、モータ２と摩擦ブレーキ１９と遊星歯車機構７とを同一軸線上に配置することにより、駆動装置１を小型化することができる。

そして、上記の摩擦ブレーキ１９やＥＰＢ２３は、コイル２２および制動用モータ２６をアクチュエータとしているため、油圧機構などを設ける必要がなく、その分、駆動装置１を小型化することができ、バネ下荷重を低減することができる。

なお、上記の遊星歯車機構７は、シングルピニオン型の遊星歯車機構に限らず、ダブルピニオン型の遊星歯車機構であってもよく、複数の遊星歯車機構を直列に連結して段階的にギヤ比を大きくするように構成したものであってもよい。また、駆動装置１は、駆動輪として機能する車輪に設けられていればよく、四輪全てに設けられている必要はない。

１…駆動装置、 ２…モータ、 ６…出力軸、 ７…遊星歯車機構、 １４…タイヤホイール、 １６…タイヤ、 １９…摩擦ブレーキ、 ２０…ブレーキロータ、 ２１…ブレーキステータ、 ２２…コイル、 ２３…パーキングブレーキ（ＥＰＢ）、 ２６…制動用モータ、 Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…回転中心軸線。

Claims (3)

1. 車両のそれぞれの車輪に設けられるとともに、前記車輪毎に駆動トルクおよび制動トルクを作用させることができる駆動装置において、
   前記車輪にトルク伝達可能に連結され、かつ前記車輪の回転中心軸線と同一軸線上で回転するモータと、
   前記モータと前記車輪とに連結されるとともに、前記モータのトルクを増大させて前記車輪にトルクを伝達する減速機構と、
   前記減速機構の入力側に連結されたブレーキ機構と
   を備え、
   前記ブレーキ機構は、前記減速機構に連結されたブレーキロータと、環状に形成されるとともに前記ブレーキロータの回転軸線方向で当該ブレーキロータと対向して配置され、かつ前記ブレーキロータに摩擦接触することにより前記ブレーキロータに制動トルクを作用させるブレーキステータと、前記ブレーキステータと前記ブレーキロータとの接触圧を制御可能な第１電磁アクチュエータと、前記車両の電源を停止した状態であっても前記ブレーキステータと前記ブレーキロータとを所定の接触圧で接触させた状態を維持可能な第２電磁アクチュエータとによって構成されている
   ことを特徴とする駆動装置。
2. 請求項１に記載の駆動装置において、
   前記第１アクチュエータは、前記ブレーキステータに取り付けられ、かつ前記ブレーキステータおよび前記ブレーキロータよりも外径が小さい環状のコイルを含み、
   前記コイルは、前記ブレーキステータおよび前記ブレーキロータが接触した場合における接触部と前記ブレーキロータの回転軸線方向で一部が重なり、かつ前記ブレーキロータの半径方向で内側の部分に設けられている
   ことを特徴とする駆動装置。
3. 請求項１または２に記載の駆動装置において、
   前記モータ、前記減速機構、前記ブレーキロータ、および前記ブレーキステータの外径は、前記車輪のホイールの内径よりも小さく形成され、
   前記モータ、前記減速機構、前記ブレーキロータ、および前記ブレーキステータは、前記ホイールの一部と、前記ホイールの回転軸線方向で重なる位置であり、かつ前記ホイールの半径方向の内側の空間に収容されている
   ことを特徴とする駆動装置。

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