JPWO2005023575A1 - 減速機の保護が可能なインホイールモータ - Google Patents
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Abstract
インホイールモータは、ホイールディスク(10)、ホイールハブ(20)、モータ(60)、プラネタリギア(80)およびシャフト(110)を備える。ホイールディスク(10)は、ホイールハブ(20)に連結される。プラネタリギア(80)は、モータ(60)のロータ(63)に連結される。シャフト(110)は、プラネタリギア(80)のプラネタリキャリア(84)をホイールハブ(20)に連結する。動力は、モータ(60)、プラネタリギア(80)、シャフト(110)、ホイールハブ(20)、ホイールディスク(10)の順に伝達される。そして、シャフト(110)は、外部入力がホイールハブ(20)およびホイールディスク(10)に印加されると変形し易い曲げ強度を有する。
Description
この発明は、インホイールモータに関し、特に、ホイールへの外部入力や、ロータのロックおよびギアの欠けによるシャフトロック等のモータの故障時においても減速機の保護が可能なインホイールモータに関するものである。
従来のインホイールモータは、モータと、減速機と、出力軸と、ホイールハブとを備える。減速機は、モータの内周側に配置される。すなわち、モータおよび減速機は、出力軸の方向において同じ位置に配置される。
減速機は、モータのロータに連結される。出力軸は、一方端が減速機に連結され、他方端がホイールハブに連結される。
そして、減速機は、モータの出力を変速して出力軸へ出力する。出力軸は、減速機の出力によりホイールハブを所定の回転数で回転する(たとえば特開平5−338446号公報参照)。
このように、従来のインホイールモータにおいては、モータ、減速機およびホイールハブの順に動力が伝達される。
しかし、従来のインホイールモータにおいては、減速機と、ホイールハブとの距離が短いため、減速機への曲げ入力が緩和されにくいという問題がある。
また、従来のインホイールモータにおいては、減速機(プラネタリギアユニット)のキャリア、出力軸およびホイールハブが一体であるため、過大な力が出力軸に印加されたとき、遊星歯車の動きに支障を及ぼすという問題がある。
それゆえに、この発明のある目的は、ホイールが外力を受けて変形した場合でも、減速機への外力の作用を緩和することにより、ホイールの変形が減速機やモータに作用せず、減速機およびモータを確実に保護できるインホイールモータを提供することである。
この発明の他の目的は、過大な力が出力軸に印加された場合でも、減速機の保護が可能なインホイールモータを提供することである。
減速機は、モータのロータに連結される。出力軸は、一方端が減速機に連結され、他方端がホイールハブに連結される。
そして、減速機は、モータの出力を変速して出力軸へ出力する。出力軸は、減速機の出力によりホイールハブを所定の回転数で回転する(たとえば特開平5−338446号公報参照)。
このように、従来のインホイールモータにおいては、モータ、減速機およびホイールハブの順に動力が伝達される。
しかし、従来のインホイールモータにおいては、減速機と、ホイールハブとの距離が短いため、減速機への曲げ入力が緩和されにくいという問題がある。
また、従来のインホイールモータにおいては、減速機(プラネタリギアユニット)のキャリア、出力軸およびホイールハブが一体であるため、過大な力が出力軸に印加されたとき、遊星歯車の動きに支障を及ぼすという問題がある。
それゆえに、この発明のある目的は、ホイールが外力を受けて変形した場合でも、減速機への外力の作用を緩和することにより、ホイールの変形が減速機やモータに作用せず、減速機およびモータを確実に保護できるインホイールモータを提供することである。
この発明の他の目的は、過大な力が出力軸に印加された場合でも、減速機の保護が可能なインホイールモータを提供することである。
この発明によれば、インホイールモータは、モータと、減速機と、ホイールと、連結軸とを備える。減速機は、モータの出力を変速する。ホイールは、減速機の出力により回転する。連結軸は、減速機をホイールに連結する。そして、減速機は、モータを中心にしてホイールと反対側に配置される。
好ましくは、減速機は、遊星歯車である。
好ましくは、ホイールに所定以上の外力が作用した場合に、減速機とホイールとの動力伝達が遮断される。
好ましくは、動力伝達の遮断は、連結軸の破断により成される。
好ましくは、減速機は、遊星歯車である。
好ましくは、連結軸は、減速機と繋がるキャリア連結部と、ホイールと繋がるハブ連結部と、キャリア連結部とハブ連結部との間に配された中間部とを含む。
好ましくは、中間部は、ハブ連結部の径よりも小径の易変形部を有する。
好ましくは、易変形部は、両端にテーパー形状からなる部分を有する。
また、この発明によれば、インホイールモータは、モータと、減速機と、ホイールと、連結軸とを備える。減速機は、モータの出力を減速する。ホイールは、減速機の出力により回転する。連結軸は、減速機とホイールを連結する。そして、連結軸は、途中に易変形部を有する。
好ましくは、易変形部は、ホイールに所定以上の外力が作用した場合に変形が発生する。
好ましくは、易変形部は、所定値よりも小径である。
好ましくは、ホイールに所定以上の外力が作用した場合に、減速機とホイールとの動力伝達が遮断される。
好ましくは、動力伝達の遮断は、連結軸の破断により成される。
好ましくは、減速機はモータに対してホイールの反対側に設けられる。
好ましくは、減速機は、遊星歯車である。
この発明のある局面によるインホイールモータにおいては、動力がモータ、減速機、ホイールの順に伝達される。そして、減速機は、モータを中心としてホイールと反対側に配置される。その結果、ホイールが外力を受けて変形した場合でも、減速機への外力の作用を緩和することにより、ホイールの変形が減速機やモータに作用しない。
したがって、この発明によれば、減速機およびモータを確実に保護できる。
この発明の別の局面によるインホイールモータにおいては、動力がモータ、減速機、ホイールハブの順に伝達される。そして、連結軸は、過大な力が印加されると破断する。つまり、減速機は、ホイールハブと切り離され、減速機とホイールとの動力伝達が遮断される。
したがって、この発明によれば、過大な力が連結軸に印加されても、減速機が破断するのを防止できる。また、モータのロック等のモータ故障時にも、インホイールモータを搭載した自動車の移動を確保できる。
また、この発明によるインホイールモータにおいては、減速機は、モータに対してホイールハブの反対側に設けられる。
したがって、この発明によれば、連結軸を長くでき、連結軸を破断させる構造の自由度を大きくできる。
好ましくは、減速機は、遊星歯車である。
好ましくは、ホイールに所定以上の外力が作用した場合に、減速機とホイールとの動力伝達が遮断される。
好ましくは、動力伝達の遮断は、連結軸の破断により成される。
好ましくは、減速機は、遊星歯車である。
好ましくは、連結軸は、減速機と繋がるキャリア連結部と、ホイールと繋がるハブ連結部と、キャリア連結部とハブ連結部との間に配された中間部とを含む。
好ましくは、中間部は、ハブ連結部の径よりも小径の易変形部を有する。
好ましくは、易変形部は、両端にテーパー形状からなる部分を有する。
また、この発明によれば、インホイールモータは、モータと、減速機と、ホイールと、連結軸とを備える。減速機は、モータの出力を減速する。ホイールは、減速機の出力により回転する。連結軸は、減速機とホイールを連結する。そして、連結軸は、途中に易変形部を有する。
好ましくは、易変形部は、ホイールに所定以上の外力が作用した場合に変形が発生する。
好ましくは、易変形部は、所定値よりも小径である。
好ましくは、ホイールに所定以上の外力が作用した場合に、減速機とホイールとの動力伝達が遮断される。
好ましくは、動力伝達の遮断は、連結軸の破断により成される。
好ましくは、減速機はモータに対してホイールの反対側に設けられる。
好ましくは、減速機は、遊星歯車である。
この発明のある局面によるインホイールモータにおいては、動力がモータ、減速機、ホイールの順に伝達される。そして、減速機は、モータを中心としてホイールと反対側に配置される。その結果、ホイールが外力を受けて変形した場合でも、減速機への外力の作用を緩和することにより、ホイールの変形が減速機やモータに作用しない。
したがって、この発明によれば、減速機およびモータを確実に保護できる。
この発明の別の局面によるインホイールモータにおいては、動力がモータ、減速機、ホイールハブの順に伝達される。そして、連結軸は、過大な力が印加されると破断する。つまり、減速機は、ホイールハブと切り離され、減速機とホイールとの動力伝達が遮断される。
したがって、この発明によれば、過大な力が連結軸に印加されても、減速機が破断するのを防止できる。また、モータのロック等のモータ故障時にも、インホイールモータを搭載した自動車の移動を確保できる。
また、この発明によるインホイールモータにおいては、減速機は、モータに対してホイールハブの反対側に設けられる。
したがって、この発明によれば、連結軸を長くでき、連結軸を破断させる構造の自由度を大きくできる。
図1は、この発明の実施の形態1によるインホイールモータを備えた電動輪の概略断面図である。
図2は、図1に示すシャフトの拡大図である。
図3は、この発明の実施の形態2によるインホイールモータを備えた電動輪の概略断面図である。
図4は、図3に示すシャフトの拡大図である。
図5は、この発明の実施の形態2によるインホイールモータを備えた電動輪の他の断面概略図である。
図2は、図1に示すシャフトの拡大図である。
図3は、この発明の実施の形態2によるインホイールモータを備えた電動輪の概略断面図である。
図4は、図3に示すシャフトの拡大図である。
図5は、この発明の実施の形態2によるインホイールモータを備えた電動輪の他の断面概略図である。
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1によるインホイールモータを備えた電動輪の概略断面図である。図1を参照して、電動輪100は、ホイールディスク10と、ホイールハブ20と、ケース30,31と、ブレーキロータ40と、ブレーキキャリパ50と、モータ60と、ベアリング73〜76と、プラネタリギア80と、オイルポンプ90と、シャフト110と、オイル通路120と、タイヤ140とを備える。
なお、電動輪100は、アッパーアームおよびロアアーム(図示せず)によって自動車本体のフレームに懸架される。
ホイールディスク10は、略カップ型形状を有し、ディスク部10Aとリム部10Bとからなる。そして、ホイールディスク10は、ホイールハブ20、ケース30,31、ブレーキロータ40、ブレーキキャリパ50、モータ60、ベアリング73〜76、プラネタリギア80、オイルポンプ90、シャフト110、およびオイル通路120を収納するようにしてもよい。ホイールディスク10は、ディスク部10Aをネジ1,2によってホイールハブ20に締結することによりホイールハブ20と連結される。ホイールハブ20の内周端は、シャフト110にスプライン嵌合される。そして、シャフト110にスプライン嵌合されたホイールハブ20は、ベアリング76によって回転自在に支持され、グリス潤滑71,72によってスムーズに回転する。
ブレーキロータ40は、内周端がネジ3,4によってホイールハブ20の外周端に固定され、外周端がブレーキキャリパ50内を通過するように配置される。ブレーキキャリパ50は、ブレーキピストン51と、ブレーキパッド52,53とを含む。ブレーキパッド52,53は、ブレーキロータ40の外周端を挟み込む。
開口部50Aからブレーキオイルが供給されると、ブレーキピストン51は、紙面右側へ移動し、ブレーキパッド52を紙面右側へ押す。ブレーキパッド52がブレーキピストン51によって紙面右側へ移動すると、それに応答してブレーキパッド53が紙面左側へ移動する。これにより、ブレーキパッド52,53は、ブレーキロータ40の外周端を挟み込み、電動輪100にブレーキがかけられる。
ホイールハブ20の紙面左側には、ケース30,31が配置される。そして、ケース30は、ネジ5によってケース31と連結される。ケース30,31は、モータ60を収納する。
モータ60は、ステータコア61と、ステータコイル62と、ロータ63とを含む。ステータコア61は、ケース31に固定される。ステータコイル62は、ステータコア61に巻回される。モータ60が三相モータである場合、ステータコイル62は、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルからなる。
ロータ63は、ステータコア61およびステータコイル62の内周側に配置される。
プラネタリギア80は、サンギア軸81と、サンギア82と、ピニオンギア83と、プラネタリキャリア84と、リングギア85と、ピン86と、ニードルベアリング87とを含む。サンギア軸81は、モータ60のロータ63と連結される。そして、サンギア軸81は、ベアリング73,74により回転自在に支持される。サンギア82は、サンギア軸81に連結される。
ピニオンギア83は、サンギア82と噛合い、ピン86の外周に配設されたニードルベアリング87により回転自在に支持される。プラネタリキャリア84は、ピニオンギア83に連結され、シャフト110にスプライン嵌合される。そして、プラネタリキャリア84は、ベアリング75,76により回転自在に支持される。リングギア85は、ケースに固定される。ピン86は、ニードルベアリング87を介してピニオンギア83に連結される。ニードルベアリング87は、ピニオンギア83とピン86との間に設けられる。
オイルポンプ90は、シャフト110の一方端に設けられる。シャフト110(「連結軸」とも言う。)は、上述したようにホイールハブ20およびプラネタリキャリア84にスプライン嵌合されるため、ベアリング76によって回転自在に支持され、グリス潤滑71,72によってスムーズに回転する。そして、シャフト110は、オイル通路111およびオイル孔112を内蔵する。
オイル通路121は、プラネタリギア80のピン86の内部に設けられる。オイル通路120は、一方端がオイルポンプ90に連結され、他方端がオイル溜130に挿入される。
オイルポンプ90は、オイル溜130に溜まったオイルをオイル通路120を介して汲み上げ、その汲み上げたオイルをオイル通路111へ供給する。
タイヤ140は、ホイールディスク10のリム部10Bの外縁に固定される。
この発明においては、プラネタリギア80(「遊星歯車」とも言う。)は、モータ60を中心にしてホイールハブ20と反対側に配置される。
図2は、図1に示すシャフト110の拡大図である。図2を参照して、シャフト110は、キャリア連結部110Aと、中間部110Bと、ハブ連結部110Cとからなる。キャリア連結部110Aは、プラネタリキャリア84とスプライン嵌合される。ハブ連結部110Cは、ホイールハブ20とスプライン嵌合される。中間部110Bは、キャリア連結部110Aとハブ連結部110Cとの間に配置される。そして、中間部110Bは、湾曲部110Dを有する。
キャリア連結部110A、湾曲部110Dを除く中間部110Bおよびハブ連結部110Cは、直径R1を有する。一方、湾曲部110Dは、直径R1よりも小さい直径R2を有する。この直径R2は、外部入力がシャフト110に印加されることにより、湾曲部110Dが破断する直径、すなわち、キャリア連結部110Aとハブ連結部110Cとの間が切離される直径よりも大きい。また、直径R2は、シャフト110の変形が停止する直径(所定値)よりも小さい。このように、直径R2は、キャリア連結部110Aとハブ連結部110Cとの間が切離される直径よりも大きく、シャフト110の変形が停止する直径よりも小さい値を有する。
また、湾曲部110Dは、シャフト110の回転軸方向に長さL1を有する。この場合、長さL1は、シャフト110の長さL2に対する比(=L1/L2)が基準値以上になるように決定される。湾曲部110Dの長さL1がシャフト110の長さL2に対して短いとき、シャフト110は、ホイールディスク10およびホイールハブ20へ印加された外部入力に対して変形し難い。そこで、シャフト110の長さL2に対する湾曲部110Dの長さL1の比=L1/L2を、ホイールディスク10およびホイールハブ20へ印加された外部入力によりシャフト110が変形し始める基準値以上に設定することにしたものである。
そして、湾曲部110Dは、直径R2および長さL1を有する結果、外部入力がホイールディスク10およびホイールハブ20へ印加されたとき、変形し易い曲げ強度を有する。
このように、シャフト110は、キャリア連結部110Aとハブ連結部110Cとの間に、外部入力に対して変形し易い曲げ強度を有する湾曲部110Dを含むことを特徴とする。そして、この特徴により、湾曲部110Dは、ホイールディスク10およびホイールハブ20への外部入力に対して変形し、外部入力がシャフト110、プラネタリキャリア84およびピン86を介してニードルベアリング87へ印加されるのを緩和する。その結果、プラネタリギア80を保護できる。
外部入力がホイールディスク10およびホイールハブ20へ印加されると、その印加された外部入力は、シャフト110、プラネタリキャリア84およびピン86を介してニードルベアリング87に印加される。この場合、シャフト110が変形しなければ、ニードルベアリング87が外部入力によって損傷する虞がある。そこで、一部に直径の小さい湾曲部110Dを設け、外部入力によりシャフト110が変形し、ニードルベアリング87へ印加される力を緩和するようにしたものである。
これにより、外部入力がホイールディスク10およびホイールハブ20に印加されたとき、ニードルベアリング87、すなわち、プラネタリギア80(減速機)が損傷するのを防止できる。
この発明においては、上述したように、プラネタリギア80を、モータ60を中心にしてホイールディスク10およびホイールハブ20と反対側に配置することを特徴とする。これにより、外部入力がホイールディスク10およびホイールハブ20へ印加されたときのシャフト110の変形を容易にし、プラネタリギア80(減速機)が損傷するのを防止できる。また、プラネタリキャリア84をホイールハブ20に連結するシャフト110の長さを長くでき、外部入力が印加されたときにシャフト110により曲げ入力を緩和する自由度を大きくできる。
また、この発明においては、プラネタリギア80を、モータ60を中心にしてホイールディスク10およびホイールハブ20と反対側に配置し、外部入力に対してシャフト110を変形し易くする湾曲部110Dをシャフト110に設けることを特徴とする。
これにより、プラネタリギア80(減速機)が損傷するのを防止できる。
なお、湾曲部110Dは、中間部110Bであれば、どこに設けられていてもよい。
また、上記においては、シャフト110の一部を細くすることによりシャフト110が変形するようにしたが、この発明においては、これに限らず、シャフト110の作製条件を変えることによりシャフト110の一部が変形するようにしてもよい。たとえば、変形させる部分だけ、焼き入れを行なわずにシャフト110を作製することである。また、変形させる部分だけ、構成元素のうち一部の元素の含有量(たとえば、カーボン量)を少なくしてシャフト110を作製することである。そして、この発明においては、作製方法によらず、外部入力が印加されたときに変形する構造を有するシャフトであれば、どのようなシャフトであってもよい。
再び、図1を参照して、電動輪100が搭載された自動車の本体に備えられたスイッチング回路(図示せず)によりステータコイル62に交流電流が供給されると、ロータ63が回転し、モータ60は、所定のトルクを出力する。そして、モータ60の出力トルクは、サンギア軸81を介してプラネタリギア80へ伝達される。プラネタリギア80は、サンギア軸81から受けた出力トルクをサンギア82およびピニオンギア83によって変更、つまり、変速(減速)してプラネタリキャリア84へ出力する。プラネタリキャリア84は、プラネタリギア80の出力トルクをシャフト110に伝達し、シャフト110は、所定の回転数でホイールハブ20およびホイールディスク10を回転する。これにより、電動輪100は、所定の回転数で回転する。このように、動力は、モータ60、プラネタリギア80(減速機)、ホイールハブ20およびホイールディスク10の順に伝達される。
一方、オイルポンプ90は、オイル通路120を介してオイル溜130からオイルを汲み上げ、その汲み上げたオイルをシャフト110の内部に設けられたオイル通路111へ供給する。
そうすると、オイル通路111へ供給されたオイルは、オイル通路111を移動中にシャフト110の回転により生じた遠心力によってオイル孔112から吐出される。そして、オイル通路121は、シャフト110から吐出されたオイルをプラネタリギア80に供給し、プラネタリギア80を潤滑する。また、シャフト110から吐出されたオイルは、ステータコイル62を冷却し、ベアリング73〜76を潤滑する。
そして、電動輪100が作動しているときに外部入力がホイールディスク10およびホイールハブ20に印加されると、シャフト110の湾曲部110Dが湾曲する。その結果、外部入力のニードルベアリング87への印加が緩和され、プラネタリギア80が損傷するのを防止できる。
なお、ホイールディスク10、ホイールハブ20、ケース30,31、モータ60、ベアリング73〜76、プラネタリギア80、オイルポンプ90、シャフト110およびオイル通路120は、この発明による「インホイールモータ」を構成する。
また、プラネタリギア80は、「減速機」を構成する。
さらに、ホイールディスク10およびホイールハブ20は、「ホイール」を構成する。
さらに、湾曲部110Dは、「易変形部」を構成する。
[実施の形態2]
図3は、この発明の実施の形態2によるインホイールモータを備えた電動輪の概略断面図である。図3を参照して、電動輪100Aは、電動輪100のシャフト110を、シャフト1100に変更したものであり、その他は、電動輪100と同じである。
図4は、図3に示すシャフト1100の拡大図である。図4を参照して、シャフト1100は、キャリア連結部1100Aと、中間部1100Bと、ハブ連結部1100Cとからなる。キャリア連結部1100Aは、プラネタリキャリア84とスプライン嵌合される。ハブ連結部1100Cは、ホイールハブ20とスプライン嵌合される。中間部1100Bは、キャリア連結部1100Aとハブ連結部1100Cとの間に配置される。そして、中間部1100Bは、破断部1100Eを有する。
キャリア連結部1100A、破断部1100Eを除く中間部1100Bおよびハブ連結部1100Cは、直径R1を有する。一方、破断部1100Eは、直径R1よりも小さい直径R2を有する。そして、破断部1100Eは、その中心軸がシャフト1100の中心軸に一致するように形成される。なお、この発明においては、破断部1100Eの中心軸は、シャフト1100の中心軸からずれていてもよい。
このように、シャフト1100は、キャリア連結部1100Aとハブ連結部1100Cとの間に細い部分を含むことを特徴とする。そして、この特徴により、シャフト1100に基準値よりも大きい力(過大な力)が印加されたとき、破断部1100Eは破断する。つまり、キャリア連結部1100Aは、ハブ連結部1100Cと切り離される。なお、基準値は、シャフト1100が破断しない範囲の力に設定される。
過大な力は、ロータ63のロック、またはプラネタリギア80のギアの欠けによりシャフト1100に印加される。この場合、シャフト1100が破断しなければ、過大な力は、プラネタリギア80(減速機)に印加される。そうすると、プラネタリギア80(減速機)が破断する虞があるので、一部に直径の小さい破断部1100Eを設け、過大な力によりシャフト1100が破断するようにしたものである。
これにより、基準値よりも大きい過大な力がシャフト1100に印加されたとき、プラネタリギア80(減速機)が破断するのを防止できる。また、ロータ63のロックおよびプラネタリギア80のギアの欠けによるシャフト1100のロック等のモータ故障時にも、タイヤロックの被害を最小限に止め、電動輪100Aを搭載した自動車を移動させることができる。
さらに、上述したように、プラネタリギア80は、モータ60に対してホイールハブ20と反対側に配置される。これにより、プラネタリキャリア84をホイールハブ20に連結するシャフト1100の長さを長くでき、過大な力が印加されたときにシャフト1100を破断させる構造の自由度を大きくできる。
なお、破断部1100Eは、中間部1100Bであれば、どこに設けられていてもよい。また、破断部1100Eの直径R2は、過大な力に応じて決定される。すなわち、ロータ63のロックによりシャフト1100に印加される力、またはプラネタリギア80のギアの欠けによりシャフト1100に印加される力を予め測定し、その測定した力により破断するように直径R2を決定する。
さらに、上記においては、シャフト1100の一部を細くすることによりシャフト1100が破断するようにしたが、この発明においては、これに限らず、シャフト1100の作製条件を変えることによりシャフト1100の一部が破断するようにしてもよい。たとえば、破断させる部分だけ、焼き入れを行なわずにシャフト1100を作製することである。そして、この発明においては、作製方法によらず、過大な力が印加されたときに破断する構造を有するシャフトであれば、どのようなシャフトであってもよい。
さらに、過大な力は、プラネタリギア80側からシャフト1100に印加される場合に限らず、ホイールディスク10側からシャフト1100に印加される場合もある。
再び、図3を参照して、電動輪100Aが搭載された自動車の本体に備えられたスイッチング回路(図示せず)によりステータコイル62に交流電流が供給されると、ロータ63が回転し、モータ60は、所定のトルクを出力する。そして、モータ60の出力トルクは、サンギア軸81を介してプラネタリギア80へ伝達される。プラネタリギア80は、サンギア軸81から受けた出力トルクをサンギア82およびピニオンギア83によって変更、つまり、変速してプラネタリキャリア84へ出力する。プラネタリキャリア84は、プラネタリギア80の出力トルクをシャフト1100に伝達し、シャフト1100は、所定の回転数でホイールハブ20およびホイールディスク10を回転する。これにより、電動輪100Aは、所定の回転数で回転する。このように、動力は、モータ60、プラネタリギア80(減速機)およびホイールハブ20の順に伝達される。
一方、オイルポンプ90は、オイル通路120を介してオイル溜130からオイルを汲み上げ、その汲み上げたオイルをシャフト1100の内部に設けられたオイル通路111へ供給する。
そうすると、オイル通路111へ供給されたオイルは、オイル通路111を移動中にシャフト1100の回転により生じた遠心力によってオイル孔112から吐出される。そして、オイル通路121は、シャフト1100から吐出されたオイルをプラネタリギア80に供給し、プラネタリギア80を潤滑する。また、シャフト1100から吐出されたオイルは、ステータコイル62を冷却し、ベアリング73〜76を潤滑する。
そして、電動輪100Aが作動しているときに基準値よりも大きい過大な力がシャフト1100に印加されると、シャフト1100の破断部1100Eが破断し、プラネタリキャリア84は、ホイールハブ20から切り離される。すなわち、プラネタリギア80とホイールハブ20との動力伝達が遮断される。このように、この発明においては、過大な力が印加されたときに破断するようにシャフト1100を設計し、シャフト1100にシェアピン機能を持たせる。
その結果、過大な力が印加され、プラネタリギア80が破断するのを防止できる。また、ロータ63のロックおよびプラネタリギア80のギアの欠けによるシャフト1100のロック等のモータ故障時にも、電動輪100Aを搭載した自動車を移動させることができる。
図5は、この発明によるインホイールモータを備えた電動輪の他の断面概略図である。図5を参照して、電動輪100Bは、電動輪100Aのベアリング76を削除したものであり、その他は、電動輪100Aと同じである。
電動輪100Bにおいては、プラネタリキャリア84は、ベアリング75のみによって回転自在に支持される。図5に示すように、プラネタリキャリア84が片方のベアリング75のみによって保持されるものを「片持ちベアリング方式」と言う。そして、片持ちベアリング方式を用いれば、電動輪100Bのシャフト110の長さを短くできる。その結果、電動輪100Bをコンパクト化できる。
その他は、電動輪100Aと同じである。
なお、ホイールディスク10、ホイールハブ20、ケース30,31、モータ60、ベアリング73〜76、プラネタリギア80、オイルポンプ90、シャフト110およびオイル通路120は、この発明による「インホイールモータ」を構成する。
また、プラネタリギア80は、「減速機」を構成する。
さらに、ホイールディスク10およびホイールハブ20は、「ホイール」を構成する。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1によるインホイールモータを備えた電動輪の概略断面図である。図1を参照して、電動輪100は、ホイールディスク10と、ホイールハブ20と、ケース30,31と、ブレーキロータ40と、ブレーキキャリパ50と、モータ60と、ベアリング73〜76と、プラネタリギア80と、オイルポンプ90と、シャフト110と、オイル通路120と、タイヤ140とを備える。
なお、電動輪100は、アッパーアームおよびロアアーム(図示せず)によって自動車本体のフレームに懸架される。
ホイールディスク10は、略カップ型形状を有し、ディスク部10Aとリム部10Bとからなる。そして、ホイールディスク10は、ホイールハブ20、ケース30,31、ブレーキロータ40、ブレーキキャリパ50、モータ60、ベアリング73〜76、プラネタリギア80、オイルポンプ90、シャフト110、およびオイル通路120を収納するようにしてもよい。ホイールディスク10は、ディスク部10Aをネジ1,2によってホイールハブ20に締結することによりホイールハブ20と連結される。ホイールハブ20の内周端は、シャフト110にスプライン嵌合される。そして、シャフト110にスプライン嵌合されたホイールハブ20は、ベアリング76によって回転自在に支持され、グリス潤滑71,72によってスムーズに回転する。
ブレーキロータ40は、内周端がネジ3,4によってホイールハブ20の外周端に固定され、外周端がブレーキキャリパ50内を通過するように配置される。ブレーキキャリパ50は、ブレーキピストン51と、ブレーキパッド52,53とを含む。ブレーキパッド52,53は、ブレーキロータ40の外周端を挟み込む。
開口部50Aからブレーキオイルが供給されると、ブレーキピストン51は、紙面右側へ移動し、ブレーキパッド52を紙面右側へ押す。ブレーキパッド52がブレーキピストン51によって紙面右側へ移動すると、それに応答してブレーキパッド53が紙面左側へ移動する。これにより、ブレーキパッド52,53は、ブレーキロータ40の外周端を挟み込み、電動輪100にブレーキがかけられる。
ホイールハブ20の紙面左側には、ケース30,31が配置される。そして、ケース30は、ネジ5によってケース31と連結される。ケース30,31は、モータ60を収納する。
モータ60は、ステータコア61と、ステータコイル62と、ロータ63とを含む。ステータコア61は、ケース31に固定される。ステータコイル62は、ステータコア61に巻回される。モータ60が三相モータである場合、ステータコイル62は、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルからなる。
ロータ63は、ステータコア61およびステータコイル62の内周側に配置される。
プラネタリギア80は、サンギア軸81と、サンギア82と、ピニオンギア83と、プラネタリキャリア84と、リングギア85と、ピン86と、ニードルベアリング87とを含む。サンギア軸81は、モータ60のロータ63と連結される。そして、サンギア軸81は、ベアリング73,74により回転自在に支持される。サンギア82は、サンギア軸81に連結される。
ピニオンギア83は、サンギア82と噛合い、ピン86の外周に配設されたニードルベアリング87により回転自在に支持される。プラネタリキャリア84は、ピニオンギア83に連結され、シャフト110にスプライン嵌合される。そして、プラネタリキャリア84は、ベアリング75,76により回転自在に支持される。リングギア85は、ケースに固定される。ピン86は、ニードルベアリング87を介してピニオンギア83に連結される。ニードルベアリング87は、ピニオンギア83とピン86との間に設けられる。
オイルポンプ90は、シャフト110の一方端に設けられる。シャフト110(「連結軸」とも言う。)は、上述したようにホイールハブ20およびプラネタリキャリア84にスプライン嵌合されるため、ベアリング76によって回転自在に支持され、グリス潤滑71,72によってスムーズに回転する。そして、シャフト110は、オイル通路111およびオイル孔112を内蔵する。
オイル通路121は、プラネタリギア80のピン86の内部に設けられる。オイル通路120は、一方端がオイルポンプ90に連結され、他方端がオイル溜130に挿入される。
オイルポンプ90は、オイル溜130に溜まったオイルをオイル通路120を介して汲み上げ、その汲み上げたオイルをオイル通路111へ供給する。
タイヤ140は、ホイールディスク10のリム部10Bの外縁に固定される。
この発明においては、プラネタリギア80(「遊星歯車」とも言う。)は、モータ60を中心にしてホイールハブ20と反対側に配置される。
図2は、図1に示すシャフト110の拡大図である。図2を参照して、シャフト110は、キャリア連結部110Aと、中間部110Bと、ハブ連結部110Cとからなる。キャリア連結部110Aは、プラネタリキャリア84とスプライン嵌合される。ハブ連結部110Cは、ホイールハブ20とスプライン嵌合される。中間部110Bは、キャリア連結部110Aとハブ連結部110Cとの間に配置される。そして、中間部110Bは、湾曲部110Dを有する。
キャリア連結部110A、湾曲部110Dを除く中間部110Bおよびハブ連結部110Cは、直径R1を有する。一方、湾曲部110Dは、直径R1よりも小さい直径R2を有する。この直径R2は、外部入力がシャフト110に印加されることにより、湾曲部110Dが破断する直径、すなわち、キャリア連結部110Aとハブ連結部110Cとの間が切離される直径よりも大きい。また、直径R2は、シャフト110の変形が停止する直径(所定値)よりも小さい。このように、直径R2は、キャリア連結部110Aとハブ連結部110Cとの間が切離される直径よりも大きく、シャフト110の変形が停止する直径よりも小さい値を有する。
また、湾曲部110Dは、シャフト110の回転軸方向に長さL1を有する。この場合、長さL1は、シャフト110の長さL2に対する比(=L1/L2)が基準値以上になるように決定される。湾曲部110Dの長さL1がシャフト110の長さL2に対して短いとき、シャフト110は、ホイールディスク10およびホイールハブ20へ印加された外部入力に対して変形し難い。そこで、シャフト110の長さL2に対する湾曲部110Dの長さL1の比=L1/L2を、ホイールディスク10およびホイールハブ20へ印加された外部入力によりシャフト110が変形し始める基準値以上に設定することにしたものである。
そして、湾曲部110Dは、直径R2および長さL1を有する結果、外部入力がホイールディスク10およびホイールハブ20へ印加されたとき、変形し易い曲げ強度を有する。
このように、シャフト110は、キャリア連結部110Aとハブ連結部110Cとの間に、外部入力に対して変形し易い曲げ強度を有する湾曲部110Dを含むことを特徴とする。そして、この特徴により、湾曲部110Dは、ホイールディスク10およびホイールハブ20への外部入力に対して変形し、外部入力がシャフト110、プラネタリキャリア84およびピン86を介してニードルベアリング87へ印加されるのを緩和する。その結果、プラネタリギア80を保護できる。
外部入力がホイールディスク10およびホイールハブ20へ印加されると、その印加された外部入力は、シャフト110、プラネタリキャリア84およびピン86を介してニードルベアリング87に印加される。この場合、シャフト110が変形しなければ、ニードルベアリング87が外部入力によって損傷する虞がある。そこで、一部に直径の小さい湾曲部110Dを設け、外部入力によりシャフト110が変形し、ニードルベアリング87へ印加される力を緩和するようにしたものである。
これにより、外部入力がホイールディスク10およびホイールハブ20に印加されたとき、ニードルベアリング87、すなわち、プラネタリギア80(減速機)が損傷するのを防止できる。
この発明においては、上述したように、プラネタリギア80を、モータ60を中心にしてホイールディスク10およびホイールハブ20と反対側に配置することを特徴とする。これにより、外部入力がホイールディスク10およびホイールハブ20へ印加されたときのシャフト110の変形を容易にし、プラネタリギア80(減速機)が損傷するのを防止できる。また、プラネタリキャリア84をホイールハブ20に連結するシャフト110の長さを長くでき、外部入力が印加されたときにシャフト110により曲げ入力を緩和する自由度を大きくできる。
また、この発明においては、プラネタリギア80を、モータ60を中心にしてホイールディスク10およびホイールハブ20と反対側に配置し、外部入力に対してシャフト110を変形し易くする湾曲部110Dをシャフト110に設けることを特徴とする。
これにより、プラネタリギア80(減速機)が損傷するのを防止できる。
なお、湾曲部110Dは、中間部110Bであれば、どこに設けられていてもよい。
また、上記においては、シャフト110の一部を細くすることによりシャフト110が変形するようにしたが、この発明においては、これに限らず、シャフト110の作製条件を変えることによりシャフト110の一部が変形するようにしてもよい。たとえば、変形させる部分だけ、焼き入れを行なわずにシャフト110を作製することである。また、変形させる部分だけ、構成元素のうち一部の元素の含有量(たとえば、カーボン量)を少なくしてシャフト110を作製することである。そして、この発明においては、作製方法によらず、外部入力が印加されたときに変形する構造を有するシャフトであれば、どのようなシャフトであってもよい。
再び、図1を参照して、電動輪100が搭載された自動車の本体に備えられたスイッチング回路(図示せず)によりステータコイル62に交流電流が供給されると、ロータ63が回転し、モータ60は、所定のトルクを出力する。そして、モータ60の出力トルクは、サンギア軸81を介してプラネタリギア80へ伝達される。プラネタリギア80は、サンギア軸81から受けた出力トルクをサンギア82およびピニオンギア83によって変更、つまり、変速(減速)してプラネタリキャリア84へ出力する。プラネタリキャリア84は、プラネタリギア80の出力トルクをシャフト110に伝達し、シャフト110は、所定の回転数でホイールハブ20およびホイールディスク10を回転する。これにより、電動輪100は、所定の回転数で回転する。このように、動力は、モータ60、プラネタリギア80(減速機)、ホイールハブ20およびホイールディスク10の順に伝達される。
一方、オイルポンプ90は、オイル通路120を介してオイル溜130からオイルを汲み上げ、その汲み上げたオイルをシャフト110の内部に設けられたオイル通路111へ供給する。
そうすると、オイル通路111へ供給されたオイルは、オイル通路111を移動中にシャフト110の回転により生じた遠心力によってオイル孔112から吐出される。そして、オイル通路121は、シャフト110から吐出されたオイルをプラネタリギア80に供給し、プラネタリギア80を潤滑する。また、シャフト110から吐出されたオイルは、ステータコイル62を冷却し、ベアリング73〜76を潤滑する。
そして、電動輪100が作動しているときに外部入力がホイールディスク10およびホイールハブ20に印加されると、シャフト110の湾曲部110Dが湾曲する。その結果、外部入力のニードルベアリング87への印加が緩和され、プラネタリギア80が損傷するのを防止できる。
なお、ホイールディスク10、ホイールハブ20、ケース30,31、モータ60、ベアリング73〜76、プラネタリギア80、オイルポンプ90、シャフト110およびオイル通路120は、この発明による「インホイールモータ」を構成する。
また、プラネタリギア80は、「減速機」を構成する。
さらに、ホイールディスク10およびホイールハブ20は、「ホイール」を構成する。
さらに、湾曲部110Dは、「易変形部」を構成する。
[実施の形態2]
図3は、この発明の実施の形態2によるインホイールモータを備えた電動輪の概略断面図である。図3を参照して、電動輪100Aは、電動輪100のシャフト110を、シャフト1100に変更したものであり、その他は、電動輪100と同じである。
図4は、図3に示すシャフト1100の拡大図である。図4を参照して、シャフト1100は、キャリア連結部1100Aと、中間部1100Bと、ハブ連結部1100Cとからなる。キャリア連結部1100Aは、プラネタリキャリア84とスプライン嵌合される。ハブ連結部1100Cは、ホイールハブ20とスプライン嵌合される。中間部1100Bは、キャリア連結部1100Aとハブ連結部1100Cとの間に配置される。そして、中間部1100Bは、破断部1100Eを有する。
キャリア連結部1100A、破断部1100Eを除く中間部1100Bおよびハブ連結部1100Cは、直径R1を有する。一方、破断部1100Eは、直径R1よりも小さい直径R2を有する。そして、破断部1100Eは、その中心軸がシャフト1100の中心軸に一致するように形成される。なお、この発明においては、破断部1100Eの中心軸は、シャフト1100の中心軸からずれていてもよい。
このように、シャフト1100は、キャリア連結部1100Aとハブ連結部1100Cとの間に細い部分を含むことを特徴とする。そして、この特徴により、シャフト1100に基準値よりも大きい力(過大な力)が印加されたとき、破断部1100Eは破断する。つまり、キャリア連結部1100Aは、ハブ連結部1100Cと切り離される。なお、基準値は、シャフト1100が破断しない範囲の力に設定される。
過大な力は、ロータ63のロック、またはプラネタリギア80のギアの欠けによりシャフト1100に印加される。この場合、シャフト1100が破断しなければ、過大な力は、プラネタリギア80(減速機)に印加される。そうすると、プラネタリギア80(減速機)が破断する虞があるので、一部に直径の小さい破断部1100Eを設け、過大な力によりシャフト1100が破断するようにしたものである。
これにより、基準値よりも大きい過大な力がシャフト1100に印加されたとき、プラネタリギア80(減速機)が破断するのを防止できる。また、ロータ63のロックおよびプラネタリギア80のギアの欠けによるシャフト1100のロック等のモータ故障時にも、タイヤロックの被害を最小限に止め、電動輪100Aを搭載した自動車を移動させることができる。
さらに、上述したように、プラネタリギア80は、モータ60に対してホイールハブ20と反対側に配置される。これにより、プラネタリキャリア84をホイールハブ20に連結するシャフト1100の長さを長くでき、過大な力が印加されたときにシャフト1100を破断させる構造の自由度を大きくできる。
なお、破断部1100Eは、中間部1100Bであれば、どこに設けられていてもよい。また、破断部1100Eの直径R2は、過大な力に応じて決定される。すなわち、ロータ63のロックによりシャフト1100に印加される力、またはプラネタリギア80のギアの欠けによりシャフト1100に印加される力を予め測定し、その測定した力により破断するように直径R2を決定する。
さらに、上記においては、シャフト1100の一部を細くすることによりシャフト1100が破断するようにしたが、この発明においては、これに限らず、シャフト1100の作製条件を変えることによりシャフト1100の一部が破断するようにしてもよい。たとえば、破断させる部分だけ、焼き入れを行なわずにシャフト1100を作製することである。そして、この発明においては、作製方法によらず、過大な力が印加されたときに破断する構造を有するシャフトであれば、どのようなシャフトであってもよい。
さらに、過大な力は、プラネタリギア80側からシャフト1100に印加される場合に限らず、ホイールディスク10側からシャフト1100に印加される場合もある。
再び、図3を参照して、電動輪100Aが搭載された自動車の本体に備えられたスイッチング回路(図示せず)によりステータコイル62に交流電流が供給されると、ロータ63が回転し、モータ60は、所定のトルクを出力する。そして、モータ60の出力トルクは、サンギア軸81を介してプラネタリギア80へ伝達される。プラネタリギア80は、サンギア軸81から受けた出力トルクをサンギア82およびピニオンギア83によって変更、つまり、変速してプラネタリキャリア84へ出力する。プラネタリキャリア84は、プラネタリギア80の出力トルクをシャフト1100に伝達し、シャフト1100は、所定の回転数でホイールハブ20およびホイールディスク10を回転する。これにより、電動輪100Aは、所定の回転数で回転する。このように、動力は、モータ60、プラネタリギア80(減速機)およびホイールハブ20の順に伝達される。
一方、オイルポンプ90は、オイル通路120を介してオイル溜130からオイルを汲み上げ、その汲み上げたオイルをシャフト1100の内部に設けられたオイル通路111へ供給する。
そうすると、オイル通路111へ供給されたオイルは、オイル通路111を移動中にシャフト1100の回転により生じた遠心力によってオイル孔112から吐出される。そして、オイル通路121は、シャフト1100から吐出されたオイルをプラネタリギア80に供給し、プラネタリギア80を潤滑する。また、シャフト1100から吐出されたオイルは、ステータコイル62を冷却し、ベアリング73〜76を潤滑する。
そして、電動輪100Aが作動しているときに基準値よりも大きい過大な力がシャフト1100に印加されると、シャフト1100の破断部1100Eが破断し、プラネタリキャリア84は、ホイールハブ20から切り離される。すなわち、プラネタリギア80とホイールハブ20との動力伝達が遮断される。このように、この発明においては、過大な力が印加されたときに破断するようにシャフト1100を設計し、シャフト1100にシェアピン機能を持たせる。
その結果、過大な力が印加され、プラネタリギア80が破断するのを防止できる。また、ロータ63のロックおよびプラネタリギア80のギアの欠けによるシャフト1100のロック等のモータ故障時にも、電動輪100Aを搭載した自動車を移動させることができる。
図5は、この発明によるインホイールモータを備えた電動輪の他の断面概略図である。図5を参照して、電動輪100Bは、電動輪100Aのベアリング76を削除したものであり、その他は、電動輪100Aと同じである。
電動輪100Bにおいては、プラネタリキャリア84は、ベアリング75のみによって回転自在に支持される。図5に示すように、プラネタリキャリア84が片方のベアリング75のみによって保持されるものを「片持ちベアリング方式」と言う。そして、片持ちベアリング方式を用いれば、電動輪100Bのシャフト110の長さを短くできる。その結果、電動輪100Bをコンパクト化できる。
その他は、電動輪100Aと同じである。
なお、ホイールディスク10、ホイールハブ20、ケース30,31、モータ60、ベアリング73〜76、プラネタリギア80、オイルポンプ90、シャフト110およびオイル通路120は、この発明による「インホイールモータ」を構成する。
また、プラネタリギア80は、「減速機」を構成する。
さらに、ホイールディスク10およびホイールハブ20は、「ホイール」を構成する。
この発明は、減速機を保護可能なインホイールモータに適用される。
Claims (15)
- モータ(60)と、
前記モータ(60)の出力を変速する減速機(80)と、
前記減速機(80)の出力により回転するホイール(10,20)と、
前記減速機(80)を前記ホイール(10,20)に連結する連結軸(110)とを備え、
前記減速機(80)は、前記モータ(60)を中心に前記ホイール(10,20)と反対側に配置される、インホイールモータ。 - 前記減速機(80)は、遊星歯車である、請求の範囲第1項に記載のインホイールモータ。
- 前記ホイール(10,20)に所定以上の外力が作用した場合に、前記減速機(80)と前記ホイール(10,20)との動力伝達が遮断される、請求の範囲第1項に記載のインホイールモータ。
- 前記動力伝達の遮断は、前記連結軸(110)の破断により成される、請求の範囲第3項に記載のインホイールモータ。
- 前記減速機(80)は、遊星歯車である、請求の範囲第3項に記載のインホイールモータ。
- 前記連結軸(110)は、前記減速機(80)と繋がるキャリア連結部(110A)と、前記ホイール(10,20)と繋がるハブ連結部(110C)と、前記キャリア連結部(110A)と前記ハブ連結部(110C)との間に配された中間部(110B)とを含む、請求の範囲第1項に記載のインホイールモータ。
- 前記中間部(110B)は、前記ハブ連結部(110C)の径よりも小径の易変形部(110D)を有する、請求の範囲第6項に記載のインホールモータ。
- 前記易変形部(110D)は、両端にテーパー形状からなる部分を有する、請求の範囲第7項に記載のインホイールモータ。
- モータ(60)と、
前記モータ(60)の出力を減速する減速機(80)と、
前記減速機(80)の出力により回転するホイール(10,20)と、
前記減速機(80)と前記ホイール(10,20)を連結する連結軸(110)とを備え、
前記連結軸(110)は、途中に易変形部(110D)を有する、インホイールモータ。 - 前記易変形部(110D)は、前記ホイール(10,20)に所定以上の外力が作用した場合に変形が発生する、請求の範囲第9項に記載のインホイールモータ。
- 前記易変形部(110D)は、所定値よりも小径である、請求の範囲第9項に記載のインホイールモータ。
- 前記ホイール(10,20)に所定以上の外力が作用した場合に、前記減速機(80)と前記ホイール(10,20)との動力伝達が遮断される、請求の範囲第9項に記載のインホイールモータ。
- 前記動力伝達の遮断は、前記連結軸(110)の破断により成される、請求の範囲第12項に記載のインホイールモータ。
- 前記減速機(80)は、前記モータ(60)に対して前記ホイール(10,20)の反対側に設けられる、請求の範囲第12項に記載のインホイールモータ。
- 前記減速機(80)は、遊星歯車である、請求の範囲第14項に記載のインホイールモータ。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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