JP4879191B2 - 高減速比の電気ハブ駆動装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本発明は、参照によって本願明細書に援用する２００５年１月１３日出願の米国仮特許出願第６０／６４３，５６４号に関し、その優先権を主張する。

本発明は一般に車両ホイールハブ駆動装置に関し、より詳細には、電気モータ、太陽歯車のない差動遊星歯車駆動機構およびハブ軸受アセンブリをともに組み合わせて、コンパクトな高歯車減速の電気ハブ駆動システムを提供する、一体型の電気モータハブ駆動装置に関する。

ハブ駆動装置は旋回、リフト、最終駆動およびホイール駆動に幅広く適用されている。電力化の傾向が高まるとともに、電気モータを使用する高減速比のハブ駆動装置がますます必要とされている。高減速比のハブ駆動装置によってトルクの梃子比が大きくなり、駆動電気モータを小型化することができる。ハブ駆動装置には多くのタイプがある。２段遊星歯車駆動機構はハブ駆動装置の一般的な例である。これらの設計は非常に複雑であり、空間および重量の節約に必要とされるほど電気モータとの完全な一体化はなされていない。

したがって、車両ホイールハブ内部で有利に空間を節約し重量を節減する、一体型の電気モータを備えたコンパクトなハブ駆動装置が業界で必要とされている。

簡潔に述べると、本発明は、電気モータ、太陽歯車のない差動遊星歯車駆動機構およびハブ軸受アセンブリをともに組み合わせて、コンパクトな高歯車減速の電気ハブ駆動システムを提供する、一体型の電気モータハブ駆動装置について説明する。

本発明の前述および他の目的、特徴および利点、ならびに本発明の好ましい実施形態は、添付の図面と併せて以下の説明を読むことによって、より良く理解できるであろう。

添付の図面は本明細書の一部を形成する。

各図面を通して対応する参照番号は対応する部品を示す。

以下の詳細な説明は、本発明を例示的に説明するものであり、限定的なものではない。この説明は明らかに、当業者が本発明を行い使用することを可能にし、本発明を実施するための最良の形態であると現在考えられているものを含めた、本発明のいくつかの実施、適合、変形、代替および使用について説明するものである。

図１および２を参照すると、ハブ軸受アセンブリ１０、遊星歯車サブアセンブリ２０および電気モータサブアセンブリ３０を含む、高減速比の電気ハブ駆動装置１が、車両ホイールリム５０と動作可能な関係で示されている。

図３を参照すると、ハブ軸受サブアセンブリ１０は、ハブスピンドル１１、駆動軸２８上にねじ込まれる締結ナット１２、２列式軸受１３およびハウジング１４を含む。ハブスピンドル１１はハウジング１４内部で２列式軸受１３によって同軸に支持され、ハウジング１４はハウジング１４の取付けフランジ部分によって車両（図示せず）などの支持構造に固定されている。

遊星歯車サブアセンブリ２０は、駆動リング歯車２１、固定リング歯車２２、一組の遊星歯車群２４を担持するキャリア２３から構成される。各遊星歯車群２４は、一組の軸受を通るピン軸２５によってキャリア２３上に支持される２つの遊星歯車２４ａおよび２４ｂを含む。キャリア２３は同軸の軸受２６によって固定リング歯車２２上で支持される。駆動リング歯車２１は、ハブスピンドル１１に嵌合しそれを駆動する、キー溝をつけた駆動軸２８に連結される。駆動リング歯車２１は、トルクの大部分をリング歯車からキー溝をつけた駆動軸２８へ伝達することが可能な一組の薄いスポーク２９によって、キー溝をつけた駆動軸２８に連結されるが、駆動リング歯車２１とキー溝をつけた駆動軸２８との間の軸方向の不整合をある程度許容するのに十分な可撓性を有する。固定リング歯車２２は後板３４によってハウジング１４に堅固に固定される。

電気モータサブアセンブリ３０は、キャリア２３に連結された回転子３１、回転子３１の周りに周方向に配設された固定子３２、および固定子３２を支持するハウジング１４と一体のモータケース３３からなる。回転子３１は回転子軸３８上で支持される。回転子軸３８の一端はキャリア２３に固く締結され、キャリア２３とともに回転子軸は軸受２６を通して固定リング歯車２２へと支持されている。回転子軸３８の他端は、テール軸受３６によって駆動軸２８上に支持されている。固定子３２は一組の巻線３９を有し、モータケース３３に固定されている。モータケースの後端が固定リング歯車２２の後板３４に取り付けられており、カバーカップ３５が軸受２６を封止するように後板３４に軸方向にボルト締めされている。

電力を供給すると、電気モータサブアセンブリ３０の回転子３１は軸Ｘ周りを回転し、回転子軸３８およびキャリア２３を遊星歯車群２４とともに同一速度で回転するように駆動する。遊星歯車群２４の遊星歯車２４ａおよび２４ｂは、リング歯車２１およびリング歯車２２にそれぞれ係合するので、２つのリング歯車２１と２２との間で差動回転が発生する。リング歯車２２は後板３４およびモータケース３３を介してハウジング１４に固定されているので、回転子軸３８およびキャリア２３の回転速度が大きいときも、リング歯車２１、したがってハブ１１との回転速度は小さい。したがって回転子３１とハブ１１との間で高減速比が得られる。減速比は次の式によって表される：

ただし：

Ｎ_Ａ１＝リング歯車２１の歯数、
Ｎ_Ａ２＝リング歯車２２の歯数、
Ｎ_Ｐ１＝遊星歯車２４ａの歯数、および
Ｎ_Ｐ２＝遊星歯車２４ｂの歯数。

ハブ１１およびリング歯車２１の駆動軸２８は、高負荷容量の２列軸受とすることができる軸受１３によって、堅固に支持されている。したがってハブ１１は、例えば、図１〜３に示すようにホイールリム５０および関連するブレーキ構造がハブ１１に直接取り付けられているホイール端の適用に一般的に見られるように、径方向、軸方向および複合外部負荷の大部分に耐えることができる。高い外部負荷のもとでハブ軸受サブアセンブリの歪みによって生じるリング歯車２１と駆動軸２８の間の不整合は、径方向スポーク２９の撓みによって吸収される。したがってリング歯車２１と遊星歯車２４ｂとの間の適正な係合が維持される。

本発明、すなわち高減速比の差動歯車セットを電気モータ内部に同軸に配置することが可能な独自の配置を提供し、アセンブリを著しくコンパクト化し、かつ高減速比を提供する一体性の高い歯車およびハブ軸受アセンブリの範囲から逸脱することなく、本願明細書に説明された本発明の実施形態に変形が可能であることを、当業者であれば理解するであろう。可撓なスポークが不整合を吸収し、高い駆動トルクの伝達が可能になる。

上記を鑑みると、本発明のいくつかの目的が達成され他の有利な結果が得られることが明らかであろう。本発明の範囲から逸脱せずに上記の構造には様々な変更が可能であることから、上記の説明に含まれ、または添付の図面に示されるすべての事項は、例示的であって限定的な意味ではないと解釈されるべきである。

本発明の一体型電気モータハブ駆動装置が内部に据え付けられた、車両ホイールリムの部分断面図である。 図１の車両ホイールリムおよび一体型電気モータハブ駆動装置の断面図である。 図２の車両ホイールリムおよび一体型電気モータハブ駆動装置の展開断面図である。

Claims (13)

1. ハブスピンドルを有するハブ軸受アセンブリと、
   前記ハブ軸受アセンブリに動作可能に連結されて、前記ハブスピンドルを回転駆動する差動遊星歯車駆動機構であって、固定リング歯車、キャリアおよび一組の遊星歯車群を含むところの差動遊星歯車駆動機構と、
   前記差動遊星歯車駆動機構を同軸に取り囲む電気モータであって、前記差動遊星歯車駆動機構に動作可能に連結されて、前記差動遊星歯車駆動機構の駆動リング歯車を回転駆動するところの電気モータと
   を備える車両ホイールハブ駆動システムにおいて、
   前記固定リング歯車が、固定支持構造体に動作可能に連結され、
   前記キャリアが、前記駆動リング歯車および前記固定リング歯車に係合する前記一組の遊星歯車群を支持しており、
   トルクを前記駆動リング歯車から同軸の軸に伝達するように構成された複数のスポークによって、前記駆動リング歯車が前記同軸の軸に連結されており、そして、
   前記同軸の軸が前記ハブスピンドルに動作可能に連結されている
   ことを特徴とする車両ホイールハブ駆動システム。
2. 前記電気モータが、前記差動遊星歯車駆動機構の従動部品に動作可能に連結された回転子と、固定支持構造体に動作可能に連結された固定子とを含む、請求項１に記載の車両ホイールハブ駆動システム。
3. 前記一組の遊星歯車群の各遊星歯車群が、前記駆動リング歯車に係合する第１の遊星歯車と、前記固定リング歯車に係合する第２の遊星歯車とを含む、請求項２に記載の車両ホイールハブ駆動システム。
4. 前記スポークがそれぞれ可撓性を有している、請求項１に記載の車両ホイールハブ駆動システム。
5. 前記複数のスポークが、前記同軸の軸と前記駆動リング歯車との間の軸心の不整合を吸収するように構成されている、請求項１に記載の車両ホイールハブ駆動システム。
6. 前記遊星歯車駆動機構が、下式：
   

   

   ただし：
   

   

   Ｎ _Ａ１ ＝前記駆動リング歯車の歯数、
   Ｎ _Ａ２ ＝前記固定リング歯車の歯数、
   Ｎ _Ｐ１ ＝前記遊星歯車群のそれぞれの前記第１の遊星歯車の歯数、および
   Ｎ _Ｐ２ ＝前記遊星歯車群のそれぞれの前記第２の遊星歯車の歯数
   で表される前記電気モータと前記ハブスピンドルとの間の回転減速比を提供する、請求項３に記載の車両ホイールハブ駆動システム。
7. 遊星歯車群における前記第１の遊星歯車および前記第２の遊星歯車の各々が、共通軸の周りを回転するために、相互に動作可能に連結されている、請求項３に記載の車両ホイールハブ駆動システム。
8. ハブスピンドルを有するハブ軸受アセンブリと、
   前記ハブ軸受アセンブリに動作可能に連結されて、前記ハブスピンドルを回転駆動する差動遊星歯車駆動機構であって、固定リング歯車、キャリアおよび一組の遊星歯車群を含むところの差動遊星歯車駆動機構と、
   前記差動遊星歯車駆動機構を同軸に取り囲む電気モータであって、前記差動遊星歯車駆動機構に動作可能に連結されて、前記差動遊星歯車駆動機構の駆動リング歯車を回転駆動するところの電気モータと
   を備える車両ホイールハブ駆動システムにおいて、
   複数のスポークによって、前記駆動リング歯車が前記ハブスピンドルに連結されており、
   前記固定リング歯車が、固定支持構造体に動作可能に連結され、
   前記キャリアが、前記駆動リング歯車および前記固定リング歯車に係合する前記一組の遊星歯車群を支持しており、
   前記キャリアは、前記固定リング歯車内、および、前記ハブスピンドルに連結された同軸の軸の端部内で、前記キャリアを支持するのに適した同軸の軸受を受け入れるように構成された軸受座を含んでいる
   ことを特徴とする車両ホイールハブ駆動システム。
9. 前記駆動リング歯車は、少なくとも１つの連結部材によって動作可能に連結されて、トルクを同軸の軸を介して前記ハブスピンドルに伝達することを特徴とする、請求項８に記載の車両ホイールハブ駆動システム。
10. 前記電動モータを収容するハウジングであって、前記差動遊星歯車駆動機構の固定リング歯車を支持する後板を有するところのハウジングと、
    前記後板に同軸に配置されるカバーカップであって、前記後板内に同軸的に形成された開口を封止し、そして、少なくとも１つのセンサを収容するために、前記後板の外側に環状の空間を形成するところのカバーカップと
    を更に含む、請求項８に記載の車両ホイールハブ駆動システム。
11. 前記同軸の軸と前記ハブスピンドルとは、動作可能に嵌め合わされて、ハウジング内において前記ハブ軸受アセンブリを支持する２列式軸受を構成している、請求項９に記載の車両ホイールハブ駆動システム。
12. ハブスピンドルを有するハブ軸受アセンブリと、
    前記ハブ軸受アセンブリに動作可能に連結されて、前記ハブスピンドルを回転駆動する差動遊星歯車駆動機構と、
    前記差動遊星歯車駆動機構を同軸に取り囲む電気モータであって、前記差動遊星歯車駆動機構に動作可能に連結されて、前記差動遊星歯車駆動機構の駆動リング歯車を回転駆動するところの電気モータと
    を備える車両ホイールハブ駆動システムにおいて、
    トルクを前記駆動リング歯車から同軸の軸に伝達するように構成された複数のスポークによって、前記駆動リング歯車が前記同軸の軸に連結され、前記同軸の軸が前記ハブスピンドルに動作可能に連結されており、
    前記同軸の軸と前記駆動リング歯車との間の軸心の不整合を吸収するように、前記複数のスポークが可撓性を有している
    ことを特徴とする車両ホイールハブ駆動システム。
13. 差動遊星歯車駆動機構の駆動リング歯車により、駆動軸を介して、回転駆動されるハブスピンドルを有するハブ軸受アセンブリを備えた、改良された車両ホイールハブ駆動システムであって、
    前記差動遊星歯車駆動機構の外側の周囲に同軸に配置され、前記差動遊星歯車駆動機構に動作可能に連結されて、前記駆動リング歯車を回転駆動する電気モータを備え、
    前記駆動リング歯車が、前記駆動リング歯車の回転の軸線と、前記駆動軸の回転の軸線との間の軸心の不整合を吸収するように構成され、
    前記駆動リング歯車が、少なくとも１つの可撓性を有する径方向スポークによって、前記駆動軸に動作可能に連結されている
    ことを特徴とする、車両ホイールハブ駆動システム。

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