JP5354249B2 - 車両駆動用アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、電動モータによって車輪を回転駆動する車両駆動用アクチュエータに関する。

従来、車輪の駆動及びダブルウィッシュボーン式のサスペンションにおけるストローク制御を１つのホイールインモータ構造によって実現可能とすると共に、車両走行状態に応じてモータ出力の駆動成分及びサスペンションストローク制御成分の割合を任意に変化させることができるようにした車両駆動用アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１等参照。）。
特開２００７−１４５０７１号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載された従来技術では、各駆動輪に対して、独立に制御可能な２つの車輪駆動用モータをそれぞれ設ける必要があり、重量が増加したり、制御が複雑化したりするという問題がある。また、ロワーアームを上下することでサスペンション装置のストローク調整を行う構造であるため、軸方向に大きなスペースが必要になるという問題や、アクチュエータ軸とロワーアームの取付け位置とが離れているため、大きなトルクが必要になるという問題もある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、車輪駆動用の電動モータの動力を利用して簡単な構成により車高調整を可能とした車両駆動用アクチュエータを提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

１．電動モータと、車体側に一端が接続される懸架バネの他端に接続され且つ前記電動モータの回転を車軸に伝達して車輪を回転駆動する車輪駆動ユニットとを備えた車両駆動用アクチュエータであって、
前記車両駆動ユニットは、前記電動モータからの動力を複数に分配可能な動力分配機構を備え、
前記動力分配機構を介して分配された動力によって、前記懸架バネの前記他端を上下駆動可能に構成され、
前記動力分配機構は、
前記電動モータの回転を減速して前記車軸へ伝達すると共に動力を分配可能な遊星ギア機構と、
前記遊星ギア機構による動力の分配状態を切換える切換え機構とからなり、
前記遊星ギア機構は、サンギアに前記電動モータの回転を入力し、プラネタリキャリアから前記車軸へ回転を出力すると共に、リングギアから出力される動力によって前記懸架バネの前記他端を上下駆動可能に構成されたことを特徴とする車両駆動用アクチュエータ。

手段１によれば、車両駆動ユニットに設けられた動力分配機構が、電動モータからの動力を複数に分配し、その分配された動力によって、車体側に一端が接続される懸架バネの他端が上下に駆動される。そして、懸架バネの他端が上下に駆動されることによって、車両バネ上側に設けられる車体の路面からの高さ（車高）が確実に調整される。例えば、車体側に上端が接続される懸架バネの下端に車両駆動ユニットが接続された車両において、乗車人員や積載量が増加して懸架バネが収縮する場合に、動力分配機構を介して分配された動力によって、懸架バネの下端を上方へ駆動することにより、空車時の車高と同等の高さに維持することができる。つまり、本発明によれば、各車輪に設けられた車輪駆動用の電動モータの動力を利用して簡単な構造で車高調整を行うことが可能であり、車体における積載荷重の変化に拘らずに良好な乗り心地性能を確保することができる。また、電動モータの出力軸と懸架バネの取付け位置とを近接させて配置可能であるため、装置サイズを小型化できると共に比較的小さなトルクで車高調整を行うことができる。
更に、遊星ギア機構は、サンギアに電動モータの回転が入力されると、プラネタリキャリアから車軸へ回転を出力することによって車輪を回転駆動する。また、切換え機構によって遊星ギア機構による動力の分配状態が切換えられた場合は、リングギアから出力される動力によって懸架バネの他端が上下に駆動されることにより車高が調整される。

２．前記切換え機構は、前記リングギアを固定状態と解放状態とに切換えることを特徴
とする手段１に記載の車両駆動用アクチュエータ。

手段２によれば、切換え機構がリングギアを固定状態にした場合、遊星ギア機構は、サンギアに電動モータの回転が入力されると、プラネタリギアの公転によってプラネタリキャリアが回転し車軸へ回転を出力して車輪が回転駆動される。一方、切換え機構がリングギアを解放状態にした場合、プラネタリギアが自転してこれと噛合するリングギアが回転することにより懸架バネの他端が上下に駆動される。

３．前記切換え機構は、電磁クラッチによって構成されたことを特徴とする手段２に記載の車両駆動用アクチュエータ。

手段３によれば、切換え機構が電磁クラッチによって構成されているので、簡単な構成でリングギアを固定状態と解放状態とに確実に切換えることができる。

４．前記懸架バネの他端側座面を支持する座面支持部材を備え、
前記座面支持部材は、前記リングギアの側面に突設するピンと係合していることを特徴とする手段１乃至３のいずれか１つに記載の車両駆動用アクチュエータ。

手段４によれば、懸架バネの他端側座面を支持する座面支持部材がリングギアの側面に突設するピンと係合しているので、リングギアが回転することによって座面支持部材を介して懸架バネの他端が上下に駆動されることにより車高が調整される。

以下、本発明の車両駆動用アクチュエータを具体化した一実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。図１は、本発明の一実施形態の車両駆動用アクチュエータＡ１を示す概略構成図であり、車両の左後輪周辺を前方から視た図である。図２は、車両駆動用アクチュエータＡ１を示す側面図である。

図１及び図２に示すように、車両駆動用アクチュエータＡ１は、モータジェネレータ１０と、車輪駆動ユニット３０と、サスペンション用バネ３と、ショックアブソーバ４とを備えて構成されている。尚、図１では、ショックアブソーバ４の図示を省略し、図２では、モータジェネレータ１０の図示を省略している。

モータジェネレータ１０は、モータとしての機能と発電機としての機能を併せもつ装置であって、径方向外側に三相電機子巻線をもつ電機子としてのモータステータ（図示せず）を、径方向内側に界磁磁石型回転子としてのモータロータ（図示せず）を有する内転型（インナーロータ型）回転電機である。

車輪駆動ユニット３０は、図２に示すように、ハブステイ３１と、ハブステイ３１の内部に収容される遊星ギア減速機構３２とを備えている。

遊星ギア減速機構３２は、サンギア３４とリングギア３６とに噛み合う複数（４個）のプラネタリギア３５をプラネタリキャリア３７により保持するものであって、モータシャフト１３の回転を減速して車軸シャフト３３に伝達すると共に動力を分配可能な遊星ギア機構である。

サンギア３４は、ハウジング１４の車両側方側の面から突出するモータシャフト１３の端部に固定されている。

各プラネタリギア３５は、サンギア３４の外周に噛合するように配置され、プラネタリキャリア３７の径方向端部に固定された各遊星シャフト３８によってそれぞれ軸支されている。プラネタリキャリア３７の中心には車軸シャフト３３が固定され、車軸シャフト３３は、ハブステイ３１に固定された軸受３９によって回転可能に支持されている。

リングギア３６は、内周部のギア歯面（内歯）が各プラネタリギア３５の外周に噛合するように配置されている。また、リングギア３６の外周部には、図３に示すように、摩擦板としての複数のプレート部３６ａがリング状に突設されている。さらに、リングギア３６の車幅方向中央側側面には丸棒状のピン７が突設している。

リングギア３６の径方向外側には、図３に示すように、電磁クラッチ４０が配置されている。図３は、電磁クラッチ４０とリングギア３６との配置を示す図である。電磁クラッチ４０の内周部には、摩擦板としての複数のプレート部４０ａがリング状に突設されている。電磁クラッチ４０の各プレート部４０ａとリングギア３６の各プレート部３６ａとは交互に重ね合わせて配置される。そして、電磁クラッチ４０は、非通電状態において、図示しないバネによって軸方向一方側へ付勢されており、各プレート部４０ａがリングギア３６の各プレート部３６ａを押圧することによりリングギア３６を固定している。一方、電磁クラッチ４０が通電されると、軸方向他方側へ駆動され、各プレート部４０ａが各プレート部３６ａから離れることにより、リングギア３６が解放されて回転可能となる。

サスペンション用バネ３は、公知のコイルバネであって、上側座面３ａは車体１に取り付けられた上側押え６に固定され、下側座面３ｂはスライダ５に固定されている。

スライダ５は、平板状の水平部５ａと、水平部５ａの一端から直角に立設された鉛直部５ｂとを有している。水平部５ａの上面には、サスペンション用バネ３の下側座面３ｂが固定される。鉛直部５ｂには、水平方向且つ車両前後方向に長い長穴５ｃが形成されている。長穴５ｃは、リングギア３６の車幅方向中央側側面に突設されたピン７が挿入されて係合する穴であって、上下幅がピン７の直径よりも僅かに大きく設定されている。従って、ピン７は、スライダ５の長穴５ｃに挿入された状態で、スライダ５に対して水平方向に相対移動可能である。

ショックアブソーバ４は、車体１と車輪駆動ユニット３０との間に設けられて、サスペンション用バネ３による車体１と車輪駆動ユニット３０との間の相対振動を吸収して車体１を安定させる働きを有する。ショックアブソーバ４は、例えば、筒体４ａの内部が、オイルが満たされたオイル室と高圧のガスが充填されたガス室に分けられ（図示せず）、ピストンロッド４ｂの先端に設けられ筒体４ａ内を上下に移動可能なピストンによって仕切られた構造を有している。ピストンロッド４ｂは、その上端が車体１に取り付けられた上側押え６に固定され、筒体４ａは、その下端がハブステイ３１に固定されている。

次に、上述した構成を有する車両駆動用アクチュエータＡ１における各部の作用について説明する。図４は、車両走行時における遊星ギア減速機構３２の各部の作用を示す説明図である。

まず、車両走行時の作用について説明する。車両走行時は、電磁クラッチ４０が通電されず、電磁クラッチ４０の各プレート部４０ａとリングギア３６の各プレート部３６ａとの摩擦によってリングギア３６は固定されている。モータジェネレータ１０が通電駆動されると、図４に示すように、モータロータが回転することによってモータシャフト１３を介してサンギア３４が回転する。サンギア３４の回転によって各プラネタリギア３５が公転するので、減速された回転がプラネタリキャリア３７を介して車軸シャフト３３に伝達され、車輪が回転することにより車両が走行する。

次に、車高調整時の作用について説明する。図５は、サスペンション用バネ３とショックアブソーバ４とからなる懸架装置のストローク変化を示す図であり、（ａ）は車両に乗員が一人も乗車していない場合（以下、「空車時」と称する）の状態を、（ｂ）は車両における規定の定員の乗員が乗車している場合（以下、「フル乗車時」と称する）において車高調整が行われていない状態を、（ｃ）はフル乗車時において車高調整が行われた状態をそれぞれ示している。尚、車高調整は、車両の走行停止状態において行われる。

最初に、空車時について説明する。空車時は、図５（ａ）に示すように、サスペンション用バネ３のストロークは変化していないので、車高センサ（図示せず）からの出力信号に基づいて車高が所定高さであることが制御装置（図示せず）によって検知され、車高調整は行われない。

次に、フル乗車時について説明する。図６は、フル乗車時に車高調整を行う場合における遊星ギア減速機構３２の各部の作用を示す説明図である。フル乗車時は、車高調整を行わない場合には、図５（ｂ）に示すように、車体１における積載荷重の増加に伴ってサスペンション用バネ３が収縮して懸架装置のストロークが短くなるため、車高が空車時の所定高さよりも低下している。この時、車高センサからの出力信号に基づいて車高が空車時の所定高さよりも低下していることが制御装置によって検知され、電磁クラッチ４０が通電されて軸方向に駆動される。これにより、電磁クラッチ４０の各プレート部４０ａがリングギア３６の各プレート部４０ａから離間してリングギア３６が解放される。

続いて、モータジェネレータ１０が通電駆動されて、モータロータが反時計回りに回転することによって、図６に示すように、モータシャフト１３を介してサンギア３４が反時計回りに回転する。この時、プラネタリキャリア３７は固定されているため、各プラネタリギア３５は時計回りに自転し、各プラネタリギア３５に噛合するリングギア３６が時計回りに回転する。

そして、ピン７はリングギア３６の回転に伴って上方へ移動し、長穴７ｃを介してピン７に係合するスライダ５が上方へ移動するので、スライダ５の水平部５ａに固定されたサスペンション用バネ３の下側座面３ｂが上方へ駆動されることによって車体１が上昇していく。尚、リングギア３６の回転に伴ってピン７の水平位置も変化するが、ピン７は長穴７ｃ内を水平に移動可能であるので、サスペンション用バネ３は、ピン７の水平位置に拘ることなく鉛直姿勢を保つことができる。

車高センサからの出力信号に基づいて車高が所定高さに達したことが制御装置によって検知されると、モータロータの回転を停止し、電磁クラッチ４０への通電を停止してリングギア３６が固定されて車高調整が完了し、図５（ｃ）に示す状態となる。フル乗車時に車高調整が完了した状態では、図５（ａ），（ｃ）に示されるように、懸架装置において空車時と同一の実ストロークが確保される。

次に、フル乗車時で車高調整が行われた後に乗員が降車して空車となった場合の車高調整について説明する。図７は、フル乗車から空車に戻った後に車高調整を行う場合における遊星ギア減速機構３２の各部の作用を示す説明図である。この場合、サスペンション用バネ３の下側座面３ｂが上方へ移動しており且つ車体１全体の重量低下に伴ってサスペンション用バネ３が伸張してストロークが長くなるため、車高が空車時の所定高さよりも上昇している（図示省略）。この時、車高センサからの出力信号に基づいて車高が所定高さよりも上昇していることが制御装置によって検知され、電磁クラッチ４０が通電されて軸方向に駆動される。これにより、電磁クラッチ４０の各プレート部４０ａがリングギア３６の各プレート部４０ａから離間してリングギア３６が解放される。

続いて、モータジェネレータ１０が通電駆動されて、モータロータが時計回りに回転することによって、モータシャフト１３を介してサンギア３４が時計回りに回転する。この時、プラネタリキャリア３７は固定されているため、各プラネタリギア３５は反時計回りに自転し、各プラネタリギア３５に噛合するリングギア３６が反時計回りに回転する。

そして、ピン７はリングギア３６の回転に伴って下方へ移動し、長穴７ｃを介してピン７に係合するスライダ５が下方へ移動するので、スライダ５の水平部５ａに固定されたサスペンション用バネ３の下側座面３ｂが下方へ駆動されることによって車体１が下降していく。車高センサからの出力信号に基づいて車高が所定高さに達したことが制御装置によって検知されると、モータロータの回転を停止し、電磁クラッチ４０への通電を停止してリングギア３６が固定されて車高調整が完了し、図５（ａ）に示す状態となる。

以上詳述したことから明らかなように、車両駆動用アクチュエータＡ１は、電動モータとしてのモータジェネレータ１０と、車体１側に上端（上側座面３ａ）が接続されるサスペンション用バネ３の下端（下側座面３ｂ）に接続され且つモータジェネレータ１０の回転を車軸シャフト３３に伝達して車輪２を回転駆動する車輪駆動ユニット３０とを備えるものであって、車両駆動ユニット３０は、モータジェネレータ１０からの動力を複数に分配可能な動力分配機構としての遊星ギア減速機構３２を備え、遊星ギア減速機構３２を介して分配された動力によって、サスペンション用バネ３の下側座面３ｂを上下に駆動可能に構成されたことを特徴とする。換言すれば、遊星ギア減速機構３２を介して分配された動力によって、車輪駆動ユニット３０を車体１に懸架するサスペンション用バネ３とショックアブソーバ４とからなる懸架装置のストロークを可変するように構成されたことを特徴とする。

すなわち、本実施形態によれば、車両駆動ユニット３０に設けられた遊星ギア減速機構３２が、モータジェネレータ１０からの動力を複数に分配し、遊星ギア減速機構３２を介して分配された動力によって、サスペンション用バネ３の下側座面３ｂが上下に駆動される。そして、サスペンション用バネ３の下側座面３ｂが上下に駆動されることによって、車両バネ上側に設けられる車体１の路面からの高さ（車高）が確実に調整される。例えば、乗車人員や積載量が増加してサスペンション用バネ３が収縮する場合に、遊星ギア減速機構３２を介して分配された動力によって、サスペンション用バネ３の下側座面３ｂを上方へ駆動することにより、空車時の車高と同等の高さに維持することができる。つまり、各車輪２に設けられた車輪駆動用のモータジェネレータ１０の動力を利用して簡単な構造で車高調整を行うことが可能であり、車体１における積載荷重の変化に拘らずに良好な乗り心地性能を確保することができる。また、モータジェネレータ１０の出力軸であるモータシャフト１３とサスペンション用バネ３の取付け位置とを近接させて配置可能であるため、装置サイズを小型化できると共に比較的小さなトルクで車高調整を行うことができる。

特に、本発明の動力分配機構は、モータジェネレータ１０の回転を減速して車軸シャフト３３へ伝達すると共に動力を分配可能な遊星ギア減速機構３２と、遊星ギア減速機構３２による動力の分配状態を切換える切換え機構としての電磁クラッチ４０とからなることを特徴とする。すなわち、遊星ギア減速機構３２は、モータジェネレータ１０の回転を減速して車軸シャフト３３へ伝達する。また、電磁クラッチ４０によって遊星ギア減速機構３２による動力の分配状態が切換えられた場合は、遊星ギア減速機構３２によって分配された動力によってサスペンション用バネ３の下側座面３ｂが上下に駆動されることにより車高調整を行うことができる。

より具体的には、切換え機構としての電磁クラッチ４０がリングギア３６を固定状態にした場合、遊星ギア減速機構３２において、サンギア３４にモータジェネレータ１０の回転が入力されると、各プラネタリギア３５の公転によってプラネタリキャリア３７が回転し車軸へ回転を出力して車輪が回転駆動される。一方、電磁クラッチ４０がリングギア３６を解放状態にした場合、各プラネタリギア３５が自転してこれと噛合するリングギア３６が回転することによりサスペンション用バネ３の下側座面３ｂが上下に移動される。尚、切換え機構が電磁クラッチ４０によって構成されているので、簡単な構成でリングギア３６を固定状態と解放状態とに確実に切換えることができる。

また、サスペンション用バネ３の下側座面３ｂを支持する座面支持部材としてのスライダ５がリングギア３６の側面に突設するピン７と係合しているので、リングギア３６が回転することによってスライダ５を介してサスペンション用バネ３の下側座面３ｂが上下に確実に駆動される。

尚、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能であることは云うまでもない。

例えば、上記実施形態では、モータジェネレータ１０を車両バネ下に配置し、モータシャフト１３に遊星ギア減速機構３２のサンギアを直結させる構成としたが、これには限られない。以下、モータジェネレータ１０を車両バネ上に配置した変形例の車両駆動用アクチュエータＡ２の構成について、図８を参照しつつ説明する。図８は、変形例の車両駆動用アクチュエータＡ２を示す概略構成図であり、車両の左後輪周辺を前方から視た図である。尚、上述した実施形態と同一部材には同一符号を付し、それらについての説明を省略する。

本変形例では、モータジェネレータ１０を車両バネ上の車体１側に配置し、モータジェネレータ１０と遊星ギア減速機構３０との間に駆動力伝達機構７０が設けられている。以下、駆動力伝達機構７０の構成を中心に説明する。

駆動力伝達機構７０は、モータジェネレータ１０の駆動力を遊星ギア減速機構３０へ伝達するための機構であって、スプライン軸７２、マイタギア７６，８４、スプラインナット８１等を備えている。ハウジング７１の上部及び下部には、それぞれ軸受７３及び軸受７４が固定され、スプライン軸７２は、上下両端にて軸受７３，７４によって回転可能に支持されている。車体１側に固定されたモータジェネレータ１０から車両側方側に突出するモータシャフト１３の端部にはマイタギア７５が固定されており、スプライン軸７２の上部には、マイタギア７５に噛合するマイタギア７６が固定されている。

スプライン軸７２の外周部にはスプラインが設けられ、スプラインナット８１と噛み合うことによって、直動可能に回転トルクを伝達することができる。スプラインナット８１の外周部には、ハブステイ３１に固定された軸受８２が設けられ、スプラインナット８１を回転可能に支持している。さらに、スプラインナット８１の外周には、マイタギア８４が固定されている。

また、左右方向に配置されるシャフト２２は、軸受２３によって回転可能に支持されている。シャフト２２は、車両中央側端部にマイタギア２４が固定されており、マイタギア２４はマイタギア８４と噛み合っている。シャフト２２の車両側方側端部には、遊星ギア減速機構３２のサンギア３４が固定され、その外周に設けられた複数のプラネタリギア３５に動力を伝達する。プラネタリギア３５の公転成分のトルクは、遊星シャフト３８、遊星プレート３７を介し、車軸シャフト３３に出力される。

本変形例の車両駆動用アクチュエータＡ２においても、上記実施形態と同様に、各車輪に設けられた車輪駆動用のモータジェネレータ１０の動力を利用して簡単な構造で車高調整を行うことが可能であり、車両における積載荷重の変化に拘らずに良好な乗り心地性能を確保することができる等の各作用効果を奏する。さらに、モータジェネレータ１０が車両バネ上側に設けられているので、バネ下重量が軽量化されて、乗り心地性能をより一層向上させることができる。

本発明は、電動モータを備えた車両駆動用アクチュエータを搭載した車両に利用可能である。

本発明の一実施形態の車両駆動用アクチュエータを示す概略構成図であり、車両の左後輪周辺を前方から視た図である。 車両駆動用アクチュエータを示す側面図である。 電磁クラッチとリングギアとの配置を示す図である。 車両走行時における遊星ギア減速機構の各部の作用を示す説明図である。 サスペンション用バネとショックアブソーバとからなる懸架装置のストローク変化を示す図であり、（ａ）は空車時の状態を、（ｂ）はフル乗車時において車高調整が行われていない状態を、（ｃ）はフル乗車時において車高調整が行われた状態をそれぞれ示している。 フル乗車時に車高調整を行う場合における遊星ギア減速機構の各部の作用を示す説明図である。 フル乗車から空車に戻った後に車高調整を行う場合における遊星ギア減速機構の各部の作用を示す説明図である。 変形例の車両駆動用アクチュエータを示す概略構成図であり、車両の左後輪周辺を前方から視た図である。

符号の説明

Ａ１ 車両駆動用アクチュエータ（実施の形態）
Ａ２ 車両駆動用アクチュエータ（変形例）
１ 車体
２ 車輪
３ サスペンション用バネ（懸架バネ、懸架装置）
３ｂ 下側座面（懸架バネの他端、他端側座面）
４ ショックアブソーバ（懸架装置）
５ スライダ（座面支持部材）
７ ピン
１０ モータジェネレータ（電動モータ）
３０ 車輪駆動ユニット
３２ 遊星ギア減速機構（遊星ギア機構、動力分配機構）
３３ 車軸シャフト（車軸）
３４ サンギア
３５ プラネタリギア
３６ リングギア
３７ プラネタリキャリア
４０ 電磁クラッチ（切換え機構、動力分配機構）

Claims (4)

1. 電動モータと、車体側に一端が接続される懸架バネの他端に接続され且つ前記電動モータの回転を車軸に伝達して車輪を回転駆動する車輪駆動ユニットとを備えた車両駆動用アクチュエータであって、
   前記車両駆動ユニットは、前記電動モータからの動力を複数に分配可能な動力分配機構を備え、
   前記動力分配機構を介して分配された動力によって、前記懸架バネの前記他端を上下駆動可能に構成され、
   前記動力分配機構は、
   前記電動モータの回転を減速して前記車軸へ伝達すると共に動力を分配可能な遊星ギア機構と、
   前記遊星ギア機構による動力の分配状態を切換える切換え機構とからなり、
   前記遊星ギア機構は、サンギアに前記電動モータの回転を入力し、プラネタリキャリアから前記車軸へ回転を出力すると共に、リングギアから出力される動力によって前記懸架バネの前記他端を上下駆動可能に構成されたことを特徴とする車両駆動用アクチュエータ。
2. 前記切換え機構は、前記リングギアを固定状態と解放状態とに切換えることを特徴とする請求項１に記載の車両駆動用アクチュエータ。
3. 前記切換え機構は、電磁クラッチによって構成されたことを特徴とする請求項２に記載の車両駆動用アクチュエータ。
4. 前記懸架バネの他端側座面を支持する座面支持部材を備え、
   前記座面支持部材は、前記リングギアの側面に突設するピンと係合していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の車両駆動用アクチュエータ。

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