(57)【要約】  駆動装置は、軸周りに回転可能な一対の駆動軸と、それぞれ前記一対の駆動軸と同軸であって前記軸周りにトルクを生ずる一対のモータと、それぞれ前記一対の駆動軸の何れかと駆動的に結合した一対のサイドギヤと、前記一対の駆動軸間の差動を許容するべく前記一対のサイドギヤにギヤ結合した前記軸周りに回転可能なケーシングと、を備えたデファレンシャルと、一対の遊星ギヤ組であって、それぞれの遊星ギヤ組は、前記ケーシングと固定的に結合した第１のギヤと、前記第１のギヤと噛合し、前記一対のモータの何れかと駆動的に結合して入力を受容する第２のギヤと、前記一対の駆動軸の何れかと駆動的に結合し、前記第２のギヤと噛合して前記入力を減速して前記駆動軸に出力する第３のギヤと、を備えた、一対の遊星ギヤ組と、を備える。
2019016907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸周りに回転可能な一対の駆動軸と、
それぞれ前記一対の駆動軸と同軸であって前記軸周りにトルクを生ずる一対のモータと、
それぞれ前記一対の駆動軸の何れかと駆動的に結合した一対のサイドギヤと、前記一対の駆動軸間の差動を許容するべく前記一対のサイドギヤにギヤ結合した前記軸周りに回転可能なケーシングと、を備えたデファレンシャルと、
一対の遊星ギヤ組であって、それぞれの遊星ギヤ組は、前記ケーシングと固定的に結合した第１のギヤと、前記第１のギヤと噛合し、前記一対のモータの何れかと駆動的に結合して入力を受容する第２のギヤと、前記一対の駆動軸の何れかと駆動的に結合し、前記第２のギヤと噛合して前記入力を減速して前記駆動軸に出力する第３のギヤと、を備えた、一対の遊星ギヤ組と、
を備えた、駆動装置。
【請求項２】
前記第１のギヤは、前記第２のギヤと噛合するアウタギヤまたはサンギヤである、請求項１の駆動装置。
【請求項３】
前記第２のギヤは、前記第３のギヤと噛合するアウタギヤまたは遊星ギヤである、請求項１の駆動装置。
【請求項４】
前記第２のギヤは遊星ギヤを備え、前記第１のギヤおよび前記第３のギヤは、前記第２のギヤと噛合する内歯を有するアウタギヤである、請求項１の駆動装置。
【請求項５】
前記第２のギヤは前記遊星ギヤを回転可能に支持するキャリヤを備え、前記一対のモータはそれぞれ前記第２のギヤを駆動するロータを備え、前記キャリヤは前記ロータに固定的に結合する、請求項４の駆動装置。
【請求項６】
前記ケーシングは前記一対のモータ以外の動力源とは駆動的に結合していない、請求項１の駆動装置。
【請求項７】
前記デファレンシャルは、ベベルギヤ式、フェースギヤ式、およびダブルピニオンギヤ式の何れかである、請求項１の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下の開示は、駆動軸ごとに用意されたモータを利用した駆動装置に関し、特に遊星ギヤ組およびデファレンシャルを利用して一対の駆動軸間にトルク差を発生させることができる駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車軸ごとに用意されたモータを利用して車両を駆動する装置は、１９世紀末頃から検討されており、その幾つかは実用にもされている。モータが発生するトルクがほとんど損失されずに車軸に伝達されるので、エネルギ効率の点で有利である。さらには、モータごとに異なるトルクを発生させることによって、車軸間にトルク差を発生させ、車輪の向きからは独立して車両の進行を方向づける（ベクタリング）ことができる利点がある。【０００３】
トルクベクタリング自体は、車軸ごとにモータを用意しなくても実現可能である。例えば特許文献１に開示された関連技術によれば、エンジンからプロペラシャフトを介してデファレンシャルにトルクを印加しており、これに一対のクラッチをデファレンシャルと組み合わせることにより、デファレンシャルから分配されるトルクに差を発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特許公開２００７−１３２５１７号
【発明の概要】
【０００５】
一方のモータによるトルクを他方のモータによるトルクの例えば８０％に減じたとしても、両車軸に印加されるトルク比は１０：８に過ぎないし、また総出力は９０％に減じられてしまう。クラッチを利用したトルクベクタリングシステムでは、エンジンからデファレンシャルに至る長大なドライブトレーンやクラッチにおいて、無視できないエネルギ損失が生ずる。
【０００６】
以下の装置は、これらの問題に鑑みて創作されたものである。
【０００７】
その一局面によれば、駆動装置は、駆動装置は、軸周りに回転可能な一対の駆動軸と、それぞれ前記一対の駆動軸と同軸であって前記軸周りにトルクを生ずる一対のモータと、それぞれ前記一対の駆動軸の何れかと駆動的に結合した一対のサイドギヤと、前記一対の駆動軸間の差動を許容するべく前記一対のサイドギヤにギヤ結合した前記軸周りに回転可能なケーシングと、を備えたデファレンシャルと、一対の遊星ギヤ組であって、それぞれの遊星ギヤ組は、前記ケーシングと固定的に結合した第１のギヤと、前記第１のギヤと噛合し、前記一対のモータの何れかと駆動的に結合して入力を受容する第２のギヤと、前記一対の駆動軸の何れかと駆動的に結合し、前記第２のギヤと噛合して前記入力を減速して前記駆動軸に出力する第３のギヤと、を備えた、一対の遊星ギヤ組と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、一実施形態による駆動装置を模式的に示しており、デファレンシャルのケーシングが不思議遊星ギヤ組の一方のアウタギヤに結合している例を示している。
【図２】図２は、他の実施形態による駆動装置を模式的に示している。
【図３】図３は、さらに他の実施形態による駆動装置を模式的に示している。
【図４Ａ】図４Ａは、他の形式の遊星ギヤ組を利用した例であって、デファレンシャルのケーシングが遊星ギヤ組のサンギヤに結合した例を示している。
【図４Ｂ】図４Ｂは、他の形式の遊星ギヤ組を利用した例であって、デファレンシャルのケーシングが遊星ギヤ組のアウタギヤに結合した例を示している。
【図５】図５は、ラジアルギャップ型モータを利用した例を示している。
【図６】図６は、トルク差が生じる原理を説明するための模式図である。
【図７】図７は、何れかの実施形態による駆動装置が適用された例による後輪駆動車の模式図である。
【図８】図８は、何れかの実施形態による駆動装置が適用された例による歩行ロボットの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
添付の図面を参照して以下に幾つかの例示的な実施形態を説明する。
【００１０】
以下の説明および添付の請求の範囲において、特段の説明がなければ、軸は車軸等の駆動軸の回転中心を意味する。
【００１１】
以下の説明は、主に、駆動装置を一対の前車軸または後車軸に適用する例に関する。かかる例では、外部の動力源なしに、一対のモータのみにより左右の車軸を駆動することができ、さらに両車軸間に著しいトルク差を生ずることができる。しかしながら以下の例は説明の便宜のための例に過ぎず、もちろん前車軸と後車軸の両方に駆動装置を適用することができるし、また前後の車軸を結ぶプロペラシャフトに適用して前後輪へトルク配分を動的に調整する目的に利用することができる。また以下の実施形態による駆動装置に、他のモータや内燃機関のごとき補助的な動力源を組み合わせることもできる。
【００１２】
主に図１を参照するに、本実施形態に係る駆動装置は、概して、一対の駆動軸１Ａ，１Ｂと、これらの間の差動を許容するデファレンシャル３と、デファレンシャル３および駆動軸１Ａ，１Ｂの何れかと結合した遊星ギヤ組５Ａ，５Ｂとを備え、その全体は例えばベアリング９Ａ，９Ｂにより支持されて軸周りに回転可能である。駆動装置の動力源であるモータ７Ａ，７Ｂは、駆動軸１Ａ，１Ｂと同軸であって、それぞれ軸周りにトルクを生じて遊星ギヤ組５Ａ，５Ｂの何れかを介して駆動軸１Ａ，１Ｂにトルクを与える。駆動軸１Ａ，１Ｂは例えば右および左の車軸であって、図６に示すごとくそれぞれの末端にはホイールＷＡ，ＷＢを備えるが、既に述べた通り駆動軸はプロペラシャフトやその他のシャフトに接続されていてもよい。
【００１３】
図１に戻って参照するに、駆動軸１Ａ，１Ｂは、それぞれデファレンシャル３のサイドギヤ１１Ａ，１１Ｂに結合しており、これらは共にケーシング１５に回転可能に支持された複数のピニオン１３に噛合しており、以ってその間の差動が許容される。デファレンシャル３は、図１のごとくベベルギヤ式であってもよいが、図２のごとくフェースギヤ式でもよく、あるいは図３のごとくダブルピニオンギヤ式でもよい。それぞれ軸方向または径方向にデファレンシャルの寸法を抑えることができるので、装置全体を極めてコンパクトに構成することができる。あるいは遊星ギヤ組５Ａ，５Ｂを互いに近接せしめることができるので、遊星ギヤ組５Ａ，５Ｂ同士を構造的、機械的、電気的ないし他の何らかの意味で連結ないし連携させるのに有利である。もちろん他の任意の形式のデファレンシャルを利用することができる。
【００１４】
また図示されていないが、デファレンシャル３は差動制限機構を備えてもよい。これは一方の車軸がトラクションを失った場合の対策としてだけではなく、一方のモータが故障した場合の安全対策としても有用である。
【００１５】
ケーシング１５は、遊星ギヤ組５Ａ，５Ｂを介して連結したモータ７Ａ，７Ｂ以外の動力源とは駆動的に連結されておらず、即ち自由に軸周りに回転可能である。ケーシング１５から外方に突出したリングギヤがないので、ケーシング１５をコンパクトにすることができ、またケーシング１５を一対のモータ７Ａ，７Ｂの内側に収めることもできる。もちろん、あるいはケーシング１５はトルクを受容するべくリングギヤを備えて、外部の補助的な動力源に連結されていてもよい。
【００１６】
遊星ギヤ組５Ａ，５Ｂは、それぞれ、ケーシング１５と固定的に結合した第１のギヤ２１Ａ，２１Ｂ、トルクを受容するための第２のギヤ２３Ａ，２３Ｂ、および出力のための第３のギヤ２５Ａ，２５Ｂよりなる。
【００１７】
第２のギヤ２３Ａ，２３Ｂは遊星ギヤであり、これを回転可能に支持するキャリヤ３１Ａ，３１Ｂは、モータ７Ａ，７Ｂに連結されてトルクを受容し、軸周りに回転する。またその一端３３Ａ，３３Ｂは第１のギヤ２１Ａ，２１Ｂに噛合し、その他端３５Ａ，３５Ｂは第３のギヤ２５Ａ，２５Ｂに噛合する。言うまでもなく、第２のギヤ２３Ａ，２３Ｂは自身の軸周りに回転し、駆動軸１Ａ，１Ｂの軸周りにも回転する。
【００１８】
第１のギヤ２１Ａ，２１Ｂおよび第３のギヤ２５Ａ，２５Ｂは共に内歯を有するアウタギヤとすることができ、その場合は第２のギヤ２３Ａ，２３Ｂはこれらの内側に噛合する。もし第１のギヤ２１Ａ，２１Ｂが固定されていれば遊星ギヤ組５Ａ，５Ｂは所謂不思議遊星ギヤと一致するが、本実施形態においては第１のギヤ２１Ａ，２１Ｂは共にケーシング１５と固定的に結合しており、共に軸周りに回転する。また第３のギヤ２５Ａ，２５Ｂは、それぞれ駆動軸１Ａ，１Ｂに固定的に結合しており、共に軸周りに回転する。
【００１９】
第１のギヤ２１Ａ，２１Ｂの歯数は第３のギヤ２５Ａ，２５Ｂの歯数よりも僅かに多く（あるいは少なく）なっており、第２のギヤ２３Ａ，２３Ｂが第１のギヤ２１Ａ，２１Ｂに対して回転する時、かかる歯数差に応じた減速比ｋをもって第３のギヤ２５Ａ，２５Ｂに回転が生じる。本実施形態においては、遊星ギヤ組５Ａ，５Ｂは、減速比に応じた倍力の目的のみならず、モータ７Ａ，７Ｂから駆動軸１Ａ，１Ｂに直接に入力されるトルクと、デファレンシャル３を経由するトルクとを減速比ｋに応じて配分する目的に利用されている。これについては後により詳しく述べる。
【００２０】
歯数差が小さいほど大きな減速比ｋが得られるので、上述の実施形態は大きな減速比ｋを得るのに有利である。もちろん遊星ギヤ組５Ａ，５Ｂには他の構成を適用してもよい。図４Ａないし４Ｂに示す例においては、古典的な遊星ギヤに対応する機構が利用されている。以下では一方の遊星ギヤ組５Ａについてのみ説明するが、他方の遊星ギヤ組５Ｂも同様である。
【００２１】
図４Ａに示す例によれば、第１のギヤ２１Ａはサンギヤであり、第２のギヤ２３Ａは内歯を有するアウタギヤであり、第３のギヤ２５Ａは遊星ギヤである。第３のギヤ２５Ａは第１のギヤ２１Ａと第２のギヤ２３Ａの両方と噛合し、軸周りに回転すると共に自身の軸の周りにも回転する。第２のギヤ２３Ａが第１のギヤ２１Ａに対して回転する時、減速比ｋをもって第３のギヤ２５Ａに回転が生じる。
【００２２】
デファレンシャル３のケーシング１５は第１のギヤ２１Ａと固定的に結合しており、共に軸周りに回転する。第２のギヤ２３Ａはモータ７Ａに連結されてトルクを受容する。第３のギヤ２５Ａはキャリヤ３１Ａに回転可能に支持され、キャリヤ３１Ａは駆動軸１Ａに固定的に結合している。
【００２３】
図１ないし３に示す例に比べると大きな減速比を得るのが難しいが、より簡易な構造で同様な作用を奏する。
【００２４】
あるいは図４Ｂに示すごとく、第１のギヤ２１Ａはケーシング１５に固定的に結合したアウタギヤであり、第２のギヤ２３Ａはモータ７Ａに駆動的に結合したサンギヤであり、第３のギヤ２５Ａはこれらに噛合する遊星ギヤであってもよい。第３のギヤ２５Ａのキャリヤ３１Ａは駆動軸１Ａに固定的に結合する。
【００２５】
内周に位置するサンギヤにモータを結合しなければならないが、かかる例でも図１ないし４Ａの例と同様な作用を奏する。
【００２６】
モータ７Ａ，７Ｂには、例えば各図に例示されるごとく、アクシアルギャップ式モータを利用することができる。ソレノイド４３Ａ，４３Ｂは軸方向にギャップを備え、かかるギャップにロータ４１Ａ，４１Ｂが介在し、これは既に述べた通り第２のギヤ２３Ａ，２３Ｂに駆動的に結合している。ギャップ間を流れる磁束がロータ４１Ａ，４１Ｂに軸周りのトルクを生じ、これが第２のギヤ２３Ａ，２３Ｂに伝達される。
【００２７】
アクシアルギャップ式は、そのロータの径の３乗に比例してトルクを発生するので、大きなトルクを発生するのに有利である。また軸方向の寸法は小さくできるので、装置全体の小型化に有利である。もちろん図５に示すごとく、ラジアルギャップ式モータを利用してもよい。ラジアルギャップ式は比較的に高回転にまで大きなトルクを維持できる点で有利である。
【００２８】
ベアリング９Ａ，９Ｂは、図示のごとくデファレンシャル３を支持してもよいし、あるいは直接には遊星ギヤ組５Ａ，５Ｂまたは駆動軸１Ａ，１Ｂを支持し、他の要素は間接的に支持する構造であってもよい。もちろんベアリングは一対に限らない。
【００２９】
図６を参照して各実施形態による駆動装置の動作を説明する。
【００３０】
モータ７Ａ，７Ｂが発生したトルクＩａ，Ｉｂは、その一部Ｄが遊星ギヤ組５Ａ，５Ｂを介してデファレンシャル３に入力され、さらにデファレンシャル３を介して駆動軸１Ａ，１Ｂにそれぞれ分配される。デファレンシャル３を経由しない部分（Ｉａ−Ｄ）は、遊星ギヤ組５Ａ，５Ｂを経由し、その減速比ｋに応じて増倍されて、駆動軸１Ａ，１Ｂに伝達される。結果的に駆動軸１Ａ，１Ｂに印加されるトルクは、それぞれＯａ＝Ｄ＋（Ｉａ−Ｄ）×ｋ，Ｏｂ＝Ｄ＋（Ｉｂ−Ｄ）×ｋである。
【００３１】
モータ７Ａ，７Ｂが発生するトルクＩａ，Ｉｂが互いに等しいときには、これらはＤとも等しいので、結果的にＯａ＝Ｏｂ＝Ｉａ＝Ｉｂであり、トルクベクタリングは生じない。ところが、例えばＩａ＝１０に対してＩｂ＝８とすると、デファレンシャル３が等分にＤ＝（１０＋８）／２＝９を駆動軸１Ａ，１Ｂに分配するので、出力トルクＯａ＝９＋（１０−９）×ｋ＝９＋ｋ、Ｏｂ＝９＋（８−９）×ｋ＝９−ｋである。例えば減速比ｋが８であるとすると、入力比Ｉａ：Ｉｂ＝１０：８に対し、出力比Ｏａ：Ｏｂ＝１７：１にもなり、モータのトルク差よりも出力のトルク差は遥かに大きい。
【００３２】
すなわち、本実施形態によれば、モータが直接に駆動軸を駆動するよりも遥かに大きなトルクベクタリング効果が得られる。あるいは同じトルクベクタリング効果を得るのに、一方に対して他方のモータの出力を僅かに減ずるだけでよいので、総出力の減少は僅かである。これは、総出力を維持する必要がある状況、例えば悪路や急勾配の道路を走行しようとする状況において、極めて大きな利点をもたらす。
【００３３】
モータが各駆動軸を独立に駆動するシステムにおいては、モータが発生するトルクが均等であっても、回転数が均等でなければ、車両は直進し得ない。かかる問題を解決するために、例えば両駆動軸を同期せしめるカウンタシャフトのごとき機構が必要である。本実施形態においては、デファレンシャルが両駆動軸間に介在し、また両遊星ギヤ組がそのケーシングを介して連結しているので、両駆動軸は自律的に同期し、直進性が保証される。すなわちカウンタシャフトのごとき機構を省略することができる。
【００３４】
本実施形態によれば、デファレンシャルや駆動軸と同軸なモータを利用することができ、径方向に外方に突出した構造を省略することができる。外部に内燃機関や電動モータを有する装置に比べ、極めてコンパクトな駆動装置が提供される。また言うまでもなく、外部の燃焼機関や電動モータからトルクを入力するための一切の構造、例えばプロペラシャフトやリングギヤのごとき構造を省くことができるので、これらを原因とするエネルギ損失を回避し、極めて簡易な構造の電気自動車を提供することができる。
【００３５】
上述の何れかの実施形態による駆動装置は、例えば図７に示すごとく、車両１００の駆動装置として利用することができる。図７の例は後輪駆動車の例だが、既に述べた通り、前輪駆動車あるいは四輪駆動車に利用することができるし、また前後の車軸を結ぶプロペラシャフトに適用して前後輪へトルク配分を動的に調整する目的に利用することができる。
【００３６】
あるいは上述の何れかの実施形態による駆動装置は、一対の駆動軸の間にトルク差を生ずる必要のある何れの用途にも利用できる。例えば図８に示すごとく、二足歩行ロボットの足１１０を駆動する用途に利用できる。一対の駆動軸１Ａ，１Ｂからそれぞれ腿ＴＡ，ＴＢを下方に延長し、その下端に脚部ＬＡ，ＬＢを揺動可能に連結すれば、二足歩行ロボットの足１１０が構成される。デファレンシャル３をロボットに対して固定し、一対の駆動軸１Ａ，１Ｂにトルク差を生じさせれば、脚部ＬＡ，ＬＢの一方は地面を後方に蹴り他方は前方に振り出される。電流の印加を変えてモータを逆転させることにより、かかる動作を交互に行わせることができるので、ロボットを歩行せしめる目的に駆動装置を利用することができる。
【００３７】
もちろん多足ロボットの複数対の足にそれぞれ利用することができるし、あるいは腕の駆動に利用することもできる。
【００３８】
幾つかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正ないし変形をすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
一対のモータのみにより駆動され顕著なトルクベクタリングが可能な駆動装置が提供される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
2019016907.tif 000012
2019016907.tif 000013