(57)【要約】【課題】コンパクトで大きな減速比が得られる減速部を組み込んだ電気自動車駆動ユニットを提供する。【解決手段】  電気自動車駆動ユニット２０は、ケーシング内に配置されたモータ側回転部材３０を回転駆動するモータ部２１と、モータ側回転部材３０の回転を減速して車輪側回転部材３８に伝達する減速部３１とを有する第１駆動装置２０ａと、第１駆動装置と同一形状の第２駆動装置２０ｂとを備える。第１駆動装置２０ａおよび第２駆動装置２０ｂの減速部３１は、偏心部３２ａ，３２ｂを有する減速部入力軸３２と、偏心部３２ａ，３２ｂに回転自在に保持される公転部材としての曲線板３３，３４と、曲線板３３，３４の外周部に係合する外周係合部材としての複数の外ピン３５と、曲線板３３，３４の自転運動を車輪側回転部材３８に伝達する運動変換機構とを備える。【選択図】図１
2007224979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右の車輪をそれぞれ回転駆動する第１および第２駆動装置を備え、
前記各駆動装置は、
モータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、
前記モータ側回転部材の回転を減速して車輪ハブに固定連結される車輪側回転部材に伝達する減速部とを有し、
前記モータ側回転部材は偏心部を含み、
前記減速部は、
前記偏心部に回転自在に保持されて、前記モータ側回転部材の回転に伴ってその回転軸心を中心とする公転運動を行う公転部材と、
前記公転部材の外周部に係合して公転部材の自転運動を生じさせる外周係合部材と、
前記公転部材の自転運動を、前記モータ側回転部材の回転軸心を中心とする回転運動に変換して前記車輪側回転部材に伝達する運動変換機構とを含み、
前記第１駆動装置のモータ側回転部材と、前記第２駆動装置のモータ側回転部材とは、同軸上に配置される、電気自動車駆動ユニット。
【請求項２】
前記公転部材は、その外周部に複数の波形を有し、
前記外周係合部材は、前記公転部材の公転軌道上に配置された複数の外ピンを有する、請求項１に記載の電気自動車駆動ユニット。
【請求項３】
前記公転部材の偏心運動による慣性モーメントを打消す位相で前記モータ側回転部材に装着したカウンタウェイトをさらに備える、請求項１または２に記載の電気自動車駆動ユニット。
【請求項４】
前記運動変換機構は、前記公転部材と前記車輪側回転部材とを連結する内ピンと、前記内ピンの外径より所定分だけ径が大きい前記内ピンを受入れる穴とを有する、請求項１〜３のいずれかに記載の電気自動車駆動ユニット。
【請求項５】
前記モータ側回転部材は、前記モータによって回転駆動される円筒形状のモータ回転軸と、前記モータ回転軸の内径面に嵌まり込む外径面を有する減速部入力軸とを含み、
前記モータ回転軸と前記減速部入力軸とは、スプライン嵌合する、請求項１〜４のいずれかに記載の電気自動車駆動ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車等の駆動輪を回転駆動する電気自動車駆動ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気自動車駆動ユニットは、例えば、特開２００５−７９１４号公報（特許文献１）に記載されている。同公報に記載されている電気自動車駆動ユニットは、駆動力を発生させるモータと、タイヤを接続するホイールハブと、モータおよびホイールハブの間に、モータのロータの回転を減速してタイヤに伝達する減速機とを備える。この減速機は、歯数の異なる複数の歯車を組み合わせてなる平行軸歯車機構を採用している。
【０００３】
このような電動モータの出力軸と車輪のハブとを減速機を介して同軸上に連結した電気自動車駆動ユニットは、プロペラシャフトやデファレンシャル等の大がかりな動力伝達機構が不要となるので、車両の軽量化やコンパクト化等の面から注目されている。しかしながら、車両のばね下に取り付けられる電気自動車駆動ユニットは、ばね下重量の増加によって乗り心地が悪くなる難点があり、未だ実用化には至っていない。
【０００４】
電動モータの出力トルクとモータ容積（重量）はほぼ比例関係にあり、小さなモータ容積で車両の車輪を駆動するのに足る大きな出力を得るためには、高速回転化が避けられず、電動モータの出力軸とハブとの間に減速機を組み込む必要がある。このため、組み込む減速機の重量が大きくなっては意味がないので、電気自動車駆動ユニットでは、コンパクトで大きな減速比の得られる減速機が求められている。
【０００５】
また、電気自動車用減速装置として、電動モータの出力軸と車輪のハブとの間に減速機として遊星歯車減速機を組み込んだものがある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載されたものは、電動モータと減速機がばね下に取り付けられる電気自動車駆動ユニットではないが、遊星歯車減速機を２段に設け、２段目の遊星歯車減速機からの出力をドライブシャフトを介してばね下の左右の車輪に分配している。
【特許文献１】特開２００５−７９１４号公報
【特許文献２】特開平５−３３２４０１号公報（第１−３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の各公報に記載された減速機に採用されている平行軸歯車機構や遊星歯車機構の減速比は、歯車の強度等の観点から前者が１／２〜１／３、後者が１／３〜１／６程度に設定されるのが一般的である。これは、電気自動車駆動ユニットに搭載する減速機の減速比としては不十分であり、十分な減速比を得るためには、減速機を多段構成とする必要がある。これは、減速機の重量およびサイズの増大を招き、コンパクト化が必要な電気自動車駆動ユニットには不適切である。
【０００７】
また、特許文献２に記載された遊星歯車減速機は平行軸歯車と比較すると大きな減速比を得ることができるが、遊星歯車減速機はサンギヤ、リングギヤ、ピニオンギヤおよびピニオンギヤのキャリヤとで構成されるので、部品点数が多くコンパクト化が難しいという問題がある。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、コンパクトで高減速比が得られる減速部を採用した電気自動車駆動ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る電気自動車駆動ユニットは、左右の車輪をそれぞれ回転駆動する第１および第２駆動装置を備える。各駆動装置は、モータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、モータ側回転部材の回転を減速して車輪ハブに固定連結された車輪側回転部材に伝達する減速部とを有する。そして、モータ側回転部材は偏心部を含み、減速部は、偏心部に回転自在に保持されて、モータ側回転部材の回転に伴ってその回転軸心を中心とする公転運動を行う公転部材と、公転部材の外周部に係合して公転部材の自転運動を生じさせる外周係合部材と、公転部材の自転運動を、モータ側回転部材の回転軸心を中心とする回転運動に変換して車輪側回転部材に伝達する運動変換機構とを含む。さらに、第１駆動装置のモータ側回転部材と、第２駆動装置のモータ側回転部材とは、同軸上に配置される。また、公転部材は、例えばその外周部に複数の波形を有する。
【００１０】
好ましくは、公転部材の偏心運動による慣性モーメントを打消す位相でモータ側回転部材に装着したカウンタウェイトをさらに備える。偏心部は、偏った遠心力と共に慣性モーメントを発生させる。そこで、公転部材の慣性モーメントを打ち消す位相でカウンタウェイトを配置することにより、インホイールモータ駆動装置の振動を抑制することができる。
【００１１】
運動変換機構は、例えば、公転部材と車輪側回転部材とを連結する内ピンと、内ピンの外径より所定分だけ径が大きい内ピンを受入れる穴とを有する。例えば、穴は公転部材に設けられ、内ピンは車輪側回転部材に保持されている。上記構成の運動変換機構とすることにより、公転部材の自転運動を車輪側回転部材に伝達することができる。
【００１２】
好ましくは、モータ側回転部材は、モータによって回転駆動される円筒形状のモータ回転軸と、モータ回転軸の内径面に嵌まり込む外径面を有する減速部入力軸とを含む。そして、モータ回転軸と減速部入力軸とは、スプライン嵌合する。
【００１３】
上記構成のように、モータ側回転部材をモータ回転軸と減速部入力軸とで構成することにより、各部材の形状を簡素化することができる。また、両部材をスプライン嵌合することにより、モータ側回転部材の組立て性が向上する。
【発明の効果】
【００１４】
この発明により、コンパクトで大きな減速比が得られる減速部を組み込んだ電気自動車駆動ユニットを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１および図２を参照して、この発明の一実施形態に係る電気自動車駆動ユニット２０を説明する。
【００１６】
図２を参照して、電気自動車１１は、シャーシ１２と、操舵輪としての前輪１３ａ，１３ｂと、駆動輪としての後輪１４ａ，１４ｂと、左右の駆動軸１５ａ，１５ｂに駆動力を伝達する電気自動車駆動ユニット２０とを備える。一般に駆動軸１５ａ，１５ｂは等速継手と軸部とで構成され、自動車駆動ユニット２０および駆動輪１４ａ，１４ｂとスプライン嵌合する。ここで、電気自動車１１の軽量化や客室スペースを拡大するために、図１に示すようなこの発明の一実施形態に係る電気自動車駆動ユニット２０を採用する。
【００１７】
図１を参照して、電気自動車駆動ユニット２０は、ケーシング内に配置されたモータ側回転部材３０を回転駆動するモータ部２１と、モータ側回転部材３０の回転を減速して車輪側回転部材３８に伝達する減速部３１とを有する第１駆動装置２０ａと、第１駆動装置と同一形状の第２駆動装置２０ｂとを備え、第１駆動装置２０ａは駆動軸１５ａを、第２駆動装置２０ｂは駆動軸１５ｂをそれぞれ回転駆動する。また、第１駆動装置２０ａのモータ側回転部材３０と、第２駆動装置２０ｂのモータ側回転部材３０とは、同軸上に配置されている。
【００１８】
次に、図３を参照して、第１駆動装置２０ａの構造について説明する。なお、第２駆動装置２０ｂは第１駆動装置２０ａと同一形状であるので、説明は省略する。
【００１９】
第１駆動装置２０ａのモータ２１は、ケーシングに固定されるステータ２４と、ステータの内側に径方向に隙間を設けて配置されるロータ２３と、ロータ２３の内側に嵌合してロータ２３と一体回転するモータ回転軸２２とを備えるラジアルギャップモータである。
【００２０】
減速部３１は、偏心部３２ａ，３２ｂを有する減速部入力軸３２と、偏心部３２ａ，３２ｂに転がり軸受３３ａ，３４ａによって回転自在に保持される公転部材としての曲線板３３，３４と、ケーシング上の固定位置に保持され、曲線板３３，３４の外周部に係合する外周係合部材としての複数の外ピン３５と、曲線板３３，３４の自転運動を車輪側回転部材３８に伝達する運動変換機構と、カウンタウェイト３６ａ，３６ｂとを備える。
【００２１】
ここで、モータ側回転部材３０は、モータ２１によって回転駆動される円筒形状のモータ回転軸２２と、モータ回転軸２２の内径面に嵌まり込む外径面を有する減速部入力軸３２とをスプライン嵌合することによって構成される。また、モータ側回転部材３０は、モータ２１の両端と減速部３１の左端で転がり軸受３０ａ，３０ｂ，３０ｃによって回転自在に支持されている。
【００２２】
曲線板３３は、図５に示すように、外周部にエピトロコイド等のトロコイド系曲線で構成される複数の波形を有し、一方側端面から他方側端面に貫通する複数の貫通孔３３ｂが曲線板３３の自転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられている。なお、曲線板３４は、曲線板３３と同じ形状である。
【００２３】
外ピン３５は、モータ側回転部材３０の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられる。これは、曲線板３３，３４の公転軌道と一致するので、曲線板３３，３４が公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン３５とが係合して、曲線板３３，３４に自転運動を生じさせる。また、曲線板３３，３４との接触抵抗を低減するために、曲線板３３，３４の外周面に当接する位置に針状ころ軸受３５ａを有する。
【００２４】
カウンタウェイト３６ａ，３６ｂは、円板状で、中心から外れた位置に減速部入力軸３２と嵌合する貫通孔を有し、曲線板３３，３４の回転によって生じる慣性モーメントを打ち消すために、各偏心部３２ａ，３２ｂの外側に偏心部と１８０°位相を変えて配置される。
【００２５】
ここで、曲線板３３，３４とカウンタウェイト３６ａ，３６ｂとは、図４に示すように、２枚の曲線板３３、３４間の中心点をＧとし、中心点Ｇと各曲線板３３、３４中心との距離をＬ１、中心点Ｇと各カウンタウェイト３６ａ，３６ｂとの距離をＬ２とし、中心点Ｇより右側の曲線板３３およびカウンタウェイト３６ａの質量をｍ１、中心点Ｇより左側の曲線板３４およびカウンタウェイト３６ｂの質量をｍ２とし、これらの重心の回転軸心からの偏心量をそれぞれε１、ε２とすると、Ｌ１×ｍ１×ε１＝Ｌ２×ｍ２×ε２を満たす関係となっている。
【００２６】
運動変換機構は、車輪側回転部材３８に保持された複数の内ピン３７と曲線板３３，３４に設けられた貫通孔３３ｂ，３４ｂとで構成される。内ピン３７は、車輪側回転部材３８の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられる。また、曲線板３３，３４との接触抵抗を低減するために、曲線板３３，３４の貫通孔３３ｂ，３４ｂの内壁面に当接する位置に針状ころ軸受３７ａが設けられている。一方、貫通孔３３ｂ，３４ｂは、複数の内ピン３７それぞれに対応する位置に設けられ、貫通孔３３ｂ，３４ｂの内径寸法は、内ピン３７の外径寸法（針状ころ軸受３７ａを含む最大外径）より所定分大きく設定されている。
【００２７】
車輪側回転部材３８は、端面に内ピン３７を保持する穴を有するフランジ部と、駆動軸１５ｂと嵌合する円筒形状の軸部とを有し、ケーシングおよび減速部入力軸３２に転がり軸受３８ａ，３０ｃによって回転自在に支持されている。
【００２８】
上記構成の第１駆動装置２０ａの作動原理を詳しく説明する。
【００２９】
モータ２１は、例えば、ステータ２４のコイルに外部から交流電流を供給することによって生じる電磁力を受けて、永久磁石または直流電磁石によって構成されるロータ２３が回転する。このとき、コイルに高周波数の電圧を印加する程、ロータ２３は高速回転する。
【００３０】
これにより、ロータ２３に接続されたモータ側回転部材３０が回転すると、曲線板３３，３４はモータ側回転部材３０の回転軸心を中心として公転運動する。このとき、外ピン３５が、曲線板３３，３４の曲線形状の波形と係合して、曲線板３３，３４をモータ側回転部材３０の回転とは逆向きに自転運動させる。
【００３１】
貫通孔３３ｂ，３４ｂに挿通する内ピン３７は、曲線板３３，３４の自転運動に伴って貫通孔３３ｂ，３４ｂの内壁面に当接し、曲線板３３，３４の公転運動が車輪側回転部材３８を介して駆動軸１５ａに伝達される。このとき、貫通孔３３ｂ，３４ｂの内径寸法は、内ピン３７の外径寸法より大きく設定されているので、内ピン３７と貫通孔３３ｂ，３４ｂの内壁面とは、接触状態と非接触状態とを繰り返しながら相互に運動する。これにより、曲線板３３，３４の公転運動が内ピン３７に伝わらず、曲線板３３，３４の自転運動のみが車輪側回転部材３８に伝達される。
【００３２】
なお、上記構成の減速部３１の減速比は、外ピン３５の数をＺＡ、曲線板３３，３４の波形の数をＺＢとすると、（ＺＡ−ＺＢ）／ＺＢで算出される。図５に示す実施形態では、ＺＡ＝１２、ＺＢ＝１１であるので、減速比は１／１１と、平行軸歯車減速機や遊星歯車減速機と比較して非常に大きな減速比を得ることができる。
【００３３】
このように、多段構成とすることなく大きな減速比を得ることができる減速２１を採用することにより、コンパクトで高減速比の電気自動車駆動ユニットを得ることができる。また、外ピン３５および内ピン３７の曲線板３３，３４に当接する位置に針状ころ軸受３５ａ，３７ａを設けたことにより、接触抵抗が低減されるので、減速部３１の伝達効率が向上する。
【００３４】
上述の作動の説明は、各部材の回転に着目して行ったが、実際にはトルクを含む動力が電動モータ２１から後輪１４ａ，１４ｂに伝達される。したがって、上述のように減速された動力は高トルクに変換されたものとなっている。
【００３５】
また、上述の作動の説明では、電動モータ２１に電力を供給して電動モータ２１を駆動させ、電動モータ２１からの動力を後輪１４ａ，１４ｂに伝達させたが、これとは逆に、車両が減速したり坂を下ったりするようなときは、後輪１４ａ，１４ｂ側からの動力を減速機構３１で高回転低トルクの回転に変換して電動モータ２１に伝達し、電動モータ２１で発電しても良い。さらに、ここで発電した電力は、バッテリーに蓄電しておき、後で電動モータ２１を駆動させたり、車両に備えられた他の電動機器等の作動に用いてもよい。
【００３６】
上記構成の電気自動車駆動ユニット２０は、モータ２１の回転が減速部３１に減速されて駆動輪１４ａ，１４ｂに伝達されるので、低トルク、高回転型のモータ２１を採用した場合でも、駆動輪１４ａ，１４ｂに必要なトルクを伝達することが可能となる。その結果、電気自動車駆動ユニット２０を小型、軽量化できるので、客室スペースが広く低燃費の電気自動車１１を得ることができる。
【００３７】
ところで、内ピン３７の外径寸法は貫通孔３３ｂの内径寸法より小さく、内ピン３７と貫通孔３３ｂの内壁面とは接触状態と非接触状態とを繰り返しながら回転するので、モータ２１の回転を円滑に駆動輪１４ａ，１４ｂに伝達する観点からは、内ピン３７を複数設けることが望ましい。
【００３８】
上記の各実施形態では、減速部の曲線板を１８０°位相を変えて２枚設けたが、この曲線板の枚数は任意に設定することができ、例えば、曲線板を３枚設ける場合は、１２０°位相を変えて設けるとよい。
【００３９】
また、上記の実施形態における運動変換機構は、車輪側回転部材に固定された内ピンと、曲線板に設けられた貫通孔とで構成される例を示したが、これに限ることなく、減速部の回転を駆動輪に伝達可能な任意の構成とすることができる。例えば、曲線板に固定された内ピンと、車輪側回転部材に形成された穴とで構成される運動変換機構であってもよい。
【００４０】
また、上記の各実施形態において、外ピンおよび内ピンに設けた軸受は、径方向の厚み寸法を小さくする観点から針状ころ軸受とした例を示したが、これに限ることなく、例えば、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受、自動調心ころ軸受等、転動体がころであるか玉であるかを問わず、あらゆる転がり軸受を適用することができる。同様に、モータ側回転部材、車輪側回転部材、およびギヤキャリア等を支持する軸受としても、任意の形式の転がり軸受を適用することができる。
【００４１】
また、上記の各実施形態において、ステータとロータとの間に径方向の隙間を設けたラジアルギャップモータを使用した例を示したが、これに限ることなく、任意の形式のモータを適用することができる。例えば、ステータとロータとの間に軸方向の隙間を設けたアキシアルギャップモータを適用することにより、電気自動車駆動ユニットを軸方向にコンパクト化することができる。
【００４２】
また、図２に示した電気自動車１１は、後輪１４ａ，１４ｂを駆動輪とした例を示したが、これに限ることなく、前輪１３ａ，１３ｂを駆動輪としてもよく、４輪駆動車であってもよい。なお、本明細書中で「電気自動車」とは、電力から駆動力を得る全ての自動車を含む概念であり、例えば、ハイブリッドカー等をも含むものとして理解すべきである。
【００４３】
さらに、上記の各実施形態に示したモータ側回転部材は、モータ回転軸と減速部入力軸とをスプライン嵌合することにより、各部材の形状を簡素化することができ、かつ組立て性が向上する。ただし、これに限ることなく、一体型のモータ側回転部材としてもよい。
【００４４】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
この発明は、電気自動車等に採用される電気自動車駆動ユニットに有利に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の一実施形態に係る電気自動車駆動ユニットを示す図である。
【図２】図１の電気自動車駆動ユニットを採用した電気自動車を示す図である。
【図３】図１の電気自動車駆動ユニットの第１駆動装置を示す図である。
【図４】図３の減速部の部分拡大図である。
【図５】図１のＺ−Ｚにおける断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，２０  自動車駆動ユニット、２，２１  モータ、３ａ，３ｂ，１５ａ，１５ｂ  駆動軸、１１  電気自動車、１２  シャーシ、１３ａ，１３ｂ  前輪、１４ａ，１４ｂ  後輪、２２  モータ出力軸、２３  ロータ、２４  ステータ、３０  モータ側回転部材、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３３ａ，３４ａ，３８ａ  転がり軸受、３１  減速部、３２  減速部入力軸、３３，３４  曲線板、３３ｂ，３４ｂ  貫通孔、３５  外ピン、３６ａ，３６ｂ  カウンタウェイト、３７  内ピン、３５ａ，３７ａ  針状ころ軸受、３８  車輪側回転部材。
【図１】
2007224979.tif 000003
【図２】
2007224979.tif 000004
【図３】
2007224979.tif 000005
【図４】
2007224979.tif 000006
【図５】
2007224979.tif 000007