(57)【要約】【課題】操舵軸に改良を加えることにより、ダンパーを追加しても必要以上に大型化することが避けられ、しかも十分大きい回転トルクを伝達できる車両操舵装置を提供することである。【解決手段】インホイールモータ形式の車輪と、車台に設置された操舵用の駆動装置と、前記駆動装置の出力軸とインホイールモータユニットとの間に介在された操舵軸とからなる操舵装置において、前記操舵軸が、駆動装置側と一体化された内軸２５と、モータユニット側と一体化された外軸２６により構成され、外軸２６に内軸２５が軸方向に相対移動可能に嵌合された継手部２８が設けられ、前記継手部２８の内部に緩衝装置４１及びトルク伝達部４０が設けられた構成とした。【選択図】図２
2012106524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インホイールモータ形式の車輪と、車台に設置された操舵用の駆動装置と、前記駆動装置の出力軸とインホイールモータユニットとの間に介在された操舵軸とから成る車両操舵装置において、前記操舵軸が、前記出力軸又は前記インホイールモータユニットのいずれか一方の部材に一体化された内軸と、その内軸と同軸上に配置され前記他方の部材に一体化された外軸とから成り、前記外軸の自由端部に継手部が設けられ、前記継手部に前記内軸の自由端部が軸方向に相対移動可能に嵌合され、前記継手部の内部においてその内底面と前記内軸との間に緩衝装置が介在され、前記継手部の内壁面に軸方向のスライド溝が設けられ、前記内軸の自由端部に設けられ径方向に突き出した枝軸が前記スライド溝に嵌合されることによりトルク伝達部が構成されたことを特徴とする車両操舵装置。
【請求項２】
前記スライド溝の対向面に案内溝が設けられ、前記枝軸に取り付けられた転動体が前記案内溝に転動自在に嵌合されたことを特徴とする請求項１に記載の車両操舵装置。
【請求項３】
前記転動体がボール又はローラであることを特徴とする請求項２に記載の車両操舵装置。
【請求項４】
前記緩衝装置が、コイルスプリングとダンパーとにより構成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両操舵装置。
【請求項５】
前記ダンパーが、前記内軸に設けられたピストンと、前記継手部の内部に設けられ前記ピストンが挿入されたシリンダーと、前記シリンダーの内部と前記継手部の内部を連通させるオリフィスと、前記継手部の内部及びシリンダーに封入されたオイルによって構成されたことを特徴とする請求項４に記載の車両操舵装置。
【請求項６】
前記オイルとして潤滑油が用いられ、その潤滑油により前記トルク伝達部の潤滑を兼ねることを特徴とする請求項５に記載の車両操舵装置。
【請求項７】
前記コイルスプリングが、前記枝軸のスライド溝相互間に設けられたばね収納部に収納されたことを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の車両操舵装置。
【請求項８】
前記継手部の内部において、前記内軸の中心部に前記のピストンが設けられ、その内軸の周方向に１箇所又は等間隔をおいた複数箇所に前記枝軸が設けられ、前記枝軸相互間の内軸に径方向に突き出した１箇所又は複数箇所のばね受け部が設けられ、前記継手部の内底面の中心部に前記のピストンが挿入されたシリンダーとそのシリンダーにオリフィスが設けられ、その継手部の内壁に前記枝軸に対応して前記枝軸と同数箇所のスライド溝及び前記ばね受け部に対応して前記ばね受け部と同数箇所のばね収納部が軸方向に設けられ、前記ピストンとシリンダーによってダンパーが構成され、前記ばね受け部と前記継手凹部の底面との間に前記コイルスプリングが介在されたことを特徴とする請求項７に記載の車両操舵装置。
【請求項９】
前記コイルスプリングが、前記ダンパーの周りに嵌合されたことを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の車両操舵装置。
【請求項１０】
前記継手部の内部において、前記内軸の中心部に前記のピストンが設けられ、その内軸の周方向に１箇所又は等間隔をおいた複数箇所に前記枝軸が設けられ、前記継手部の内底面の中心部に前記のピストンが挿入されたシリンダーとそのシリンダーにオリフィスが設けられ、その継手部の内壁に前記枝軸に対応して前記枝軸と同数箇所のスライド溝が軸方向に設けられ、前記スライド溝の対向面に前記案内溝が軸方向に設けられ、前記ピストンとシリンダーによって構成されたダンパーの周りに前記コイルスプリングが嵌合されたことを特徴とする請求項９に記載の車両操舵装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の車両操舵装置、その車両操舵装置を制御するコントローラ及び車輪のロックセンサーを備え、前記ロックセンサーによって車輪のロックを検知した場合に車輪の制動を開放する手段を備えたことを特徴とするインホイールモータ車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両操舵装置及びその装置を備えたインホイールモータ車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インホイールモータ車両において、車輪ごとに操舵装置を設け、車両のコントローラから前記操舵装置を制御して各車輪の向きを個別に変える操作を行うことが従来から知られている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示された操舵装置は、インホイールモータユニットの固定部に操舵軸（同公報では「キングピン軸」）の下端が固定され、その操舵軸の上端部は、車体側の支持装置に貫通され、さらに支持装置上部においてウォームホイールの軸芯にスプライン結合により上下方向にスライド可能に挿通される。ウォームホイールはウォームギヤに噛み合い、ウォームギヤはモータによって駆動される。前記操舵軸と前記支持装置との間に緩衝作用を行うコイルスプリングが介在される。
【０００４】
前記の操舵装置は、車両のコントローラからの信号によってアクチュエータ（モータ）が駆動されると、ウォームギヤ及びウォームホイールの組み合わせからなる減速部によって減速されたトルクが操舵軸に加えられ、その操舵軸のトルクによってインホイールモータユニット及びこれと一体化された車輪が操舵される。車両の走行に伴い車輪から車体側に伝わる振動や衝撃は、コイルスプリングよって吸収緩和される。また、操舵軸の上下動はスプライン結合部によって吸収され、アクチュエータ側に影響を与えないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１０３４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記の操舵装置において、アクチュエータから操舵軸を介してインホイールモータユニットとともに車輪を回転させるには、その回転トルクに耐え得るよう操舵軸の径を相当大きく設計する必要があるが、その径に応じて緩衝用コイルスプリングが大型化する問題がある。また、緩衝用コイルスプリングの振動をすばやく収めるために、ショックアブソーバ（以下、単に「ダンパー」という。）を付設することが望ましいが、これも装置の大型化の要因となる。
【０００７】
そこで、この発明は、操舵軸に改良を加えることにより、ダンパーを追加しても必要以上に大型化することが避けられ、しかも十分大きい回転トルクを伝達できる車両操舵装置及び同装置を備えたインホイールモータ車両を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するために、この発明は、インホイールモータ形式の車輪と、車台に設置された操舵用の駆動装置と、前記駆動装置の出力軸とインホイールモータユニットとの間に介在された操舵軸とから成る車両操舵装置において、前記操舵軸が、前記出力軸又は前記インホイールモータユニットのいずれか一方の部材に一体化された内軸と、その内軸と同軸上に配置され前記他方の部材に一体化された外軸とから成り、前記外軸の自由端部に継手部が設けられ、前記継手部に前記内軸の自由端部が軸方向に相対移動可能に嵌合され、前記継手部の内部においてその内底面と前記内軸との間に緩衝装置が介在され、前記継手部の内壁面に軸方向のスライド溝が設けられ、前記内軸の自由端部に設けられ径方向に突き出した枝軸が前記スライド溝に嵌合されトルク伝達部が構成されたものとしている。
【０００９】
操舵用の駆動装置が駆動されると、その出力軸と一体化された操舵軸の内軸又は外軸のいずれか一方の軸が回転され、その回転トルクが継手部内部のトルク伝達部を経て他方の軸に伝達される。当該他方の軸はインホイールモータユニット及びこれと一体の車輪を操舵させる。車輪側又は車台側の振動・衝撃は継手部の内部に設けられた緩衝装置によって吸収緩和される。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、この発明によれば、操舵用の駆動装置のトルクを伝達する操舵軸が、外軸と内軸によって構成され、その外軸に設けられた継手部に内軸の自由端部が軸方向に移動可能、かつトルク伝達可能な状態に嵌入されるので、外軸はトルク伝達に必要な大きさの径に設計することが容易である。しかもその継手部の内部にダンパーを含む緩衝装置を収めることができるので、緩衝装置を付設しても操舵軸の径が必要以上に大きくなることが防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態１の断面図である。
【図２】図２は、同上の継手部の拡大断面図である。
【図３】図３（ａ）は、図２のＸ１−Ｘ１線の断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）図のＸ２−Ｘ２線の断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）図の変形例の断面図である。
【図４】図４（ａ）は、継手部の変形例の一部断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ３−Ｘ３線の断面図である。
【図５】図５は、継手部の他の変形例の一部断面図である。
【図６】図６は、図５のＸ４−Ｘ4線の断面図である。
【図７】図７は、駆動装置の断面図である。
【図８】図８は、駆動装置の変形例の一部断面図である。
【図９】図９は、実施形態２の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
[実施形態１]
【００１３】
実施形態１に係る車両操舵装置は、図１に示したように、車輪１１と、そのホイール１２の内側中心部に装着されたインホイールモータユニット（以下、単に「モータユニット」という。）１３と、車台１４に設置された操舵用の駆動装置１５、前記モータユニット１３と駆動装置１５の間に設けられた操舵軸１６とにより構成される。
【００１４】
モータユニット１３のケーシング１７の内部にはユニットモータ部１８、ユニット減速部１９及びハブ軸受部２１が収納され、そのハブ軸受部２１がホイール１２に連結固定される。
【００１５】
前記の駆動装置１５は、モータ２２と、モータ２２の主軸に連結された減速部２３とによって構成される。減速部２３の出力軸２４が駆動装置１５の出力軸となっている。操舵軸１６は、前記出力軸２４とモータユニット１３のケーシング１７の間に設けられ、モータユニット１３の軸線Ａと直交した縦向きの軸線を有する。
【００１６】
前記のモータ２２の回転によって、減速部２３、操舵軸１６を介してモータユニット１３と車輪１１が一体に回転され、車輪１１が操舵される。操舵軸１６は３６０°回転可能であり、車輪１１はその範囲で操舵される。
【００１７】
前記の操舵軸１６は、図２に示したように、同軸上に配置された内軸２５と外軸２６によって構成される。内軸２５の上端は前記減速部２３の出力軸２４と同軸状態に一体化され、内軸２５の下端は自由端となっている。外軸２６の下端はモータユニット１３のケーシング１７に固定された継手連結部２７（図１参照）と結合一体化される。外軸２６の上端部は自由端となっており、その上端部に継手部２８が設けられる。
【００１８】
前記継手部２８は上方に開放された継手凹部２９を有し、その継手凹部２９に内軸２５の下端部が上下方向に相対移動可能に嵌合される。
【００１９】
継手凹部２９に嵌合された内軸２５の下端中央部に軸線方向に延びたピストン３１が設けられる。また、内軸２５の下端部外径面において、径方向に突き出した３本の枝軸３２が周方向に等間隔をおいて設けられる（図３（ａ）参照）。また、これらの枝軸３２の相互間の３箇所に三角形状のばね受け部３３が径方向に突き出して設けられる。前記の枝軸３２は１箇所又は周方向に等間隔をおいた複数箇所に設けることができる。
【００２０】
前記枝軸３２は、軸断面形状が円径の円柱状に形成され（図３（ｂ）参照）、その水平方向に見た径の両端部に１個ずつボール３４が部分的に回転自在に埋め込まれている。図３（ｃ）に示したように、軸断面形状が四角形の各柱状に形成し、その両側面に上下方向に２個ずつボール３４を埋め込んでもよい。２個ずつのボール３４を保持器で保持した状態で枝軸３２に取り付けるようにしてもよい。
【００２１】
なお、これらのボール３４に代えて図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したようにローラ３９を用いてもよい。
【００２２】
前記継手凹部２９の断面形状は、内軸２５を受け入れる円筒部３５（図３（ａ）参照）が中心部に形成され、その円筒部３５の周囲３箇所に前記枝軸３２の配置位置に対応してスライド溝３６が軸方向（上下方向）に設けられる。また、前記スライド溝３６の相互間に前記のばね受け部３３の位置に対応した平面視三角形のばね収納部３７が軸方向に溝状に設けられる。
【００２３】
前記スライド溝３６の対向壁面には、軸方向の案内溝３８が設けられる。その案内溝３８にスライド溝３６に収納された枝軸３２のボール３４又はローラ３９が転動自在に嵌合され、内軸２５のトルクを外軸２６に伝達するトルク伝達部４０が構成される。
【００２４】
前記ばね収納部３７の底面は、図２に示したように、後述のコイルスプリング４２の長さに対応して、スライド溝３６よりも深く形成されている。
【００２５】
前記継手凹部２９の内部に緩衝装置４１が設けられる。緩衝装置４１は、３本のコイルスプリング４２と１箇所のダンパー４３とにより構成される。コイルスプリング４２は、前記のばね収納部３７に収納され、その上下両端部は内軸２５の一部であるばね受け部３３と、外軸２６の一部であるばね収納部３７の底面にそれぞれ押し当てられる。
【００２６】
また、継手凹部２９の底面中央部に前記ダンパー４３を構成するシリンダー４４が上向きに開放して設けられ、そのシリンダー４４に前記のピストン３１の先端部に設けられたピストンヘッド４５が上下方向に摺動自在に挿入される。ピストンヘッド４５の外径面にピストンリング４６が装着され、シリンダー４４の内壁面に密着されている。
【００２７】
前記シリンダー４４の底面には、オリフィス４７が複数箇所に設けられる。各オリフィス４７は連通路４８を経てシリンダー４４の外部の継手凹部２９の内底部に通じている。
【００２８】
前記継手凹部２９の内部及びこれと連通したシリンダー４４の内部には、ダンパー４３の媒体液が封入される。この媒体液として潤滑油を用いることにより、案内溝３８を転動するボール３４等の転動体の潤滑を兼ねることができる。
【００２９】
前記継手部２８の上端部外径面につば部４９が設けられ、Ｏリング５１を介してシール保持リング５２がねじ５３によって固定される。シール保持リング５２の内径面にシール部材５４が装着され、内軸２５の外径面との間のシールを図るようにしている。
【００３０】
また、継手部２８の下端面中央部に設けられた連結凸部５５と、前記の継手連結部２７の上端面中央部に設けられた連結凹部５６が相互にねじ結合される。また、継手部２８の下端部外径面と継手連結部２７の外径面に設けられた突片５７、５８の相互がねじ５９によって結合される。
【００３１】
前記緩衝装置４１の変形例として、図５及び図６に示したように、１つのコイルスプリング４２をピストン３１とシリンダー４４の周りに嵌め、その上端を内軸２５に、その下端を継手凹部２９の底面に押し当てた構成をとることができる。この場合は、内軸２５に前記のばね受け部３３を設ける必要がなく、また継手凹部２９の内面にばね収納部３７を設ける必要がないので、構造が簡単になる。枝軸３２の外径面にローラ３９を取り付けたものを示しているが、前記のボール３４（図３（ｂ）（ｃ）参照）であってもよい。
【００３２】
以上の説明は、内軸２５が駆動装置１５側の出力軸２４に一体化され、外軸２６がモータユニット１３側の継手連結部２７に連結一体化される構成として説明したが、この関係は逆であってもよい。即ち、外軸２６が駆動装置１５側の出力軸２４に一体化され、内軸２５がモータユニット１３側の継手連結部２７に連結一体化された構成であってもよい。
【００３３】
その場合は、外軸２６が減速部２３の出力軸２４と一体化され、その下端部に下方に開放された継手部２８が設けられる。また、内軸２５の上端部が継手凹部２９内に下から挿入されるとともに、その下端部がケーシング１７の継手連結部２７と結合される。継手部２８の内部構造は前記の場合と上下関係は逆になるが、実質的に同一構造であるので、その説明は省略する。
【００３４】
次に前記減速部２３について、図７及び図８に基づいて説明する。減速部２３は、ケーシング６１の内部に遊星ギヤ形式の減速機構を組み込んだものであり、そのケーシング６１はモータ２２に固定される。内部の減速機構、モータ主軸６２と一体のサンギヤ６３と、ケーシング６１の内径面に設けられたリングギヤ６４との間に複数のピニオンギヤ６５が介在され、そのピニオン軸６６がキャリヤ６７に固定されている。キャリヤ６７の中心部に前記の出力軸２４がスプライン結合され、所定の減速比をもったトルクがその出力軸２４から出力される。前述のように、この出力軸２４が前記操舵軸１６の内軸２５と一体化される。
【００３５】
減速部２３を構成する減速機構としては、前記の遊星ギヤ型減速機構の他に、サイクロイド減速機、ハーモニックドライブ（「ハーモニックドライブ」は登録商標）などを使用することができる。また、モータ主軸６２と操舵軸１６の軸線が交差するかどうかに関わらず、べベルギヤ、ハイポイドギヤ、ウォームギヤなどの適切な動力伝達手段を用いることで、モータ主軸６２と操舵軸１６の軸傾斜角を任意に設定することができる。
【００３６】
また、モータ２２のトルクが操舵軸１６を回転させるに十分な場合は、図７に示したような一定の減速比が得られる平歯車列６８を用いることができる。この場合は、モータ主軸６２に対し、減速部２３の出力軸２４及びこれと一体の操舵軸１６が平行となる配置となる。モータ主軸６２と出力軸２４側の歯車間の動力伝達をチェーンやベルトで行ってもよい。
【００３７】
実施形態１の操舵装置は以上のようなものであり、次にその作用について説明する。
【００３８】
図１に示したモータ２２が駆動され、減速部２３の出力軸２４が減速回転されると、これと一体の操舵軸１６の内軸２５（図２参照）が回転される。内軸２５のトルクはトルク伝達部４０を経て継手部２８及びこれと一体の外軸２６に伝達される。外軸２６の回転により、モータユニット１３及びこれと一体の車輪１１が所要角度回転され、その向きが変えられる。
【００３９】
車輪１１及び車台１４側に加えられる振動や衝撃は、緩衝装置４１のコイルスプリング４２によって吸収緩和され、同時にダンパー４３の作用によってすばやく減衰される。
【００４０】
モータ２２のトルクを伝達する操舵軸１６は、継手部２８において軸方向に移動可能に連結された内軸２５と外軸２６によって構成されるので、外軸２６はトルク伝達に必要な大きさの径に設計することが容易である。しかもその継手部２８の内部にダンパー４３を含む緩衝装置４１を収めることができるので、操舵軸１６の径が必要以上に大きくなることを避けることができる。
[実施形態２]
【００４１】
図９は前記の実施形態１に係る操舵装置７１を装備した４輪形式のインホイールモータ車両７２を示す。操舵装置７１は、前記のように、車輪１１、これと一体のモータユニット１３、モータ２２、減速機（図示省略）及び操舵軸１６等によって構成される。前記モータ２２はコントローラ７３から制御される。車輪１１の接地点ａは操舵軸１６から一定距離離れているので、車輪１１は操舵軸１６を中心とした円を描くように操舵される。
【００４２】
走行中の路面の状況と車輪１１に作用する制動との関係で車輪１１がロックする場合がある。この場合、車輪１１は地面に対して完全な滑り接触となるため、操舵装置７１を作動させようとするとそのモータ２２は、より大きな回転トルクを発生させる必要が生じる。
【００４３】
このため、車輪１１のロックセンサー７４を設け、そのロックセンサー７４から車輪１１のロック信号と、操舵装置７１の運転信号がコントローラ７３に同時に入力された場合に、コントローラ７３からブレーキシステム７５に対し制動を開放する信号を出力して車輪１１を空転させる。これによって、車輪１１は地面に対し転がり接触することになるので、モータ２２に掛る負荷を低減させることができる。
【００４４】
このような機能を付加することによってモータ２２の小型化、減速部２３の簡略化又はその廃止を図ることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１１  車輪
１２  ホイール
１３  インホイールモータユニット（モータユニット）
１４  車台
１５  駆動装置
１６  操舵軸
１７  ケーシング
１８  ユニットモータ部
１９  ユニット減速部
２１  ハブ軸受部
２２  モータ
２３  減速部
２４  出力軸
２５  内軸
２６  外軸
２７  継手連結部
２８  継手部
２９  継手凹部
３１  ピストン
３２  枝軸
３３  ばね受け部
３４  ボール
３５  円筒部
３６  スライド溝
３７  ばね収納部
３８  案内溝
３９  ローラ
４０  トルク伝達部
４１  緩衝装置
４２  コイルスプリング
４３  ダンパー
４４  シリンダー
４５  ピストンヘッド
４６  ピストンリング
４７  オリフィス
４８  連通路
４９  つば部
５１  Ｏリング
５２  シール保持リング
５３  ねじ
５４  シール部材
５５  連結凸部
５６  連結凹部
５７、５８  突片
５９  ねじ
６１  ケーシング
６２  モータ主軸
６３  サンギヤ
６４  リングギヤ
６５  ピニオンギヤ
６６  ピニオン軸
６７  キャリヤ
６８  平歯車列
７１  操舵装置
７２  インホイールモータ車両
７３  コントローラ
７４  ロックセンサー
７５  ブレーキシステム
【図１】
2012106524.tif 000003
【図２】
2012106524.tif 000004
【図３】
2012106524.tif 000005
【図４】
2012106524.tif 000006
【図５】
2012106524.tif 000007
【図６】
2012106524.tif 000008
【図７】
2012106524.tif 000009
【図８】
2012106524.tif 000010
【図９】
2012106524.tif 000011