(57)【要約】【課題】キャリアが順回転方向でトルクを伝達しており、かつ、キャリアに過大な逆トルクが作用する場合であっても、キャリアの強度あるいは剛性を確保することができる遊星歯車機構を提供すること。【解決手段】サンギア８とリングギア９との間に配置されているピニオンギア１０をキャリア１１で相対的に自転かつ公転可能に配置させた遊星歯車機構７において、前記キャリア１１は、前記ピニオンギア１０を回転自在に保持するピニオンピン１５と該ピニオンピン１５の両端部を保持する互いに平行に配置された第１プレート１６および第２プレート１７とを備え、前記第１プレート１６および第２プレート１７は、軸線方向に凸となった脚部１８，１９をそれぞれ備え、前記各脚部１８，１９には、円周方向で互いに対向し、かつ、接触する接触面が形成されるとともに、その接触面で接合されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンギアとリングギアとの間に配置されているピニオンギアをキャリアで相対的に自転かつ公転可能に配置させた遊星歯車機構において、
前記キャリアは、前記ピニオンギアを回転自在に保持するピニオンピンと該ピニオンピンの両端部を保持する互いに平行に配置された第１プレートおよび第２プレートとを備え、
前記第１プレートおよび第２プレートは、軸線方向に凸となった脚部をそれぞれ備え、前記各脚部には、円周方向で互いに対向し、かつ、接触する接触面が形成されるとともに、その接触面で接合されている
ことを特徴とする遊星歯車機構。
【請求項２】
前記サンギアあるいは前記リングギアのいずれか一方に車両の走行のための駆動力を発生する駆動力源が連結され、かつ、前記キャリアから車輪に前記駆動力を伝達して前記車両が前進する場合に、前記第１プレートの脚部と第２プレートの脚部とは、前記接触面に圧縮荷重が作用するように配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車機構。
【請求項３】
前記駆動力源は、前記車両の前記車輪ごとに設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の遊星歯車機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、サンギアとリングギアとの間に配置されているピニオンギアをキャリアによって相対的に自転かつ公転可能に配置させた遊星歯車機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
遊星歯車機構の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１には、遊星歯車機構のキャリアをキャリアプレートとキャリアベースとによって構成し、キャリアプレートにその円周方向で等間隔に箱形状の脚部を形成し、キャリアベースにキャリアプレートの脚部が挿入される受け孔を形成し、キャリアプレートの脚部とキャリアベースの受け孔との当接部を溶接するように構成された発明が記載されている。
【０００３】
なお、特許文献２には、周辺技術として、メタルケーシングの接合方法において、メタルケーシングに形成した矩形状の凹凸部を嵌合し、その嵌め合わした部分を溶接するように構成された発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６０３号公報
【特許文献２】特開平９−１８４４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に記載されているように、キャリアプレートの箱形状の脚部をキャリアベースの受け孔に挿入してこれらの当接部を溶接すれば、キャリアの強度を向上できる。しかしながら、特許文献１に記載された構成では、例えば、車両が前進走行していてキャリアが順回転方向でトルクを伝達している場合であって、かつ、キャリアに過大な逆入力トルクが作用すると、前述した当接部はキャリアベース側に偏っているので、その当接部にせん断応力が生じ、せん断応力によって当接部の溶接が剥がれたりする可能性がある。言い換えれば、特許文献１の構成では、キャリアの一部分に応力が集中してキャリア全体として応力を受けることができないので、キャリア全体としての強度に不足が生じる可能性があり、未だ改善の余地があった。
【０００６】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、キャリアが順回転方向でトルクを伝達しており、かつ、キャリアに過大な逆トルクが作用する場合であっても、キャリアの強度あるいは剛性を確保することができる遊星歯車機構を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、サンギアとリングギアとの間に配置されているピニオンギアをキャリアで相対的に自転かつ公転可能に配置させた遊星歯車機構において、前記キャリアは、前記ピニオンギアを回転自在に保持するピニオンピンと該ピニオンピンの両端部を保持する互いに平行に配置された第１プレートおよび第２プレートとを備え、前記第１プレートおよび第２プレートは、軸線方向に凸となった脚部をそれぞれ備え、前記各脚部には、円周方向で互いに対向し、かつ、接触する接触面が形成されるとともに、その接触面で接合されていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記サンギアあるいは前記リングギアのいずれか一方に車両の走行のための駆動力を発生する駆動力源が連結され、かつ、前記キャリアから車輪に前記駆動力を伝達して前記車両が前進する場合に、前記第１プレートの脚部と第２プレートの脚部とは、前記接触面に圧縮荷重が作用するように配置されていることを特徴とする遊星歯車機構である。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記駆動力源は、前記車両の前記車輪ごとに設けられていることを特徴とする遊星歯車機構である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、キャリアの第１プレートおよび第２プレートの軸線方向に凸形状に形成された各脚部には、第１プレートおよび第２プレートの円周方向で互いに対向し、かつ、接触する接触面が形成されており、その接触面で接合されている。そのため、各脚部の接触面における接合長さをある程度長くすることができる。したがって、例えば、キャリアが順回転方向でトルクを伝達しており、かつ、そのトルクに対向する過大な逆入力トルクがキャリアに作用する場合であっても、接合長さが相対的に長いので、接触面の接合状態を維持できる。また、各脚部は、第１プレートおよび第２プレートの軸線方向に凸となっており、第１プレートおよび第２プレートの円周方向で互いに対向し、かつ、接触する接触面で接合されるので、その接合部分が、いずれか一方のプレート側に偏ることを抑制できる。すなわち、第１プレートの脚部および第２プレートの脚部の接触面あるいはキャリア全体で過大な逆入力トルクを受けることができる。その結果、キャリアの強度あるいは剛性を向上できる。さらにまた、前述した構成とすることによりキャリアの強度あるいは剛性を向上できるので、前述した構成を採用することによりキャリアを小型化できる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、車両が前進走行する場合に、言い換えれば、キャリアが順回転方向に回転する場合に、第１プレートの脚部と第２プレートの脚部とは、その接触面に圧縮荷重が作用するように配置されている。そのため、車両の前進走行中に車輪からの過大な負荷トルクや、タイヤがロックするような急制動をおこなった場合のスパイクストップトルクなどの過大な逆入力トルクがキャリアに作用する場合であっても、その過大な逆入力トルクを圧縮荷重として接触面あるいはキャリア全体で受けることができる。すなわち、車両が前進走行する場合に、駆動トルクと逆入力トルクとを接触面で圧縮荷重として受けることにより、過大な逆入力トルクによって接触面の接合が剥がれることなどを防止もしくは抑制し、キャリアの強度あるいは剛性を向上できる。また、接触面の接合が剥がれたとしても、車両が前進走行する場合に、接触面に圧縮荷重が作用するように構成されているので車両の走行状態を維持できる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明による効果と同様の効果に加えて、駆動力源が車輪ごとに設けられている。すなわち、いわゆるインホイールモータ車両において、インホイールモータ車両に使用される遊星歯車機構のキャリアの強度あるいは剛性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明に係る遊星歯車機構のキャリアの構成を示す模式図である。
【図２】車両の前進走行のためのトルクがこの発明に係る遊星歯車機構の作用する場合を示す模式図である。
【図３】車両の前進走行中に過大な逆入力トルクがこの発明に係る遊星歯車機構の作用する場合を示す模式図である。
【図４】モータと車輪とに働く力を示す模式図である。
【図５】この発明に係る遊星歯車機構のキャリアの他の構成を示す模式図である。
【図６】図１ないし図３に示したように脚部を構成した場合であって、モータのいわゆる回生トルクがこの発明に係る遊星歯車機構に作用する場合を示す模式図である。
【図７】この発明に係る遊星歯車機構を適用したインホイールモータの構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
つぎにこの発明をより具体的に説明する。図７に、この発明に係る遊星歯車機構を適用したインホイールモータの構成例を模式的に示してある。インホイールモータ１は、車輪ごとに設けられて車輪を個別に駆動するものであり、アッパーアーム２およびロアーアーム３によって車体に保持されるモータハウジング４の内部にモータ５が収容されている。モータ５は、モータハウジング４に固定されている。このモータ５は好ましくは永久磁石式の同期モータであるが、これに限らず誘導モータなどの従来知られているモータであってよい。
【００１５】
モータ５の出力軸には、ギアユニット６を介して遊星歯車機構７が連結されている。ギアユニット６は、モータ５が出力したトルクをギアユニット６のギア比によって大小に変化させて出力するものであり、図７に示す例では、モータ５の出力したトルクを増大させて出力するように構成されている。
【００１６】
遊星歯車機構７は、外歯歯車であるサンギア８と、そのサンギア８に対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギア９と、これらサンギア８およびリングギア９の間に配置されてこれらサンギア８とリングギア９とに噛み合っているピニオンギア１０を自転かつ公転できるように支持しているキャリア１１とを回転要素として備えている。
【００１７】
モータ５の出力軸は、図７に示す例では、ギアユニット６を介してサンギア８に連結されており、キャリア１１の出力軸（キャリア軸）１２は、モータハウジング４から突出し、その先端部に設けられているハブ１３を介してホイール１４に連結されている。リングギア９は、モータハウジング４に固定されている。したがって、モータ５が出力したトルクを遊星歯車機構７によって増大させて出力するように構成されている。前述したギアユニット６および遊星歯車機構７が、減速機もしくは変速機として機能するように構成されている。
【００１８】
図１に、この発明に係る遊星歯車機構のキャリアの構成を模式的に示してある。キャリア１１は、前述したようにピニオンギア１０を自転かつ公転できるように支持するものであり、ピニオンギア１０と、これを回転自在に支持するピニオンピン１５と、ピニオンピン１５の両端部を支持する互いに平行に配置された第１プレート１６および第２プレート１７とを備えている。
【００１９】
第１プレート１６および第２プレート１７には、軸線方向であって、かつ、互いに対向する面に対して凸となった脚部１８，１９がそれぞれ設けられている。各脚部１８，１９には、各プレート１６，１７の円周方向で互いに対向し、かつ、接触する接触面がそれぞれ形成されている。第１プレート１６の脚部１８は、モータ５が出力したトルクを車輪に伝達して車両が前進する場合に、すなわち、キャリア１１の順回転方向で相対的に後方に配置されており、第２プレート１７の脚部１９は、キャリア１１の順回転方向で相対的に前方に配置されている。
【００２０】
そして、第１プレート１６と第２プレート１７の脚部１９との接触箇所および第１プレート１６の脚部１８と第２プレート１７との接触箇所ならびに脚部１８と脚部１９との接触面が接合されている。これらの接触箇所や接触面の接合方法は、圧接、融接、ろう付などのいわゆる溶接や、バインダー（接着剤）を使用して接合する方法など、従来知られている接合方法であってよい。図１にはその接合箇所をハッチングを付した領域として示してある。
【００２１】
したがって、前述した構成では、第１プレート１６および第２プレート１７に脚部１８，１９をそれぞれ設けるとともに、その接触面を接合することにより、第１プレート１６と第２プレート１７との接合長さをある程度長くできる。その結果、第１プレート１６と第２プレート１７とを相対的に強く一体化できるので、キャリア全体としての強度あるいは剛性を向上できる。また、脚部１８，１９の接触面は、第１プレート１６および第２プレート１７の軸線方向に形成されているので、キャリア１１に掛かる負荷を脚部およびキャリア全体として受けることができる。したがって、これによってもキャリア全体としての強度あるいは剛性を向上できる。
【００２２】
図２に、車両の前進走行のためのトルクがこの発明に係る遊星歯車機構の作用する場合を模式的に示してある。モータ５が車両の前進走行のためのいわゆる正入力トルクＡを出力すると、そのトルクはギアユニット６およびサンギア８ならびにピニオンギア１０そしてピニオンピン１５などを介して第１プレート１６および第２プレート１７に伝達される。第２プレート１７は、例えば、キャリア１１のキャリア軸１２に連結されており、第２プレート１７は、モータ５の出力したトルクに加えて、車両の走行抵抗、路面入力などのいわゆる車輪からの負荷トルクＢが入力される。したがって、第１プレート１６には、ピニオンピン１５を介してモータ５の出力した正入力トルクＡが作用し、第２プレート１７には、ピニオンピン１５を介して伝達される正入力トルクＡから負荷トルクＢを減じたトルク（Ａ−Ｂ）が作用する。
【００２３】
また、第１プレート１６にキャリア軸１２が連結されている場合には、第１プレート１６には、ピニオンピン１５を介して伝達される正入力トルクＡから負荷トルクＢを減じたトルク（Ａ−Ｂ）が作用する。なお、図２には、正入力トルクの大きさを矢印Ａの長さで示してあり、負荷トルクの大きさを矢印Ｂの長さで示してある。また、図２に示す例では、正入力トルクＡは、負荷トルクＢに対して大きい値となっている。
【００２４】
したがって、前述した構成では、車両が前進走行すると、第１プレート１６の脚部１８がキャリア１１の回転方向で相対的に前方に配置された第２プレート１７の脚部１９を押圧して接触面に圧縮荷重が作用する。その結果、接合面の接合が乖離した場合であっても、接合面には圧縮荷重が作用するので、車両の前進走行を維持できる。また、脚部１８と脚部１９との接触面を例えば溶接により接合した場合には、その接合面には、引っ張り残留応力が存在する場合がある。しかしながら、前述した構成では、接触面に作用する圧縮荷重がその引っ張り残留応力を打ち消すように作用するので、引っ張り残留応力によるキャリア１１の耐久性の低下を防止もしくは抑制でき、キャリア１１の強度あるいは剛性を向上できる。さらにまた、各プレート１６，１７の軸線方向に亘って脚部１８，１９を設けたことにより、キャリア１１に掛かる負荷を脚部あるいはキャリア全体として受けることができるので、これによってもキャリア全体としての強度あるいは剛性を向上できる。
【００２５】
図３に、車両の前進走行中に過大な逆入力トルクがこの発明に係る遊星歯車機構の作用する場合を模式的に示してある。ここに示す例は、車両の前進走行中に車輪がロックするような急制動をおこなって過大な逆入力トルク（スパイクストップトルク）が遊星歯車機構７に作用する場合や、車両が悪路や波状路などを走行して過大な負荷トルクが遊星歯車機構７に作用する場合などである（以下、これらをまとめて逆入力トルクと記す。）。前述したように、第１プレート１６の脚部１８は、キャリア１１の順回転方向で相対的に後方に配置されており、第２プレート１７の脚部１９は、キャリア１１の順回転方向で相対的に前方に配置されいる。したがって、第２プレート１７が、例えば、キャリア１１のキャリア軸１２に連結されている場合には、第１プレート１６には、ピニオンピン１５を介してモータ５の出力した正入力トルクＡが作用し、第２プレート１７には、ピニオンピン１５を介して伝達される正入力トルクＡから逆入力トルクＢを減じたトルク（Ａ−Ｂ）が作用する。また、キャリア軸１２が第１プレート１６に連結されている場合には、第１プレート１６には、ピニオンピン１５を介して伝達される正入力トルクＡから逆入力トルクＢを減じたトルク（Ａ−Ｂ）が作用する。なお、図３において、過大な逆入力トルクＢは、正入力トルクＡよりも大きい値となっている。
【００２６】
したがって、前述した構成では、車両の前進走行中に過大な逆入力トルクＢが遊星歯車機構７に作用すると、キャリア１１の回転方向で相対的に前方に配置された第２プレート１７の脚部１９が第１プレート１６の脚部１８を押圧してその接触面に圧縮荷重が作用する。その結果、車両の前進走行中に過大な逆入力トルクが遊星歯車機構７に作用する場合であっても、第１プレート１６の脚部１８と第２プレート１７の脚部１９との接触面には圧縮荷重が作用するので、過大な逆入力トルクによって接触面の接合が乖離することを防止もしくは抑制できる。また、接触面の接合が乖離した場合であっても、第１プレート１６の脚部１８が第２プレート１７の脚部１９を押圧するように構成されているので、車両の前進走行を維持できる。また、各プレート１６，１７の軸線方向に亘って脚部１８，１９を設けたことにより、キャリア１１に掛かる負荷を脚部あるいはキャリア全体として受けることができるので、これによってもキャリア全体としての強度あるいは剛性を向上できる。
【００２７】
前述した図１ないし図３に示す構成は、第１プレート１６と第２プレート１７との軸線方向に亘って脚部１８，１９を設け、かつ、接触面の接合長さを相対的に長くすることにより、キャリア全体としての強度を向上させた例であるが、例えば遊星歯車機構７に作用するスパイクストップトルクの大きさを推定し、その推定されたスパイクストップトルクの大きさに応じて第１プレート１６と第２プレート１７とを連結する脚部の強度を調整してもよい。
【００２８】
先ず、スパイクストップトルクの大きさを推定することについて説明すると、図４に、モータと車輪とに働く力を模式的に示してあり、スパイクストップトルクは、下記の（１）式および（２）式を用いて求めることができる。
【００２９】
Ｉ１・ｄ２θ３／ｄｔ２＋ｋθ３＋ｃ・ｄθ３／ｄｔ＝−Ｉ１・ｄ２θ２／ｄｔ２   …（１）式
ｄ２θ2／ｄｔ２＝（ｋθ３＋ｃ・ｄθ３／ｄｔ＋Ｔ（ｔ））／Ｉ２           …（２）式
【００３０】
上記の（１）式および（２）式におけるＩは慣性モーメント、θは回転角度、ｋはギア剛性（バネ定数）、ｃは減衰係数を示し、（１）式における右項はスパイクストップトルクを示し、（２）式のＴ（ｔ）は、いわゆる外乱入力トルクやブレーキ入力トルクを示している。したがって、上記の（１）式および（２）式を用いることにより、インホイールモータ１を設計する場合において、インホイールモータ１の各種パラメータを用いてスパイクストップトルクを推定あるいは算出することができる。
【００３１】
図５に、この発明に係る遊星歯車機構のキャリアの他の構成を模式的に示してある。ここに示す例は、推定されたスパイクストップトルクがある程度小さい場合に、脚部１８，１９の接触面の接合長さを相対的に短くして脚部の強度を調整した例である。また前述したように、第１プレート１６の脚部１８は、キャリア１１の順回転方向で相対的に後方に配置されており、第２プレート１７の脚部１９は、キャリア１１の順回転方向で相対的に前方に配置されている。したがって、第２プレート１７が、例えば、キャリア１１のキャリア軸１２に連結されている場合には、第１プレート１６には、ピニオンピン１５を介してモータ５の出力した正入力トルクＡが作用し、第２プレート１７には、ピニオンピン１５を介して伝達される正入力トルクＡから逆入力トルクＢを減じたトルク（Ａ−Ｂ）が作用する。また、キャリア軸１２が第１プレート１６に連結されている場合には、第１プレート１６には、ピニオンピン１５を介して伝達される正入力トルクＡから逆入力トルクＢを減じたトルク（Ａ−Ｂ）が作用する。なお、図５において、正入力トルクＡは、逆入力トルクＢよりも大きい値となっている。
【００３２】
したがって、前述した構成によれば、推定されたスパイクストップトルクの大きさに応じて第１プレート１６と第２プレート１７とを連結する接触面の接合長さを調整でき、これによりキャリア１１の強度あるいは剛性を調整できる。また、車両の走行のためのトルクと、これに対向する逆入力トルクとを脚部１８，１９の接触面で圧縮荷重として受けるように構成されているので、推定されたスパイクストップトルクよりも大きい逆入力トルクがキャリア１１に作用する場合であっても、過大な逆入力トルクによって接触面の接合が乖離することを防止もしくは抑制できる。さらにまた、第１プレート１６の脚部１８が第２プレート１７の脚部１９を押圧するように構成されているので、接触面の接合が乖離した場合であっても、車両の前進走行を維持できる。
【００３３】
また、推定されたスパイクストップトルクの大きさに応じたキャリア強度の調整は、脚部１８，１９の接触面の接合長さを調整しておこなうことに替えて、前述したように構成した脚部１８，１９による第１プレート１６と第２プレート１７との接合箇所数を変更することによってもおこなうことができる。すなわち、第１プレート１６と第２プレート１７との接合箇所は、その接合箇所の全てを図１ないし図３に示したように軸線方向の接合長さが相対的に長い脚部によって接合するように構成してもよく、あるいは、図５に示したように軸線方向の接合長さが相対的に短い脚部によって接合するように構成してもよい。また、複数の接合箇所のいずれかを図１ないし図３に示したように構成した脚部あるいは図５に示したように構成した脚部によって接合し、他の箇所を従来一般的な脚部の構成で接合するように構成してもよい。さらにまた、図１ないし図３に示したように構成した脚部と図５に示したように構成した脚部とを組み合わせることにより第１プレート１６と第２プレート１７とを連結してキャリア１１の強度を調整してもよい。要は、推定されたスパイクストップトルクの大きさに応じたキャリア１１の強度が得られるように、脚部１８，１９の軸線方向の接合長さ、およびこの発明の脚部による第１プレート１６と第２プレート１７との接合箇所数を変更すればよい。
【００３４】
なお、図６に、図１ないし図３に示したように脚部を構成した場合であって、モータのいわゆる回生トルクがこの発明に係る遊星歯車機構に作用する場合を模式的に示してある。ここに示す例は、例えば、車輪が慣性トルクＤによって回転し、それにともなってモータ５が回転させられる場合である。前述したように、脚部１８は、キャリア１１の順回転方向で相対的に後方に配置され、脚部１９はキャリア１１の順回転方向で相対的に前方に配置されている。したがって、第１プレート１６あるいは第２プレート１７にキャリア１１のキャリア軸１２が連結されており、車輪の慣性トルクＤによってモータ５が回転させられる場合には、第１プレート１６は第２プレート１７によって連れ回されるようになる。そのため、前述した図１ないし図３に示す例とは反対に、モータ５の回生トルクＣとこれに対向する車輪の慣性トルクＤとによって脚部１８，１９の接触面には引っ張り荷重が作用する。しかしながら、第１プレート１６および第２プレート１７の軸線方向に亘って脚部１８，１９を設け、これを接合したことにより、第１プレート１６と第２プレート１７との接合長さをある程度長くでき、第１プレート１６と第２プレート１７とを相対的に強く一体化できる。その結果、引っ張り荷重による接合した接触面の乖離を防止もしくは抑制できる。
【００３５】
以上のように、この発明に係る遊星歯車機構によれば、キャリアを構成する第１プレートと第２プレートとにそれぞれ脚部を設け、その脚部の軸線方向の接触面を接合することにより、接合長さをある程度長くでき、キャリア全体としての強度を向上できる。また、車両の前進走行中に過大な逆入力トルクがキャリアに作用する場合であっても、脚部の軸線方向の接触面が、車両の前進走行のための駆動トルクとこれに対向する逆入力トルクとを圧縮荷重として受けることができる。その結果、車両の前進走行中に過大な逆入力トルクがキャリアに作用することにより、第１プレートと第２プレートとの接合が乖離することを防止もしくは抑制できる。また、キャリアが順回転方向に回転する場合に、第１プレートの脚部が第２プレートの脚部を押圧するように構成されているので、脚部同士の接合が乖離した場合であっても、車両の前進走行を維持できる。
【符号の説明】
【００３６】
１…インホイールモータ、  ５…モータ、  ７…遊星歯車機構、  １１…キャリア、  １６…第１プレート、  １７…第２プレート、  １８，１９…脚部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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