JP2012192765A - モータ式車両駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強度安全率を低下させることなく従来よりも小形軽量化を実現し、シャーシ上における配置の自由度を確保できるモータ式車両駆動装置を提供する。
【解決手段】タイヤ６７およびホイール６４を有する駆動輪６と、シャーシ２０に配設され、駆動輪６のホイール６４を回転駆動する駆動トルクを出力する出力軸（ロータ部７２）を有するモータ７と、モータ７の出力軸７２に回転連結され駆動輪６のホイール６４に駆動トルクを伝達するアウトプット軸３１と、モータ７の出力軸７２とアウトプット軸３１配設され、伝達トルクが所定トルクに達するまでは連結状態を維持し、所定トルクを超過するとすべりを発生して伝達トルクを制限するトルク制限機構５と、を備えることを特徴とするモータ式車両駆動装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車などに搭載されるモータ式車両駆動装置に関する。

近年、走行駆動用の原動機としてモータを搭載した車両の開発が進められており、原動機としてモータおよびエンジンを併用するハイブリッド車両が急速に普及しつつある。また、原動機としてモータのみを搭載する電気自動車についても、モータの搭載位置が異なる各種方式の試作がなされて展示会に出展され、一部は実用段階にさしかかっている。電気自動車の第１の方式として、従来のエンジンをモータに置き換え、差動装置を含むパワートレーンを踏襲した方式がある。また、第２の方式として、駆動輪を構成するホイールの内部にそれぞれモータを配設するいわゆるインホイールモータ方式がある。インホイールモータでは、従来のエンジン車で必要とされた変速装置や差動装置などが不要となり、車両構造が大きく様変わりするものと考えられる。また、インホイールモータでバネ下荷重が増加して操作安定性が低下する欠点を補うために、第３の方式として、各駆動輪用のモータをそれぞれシャーシに配設し、連結軸により各駆動輪に駆動力を伝達する方式も考えられている。

特許文献１には、ハイブリッド車両用の駆動制御装置の一例である四輪駆動制御装置が開示されている。この装置は、主駆動輪を駆動する内燃機関と、副駆動輪の駆動力を発生する電動機と、副駆動輪と電動機との間に設けられたクラッチとを備えている。そして、クラッチを締結して四輪駆動状態とし、クラッチを開放して二輪駆動状態とすることができるようになっている。さらに、クラッチ反力が所定値以上となった場合にクラッチ締結と判断する制御手段を備え、クラッチの締結を判断する精度を向上できるとされている。なお、実施形態には、シャーシに配設された１台のモータが減速機、クラッチ、および差動装置を介して左右の後輪を駆動する態様が開示されている。

また、非特許文献１には、４輪を駆動するためにそれぞれモータを備える上記の第３の方式の電気自動車の一例が公開されている。この電気自動車は、４輪全てをモータ駆動することで左右前後の駆動力配分が自在となる、とされている。加えて、モータはインホイールではなく車両中心部に設置し、ドライブシャフトでホイールを駆動する、とされている。

特開２０１０−２６０４９７号公報

インターネット公開資料：Ｔｅｃｈ−Ｏｎ！「フランクフルトショー：Audi社、４輪にモータを搭載する電気自動車のスポーツコンセプトｅ−ｔｒｎを出展」、ページアドレスhttp://techon.nikkeibp.co.jp/article/EVENT/20090916/175386/?ST=print、２００９年９月１６日公開

ところで、特許文献１および非特許文献１を始めとして、シャーシに配設したモータから伝達軸を介して駆動輪を駆動するモータ式車両駆動装置では通常、伝達軸や減速用ギヤの強度はモータ出力だけでなく各種の外来トルクを考慮して決められている。つまり、タイヤ側からの衝撃的な入力やブレーキによる急制動においても破損しないように、モータから出力される最大駆動トルクに対するよりもさらに過大な強度を確保するように決められている。例えば、車輪が縁石等へ乗り上げたときにタイヤに加わる荷重がトルクとして衝撃的に駆動装置に加わる場合がある。また、氷結した路上でブレーキロックさせるとタイヤは０．１秒程度で停止するため、モータ慣性による大きなせん断力が伝達軸などに発生する。このような過大な外来トルクを考慮するので、シャフトや減速用ギヤなどの諸部材が過大に頑丈となり、駆動装置全体が大形化して重量が増加するという問題点が生じる。

さらに、モータ式車両駆動装置が大形化すると、シャーシ上における配置の自由度が減少するという問題点が派生する。

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、強度安全率を低下させることなく従来よりも小形軽量化を実現し、シャーシ上における配置の自由度を確保できるモータ式車両駆動装置を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係るモータ式車両駆動装置の発明は、タイヤおよびホイールを有する駆動輪と、シャーシに配設され、前記駆動輪の前記ホイールを回転駆動する駆動トルクを出力する出力軸を有するモータと、前記モータの前記出力軸に回転連結され前記駆動輪の前記ホイールに連結軸を介して前記駆動トルクを伝達するアウトプット軸と、前記モータの前記出力軸から前記連結軸に動力伝達する動力伝達経路に配設され、伝達トルクが所定トルクに達するまでは連結状態を維持し、前記所定トルクを超過するとすべりを発生して前記伝達トルクを制限するトルク制限機構と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記モータと前記アウトプット軸との間に減速機構を備え、前記トルク制限機構は前記モータの前記出力軸と前記減速機構との間、前記減速機構内、および前記減速機構と前記連結軸との間の少なくとも一つの位置に組み込まれていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２において、前記減速機構はプラネタリギヤ形減速機構であって、前記モータの前記出力軸に連結されたサンギヤと、前記ギヤケースに固定されたリングギヤと、前記サンギヤおよび前記リングギヤに噛合するプラネタリギヤを支承し前記アウトプット軸に連結されたプラネタリキャリアとを有し、前記トルク制限機構は、前記モータの前記出力軸と前記サンギヤとの間、ならびに前記プラネタリキャリアと前記アウトプット軸との間の少なくとも一つの位置に組み込まれていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２において、前記減速機構は平行多軸形減速機構であって、前記モータの前記出力軸に平行配置されたカウンター軸と、前記モータの前記出力軸に設けられた第１駆動ギヤと、前記カウンター軸に設けられて前記第１駆動ギヤに噛合しかつ前記第１駆動ギヤよりも歯数が多い第１従動ギヤと、前記カウンター軸に設けられた第２駆動ギヤと、前記アウトプット軸に設けられて前記第２駆動ギヤに噛合しかつ前記第２駆動ギヤよりも歯数が多い第２従動ギヤとを有し、前記トルク制限機構は、前記モータの前記出力軸と前記第１駆動ギヤとの間、前記カウンター軸と前記第１従動ギヤまたは前記第２駆動ギヤとの間、ならびに前記アウトプット軸と前記第２従動ギヤとの間の少なくとも一つの位置に組み込まれていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項２〜４のいずれか一項において、左右一対の前記駆動輪に対してそれぞれ、個別の前記モータ、前記減速機構、前記アウトプット軸、および前記トルク制限機構を備えることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項２〜４のいずれか一項において、１台の前記モータ、１個の前記減速機構、および１個の前記アウトプット軸が左右一対の前記駆動輪に対して共用され、前記アウトプット軸は、左右一対の前記駆動輪の前記ホイールにそれぞれ連結された連結軸に差動装置を介して連結され、前記トルク制限機構は、前記差動装置によって前記駆動トルクが分岐される前の位置に左右一対の前記駆動輪に対して共用に配置され、および／または前記駆動トルクが分岐された後の位置に左右一対の前記駆動輪に対して個別に配置されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、トルク制限機構は、伝達トルクが所定トルクに達するまでは直結状態を維持し、所定トルクを超過するとすべりを発生して伝達トルクを制限するようになっている。ここで、モータから出力される最大駆動トルクに基づいて所定トルクの大きさを定めることにより、確実にモータで駆動輪を駆動できる。一方、タイヤ側からの衝撃的な入力やブレーキによる急制動などにより所定トルクを越える過大な外来トルクが伝達されても、トルク制限機構の作用により駆動装置内部には所定トルクを大幅に超える過大な応力は発生しない。このため、駆動装置内部で過大な強度を確保する必要がなくなり、伝達軸などの諸部材を小形軽量化でき、この効果は駆動装置全体に波及する。したがって、強度安全率を低下させることなく、従来よりも小形軽量化したモータ式車両駆動装置を実現できる。また、駆動装置の小形化により、シャーシ上における配置の自由度を確保できる。

請求項２に係る発明では、減速機構を備える構成において、トルク制限機構はモータの出力軸と減速機構との間、減速機構内、および減速機構と駆動輪のホイールに連結された連結軸との間の少なくとも一つの位置に組み込まれている。トルク制限機構の配置には自由度があり、小形軽量化に好適な配置を適宜設計することができる。したがって、伝達軸に加え減速ギヤなどの諸部材を小形軽量化でき、駆動装置全体を小形軽量化できる。

請求項３に係る発明では、減速機構はプラネタリギヤ形減速機構であって、トルク制限機構は、モータの出力軸とサンギヤとの間、ならびにプラネタリキャリアとアウトプット軸との間の少なくとも一つの位置に組み込むことができる。したがって、トルク制限機構を好適な位置に配置することができ、モータ式車両駆動装置を小形軽量化する効果が環著になる。

請求項４に係る発明では、減速機構は平行多軸形減速機構であって、トルク制限機構は、モータの出力軸と第１駆動ギヤとの間、カウンター軸と第１従動ギヤまたは第２駆動ギヤとの間、ならびにアウトプット軸と第２従動ギヤとの間の少なくとも一つの位置に組み込むことができる。したがって、トルク制限機構を好適な位置に配置することができ、モータ式車両駆動装置を小形軽量化する効果が環著になる。

請求項５に係る発明では、左右一対の駆動輪を２台のモータで別々に駆動する構成で、２個のトルク制限機構を個別に備える。これにより、左右いずれの駆動輪に過大な外来トルクが侵入しても、トルク制限機構の作用により駆動装置内部には所定トルクを大幅に超える過大な応力は発生しない。したがって、強度安全率を低下させることなく、従来よりも小形軽量化したモータ式車両駆動装置を実現できる。

請求項６に係る発明では、左右一対の駆動輪を共用の１台のモータで駆動する構成で、トルク制限機構は、差動装置によって駆動トルクが分岐される前の位置に左右一対の駆動輪に対して共用に配置され、および／または駆動トルクが分岐された後の位置に左右一対の駆動輪に対して個別に配置されている。これにより、左右いずれの駆動輪に過大な外来トルクが侵入しても、トルク制限機構の作用により駆動装置内部には所定トルクを大幅に超える過大な応力は発生しない。したがって、強度安全率を低下させることなく、従来よりも小形軽量化したモータ式車両駆動装置を実現できる。

本発明の第１実施形態のモータ式車両駆動装置の全体構成を後方から見た断面図である。 図１中のロータ軸およびトルク制限機構の詳細を示す断面図である。 （１）は図１および図２に示された第１実施形態のモータ式車両駆動装置を模式的に示し、（２）はトルク制限機構の配置を変更した第１実施形態の応用構成のモータ式車両駆動装置を模式的に示した図である。 （１）は共通のトルク制限機構を備える第２実施形態のモータ式車両駆動装置を模式的に示し、（２）は個別のトルク制限機構を備える第２実施形態の応用構成のモータ式車両駆動装置を模式的に示した図である。 本発明のトルク制限機構に用いることができるトルクリミッターの一部断面斜視図である。 本発明のトルク制限機構に用いることができる別のトルクリミッターの一部断面斜視図である。 別のトルクリミッターのトルク制限部の詳細構造およびその作用を説明する断面図であり、（１）は駆動トルクを伝達している状態、（２）は駆動トルクを伝達しない状態をそれぞれ示している。

本発明を実施するための第１実施形態を、図１および図２を参考にして説明する。図１は、第１実施形態のモータ式車両駆動装置の全体構成を後方から見た断面図である。図中で、中心線ＣＬは車両の車幅方向の中心を示している。第１実施形態のモータ式車両駆動装置１は、電気自動車の左右の駆動輪ごとに設けられて、各駆動輪を個別に回転駆動する装置であり、図１には右側の装置が例示されている。モータ式車両駆動装置１は、モータ７、プラネタリギヤ形減速機構８、トルク制限機構５、連結軸３、駆動輪６などにより構成されている。

図示されるように、モータ７は大きく分けて、ステータ７５が配設されたステータ部７６と、ロータ７１が配設されたロータ部７２とにより構成されている。ロータ部７２は、モータ７の出力軸に相当する。ステータ部７６は、シャーシ２０上に固定支持されている。ステータ部７６の車幅方向内側を向いた側面は円板状のステータ部基部７６１となっている。ステータ部基部７６１の径方向外側の周縁部には、車幅方向外向きに円筒状のステータ部周面部７６２が一体形成されている。ステータ部周面部７６２の径方向内側には、ロータ部７２のロータ７１がステータ部７６に対して回転可能に配設されている。ロータ７１は、円筒状となっており、ステータ部周面部７６２の内周側に離隔して収まっている。

ロータ７１の径方向内側の面に離隔して対向するように、円筒状のステータ７５が配設されている。ステータ７５は、ステータ部基部７６１の径方向外寄りから車幅方向外向きに延びるように一体形成された円筒状のステータ支持部７６３の外周面に支持されている。ステータ支持部７６３の径方向内側に離隔して、ロータ部７２のロータ支持円筒部７２１が配設されている。ロータ支持円筒部７２１の車幅方向外側の部分は、径方向外向きに折り曲げられてロータ７１を保持するロータ保持部７２２が一体形成されている。

ロータ支持円筒部７２１の車幅方向内側の部分は、径方向内向きに折り曲げられて円環状のロータ支持部基部７２３が一体形成されている。ロータ支持部基部７２３の内周部７２４の内側に、ロータ軸７９が貫設されている。ロータ支持部基部７２３の内周部７２４とロータ軸７９との間に、トルク制限機構５が配設されている。ロータ軸７９は、ベアリング７９１によりステータ部基部７６１に回転可能に支承され、ベアリング７９２により出力ハブ８９と相対回転できるようになっている。ロータ軸７９の車幅方向内側端部には、フットブレーキおよびパーキングブレーキを兼用するドラムブレーキのドラム７９３が配設されている。また、ロータ支持部基部７３３の車幅方向外側には、ロータ部７２と出力ハブ８９との間を所定の減速比で接続するプラネタリギヤ形減速機構８が配設されている。

一方、ステータ部周面部７６２の車幅方向外側の部分は径方向内向きに折り曲げられて、ロータ部７２のロータ保持部７２２と離隔して対面する円環状のステータ部外側面部７６４が一体形成されている。ステータ部外側面部７６４の径方向内側の端部には、ハブベアリング７７を支持するステータ部側ハブベアリング支持部７６５が一体形成されている。ステータ部７６は、ハブベアリング７７の内側に、略軸形状の出力ハブ８９を回転可能に支承している。

プラネタリギヤ形減速機構８は、入力要素となるサンギヤ８１、固定要素となるリングギヤ８３、およびプラネタリギヤを８２支承して出力要素となるプラネタリキャリア８４を有する周知の減速機構である。サンギヤ８１は、ロータ軸７９のトルク制限機構５よりも車幅方向外側の外周面に刻設されている。複数のプラネタリギヤ８２は、サンギヤ８１の周りに配設され、サンギヤ８１に噛合して公転するようになっている。リングギヤ８３は、複数のプラネタリギヤ８２に噛合するようにプラネタリギヤ８２の外側に配設され、かつギヤケース８５に保持（固定）されている。ギヤケース８５は、ステータ部７６側のハブベアリング支持部７６５に固定支持されている。プラネタリキャリア８４は、複数のプラネタリギヤ８２の軸を支承して配設されている。プラネタリキャリア８４は、その車幅方向外側の出力ハブ８９と一体形成されている。プラネタリギヤ形減速機構８の減速比は、各ギヤ８１、８２、８３の歯数を設定することで適宜定められる。

連結軸３は、プラネタリギヤ形減速機構８の出力ハブ８９を兼ねるアウトプット軸に連結され、車幅方向に延在して配置されている。即ち、連結軸３の車幅方向内側の一端３１は出力ハブ８９に結合され、外側の他端３４は駆動輪６のホイール６４に結合されている。連結軸３は途中に２つの等速ジョイント３２、３３を有し、駆動輪６とシャーシ２０とが相対変位しても、駆動トルクを等速で伝達できるようになっている。

駆動輪６は、連結軸３の車幅方向外側に配設され、ホイール６４およびタイヤ６７を主にして構成されている。詳述すると、ホイール６４を形成する円盤状のホイールディスク６５が、連結軸３の他端３３に固設されている。また、ホイールディスク６５は、上側ブラケット２１および下側ブラケット２２により、図略のサスペンション装置を介してシャーシ２０に相対変位可能に連結されている。ホイールディスク６５の外周には筒状のリム部６６が形成され、リム部６６の外周にタイヤ６７が配設されて駆動輪６が構成されている。

図２は、図１中のロータ軸７９およびトルク制限機構５の詳細を示す断面図である。トルク制限機構５は、軸線ＡＹを中心として概ね軸対称であり、ロータ軸７９側の支持フランジ５１、２枚のライニング材５２、５３、圧接部材５４、２枚一対の皿ばね５５、５６、回り止めリング５７、押さえリング５８などで構成されている。ロータ軸７９の車幅方向中間よりもやや外側寄りに、径方向外向きに延在するように支持フランジ５１が一体形成されている。ロータ軸７９の支持フランジ５１の車幅方向内側は、段差を有して縮径され、縮径された外周面の軸線ＡＹ方向の途中にスプライン溝７９５が形成されている。さらに、スプライン溝７９５の内側端部の外周面に雄ねじ７９６が螺設されている。

ロータ軸７９の支持フランジ５１の車幅方向内側にはロータ支持部基部７２３の内周部７２４が配置され、内周部７２４を挟み込んで２枚の円環状のライニング材５２、５３が配置されている、内側（図中の左側）のライニング材５３のさらに内側に、圧接部材５４が配置されている。圧接部材５４は、ライニング材５３に摺接する環状板部５４１と、環状板部５４１の外周縁から軸線ＡＸ内側方向に延びる筒状部５４２とで形成されている。環状板部５４１の内側（図中の左側）で筒状部５４２とスプライン溝７９５との間に、２枚一対の円環状の皿ばね５５、５６が向かい合って配置されている。内側の皿ばね５６のさらに内側に回り止めリング５７が配置されている。回り止めリング５７は、スプライン溝７９５に嵌合しており、軸線ＡＸ方向への移動はできるが、ロータ軸３２に対して相対回転できないようになっている。回り止めリング５７の内側に、雄ねじ７９６と螺合して押さえリング５８が配置される。

ここで、押さえリング５８を雄ねじ７９６に対して締め込んでゆくと、押さえリング５８は回り止めリング５７を車幅方向外側に押し込む。この回り止めリング５７の変位により、一対の皿ばね５５、５６が付勢される。これにより、２枚のライニング材５２、５３を介して、ロータ支持部基部７２３の内周部７２４が支持フランジ５１に圧接される。ライニング材５２、５３は、摺動摩擦抵抗の大きさを安定化する機能を有している。したがって、押さえリング５８の雄ねじ３２４への締め込み位置を調整することにより、皿ばね５５、５６の変形量すなわち付勢力を調整できる。これにより、ロータ部７２とロータ軸７９とがすべり始める（相対回転を始める）所定トルクを自在に設定できる。所定トルクの大きさは、モータ７から出力される最大駆動トルクに基づいて適宜定める。押さえリング５８の締め込み位置の調整を行った後に、ねじ５９を用いて押さえリング５８を回り止めリング５７に固定し、調整した所定トルクを安定化する。なお、トルク制限機構５にトルク伝達の方向依存性はなく、ロータ部７２からロータ軸７９へのトルク伝達および逆方向のトルク伝達で所定トルクは概ね同じ値になる。

本第１実施形態では、トルク制限機構５は、ロータ部７２とロータ軸７９との間に組み込まれており、換言すればモータ７の出力軸とサンギヤ８１との間に組み込まれている。

第１実施形態のモータ式車両駆動装置１では、トルク制限機構５は、モータ７から出力される駆動トルクが所定トルクに達するまで、ロータ部７２とロータ軸７９との直結状態を維持し、連結軸３およびホイール６４までを一体的に回転させる。そして、駆動トルクが所定トルクを超過すると、ロータ部７２とロータ軸７９との間ですべりが発生して互いに相対回転し、伝達トルクを制限するようになっている。したがって、タイヤ６７側からの衝撃的な入力やドラムブレーキのドラム７９３による急制動などにより所定トルクを越える過大な外来トルクが連結軸３やロータ軸７９に伝達されても、トルク制限機構５の作用により駆動装置１内部には所定トルクを大幅に超える過大な応力は発生しない。

このため、駆動装置１内部で過大な強度を確保する必要がなくなり、ロータ軸７９や各ギヤ８１〜８３、さらには連結軸３などの諸部材を小形軽量化できる。この効果は、例えばステータ部７６や出力ハブ８９、ベアリング７７、７９１、７９２の小形軽量化など、駆動装置１全体に波及する。したがって、強度安全率を低下させることなく、従来よりも小形軽量化したモータ式車両駆動装置１を実現できる。また、駆動装置１の小形化により、シャーシ２０上における配置の自由度を確保できる。

例えば、トルク制限機構５を備えない従来のモータ式車両駆動装置では、モータから出力される最大駆動トルクの１０倍程度の外来トルクを考慮した強度を確保していた。これに対して、本第１実施形態で所定トルクを最大駆動トルクの１．２倍程度に設定すれば確実にモータ７で駆動輪６を駆動でき、一方、最大駆動トルクの２．５倍程度の外来トルクに対する強度を確保すれば強度安全率は十分である。したがって、考慮すべき外来トルクが従来の（１／４）程度になって、格段の小形軽量化を実現できる。

なお、第１実施形態のプラネタリギヤ形減速機構８の用法は、上述に限定されない。例えば、リングギヤをモータの出力軸に連結して入力要素とし、サンギヤをギヤケースに連結して固定要素とし、プラネタリギヤを支承するプラネタリキャリアを連結軸に連結して出力要素としてもよい。また、本発明は減速機構の形式を限定しない。例えば、平行多軸形減速機構や、サイクロイド形減速機構、ハーモニック形減速機構を備えるモータ式車両駆動装置でも、本発明を実施できる。

平行多軸形減速機構を用いる場合は、シャーシ２０に固定されたハウジングにモータを固定し、ハウイングにカウンター軸および連結軸をモータの出力軸と平行に軸承し、モータの出力軸に第１駆動ギヤを設け、カウンター軸に第１駆動ギヤに噛合しかつ前記第１駆動ギヤよりも歯数が多い第１従動ギヤおよび第２駆動ギヤを設け、アウトプット軸に第２駆動ギヤに噛合しかつ第２駆動ギヤよりも歯数が多い第２従動ギヤ設け、アウトプット軸を駆動輪のホイールに連結された連結軸に連結する。そして、トルク制限機構は、モータの出力軸と第１駆動ギヤとの間、カウンター軸と第１従動ギヤまたは第２駆動ギヤとの間、ならびに連結軸と第２従動ギヤとの間の少なくとも一つの位置に配置するようにする。ここでアウトプット軸は平行多軸形減速機構の出力軸を兼ねる。

また、トルク制限機構５の配置には自由度があるので、第１実施形態におけるトルク制限機構５の配置の応用例を図３に例示して説明する。図３の（１）は図１および図２に示された第１実施形態のモータ式車両駆動装置１を模式的に示し、（２）はトルク制限機構５の配置を変更した第１実施形態の応用構成のモータ式車両駆動装置１Ａを模式的に示した図である。図３（１）に示されるように、第１実施形態では、左右一対の駆動輪６に対してそれぞれ、個別のモータ７、トルク制限機構５、プラネタリギヤ形減速機構８、およびプラネタリギヤ形減速機構８の出力軸を兼ねるアウトプット軸に連結された連結軸３を記載した順序で備えている。

ここで、トルク制限機構５は、モータ７の出力軸であるロータ部７２とプラネタリギヤ形減速機構８との間、プラネタリギヤ形減速機構８内、およびプラネタリギヤ形減速機構８と連結軸３との間の少なくとも一つの位置に組み込むことができる。例えば、図３（２）に示されるように、トルク制限機構５Ａをプラネタリギヤ形減速機構８と連結軸３との間に組み込んだモータ式車両駆動装置１Ａとすることができる。これは、第１実施形態の図１および図２において、ロータ部７２とロータ軸７９とを一体的に結合し、プラネタリキャリア８４と出力ハブ８９とを別部材としてその間にトルク制限機構５Ａを組み込むことで実現できる。ただし、プラネタリギヤ形減速機構８の出力側にトルク制限機構５Ａを配置する構成では、エンジン側から伝達される駆動トルクは、入力側配置のトルク制限機構５と比較して減速比の逆数倍の駆動トルクを考慮することになる。しかし、駆動輪６側から伝達されるトルクは増大されることがない。

次に、左右一対の駆動輪を共用のモータで駆動する第２実施形態のモータ式車両駆動装置について、図４を参考にして説明する。図４の（１）は共用のトルク制限機構５Ｂを備える第２実施形態のモータ式車両駆動装置１Ｂを模式的に示し、（２）は個別のトルク制限機構５Ｃを備える第２実施形態の応用構成のモータ式車両駆動装置１Ｃを模式的に示した図である。

図４（１）に示されるように、第２実施形態のモータ式車両駆動装置１Ｂでは、１台のモータ７０および１個の減速機構８０が左右一対の駆動輪６に対して共用されている。減速機構８０の出力軸を兼ねる１個のアウトプット軸は、左右一対の駆動輪６のホイールにそれぞれ連結された連結軸３に差動装置４を介して連結されている。トルク制限機構５Ｂは、差動装置に４よって駆動トルクが分岐される前の位置に、モータ７０と減速機構８０との間に左右一対の駆動輪６に対して共用に配置されている。なお、差動装置４は、従来のエンジン車に搭載される装置と同様の構成で同様の作用を有するため、説明は省略する。

また、図４（２）に示されるように、第２実施形態の応用構成のモータ式車両駆動装置１Ｃでは、トルク制限機構５Ｃは、差動装置４によって駆動トルクが分岐された後の位置に、左右一対の前記駆動輪６に対して個別に配置されている。図には、トルク制限機構５Ｃが差動装置４と連結軸３０との間に配置された例が示されている。

第２実施形態およびその応用構成では、左右いずれの駆動輪６に過大な外来トルクが侵入しても、共通または個別のトルク制限機構５Ｂ、５Ｃのすべりの作用により駆動装置１Ｂ、１Ｃ内部には所定トルクを大幅に超える過大な応力は発生しない。したがって、強度安全率を低下させることなく、従来よりも小形軽量化したモータ式車両駆動装置１Ｂ、１Ｃを実現できる。

なお、トルク制限機構５Ｂ、５Ｃの配置は、図４の例に限定されず、モータ７０の出力軸から連結軸３０に動力伝達する動力伝達経路内であればよい。ただし、モータ７０から出力される駆動トルクが分岐される前の位置であれば共通のトルク制限機構５Ｂを用い、駆動トルクが分岐された後の位置であれば個別のトルク制限機構５Ｃを用いる。また、減速機構８０の出力側にトルク制限機構を配置する構成では、入力側配置のトルク制限機構と比較して減速比の逆数倍の駆動トルクを考慮することになる。しかし、駆動輪６側から伝達されるトルクは増大されることがない。

次に、第１および第２実施形態のモータ式車両駆動装置１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃに共通に応用できるトルク制限機構を２種類説明する。図５は、本発明のトルク制限機構に用いることができるトルクリミッター９の一部断面斜視図である。トルクリミッター９は、駆動軸９１と従動フランジ９２との間の駆動トルクの伝達を制限する機構である。トルクリミッター９は、駆動軸９１および従動フランジ９２の他に、調整ナット９３１、板ばね９３２、スイッチリング９３３、および鋼球９３４などで構成されており、次に詳述する。

駆動軸９１は、図示されるように筒状の部材であり、軸方向の一端面（図中の左前側）に取り付けねじ孔（図には見えていない）を有し、さらに一端面から筒状の内周に向かって徐々に内径が減少するテーパブッシュ９１１を有している。取り付けねじ孔とテーパブッシュ９１１を用いて、駆動トルクを入力する任意の軸体９１９を駆動軸９１に結合することができる。駆動軸９１の一端面側の外周には雄ねじ９１２が刻設されて、調整ナット９３１が螺着されている。駆動軸９１の軸方向の中間付近の外周には、径方向に突出する環状ハブ９１３が設けられている。環状ハブ９１３の外周面には、軸線方向から見て略Ｖ字状の凹部９１４が複数個形成されている。各凹部９１４には、鋼球９３４が嵌入配置されている。

従動フランジ９２は、駆動トルクを出力する略環状の部材であり、駆動軸９１の外周に環状ハブ９１３と隣接して配設されている。従動フランジ９２は、駆動軸９１に対して軸線方向への移動はできず、相対回転は可能とされている。従動フランジ９２の環状ハブ９１３に対向する面には、半径方向から見て略Ｖ字状で鋼球９３４が嵌入できる凹部９２１が複数個形成されている。

調整ナット９３１は略環状で、内周面に雌ねじ９３Ａが刻設されている。調整ナット９３１の外周側は、一端面側（図中の左前側）で外径が大きく、テーパ部９３Ｂを挟んで、他端面側（図中の右奥側）に小径部９３Ｃが形成されている。調整ナット９３１の小径部９３Ｂの外側に、略環状の板ばね９３２が配設されている。板ばね９３２の他端面側に、スイッチリング９３３が配設されている。スイッチリング９３３は略環状で、内周側は一端面側（図中の左前側）が小さな内径の小径部９３Ｄ、他端面側（図中の右奥側）が大きな内径の大径部９３Ｅとなっている。スイッチリング９３３の大径部９３Ｅと、駆動軸９１の環状ハブ９１３の凹部９１４との間で鋼球９３４を半径方向に保持できるようになっている。また、スイッチリング９３３の小径部９３Ｄと、従動フランジ９２の凹部９２１との間で鋼球９３４を軸線方向に保持できるようになっている。

ここで、調整ナット９３１を駆動軸９１の雄ねじ９１２に対して締め込んでゆくと、調整ナット９３１のテーパ部９３Ｂは板ばね９３２を他端面方向（図中の右奥方向）に押し込む。これにより、板ばね９３２がスイッチリング９３３を軸線方向に付勢し、スイッチリング９３３は鋼球９３４を従動フランジ９２の凹部９２１に嵌入圧接する。したがって、小さな駆動トルクは、駆動軸９１の環状ハブ９１３から鋼球９３４を経由して従動フランジ９２に伝達される。また、駆動トルクが所定トルクを超過すると、鋼球９３４が板ばね９３２の付勢力に抗して従動フランジ９２の凹部９２１から逸脱し、駆動軸９１と従動フランジ９２とがすべって相対回転する。これにより、伝達される駆動トルクを制限できる。なお、トルクリミッター９にトルク伝達の方向依存性はなく、所定トルクの大きさは調整ナット９３１の締め込み量を調整することにより自在に調整可能である。

図５のトルクリミッター９は、例えば次のようにして、第１実施形態に組み込むことができる。すなわち、図２でトルク制限機構５を無くして、トルクリミッター９の駆動軸９１をロータ軸７９に結合し、従動フランジ９２をロータ支持部基部７２３の内周部７２４に結合する。トルクリミッター９を組み込んだ態様における作用および効果は、第１実施形態と概ね同様になる。

図６は、本発明のトルク制限機構に用いることができる別のトルクリミッター９０の一部断面斜視図である。また、図７は、別のトルクリミッター９０のトルク制限部９７の詳細構造およびその作用を説明する断面図である。別のトルクリミッター９０は、２つのフランジ９４、９５の間で伝達される駆動トルクを制限する機構である。トルクリミッター９０は、Ａフランジ９４およびＢフランジ９５の他に、外枠９６、Ａフランジ９４側のトルク制限部９７、およびＢフランジ９５側のスラストパッド９８で構成されており、次に詳述する。

Ａフランジ９４およびＢフランジ９５は、図６に示されるように略筒状の部材であり、同一外径寸法部分をもち、軸線を共有している。Ａフランジ９４およびＢフランジ９５の同一外径寸法部分には、筒状の外枠９６が外嵌されている。外枠９６に対して、Ａフランジ９４は固定され、Ｂフランジ９５は軸線方向への移動はできず相対回転は可能とされている。

トルク制限部９７は、Ａフランジ９４の外周に等角度間隔で複数個設けられている。トルク制限部９７は、図６および図７に示されるように、外筒部９７Ａ、キャリアロッド９７Ｂ、鋼球９７Ｇ、中間エレメント９７Ｈ、スラストワッシャ９７Ｉ、および複数の皿ばね９７Ｊで構成されている。外筒部９７Ａは軸線方向に配置され、その中心にキャリアロッド９７Ｂを軸線方向に移動可能に保持している。キャリアロッド９７Ｂは、Ｂフランジ９５に対向する一端側（図７の左側）が太い大径部９７Ｃで、途中に段差部９７Ｄを有し、他端側（図７の右側）が細い小径部９７Ｅになっている。キャリアロッド９７Ｂの大径部９７Ｃの先端には、球状空間を有する鋼球保持部９７Ｆが設けられ、鋼球保持部９７Ｆ内に鋼球９７Ｇが回転可能に収容されている。

キャリアロッド９７Ｂの段差部９７Ｄと外筒部９７Ａとの間に、楔状の中間エレメント９７Ｈが周方向に複数個配置されている。中間エレメント９７Ｈは、中心側が肉厚で外側が肉薄の略台形断面形状になっている。さらに、キャリアロッド９７Ｂの小径部９７Ｅと外筒部９７Ａとの間に、略環状のスラストワッシャ９７Ｉおよび略環状の複数の皿ばね９７Ｊが配置されている。スラストワッシャ９７Ｉは、中心側が肉薄で外側が肉厚の略台形断面形状になっており、中間エレメント９７Ｈとテーパ面同士で摺接している。略環状の複数の皿ばね９７Ｊは軸線方向に列設されており、他端側が外筒部９７Ａによって支持され、一端側がスラストワッシャ９７Ｉを付勢している。この付勢力は、中間エレメント９７Ｈからキャリアロッド９７Ｂの段差部９７Ｄに伝わり、キャリアロッド９７ＢはＢフランジ９５に向けて付勢されている。

一方、Ｂフランジ９５のＡフランジ９４に対向する面には、スラストパッド９８が等角度間隔で複数個設けられている。スラストパッド９８は、トルク制限部９７のキャリアロッド９７Ｂの先端の鋼球９７Ｇが圧接する凹部９８Ａを有している。

図７で、（１）は駆動トルクを伝達している状態、（２）は駆動トルクを伝達しない状態をそれぞれ示している。図７（１）に示されるように、付勢されたキャリアロッド９７Ｂの先端の鋼球９７Ｇは、Ａフランジ９４から突出してＢフランジ９５のスラストパッド９８の凹部９８Ａに圧接している。したがって、小さな駆動トルクは、鋼球９７Ｇを介して、Ａフランジ９４とＢフランジ９５の間で伝達される。ここで、駆動トルクが増加すると、鋼球９７Ｇがキャリアロッド９７Ｂを他端側（図７の右向き矢印Ｚ）に押圧する力が大きくなる。そして、伝達トルクが所定トルクを超過すると、キャリアロッド９７Ｂが皿ばね９７Ｊの付勢力に抗して矢印Ｚ方向に微動しつつ、中間エレメント９７Ｈを径方向外向きに変位させる。これにより、皿ばね９７Ｊの付勢力がキャリアロッド９７Ｂに作用しなくなって、駆動トルクを伝達しないフリー状態となる。なお、トルクリミッター９０にトルク伝達の方向依存性はなく、所定トルクの大きさは皿ばね９７Ｊの強度や列設個数、スラストパッド９８の凹部９８Ａの形状などを変更することにより調整可能である。また、フリー状態は、Ａフランジ９４とＢフランジ９５の回転数差を検出し、図略の復帰機構を動作させることにより解消できる。

図６および図７で説明したトルクリミッター９０は、第１および第２実施形態で、駆動トルクを伝達する任意の軸部材の途中を分割して組み込むことができる。トルクリミッター９０を組み込んだ態様における作用および効果は、第１および第２実施形態と概ね同様になる。

第１および第２実施形態において、トルク制限機構５の配置には自由度があり、トルク制限機構５はモータ７、７０の出力軸７２に回転連結され駆動輪６のホイール６４に連結されたアウトプット軸８９に動力伝達する動力伝達経路の途中に配設すればよい。そして、モータ７、７０の出力軸７２とアウトプット軸８９との間に減速機構８、８０を備える場合は、トルク制限機構５はモータ７、７０の出力軸７２と減速機構８、８０との間、減速機構８、８０内、および減速機構８、８０とアウトプット軸８９との間の少なくとも一つの位置に組み込むことができる。

なお、本発明は、２輪駆動または４輪駆動の電気自動車やハイブリッド車両で実施することができる。さらには、上述したトルク制限機構５、５０やトルクリミッター９、９０以外の方式のトルク制限機構を用いることもできる。本発明は、その他さまざまな応用や変形が可能である。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：モータ式車両駆動装置
２０：シャーシ ２１：上側ブラケット ２２：下側ブラケット
３、３０：連結軸 ３１：一端 ３２、３３：等速ジョイント ３４：他端
４：差動装置
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ：トルク制限機構
５１：支持フランジ ５２、５３：ライニング材 ５４：圧接部材
５５、５６皿ばね ５７：回り止めリング ５８：押さえリング
６：駆動輪 ６４：ホイール ６７：タイヤ
７、７０：モータ ７１：ロータ ７２：ロータ部（出力軸）
７５：ステータ ７６：ステータ部 ７９：ロータ軸
８：プラネタリギヤ形減速機構 ８１：サンギヤ ８２：プラネタリギヤ
８３：リングギヤ ８４：プラネタリキャリア ８５：ギヤケース
８９：出力ハブ（アウトプット軸）
８０：減速機構
９：トルクリミッター（トルク制限機構）
９１：駆動軸 ９２：従動フランジ ９３１：調整ナット
９３２：板ばね ９３３：スイッチリング ９３４：鋼球
９０：別のトルクリミッター（トルク制限機構）
９４：Ａフランジ ９５：Ｂフランジ ９６：外枠
９７：トルク制限部 ９８：スラストパッド

Claims (6)

1. タイヤおよびホイールを有する駆動輪と、
   シャーシに配設され、前記駆動輪の前記ホイールを回転駆動する駆動トルクを出力する出力軸を有するモータと、
   前記モータの前記出力軸に回転連結され前記駆動輪の前記ホイールに連結軸を介して前記駆動トルクを伝達するアウトプット軸と、
   前記モータの前記出力軸から前記連結軸に動力伝達する動力伝達経路に配設され、伝達トルクが所定トルクに達するまでは連結状態を維持し、前記所定トルクを超過するとすべりを発生して前記伝達トルクを制限するトルク制限機構と、
   を備えることを特徴とするモータ式車両駆動装置。
2. 請求項１において、前記モータと前記アウトプット軸との間に減速機構を備え、前記トルク制限機構は前記モータの前記出力軸と前記減速機構との間、前記減速機構内、および前記減速機構と前記連結軸との間の少なくとも一つの位置に組み込まれていることを特徴とするモータ式車両駆動装置。
3. 請求項２において、
   前記減速機構はプラネタリギヤ形減速機構であって、前記モータの前記出力軸に連結されたサンギヤと、前記ギヤケースに固定されたリングギヤと、前記サンギヤおよび前記リングギヤに噛合するプラネタリギヤを支承し前記アウトプット軸に連結されたプラネタリキャリアとを有し、
   前記トルク制限機構は、前記モータの前記出力軸と前記サンギヤとの間、ならびに前記プラネタリキャリアと前記アウトプット軸との間の少なくとも一つの位置に組み込まれていることを特徴とするモータ式車両駆動装置。
4. 請求項２において、
   前記減速機構は平行多軸形減速機構であって、前記モータの前記出力軸に平行配置されたカウンター軸と、前記モータの前記出力軸に設けられた第１駆動ギヤと、前記カウンター軸に設けられて前記第１駆動ギヤに噛合しかつ前記第１駆動ギヤよりも歯数が多い第１従動ギヤと、前記カウンター軸に設けられた第２駆動ギヤと、前記アウトプット軸に設けられて前記第２駆動ギヤに噛合しかつ前記第２駆動ギヤよりも歯数が多い第２従動ギヤとを有し、
   前記トルク制限機構は、前記モータの前記出力軸と前記第１駆動ギヤとの間、前記カウンター軸と前記第１従動ギヤまたは前記第２駆動ギヤとの間、ならびに前記アウトプット軸と前記第２従動ギヤとの間の少なくとも一つの位置に組み込まれていることを特徴とするモータ式車両駆動装置。
5. 請求項２〜４のいずれか一項において、
   左右一対の前記駆動輪に対してそれぞれ、個別の前記モータ、前記減速機構、前記アウトプット軸、および前記トルク制限機構を備えることを特徴とするモータ式車両駆動装置。
6. 請求項２〜４のいずれか一項において、
   １台の前記モータおよび１個の前記減速機構、および１個のアウトプット軸が左右一対の前記駆動輪に対して共用され、
   前記アウトプット軸は、左右一対の前記駆動輪の前記ホイールにそれぞれ連結された連結軸に差動装置を介して連結され、
   前記トルク制限機構は、前記差動装置によって前記駆動トルクが分岐される前の位置に左右一対の前記駆動輪に対して共用に配置され、および／または前記駆動トルクが分岐された後の位置に左右一対の前記駆動輪に対して個別に配置されていることを特徴とするモータ式車両駆動装置。

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