JP4304158B2 - 軸方向磁束電動モータアセンブリ - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、車両駆動系支持アセンブリに関し、より詳細には、一対の電動モータを組み込んだ車両駆動系支持アセンブリに関し、駆動系支持部、一対の電動モータ及び一対の減速装置は、速度及びトルクに関して独立に制御可能な２つの独立の同軸出力シャフトを有する単一の小型電源ユニットに一体化されている。
【背景技術】
【０００２】
駆動系の動作を加速又は維持する際に駆動系又は車両ホイールに動力を供給するため、或いは減速する際に駆動系の運動エネルギーから電力を発生させるために電動モータを利用する技術分野において、様々な駆動系支持アセンブリが知られている。従来、これらのシステムは、電動モータ、駆動系支持部、及び減速機に対して別個のベアリングを使用していた。しかしながら、別個のベアリングを使用すると、アセンブリのコスト及び重量を増加するだけで、アセンブリの小型化を妨げる。本発明は、駆動系支持アセンブリをより軽量化し、より小型化し、更により安価に製造するために必要なベアリングの数を減らすことにより、この問題を解決するものである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
簡単に述べると、本発明は、単一の電動モータケース内の一対の減速機、一対の電動モータ及び駆動系支持部を備えるアセンブリを提供するものである。各電動モータは、ステータ及びロータを備え、ロータはロータシャフトに連結されている。ロータ支持ベアリングは、各ロータシャフトを回転可能に支持している。駆動系支持部は、ハウジングにベアリングによって回転可能に取り付けられた一対のハブを支持している。ケースはハウジングに取り付けられ、各ステータ及び関連減速機を支持している。各減速機は、太陽部材、少なくとも２つの遊星部材、及びケースに取り付けられた外部リング部材を備える。各ロータシャフトは関連減速機を通してハブに取り付けられている。そして、各ロータシャフト、減速機及びハブは、ロータ支持ベアリング、駆動系支持ベアリング及びケースの外部リング部材のみで支持されている。各ロータシャフトの肩部は、所望の空隙が各ロータと関連ステータとの間で維持されるように、ロータ支持ベアリングの端部に接している。
【０００４】
本発明の、以下の及び他の目的、特徴及び利点は、現時点で好ましい本発明の実施形態と同様に、添付図面とともに以下の説明を読むことにより更に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
添付図面は、本明細書の一部をなす。また、対応する参照符号は、図面の複数の図を通して対応する部分を示す。
【０００６】
以下の詳細な説明は、一例として本発明を説明したものであり、限定するためのものではない。この説明は、当該技術に熟練した者が、本発明を製造し且つ使用することを明らかに可能にし、本発明を実施するための最良の形態であると現時点で思われるものを含む本発明の種々の実施形態、適用例、変形例、代替例及び用途を説明している。
【０００７】
本発明は一体型ホイール支持部と、遊星変速機と、ホイール支持ベアリング及びロータ支持ベアリングの２つの支持ベアリングのみが必要な電動モータアセンブリとを備える。図１を参照すると、アセンブリ１０は、従来設計のパッケージホイールベアリング１２を備える。ホイールベアリング１２は、ハウジング１４とハブ１６とを備える。ハウジング１４とハブ１６との間には、ハブ１６をハウジング１４内で回転可能とする、２列のテーパ形ローラ１８が位置している。なお、テーパ形ローラを示し且つそれが好ましいが、他のタイプのローラも、本発明の範囲から逸脱することなく使用することができる。ハブ１６は、ラグ２０により、ホイール（不図示）に取り付けることができる。ベアリングは組み立てられたその時点で全ての隙間が存在するパッケージホイールベアリングである。
【０００８】
ハブ１６は更に、スプラインシャフト２４を受けるスプライン内部ボア２２を規定している。スプラインシャフト２４は従来の歯車駆動遊星変速機の遊星キャリヤ２６から延びている。遊星キャリヤ２６は３つの遊星歯車２８にベアリング３８によって回転可能に取り付けられている。遊星歯車２８は、遊星変速機ケース３０の内面に形成された固定外部リング歯車３２と噛合する。遊星変速機ケース３０は、ホイールベアリング１２に止め具３４によって取り付けられている。遊星変速機ケース３０は更に通気ボア３６を規定している。
【０００９】
太陽歯車４０は、３つの遊星歯車２８の全てと噛合する。太陽歯車４０は、ロータシャフト４４を受けるための中央ボア４２を規定している。鍵部４６は、太陽歯車４０と、ロータシャフト４４との相対的な回転を防止している。ロータシャフト４４はモータケース４７内にロータベアリング４８によって回転的に支持されている。ロータベアリング４８は、ロータシャフト４４に配置された内レースの間に、２列のテーパ形ローラ５０を備える。ロータシャフト４４の第１の肩部５２と太陽歯車４０との間には太陽歯車スペーサ５４が位置し、それによって、太陽歯車４０が遊星歯車内に配置される。ロータシャフト４４の第２の肩部５６とロータベアリング４８との間に、空隙ワッシャ５８が存在する。空隙ワッシャ５８の厚さを制御することによって、ロータシャフトの軸方向位置が操作され、ゆえに、ロータ６０とステータ６２との間の空隙が調整される。ステータ６２がモータケース４７に取り付けられ、ロータ６０がロータシャフト４４に取り付けられている。
【００１０】
図２及び図３を参照すると、ロータは、低炭素鋼で製造することができる。ロータ６０は数個の永久磁石７２を有し、それらの永久磁石７２は、コネチカット州ロッキーヒル、ロックタイトコーポレーション（Loctite Corporation）から入手可能なロックタイトマルチボンド（LOCTITE MULTIBOND）アクリル系接着剤等のアクリル系接着剤により取り付けられている。磁石７２は、非金属スペーサ７４により離間されている。磁石３４は、好ましくは、ネオジウム−鉄−ボロン（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系永久磁石であり、磁石の数により、モータの極の数が決定される（即ち、１２個の磁石がロータに接着される場合、モータは１２個の極を有する）。磁石７２は、その北極面(north-seeking faces)と南極面(south-seeking faces)を交互に外側に配列させて、ロータ６０に取り付けられている。
【００１１】
図４を参照すると、ステータ６２は複数の積層部を備えている。より具体的に説明すると、ステータ６２は、このステータ６２内部の磁束の渦流による損失を最小にするために、複数の非導電性非鉄層により分離された鉄鋼材料、好ましくは鉄の積層部を備えている。ステータ４０は、３６個の溝部７８により規定される３６枚のスライド７６を更に備えている。図５Ａに示すように、絶縁された銅線のループを備える導電性巻線８０が溝部７８の内部とスライド７６の周囲とに配置され、各巻線８０が２つの介在溝部７８を囲むループを形成している。他の巻線８０'は溝部７８の内部に配置され、その一部は第１巻線８０に囲まれ、溝部７８は第１巻線８０に隣接している。このように、全ての溝部７８に巻線８０が取り付けられるまで、ステータ６２の溝部７８内部に巻線８０が配置される。図５Ｂは、材料の量を減らして巻線パターンを簡単にした代替例を示す。
【００１２】
再び図１を参照すると、ロータシャフト４４は、レゾルバ６８のボア内に延びるロータシャフト延長部６６を更に備えている。端板６４がモータケース４７に取り付けられ、レゾルバ６８を支持している。カバー板７０は端板６４のボアを覆い、端板６４を除去することなくレゾルバ６８に到達できるようになっている。
【００１３】
モータは、ブラシレス軸方向磁束電動モータに対する従来の方法で作動し、空隙ワッシャ５８の厚みを変えると、軸方向磁束電動モータの空隙が変化する。モータは、既知の電子コントローラにより制御され、このコントローラは、モータのトルク及び速度を制御し且つモータの制限内に電流を維持するために、ステータの複数のワイヤループを通って流れる電流のパルス幅及び周波数を調整する。
【００１４】
図６に示す他の実施形態１００は、ロータ１３２の反対側に、接着剤により貼着された磁石１３４を有するロータ１３２を含む。ロータの反対側の隣接磁石１３４は、これらの相反する極がロータ１３２から外方を向くように整列されている。ステータ４０及び巻線４４に加えて、第２ステータ１４０と該第２ステータ１４０内部で巻かれた第２の複数の巻線１４４とが備えられている。第２ステータ１４０及び第２の巻線１４４を加えることにより、軸方向磁束電動モータの出力が約２倍となる。第２のステータ１４０及び巻線１４４を加えることにより、軸方向磁束電動モータの出力はほぼ２倍になる。
【００１５】
図７Ａ及び図８Ａに示す小型電源ユニットの実施形態２００において、一対の軸方向磁束電動モータアセンブリ１０又は軸方向磁束電動モータアセンブリ１００は、上で詳細に説明したように、共通の端板２０２に対して鏡面対称又は背中合わせの配列で一体に連結されている。共通の端板２０２は、図７Ｂ及び８Ｂに示すように、一対のレゾルバ６８を支持し且つ小型電源ユニット２００内の各ロータシャフト４４からのロータシャフト延長部６６を受容するための軸方向ボア２０４を含んでいる。ステータ冷却連結部２０６は、高負荷サイクル中に巻線８０によって発生する熱を逃すために各モータケース４７に固定されている。
【００１６】
小型電源ユニット２００は、一対の駆動車軸又はホイール（不図示）が固定可能な、共通の回転軸線Ａ−Ａを有する２つの同一の独立した出力ハブ１６を備える。小型電源ユニット２００は、車両の両側の一対の車両ホイールを、直接的又は間接的に駆動させるために、車両の車軸中心線上に取り付けるのに適する。小型電源ユニット２００の各アセンブリ１０、１０又は１００、１００は、独立した出力ハブ１６の各々において速度及びトルクを調整するために、上記に説明したように独立して制御可能である。
【００１７】
各ホイールでの路面の変動が異なる摩擦係数を生じさせる場合、２つのホイールのホイール駆動トルクのうちの低い方が、有効駆動トルクを最低ホイールトルクの２倍に制限するように、反対側のホイールの速度及びトルクを独立して制御することが望ましい。最低ホイールトルクレベルを超えるトルクの適用は、車両ホイールのスピニングを招く。従って、種々の表面摩擦係数を有する不均一な地形で駆動させる場合、それぞれの個々の駆動ホイールに供給される駆動力を、異なる駆動条件に一致させることが非常に望まれる。車両の駆動ホイールを異なる速度で駆動し、かつ駆動トルクを個々に制御することは、滑りやすい面又はカーブを移動する場合、車両の変形を避け、タイヤの摩耗を低減し、改良されたトラクッション実現し、車両の動的安定性を向上させるという明確な利点を有する。
【００１８】
上述のように、本発明の幾つかの目的が達成され、他の有利な効果が得られることがわかるであろう。本発明の範囲から逸脱せずに、種々の変形を上述の構成で行うことができ、上記の説明に含まれ又は添付図面に示される全ての事項が、例示的なものであり、制限することを意味しないように解釈されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一体型ホイールベアリングと、一つのステータを有する軸方向磁束電動モータとの断面図。
【図２】図１に示す軸方向磁束電動モータのロータの斜視図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿ったロータの断面図。
【図４】図１に示す軸方向磁束電動モータのステータの斜視図。
【図５Ａ】巻線及び取り付けられたケースを有する、図４のステータの正面図。
【図５Ｂ】他の単純化した巻線構成を示す、図４のステータの正面図。
【図６】一体型のホイールベアリングと、２つのステータを有する軸方向磁束電動モータとの断面図。
【図７Ａ】本発明の実施形態に従い、各々が１つのステータを有する、組み合わされた一対の軸方向磁束電動モータの断面図。
【図７Ｂ】図７Ａに示した、断面図７Ｂの拡大図。
【図８Ａ】本発明の実施形態に従った、各々が２つのステータを有する、組み合わされた一対の軸方向磁束電動モータの断面図。
【図８Ｂ】図８Ａに示した断面図８Ｂの拡大図。

Claims (7)

1. ・互いに軸方向にずれるように配置された少なくとも一つのステータ及びロータ、
   ・前記少なくとも一つのステータを支持するように構成されたケース、
   ・ロータ支持ベアリング、及び
   ・前記ロータに軸方向に固定され、前記ロータ支持ベアリングによって回転軸線を中心として回転可能に支持されたロータシャフト、
   を含む第１の軸方向磁束電動モータと、
   前記ロータから前記少なくとも一つのステータの反対で前記ロータシャフトに連結され、太陽部材、少なくとも２つの遊星部材、及び前記ケースに連結された外側リング部材を含む第１の減速機と、
   前記減速機を介して前記ロータシャフトに対して操作可能に連結され、前記少なくとも一つのステータから前記第１の減速機の反対に位置する、ホイールを受けるための第１のハブと、
   前記第１のハブを前記ケースに対して回転可能に支持し、前記少なくとも一つのステータから前記第１の減速機の反対に位置する第１のハブ支持ベアリングと、を備え、
   前記ロータシャフトが、前記ロータ支持ベアリングと隣接する肩部を含み、前記肩部が前記ロータと前記少なくとも一つのステータとの間に所望の空隙を維持するように配置され、
   前記ロータシャフト、前記第１の減速機及び前記ハブが、前記ロータ支持ベアリング、前記ハブ支持ベアリング、及び前記外側リング部材の組合せのみで支持され、
   前記ロータが軸方向において前記ロータ支持ベアリングの一方の側に懸架されるように、前記ロータ支持ベアリングが軸方向において前記ロータと前記第１の減速機との間で前記ケースに固定されているアセンブリ。
2. 前記少なくとも一つのステータから前記ロータの反対側で前記ケースに取り付けられた第２のステータを更に備え、
   前記ロータは、該ロータの対向する側に複数の永久磁石を備え、
   前記ロータシャフトの前記肩部は、前記ロータと前記少なくとも一つのステータとの間の前記空隙と、前記ロータと前記第２のステータとの間の第２の空隙とを維持するために前記ロータ支持ベアリングの端部に接している請求項１のアセンブリ。
3. 前記ハブから軸方向の反対で前記第１の軸方向磁束電動モータの前記ケースに固定された端板と、
   前記第１の軸方向磁束電動モータから反対で前記端板に固定された第２の軸方向磁束電動モータと、を含み、前記第２の軸方向磁束電動モータが、
   ・互いに軸方向にずれるように配置された少なくとも一つのステータ及びロータ、
   ・前記少なくとも一つのステータを支持するように構成されたケース、
   ・前記ケースに固定されたロータ支持ベアリング、及び
   ・前記ロータに軸方向に固定され、前記ロータ支持ベアリングによって回転軸線を中心として回転可能に支持されたロータシャフトを含み、
   前記ロータから前記少なくとも一つのステータの反対で前記第２の軸方向磁束電動モータのロータシャフトに連結され、太陽部材、少なくとも２つの遊星部材、及び前記ケースに連結された外側リング部材を備えた第２の減速機と、
   前記減速機を介して前記ロータシャフトに操作可能に連結され、前記第２の軸方向磁束電動モータの前記少なくとも一つのステータから前記第２の減速機の反対に位置する、ホイールを受けるための第２のハブと、
   前記ハブを前記ケースに対して回転可能に支持し、前記第２の軸方向磁束電動モータの前記少なくとも一つのステータから前記第１の減速機の反対に位置する第２のハブ支持ベアリングと、を備え、
   前記第２の軸方向磁束電動モータのロータシャフトが前記第２の軸方向磁束電動モータロータ支持ベアリングと隣接する肩部を含み、該肩部が第２の軸方向磁束電動モータに含まれる前記少なくとも一つの前記ステータと前記ロータとの間に所望の空隙を維持するように配置され、
   前記第２の軸方向磁束電動モータのロータシャフト、前記第２の減速機及び前記第２のハブが、前記第２の軸方向磁束電動モータロータ支持ベアリング、前記第２のハブ支持ベアリング、及び前記第２の外側リング部材の組合せのみで支持されている請求項１のアセンブリ。
4. 前記ケースの各々が前記端板に取り付けられ、
   前記第１及び第２の軸方向磁束電動モータの各々が、前記ケースに連結されたハウジングを含み、
   前記第１及び第２のハブ支持ベアリングの各々が、前記関連する第１及び第２のハウジングに固定されている請求項３のアセンブリ。
5. 前記第１及び第２の軸方向磁束電動モータの各々が、関連ハブの各々に独立した速度及びトルクを提供するために操作可能に構成されている請求項３のアセンブリ。
6. 前記第１及び第２の軸方向磁束電動モータの各々が一対のステータを含み、前記第１及び第２の軸方向磁束電動モータの各々の前記一対のステータのうちの少なくとも一つが、前記共通の端板上に配置されている請求項３のアセンブリ。
7. 共通の回転軸線を有する一対の鏡面対称の軸方向磁束電動モータを備え、各軸方向磁束電動モータが、
   ・ロータシャフト上に配置され、ロータシャフトベアリングにより回転軸に対して支持されているロータ、
   ・該ロータに操作可能な関係で配置された少なくとも１つのステータと、
   ・前記少なくとも一つのステータ及び前記ロータシャフトベアリングを支持するように構成されたケース、及び
   ・前記ロータシャフトに連結され、前記ケースに連結された外側リング部材を備えた減速機を含み、
   前記一対の軸方向磁束電動モータの各々の間に配置された共通の端板と、
   前記一対の鏡面対称の軸方向磁束電動モータの各ロータシャフトに前記減速機を介して操作可能に連結され、関連出力ハブ支持ベアリングによって前記ケースに対して回転可能に支持された関連出力ハブと、を備え、
   前記一対の鏡面対称の軸方向磁束電動モータの各々が、各出力ハブに対して独立した速度及びトルクを提供するために操作可能に構成され、
   各ロータシャフト、減速機及び関連出力ハブが、前記関連ロータ支持ベアリング、前記関連ハブ支持ベアリング、及び前記関連外側リング部材の組合せのみで支持され、
   前記ロータが軸方向において前記ロータ支持ベアリングの一方の側に懸架されるように、前記ロータ支持ベアリングが軸方向において前記ロータと前記減速機との間で前記ケースに固定されている電源ユニットアセンブリ。

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