遊星歯車速度変換機
【課題】速度比が大きく、損失の少ない遊星歯車速度変換機を提供する。
【解決手段】減速機１０は、サンギア３８、プラネタリキャリア２２に支持されサンギア３８の周囲を自転すると共に公転するプラネタリギア２６と、サンギア３８と同軸に配置されプラネタリギア２６と噛み合うリングギア４２からなる遊星歯車機構を有する。サンギア３８が入力軸１２に結合され、プラネタリキャリア２２が出力軸１４に結合される。プラネタリギア２６は、入力側プラネタリギア２８と出力側プラネタリギア３０を有する。入力側プラネタリギア２８はサンギア３８と共に入力側の歯車列を構成し、出力側プラネタリギア３０はリングギア４２と共に出力側の歯車列を構成する。各歯車列の変速比により、入力軸１２は、出力軸１４より高速で回転する。入力側の歯車列が磁気式歯車で構成され、出力側の歯車列が機械式歯車で構成される。
【解決手段】減速機１０は、サンギア３８、プラネタリキャリア２２に支持されサンギア３８の周囲を自転すると共に公転するプラネタリギア２６と、サンギア３８と同軸に配置されプラネタリギア２６と噛み合うリングギア４２からなる遊星歯車機構を有する。サンギア３８が入力軸１２に結合され、プラネタリキャリア２２が出力軸１４に結合される。プラネタリギア２６は、入力側プラネタリギア２８と出力側プラネタリギア３０を有する。入力側プラネタリギア２８はサンギア３８と共に入力側の歯車列を構成し、出力側プラネタリギア３０はリングギア４２と共に出力側の歯車列を構成する。各歯車列の変速比により、入力軸１２は、出力軸１４より高速で回転する。入力側の歯車列が磁気式歯車で構成され、出力側の歯車列が機械式歯車で構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊星歯車機構を用いた速度変換機、並びにこの速度変換機を用いたモータ内蔵ホイール及び車両駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力軸の回転速度を変換して出力軸に伝える速度変換機が知られている。入力軸の回転速度を減速して出力軸に伝えるものは減速機と呼ばれ、これとは逆に増速して出力軸に伝えるものが増速機と呼ばれる。このような速度変換機として、歯車を組み合わせた機構を用いたものが知られている。広く普及している歯車は、回転体の回転方向に沿って凹凸を配列して歯を形成し、対をなす歯車同士の歯を噛み合わせて、これらの歯車間で機械的な力により回転を伝達する。
【０００３】
一方、近年磁力を用いて回転を伝達する磁気式歯車と呼ばれる伝達機構が提案されている（下記特許文献１参照）。磁気式歯車は、回転体の回転方向に沿って永久磁石をＮ極Ｓ極交互に配列し、対となる回転体間における磁力による相互作用により回転を伝達する。以下において、従来の凹凸を設けた歯車により回転伝達を行う歯車を機械式歯車、磁力により回転を伝達する伝達機構を磁気式歯車と記して説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０６９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
速度変換比が大きい速度変換機が求められている。このような速度変換機では、高速で回転する部分と、低速で回転する部分がある。機械式歯車においては、歯の接触面間ですべりが生じており、潤滑が必要であり、また摩擦による発熱も生じる。特に、回転速度が高いと、十分な潤滑が困難となり、また発熱による損失が大きくなる。一方、磁気式歯車において、大きなトルクを伝えようとすると、磁力を強めるために永久磁石を大きくする、またはより強力な磁石を用いる必要があり、コスト増や、装置の大形化を招く。
【０００６】
本発明は、大きな速度変換比が実現可能である速度変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の速度変換機は、高速回転する歯車列を磁気式歯車で、低速回転する歯車列を機械式歯車で構成する。具体的には、第１軸に接続される高速側歯車列と、第１軸より低速で回転する第２軸に接続される低速側歯車列と、高速側歯車列と低速側歯車列の双方に属し、これらを接続するプラネタリ要素と、を有する遊星歯車速度変換機として構成する。そして、高速側歯車列を磁気式歯車にて構成し、低速側歯車列を機械式歯車で構成する。
【０００８】
高速側歯車列を、歯車が直接接触しない磁気式歯車で構成することにより、摩擦による摩耗、発熱を抑えることができる。また、高速側歯車列においては伝達すべきトルクは小さいので、小さい永久磁石を用いることができる。一方、低速側歯車列を、機械式歯車で構成することにより、大きなトルクの伝達が可能となる。また、回転速度が低いため、摩擦損失、発熱は許容できる程度となる。
【０００９】
さらに、具体化された態様として、前記高速側歯車列を、第１軸に結合されたサン要素と、キャリア要素に回転可能に支持される高速側プラネタリ要素と、を含むものとし、前記低速側歯車列を、前記キャリア要素に回転可能に支持される低速側プラネタリ要素と、固定されたリング要素と、を含むものとすることができる。キャリア要素に第２軸を結合することができる。高速側プラネタリ要素と低速側プラネタリ要素は、一体のプラネタリ要素を構成し、キャリア要素上に回転可能に支持されるようにできる。
【００１０】
さらに、具体化された他の態様として、前記高速側歯車列を、第１軸に結合されたサン要素と、キャリア要素に回転可能に支持される高速側プラネタリ要素と、固定された高速側リング要素と、を含むものとし、前記低速側歯車列を、前記キャリア要素に回転可能に支持される低速側プラネタリ要素と、低速側リング要素と、を含むものとすることができる。低速側リング要素を第２軸に結合することができる。高速側プラネタリ要素と低速側プラネタリ要素は、一体のプラネタリ要素を構成し、キャリア要素上に回転可能に支持されるようにできる。
【００１１】
本発明の遊星歯車速度変換機を減速機として用いてモータ内蔵ホイールを構成することができる。モータ内蔵ホイールは、車両のホイール内に収められた電動機（インホイールモータ）により当該ホイールを回転させ、車両の駆動輪を構成するものである。
【００１２】
ホイール内に、電動機と、遊星歯車速度変換機を収め、遊星歯車速度変換機の高速側の軸に電動機を結合し、低速側の軸にホイールを結合する。遊星歯車速度変換機の構成は、高速側歯車列と低速側歯車列とを有し、これらの歯車列は、双方の歯車列に属し、かつこれらの歯車列を接続するプラネタリ要素を有するものとし、高速側歯車列を磁気式歯車で構成し、低速側歯車列を機械式歯車で構成する。また、上述の具体化された二つの態様の遊星歯車速度変換機の構成を採用することもできる。
【００１３】
高速側歯車列を磁気式歯車で構成したことにより、電動機を高回転のものとすることができる。また、低速側歯車列は機械式歯車であるので許容トルクを大きくすることができる。
【００１４】
本発明の遊星歯車速度変換機を減速機として用いて車両の駆動装置を構成することができる。動力源として電動機を用い、これを遊星歯車速度変換機の高速側の軸に接続する。一方、遊星歯車速度変換機の低速側の軸は、駆動輪に接続される。この低速側の軸は、差動装置を介して左右の駆動輪に接続されるようにできる。
【００１５】
高速側歯車列を磁気式歯車で構成したことにより、電動機を高回転のものとすることができる。また、低速側歯車列は機械式歯車であるので許容トルクを大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、変速比が大きく、摩擦による損失が少なく、許容トルクの大きい速度変換機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る実施形態である速度変換機の回転軸線を含む概略断面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線による断面図である。
【図３】図１に示すＢ−Ｂ線による断面図である。
【図４】図１に示される速度変換機の骨格図である。
【図５】本発明に係る他の実施形態である速度変換機の骨格図である。
【図６】図５の速度変換機の軸直交概略断面図である。
【図７】入力側リングギアの他の例を示す図である。
【図８】本発明の他の態様に係る実施形態であるモータ内蔵ホイールの概略構成を示す断面図である。
【図９】本発明のさらに他の態様に係る実施形態である車両駆動装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の速度変換機１０の概略構成を示す断面図である。図２および図３は、図１に示すＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線による歯車列に係る断面図である。図４は、速度変換機１０の回転伝達に係る各要素を模式的に表す骨格図である。
【００１９】
速度変換機１０は、二つの軸１２，１４を有し、これらの軸の間で回転の伝達を行う。二つの軸１２，１４の間には、後述する歯車列が介在し、この歯車列の作用により軸１２は軸１４より高速で回転する。軸１２を入力軸、軸１４を出力軸とした場合、速度変換機１０は減速機として機能し、逆に軸１４を入力軸、軸１２を出力軸とした場合には、増速機として機能する。以下の説明においては、速度変換機１０を減速機として機能させた場合を例として説明するが、前記のように入出力軸を入れ替えることで増速機としても機能させることができ、速度変換機１０は、減速機としての使用に限定されるものではない。
【００２０】
減速機１０は、共通の軸線Ｌを有する入力軸１２と出力軸１４を有する。入力軸１２と出力軸の間には歯車列が介在し、減速機１０は、この歯車列を収容するハウジング１６を有する。入力軸１２は、ハウジング１６に軸受、特に玉軸受１８を介してその軸線回りに回転可能に支持される。出力軸１４も、ハウジング１６に軸受、特に玉軸受２０を介してその軸線回りに回転可能に支持される。出力軸１４には、プラネタリキャリア２２が結合され、これらは一体に出力軸１４の軸線回りに回転する。また、プラネタリキャリア２２は、入力軸１２に、軸受、特に玉軸受２４を介して回転可能に支持されている。プラネタリキャリア２２は、プラネタリギア２６を、軸線Ｌから所定の距離離れ、これと平行な軸線Ｍ回りに回転可能に支持している。プラネタリキャリア２２の入力軸１２に支持される部分と出力軸１４に支持される部分は、分離しているが、プラネタリギア２６により連結され、一体となって回転する。
【００２１】
プラネタリギア２６は、プラネタリキャリア２２の回転に伴って入出力軸の共通軸線Ｌ回りに公転し、またプラネタリギア２６自身の軸線Ｍの回りに自転可能である。プラネタリギアは、軸線Ｌの回りに４個が配置されている。プラネタリギア２６は、一つの軸上に、二つの径の異なる歯車要素を有する。減速機１０においては、入力軸１２側の歯車要素の径が大きく、出力軸１４側の歯車要素の径が小さい。減速機１０は、後述するように遊星歯車機構として構成され、特に、プラネタリギア２６がこの径の異なる二つの歯車要素を有すことで、いわゆるラビニヨ式遊星歯車機構が構成されている。プラネタリギア２６の入力軸１２側の歯車要素は、磁気式歯車からなる入力側プラネタリギア２８であり、出力軸１４側の歯車要素は、機械式歯車からなる出力側プラネタリギア３０である。
【００２２】
図２に示されるように、入力側プラネタリギア２８は、全体として円筒または円板形状を有し、その周囲に、周方向に沿って極性が交互になるように複数の永久磁石３２が配列されている。図において、永久磁石３２は、白抜きで表されているものが外周面がＳ極に着磁されているもの、二重斜線で表されているものが外周面がＮ極に着磁されているものである。永久磁石３２の内側には、円環薄板形状の磁性鋼板が軸線Ｍの方向に積層して形成されるプラネタリヨーク３４が設けられている。入力軸１２上にも永久磁石３６が周方向に沿って極性が交互となるように配列され、磁気式歯車であるサンギア３８が形成されている。サンギア３８の永久磁石３６についても、図２において、白抜き部分が外周面をＳ極に着磁されたもの、二重斜線で表されているものがＮ極に着磁されたものである。入力側プラネタリギア２８とサンギア３８のそれぞれの永久磁石３２、３６は、等しいピッチで配列されている。また、入力側プラネタリギア２８とサンギア３８は、わずかの隙間をもって対向しており、それぞれに配置される永久磁石３２、３６の間には、磁力による吸引力が作用している。
【００２３】
４個の入力側プラネタリギア２８の全体を囲むように、ハウジング１６の内側にハウジングヨーク４０が設けられている。ハウジングヨーク４０は、円環薄板形状の磁性鋼板を共通軸線Ｌの方向に積層して構成される。一つの永久磁石３２から延びる磁束は、ハウジングヨーク４０を通り、別の永久磁石３２を貫き、プラネタリヨーク３４を通って元の永久磁石に戻る。このように、プラネタリヨーク３４およびハウジングヨーク４０は、永久磁石３２に係る磁気回路を形成する。
【００２４】
出力側プラネタリギア３０は前述のように機械式歯車により構成されている。４個の出力側プラネタリギア３０全体を囲んでハウジング１６の内側に機械式歯車であるリングギア４２が配置されている。各出力側プラネタリギア３０とリングギア４２は噛み合っている。
【００２５】
入力軸１２が回転すると、サンギア３８と入力側プラネタリギア３０の磁気結合により、回転が伝わり、プラネタリギア２６が自転する。プラネタリギア２６が自転すると、出力側プラネタリギア３０がハウジング１６に固定されたリングギア４２に噛み合っているため、プラネタリギア２６の公転運動が生じ、これによりプラネタリキャリア２２が回転する。プラネタリキャリア２２は、出力軸１４に結合されているので、出力軸１４も回転する。このようにして、入力軸１２から出力軸１４に回転が伝達される。
【００２６】
以上のように、減速機１０は、サンギア３８と、プラネタリキャリア２２に支持されサンギア３８の周囲を自転すると共に公転するプラネタリギア２６と、サンギア３８に同軸配置されプラネタリギア２６と噛み合うリングギア４２からなる遊星歯車機構を有する。サンギア３８が入力軸１２に結合され、プラネタリキャリア２２が出力軸１４に結合される。プラネタリギア２６は、二つの歯車要素、すなわち入力側プラネタリギア２８と出力側プラネタリギア３０を有する。入力側プラネタリギア２８はサンギア３８と共に入力側の歯車列を構成し、出力側プラネタリギア３０はリングギア４２と共に出力側の歯車列を構成する。入力側の歯車列は磁気式歯車で構成され、出力側の歯車列は機械式歯車で構成される。各歯車列の変速比により、入力軸１２は、出力軸１４より高速で回転する。したがって、入力側の歯車列は高速側の歯車列であり、出力側の歯車列は低速側の歯車列である。
【００２７】
減速機１０の減速比は、以下のようになる。各ギアの歯数（磁気式歯車にあっては永久磁石の個数）Ｚと、回転速度ｎを次のようにおく。
サンギア３８（Ｚs1，ｎs1）
入力側プラネタリギア２８（Ｚp1，ｎp1）
出力側プラネタリギア３０（Ｚp2，ｎp2）
プラネタリキャリア２２（ｎc）
リングギア４２（Ｚr2，ｎr2）
【００２８】
伝達基本式は次のようになる。
Ｚs1×ｎs1＝Ｚs1×ｎc−Ｚp1×ｎp1
Ｚr2×ｎr2＝Ｚr2×ｎc−Ｚp2×ｎp2
ｎp1＝ｎp2，ｎr2＝０
これより、サンギア３８、プラネタリギア２６、リングギア４２、プラネタリキャリア２２の速度比は、下記の表のようになる。
【００２９】
【表１】
【００３０】
サンギア３８、入力側プラネタリギア２８、出力側プラネタリギア３０およびリングギア４２の半径比が、
１：２．４：０．４８：３．８８
となるように、各ギアの歯数Ｚを定めると、減速機１０の減速比は、２０．４となる。
【００３１】
図５は、他の実施形態の速度変換機または減速機５０の構成を示す骨格図であり、図６は入力側の歯車列の軸直交断面図である。減速機５０のより詳細な構造は、図１を参照することにより当業者とって容易に理解できるものであり、減速機５０の回転軸線を含む断面図は省略する。
【００３２】
入力軸５２上に、磁気式歯車であるサンギア５４が設けられている。サンギア５４は、円筒または円板形状であり、その外周に周方向に沿って、極性が交互となるよう複数の永久磁石５６が配列される。入力軸５２の軸線回りに回転可能にプラネタリキャリア５８が支持されている。さらに、プラネタリキャリア５８上に、回転可能に４個のプラネタリギア６０が支持されている。プラネタリギア６０は磁気式歯車である入力側プラネタリギア６２と、機械式歯車である出力側プラネタリギア６４を有する。入力側および出力側プラネタリギア６２，６４は、一体となって公転および自転する。入力側プラネタリギア６２は円筒または円板形状であり、その外周に方向に沿って、極性が交互となるように複数の永久磁石６６が配列され、磁気式歯車として構成される。永久磁石６６の内側には、円環板状の磁性鋼板が軸線方向に積層されたプラネタリヨーク６８が設けられている。個々の入力側プラネタリギア６２は、サンギア５４に僅かの隙間をあけて対向し、これと磁気結合する。４個の入力側プラネタリギア６２の周囲を囲うように磁気式歯車の入力側リングギア７０が固定的に配置される。入力側リングギア７０は、図６に示すように４個の入力側プラネタリギア６２の周囲を囲む円環形状であって、その内周面に周方向に永久磁石７２が配列される。配列された永久磁石の外側には、円環板形状の磁性鋼板が軸線方向に積層されたリングヨーク７４が設けられている。入力側プラネタリギア６２と入力側リングギア７０は、僅かの隙間をあけて対向し、磁気結合する。４個の出力側プラネタリギア６４の周囲を囲むように機械式歯車である出力側リングギア７６が配置される。各出力側プラネタリギア６４と出力側リングギア７６は噛み合い、また出力側リングギア７６は出力軸７８に結合されている。
【００３３】
サンギア５４上の永久磁石５６、入力側プラネタリギア６２上の永久磁石６６、及び入力側リングギア７０上の永久磁石７２は、前述のようにそれぞれ周方向に極性が交互となるよう配置される。図６中、白抜きで表されているものが外周面がＳ極に着磁されているもの、二重斜線で表されているものが外周面がＮ極に着磁されているものである。また、プラネタリヨーク６８およびリングヨーク７４は、永久磁石６６，７２に係る磁気回路を形成する。
【００３４】
以上のように、減速機５０は、サンギア５４、プラネタリキャリア５８に支持されサンギア５４の周囲を自転すると共に公転するプラネタリギア６０と、サンギア５４と同軸に配置されプラネタリギア６０と磁気結合する入力側リングギア７０と、プラネタリギア６０と噛み合うもう一つのリングギアである出力側リングギア７６とからなる遊星歯車機構を有する。サンギア５４が入力軸５２に結合され、出力側リングギア７６が出力軸７８に結合される。プラネタリギア６０は、二つの歯車要素、すなわち入力側プラネタリギア６２と出力側プラネタリギア６４を有する。入力側プラネタリギア６２はサンギア５４および入力側リングギア７０と共に入力側の歯車列を構成し、出力側プラネタリギア６４は出力側リングギア７６と共に出力側の歯車列を構成する。入力側の歯車列は磁気式歯車で構成され、出力側の歯車列は機械式歯車で構成される。各歯車列の変速比により、入力軸５２は、出力軸７８より高速で回転する。したがって、入力側の歯車列は高速側の歯車列であり、出力側の歯車列は低速側の歯車列である。
【００３５】
減速機５０の減速比は、以下のようになる。各ギアの歯数（磁気式歯車にあっては永久磁石の個数）Ｚと、回転速度ｎを次のようにおく。
サンギア５４（Ｚs1，ｎs1）
入力側プラネタリギア６２（Ｚp1，ｎp1）
出力側プラネタリギア６４（Ｚp2，ｎp2）
プラネタリキャリア５８（ｎc）
入力側リングギア７０（Ｚr1，ｎr1）
出力側リングギア７６（Ｚr2，ｎr2）
【００３６】
伝達基本式は次のようになる。
Ｚs1×ｎs1＝Ｚs1×ｎc−Ｚp1×ｎp1
Ｚr1×ｎr1＝Ｚr1×ｎc−Ｚp1×ｎp1
Ｚr2×ｎr2＝Ｚr2×ｎc−Ｚp2×ｎp2
ｎp1＝ｎp2，ｎr1＝０
これより、サンギア５４、プラネタリギア６０、入力側リングギア７０、プラネタリキャリア５８、出力側リングギア７６の速度比は、下記の表のようになる。
【００３７】
【表２】
【００３８】
サンギア５４、入力側プラネタリギア６２、入力側リングギア７０、出力側プラネタリギア６４および出力側リングギア７６の半径比が、
１：２．５：６：１．３：４．８
となるように、各ギアの歯数Ｚを定めると、減速機５０の減速比は、２０となる。
【００３９】
前述の減速機１０，５０において、磁気式歯車は、対向する歯車のそれぞれに永久磁石を配置し、永久磁石間で作用する磁力により回転の伝達を行っている。これに対し、歯車対の一方の歯車を、リラクタンスの大きな部分と小さな部分を周方向に交互に配置することで、回転伝達を行うことも可能である。図７は、減速機５０の入力側リングギア７０を、リラクタンスの異なる部分を周方向に交互に配列した入力側リングギア８０に置き換えた構成例を示す図である。入力側リングギア８０は、内周に、周方向に配列された凹凸を形成することにより、リラクタンスの異なる部分を周方向に配列する構成を実現している。凸の部分（突極）８２がリラクタンスの大きな部分となり、これと永久磁石が相互作用する。内周に突極８２が配列された入力側リングギア８０は、内周に、周方向に凹凸が形成された円環板状の磁性鋼板を積層して作製することができる。サンギアとプラネタリギアは、図６に示すものと同一のものを使用することができ、このときの入力側リングギア８０の突極８２の数は、入力側リングギア７０の永久磁石７２の数と同じである。
【００４０】
図８は、モータ内蔵ホイール９０の概略構成を示す断面図である。モータ内蔵ホイールのホイール部９２は、リム９４とディスク９６を含む。ホイール部９２の内側に、電気モータ（以下、単にモータと記す。）９８と減速機１００が内蔵されている。減速機１００の構成は、例えば前述の減速機１０，５０の構成を採ることができ、図８において減速機１００は減速機１０と同じ構成のものが示されている。モータ９８と減速機１００は、共通のハウジング１０２に収められ、また、減速機１００の入力軸１０４がモータ９８の軸１０６と一体となっている。モータ軸１０６には、永久磁石が備えられたロータ１０８が結合され、さらにロータ１０８の周囲を囲んでステータ１１０が配置される。ステータ１１０は、ハウジング１０２に固定されている。減速機１００の出力軸１１２には、ハブ１１４が設けられており、ここにホイールのディスク９６が結合される。
【００４１】
減速機１００は、前述の減速機１０，５０の構成を採ることにより大きな減速比を得ることができ、このためモータ９８を高回転化し、小形化することができる。このとき、減速機の入力軸１０４も高回転となり、入力側の歯車列に属する各ギアは高速回転する。入力側の歯車列が機械式歯車で構成される場合、噛み合っている歯の歯面同士の摩擦により摩耗、発熱が生じる。摩耗、発熱を抑えるために潤滑を行う必要があるが、高速回転しているために潤滑油が十分に歯面に供給されない。これらの理由から、機械式歯車を用いた場合、モータの高回転化は制限される。磁気式歯車は、歯車同士が非接触であるため、また接触しても、接触面における滑りがないか、または微小であるため、機械式歯車に見られる摩擦に起因する問題が生じない。減速機１００において、磁気式歯車を採用することで、モータ９８をより高回転、小形なものとすることができる。
【００４２】
また、磁気式歯車は、対向する歯車同士は磁気結合しているので、この結合力を越えた力が作用すると、結合が切れる。つまり、歯車が滑る。しかし、モータ９８を高回転化するために大きな減速比が採用されており、高速側の歯車列にて伝達されるトルクは小さく、磁気式歯車であっても滑りが生じにくい。一方で、歯車同士が滑ることが可能なので、許容値を超える過大なトルクが入力した場合に、機械的な損傷を防止することができる。
【００４３】
一方、減速機１００の出力側の歯車列は、機械式歯車で構成される。出力側の歯車列は、低回転であり、伝達トルクが大きいことから、歯車同士のずれが生じない機械式歯車が採用される。回転速度が低いため、摩擦による問題は、大きなものとならない。
【００４４】
このように、高速側の歯車列に磁気式歯車、低速側の歯車列に機械式歯車を用いることにより、互いのデメリットを補いあって、より大きな減速比の速度変換機が実現できる。これにより、モータ内蔵ホイールにおいては、モータを小型化できる。インホイールモータの小形化は、多くのメリットをもたらす。ホイール内は、サスペンション部品、ブレーキ部品が配置されるが、モータの小形化によりこれらの部品を配置するためのより大きな空間を提供することができる。また、ばね下重量が軽減され、乗り心地の改善が期待できる。
【００４５】
図７においては、ハブ１１４、減速機１００およびモータ９８が一体となってホイール９２内に収められた車両の駆動装置が示されたが、モータ単独または減速機とモータを車体側に配置する構成を採ることも可能である。モータを単独で車体側に配置する場合には、モータ軸１０６と減速機の入力軸１０４を分離し、これらをユニバーサルジョイントまたは等速ジョイントとドライブシャフトにより連結する構成とすることができる。減速機とモータを車体側に配置する場合には、減速機の出力軸１１２と、ハブ１１４を分離し、これらをユニバーサルジョイント等とドライブシャフトにより連結する構成とすることができる。
【００４６】
以上は、一つのホイールに対し一つのモータを備えた車両の駆動装置であるが、一つのモータで複数のホイールを駆動することも可能である。図９は、二つのホイールを一つのモータで駆動する車両駆動装置１２０の概略構成を示す図である。モータ１２２と減速機１２４が一体とされ、減速機１２４の出力が差動装置を含む終減速機１２６を介して左右の駆動輪１２８に接続されている。一体となったモータ１２２と減速機１２４は、図７に示したモータ９８と減速機１００と同様の構成とすることができる。減速機１２４は、前述の減速機１０，５０と同様の構成とすることができ、入力側の歯車列が磁気式歯車、出力側の歯車が機械式歯車となっている。この構成により、大きな減速比を採用することが可能となり、モータの高回転化、小形化が達成される。
【符号の説明】
【００４７】
１０，５０，１００，１２４ 速度変換機（減速機）、１２，５２ 入力軸、１４，７８ 出力軸、２２，５８ プラネタリキャリア、２６，６０ プラネタリギア、２８，６２ 入力側プラネタリギア、３０，６４ 出力側プラネタリギア、３８，５４ サンギア、４２ リングギア、７０ 入力側リングギア、７６ 出力側リングギア。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊星歯車機構を用いた速度変換機、並びにこの速度変換機を用いたモータ内蔵ホイール及び車両駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力軸の回転速度を変換して出力軸に伝える速度変換機が知られている。入力軸の回転速度を減速して出力軸に伝えるものは減速機と呼ばれ、これとは逆に増速して出力軸に伝えるものが増速機と呼ばれる。このような速度変換機として、歯車を組み合わせた機構を用いたものが知られている。広く普及している歯車は、回転体の回転方向に沿って凹凸を配列して歯を形成し、対をなす歯車同士の歯を噛み合わせて、これらの歯車間で機械的な力により回転を伝達する。
【０００３】
一方、近年磁力を用いて回転を伝達する磁気式歯車と呼ばれる伝達機構が提案されている（下記特許文献１参照）。磁気式歯車は、回転体の回転方向に沿って永久磁石をＮ極Ｓ極交互に配列し、対となる回転体間における磁力による相互作用により回転を伝達する。以下において、従来の凹凸を設けた歯車により回転伝達を行う歯車を機械式歯車、磁力により回転を伝達する伝達機構を磁気式歯車と記して説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０６９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
速度変換比が大きい速度変換機が求められている。このような速度変換機では、高速で回転する部分と、低速で回転する部分がある。機械式歯車においては、歯の接触面間ですべりが生じており、潤滑が必要であり、また摩擦による発熱も生じる。特に、回転速度が高いと、十分な潤滑が困難となり、また発熱による損失が大きくなる。一方、磁気式歯車において、大きなトルクを伝えようとすると、磁力を強めるために永久磁石を大きくする、またはより強力な磁石を用いる必要があり、コスト増や、装置の大形化を招く。
【０００６】
本発明は、大きな速度変換比が実現可能である速度変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の速度変換機は、高速回転する歯車列を磁気式歯車で、低速回転する歯車列を機械式歯車で構成する。具体的には、第１軸に接続される高速側歯車列と、第１軸より低速で回転する第２軸に接続される低速側歯車列と、高速側歯車列と低速側歯車列の双方に属し、これらを接続するプラネタリ要素と、を有する遊星歯車速度変換機として構成する。そして、高速側歯車列を磁気式歯車にて構成し、低速側歯車列を機械式歯車で構成する。
【０００８】
高速側歯車列を、歯車が直接接触しない磁気式歯車で構成することにより、摩擦による摩耗、発熱を抑えることができる。また、高速側歯車列においては伝達すべきトルクは小さいので、小さい永久磁石を用いることができる。一方、低速側歯車列を、機械式歯車で構成することにより、大きなトルクの伝達が可能となる。また、回転速度が低いため、摩擦損失、発熱は許容できる程度となる。
【０００９】
さらに、具体化された態様として、前記高速側歯車列を、第１軸に結合されたサン要素と、キャリア要素に回転可能に支持される高速側プラネタリ要素と、を含むものとし、前記低速側歯車列を、前記キャリア要素に回転可能に支持される低速側プラネタリ要素と、固定されたリング要素と、を含むものとすることができる。キャリア要素に第２軸を結合することができる。高速側プラネタリ要素と低速側プラネタリ要素は、一体のプラネタリ要素を構成し、キャリア要素上に回転可能に支持されるようにできる。
【００１０】
さらに、具体化された他の態様として、前記高速側歯車列を、第１軸に結合されたサン要素と、キャリア要素に回転可能に支持される高速側プラネタリ要素と、固定された高速側リング要素と、を含むものとし、前記低速側歯車列を、前記キャリア要素に回転可能に支持される低速側プラネタリ要素と、低速側リング要素と、を含むものとすることができる。低速側リング要素を第２軸に結合することができる。高速側プラネタリ要素と低速側プラネタリ要素は、一体のプラネタリ要素を構成し、キャリア要素上に回転可能に支持されるようにできる。
【００１１】
本発明の遊星歯車速度変換機を減速機として用いてモータ内蔵ホイールを構成することができる。モータ内蔵ホイールは、車両のホイール内に収められた電動機（インホイールモータ）により当該ホイールを回転させ、車両の駆動輪を構成するものである。
【００１２】
ホイール内に、電動機と、遊星歯車速度変換機を収め、遊星歯車速度変換機の高速側の軸に電動機を結合し、低速側の軸にホイールを結合する。遊星歯車速度変換機の構成は、高速側歯車列と低速側歯車列とを有し、これらの歯車列は、双方の歯車列に属し、かつこれらの歯車列を接続するプラネタリ要素を有するものとし、高速側歯車列を磁気式歯車で構成し、低速側歯車列を機械式歯車で構成する。また、上述の具体化された二つの態様の遊星歯車速度変換機の構成を採用することもできる。
【００１３】
高速側歯車列を磁気式歯車で構成したことにより、電動機を高回転のものとすることができる。また、低速側歯車列は機械式歯車であるので許容トルクを大きくすることができる。
【００１４】
本発明の遊星歯車速度変換機を減速機として用いて車両の駆動装置を構成することができる。動力源として電動機を用い、これを遊星歯車速度変換機の高速側の軸に接続する。一方、遊星歯車速度変換機の低速側の軸は、駆動輪に接続される。この低速側の軸は、差動装置を介して左右の駆動輪に接続されるようにできる。
【００１５】
高速側歯車列を磁気式歯車で構成したことにより、電動機を高回転のものとすることができる。また、低速側歯車列は機械式歯車であるので許容トルクを大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、変速比が大きく、摩擦による損失が少なく、許容トルクの大きい速度変換機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る実施形態である速度変換機の回転軸線を含む概略断面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線による断面図である。
【図３】図１に示すＢ−Ｂ線による断面図である。
【図４】図１に示される速度変換機の骨格図である。
【図５】本発明に係る他の実施形態である速度変換機の骨格図である。
【図６】図５の速度変換機の軸直交概略断面図である。
【図７】入力側リングギアの他の例を示す図である。
【図８】本発明の他の態様に係る実施形態であるモータ内蔵ホイールの概略構成を示す断面図である。
【図９】本発明のさらに他の態様に係る実施形態である車両駆動装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の速度変換機１０の概略構成を示す断面図である。図２および図３は、図１に示すＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線による歯車列に係る断面図である。図４は、速度変換機１０の回転伝達に係る各要素を模式的に表す骨格図である。
【００１９】
速度変換機１０は、二つの軸１２，１４を有し、これらの軸の間で回転の伝達を行う。二つの軸１２，１４の間には、後述する歯車列が介在し、この歯車列の作用により軸１２は軸１４より高速で回転する。軸１２を入力軸、軸１４を出力軸とした場合、速度変換機１０は減速機として機能し、逆に軸１４を入力軸、軸１２を出力軸とした場合には、増速機として機能する。以下の説明においては、速度変換機１０を減速機として機能させた場合を例として説明するが、前記のように入出力軸を入れ替えることで増速機としても機能させることができ、速度変換機１０は、減速機としての使用に限定されるものではない。
【００２０】
減速機１０は、共通の軸線Ｌを有する入力軸１２と出力軸１４を有する。入力軸１２と出力軸の間には歯車列が介在し、減速機１０は、この歯車列を収容するハウジング１６を有する。入力軸１２は、ハウジング１６に軸受、特に玉軸受１８を介してその軸線回りに回転可能に支持される。出力軸１４も、ハウジング１６に軸受、特に玉軸受２０を介してその軸線回りに回転可能に支持される。出力軸１４には、プラネタリキャリア２２が結合され、これらは一体に出力軸１４の軸線回りに回転する。また、プラネタリキャリア２２は、入力軸１２に、軸受、特に玉軸受２４を介して回転可能に支持されている。プラネタリキャリア２２は、プラネタリギア２６を、軸線Ｌから所定の距離離れ、これと平行な軸線Ｍ回りに回転可能に支持している。プラネタリキャリア２２の入力軸１２に支持される部分と出力軸１４に支持される部分は、分離しているが、プラネタリギア２６により連結され、一体となって回転する。
【００２１】
プラネタリギア２６は、プラネタリキャリア２２の回転に伴って入出力軸の共通軸線Ｌ回りに公転し、またプラネタリギア２６自身の軸線Ｍの回りに自転可能である。プラネタリギアは、軸線Ｌの回りに４個が配置されている。プラネタリギア２６は、一つの軸上に、二つの径の異なる歯車要素を有する。減速機１０においては、入力軸１２側の歯車要素の径が大きく、出力軸１４側の歯車要素の径が小さい。減速機１０は、後述するように遊星歯車機構として構成され、特に、プラネタリギア２６がこの径の異なる二つの歯車要素を有すことで、いわゆるラビニヨ式遊星歯車機構が構成されている。プラネタリギア２６の入力軸１２側の歯車要素は、磁気式歯車からなる入力側プラネタリギア２８であり、出力軸１４側の歯車要素は、機械式歯車からなる出力側プラネタリギア３０である。
【００２２】
図２に示されるように、入力側プラネタリギア２８は、全体として円筒または円板形状を有し、その周囲に、周方向に沿って極性が交互になるように複数の永久磁石３２が配列されている。図において、永久磁石３２は、白抜きで表されているものが外周面がＳ極に着磁されているもの、二重斜線で表されているものが外周面がＮ極に着磁されているものである。永久磁石３２の内側には、円環薄板形状の磁性鋼板が軸線Ｍの方向に積層して形成されるプラネタリヨーク３４が設けられている。入力軸１２上にも永久磁石３６が周方向に沿って極性が交互となるように配列され、磁気式歯車であるサンギア３８が形成されている。サンギア３８の永久磁石３６についても、図２において、白抜き部分が外周面をＳ極に着磁されたもの、二重斜線で表されているものがＮ極に着磁されたものである。入力側プラネタリギア２８とサンギア３８のそれぞれの永久磁石３２、３６は、等しいピッチで配列されている。また、入力側プラネタリギア２８とサンギア３８は、わずかの隙間をもって対向しており、それぞれに配置される永久磁石３２、３６の間には、磁力による吸引力が作用している。
【００２３】
４個の入力側プラネタリギア２８の全体を囲むように、ハウジング１６の内側にハウジングヨーク４０が設けられている。ハウジングヨーク４０は、円環薄板形状の磁性鋼板を共通軸線Ｌの方向に積層して構成される。一つの永久磁石３２から延びる磁束は、ハウジングヨーク４０を通り、別の永久磁石３２を貫き、プラネタリヨーク３４を通って元の永久磁石に戻る。このように、プラネタリヨーク３４およびハウジングヨーク４０は、永久磁石３２に係る磁気回路を形成する。
【００２４】
出力側プラネタリギア３０は前述のように機械式歯車により構成されている。４個の出力側プラネタリギア３０全体を囲んでハウジング１６の内側に機械式歯車であるリングギア４２が配置されている。各出力側プラネタリギア３０とリングギア４２は噛み合っている。
【００２５】
入力軸１２が回転すると、サンギア３８と入力側プラネタリギア３０の磁気結合により、回転が伝わり、プラネタリギア２６が自転する。プラネタリギア２６が自転すると、出力側プラネタリギア３０がハウジング１６に固定されたリングギア４２に噛み合っているため、プラネタリギア２６の公転運動が生じ、これによりプラネタリキャリア２２が回転する。プラネタリキャリア２２は、出力軸１４に結合されているので、出力軸１４も回転する。このようにして、入力軸１２から出力軸１４に回転が伝達される。
【００２６】
以上のように、減速機１０は、サンギア３８と、プラネタリキャリア２２に支持されサンギア３８の周囲を自転すると共に公転するプラネタリギア２６と、サンギア３８に同軸配置されプラネタリギア２６と噛み合うリングギア４２からなる遊星歯車機構を有する。サンギア３８が入力軸１２に結合され、プラネタリキャリア２２が出力軸１４に結合される。プラネタリギア２６は、二つの歯車要素、すなわち入力側プラネタリギア２８と出力側プラネタリギア３０を有する。入力側プラネタリギア２８はサンギア３８と共に入力側の歯車列を構成し、出力側プラネタリギア３０はリングギア４２と共に出力側の歯車列を構成する。入力側の歯車列は磁気式歯車で構成され、出力側の歯車列は機械式歯車で構成される。各歯車列の変速比により、入力軸１２は、出力軸１４より高速で回転する。したがって、入力側の歯車列は高速側の歯車列であり、出力側の歯車列は低速側の歯車列である。
【００２７】
減速機１０の減速比は、以下のようになる。各ギアの歯数（磁気式歯車にあっては永久磁石の個数）Ｚと、回転速度ｎを次のようにおく。
サンギア３８（Ｚs1，ｎs1）
入力側プラネタリギア２８（Ｚp1，ｎp1）
出力側プラネタリギア３０（Ｚp2，ｎp2）
プラネタリキャリア２２（ｎc）
リングギア４２（Ｚr2，ｎr2）
【００２８】
伝達基本式は次のようになる。
Ｚs1×ｎs1＝Ｚs1×ｎc−Ｚp1×ｎp1
Ｚr2×ｎr2＝Ｚr2×ｎc−Ｚp2×ｎp2
ｎp1＝ｎp2，ｎr2＝０
これより、サンギア３８、プラネタリギア２６、リングギア４２、プラネタリキャリア２２の速度比は、下記の表のようになる。
【００２９】
【表１】
【００３０】
サンギア３８、入力側プラネタリギア２８、出力側プラネタリギア３０およびリングギア４２の半径比が、
１：２．４：０．４８：３．８８
となるように、各ギアの歯数Ｚを定めると、減速機１０の減速比は、２０．４となる。
【００３１】
図５は、他の実施形態の速度変換機または減速機５０の構成を示す骨格図であり、図６は入力側の歯車列の軸直交断面図である。減速機５０のより詳細な構造は、図１を参照することにより当業者とって容易に理解できるものであり、減速機５０の回転軸線を含む断面図は省略する。
【００３２】
入力軸５２上に、磁気式歯車であるサンギア５４が設けられている。サンギア５４は、円筒または円板形状であり、その外周に周方向に沿って、極性が交互となるよう複数の永久磁石５６が配列される。入力軸５２の軸線回りに回転可能にプラネタリキャリア５８が支持されている。さらに、プラネタリキャリア５８上に、回転可能に４個のプラネタリギア６０が支持されている。プラネタリギア６０は磁気式歯車である入力側プラネタリギア６２と、機械式歯車である出力側プラネタリギア６４を有する。入力側および出力側プラネタリギア６２，６４は、一体となって公転および自転する。入力側プラネタリギア６２は円筒または円板形状であり、その外周に方向に沿って、極性が交互となるように複数の永久磁石６６が配列され、磁気式歯車として構成される。永久磁石６６の内側には、円環板状の磁性鋼板が軸線方向に積層されたプラネタリヨーク６８が設けられている。個々の入力側プラネタリギア６２は、サンギア５４に僅かの隙間をあけて対向し、これと磁気結合する。４個の入力側プラネタリギア６２の周囲を囲うように磁気式歯車の入力側リングギア７０が固定的に配置される。入力側リングギア７０は、図６に示すように４個の入力側プラネタリギア６２の周囲を囲む円環形状であって、その内周面に周方向に永久磁石７２が配列される。配列された永久磁石の外側には、円環板形状の磁性鋼板が軸線方向に積層されたリングヨーク７４が設けられている。入力側プラネタリギア６２と入力側リングギア７０は、僅かの隙間をあけて対向し、磁気結合する。４個の出力側プラネタリギア６４の周囲を囲むように機械式歯車である出力側リングギア７６が配置される。各出力側プラネタリギア６４と出力側リングギア７６は噛み合い、また出力側リングギア７６は出力軸７８に結合されている。
【００３３】
サンギア５４上の永久磁石５６、入力側プラネタリギア６２上の永久磁石６６、及び入力側リングギア７０上の永久磁石７２は、前述のようにそれぞれ周方向に極性が交互となるよう配置される。図６中、白抜きで表されているものが外周面がＳ極に着磁されているもの、二重斜線で表されているものが外周面がＮ極に着磁されているものである。また、プラネタリヨーク６８およびリングヨーク７４は、永久磁石６６，７２に係る磁気回路を形成する。
【００３４】
以上のように、減速機５０は、サンギア５４、プラネタリキャリア５８に支持されサンギア５４の周囲を自転すると共に公転するプラネタリギア６０と、サンギア５４と同軸に配置されプラネタリギア６０と磁気結合する入力側リングギア７０と、プラネタリギア６０と噛み合うもう一つのリングギアである出力側リングギア７６とからなる遊星歯車機構を有する。サンギア５４が入力軸５２に結合され、出力側リングギア７６が出力軸７８に結合される。プラネタリギア６０は、二つの歯車要素、すなわち入力側プラネタリギア６２と出力側プラネタリギア６４を有する。入力側プラネタリギア６２はサンギア５４および入力側リングギア７０と共に入力側の歯車列を構成し、出力側プラネタリギア６４は出力側リングギア７６と共に出力側の歯車列を構成する。入力側の歯車列は磁気式歯車で構成され、出力側の歯車列は機械式歯車で構成される。各歯車列の変速比により、入力軸５２は、出力軸７８より高速で回転する。したがって、入力側の歯車列は高速側の歯車列であり、出力側の歯車列は低速側の歯車列である。
【００３５】
減速機５０の減速比は、以下のようになる。各ギアの歯数（磁気式歯車にあっては永久磁石の個数）Ｚと、回転速度ｎを次のようにおく。
サンギア５４（Ｚs1，ｎs1）
入力側プラネタリギア６２（Ｚp1，ｎp1）
出力側プラネタリギア６４（Ｚp2，ｎp2）
プラネタリキャリア５８（ｎc）
入力側リングギア７０（Ｚr1，ｎr1）
出力側リングギア７６（Ｚr2，ｎr2）
【００３６】
伝達基本式は次のようになる。
Ｚs1×ｎs1＝Ｚs1×ｎc−Ｚp1×ｎp1
Ｚr1×ｎr1＝Ｚr1×ｎc−Ｚp1×ｎp1
Ｚr2×ｎr2＝Ｚr2×ｎc−Ｚp2×ｎp2
ｎp1＝ｎp2，ｎr1＝０
これより、サンギア５４、プラネタリギア６０、入力側リングギア７０、プラネタリキャリア５８、出力側リングギア７６の速度比は、下記の表のようになる。
【００３７】
【表２】
【００３８】
サンギア５４、入力側プラネタリギア６２、入力側リングギア７０、出力側プラネタリギア６４および出力側リングギア７６の半径比が、
１：２．５：６：１．３：４．８
となるように、各ギアの歯数Ｚを定めると、減速機５０の減速比は、２０となる。
【００３９】
前述の減速機１０，５０において、磁気式歯車は、対向する歯車のそれぞれに永久磁石を配置し、永久磁石間で作用する磁力により回転の伝達を行っている。これに対し、歯車対の一方の歯車を、リラクタンスの大きな部分と小さな部分を周方向に交互に配置することで、回転伝達を行うことも可能である。図７は、減速機５０の入力側リングギア７０を、リラクタンスの異なる部分を周方向に交互に配列した入力側リングギア８０に置き換えた構成例を示す図である。入力側リングギア８０は、内周に、周方向に配列された凹凸を形成することにより、リラクタンスの異なる部分を周方向に配列する構成を実現している。凸の部分（突極）８２がリラクタンスの大きな部分となり、これと永久磁石が相互作用する。内周に突極８２が配列された入力側リングギア８０は、内周に、周方向に凹凸が形成された円環板状の磁性鋼板を積層して作製することができる。サンギアとプラネタリギアは、図６に示すものと同一のものを使用することができ、このときの入力側リングギア８０の突極８２の数は、入力側リングギア７０の永久磁石７２の数と同じである。
【００４０】
図８は、モータ内蔵ホイール９０の概略構成を示す断面図である。モータ内蔵ホイールのホイール部９２は、リム９４とディスク９６を含む。ホイール部９２の内側に、電気モータ（以下、単にモータと記す。）９８と減速機１００が内蔵されている。減速機１００の構成は、例えば前述の減速機１０，５０の構成を採ることができ、図８において減速機１００は減速機１０と同じ構成のものが示されている。モータ９８と減速機１００は、共通のハウジング１０２に収められ、また、減速機１００の入力軸１０４がモータ９８の軸１０６と一体となっている。モータ軸１０６には、永久磁石が備えられたロータ１０８が結合され、さらにロータ１０８の周囲を囲んでステータ１１０が配置される。ステータ１１０は、ハウジング１０２に固定されている。減速機１００の出力軸１１２には、ハブ１１４が設けられており、ここにホイールのディスク９６が結合される。
【００４１】
減速機１００は、前述の減速機１０，５０の構成を採ることにより大きな減速比を得ることができ、このためモータ９８を高回転化し、小形化することができる。このとき、減速機の入力軸１０４も高回転となり、入力側の歯車列に属する各ギアは高速回転する。入力側の歯車列が機械式歯車で構成される場合、噛み合っている歯の歯面同士の摩擦により摩耗、発熱が生じる。摩耗、発熱を抑えるために潤滑を行う必要があるが、高速回転しているために潤滑油が十分に歯面に供給されない。これらの理由から、機械式歯車を用いた場合、モータの高回転化は制限される。磁気式歯車は、歯車同士が非接触であるため、また接触しても、接触面における滑りがないか、または微小であるため、機械式歯車に見られる摩擦に起因する問題が生じない。減速機１００において、磁気式歯車を採用することで、モータ９８をより高回転、小形なものとすることができる。
【００４２】
また、磁気式歯車は、対向する歯車同士は磁気結合しているので、この結合力を越えた力が作用すると、結合が切れる。つまり、歯車が滑る。しかし、モータ９８を高回転化するために大きな減速比が採用されており、高速側の歯車列にて伝達されるトルクは小さく、磁気式歯車であっても滑りが生じにくい。一方で、歯車同士が滑ることが可能なので、許容値を超える過大なトルクが入力した場合に、機械的な損傷を防止することができる。
【００４３】
一方、減速機１００の出力側の歯車列は、機械式歯車で構成される。出力側の歯車列は、低回転であり、伝達トルクが大きいことから、歯車同士のずれが生じない機械式歯車が採用される。回転速度が低いため、摩擦による問題は、大きなものとならない。
【００４４】
このように、高速側の歯車列に磁気式歯車、低速側の歯車列に機械式歯車を用いることにより、互いのデメリットを補いあって、より大きな減速比の速度変換機が実現できる。これにより、モータ内蔵ホイールにおいては、モータを小型化できる。インホイールモータの小形化は、多くのメリットをもたらす。ホイール内は、サスペンション部品、ブレーキ部品が配置されるが、モータの小形化によりこれらの部品を配置するためのより大きな空間を提供することができる。また、ばね下重量が軽減され、乗り心地の改善が期待できる。
【００４５】
図７においては、ハブ１１４、減速機１００およびモータ９８が一体となってホイール９２内に収められた車両の駆動装置が示されたが、モータ単独または減速機とモータを車体側に配置する構成を採ることも可能である。モータを単独で車体側に配置する場合には、モータ軸１０６と減速機の入力軸１０４を分離し、これらをユニバーサルジョイントまたは等速ジョイントとドライブシャフトにより連結する構成とすることができる。減速機とモータを車体側に配置する場合には、減速機の出力軸１１２と、ハブ１１４を分離し、これらをユニバーサルジョイント等とドライブシャフトにより連結する構成とすることができる。
【００４６】
以上は、一つのホイールに対し一つのモータを備えた車両の駆動装置であるが、一つのモータで複数のホイールを駆動することも可能である。図９は、二つのホイールを一つのモータで駆動する車両駆動装置１２０の概略構成を示す図である。モータ１２２と減速機１２４が一体とされ、減速機１２４の出力が差動装置を含む終減速機１２６を介して左右の駆動輪１２８に接続されている。一体となったモータ１２２と減速機１２４は、図７に示したモータ９８と減速機１００と同様の構成とすることができる。減速機１２４は、前述の減速機１０，５０と同様の構成とすることができ、入力側の歯車列が磁気式歯車、出力側の歯車が機械式歯車となっている。この構成により、大きな減速比を採用することが可能となり、モータの高回転化、小形化が達成される。
【符号の説明】
【００４７】
１０，５０，１００，１２４ 速度変換機（減速機）、１２，５２ 入力軸、１４，７８ 出力軸、２２，５８ プラネタリキャリア、２６，６０ プラネタリギア、２８，６２ 入力側プラネタリギア、３０，６４ 出力側プラネタリギア、３８，５４ サンギア、４２ リングギア、７０ 入力側リングギア、７６ 出力側リングギア。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸に接続される高速側歯車列と、
第１軸より低速で回転する第２軸に接続される低速側歯車列と、
高速側歯車列と低速側歯車列の双方に属し、これらを接続するプラネタリ要素と、
を有する、遊星歯車速度変換機であって、
高速側歯車列は磁気式歯車で構成され、低速側歯車列は機械式歯車で構成される、
遊星歯車速度変換機。
【請求項２】
請求項１に記載の遊星歯車速度変換機であって、
高速側歯車列は、第１軸に結合されたサン要素と、前記プラネタリ要素に属し、キャリア要素に回転可能に支持される高速側プラネタリ要素と、を含み、
低速側歯車列は、前記プラネタリ要素に属し、前記キャリア要素に、高速側プラネタリ要素と一体に回転可能に支持される低速側プラネタリ要素と、固定されたリング要素と、を含み、
前記キャリア要素が第２軸に結合される、
遊星歯車速度変換機。
【請求項３】
請求項１に記載の遊星歯車速度変換機であって、
高速側歯車列は、第１軸に結合されたサン要素と、前記プラネタリ要素に属し、キャリア要素に回転可能に支持される高速側プラネタリ要素と、固定された高速側リング要素と、を含み、
低速側歯車列は、前記プラネタリ要素に属し、前記キャリア要素に、高速側プラネタリ要素と一体に回転可能に支持される低速側プラネタリ要素と、低速側リング要素と、を含み、
前記低速側リング要素が第２軸に結合される、
遊星歯車速度変換機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載された遊星歯車速度変換機と、
前記遊星歯車速度変換機の第１軸に結合されたモータと、
前記遊星歯車速度変換機と前記モータとを中に収め、前記遊星歯車速度変換機の第２軸に結合されたホイールと、
を有するモータ内蔵ホイール。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載された遊星歯車速度変換機と、
前記遊星歯車速度変換機の第１軸に接続されたモータと、
前記遊星歯車速度変換機の第２軸に接続された駆動輪と、
を有し、モータの出力を駆動輪に伝え車両を駆動する車両駆動装置。
【請求項１】
第１軸に接続される高速側歯車列と、
第１軸より低速で回転する第２軸に接続される低速側歯車列と、
高速側歯車列と低速側歯車列の双方に属し、これらを接続するプラネタリ要素と、
を有する、遊星歯車速度変換機であって、
高速側歯車列は磁気式歯車で構成され、低速側歯車列は機械式歯車で構成される、
遊星歯車速度変換機。
【請求項２】
請求項１に記載の遊星歯車速度変換機であって、
高速側歯車列は、第１軸に結合されたサン要素と、前記プラネタリ要素に属し、キャリア要素に回転可能に支持される高速側プラネタリ要素と、を含み、
低速側歯車列は、前記プラネタリ要素に属し、前記キャリア要素に、高速側プラネタリ要素と一体に回転可能に支持される低速側プラネタリ要素と、固定されたリング要素と、を含み、
前記キャリア要素が第２軸に結合される、
遊星歯車速度変換機。
【請求項３】
請求項１に記載の遊星歯車速度変換機であって、
高速側歯車列は、第１軸に結合されたサン要素と、前記プラネタリ要素に属し、キャリア要素に回転可能に支持される高速側プラネタリ要素と、固定された高速側リング要素と、を含み、
低速側歯車列は、前記プラネタリ要素に属し、前記キャリア要素に、高速側プラネタリ要素と一体に回転可能に支持される低速側プラネタリ要素と、低速側リング要素と、を含み、
前記低速側リング要素が第２軸に結合される、
遊星歯車速度変換機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載された遊星歯車速度変換機と、
前記遊星歯車速度変換機の第１軸に結合されたモータと、
前記遊星歯車速度変換機と前記モータとを中に収め、前記遊星歯車速度変換機の第２軸に結合されたホイールと、
を有するモータ内蔵ホイール。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載された遊星歯車速度変換機と、
前記遊星歯車速度変換機の第１軸に接続されたモータと、
前記遊星歯車速度変換機の第２軸に接続された駆動輪と、
を有し、モータの出力を駆動輪に伝え車両を駆動する車両駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１６３１８６（Ｐ２０１２−１６３１８６Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５６９２（Ｐ２０１１−２５６９２）
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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