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CN108292880A - 轮内电动机驱动装置 - Google Patents

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CN108292880A
CN108292880A CN201680043280.1A CN201680043280A CN108292880A CN 108292880 A CN108292880 A CN 108292880A CN 201680043280 A CN201680043280 A CN 201680043280A CN 108292880 A CN108292880 A CN 108292880A
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China
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bearing
wheel
gear
jackshaft
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田村四郎
铃木稔
太向真也
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
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Abstract

在轮内电动机驱动装置(21)的中间轴(S1)设置有大齿轮(31)以及小齿轮(32)，并且在输出轴(36)设置有与中间轴(S1)的小齿轮(32)啮合的最终输出齿轮(35)。通过轴承(48、49)分别支承输出轴(36)的内盘侧和外盘侧，在支承输出轴(36)的内盘侧的轴承(48)与输出轴(36)的最终输出齿轮(35)之间配置有中间轴(S1)的大齿轮(31)。在从轴向观察时，将轴承(48)以及大齿轮(31)配置为，中间轴(S1)的大齿轮(31)的齿顶圆与支承输出轴(36)的内盘侧的轴承(48)的外径圆具有交点。

Description

轮内电动机驱动装置
技术领域
本发明涉及例如通过减速器连结电动机和车轮用轴承的轮内电动机驱动装置。
背景技术
轮内电动机驱动装置搭载于轮圈的内部，因此该驱动装置的重量增加会导致车辆的非簧载质量的增加。非簧载质量的增加使行驶稳定性、NVH特性恶化，因此该驱动装置的小型化、轻量化非常重要。电动机的输出转矩与电动机尺寸以及重量成比例，因此当通过电动机单体来产生车辆的驱动所需的转矩时，需要大型的电动机。因此，在轮内电动机驱动装置中，将电动机的旋转经由减速机构向轮圈传递，从而实现了电动机的小型化。
然而，配置于车辆的轮圈内的轮内电动机驱动装置例如如专利文献1(日本特开2015-214273号公报)所公开那样与下臂等悬架装置连结。因此，在车辆的轮圈内，除轮内电动机驱动装置以外还需要确保悬架装置的设置空间。另外，虽然省略图示，但在轮圈内还配置有制动钳，因此还需要确保该制动钳的设置空间。因此，对于轮内电动机驱动装置，期望极力缩小其径向尺寸。
为了应对该要求，即使牺牲轴向(车宽方向)的尺寸而削减径向的尺寸，也由于轴向尺寸增加而使轮内电动机驱动装置从轮圈向内盘侧伸出的伸出量变大，因此在车辆转向时、上下运动时，存在与车身、轮内电动机驱动装置干涉的可能性。
作为削减轮内电动机驱动装置的轴向以及径向的尺寸的结构的一例，例如在专利文献2(日本特开2012-214202号公报)中公开了将减速器与轮圈中心同轴地配置、并且将减速器与电动机配置于同一径向剖面上的手法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-147177号公报
专利文献2：日本特开2012-214202号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献2中，将电动机的输出经由惰轮向配置在电动机的外径侧的减速器(行星齿轮)传递。因此，即使能够使轮内电动机驱动装置小型化，但与惰轮相应地部件数量增加而使重量加重，NVH特性降低。像这样，在研究轮内电动机驱动装置的小型化的情况下，通常作为折衷会产生另外的新的课题。因此，需要充分地进行研究，以使新的课题带来的影响为最小程度。
鉴于以上的验证，本发明的目的在于使轮内电动机驱动装置的径向的尺寸小型化。
用于解决课题的手段
作为用于实现上述目的技术手段，本发明涉及一种轮内电动机驱动装置，其具备电动机部、车轮用轴承部以及减速器部，该减速器部由具有输入轴、中间轴以及输出轴的平行轴齿轮机构构成，将被输入至输入轴的电动机部的输出转矩经由中间轴以及输出轴而向车轮用轴承部传递，在中间轴设置有大齿轮以及小齿轮，并且在输出轴设置有与中间轴的所述小齿轮啮合的最终输出齿轮，分别通过轴承支承输出轴的内盘侧和外盘侧，其特征在于，在支承所述输出轴的内盘侧的轴承与输出轴的最终输出齿轮之间配置有中间轴的大齿轮，在从轴向观察时，中间轴的大齿轮的齿顶圆与支承输出轴的内盘侧的所述轴承的外径圆具有交点。
根据以上的结构，能够增大中间轴的大齿轮的径向尺寸。因此，能够确保所需的减速比，并且将各齿轮有效地收纳于外壳内的空间，因此能够减小轮内电动机驱动装置的径向尺寸。通过采用该结构，虽然存在轮内电动机驱动装置的组装作业性降低的情况，但该问题能够通过改进夹具等对策而容易地消除。另外，不会对轮内电动机驱动装置的功能、性能带来任何负面影响。
并且，优选为，分别通过轴承支承中间轴的内盘侧和外盘侧，在支承所述中间轴的外盘侧的轴承与中间轴的大齿轮之间配置有输出轴的最终输出齿轮，在从轴向观察时，输出轴的最终输出齿轮的齿顶圆与支承中间轴的外盘侧的所述轴承的外径圆具有交点。由此，能够增大最终输出齿轮的径向尺寸，得到与上述同样的效果。
发明效果
根据本发明，能够使轮内电动机驱动装置的径向的尺寸小型化。因此，能够在轮圈内充分确保悬架臂、制动钳等的收容空间。因此，在向电动机动车等搭载轮内电动机驱动装置时，能够应用现有的悬架装置、制动装置，能够使开发成本低廉化。
附图说明
图1是在图2中的P-P线处向视观察轮内电动机驱动装置时的纵剖视图。
图2是在图1中的Q-Q线处向视观察轮内电动机驱动装置时的横剖视图。
图3是在图1中的R-R线处向视观察轮内电动机驱动装置时的横剖视图。
图4是示出作为比较例的轮内电动机驱动装置的纵剖视图。
图5是示出轮内电动机驱动装置的组装工序的纵剖视图。
图6是搭载了轮内电动机驱动装置的电动机动车的概要结构的俯视图。
图7是示出图6的电动机动车的后侧剖视图。
具体实施方式
根据附图对本发明所涉及的轮内电动机驱动装置的实施方式进行详细说明。
图6是搭载了轮内电动机驱动装置21的电动机动车11的概要俯视图，图7是从后方观察电动机动车11时的概要剖视图。
如图6所示，电动机动车11具备底盘12、作为转向轮的前轮13、作为驱动轮的后轮14、向后轮14传递驱动力的轮内电动机驱动装置21。如图7所示，后轮14收容于底盘12的轮罩15的内部，经由悬架装置(悬架)16而固定于底盘12的下部。
悬架装置16通过左右延伸的悬架臂支承后轮14，并且通过包括螺旋弹簧与减震器的支承件，吸收后轮14从地面受到的振动从而抑制底盘12的振动。在左右的悬架臂的连结部分设置有抑制转弯时等的车身的倾斜的稳定器。为了提高对于路面的凹凸的随动性，将后轮14的驱动力高效地向路面传递，因此悬架装置16采用能够使左右的车轮独立地上下运动的独立悬架式。
电动机动车11在轮罩15的内部设置有分别驱动左右的后轮14的轮内电动机驱动装置21，从而无需在底盘12上设置电动机，驱动轴以及差动齿轮机构等，因此具有能够将客厢空间确保为较大，并且能够分别控制左右的后轮14的旋转的优点。
在对该实施方式的特征结构进行说明之前，根据图1～图3对轮内电动机驱动装置21的整体结构进行说明。在以下的说明中，在将轮内电动机驱动装置21搭载于车辆的状态下，将成为靠近车辆的车宽方向的外侧的一侧称作外盘侧，将成为靠近中央的一侧称作内盘侧。
图1是在图2的P-P线处向视观察时的轮内电动机驱动装置的纵剖视图，图2是在图1的Q-Q线处向视观察时的轮内电动机驱动装置的横剖视图，图3是在图1的R-R线处向视观察时的轮内电动机驱动装置的横剖视图。
如图1所示，轮内电动机驱动装置21具备：产生驱动力的电动机部A、将电动机部A的旋转减速并输出的减速器部B、以及将来自减速器部B的输出向作为驱动轮的后轮14传递的车轮用轴承部C。电动机部A、减速器部B以及车轮用轴承部C分别收容于外壳22。考虑到组装电动机部A、减速器部B或者车轮用轴承部C时的作业性，外壳22设为能够分割的结构(参照图5)。
电动机部A由径向间隙型的电动机26构成，该电动机26包括：固定于外壳22的定子23、在定子23的径向内侧与定子23a隔着间隙而对置配置的转子24、以及配置于转子24的径向内侧且与转子24一体旋转的电动机旋转轴25。电动机旋转轴25能够以每分钟一万几千转左右高速旋转。定子23通过向磁性体芯卷绕线圈而构成，转子24由永磁铁等构成。
电动机旋转轴25的轴向一侧端部(图1的右侧)被滚动轴承40支承为相对于外壳22旋转自如，轴向另一侧端部(图1的左侧)被滚动轴承41支承为相对于外壳22旋转自如。
减速器部B具有输入齿轮30、作为中间齿轮的输入侧中间齿轮31(大齿轮)以及输出侧中间齿轮32(小齿轮)、以及最终输出齿轮35。输入齿轮30与输入轴30a一体地形成，该输入轴30a通过花键嵌合(包括锯齿嵌合。以下，相同)与电动机旋转轴25同轴地连结。具备输入侧中间齿轮31以及输出侧中间齿轮32的中间轴S1与两中间齿轮31、32一体地形成。具备最终输出齿轮35的输出轴36与最终输出齿轮35一体地形成。可以通过与对应的轴独立的构件形成各齿轮30、31、32、35中的任一个或者两个以上，并通过花键嵌合等使其与该轴结合。
输入轴30a、中间轴S1以及输出轴36相互平行地配置。在输入轴30a的输入齿轮30的轴向两侧配置有滚动轴承42、43，通过该滚动轴承42、43将输入轴30a支承为相对于外壳22旋转自如。对于中间轴S1，在将输入侧中间齿轮31配置在内盘侧、将输出侧中间齿轮32配置在外盘侧的状态下，被两个滚动轴承44、45支承为相对于外壳22旋转自如。另外，在输出轴36的最终输出齿轮35的轴向两侧配置有滚动轴承48、49，通过该滚动轴承48、49将输出轴36支持为相对于外壳22旋转自如。作为以上所述的各滚动轴承40～45、48、49，使用能够承受径向负载和推力负载双方的轴承、例如深沟球轴承。
在支承中间轴S1的内盘侧以及外盘侧的轴承44、45中，成为内盘侧的输入侧中间齿轮31侧的滚动轴承44的直径比另一方的滚动轴承45大。内盘侧的滚动轴承44的内径尺寸比外盘侧的滚动轴承45的外径尺寸大。另外，在支承输出轴36的内盘侧以及外盘侧的轴承48、49中，成为外盘侧的最终输出齿轮35侧的滚动轴承49的直径比另一方的滚动轴承48大。外盘侧的滚动轴承49的内径尺寸比内盘侧的滚动轴承48的外径尺寸小，外盘侧的滚动轴承49的外径尺寸比后述的车轮用轴承部C的外圈53的外径尺寸大。
如图2以及图3所示，在减速器部B的输入轴30a的中心O1(也是电动机旋转轴25的中心)与车轮用轴承部C的中心O3之间配置有中间轴S1的中心2。通过将各中心O1、O2以及O3配置为连结各中心的直线呈三角形，从而实现了轮内电动机驱动装置21的外周轮廓的小型化。由此，能够将轮内电动机驱动装置21安装于现有的内燃机的后轮的轮圈70内。电动机部A的外径尺寸(图3中用单点划线表示)设定为，从轴向观察时，电动机部A与支承输出轴36的外盘侧的滚动轴承48重叠。
图2是在图1的Q-Q线处向视观察、即从外盘侧观察时的横剖视图，支承输出轴36的外盘侧的滚动轴承49配置于最终输出齿轮35的内径侧凹部47。支承输出轴36的外盘侧的滚动轴承49与支承中间轴S1的外盘侧的滚动轴承45双方的轴承宽度配置在轴向上不重叠的位置。另外，图3是在图1的R-R线处向视观察、即从内盘侧观察时的横剖视图，支承中间轴S1的内盘侧的滚动轴承44配置于输入侧中间齿轮31的内径侧凹部33。
如图1所示，在减速器部B中，输入齿轮30与输入侧中间齿轮31啮合，输出侧中间齿轮32与最终输出齿轮35啮合。输入侧中间齿轮31的齿数比输入齿轮30以及输出侧中间齿轮32的齿数多，最终输出齿轮35的齿数比输出侧中间齿轮32的齿数多。根据以上的结构，构成对电动机旋转轴25的旋转运动两阶段进行减速的平行轴齿轮减速器39。
在本实施方式中，作为构成平行轴齿轮减速器39的输入齿轮30、输入侧中间齿轮31、输出侧中间齿轮32以及最终输出齿轮35，使用斜齿轮。对于斜齿轮，同时啮合的齿数增加，齿接触被分散，因此在声音小、转矩变动少这一点上有利。考虑到齿轮的啮合率、极限的转数等，优选各齿轮的模数设定为1～3左右。
车轮用轴承部C由内圈旋转式的车轮用轴承50构成。车轮用轴承50是主要包括：由轴环60和内圈52构成的内侧构件61、外圈53、滚珠56以及保持器(省略图示)的双列角接触球轴承。在轴环60的外盘侧的外周形成有车轮安装用的凸缘部60a。将内圈52嵌合于轴环60的内盘侧的小径台阶部，之后，轴环60的内盘侧端部被敛缝。敛缝部60b具有在车轮用轴承50的组装后进行内圈52的轴向上的定位并且对车轮用轴承50施加预压的功能。在轴环60的外周形成有外盘侧的内侧轨道面54，在内圈52的外周形成有内盘侧的内侧轨道面54。虽然省略图示，但在车轮安装用的凸缘部60a安装有制动盘以及轮圈。
在外圈53的内周，与轴环60的内侧轨道面54以及内圈52的内侧轨道面54对应地形成有多列外侧轨道面55。在外圈53的外周形成有凸缘部，该凸缘部经由附属件46通过螺栓71紧固固定于外壳22。另外，外圈53通过螺栓紧固固定于向悬架装置安装的安装部72。输出轴36与轴环60的内周花键嵌合，以能够传递转矩的方式与轴环60连结。
在轮内电动机驱动装置21中，为了电动机26的冷却、减速器39的润滑以及冷却，通过未图示的旋转泵向各部供给润滑油。车轮用轴承50的轴承内部被润滑脂润滑。
轮内电动机驱动装置21收纳于轮罩15(参照图6)的内部，成为非簧载质量，因此必须小型轻量化。通过将上述结构的平行轴齿轮减速器39与电动机26组合，能够使用低转矩且高旋转型的小型电动机26。例如，在使用减速比为11的平行轴齿轮减速器39的情况下，通过使用每分钟一万几千转左右的高速旋转的电动机26，能够使电动机26小型化。由此，能够实现小型的轮内电动机驱动装置21，从而能够抑制非簧载质量得到行驶稳定性以及NVH特性优异的电动机动车11。
本实施方式的轮内电动机驱动装置21的整体结构如上所述。接下来对特征结构进行说明。
如图1所示，在本实施方式的轮内电动机驱动装置21中，中间轴S1的输入侧齿轮31(大齿轮)配置在滚动轴承48与输出轴36的最终输出齿轮35之间，该滚动轴承48配置在输出轴36的内盘侧。另外，在从轴向观察时，如图3所示，中间轴S1的输入侧中间齿轮31的齿顶圆X1与支承输出轴36的内盘侧的轴承48的外径圆Y1(用单点划线表示)具有两个交点。
此外，输出轴36的最终输出齿轮35配置在支承中间轴S1的外盘侧的滚动轴承45与中间轴S1的输入侧中间齿轮(大齿轮)31之间。在从轴向观察时，如图2所示，最终输出齿轮35的齿顶圆X2与支承中间轴S1的外盘侧的轴承45的外径圆Y2(用单点划线表示)具有两个交点。
需要说明的是，如图2所示，中间轴S1的输入侧中间齿轮31的齿顶圆X1与支承输出轴36的外盘侧的轴承49的外径圆Y3在从轴向观察时也具有两个交点。另外，如图3所示，最终输出齿轮的齿顶圆X2与支承中间轴S1的内盘侧的轴承44的外径圆Y4在从轴向观察时也具有两个交点。
需要说明的是，以上所述的轴承的“外径圆”是指，在从轴向观察作为滚动轴承45、48的构成要素的外圈的外周面45a、48a时描绘出的圆。
输入轴30a、中间轴S1以及输出轴36的支承所使用的各滚动轴承42～45、48、49的轴承尺寸根据在应当各轴30a、S1、36中传递的转矩、作用于各轴承的最大负载(径向负载以及推力负载)的大小等来决定。因此，各滚动轴承42～45、48、49的外径尺寸也同样根据转矩、负载来决定。因此，如图3所示，在从轴向观察时，通过将输入侧中间齿轮31的齿顶圆X1与支承输出轴36的内盘侧的轴承48的外径圆Y1设为交叉的状态，从而能够确保减速器39所需的减速比，并且减小轮内电动机驱动装置21整体的径向尺寸。
为了对该效果进行说明，作为比较例，如图4所示，设想中间轴S1的输入侧中间齿轮31的齿顶圆与支承输出轴36的内盘侧的轴承48的外径圆不具有交点的结构。在该情况下，作为大齿轮的输入侧中间齿轮31的径向尺寸变小，因此若改变各轴的中心O1、O2、O3的位置，则为了进行啮合需要增大输入轴30a的输入齿轮30的径向尺寸，无法得到减速器39整体所需的减速比。若欲得到适当的减速比，需要分别增大各轴间距离(O1-2之间、O2-O3之间)，因此轮内电动机驱动装置21的径向尺寸增大。该倾向在如图4所示最终输出齿轮35的齿顶圆与支承中间轴S1的外盘侧的轴承45的外径面也不具有交点的结构中更加明显。
相对于此，若采用图1的结构，则输入侧中间齿轮31的径向尺寸变大。因此，能够确保所需的减速比，并且将各齿轮有效地收纳于外壳22内的空间，因此能够减小轮内电动机驱动装置21的径向尺寸。由此，能够在轮圈70内充分确保悬架臂、制动钳的收容空间。因此，在向电动机动车11等搭载轮内电动机驱动装置21时，能够应用现有的悬架装置、制动装置，能够使开发成本低廉化。需要说明的是，在以上的说明中，分别例示了两个圆以两个交点相交的情况，但两个圆的交点的数量也可以为一个(两个圆相切的状态)。
在以上所述的平行轴减速器39的组装时，为了防止蠕变，输入轴30a、中间轴S1、输出轴36以将各滚动轴承42～45、48、49预先压入成为旋转侧的各个外周面的状态(参照图5)组装于外壳22内。如图4所示的比较例那样，若为在从轴向观察时输入侧中间齿轮31的齿顶圆与轴承48的外径圆不具有交点、并且最终输出齿轮35的齿顶圆与轴承45的外径面不具有交点的结构，则能够将一体地设置有齿轮的各轴30a、S1、36以输入轴30a、中间轴S1、输出轴36的顺序依次组装于外壳22。相对于此，在图1所示的结构中，在将输入轴30a和中间轴S1组装于外壳22后，轴承45与最终输出齿轮35干涉，轴承48与输入侧中间齿轮31干涉，因此无法将输出轴36组装于外壳22。
考虑到这一点，对于采用图1所示的结构的平行轴减速器39的情况下的组装，如图5所示，能够将平行轴减速器39的输入轴30a、中间轴S1、以及输出轴36保持为使各个齿轮彼此啮合的装配的状态，同时向外壳22组装。在量产轮内电动机驱动装置21时，通过使用将三个轴30a、S1、36保持为装配的状态的夹具，从而不会产生不良情况，而能够进行平行轴减速器39向外壳22的组装。
在一般的平行轴减速器中，考虑到上述的组装时的作业性，通常如图4所示的比较例那样，采用在从轴向观察时输入侧中间齿轮31的齿顶圆与轴承48的外径圆不具有交点、并且最终输出齿轮35的齿顶圆与轴承45的外径面不具有交点的结构。本发明着眼于即使稍微牺牲组装作业性，但该弊端能够容易地消除，通过采用上述结构，从而实现轮内电动机驱动装置21的径向尺寸的小型化。在实现轮内电动机驱动装置21的小型化时，在成为折衷的组装对象的作业性这一点，本发明可以称为与现有的用于小型化的手段不同的新思路。
在以上的实施方式的说明中，作为电动机部A而例示了径向间隙型的电动机26，但可以采用任意结构的电动机。例如，也可以为轴向间隙型的电动机，该轴向间隙型的电动机具备：固定于外壳的定子、以及在定子的轴向内侧隔着间隔而对置配置的转子。另外，例示了使用两级减速的平行轴减速器39的情况，但本发明的应用对象并不限定于此，也可以同样地应用于进行三级以上的减速的减速器。
另外，在以上的说明中，示出了向电动机部A供给电力而驱动电动机部，将来自电动机部A的动力向后轮14传递的情况，但也可以与之相反，在车辆减速或者下坡时，将来自后轮14侧的动力通过减速器部B转换为高旋转低转矩的旋转而向电动机部A传递，通过电动机部A进行发电。并且，这里发出的电力可以预先存储于蓄电池中，之后用于驱动电动机部A、车辆所具备的其他电动设备等的动作。
另外，在该实施方式中，如图6以及图7所示，例示了将后轮14设为驱动轮的电动机动车11，但也可以将前轮13作为驱动轮，还可以为四轮驱动车。需要说明的是，在本说明书中，“电动机动车”包括通过电力得到驱动力的全部的机动车的概念，例如，也包括混合动力车等。
本发明不受上述的实施方式任何限定，无需言及在不脱离本发明的主旨的范围内，还能够以各种方式实施，本发明的范围由权利请求的范围示出，并且包括与权利请求的范围的记载等同的含义以及范围内的全部变更。
附图标记说明
21 轮内电动机驱动装置；
25 电动机旋转轴；
30 输入齿轮；
30a 输入轴；
31 输入侧中间齿轮(大齿轮)；
32 输出侧中间齿轮(小齿轮)；
35 最终输出齿轮；
36 输出轴；
39 平行轴齿轮减速器；
45 滚动轴承；
48 滚动轴承；
A 电动机部；
B 减速器部；
C 车轮用轴承部；
S1 中间轴。

Claims (2)

1.一种轮内电动机驱动装置，其具备电动机部、车轮用轴承部以及减速器部，该减速器部由具有输入轴、中间轴以及输出轴的平行轴齿轮机构构成，将被输入至输入轴的电动机部的输出转矩经由中间轴以及输出轴而向车轮用轴承部传递，在中间轴设置有大齿轮以及小齿轮，并且在输出轴设置有与中间轴的所述小齿轮啮合的最终输出齿轮，分别通过轴承支承输出轴的内盘侧和外盘侧，其特征在于，
在支承所述输出轴的内盘侧的轴承与输出轴的最终输出齿轮之间配置有中间轴的大齿轮，在从轴向观察时，中间轴的大齿轮的齿顶圆与支承输出轴的内盘侧的所述轴承的外径圆具有交点。
2.根据权利要求1所述的轮内电动机驱动装置，其特征在于，
分别通过轴承支承中间轴的内盘侧和外盘侧，在支承所述中间轴的外盘侧的轴承与中间轴的大齿轮之间配置有输出轴的最终输出齿轮，在从轴向观察时，输出轴的最终输出齿轮的齿顶圆与支承中间轴的外盘侧的所述轴承的外径圆具有交点。
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