特許 6806322 アクティブコア電動モータ用の取り外し可能な差動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6806322

(24)【登録日】2020年12月8日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】アクティブコア電動モータ用の取り外し可能な差動装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 48/40 20120101AFI20201221BHJP

   F16H 48/08 20060101ALI20201221BHJP

   H02K 7/116 20060101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   F16H48/40

   F16H48/08

   H02K7/116

【請求項の数】15

【外国語出願】

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2019-184785(P2019-184785)

(22)【出願日】2019年10月7日

(65)【公開番号】特開2020-67183(P2020-67183A)

(43)【公開日】2020年4月30日

【審査請求日】2019年11月7日

(31)【優先権主張番号】62/766,523

(32)【優先日】2018年10月23日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】16/181,612

(32)【優先日】2018年11月6日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】16/182,755

(32)【優先日】2018年11月7日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】515301041

【氏名又は名称】アティエヴァ、インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】シュン−チェン フン

(72)【発明者】

【氏名】ジェレミー メイヤー

(72)【発明者】

【氏名】バラズス パルファイ

(72)【発明者】

【氏名】マイケル デイヴィッド ケネディ

【審査官】 鷲巣 直哉

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０４４６７２３０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０１９３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６３７６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ４８／４０

Ｆ１６Ｈ ４８／０８

Ｈ０２Ｋ ７／１１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気モータの中空ロータ内に統合するように構成されるギアアセンブリであって、
中空クロス部材であって、前記中空クロス部材が、
中央本体部分と、
前記中央本体部分内の中央本体貫通孔と、
複数の中空延在部材であって、前記複数の中空延在部材が、前記中央本体部分から外向きに延在し、前記複数の中空延在部材の各中空延在部材が、前記中央本体貫通孔と流体連通している、複数の中空延在部材とを含む、中空クロス部材と、
前記複数の中空延在部材に取り付けられた複数のギアと、
複数のピンであって、前記複数のピンのそれぞれが、前記複数の中空延在部材の対応する中空延在部材内でスライドするように構成され、前記複数のピンのそれぞれが、第１の位置と第２の位置との間で位置決め可能であり、前記第１の位置にある前記複数のピンは前記中空クロス部材に引き込まれ、前記第２の位置にある前記複数のピンは延出し、前記複数のピンが前記第２の位置あるとき、前記複数のピンの各ピンの第１の端部が、前記中空ロータの対応する開口部内に嵌合し、前記複数のピンが、前記第１の位置にあるとき、前記中空クロス部材が、前記中空ロータに妨げられずに嵌合する、複数のピンとを備える、
ギアアセンブリ。

【請求項2】

前記中央本体貫通孔が、前記中央本体部分内の中央に位置し、かつ、前記中央本体貫通孔が、前記複数のピンが前記第２の位置にあるときにロータ軸と同軸に位置合わせされる、請求項１に記載のギアアセンブリ。

【請求項3】

前記複数のピンが前記第２の位置に配置されているときに、前記中央本体貫通孔内に嵌合するように構成されるプラグ部材をさらに備える、請求項１に記載のギアアセンブリ。

【請求項4】

前記プラグ部材が、プラグ貫通孔をさらに備える、請求項３に記載のギアアセンブリ。

【請求項5】

前記複数のピンが前記第２の位置にあるとき、前記プラグ貫通孔が、ロータ軸と同軸に位置合わせされ、前記プラグ部材が、前記中央本体部分の前記中央本体貫通孔内に取り付けられる、請求項４に記載のギアアセンブリ。

【請求項6】

前記複数の中空延在部材が、前記中空クロス部材の前記中央本体部分の周りに均一に間隔を置いて配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のギアアセンブリ。

【請求項7】

前記複数の中空延在部材が、４つの中空延在部材を含む、請求項６に記載のギアアセンブリ。

【請求項8】

前記複数のピンの各ピンの第２の端部がテーパ形状になっており、前記複数のピンの各ピンの前記第２の端部が、前記中空クロス部材の前記中央本体部分の前記中央本体貫通孔に向かって内側に向けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のギアアセンブリ。

【請求項9】

前記複数のピンが前記第２の位置にあるとき、前記中空クロス部材が、前記中空ロータ内にロックされる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のギアアセンブリ。

【請求項10】

前記複数のピンが前記第２の位置に配置されているときに、前記中央本体貫通孔内に嵌合するように構成されるプラグ部材をさらに備え、前記プラグ部材が前記中空クロス部材の前記中央本体部分の前記中央本体貫通孔に嵌合されるときに、前記プラグ部材が前記複数のピンを前記第２の位置にロックし、かつ、前記中空ロータ内に前記中空クロス部材をロックする、請求項１に記載のギアアセンブリ。

【請求項11】

複数のばね部材をさらに備え、前記複数のばね部材の各ばね部材が、前記複数のギアの対応するギアと、前記中空クロス部材の前記中央本体部分の対応する面との間に介在させられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のギアアセンブリ。

【請求項12】

前記複数のばね部材が、複数のベベルばねを含む、請求項１１に記載のギアアセンブリ。

【請求項13】

複数のワッシャをさらに備え、前記複数のワッシャの各ワッシャが、前記複数の中空延在部材の対応する中空延在部材の端部に取り付けられ、前記複数のギアの各ギアが、前記複数のワッシャの対応するワッシャと、前記中空クロス部材の前記中央本体部分との間に介在させられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のギアアセンブリ。

【請求項14】

前記複数のワッシャが複数の摩擦ワッシャを含む、請求項１３に記載のギアアセンブリ。

【請求項15】

前記複数の中空延在部材の各端部が、少なくとも１つの回転防止タブを含み、前記少なくとも１つの回転防止タブが、前記複数のワッシャの対応するワッシャの相補的な特徴部に嵌合し、前記少なくとも１つの回転防止タブが、前記複数のワッシャの前記対応するワッシャの回転を防止する、請求項１３に記載のギアアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に電気モータに関し、より具体的には、アクティブコア電気モータで使用するための取り外し可能な差動装置アセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

高騰し続ける燃料価格および地球温暖化の悲惨な結果の両方に駆り立てられる消費者の要求に応えて、自動車産業は超低排出、高効率の自動車の必要性を徐々に受け入れ始めている。業界内の一部では、より効率的な内燃機関を設計することによって、これらの目標の達成を試行したり、その他では、ハイブリッドまたは全電気駆動系を自動車ラインアップに組み入れたりしている。しかし、消費者の期待に応えるために、自動車産業は、単に環境に優しい駆動系を実現するだけでなく、性能、走行距離、信頼性、安全性、およびコストの合理的な水準を維持しながら、実現しなければならない。

【0003】

低排出、高効率の自動車を実現するための最も一般的な手法は、内燃機関（ＩＣＥ）を１つまたは複数の電気モータと組み合わせるハイブリッド駆動系を使用することである。ハイブリッド車により、従来のＩＣＥベースの自動車よりも改善された燃費および少ない自動車の排気量が実現されるが、内燃機関を搭載しているため、従来の自動車と比較して低減された水準ではあるが、有害な汚染物質を依然として排出している。さらに、内燃機関および電気モータとそれに付随するバッテリパックの両方が含まれていることに起因して、ハイブリッド車の駆動系は通常、従来のＩＣＥベースの自動車または電気自動車の駆動系よりも複雑であるため、コストおよび重量が増加する。したがって、いくつかの自動車メーカは、電気モータのみを使用する自動車を設計することにより、駆動系の複雑さを大幅に削減しながら、汚染源の１つを排除している。

【0004】

様々なハイブリッド車および、すべての電気自動車が周知されている一方で、乗員、貨物、およびその他の自動車部品／アクセサリの利用可能な空間を増やすために、縮小されたエンベロープ内に嵌合する高出力密度の動力伝達系が望まれる。縮小された動力伝達系エンベロープを実現する１つの方法は、遊星−差動装置−遊星構成を使用して、トラクションモータを駆動輪軸と同軸に位置合わせさせることである。そのような設計では、差動装置は電気モータのロータ内に統合し得て、この構成は一般にアクティブコアモータと呼ばれる。この手法により、小型の動力伝達系アセンブリを実現できるが、内部に取り付けられた差動装置の耐久性および保守性は、そのようなアセンブリを使用する電気自動車（ＥＶ）の性能と信頼性の両方に影響し得る。したがって、本発明は、耐久性があり、容易にアクセス可能／修理可能なアクティブコアモータ用の差動装置アセンブリを提供する。

【発明の概要】

【0005】

本発明は、電気モータの中空ロータ内に統合するように構成されるギアアセンブリを提供する。ギアアセンブリは、中空クロス部材、複数のギア、および複数のピンを含む。アセンブリの中空クロス部材は、中央本体部分、中央本体部分内の中央本体貫通孔、および中央本体部分から外向きに延在する複数の中空延在部材を含み、各中空延在部材は、中央に位置する貫通孔と流体連通している。好ましくは、中空延在部材が、中空クロス部材の中央本体部分の周りに均一に間隔を置いて配置されている４つの中空延在部材から構成される。複数のギアは、複数の中空延在部材に取り付けられるように構成される。複数のピンのそれぞれは、対応する中空延在部材内でスライドするように構成され、第１の引き込まれた位置と第２の延出された位置との間で位置決め可能である。ピンが延出されると、各ピンの第１の端部が中空ロータの対応する開口部内に嵌合し、中央に位置する貫通孔がロータ軸と同軸に位置合わせされる。ピンが引き込まれると、中空クロス部材が中空ロータに妨げられずに嵌合する。プラグ部材は、各ピンが第２の延在位置にあるときに、中央本体貫通孔内に嵌合するように構成され得る。プラグ部材は貫通孔を含み得て、プラグ部材が中空クロス部材の中央本体部分の中央本体貫通孔内に取り付けられるとき、プラグ部材貫通孔はロータ軸と同軸に位置合わせされ得る。

【0006】

一態様では、各ピンの第２の端部は、中空クロス部材の中央本体部分の中央本体貫通孔に向かって内側に向けられ、テーパ形状にされ得る。

【0007】

別の態様では、ギアアセンブリは、複数のばね部材（例えば、ベベルばね）を含み得る。これらのばね部材は、ギアの各々と中空クロス部材の中央本体部分の対応する面との間に介在させられる。

【0008】

別の態様では、ギアアセンブリは、複数のワッシャ（例えば、摩擦ワッシャ）を含み得て、各ワッシャは、対応する中空延在部材の端部に取り付けられる。その結果、ギアが中空クロス部材に取り付けられたとき、各ギアはワッシャの１つと中空クロス部材の中央本体部分との間に介在させられる。中空延在部材の各端部は、対応するワッシャの相補的な特徴部内に嵌合する少なくとも１つの回転防止タブを含み得て、回転防止タブはワッシャの回転を防止する。

【0009】

本発明の性質および利点のさらなる理解は、明細書および図面の残りの部分を参照することにより実現され得る。

【図面の簡単な説明】

【0010】

添付の図面は、発明の範囲を限定するものではなく、例示することのみを意図しており、縮尺通りであると見なされるべきではないことを理解されたい。さらに、異なる図面上の同じ参照符号は、同じ構成要素または同様の機能の構成要素を指すものと理解されるべきである。

【0011】

【図1】本発明の差動装置アセンブリを組み込んだ動力伝達系アセンブリの断面図を提供する。

【0012】

【図2】中空ロータシャフト内に取り付けられた本発明の差動ギアアセンブリの詳細な断面図を提供する。

【0013】

【図3】図２に示されるアセンブリの斜視断面図を提供する。

【0014】

【図4】図１〜図３に示される差動ギアアセンブリの一部の正面斜視図を提供する図であり、この図は、ギアのうちの２つおよびラジアルピンのうちの３つのみを所定の位置に示す。

【0015】

【図5】図１〜図３に示される差動ギアアセンブリの一部の背面斜視図を提供する図であり、この図は、ギアのうちの２つおよびラジアルピンのうちの３つのみを所定の位置に示す。

【0016】

【図6】図５に示されるアセンブリの断面図を提供する図であり、この図は、図２に示される断面図と直交する。

【0017】

【図7】図１〜図６に示される差動ギアアセンブリの斜視断面図を提供する図であり、この図は、４つのギアのすべてを所定の位置に示し、４つのラジアルピンのすべては取り外されている。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本明細書で使用される、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそれ以外を示さない限り、複数形も同様に含むことが意図される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、および／または「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、記載されている特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を除外しないことがさらに理解されるであろう。本明細書で使用される場合、用語「および／または」および記号「／」は、関連する列挙された項目の１つまたは複数の任意およびすべての組み合わせを含むことを意味する。さらに、第１、第２などの用語は、様々なステップまたは計算を説明するために本明細書で使用され得るが、これらのステップまたは計算は、これらの用語によって制限されるべきではなく、これらの用語は、あるステップまたは計算を、別のステップまたは計算と区別するためにのみ使用される。例えば、本開示の範囲から全く逸脱することなく、第１の計算は第２の計算と呼ぶことができ、同様に、第１のステップは第２のステップと呼ぶことができ、同様に、第１の構成要素は第２の構成要素と呼ぶこともできる。

【0019】

図１は、差動ギアアセンブリ１０１は本発明に従って設計され、中空ロータシャフト１０３内に差動ギアアセンブリ１０１を組み込んだ動力伝達系アセンブリ１００の断面図を提供する。アクティブコア構成を利用して、動力伝達系アセンブリ１００は、遊星アセンブリ１０５、差動ギアアセンブリ１０１、および遊星アセンブリ１０７が同軸に位置合わせされるように配置されるため、比較的短い幅１０９の動力伝達系が作成され、幅１０９は、２つの等速（すなわち、ＣＶ）ジョイントハウジング部材の底面１１１の間で測定される。

【0020】

本発明に必須ではないが、図示されるアセンブリでは、中空ロータシャフト１０３が、ロータ積層スタックに直接接続されているため、電気自動車（ＥＶ）での使用に適した高速モータ比率構成を実現する。図示の実施形態では、積層スタックは、４つの積層パック層１１３Ａ〜１１３Ｄから構成される。この積層スタック構成は、本発明に必須ではないことを理解されたい。ロータ積層スタックの周囲には、ステータ１１５がある。この図では、ステータの両方の端部から延在するステータ巻き線１１７が示されている。

【0021】

以下に詳細に説明するように、本発明は、電気モータのロータ内に取り付けられるように構成される取り外し可能な差動ギアアセンブリ１０１を提供する。出力駆動シャフト１１９は、ギア１２１を使用して差動装置アセンブリ１０１に連結される。

【0022】

図２は、ロータシャフト１０３内に取り付けられた差動ギアアセンブリ１０１の詳細な断面図を提供する。図３は、図２に示されるアセンブリの斜視断面図を提供する。図４および図５は、ギアアセンブリ１０１の一部のそれぞれ正面および背面の透視図を提供し、これらの図は、ギアのうちの２つおよびラジアルピンのうちの３つのみを所定の位置に示す。図６は、図５に示されるアセンブリの断面図である。図６に示される断面図は、図２に示される断面図と直交していることに留意されたい。図７は、４つのギアがすべて所定の位置にあり、４つのラジアルピンがすべて取り外されたアセンブリ１０１の斜視断面図を提供する。

【0023】

アセンブリ１０１の主要な構成要素は、図６および図７に最もよく示されている中空クロス部材６０１である。クロス部材６０１の中央本体は、貫通孔６０３を含む。好ましくは、貫通孔６０３は円筒形状であり、より好ましくは、貫通孔６０３は円筒形状であり、かつ、図示のようにロータ軸２０１と同軸である。好ましい実施形態では、貫通孔６０３の形状と相補的な形状を有するプラグ２０３は、クロス部材６０１の貫通孔６０３内に嵌合するように構成される。好ましくは、プラグ２０３は貫通孔２０５を含む。ロータ軸２０１ならびにプラグ２０３の円筒軸と同軸であることが好ましい貫通孔２０５は、流体が、差動装置アセンブリの一方の側から他方の側へ、例えば、出力駆動シャフト１１９の間で容易に流れることを可能にする。典型的には、適切なギアオイルが貫通孔２０５を通って流れ、このオイルが、差動装置アセンブリならびに動力伝達系内の他の構成要素を潤滑にする。

【0024】

複数の中空延在部２０７は、クロス部材６０１の本体から外向きに延在する。各中空延在部２０７内の貫通孔６０５は、クロス部材６０１の中央開口部６０３内に延在し、かつ、流体連通している。各クロス部材延在部２０７の長さ６０７は、差動装置の統合中にクロス部材６０１が妨げられずに中空ロータ１０３内で確実にスライドできるように選択される。好ましい実施形態では、クロス部材６０１の本体の周りに均一に間隔を置いて配置される４つのクロス部材延在部２０７がある。しかし、他の構成が発明者らによって想定されることを理解されたい。例えば、アセンブリは、クロス部材６０１の本体の周りに均一に間隔を置いて配置される３つの中空延在部２０７を利用できる。同様に、アセンブリは、不均一な間隔、例えば、８９度、９１度、８９度、および９１度の間隔を置いて配置される４つの中空延在部２０７を利用できる。

【0025】

クロス部材をロータシャフト１０３に設置する前に、ギア２０９とギアベアリング６１７を、各クロス部材延在部２０７に設置する。好ましくは、ギア２０９は、サイズ、形状、および歯数が同一である。示されるように、ギア２０９は、隣接するギア間に空間６０９があるように選択され、したがって、動作中にギアが互いに干渉しないことを保証する。好ましい実施形態では、ワッシャ（例えば、摩擦ワッシャ）６１１は、ギアアセンブリの後で、各クロス部材延在部２０７の端部に配置される。各クロス部材延在部２０７の端面の一部から延在するタブ６１３は、ワッシャ６１１の相補的な開口部６１４内に嵌合することにより、対応するギアが回転するときに、ワッシャ６１１が回転することを防止する。少なくとも１つの実施形態では、ばね部材２１１（例えば、ベベルばねまたはブッシング）は、各ギア２０９とクロス部材６０１の対応する面６１６との間に配置される。

【0026】

４本のピン２１３は、中空ロータシャフト１０３の内側に差動装置アセンブリを保持する。ピン２１３は、図示のように、クロス部材とロータの対応する貫通孔２１５との間に延出しクロス部材延在部２０７内に嵌合する。その結果、クロス部材アセンブリはロータにロックされる。好ましくは、各ピン２１３の端部６１５はテーパ形状であり、したがって、アセンブリおよび分解プロセスを簡素化する。

【0027】

差動装置アセンブリをロータに挿入してから、それを所定の位置にロックするために、複数の方法があることが理解されるであろう。１つの手法では、（ばね部材２１１の有無にかかわらず、構成に応じて）ギア２０９およびベアリング６１７をクロス部材延在部２０７に取り付けた後、ピン２１３がクロス部材延在部２０７内に配置される。次に、ワッシャ６１１が設置される。アセンブリのこの段階では、プラグ２０３はクロス部材開口部６０３内に配置されていないことにより、ピン２１３が部材６０１に完全に挿入されることを可能にする。完全に挿入されると、ピン２１３の端部は延在部２０７の端面を越えて延出しない。この状態で、差動装置アセンブリは中空ロータシャフト１０３に挿入できる。ひとたび差動装置アセンブリがロータ１０３に挿入されると、ピン２１３はロータの対応する貫通孔２１５と位置合わせされる。ひとたび位置合わせされると、ピン２１３はロータ貫通孔２１５の中へ外向きに押される。特別な工具をクロス部材貫通孔６０３に挿入して、ピン２１３を対応するロータ貫通孔２１５の中へ外向きに押し得る。例示的な工具は、ピンを外向き方向に緩やかに押し進めるように構成されるテーパ形状の先端面を備えた円筒形状である。あるいは、プラグ２０３を使用して、ピンを外向きにロータ貫通孔２１５の中へ、外向きに押し進め得る。ピン２１３は、ロータ貫通孔２１５内で摩擦嵌合し得る。あるいは、好ましくは、ひとたびピン２１３が貫通孔２１５に完全に挿入されると、プラグ２０３はクロス部材貫通孔６０３に挿入され、そのことにより、ピン２１３が所定の位置にロックされる。これは、積層スタックまたは他の構成要素が既にロータシャフトに取り付けられている場合に、好ましいアセンブリ技術である。

【0028】

差動ロータアセンブリを組み立てる別の手法では、ばね部材２１１（使用する場合）、ギア２０９、ベアリング６１７およびワッシャ６１１をクロス部材延在部２０７に取り付けた後、クロス部材６０１がロータシャフト１０３内に配置される。アセンブリのこの段階では、ピン２１３はまだクロス部材に挿入されていない。好ましくは、プラグ２０３は、クロス部材貫通孔６０３に挿入されているが、ピンがクロス部材内に適切に配置された後に、貫通孔６０３に挿入することもできる。延在部貫通孔６０５が、ロータ貫通孔２１５と位置合わせされるように、ひとたびクロス部材６０１がロータ内に適切に配置されると、ピン２１３が、ロータ貫通孔２１５を通ってクロス部材延在部２０７内に押し込まれる。前述したように、プラグ２０３がクロス部材貫通孔６０３に予め挿入されていなかった場合、アセンブリプロセスのこの時点で挿入されることが好ましい。ひとたびピンが適切に配置されると、積層スタックまたはその他の構成要素がロータシャフトに取り付けられ、ピンがアセンブリから抜け落ちるのを防ぐ。

【0029】

必須ではないが、本発明の少なくとも１つの実施形態では、各ピン２１３の端部６１５は、図２および図３に示されるように小さな開口部２１７を含む。開口部２１７により、ロータから積層スタックまたは他の構成要素を取り外すことなく、工具を使用してピンをクロス部材６０１に容易に引き込めることができる。したがって、差動装置アセンブリのメンテナンスが必要な場合、ロータアセンブリを完全に分解せずにロータから取り外すことができる。

【0030】

システムおよび方法は、本発明の詳細を理解する補助として一般的な用語で説明されてきた。いくつかの例では、本発明の態様を曖昧にすることを避けるために、周知の構造、材料、および／または動作は、具体的に示されていないか、または詳細に説明されていない。他の例では、本発明の完全な理解を提供するために、具体的な詳細が述べられている。当業者は、本発明が、その精神または本質的な特徴から逸脱することなく、例えば、特定のシステムまたは装置もしくは状況または材料または構成要素に適合するように、他の特定の形態で実施され得ることを認識するであろう。したがって、本明細書の開示および説明は、本発明の範囲を限定するものではなく、例示することを意図したものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】