JP5716520B2 - 車輪駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、減速機を使用するインホイールモータを有した車輪駆動装置の構造に関する。

従来から、減速機を使用するインホイールモータを有した車輪駆動装置は盛んに提案されている。例えば、下記特許文献１には、外周に車輪取付フランジを有する外方部材と、ステータハウジングを有する内方部材とを備えた複列の車輪用軸受と、この車輪用軸受の径方向内方側に配設された第１及び第２の遊星減速機と、この遊星減速機を駆動し、電動モータ及びロータ部が固着された円筒状の支持部材とからなる駆動部とを備えた電動式車輪駆動装置が開示されている。この従来の電動式車輪駆動装置においては、電動モータの回転を第１及び第２の遊星減速機を介して外方部材に伝達して車輪を駆動するようになっている。

又、例えば、下記特許文献２には、ホイールの内側に設けられたモータの出力軸に連結された遊星歯車減速機と、この遊星歯車減速機の遊星キャリアである動力伝達部材に連結されていて、アクスルベアリングを介して内輪側部材に対して回転可能に保持された外輪側部材とを備えた車輪駆動装置が開示されている。この従来の車輪駆動装置においては、遊星歯車減速機からの出力が伝達される外輪側部材にホイールが固定されるようになっている。さらに、例えば、下記特許文献３，４には、車両のホイール（リム）を支持するホイールハブと、ホイールハブの内部に収容されていてモータの回転出力を遊星歯車減速機を介してホイールハブに伝達する駆動シャフトとを備えた車両用駆動装置（車輪駆動装置）が開示されている。

特開２００７−２２３８６号公報 特開２００７−１９１０１９号公報 特開２００５−２９１１６号公報 特表２００３−５０９２８３号公報

ところで、上記従来の各車輪駆動装置においては、車輪を形成するホイールの車軸への固定に関し、上記特許文献１に開示された外方部材や上記特許文献２に開示された外輪側部材、上記特許文献３，４に開示されたホイールハブにホイール（リム）を固定するためのハブボルトが設けられる。このため、ホイールにおける取付用のボルト孔の間隔（ピッチ）が大きくなってホイールを大径化しなければならず、この結果、汎用のホイールを装着することが不能となる。又、一般的な車両と同様に、ホイール内部にブレーキ装置を配置する場合、ブレーキ装置を外方部材や外輪側部材、ホイールハブの外方に組み付けなければならないため、ブレーキ装置を組み付けるためのスペースを確保するためにもホイールを大径化させる必要がある。

本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、その目的は、減速機を使用するインホイールモータを備える場合であっても、ホイールの小径化が可能であり、かつ、ホイール内のスペース効率を向上させることが可能な車輪駆動装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車両の車輪を形成するホイール内に設けられたモータと、車両外側に向けて延びる前記モータの出力軸に連結される減速機とを備えて、前記モータにより前記車輪が駆動される車輪駆動装置において、前記減速機が、前記モータの出力軸からの出力を受け取るサンギアと、車体側に固定されるリングギアと、前記サンギアと前記リングギアとの間に歯合して前記サンギアの周りを公転する複数のプラネタリギアと、車両外側に配置されて前記複数のプラネタリギアのそれぞれを貫通して回転可能に支持するキャリアピンに固定されるプラネタリキャリアとを含んで構成される遊星歯車機構であり、前記キャリアピンを前記プラネタリキャリアを貫通するように車両外側に向けて延出させて形成し、前記プラネタリキャリアを貫通する前記キャリアピンを用いて前記ホイールを固定したことにある。この場合、前記キャリアピンの前記プラネタリキャリアを貫通して延出した先端側部分にボルトを形成し、前記ホイールに形成されるボルト孔に前記キャリアピンの前記先端側部分を挿通した状態で前記ボルトにナットを螺着して前記ホイールを固定するとよい。

これらによれば、減速機を構成する複数のプラネタリギアをそれぞれプラネタリキャリアに接続するためのキャリアピンを、プラネタリキャリアを貫通するように車両外側に向けて延出させて、例えば、この延出した先端側部分にボルトを形成することができるため、ナットを螺着することによって確実にホイールを車軸に対して固定することができる。したがって、減速機を構成するキャリアピンを従来のハブボルトに代えて利用することができるため、別途ハブボルトを設けることを廃止することができる。

又、減速機を構成する複数のプラネタリギアはそれぞれサンギアの周りに配置されるため、この複数のプラネタリギアを支持するそれぞれのキャリアピンの配置（ピッチ）は、車輪の径方向にて、従来の車輪駆動装置におけるハブボルトの配置（ピッチ）に比して小さくすることができる。これにより、ホイールの小径化が可能となる一方で、キャリアピン及びボルト孔が通常の車両と同様に車輪の中央部分に配置されるため、例えば、ホイール内に設置されるブレーキ装置の搭載スペースを十分に確保する、言い換えれば、車輪内のスペース効率を大幅に向上させることができる。このように、車輪内のスペース効率を向上させることにより、例えば、ブレーキ装置を他の通常の車両（車種）と共用させることができて車両の製造コストを低減させることができたり、あるいは、余裕のある搭載スペースを有効に利用して、例えば、ディスクブレーキ装置のディスクロータにおける摩擦面の面積を大きく確保することによって制動性能を向上させたりすることができる。

又、これらの場合、前記プラネタリキャリアを貫通する前記キャリアピンの配置を前記ホイールに形成されれるボルト孔の配置に合わせるとよい。この場合、前記ホイールに形成されるボルト孔の配置が、、例えば、汎用のホイールに設定されているＰ．Ｃ．Ｄ(Pitch
Circle Diameter)を満たすとよい。

これらによれば、ホイールに形成されたボルト孔の配置（例えば、形成されるボルトの数）に合わせてキャリアピン（すなわちプラネタリギア）の配置（数）を合わせることができる。さらに、減速機を構成するキャリアピンを利用して固定可能なホイールとして、同一のＰ．Ｃ．Ｄ(Pitch Circle Diameter)を有する汎用のホイールを採用することができる。したがって、別途、専用のホイールを採用する必要がないため製造コストを低減することができるとともに、ユーザは好みに応じて極めて容易にかつ安価にホイールを取りかえることができる。

本発明の一実施形態に係る車輪駆動装置の断面構造を示す概略図である。 図１の遊星歯車減速機の構造を説明するために拡大して示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係り、車輪毎に電動モータを有しこの電動モータからの出力を減速機を介してホイールに伝達して車輪を駆動する、所謂、インホイールモータ方式の車輪駆動装置１０（以下、単に、車輪駆動装置１０と称呼する。）の断面構造を概略的に示している。

車輪駆動装置１０は、タイヤ１１が装着されるホイール１２の内周側にインホイールモータ１３を備えている。インホイールモータ１３は、ナックル１４を介して、車両のサスペンション機構を構成する図示省略のロワアームやアッパアーム、タイロッドと連結されるようになっている。又、車輪駆動装置１０は、ブレーキ装置（例えば、ディスクブレーキ装置）を構成するブレーキディスクロータ１５も備えており、このブレーキディスクロータ１５は図示を省略するブレーキキャリパによって挟持されることによって摩擦による制動力を発生する。

インホイールモータ１３は、図１に示すように、モータ本体１６と、ナックル１４に一体的に接続されてモータ本体１６を収容する筒状のモータケース１７とを備えている。モータ本体１６は、ベアリングにより回転自在に軸支される出力軸１６ａを有しており、出力軸１６ａには積層された電磁鋼板１６ｂの外周に固定された複数の永久磁石１６ｃからなるロータ１６ｄが嵌挿されている。そして、ロータ１６ｄの外周には、積層された電磁鋼板で形成される鉄心１６ｅと、鉄心１６ｅに形成された各ティース部に巻回配置される３相のコイルスロットに巻回されたコイル１６ｆとから構成されるステータ１６ｇが配置される。ロータ１６ｄとステータ１６ｇとは、所定のギャップを介して対面するとともにモータケース１７により密閉されており、外部からの異物の侵入が防止されるようになっている。このように構成されるモータ本体１６においては、コイル１６ｆに順次所定のタイミングで電流を供給することにより、ステータ１６ｇに回転磁界を発生させ、ロータ１６ｄを回転させることができる。

次に、インホイールモータ１３による駆動力の伝達について、図２を用いて具体的に説明する。

モータ本体１６（すなわち、インホイールモータ１３）の出力軸１６ａの先端側には、図２に拡大して示すように、二段の遊星歯車機構２１，２２から構成される遊星歯車減速機２０が配置されている。以下、この遊星歯車減速機２０を詳細に説明する。なお、本実施形態においては、遊星歯車減速機２０を二段の遊星歯車機構２１，２２から構成して実施するが、必要となる減速比に応じて、一段の遊星歯車機構や三段以上の遊星歯車機構から遊星歯車減速機２０を構成して実施可能であることは言うまでもない。

遊星歯車減速機２０を形成する一段目の遊星歯車機構２１の第１サンギア２１ａは、図２に示すように、インホイールモータ１３を構成するモータ本体１６の出力軸１６ａの先端部に一体的に形成されている。そして、第１サンギア２１ａは、複数（図２においては一つのみを図示）の第１プラネタリギア２１ｂと歯合しており、複数の第１プラネタリギア２１ｂは、さらに、ナックル１４に対して固定保持される内輪側部材２３の内周面に形成されている第１リングギア２１ｃと噛合するようになっている。これにより、複数の第１プラネタリギア２１ｂは、それぞれ、第１サンギア２１ａの周りを公転するようになっている。なお、遊星歯車機構２１を構成する第１サンギア２１ａ、複数の第１プラネタリギア２１ｂ及び第１リングギア２１ｃははすば歯車であり、車軸方向のスラスト荷重を受けられるようになっている。

又、複数の第１プラネタリギア２１ｂをそれぞれ回転可能に支持する第１キャリアピン２１ｄは第１プラネタリキャリア２１ｅに固定されており、一段目の遊星歯車機構２１の公転運動が二段目の遊星歯車機構２２に伝達される。具体的に、遊星歯車機構２１の第１プラネタリキャリア２１ｅの中心に車軸と同軸に延びるシャフト２１ｆが接続されており、シャフト２１ｆには遊星歯車機構２２の第２サンギア２２ａが一体的に形成されている。なお、シャフト２１ｆはベアリングにより回転可能に軸支されている。そして、第２サンギア２２ａは、複数（図２においては一つのみを図示）の第２プラネタリギア２２ｂと歯合しており、複数の第２プラネタリギア２２ｂは、さらに、内輪側部材２３の内周面に形成されている第２リングギア２２ｃと歯合するようになっている。これにより、複数の第２プラネタリギア２２ｂは、それぞれ、第２サンギア２２ａの周りを公転するようになっている。なお、遊星歯車機構２２を構成する第２サンギア２２ａ、複数の第２プラネタリギア２２ｂ及び第２リングギア２２ｃははすば歯車であり、車軸方向のスラスト荷重を受けられるようになっている。

ここで、第２サンギア２２ａと歯合する第２プラネタリギア２２ｂの数は、後述するように、ホイール１２に形成されたボルト孔（取付孔）の数に一致しており、ホイール１２に形成されたボルト孔（取付孔）の配置（数）に一致するようになっている。さらに、第２サンギア２２ａの周囲に配置される複数の第２プラネタリギア２２ｂの中心（すなわち、後述する第２キャリアピン２２ｄの中心）を結んで形成される多角形に外接する円の半径は、後述するように、ホイール１２のＰ．Ｃ．Ｄ(Pitch Circle Diameter)と一致するようになっている。

複数の第２プラネタリギア２２ｂをそれぞれ回転可能に支持する第２キャリアピン２２ｄは動力伝達部材である第２プラネタリキャリア２２ｅに固定される。複数の第２キャリアピン２２ｄは、図２に示すように、車軸方向にて車両外側に延出して形成されており、第２プラネタリキャリア２２ｅを貫通している。そして、複数の第２キャリアピン２２ｄの延出した側の端部には、ホイール１２を車軸に固定するためのホイールナットと螺着するネジ部２２ｄ１が形成されている。すなわち、第２キャリアピン２２ｄのうち、第２プラネタリキャリア２２ｅから車軸方向にて車両外側に突出した部分（先端側部分）は、所謂、ハブボルトとして機能するボルトが形成されている。ここで、第２キャリアピン２２ｄは第２プラネタリギア２２ｂを支持するものであるため、上述したように、ホイール１２のボルト孔（取付孔）の配置及びＰ．Ｃ．Ｄと一致するように第２プラネタリギア２２ｂが配設されることにより、第２キャリアピン２２ｄの先端側部分（すなわち、ハブボルト部分）は、ホイールナットとともに汎用のホイール１２を確実に車軸に対して固定することができる。

遊星歯車減速機２０の外周には、アクスルベアリング３０が配置される。アクスルベアリング３０は、図２に示すように、ナックル１４に固定されるつば部２３ａを一端に有する略円筒形状の内輪側部材２３に形成されたインナーレース３１と、外輪側部材３２の内周面に形成されたアウターレース３３と、インナーレース３１とアウターレース３３とによって画成される転動路内を転動するベアリング玉３４とから主に構成される。このアクスルベアリング３０によって、外輪側部材３２が内輪側部材２３に対して回転自在に保持される。なお、アクスルベアリング３０のインナーレース３１とアウターレース３３を内輪側部材２３や外輪側部材３２と一体化することなく、別部品のインナーレースやアウターレースを内輪側部材２３または外輪側部材３２に固定するようにしてもよい。又、図示を省略するが、アクスルベアリング３０には、転動路内に異物が浸入しないようにシール部材が設けられることは言うまでもない。

外輪側部材３２は、図２に示すように、遊星歯車減速機２０の遊星歯車機構２２を構成する第２プラネタリキャリア２２ｅと、例えば、ボルト締結やかしめ締結等によって一体的に連結されており、第２プラネタリキャリアが安定して回転するように支持している。ここで、このように第２プラネタリキャリア２２ｅと外輪側部材３２とを一体的にすなわちガタ付きが生じることなく連結することにより、インホイールモータ１３による回転駆動力が伝達されて第２プラネタリキャリア２２ｅと外輪側部材３２とが回転を開始する際の異音（ガタ音）の発生を効果的に防止することができる。そして、一体的に連結された第２プラネタリキャリア２２ｅと外輪側部材３２の車軸方向にて車両外側には、ブレーキディスクロータ１５が配置されており、第２キャリアピン２２ｄの先端側部分（すなわち、ハブボルト部分）をホイール１２のボルト孔（取付孔）に挿通した状態でホイールナットを螺着することにより、ホイール１２とブレーキディスクロータ１５とを確実に車軸に対して固定することができる。すなわち、車輪駆動装置１０においては、車輪の外径側から内径側に向かってホイール１２、ブレーキディスクロータ１５、外輪側部材３３、アクスルベアリング３０、内輪側部材２３、遊星歯車減速機２０の順に配置される。

次に、上記のように構成した車輪駆動装置１０の作動、より詳しくは、インホイールモータ１３により発生する動力の伝達経路について説明する。

運転者によって、例えば、車両のアクセルペダルが操作されて加速指示がなされると、図示を省略した車両制御装置からの指令によりインホイールモータ１３、より詳しくは、モータ本体１６が回転駆動を開始して駆動力を発生する。すなわち、モータ本体１６においては、ロータ１６ｄがステータ１６ｇに対して回転し、この回転駆動力が出力軸１６ａを介して遊星歯車減速機２０に伝達される。遊星歯車減速機２０の遊星歯車機構２１においては、出力軸１６ａに一体的に形成された第１サンギア２１ａを介して複数の第１プラネタリギア２１ｂに回転が伝達されることにより、ナックル１４に固定された第１リングギア２１ｃに歯合する第１プラネタリギア２１ｂは、それぞれ自転しつつ第１サンギア２１ａの周りを公転運動する。そして、この第１プラネタリギア２１ｂの公転運動は、第１キャリアピン２１ｄを介して連結された第１プラネタリキャリア２１ｅによって取り出され、第１プラネタリキャリア２１ｅに接続されたシャフト２１ｆを一体的に回転させる。

第１プラネタリギア２１ｂの公転運動によってシャフト２１ｆが一体的に回転すると、このシャフト２１ｆの回転は遊星歯車機構２２に伝達される。すなわち、遊星歯車機構２２においては、シャフト２１ｆに一体的に形成された第２サンギア２２ａを介して複数の第２プラネタリギア２２ｂに回転が伝達される。これにより、ナックル１４に固定された第２リングギア２２ｃに歯合する第２プラネタリギア２２ｂは、それぞれ自転しつつ第２サンギア２２ａの周りを公転運動する。この第２プラネタリギア２２ｂの公転運動は、第２キャリアピン２２ｄを介して、第２プラネタリキャリア２２ｅ、ディスクブレーキロータ１５及びホイール１２に直接的に伝達され、その結果、車輪が駆動される。

以上の説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、遊星歯車減速機２０、より具体的には、遊星歯車機構２２を構成する第２キャリアピン２２ｄを、第２プラネタリキャリア２２ｅを貫通させて車両外側に向けて延出し、例えば、この延出した先端側部分にネジ部２２ｄ１（すなわちボルト）を形成することができるため、ホイールナットを螺着することによってホイール１２を固定することができる。したがって、遊星歯車減速機２０、より具体的には、遊星歯車機構２２を構成する第２キャリアピン２２ｄを従来のハブボルトに代えて利用することができるため、別途ハブボルトを設けることを廃止することができる。

又、遊星歯車減速機２０、より具体的には、遊星歯車機構２２を構成する第２プラネタリギア２２ｂは第２サンギア２２ａの周りに配置されるため、この第２プラネタリギア２２ｂを支持する第２キャリアピン２２ｄの配置（ピッチ）は、車輪の径方向にて、従来の車輪駆動装置におけるハブボルトの配置（ピッチ）に比して小さくすることができる。これにより、ホイール１２の小径化が可能となる一方で、第２キャリアピン２２ｄ及びボルト孔が通常の車両と同様に車輪（ホイール１２）の中央部分に配置されるため、車輪内のスペース効率を大幅に向上させることができ、例えば、ホイール１２内に設置されるディスクブレーキ装置のキャリパの搭載スペースを十分に確保することができる。このように、車輪内のスペース効率を向上させることにより、例えば、ディスクブレーキ装置を他の通常の車両（車種）と共用させることができて車両の製造コストを低減させることができたり、あるいは、余裕のある搭載スペースを有効に利用してディスクブレーキ装置のディスクロータにおける摩擦面の面積を大きく確保することによって制動性能を向上させたりすることができる。

さらに、遊星歯車減速機２０、より具体的には、遊星歯車機構２２を構成する第２キャリアピン２２ｄを利用して固定可能なホイール１２として、同一のＰ．Ｃ．Ｄ(Pitch Circle Diameter)を有する汎用のホイール１２を採用することができる。したがって、別途、専用のホイールを採用する必要がないため製造コストを低減することができるとともに、車両のユーザは好みに応じて極めて容易にかつ安価にホイールを取りかえることができる。

本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、ブレーキ装置としてディスクブレーキ装置を採用して実施した。しかし、ブレーキ装置として、例えば、ドラムブレーキ装置を採用して実施する場合であっても、上記実施形態と同様に、車輪内のスペース効率を向上させることにより、ドラムブレーキ装置を他の通常の車両（車種）と共用させることができて車両の製造コストを低減させることができる。

１０…車輪駆動装置、１１…タイヤ、１２…ホイール、１３…インホイールモータ、１４…ナックル、１５…ブレーキディスクロータ、１６…モータ本体、１７…モータケース、２０…遊星歯車減速機、２１，２２…遊星歯車機構、２１ａ，２２ａ…第１サンギア，第２サンギア、２１ｂ，２２ｂ…第１プラネタリギア，第２プラネタリギア、２１ｃ，２２ｃ…第１リングギア，第２リングギア、２１ｄ，２２ｄ…第１キャリアピン，第２キャリアピン、２１ｅ，２２ｅ…第１プラネタリキャリア，第２プラネタリキャリア、２１ｆ…シャフト、２３…内輪側部材、２３ａ…つば部、３０…アクスルベアリング、３１…インナーレース、３２…外輪側部材、３３…アウターレース、３４…ベアリング玉

Claims (4)

1. 車両の車輪を形成するホイール内に設けられたモータと、車両外側に向けて延びる前記モータの出力軸に連結される減速機とを備えて、前記モータにより前記車輪が駆動される車輪駆動装置において、
   前記減速機が、前記モータの出力軸からの出力を受け取るサンギアと、車体側に固定されるリングギアと、前記サンギアと前記リングギアとの間に歯合して前記サンギアの周りを公転する複数のプラネタリギアと、車両外側に配置されて前記複数のプラネタリギアのそれぞれを貫通して回転可能に支持するキャリアピンに固定されるプラネタリキャリアとを含んで構成される遊星歯車機構であり、
   前記キャリアピンを前記プラネタリキャリアを貫通するように車両外側に向けて延出させて形成し、前記プラネタリキャリアを貫通する前記キャリアピンを用いて前記ホイールを固定したことを特徴とする車輪駆動装置。
2. 請求項１に記載した車輪駆動装置において、
   前記プラネタリキャリアを貫通する前記キャリアピンの配置を前記ホイールに形成されるボルト孔の配置に合わせたことを特徴とする車輪駆動装置。
3. 請求項２に記載した車輪駆動装置において、
   前記ホイールに形成されるボルト孔の配置が、
   汎用のホイールに設定されているＰ．Ｃ．Ｄ(Pitch Circle Diameter)を満たすことを特徴とする車輪駆動装置。
4. 請求項１ないし請求項３のうちのいずれか一つに記載した車輪駆動装置において、
   前記キャリアピンの前記プラネタリキャリアを貫通して延出した先端側部分にボルトを形成し、前記ホイールに形成されるボルト孔に前記キャリアピンの前記先端側部分を挿通した状態で前記ボルトにナットを螺着して前記ホイールを固定したことを特徴とする車輪駆動装置。
   

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