JP6800670B2 - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電動モータの出力軸と車輪用軸受とを減速機を介して連結したインホイールモータ駆動装置に関する。

従来のインホイールモータ駆動装置は、例えば、特許文献１に開示された構造のものがある。この特許文献１のインホイールモータ駆動装置は、駆動力を発生させる電動モータと、電動モータの回転を減速して出力する平行軸歯車減速機と、平行軸歯車減速機からの出力を車輪に伝達する車輪ハブとで構成されている。

このインホイールモータ駆動装置は、電動モータと平行軸歯車減速機との間に中間プレートを設け、電動モータが収容されたモータハウジングを中間プレートのインボード側に設けると共に、平行軸歯車減速機が収容されたギヤハウジングを中間プレートのアウトボード側に設けた構造を具備する。

電動モータは、モータハウジングに固定されたステータと、ステータの内側でモータハウジングに回転自在に支持されたロータ軸とで構成されている。

平行軸歯車減速機は、電動モータのロータ軸に同軸的に連結されたモータ入力歯車と、中間プレートおよびギヤハウジングに回転自在に支持されてモータ入力歯車と噛合する第１カウンタ歯車と、第１カウンタ歯車と同軸的に支持された第２カウンタ歯車と、車輪ハブの車軸に設けられて第２カウンタ歯車と噛合する出力歯車とで構成されている。

車輪ハブは、ギヤハウジングに対して固定配置された外輪と、ギヤハウジングに対して回転自在に支持された内輪と、外輪と内輪との間に介装された複列の転動体とで主要部が構成されているのが一般的である。

特開２０１４−４６７４２号公報

ところで、特許文献１で開示されたインホイールモータ駆動装置では、車輪ハブと平行軸歯車減速機の出力歯車とをトルク伝達可能に連結することにより、平行軸歯車減速機からの出力を車輪ハブに伝達するようにしている。

通常、車輪ハブは、平行軸歯車減速機の出力歯車から軸方向アウトボード側に延びる軸部に、内輪をスプライン嵌合により結合させる内輪回転タイプの構造を採用している。このような構造を採用することにより、出力歯車からの回転トルクを車輪ハブに伝達可能としている。

一方、インホイールモータ駆動装置は、ホイール空間に収容されるため、そのホイール空間から食み出すと、ホイール周辺のサスペンション部品などと干渉する可能性がある。このことから、インホイールモータ駆動装置の軸方向寸法は小さい方が好ましい。

しかしながら、従来のインホイールモータ駆動装置では、前述したように、平行軸歯車減速機の出力歯車から軸方向アウトボード側に延びる軸部に、車輪ハブの内輪をスプライン嵌合により結合させる構造、つまり、電動モータ、平行軸歯車減速機および車輪ハブを単純に軸方向に並置した構造を採用していることから、インホイールモータ駆動装置全体の軸方向寸法を小さくすることが困難であった。

そこで、本発明は前述の課題に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、簡便な手段により、軸方向にコンパクトなインホイールモータ駆動装置を提供することにある。

本発明に係るインホイールモータ駆動装置は、電動モータで構成された駆動部と、複数の歯車からなる平行軸歯車減速機で構成された減速部と、車輪用軸受で構成された軸受部と、駆動部および減速部を収容するケーシングとを備えた構造を具備する。

本発明における平行軸歯車減速機は、車輪用軸受に駆動力を伝達する出力歯車を有する。また、本発明における車輪用軸受は、ケーシングに対して固定配置された一対の内輪と、ケーシングに対して回転自在に支持された外輪と、内輪と外輪との間に介装された複列の転動体とを備えた構造を具備する。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、平行軸歯車減速機の出力歯車を外輪の径方向外側にケーシングに対して支持軸受により回転自在に配置し、支持軸受にシールを設けたことを特徴とする。

本発明では、車輪用軸受の外輪の径方向外側に平行軸歯車減速機の出力歯車を配置したことにより、車輪用軸受の外輪と平行軸歯車減速機の出力歯車を軸方向でオーバーラップさせることができ、車輪用軸受と平行軸歯車減速機とを合わせた軸方向寸法を小さくできる。これにより、インホイールモータ駆動装置全体の軸方向寸法を小さくできる。

また、出力歯車をケーシングに対して回転自在に支持する支持軸受にシールを設けたことにより、シール構造を支持軸受と一体化することでもって、支持軸受と別体で構成する単体のシールが不要となる。これにより、インホイールモータ駆動装置全体の軸方向寸法をより一層小さくできる。

本発明における支持軸受は、車輪用軸受のアウトボード側およびインボード側に位置する一対の軸受で構成され、少なくともアウトボード側に位置する軸受の外側開口部にシールを設けた構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、オイルシールを配置しなくても、ケーシング内部に封入された潤滑油が外部に流出することを防止できると共に、インホイールモータ駆動装置全体の軸方向寸法を小さくすることに寄与できる。

本発明において、車輪用軸受の内輪に固定軸を嵌挿し、内輪と固定軸との径方向隙間にＯリングを配置した構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、内輪と固定軸とが相対的に回転しないので、オイルシールを配置しなくても、Ｏリングでシールすることができる。このように、オイルシールよりも幅寸法が小さいＯリングを使用することで、インホイールモータ駆動装置全体の軸方向寸法を小さくすることに寄与できる。

本発明によれば、平行軸歯車減速機の出力歯車を外輪の径方向外側にケーシングに対して支持軸受により回転自在に配置し、支持軸受にシールを設けたことにより、車輪用軸受と平行軸歯車減速機とを合わせた軸方向寸法を小さくすることができ、シール構造を支持軸受と一体化することでもって、支持軸受と別体で構成する単体のシールが不要となる。その結果、軸方向にコンパクトなインホイールモータ駆動装置を容易に実現できる。

本発明の実施形態で、インホイールモータ駆動装置の全体構成を示す断面図である。 図１の平行軸歯車減速機をアウトボード側から見た概要図である。 図１の出力歯車および車輪用軸受を示す要部拡大断面図である。 本発明の他の実施形態で、出力歯車および車輪用軸受を示す要部拡大断面図である。 インホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車の概略構成を示す平面図である。 図５の電気自動車を示す後方断面図である。

本発明に係るインホイールモータ駆動装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。図５は、インホイールモータ駆動装置２１を搭載した電気自動車１１の概略平面図、図６は、電気自動車１１を後方から見た概略断面図である。

電気自動車１１は、図５に示すように、シャシー１２と、操舵輪としての前輪１３と、駆動輪としての後輪１４と、後輪１４に駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置２１とを装備する。後輪１４は、図６に示すように、シャシー１２のホイールハウジング１５の内部に収容され、独立懸架式の懸架装置（サスペンション）１６を介してシャシー１２の下部に固定されている。

電気自動車１１は、ホイールハウジング１５の内部に、左右それぞれの後輪１４を駆動するインホイールモータ駆動装置２１を設けることによって、シャシー１２上にモータ、ドライブシャフトおよびデファレンシャルギヤ機構などを設ける必要がなくなるので、客室スペースを広く確保でき、かつ、左右の後輪１４の回転をそれぞれ制御することができるという利点を有する。

電気自動車１１の走行安定性およびＮＶＨ特性を向上させるためにばね下重量を抑える必要があり、さらに、広い客室スペースを確保するためにインホイールモータ駆動装置２１の小型化が求められている。

そこで、図１に示す実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、以下の構造を具備する。これにより、コンパクトなインホイールモータ駆動装置２１を実現し、ばね下重量を抑えることで、走行安定性およびＮＶＨ特性に優れた電気自動車１１を得ることができる。

この実施形態の特徴的な構成を説明する前にインホイールモータ駆動装置２１の全体構成を説明する。以下の説明では、インホイールモータ駆動装置２１を車体に搭載した状態で、車体の外側寄りとなる側をアウトボード側（図面左側）と称し、中央寄りとなる側をインボード側（図面右側）と称する。

インホイールモータ駆動装置２１は、図１に示すように、駆動力を発生させる駆動部Ａと、駆動部Ａの回転を減速して出力する減速部Ｂと、減速部Ｂからの出力を駆動輪としての後輪１４（図５および図６参照）に伝達する軸受部Ｃとを備えている。駆動部Ａと減速部Ｂはケーシング２２に収容されて、電気自動車１１のホイールハウジング１５（図６参照）内に取り付けられる。

ケーシング２２は、駆動部Ａの電動モータ２８を収容するモータハウジング２３と、減速部Ｂの平行軸歯車減速機３８および軸受部Ｃの車輪用軸受５３の一部を収容するギヤハウジング２４とで一体的に構成されている。モータハウジング２３とギヤハウジング２４とは、径方向でずらすようにして配置されている。

駆動部Ａは、ケーシング２２に固定されたステータ２５と、ステータ２５の径方向内側に隙間をもって対向するように配置されたロータ２６と、ロータ２６の径方向内側に配置されてロータ２６と一体回転するモータ回転軸２７とを備えたラジアルギャップ型の電動モータ２８で構成されている。モータ回転軸２７は、毎分一万数千回転程度で高速回転可能である。ステータ２５は、磁性体コアの外周にコイルを巻回することによって構成されている。ロータ２６は、永久磁石または磁性体が内部に配置されている。

モータ回転軸２７は、径方向外側へ一体的に延びるホルダ部３１によりロータ２６を保持している。ホルダ部３１は、ロータ２６が嵌め込み固定された凹溝を環状に形成した構成としている。モータ回転軸２７は、その軸方向一方側端部（図１の右側）が転がり軸受３２に、軸方向他方側端部（図１の左側）が転がり軸受３３によって、ケーシング２２のモータハウジング２３に対して回転自在に支持されている。

減速部Ｂは、入力歯車である第１歯車３４と、中間歯車である第２歯車３５および第３歯車３６と、出力歯車である第４歯車３７とからなる平行軸歯車減速機３８で構成されている。第２歯車３５は、インボード側の小径歯部３９とアウトボード側の大径歯部４０とを同軸的に有する。また、第３歯車３６は、インボード側の大径歯部４１とアウトボード側の小径歯部４２とを同軸的に有する。

平行軸歯車減速機３８では、第１歯車３４の歯部４３と第２歯車３５の大径歯部４０とが噛合し、第２歯車３５の小径歯部３９と第３歯車３６の大径歯部４１とが噛合し、第３歯車３６の小径歯部４２と第４歯車３７の歯部４４とが噛合することにより、モータ回転軸２７の回転運動を所定の減速比でもって減速する。

インホイールモータ駆動装置２１は、ホイールハウジング１５（図６参照）の内部に収められ、ばね下荷重となるため、小型軽量化が必須である。そのため、大きな減速比を持つ平行軸歯車減速機３８を用いることにより、高速回転の電動モータ２８と組み合わせることで電動モータ２８の小型化が図れ、コンパクトで高減速比のインホイールモータ駆動装置２１を実現できる。

第１歯車３４は、モータ回転軸２７にスプライン嵌合により同軸的に取り付けられ、転がり軸受４５，４６によってケーシング２２のギヤハウジング２４に回転自在に支持されている。第２歯車３５は、転がり軸受４７，４８によってギヤハウジング２４に回転自在に支持されている。第３歯車３６は、転がり軸受４９，５０によってギヤハウジング２４に回転自在に支持されている。第４歯車３７は、車輪用軸受５３の外輪５８にスプライン嵌合により同軸的に取り付けられ、支持軸受である転がり軸受５１，５２によってギヤハウジング２４に回転自在に支持されている。

第１歯車３４〜第３歯車３７は、図１に示すように、径方向に沿って一直線上に配置されている。また、第１歯車３４〜第４歯車３７の回転中心Ｃ１〜Ｃ４は、図２に示すような位置関係でもってオフセット配置されている。このように、第１歯車３４〜第４歯車３７を配置することにより、減速部Ｂの軸方向および径方向のコンパクト化を図っている。なお、図中の符号Ｍは、ホイール空間を示す。

ここで、第１歯車３４〜第４歯車３７には、はすば歯車を用いている。はすば歯車は、同時に噛合う歯数が増え、歯当たりが分散されるので音が静かで、トルク変動が少ない点で有効である。このように、平行軸歯車減速機３８にはすば歯車を用いることで、製造が容易でコストの低減が図れ、性能面でも、静粛かつ効率のよいインホイールモータ駆動装置２１を実現することができる。

軸受部Ｃは、図１に示すように、以下のような構造の車輪用軸受５３で構成されている。車輪用軸受５３は、サスペンション部材５４に取り付けられた固定軸５５の先端外周に嵌合された一対の内輪５６，５７と、内輪５６，５７の外側に配置された外輪５８と、内輪５６，５７と外輪５８との間に軸方向２列で配置された複数個の転動体５９，６０とを備えている。

車輪用軸受５３のインボード側およびアウトボード側に配置された内輪５６，５７は、固定軸５５と共に回り止めされ、固定軸５５の端部に螺合したナット６１により抜け止めされている。ナット６１の締め付け力により、車輪用軸受５３に予圧が付与されている。この予圧の付与により、車輪用軸受５３を複列のアンギュラ玉軸受構造としている。

車輪用軸受５３の軸方向両端部には、泥水などの侵入防止およびグリースの漏洩防止のためにシール部材６２，６３が設けられている。なお、外輪５８のアウトボード側にはフランジ６４が一体的に形成され、このフランジ６４にハブボルト（図示せず）で後輪１４（図５および図６参照）が連結される。

車輪用軸受５３の外輪５８の径方向外側に平行軸歯車減速機３８の第４歯車３７が配置されている。外輪５８は、前述したように、ギヤハウジング２４に対して転がり軸受５１，５２によって回転自在に支持した第４歯車３７にスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結されている。

このように、車輪用軸受５３の外輪５８の径方向外側に平行軸歯車減速機３８の第４歯車３７を配置したことにより、外輪５８と第４歯車３７を軸方向でオーバーラップさせることができる。その結果、車輪用軸受５３と平行軸歯車減速機３８とを合わせた軸方向寸法を小さくできるので、インホイールモータ駆動装置２１全体の軸方向寸法を小さくできる。

また、車輪用軸受５３の外輪５８を平行軸歯車減速機３８の第４歯車３７にスプライン嵌合によりトルク伝達可能に結合した構造を採用したことにより、外輪回転タイプの車輪用軸受５３を持つインホイールモータ駆動装置２１を容易に実現することができる。

以上の構成からなるインホイールモータ駆動装置２１の全体的な作動原理を説明する。

図１に示すように、駆動部Ａにおいて、ステータ２５に交流電流を供給することによって生じる電磁力を受けてロータ２６が回転する。減速部Ｂにおいて、モータ回転軸２７の回転が平行軸歯車減速機３８の第１歯車３４〜第４歯車３７によって減速され、軸受部Ｃの車輪用軸受５３に伝達される。

この時、モータ回転軸２７の回転が平行軸歯車減速機３８により減速されて車輪用軸受５３に伝達されるので、低トルク、高速回転型の電動モータ２８を採用した場合でも、後輪１４（図５および図６参照）に必要なトルクを伝達することが可能となる。

この実施形態では、駆動部Ａとしてラジアルギャップ型の電動モータ２８を例示したが、任意の構成のモータを適用可能である。例えば、ケーシングに固定されたステータと、ステータの軸方向内側に隙間をもって対向するように配置されたロータとを備えるアキシャルギャップ型の電動モータであってもよい。

このインホイールモータ駆動装置２１では、駆動部Ａに電動モータ２８を冷却するための潤滑油が封入され、減速部Ｂに平行軸歯車減速機３８を冷却および潤滑するための潤滑油が封入されている。インホイールモータ駆動装置２１の駆動時、駆動部Ａでは、ロータ２６の回転でもって電動モータ２８を冷却する。減速部Ｂでは、第１歯車３４〜第４歯車３７の回転による跳ね掛けでもって平行軸歯車減速機３８を冷却すると共に潤滑する。

この実施形態におけるインホイールモータ駆動装置２１の全体構成は、前述のとおりであるが、その特徴的な構成を以下に詳述する。

ここで、インホイールモータ駆動装置２１では、電動モータ２８を冷却し、平行軸歯車減速機３８を冷却すると共に潤滑する潤滑油が外部に流出することを防止するため、シール構造が必要である。このシール構造において、回転体をシールするオイルシールは圧入して取り付けるため、圧入を容易にするための面取り形状をケーシングや軸に設ける必要がある。そのため、オイルシールの取り付け形状まで含めて軸方向寸法が大きくなる。

そこで、この実施形態のインホイールモータ駆動装置２１では、図３に示すように、車輪用軸受５３の外輪５８の径方向外側で平行軸歯車減速機３８の第４歯車３７をギヤハウジング２４に対して回転自在に支持する転がり軸受５１，５２にシール６５，６６を設けている。このシール６５，６６は、アウトボード側およびインボード側に位置する転がり軸受５１，５２の外側開口部に設けられている。また、転がり軸受５１，５２とギヤハウジング２４との径方向隙間にＯリング６７，６８を配置している。

このように、転がり軸受５１，５２にシール６５，６６を設けたことにより、シール構造を転がり軸受５１，５２と一体化することでもって、転がり軸受５１，５２と別体で構成する単体のシールが不要となる。また、オイルシールよりも幅寸法が小さいＯリング６７，６８を設けることで、ギヤハウジング２４の内部に封入された潤滑油が外部に流出することを防止できる。

その結果、インホイールモータ駆動装置２１全体の軸方向寸法を小さくできる。このように、軸方向にコンパクトなインホイールモータ駆動装置２１を実現できることにより、インホイールモータ駆動装置２１をホイール空間に収容させることが容易となる。インホイールモータ駆動装置２１がホイール空間から食み出すことを回避できるので、ホイール周辺のサスペンション部品との干渉を防止できる。

また、インホイールモータ駆動装置２１の軸方向寸法を小さくできることにより、車輪用軸受５３をホイールセンタに近づけることが可能となる。このように、車輪用軸受５３がホイールセンタに近づくことにより、車輪用軸受５３が旋回荷重を受ける際に２列の転動体５９，６０で旋回荷重を均等に分配することができるので、車輪用軸受５３の耐久性が向上する。

ここで、車輪用軸受５３の外輪５８と平行軸歯車減速機３８の第４歯車３７とをトルク伝達可能に連結するスプライン嵌合部６９は荷重が負荷されることで摩耗し、摩耗粉が発生するおそれがある。

これに対して、この実施形態のインホイールモータ駆動装置２１では、前述のスプライン嵌合部６９の近傍に配置された転がり軸受５１の外側開口部、つまり、スプライン嵌合部６９側の開口部にシール６５を設けている。これにより、転がり軸受５１の内部に摩耗粉が侵入することを防止でき、摩耗粉の噛み込みによる転がり軸受５１の損傷を回避することができる。

図３に示す実施形態では、アウトボード側およびインボード側に位置する転がり軸受５１，５２の外側開口部にシール６５，６６を設けた場合を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、図４に示すような構造であってもよい。

図４に示す実施形態のインホイールモータ駆動装置２１では、図３の実施形態と同様、アウトボード側に位置する転がり軸受５２の外側開口部にシール６６を設け、転がり軸受５２とギヤハウジング２４との径方向隙間にＯリング６８を配置すると共に、図４に示すように、車輪用軸受５３のインボード側に位置する内輪５６と固定軸５５との径方向隙間にＯリング７０を配置している。

車輪用軸受５３の内輪５６と固定軸５５とが相対的に回転しないので、オイルシールを配置しなくても、車輪用軸受５３の内輪５６と固定軸５５との径方向隙間に配置されたＯリング７０によりシールすることができる。このように、オイルシールよりも幅寸法が小さいＯリング７０を使用することで、インホイールモータ駆動装置２１全体の軸方向寸法を小さくすることに寄与できる。

以上の実施形態では、図５および図６に示すように、後輪１４を駆動輪とした電気自動車１１を例示したが、前輪１３を駆動輪としてもよく、４輪駆動車であってもよい。なお、本明細書中で「電気自動車」とは、電力から駆動力を得る全ての自動車を含む概念であり、例えば、ハイブリッドカー等も含むものである。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

２１ インホイールモータ駆動装置
２２ ケーシング
２８ 電動モータ
３３〜３６ 歯車
３７ 出力歯車（第４歯車）
３８ 平行軸歯車減速機
５１，５２ 支持軸受（転がり軸受）
５３ 車輪用軸受
５５ 固定軸
５６，５７ 内輪
５８ 外輪
５９，６０ 転動体
６５，６６ シール
７０ Ｏリング
Ａ 駆動部
Ｂ 減速部
Ｃ 軸受部

Claims (3)

1. 電動モータで構成された駆動部と、複数の歯車からなる平行軸歯車減速機で構成された減速部と、車輪用軸受で構成された軸受部と、前記駆動部および減速部を収容するケーシングとを備えたインホイールモータ駆動装置であって、
   前記平行軸歯車減速機は、前記車輪用軸受に駆動力を伝達する出力歯車を有し、
   前記車輪用軸受は、前記ケーシングに対して固定配置された一対の内輪と、ケーシングに対して回転自在に支持され、車輪に取り付けるためのフランジを有する外輪と、前記内輪と外輪との間に介装された転動体とを備え、
   前記出力歯車を、前記車輪用軸受の外輪にスプライン嵌合により取り付け、
   前記平行軸歯車減速機の出力歯車を前記外輪の径方向外側にケーシングに対して支持軸受により回転自在に配置し、前記支持軸受にシールを設けたことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
2. 前記支持軸受は、前記車輪用軸受のアウトボード側およびインボード側に位置する一対の軸受で構成され、少なくとも前記アウトボード側に位置する軸受の外側開口部にシールを設けた請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
3. 前記車輪用軸受の内輪に固定軸を嵌挿し、前記内輪と前記固定軸との径方向隙間にＯリングを配置した請求項１又は２に記載のインホイールモータ駆動装置。

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