JP7831333B2 - モータユニット - Google Patents

Description

本明細書に開示の技術は、モータユニットに関する。特に、車両の車輪を駆動するインホイール型のモータユニットに関する。

特許文献１に開示されるインホイールモータ駆動装置は、ケーシングと、電動モータによって駆動されるとともに入力歯車を有する入力軸と、入力軸に対して平行であるとともに入力歯車と噛み合う入力中間歯車を有する中間軸と、を備える。入力軸と中間軸との間には、入力軸をケーシングに支持する軸受と、中間軸をケーシングに支持する軸受と、が設けられる。

特開２０１８－０６３０１９号公報

軸受けは、回転軸の外周面を、ケーシングに対して回転可能に支持する。また、互いに噛み合う歯車を有する２本の回転軸は、回転軸の径方向にオフセットする。このような２本の軸の間には、それぞれの回転軸をケーシングに対して回転可能に支持する２つの軸受けと、当該軸受けを支持するケーシングと、が軸の径方向に重ねて配置されることとなる。さらに、軸受けを支持するケーシングには、回転軸の回転に起因する荷重が加えられる。このため、ケーシングには、当該荷重に耐え得る剛性が求められる。このため、ケーシングの径方向の高さを極端に薄くすることが困難となる。このように、２本の回転軸がオフセットして配置されるインホイールモータ型のモータユニットでは、軸受けおよびケーシングのレイアウトが複雑であり、これらのレイアウトによっては、ケーシングのサイズが大きくなってしまう。本明細書では、軸受けおよびケーシングのレイアウトの自由度を向上させることができる技術を提供する。

本明細書は、車両の車輪を駆動するインホイール型のモータユニットを開示する。モータユニットは、モータと、前記モータを収容するケーシングと、前記モータによって駆動されるとともに、第１ギアを有する第１回転軸と、前記第１ギアの両側に位置するとともに、前記ケーシングに対して前記第１回転軸を回転可能に支持する一対の第１軸受けと、前記第１回転軸に対して平行であるとともに、前記第１ギアに噛み合う第２ギアを有する第２回転軸と、前記第２ギアの両側に位置するとともに、前記ケーシングに対して前記第２回転軸を回転可能に支持する一対の第２軸受けと、を備える。前記第１回転軸及び前記第２回転軸に平行な軸方向に関して、前記一対の第２軸受けは前記一対の第１軸受けの間に位置しており、前記一対の第２軸受けのそれぞれは、前記第２ギアに対して径方向内側から固定された外輪と、前記ケーシングに対して径方向外側から固定された内輪と、前記外輪と前記内輪との間に位置する転動体とを有する。

上述したモータユニットでは、一対の第２軸受けのそれぞれが、第２ギアを径方向内側からケーシングに対して回転可能に支持する。このため、例えば、第２ギアと一対の第２軸受けとの間にケーシングが介在する構成に比べて、一対の第２軸受けのレイアウトの自由度を向上させることができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のモータユニット１０の側面図を示す。 図１の線ＩＩ－ＩＩに沿った断面図を示す。 図２の線ＩＩＩに囲まれた範囲の拡大図を示す。 図３の線ＩＶに囲まれた範囲の拡大図を示す。

本技術の一実施形態では、前記第２ギアの軸方向における両端面には、前記一対の第２軸受けをそれぞれ収容する溝が設けられていてもよい。その場合、前記第２軸受けの前記外輪は、前記溝の内周面に径方向内側から固定されていてもよい。このような構成によると、第２軸受けが少なくとも部分的に溝に収容されることによって、ケーシングの軸方向のサイズを小さくすることができる。

本技術の一実施形態では、前記ケーシングには、前記第２ギアの各溝に向けて突出する一対のボスが設けられていてもよい。その場合、前記第２軸受けの前記内輪は、前記ボスの外周面に径方向外側から固定されていてもよい。このような構成によると、第２軸受けの溝に収容される部位を、ケーシングのボスによって安定して支持することができる。

本技術の一実施形態では、前記軸方向に沿って見たときに、前記一対の第１軸受け及び前記一対の第２軸受けは少なくとも部分的に重なり合ってもよい。このような構成によると、第１回転軸および第２回転軸の間の距離を小さくすることができる。

本技術の一実施形態では、前記第１回転軸は、前記モータに対して同軸に接続されており、前記第２回転軸は、前記車輪に対して同軸に接続されてもよい。但し、別の実施形態では、例えば、第２回転軸は、車輪に対して径方向にオフセットして配置されてもよい。その場合、第２ギアは、車輪に対して同軸に配置された第３回転軸に設けられた第３ギアと噛み合ってもよい。

（実施例）
図１は、実施例のモータユニット１０の側面図を示す。モータユニット１０は、電動車両１００の後輪６Ｒに設けられる。電動車両１００は、後輪６Ｒに設けられたインホイール型のモータユニット１０にバッテリ（図示省略）の電力を供給することによって、後輪６Ｒを駆動する。本明細書における電動車両１００には、電気自動車のほか、燃料電池車も含まれる。図中の座標系では、ＦＲが電動車両１００の前方を示しており、ＵＰが電動車両１００の上方を示しており、ＬＨは電動車両１００の左方を示している。以下では、図中の座標系に基づいて、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」および「後」を記載する。

図示は省略したが、モータユニット１０は、電動車両１００の車体２に対して、トレーリングアームによってリアサスペンションを介さずに接続される。また、詳細は図２を参照して後述するが、モータユニット１０は、リアサスペンションを介さずに後輪６Ｒに直接的に接続される。後輪６Ｒは、ホイール８と、タイヤ９と、を備える。ホイール８は、モータユニット１０を、車両外側（すなわち、図１の紙面手前側）から覆う。

図２に示されるように、モータユニット１０は、モータ２１と、入力軸２０と、出力軸３０と、ケーシング１２と、を備える。モータ２１は、いわゆるラジアルギャップモータであり、ロータ２４と、ロータコア２５と、ステータコイル２６と、ステータコア２７と、を備える。ロータコア２５は、ロータ２４の外周面に設けられている。ステータコイル２６は、ステータコア２７の外周面に巻き付けられている。ステータコイル２６およびステータコア２７は、ロータコア２５に対して、ロータコア２５の径方向（すなわち、図２の紙面上下方向）外側から対向する。ロータコア２５とステータコア２７とは、ともに磁性体で形成される。ステータコイル２６に電流が流れることによって、ロータコア２５とステータコイル２６との間に磁力が発生し、ロータ２４が回転する。

ロータ２４の径方向の中央部には、入力軸２０が挿入されている。入力軸２０は、左右方向に沿って延びる円柱形状を有する。入力軸２０は、ロータ２４の中心軸Ａ１と同軸に配置されている。すなわち、入力軸２０は、モータ２１に対して同軸に設けられている。モータ２１のロータ２４の回転運動は、入力軸２０に伝達される。すなわち、入力軸２０は、モータ２１によって駆動される。

入力軸２０の左方（すなわち、図２の紙面右方）の端部には、入力ギア２２が設けられている。入力ギア２２は、入力軸２０とともに回転する。入力ギア２２の前方（すなわち、図２の紙面下方）には、出力ギア３２が位置する。入力ギア２２と出力ギア３２とは、互いに噛み合っている。

出力ギア３２は、出力軸３０の外周面に固定されている。これにより、モータ２１のロータ２４の回転が、入力軸２０を介して出力軸３０に伝達される。出力軸３０は、左右方向に沿って延びる円柱形状を有する。すなわち、出力軸３０は、入力軸２０に対して平行に延びている。ロータ２４の中心軸Ａ１と出力軸３０の中心軸Ａ２とは互いに平行に延びている。すなわち、入力軸２０および出力軸３０は、両軸２０、３０に平行な軸方向ＡＤに延びている。

ケーシング１２は、モータ２１と、入力ギア２２と、出力ギア３２と、を収容する。ケーシング１２は、第１ケーシング１４と、第２ケーシング１６と、第３ケーシング１８と、を備える。各ケーシング１４、１６、１８は、左右方向に重なっている。最も車両内側（すなわち、図２の紙面左側）に位置する第１ケーシング１４は、モータ２１を車両内側から支持する。モータ２１のロータ２４と第１ケーシング１４との間には、軸受け１１Ｒが設けられている。

第２ケーシング１６は、モータ２１を車両外側（すなわち、図２の紙面右側）から覆う。第１ケーシング１４および第２ケーシング１６は、複数のボルトＢ１によって締結されている。入力軸２０と第２ケーシング１６との間には、軸受け１１Ｌが設けられている。このように、ケーシング１２の第１ケーシング１４および第２ケーシング１６は、ロータ２４の軸方向ＡＤの両側に設けられた一対の軸受け１１Ｒ、１１Ｌによって、モータ２１を、回転可能に支持する。

入力軸２０は、第２ケーシング１６の外壁を通過して車両外側に延びている。入力軸２０の先端および入力ギア２２は、車両外側から、第３ケーシング１８によって覆われる。第２ケーシング１６および第３ケーシング１８は、複数のボルトＢ１によって締結されている。入力軸２０の先端と、第３ケーシング１８との間には、軸受け１３Ｌが設けられる。同様に、入力軸２０の入力ギア２２の右方（すなわち、図２の紙面左方）にも、入力軸２０と第２ケーシング１６との間に、軸受け１３Ｒが設けられる。このように、ケーシング１２の第２ケーシング１６および第３ケーシング１８は、入力ギア２２の軸方向ＡＤの両側に設けられた一対の軸受け１３Ｒ、１３Ｌによって、入力軸２０を、回転可能に支持する。

出力ギア３２は、第２ケーシング１６と第３ケーシング１８の間に位置する。出力ギア３２の軸方向ＡＤの両側には、一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌが設けられている。出力軸３０は、第３ケーシング１８の外壁を通過して車両外側に延びている。出力軸３０の先端部には、ディスクロータ３４が設けられている。ディスクロータ３４は、円盤形状を有しており、出力軸３０とともに回転する。ディスクロータ３４の後方（すなわち、図２の紙面上方）には、ブレーキピストン３６が設けられている。ブレーキピストン３６は、ディスクロータ３４を挟み込むことによって、出力軸３０の回転を停止する。

出力軸３０の先端部は、車両外側から、ホイール５によって覆われている。このように、出力軸３０は、後輪６Ｒに同軸に接続されている。このように、第２ケーシング１６および第３ケーシング１８は、出力軸３０を支持する。なお、変形例では、ケーシング１２の構造は、各ケーシング１４、１６、１８に分割される構造に限定されず、一体型構造が採用されてもよい。

図３を参照して、本実施例のモータユニット１０における一対の軸受け１３Ｒ、１３Ｌと一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌとの位置関係について説明する。軸方向ＡＤに関して、一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌの両端の間の距離は、一対の軸受け１３Ｒ、１３Ｌの間の距離Ｄ１よりも短い。別言すれば、軸方向ＡＤに関して、一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌは、一対の軸受け１３Ｒ、１３Ｌの間に位置している。例えば、出力軸３０の径方向ＲＤに沿って見たときに、一対の軸受け１３Ｒ、１３Ｌおよび一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌの一部が重なる構成では、ケーシング１２が、一対の軸受け１３Ｒ、１３Ｌと一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌとの間に、両者を支持するボスを介在させることが必要となる。このような構成では、入力軸２０の中心軸Ａ１と出力軸３０の中心軸Ａ２との間の距離Ｄ２が長くなる。

さらに、この場合、ケーシング１２の両者を支持するケーシング１２のボスには、入力軸２０および出力軸３０が回転することによって、径方向ＲＤの両側から、一対の軸受け１３Ｒ、１３Ｌと一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌを介して荷重が加えられる。このため、ケーシング１２のボスには、径方向ＲＤの一方の側から荷重が加えられる構成に比べて、高い剛性が要求される。その結果、当該ボスは、径方向ＲＤに関して、一対の軸受け１３Ｒ、１３Ｌと一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌとを支持しないケーシング１２のボスに比べて径方向ＲＤに高くなる。このため、入力軸２０の中心軸Ａ１と出力軸３０の中心軸Ａ２との間の距離Ｄ２がより長くなりやすい。

本実施例のモータユニット１０は、軸方向ＡＤに関して、一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌは、一対の軸受け１３Ｒ、１３Ｌの間に位置している。このために、両者の間にケーシング１２のボスを介在させる必要がない。その結果、一対の軸受け１３Ｒ、１３Ｌに対する一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌのレイアウトの自由度を向上させることができる。

図４を参照して、一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌの詳細構造について説明する。なお、本明細書では、一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌのうち、右側（すなわち、図２の紙面左側）に位置する軸受け１５Ｒの構造について主に説明する。しかしながら、軸受け１１Ｒ、１１Ｌ、１３Ｒ、１３Ｌ、および１５Ｌについても同様の構成を有する。

軸受け１５Ｒは、いわゆるラジアル玉軸受けである。軸受け１５Ｒは、出力ギア３２の周方向に沿っての環状に延びる。軸受け１５Ｒは、外輪５２と、内輪５４と、転動体５６と、を備える。外輪５２は、転動体５６の径方向ＲＤの外側に位置する。内輪５４は、転動体５６の径方向ＲＤの内側に位置する。外輪５２および内輪５４は、転動体５６を出力ギア３２の周方向に沿っての摺動可能に支持する。

出力ギア３２の右方の端面には、溝４０が設けられている。溝４０は、出力ギア３２の周方向に沿って環状に延びる窪みである。溝４０には、軸受け１５Ｒと、第２ケーシング１６のボス６０と、が収容されている。ボス６０は、出力ギア３２の周方向に沿っての環状に延びる突起である。ボス６０は、矩形断面を有しており、溝４０の内周面４２の径方向ＲＤの内側（すなわち、図２の紙面下側）の面と、間隙を介して対向する。

図４に示されるように、軸受け１５Ｒは、溝４０の内周面４２の径方向ＲＤの外側の面と、ボス６０の外周面６２との間に位置する。すなわち、軸受け１５Ｒは、溝４０に収容されている。より詳細には、軸受け１５Ｒの外輪５２は、溝４０の内周面４２に径方向ＲＤの内側（すなわち、図４の紙面下側）から固定され、軸受け１５Ｒの内輪５４は、ボス６０の外周面６２に径方向ＲＤの外側から固定されている。同様に、一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌのうち、左側に位置する軸受け１５Ｌの外輪５２も、溝４０の内周面４２に径方向ＲＤの内側から固定されており、軸受け１５Ｌの内輪５４は、第３ケーシング１８のボス８０（図３参照）に径方向ＲＤの外側から固定されている。このように、出力ギア３２は、ケーシング１２に対して、回転可能に支持される。軸受け１５Ｒを溝４０に収容することによって、一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌの間の距離を短くすることができる。その結果、軸方向ＡＤに関して、ケーシング１２のサイズを小さくすることができる。

このように、本実施例のモータユニット１０では、一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌと、出力ギア３２の内周面４２の径方向ＲＤの外側の面との間に、ケーシング１２のボス６０、８０が介在しない。そのため、一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌを、入力軸２０に対して近づけることができる。さらに、図３に示されるように、モータユニット１０では、一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌの後端（すなわち、図３の紙面上方の端）は、一対の軸受け１３Ｒ、１３Ｌの前端よりも後方に配置される。すなわち、軸方向ＡＤに沿って見たときに、一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌの後端部は、一対の軸受け１３Ｒ、１３Ｌの前端部と距離Ｄ３だけ重なっている。別言すれば、入力軸２０の中心軸Ａ１と出力軸３０の中心軸Ａ２との間の距離Ｄ２は、中心軸Ａ１と一対の軸受け１３Ｒ、１３Ｌの前端との間の距離と、中心軸Ａ２と一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌの後端との間の距離と、を合計した距離よりも距離Ｄ３だけ短くなる。このように、本実施例のモータユニット１０は、一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌのレイアウトの自由度を向上させることによって、特に径方向ＲＤに関して、ケーシング１２のサイズを小さくすることができる。

（対応関係）入力ギア２２が、「第１ギア」の一例であり、出力ギア３２が、「第２ギア」の一例である。入力軸２０が、「第１回転軸」の一例であり、出力軸３０が、「第２ギア」の一例である。一対の軸受け１３Ｒ、１３Ｌが、「一対の第１軸受け」の一例であり、一対の軸受け１５Ｒ、１５Ｌが、「一対の第２軸受け」の一例である。

以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。上記の実施例の変形例を以下に列挙する。

（変形例１）本実施例のモータユニット１０では、軸方向ＡＤに関して、軸受け１５Ｒの全範囲が、出力ギア３２の溝４０に収容されている。しかしながら、変形例では、例えば、軸方向ＡＤに関して、軸受け１５Ｒの半分が溝４０に収容されていてもよい。一般的に言うと、軸受け１５Ｒが部分的に溝４０に収容されていればよい。

（変形例２）出力ギア３２は、溝４０を備えなくてもよい。その場合、軸受け１５Ｒの外輪５２は、出力ギア３２の軸方向ＡＤの右方の端面に設けられた突起に対して、径方向ＲＤの内側から固定されてもよい。

（変形例３）ケーシング１２は、ボス６０、８０を備えなくてもよい。その場合、例えば、軸受け１５Ｒの内輪５４は、軸方向ＡＤにケーシング１２に固定されてもよい。

（変形例４）入力ギア２２と出力ギア３２との間に、中間ギアが設けられてもよい。その場合、例えば、当該中間ギアをケーシング１２に回転可能に支持する一対の中間軸受けが、軸方向ＡＤに関して、一対の軸受け１３Ｒ、１３Ｌの間に位置してもよい。さらに、一対の中間軸受けのそれぞれが、第中間ギアに対して径方向内側から固定された外輪５２と、ケーシング１２に対して径方向外側から固定された内輪５４と、転動体５６とを有してもよい。本変形例では、中間ギアが「第２ギア」の一例であり、中間軸受けが、「第２軸受け」の一例である。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：車体、５：ホイール、６Ｒ：後輪、８：ホイール、９：タイヤ、１０：モータユニット、１１Ｌ，１１Ｒ，１３Ｌ，１３Ｒ，１５Ｌ，１５Ｒ：軸受け、１４：第１ケーシング、１６：第２ケーシング、１８：第３ケーシング。２０：入力軸、２１：モータ、２２：入力ギア、２４：ロータ、２５：ロータコア、２６：ステータコイル、２７：ステータコア、３０：出力軸、３２：出力ギア、３４：ディスクロータ、３６：ブレーキピストン、４０：溝、４２：内周面、５２：外輪、５４：内輪、５６：転動体、６０：ボス、６２：外周面、８０：ボス、１００：電動車両、Ａ１，Ａ２：中心軸、ＡＤ：軸方向、Ｂ１、ＲＤ：径方向

Claims (4)

1. 車両の車輪を駆動するインホイール型のモータユニットであって、
   モータと、
   前記モータを収容するケーシングと、
   前記モータによって駆動されるとともに、第１ギアを有する第１回転軸と、
   前記第１ギアの両側に位置するとともに、前記ケーシングに対して前記第１回転軸を回転可能に支持する一対の第１軸受けと、
   前記第１回転軸に対して平行であるとともに、前記第１ギアに噛み合う第２ギアを有する第２回転軸と、
   前記第２ギアの両側に位置するとともに、前記ケーシングに対して前記第２回転軸を回転可能に支持する一対の第２軸受けと、
   を備え、
   前記第１回転軸及び前記第２回転軸に平行な軸方向に関して、前記一対の第２軸受けは、前記一対の第１軸受けの間に位置しており、
   前記一対の第２軸受けのそれぞれは、前記第２ギアに対して径方向内側から固定された外輪と、前記ケーシングに対して径方向外側から固定された内輪と、前記外輪と前記内輪との間に位置する転動体とを有し、
   前記軸方向に沿って見たときに、前記一対の第１軸受け及び前記一対の第２軸受けは少なくとも部分的に重なり合う、
   モータユニット。
2. 前記第２ギアの軸方向における両端面には、前記一対の第２軸受けをそれぞれ収容する溝が設けられており、
   前記第２軸受けの前記外輪は、前記溝の内周面に径方向内側から固定されている、請求項１に記載のモータユニット。
3. 前記ケーシングには、前記第２ギアの各溝に向けて突出する一対のボスが設けられており、
   前記第２軸受けの前記内輪は、前記ボスの外周面に径方向外側から固定されている、請求項２に記載のモータユニット。
4. 前記第１回転軸は、前記モータに対して同軸に接続されており、
   前記第２回転軸は、前記車輪に対して同軸に接続される、請求項１から３のいずれか一項に記載のモータユニット。