JP2007238092A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量で耐久性に優れ信頼性の高いインホイールモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】インホイールモータ駆動装置２１は、ケーシング２２と、モータ部Ａと、減速部Ｂと、車輪ハブ３２と、車輪ハブ３２をケーシング２２に対して回転自在に支持する車輪ハブ軸受３３とを備える。車輪ハブ軸受３３は、内径面に第１外側軌道面３３ａおよび第２外側軌道面３３ｂを有する外方部材２２ａと、外径面に第１外側軌道面３３ａに対向する第１内側軌道面３３ｃを有する内方部材３８と、外径面に第２外側軌道面３３ｂに対向する第２内側軌道面３３ｄを有する車輪ハブ３２と、第１外側軌道面３３ａと第１内側軌道面３３ｃとの間、および第２外側軌道面３３ｂと第２内側軌道面３３ｄとの間にそれぞれ複数個配置される転動体としての玉３３ｅとを含む。そして、車輪ハブ３２と内方部材３８とは、拡径加締めによって固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータの出力軸と車輪のハブとを減速機を介して同軸上に連結したインホイールモータ駆動装置に関するものである。

従来のインホイールモータ駆動装置は、例えば、特開２００１−３２９１４号公報（特許文献１）に記載されている。同公報に記載されているインホイールモータ駆動装置は、駆動力を発生させるモータと、モータの回転を減速して駆動輪に伝達する減速機と、駆動輪を回転自在に保持する車輪ハブとを備える。

減速機としては、入力軸に設けられた太陽歯車と、ケーシングに固定された内歯車と、太陽歯車と内歯車との間に配置され、出力軸に連結される遊星歯車とを備える遊星歯車機構を採用している。また、遊星歯車機構を直列に２個配置して減速比を高めている。

車輪ハブは、減速機の出力軸に固定連結され、車輪ハブ軸受によってケーシングに対して回転自在に支持されている。車輪ハブ軸受は、車輪ハブおよび出力軸に固定された内輪と、ケーシングの内径面に嵌合する外輪と、内輪および外輪の間に配置される複数の転動体と、複数の転動体を保持する保持器とを備える複列の転がり軸受である。

上記構成のインホイールモータ駆動装置を採用した電気自動車は、車体内にドライブユニットのための空間を確保する必要がないので車内有効スペースが増えること、およびデファレンシャル装置等の伝動系による効率低下や重量増がない利点を有する旨が記載されている。
特開２００１−３２９１４号公報

上記公報に記載されているインホイールモータ駆動装置を電気自動車に搭載した場合において、電気自動車の旋回や急加減速等によって車輪ハブにラジアル荷重やモーメント荷重が負荷されると、車輪ハブが偏心したり傾いたりする。

ここで、出力軸は一方側端部が減速機に接続され、他方側端部が車輪ハブに固定連結されているので、車輪ハブの傾きに伴って、出力軸も偏心や傾き等の内部変形を生じる。これは、遊星歯車機構の円滑な回転を阻害するばかりでなく、各歯車間に過大な荷重が負荷されることによる構成部品の破損等が発生する恐れがある。

そこで、本発明の目的は、小型軽量で耐久性に優れ、信頼性の高いインホイールモータ駆動装置を提供することである。

この発明に係るインホイールモータ駆動装置は、ケーシングと、モータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、モータ側回転部材の回転を減速して車輪側回転部材に伝達する減速部と、車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブと、車輪ハブをケーシングに対して回転自在に支持する車輪ハブ軸受とを備える。車輪ハブ軸受は、内径面に第１外側軌道面および第２外側軌道面を有する外方部材と、外径面に第１外側軌道面に対向する第１内側軌道面を有する内方部材と、外径面に第２外側軌道面に対向する第２内側軌道面を有する車輪ハブと、第１外側軌道面と第１内側軌道面との間、および第２外側軌道面と第２内側軌道面との間にそれぞれ複数個配置される転動体とを含む。そして、車輪ハブと内方部材とは、拡径加締めによって固定される。

上記方法で内方部材と車輪ハブとを固定連結することにより、嵌め合いで固定する場合と比較して、結合強度を大幅に高めることができる。これにより、車輪ハブを安定して保持することが可能となる。

この発明に係るインホイールモータ駆動装置は、ケーシングと、モータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、モータ側回転部材の回転を減速して車輪側回転部材に伝達する減速部と、車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブとを備える。車輪側回転部材は、減速部側に配置されるフランジ部および車輪ハブ側に配置される軸部を含み、フランジ部は、軸受によってケーシングに対して回転自在に支持されている。

上記構成とすることにより、車輪ハブに負荷されるラジアル荷重やモーメント荷重によって車輪側回転部材が傾くのを防止することができる。その結果、減速部の円滑な作動を維持した信頼性の高いインホイールモータ駆動装置を得ることができる。

好ましくは、インホイールモータ駆動装置は、車輪ハブをケーシングに対して回転自在に支持する車輪ハブ軸受をさらに有し、車輪ハブ軸受および車輪ハブ軸受の内径面に挿通される車輪側回転部材の間には、車輪ハブ軸受と車輪側回転部材とを固定連結する嵌合部と、車輪ハブ軸受の内径面と車輪側回転部材の外径面との間に径方向の隙間が形成される隙間部とが設けられている。

さらに好ましくは、インホイールモータ駆動装置は、車輪ハブを前記ケーシングに対して回転自在に支持する車輪ハブ軸受と、車輪ハブ軸受および車輪ハブ軸受の内径面に嵌合する車輪側回転部材の間で、角度変位および軸方向変位を許容しつつ車輪側回転部材の回転を車輪ハブに伝達する継手とをさらに備える。

上記構成は、車輪ハブの傾きが車輪側回転部材に伝わらない構造であるので、減速部の回転不良や破損等のトラブルを防止して、さらに信頼性の高いインホイールモータ駆動装置を得ることができる。なお、本明細書中「継手」とは、動力を伝達するために２つの部材を接続する機械要素、またはその方法を指すものとする。

一実施形態として、減速部は、モータ側回転部材に設けられた太陽歯車と、ケーシングに固定された内歯車と、車輪側回転部材に回転自在に保持され、太陽歯車および内歯車の間に配置される複数の遊星歯車とを含む。

他の実施形態として、モータ側回転部材は偏心部をさらに有し、減速部は、偏心部に回転自在に保持されて、モータ側回転部材の回転に伴ってその回転軸心を中心とする公転運動を行う公転部材と、公転部材の外周部に係合して公転部材の自転運動を生じさせる外周係合部材と、公転部材の自転運動を、モータ側回転部材の回転軸心を中心とする回転運動に変換して車輪側回転部材に伝達する運動変換機構とを含む。

上記構成のような、コンパクトで高減速比が得られる減速機構を採用することによって、モータ部が低トルクであっても、駆動輪に十分なトルクを伝達することが可能となる。その結果、軽量で小型のインホイールモータ駆動装置を得ることができる。

この発明によれば、低トルクのモータを採用した場合でも駆動輪に十分なトルクを伝達可能なインホイールモータ駆動装置を得ることができる。また、車輪ハブの傾きに伴って車輪側回転部材が傾くのを防止可能な構造とすることによって、減速部の回転不良や破損等のトラブルを防止して、耐久性に優れ、信頼性の高いインホイールモータ駆動装置を得ることができる。

図４および図５を参照して、この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を備えた電気自動車１１を説明する。なお、図４は電気自動車１１の平面図であって、図５は電気自動車１１を後方から見た図である。

図４を参照して、電気自動車１１は、シャーシ１２と、操舵輪としての前輪１３と、駆動輪としての後輪１４と、左右の後輪１４それぞれに駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置１５とを備える。図５を参照して、後輪１４は、シャーシ１２のホイールハウジング１２ａの内部に収容され、懸架装置（サスペンション）１２ｂを介してシャーシ１２の下部に固定されている。

懸架装置１２ｂは、左右に伸びるサスペンションアームによって後輪１４を支持すると共に、コイルスプリングとショックアブソーバとを含むストラットによって、後輪１４が地面から受ける振動を吸収してシャーシ１２の振動を抑制する。さらに、左右のサスペンションアームの連結部分には、旋回時等に車体の傾きを抑制するスタビライザーが設けられる。なお、懸架装置１２ｂは、路面の凹凸に対する追従性を向上し、駆動輪の駆動力を効率良く路面に伝達するために、左右の車輪を独立して上下させることができる独立懸架式とするのが望ましい。

この電気自動車１１は、ホイールハウジング１２ａ内部に、左右の後輪１４それぞれを駆動するインホイールモータ駆動装置１５を設けることによって、シャーシ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等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、左右の駆動輪の回転をそれぞれ制御することができるという利点を備えている。

一方、この電気自動車１１の走行安定性を向上するために、ばね下重量を抑える必要がある。また、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１５の小型化が求められる。そこで、インホイールモータ駆動装置１５として、図１に示すようなこの発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を採用する。

図１〜図３を参照して、この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を説明する。なお、図１はインホイールモータ駆動装置２１の概略断面図であって、図２は図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図、図３は図１の偏心部２５ａ，２５ｂ周辺の拡大図である。

まず、図１を参照して、インホイールモータ駆動装置２１は、駆動力を発生させるモータ部Ａと、モータ部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１４に伝える車輪ハブ軸受部Ｃとを備え、モータ部Ａと減速部Ｂとはケーシング２２に収納されて、図５に示すように電気自動車１１のホイールハウジング１２ａ内に取り付けられる。

モータ部Ａは、ケーシング２２に固定されるステータ２３と、ステータ２３の内側に軸方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータ２４と、ロータ２４の内側に固定連結されてロータ２４と一体回転するモータ側回転部材２５とを備えるアキシアルギャップモータである。また、モータ部Ａの減速部Ｂと反対側の端面には、モータ部Ａの内部への塵埃の混入等を防止するために密封部材（図示せず）が設けられている。

ロータ２４は、フランジ形状のロータ部２４ａと円筒形状の中空部２４ｂとを有し、転がり軸受３４ａ，３４ｂによってケーシング２２に対して回転自在に支持されている。また、ケーシング２２とロータ２４との間には、減速部Ｂに封入された潤滑剤のモータ部Ａへの侵入を防止するために密封部材３５が設けられている。

モータ側回転部材２５は、モータ部Ａの駆動力を減速部Ｂに伝達するためにモータ部Ａから減速部Ｂにかけて配置され、減速部Ｂ内に偏心部２５ａ，２５ｂを有する。このモータ側回転部材２５は、一端がロータ２４と嵌合すると共に、減速部Ｂの両端で転がり軸受３６ａ，３６ｂによって支持される。さらに、２つの偏心部２５ａ，２５ｂは、偏心運動による遠心力を互いに打ち消し合うために、１８０°位相を変えて設けられている。

減速部Ｂは、偏心部２５ａ，２５ｂに回転自在に保持される公転部材としての曲線板２６ａ，２６ｂと、ケーシング２２上の固定位置に保持され、曲線板２６ａ，２６ｂの外周部に係合する外周係合部材としての複数の外ピン２７と、曲線板２６ａ，２６ｂの自転運動を車輪側回転部材２８に伝達する運動変換機構と、カウンタウェイト２９とを備える。

車輪側回転部材２８は、フランジ部２８ａと軸部２８ｂとを有する。フランジ部２８ａの端面には、車輪側回転部材２８の回転軸心を中心とする円周上の等間隔に内ピン３１を固定する穴を有し、中空部２８ｂの外径面が車輪ハブ軸受３３の内径面と嵌合する。

また、フランジ部２８ａの外径面には複列のアンギュラ玉軸受３７が配置されて、車輪側回転部材２８をケーシング２２に対して回転自在に支持している。これにより、車輪側回転部材２８が減速部Ｂと車輪ハブ軸受部Ｃとにのみ連結されている場合と比較して、車輪ハブ３２の傾きに伴う車輪側回転部材２８の傾きを抑制することが可能となる。

図２を参照して、曲線板２６ａは、外周部にエピトロコイド等のトロコイド系曲線で構成される複数の波形を有し、一方側端面から他方側端面に貫通する複数の貫通孔３０ａ，３０ｂを有する。貫通孔３０ａは、曲線板２６ａの自転軸心を中心とする円周上に等間隔に複数個設けられており、後述する内ピン３１を受け入れる。また、貫通孔３０ｂは、曲線板２６ａの中心に設けられており、偏心部２５ａを挿通する。

曲線板２６ａは、転がり軸受３９によって偏心部２５ａに対して回転自在に支持されている。この転がり軸受３９は、偏心部２５ａに嵌合し、外径面に内側軌道面を有する内輪３９ａと、貫通孔３０ｂの内壁面に嵌合し、内径面に外側軌道面を有する外輪３９ｂと、内輪３９ａおよび外輪３９ｂの間に配置された複数の転動体としての玉３９ｃと、複数の玉３９ｃを保持する保持器（図示せず）とを備える深溝玉軸受である。

外ピン２７は、モータ側回転部材２５の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられる。これは、曲線板２６ａ，２６ｂの公転軌道と一致するので、曲線板２６ａ，２６ｂが公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン２７とが係合して、曲線板２６ａ，２６ｂに自転運動を生じさせる。また、曲線板２６ａ，２６ｂとの接触抵抗を低減するために、曲線板２６ａ，２６ｂの外周面に当接する位置に針状ころ軸受２７ａを有する。

カウンタウェイト２９は、円板状で、中心から外れた位置にモータ側回転部材２５と嵌合する貫通孔を有し、曲線板２６ａ，２６ｂの回転によって生じる偶力を打ち消すために、各偏心部２５ａ，２５ｂの外側に偏心部と１８０°位相を変えて配置される。

ここで、曲線板２６ａ，２６ｂとカウンタウェイト２９とは、図３に示すように、２枚の曲線板２６ａ，２６ｂ間の中心点をＧとし、中心点Ｇと各曲線板２６ａ，２６ｂ中心との距離をＬ１、中心点Ｇと各カウンタウェイト２９との距離をＬ２とし、中心点Ｇより右側の曲線板２６ａおよびカウンタウェイト２９の質量をｍ１、中心点Ｇより左側の曲線板４６ｂおよびカウンタウェイト２９の質量をｍ２とし、これらの重心の回転軸心からの偏心量をそれぞれε１、ε２とすると、Ｌ１×ｍ１×ε１＝Ｌ２×ｍ２×ε２を満たす関係となっている。

運動変換機構は、車輪側回転部材２８に保持された複数の内ピン３１と曲線板２６ａ，２６ｂに設けられた貫通孔３０ａとで構成される。内ピン３１は、車輪側回転部材２８の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられており、一端が車輪側回転部材２８に固定され、他端には貫通孔３０ａからの抜けを防止する抜け止め部３１ｂが設けられている。また、曲線板２６ａ，２６ｂとの接触抵抗を低減するために、曲線板２６ａ，２６ｂの貫通孔３０ａの内壁面に当接する位置に針状ころ軸受３１ａが設けられている。一方、貫通孔３０ａは、複数の内ピン３１それぞれに対応する位置に設けられ、貫通孔３０ａの内径寸法は、内ピン３１の外径寸法（針状ころ軸受３１ａを含む最大外径）より所定分大きく設定されている。

なお、内ピン３１の外径寸法は貫通孔３０ａの内径寸法より小さく、内ピン３１と貫通孔３０ａの内周面とは接触状態と非接触状態とを繰り返しながら回転するので、モータ部Ａの回転を円滑に駆動輪１４に伝達する観点からは、内ピン３１を複数設けることが望ましい。

車輪ハブ軸受部Ｃは、車輪側回転部材２８に固定連結された車輪ハブ３２と、車輪ハブ３２をケーシング２２に対して回転自在に保持する車輪ハブ軸受３３とを備える。車輪ハブ３２は、円筒形状の中空部３２ａとフランジ部３２ｂとを有する。フランジ部３２ｂにはボルト３２ｃによって駆動輪１４（図示省略）が固定連結される。また、中空部３２ａの開口部分には、インホイールモータ駆動装置２１の内部への塵埃の混入等を防止するために密封部材３２ｄが設けられている。

車輪ハブ軸受３３は、転動体としての玉３３ｅを採用する複列のアンギュラ玉軸受である。玉３３ｅの軌道面としては、第１外側軌道面３３ａ（図中右側）および第２外側軌道面３３ｂ（図中左側）とが外方部材２２ａの内径面に設けられており、第１外側軌道面３３ａに対向する第１内側軌道面３３ｃが内方部材３８の外径面に、第２外側軌道面３３ｂに対向する第２内側軌道面３３ｄが車輪ハブ３２の外径面にそれぞれ設けられている。そして、玉３３ｅは、第１外側軌道面３３ａと第１内側軌道面３３ｃとの間、および第２外側軌道面３３ｂと第２内側軌道面３３ｄとの間にそれぞれ複数個配置される。また、車輪ハブ軸受３３は、左右の列の玉３３ｅそれぞれを保持する保持器３３ｆと、軸受内部に封入されたグリース等の潤滑剤の漏洩や、外部からの塵埃の混入を防止する密封部材３３ｇとを含む。

内方部材３８は中空部３８ａを有する略円筒形状の部材であって、車輪ハブ３２の中空部３２ａに嵌合し、中空部３８ａに車輪側回転部材２８の軸部２８ｂを受け入れる。車輪ハブ３２と内方部材３８とは、拡径加締めによって固定される。「拡径加締め」とは、インホイールモータ駆動装置２１を固定した状態で、内方部材３８の中空部３８ａの内径より僅かに大きい外径を有する加締め冶具（図示せず）を中空部３８ａに圧入することにより、塑性結合部４０で内方部材３８と車輪ハブ３２とを塑性結合させる。上記方法で内方部材３８と車輪ハブ３２とを固定連結することにより、嵌め合いで固定する場合と比較して、結合強度を大幅に高めることができる。これにより、車輪ハブ３２を安定して保持することが可能となる。

一方、車輪側回転部材２８と内方部材３８とは、嵌合部２８ｃにおいてセレーション嵌合される。具体的には、内方部材３８の内径面に、軸方向に伸びる山部を円周方向等間隔に配置し、隣接する山部の間に谷部を形成する。同様に車輪側回転部材２８の軸部２８ｂの外径面にも、内方部材３８の山部を受け入れる谷部と、内方部材３８の谷部に対応する山部を形成する。そして、車輪側回転部材２８の山部と内方部材３８の山部とが噛合うように両者を嵌合させる。

上記構成とすることにより、車輪側回転部材２８の回転を確実に車輪ハブ３２に伝達することが可能となる。なお、車輪側回転部材２８および内方部材３８の山部および谷部が形成されていない隙間部２８ｄ（図中、嵌合部２８ｃの右側）では、車輪側回転部材２８と内方部材３８との間に山部の高さに相当する径方向の隙間が形成される。この実施形態においては、嵌合部２８ｃを車輪ハブ軸受Ｃ側、隙間部２８ｄを減速部Ｂ側に配置している。

この隙間を所定量確保することにより、車輪ハブ３２が傾いても内方部材３８が車輪側回転部材２８に接触せず、車輪ハブ３２の傾きが車輪側回転部材２８に伝わるのを防止することができる。ただし、隙間部２８ｄに形成される径方向隙間が大きすぎると、車輪側回転部材２８および内方部材３８に形成された山部が破損する恐れがあるので、山部に十分な強度を確保できる範囲内で隙間量を決定する。

上記構成のインホイールモータ駆動装置２１の作動原理を詳しく説明する。

モータ部Ａは、例えば、ステータ２３のコイル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、永久磁石または直流電磁石によって構成されるロータ２４が回転する。このとき、コイルに高周波数の電圧を印加する程、ロータ２４は高速回転する。

これにより、ロータ２４に接続されたモータ側回転部材２５が回転すると、曲線板２６ａ，２６ｂはモータ側回転部材２５の回転軸心を中心として公転運動する。このとき、外ピン２７が、曲線板２６ａ，２６ｂの曲線形状の波形と係合して、曲線板２６ａ，２６ｂをモータ側回転部材２５の回転とは逆向きに自転運動させる。

貫通孔３０ａに挿通する内ピン３１は、曲線板２６ａ，２６ｂの自転運動に伴って貫通孔３０ａの内壁面と当接する。このとき、貫通孔３０ａの内径寸法は、内ピン３１の外径寸法より大きく設定されているので、内ピン３１と貫通孔３０ａの内壁面とは、接触状態と非接触状態とを繰り返しながら相互に運動する。これにより、曲線板２６ａ，２６ｂの公転運動が内ピン３１に伝わらず、曲線板２６ａ，２６ｂの自転運動のみが車輪側回転部材２８を介して車輪ハブ軸受部Ｃに伝達される
このとき、モータ側回転部材２５の回転が減速部Ｂによって減速されて車輪側回転部材２８に伝達されるので、低トルク、高回転型のモータ部Ａを採用した場合でも、駆動輪１４に必要なトルクを伝達することが可能となる。

なお、上記構成の減速部Ｂの減速比は、外ピン２７の数をＺ_Ａ、曲線板２６ａ，２６ｂの波形の数をＺ_Ｂとすると、（Ｚ_Ａ−Ｚ_Ｂ）／Ｚ_Ｂで算出される。図２に示す実施形態では、Ｚ_Ａ＝１２、Ｚ_Ｂ＝１１であるので、減速比は１／１１と、非常に大きな減速比を得ることができる。

このように、多段構成とすることなく大きな減速比を得ることができる減速部Ｂを採用することにより、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を得ることができる。また、外ピン２７および内ピン３１の曲線板２６ａ，２６ｂに当接する位置に針状ころ軸受２７ａ，３１ａを設けたことにより、接触抵抗が低減されるので、減速部Ｂの伝達効率が向上する。

さらに、車輪ハブ３２の傾きが車輪側回転部材２８に伝わりにくい構造とすることにより、減速部Ｂの回転不良や破損等のトラブルを防止した信頼性の高いインホイールモータ駆動装置２１を得ることができる。

上記の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を電気自動車１１に採用することにより、ばね下重量を抑えることができる。その結果、走行安定性に優れた電気自動車１１を得ることができる。

なお、曲線板２６ａ，２６ｂは、外ピン２７と係合しながら高速で公転運動するので、曲線板２６ａ，２６ｂを支持する転がり軸受３９には大きなラジアル荷重が負荷される。しかし、減速部Ｂ内部の限られたスペースでは、十分な負荷容量を備えた転がり軸受３９を配置できない可能性がある。また、この問題は、近年の電気自動車１１のコンパクト化の要求に伴ってさらに顕著となる。

そこで、転がり軸受３９の外側軌道面を曲線板２６ａ，２６ｂの貫通孔３０ｂの内壁面に設けることにより、外輪３９ｂを省略することができる。その結果、内側軌道面および外側軌道面の間の隙間が大きくなるので、径の大きな玉３９ｃを採用したり、玉３９ｃの数を増加したりすることができる。これにより、転がり軸受３９全体の大きさを変化させることなく負荷容量を向上することができるので、耐久性に優れ、信頼性の高いインホイールモータ駆動装置を得ることができる。また、部品点数の削減による製品コストの低減効果も期待できる。

上述した実施形態では、減速部Ｂの曲線板２６ａ，２６ｂを１８０°位相を変えて２枚設けたが、この曲線板の枚数は任意に設定することができ、例えば、曲線板を３枚設ける場合は、１２０°位相を変えて設けるとよい。

また、上記の実施形態における運動変換機構は、車輪側回転部材２８に固定された内ピン３１と、曲線板２６ａ，２６ｂに設けられた貫通孔３０ａとで構成される例を示したが、これに限ることなく、減速部Ｂの回転を車輪ハブ３２に伝達可能な任意の構成とすることができる。例えば、曲線板に固定された内ピンと、出力部材に形成された穴とで構成される運動変換機構であってもよい。

なお、上記の実施形態における作動の説明は、各部材の回転に着目して行ったが、実際にはトルクを含む動力がモータ部Ａから駆動輪に伝達される。したがって、上述のように減速された動力は高トルクに変換されたものとなっている。

また、上記の実施形態における作動の説明では、モータ部Ａに電力を供給してモータ部Ａを駆動させ、モータ部Ａからの動力を駆動輪１４に伝達させたが、これとは逆に、車両が減速したり坂を下ったりするようなときは、駆動輪１４側からの動力を減速部Ｂで高回転低トルクの回転に変換してモータ部Ａに伝達し、モータ部Ａで発電しても良い。さらに、ここで発電した電力は、バッテリーに蓄電しておき、後でモータ部Ａを駆動させたり、車両に備えられた他の電動機器等の作動に用いてもよい。

さらに、上記の実施形態の構成にブレーキを加えることもできる。例えば、図１の構成において、ケーシング２２を軸方向に延長してロータ２４の図中右側に空間を形成し、ロータ２４と一体的に回転する回転部材と、ケーシング２２に回転不能にかつ軸方向に移動可能なピストンと、このピストンを作動させるシリンダとを配置して、車両停止時にピストンと回転部材とを嵌合させてロータ２４をロックするものとするパーキングブレーキであってもよい。

または、ロータ２４と一体的に回転する回転部材の一部に形成されたフランジおよびケーシング２２側に設置された摩擦板をケーシング２２側に設置されたシリンダで挟むディスクブレーキであってもよい。さらに、この回転部材の一部にドラムを形成すると共に、ケーシング２２側にブレーキシューを固定し、摩擦係合およびセルフエンゲージ作用で回転部材をロックするドラムブレーキを用いることができる。

また、上記の実施形態において、減速部Ｂにはサイクロイド減速機を採用した例を示したが、これに限ることなく、任意の減速機構を適用することが可能である。例えば、図６を参照して、図１に示すインホイールモータ駆動装置２１が採用する減速部Ｂの他の実施形態を説明する。なお、モータ部Ａおよび車輪ハブ軸受部Ｃの構成は同様であるので、図示および説明は省略する。

図６を参照して、減速部Ｂ´は、ケーシング４１内に配置され、モータ側回転部材４２の回転を減速して車輪側回転部材４３に伝達する。この減速部Ｂ´は、モータ側回転部材４２に形成された太陽歯車４４と、ケーシング４１に形成された内歯車４５と、太陽歯車４４および内歯車４５の間に配置され、遊星キャリア軸４７に針状ころ軸受４８を介して回転自在に支持される複数の遊星歯車４６とを備える遊星歯車機構である。

車輪側回転部材４３は、フランジ部４３ａと軸部４３ｂとを有し、フランジ部４３ａは、遊星キャリア軸４７を受け入れる穴を複数有する。また、フランジ部４３ａの外径面は、複列のアンギュラ玉軸受４９によってケーシング４１に対して回転自在に保持されている。また、軸部４３ｂは車輪ハブ軸受部Ｃ（図示省略）に連結される。

上記構成の減速部Ｂ´の作動原理を説明する。

まず、モータ側回転部材４２の回転に伴って太陽歯車４４が回転する。このとき、遊星歯車４６は太陽歯車４４と内歯車４５の双方に噛合っているので、モータ側回転部材４２の回転方向と逆方向に自転運動すると共に、モータ側回転部材４２の回転方向と同一方向に公転運動する。

この遊星歯車４６の公転運動が遊星キャリア軸４７を介して減速部Ｂ´の出力となり、車輪ハブ軸受部Ｃに伝達される。このとき、太陽歯車４４の歯数をｎ１、内歯車４５の歯数をｎ２とすると、モータ側回転部材４２の回転は、数式１で表される減速比ｒで減速されて車輪側回転部材４３に伝達される。なお、減速比ｒは、歯車の強度等の観点から１／３〜１／６程度に設定される。

なお、上記の実施形態においては、モータ側回転部材４２と太陽歯車４４とを一体形成した例を示したが、これに限ることなく、モータ側回転部材４２と太陽歯車４４とをそれぞれ別々に形成して、太陽歯車４４を嵌め合い等によってモータ側回転部材４２の所定位置に固定してもよい。同様に、内歯車４５をケーシング４１の内径面に直接形成した例を示したが、これに限ることなく、独立して形成した内歯車４５をケーシング４１に嵌め込む等してもよい。

また、上記の実施形態において、車輪側回転部材２８と内方部材３８とは、セレーション嵌合させた例を示したが、これに限ることなく、任意の連結構造を適用することが可能である。例えば、車輪側回転部材２８と内方部材３８とをスプライン嵌合させてもよいし、車輪側回転部材２８と内方部材３８との間に継手を配置してもよい。

例えば、図７および図８を参照して、図１に示した車輪側回転部材２８と内方部材３８との連結構造の他の実施形態を説明する。なお、基本構成は、図１に示す実施形態と同様であるので図示および説明は省略し、相違点を中心に説明する。

図７および図８を参照して、内方部材５１と車輪側回転部材５２とは、角度変位および軸方向変位を許容しつつ車輪側回転部材４２の回転を車輪ハブ軸受部Ｃに伝達する摺動式等速自在継手によって連結されている。

内方部材５１は、内径面５１ａに車輪側回転部材５２を挿通する空間を有すると共に、４箇所に軸方向に延びるトラック溝５１ｂを有する。また、トラック溝５１ｂの側壁５１ｃは、曲面形状である。

摺動式等速自在継手の構成要素は、スパイダー５３と、内ローラ５４と、外ローラ５５とを含む。スパイダー５３は、車輪側回転部材５２に嵌合し、４箇所に径方向外側に突出してトラック溝５１ｂに収容されるジャーナル５３ａを有する。内ローラ５４は、各ジャーナル５３ａに嵌合固定され、外径面は曲面形状である。外ローラ５５は、トラック溝５１ｂの側壁５１ｃに当接する曲面形状の外径面と、内ローラ５４の外径面に当接する円筒形状の内径面とを有する。なお、外ローラ５５の外径面の曲率は、トラック溝５１ｂの側壁５１ｃの曲率と一致する。

上記構成の摺動式等速自在継手は、内ローラ５４が外ローラ５５に対して傾くことができ、外ローラ５５がトラック溝５１ｂに沿って軸方向に移動可能で、さらに、外ローラ５５がトラック溝５１ｂに対して傾くことができる。これにより、内方部材５１と車輪側回転部材５２との間で、角度変位および軸方向変位を許容しつつ車輪側回転部材４２の回転を車輪ハブ軸受部Ｃに伝達する。したがって、車輪ハブ軸受部Ｃの傾きが車輪側回転部材５２に伝わるのを防止することができる。

また、上記の実施形態においては、車輪ハブ３２と内方部材３８とは、拡径加締めによって固定連結した例を示したが、これに限ることなく、任意の方法で固定連結することができる。

また、上記の実施形態において、車輪側回転部材２８，４３を支持する軸受３７，４９にはアンギュラ玉軸受を採用した例を示したが、これに限ることなく、例えば、すべり軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受等、すべり軸受であるか転がり軸受であるかを問わず、転動体がころであるか玉であるかを問わず、さらには複列か単列かを問わず、あらゆる軸受を適用することができる。また、その他の場所に配置される軸受についても、同様に任意の形態の軸受を採用することができる。

また、上記の各実施形態においては、モータ部Ａにアキシアルギャップモータを採用した例を示したが、これに限ることなく、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るステータと、ステータの内側に径方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータとを備えるラジアルギャップモータであってもよい。

さらに、図４に示した電気自動車１１は、後輪１４を駆動輪とした例を示したが、これに限ることなく、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をも含むものとして理解すべきである。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。 図１の偏心部周辺の拡大図である。 図１のインホイールモータ駆動装置を有する電気自動車の平面図である。 図４の電気自動車の後方断面図である。 図１に示す減速部の他の実施形態を示す図である。 摺動式等速自在継手の軸と垂直な方向での断面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける断面図である。

符号の説明

１１ 電気自動車、１２ シャーシ、１２ａ ホイールハウジング、１２ｂ 懸架装置、１３ 前輪、１４ 後輪、１５，２１ インホイールモータ駆動装置、２２，４１ ケーシング、２２ａ 外方部材、２３ ステータ、２４ ロータ、２４ａ，２８ａ，３２ｂ，４３ａ フランジ部、２４ｂ，３２ａ，３８ａ 中空部、２８ｂ，４３ｂ 軸部、２８ｃ 嵌合部、２８ｄ 隙間部、２５，４２ モータ側回転部材、２５ａ，２５ｂ 偏心部、２６ａ，２６ｂ 曲線板、２７ 外ピン、２７ａ，３１ａ，４８ 針状ころ軸受、２８，４３，５２ 車輪側回転部材、２９ カウンタウェイト、３０ａ，３０ｂ 貫通孔、３１ 内ピン、３２ｄ，３３ｇ，３４，３６ 密封部材、３３ 車輪ハブ軸受、３３ａ 第１外側軌道面、３３ｂ 第２外側軌道面、３３ｃ 第１内側軌道面、３３ｄ 第２内側軌道面、３３ｅ，３９ｃ 玉、３３ｆ 保持器、３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ，３７，３９，４９ 転がり軸受、３９ａ 内輪、３９ｂ 外輪、３８，５１ 内方部材、５１ａ 内径面、５１ｂ トラック溝、５１ｃ 側壁、４０ 塑性結合部、４４ 太陽歯車、４５ 内歯車、４６ 遊星歯車、４７ 遊星キャリア軸、４８ 針状ころ軸受、５３ スパイダー、５３ａ ジャーナル、５４ 内ローラ、５５ 外ローラ。

Claims (2)

1. ケーシングと、
   モータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、
   前記モータ側回転部材の回転を減速して車輪側回転部材に伝達する減速部と、
   前記車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブと、
   前記車輪ハブを前記ケーシングに対して回転自在に支持する車輪ハブ軸受とを備え、
   前記車輪ハブ軸受は、
   内径面に第１外側軌道面および第２外側軌道面を有する外方部材と、
   外径面に前記第１外側軌道面に対向する第１内側軌道面を有する内方部材と、
   外径面に前記第２外側軌道面に対向する第２内側軌道面を有する前記車輪ハブと、
   前記第１外側軌道面と前記第１内側軌道面との間、および前記第２外側軌道面と前記第２内側軌道面との間にそれぞれ複数個配置される転動体とを含み、
   前記車輪ハブと前記内方部材とは、拡径加締めによって固定される、インホイールモータ駆動装置。
2. 前記車輪側回転部材は、
   前記減速部側に配置されるフランジ部および前記車輪ハブ側に配置される軸部を含み、
   前記フランジ部は、軸受によって前記ケーシングに対して回転自在に支持されている、請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。

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