JP2017170952A - 車輪駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの冷却性能を向上させて、連続運転時においても性能低下を抑制することができる車輪駆動装置を提供する。
【解決手段】車輪６０を駆動するモータ２０と、モータ２０の回転を減速して車輪６０に伝達する減速機３０と、モータ２０及び減速機３０を内部に収容するケース１３と、を備える。モータ２０は、車幅方向内側がケース１３の側壁１３ａに隣接して配置されると共に、車幅方向外側が減速機３０に隣接して配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の車輪のホイール部に配置された、駆動用のモータと減速機からなる車輪駆動装置に関する。

近年、環境対応として、燃費向上や二酸化炭素削減の観点から、車両の電動ユニット化が進んでいる。このような車両としては、ハイブリッド車両、プラグインハイブリッド車両等があり、更にはＥＶ（電気自動車）車両もある。そこで、ホイール部にモータ又はモータと減速機を内蔵した、所謂インホイールモータと称される車輪駆動装置が注目されている。この技術領域は、ユニットをバネ下のホイール部周辺部品と一体化することで、車両の様々なメリットを生み出すことができる。例えば、車輪駆動装置を４輪に搭載して、エンジンルームを廃止すれば、キャビン空間の拡大やエクステリアデザインの自由度が向上する。更に、エンジン及び減速機を備える車両の重心位置に対して低重心化することができ、運動性能が向上する。また、ハイブリッド車両の従動輪に搭載すれば、従来のプラットホームを流用して電動四輪駆動車を構成でき、車体投資を削減できる。

特許文献１には、モータが車軸方向で複数の減速機構の間に配置されると共に、モータの駆動軸と複数の減速機構の出力軸とを並列に配置して、車軸方向の長さを短縮し、モータ及び減速機と懸架装置との適正配置を図った車輪駆動装置が記載されている。

特開２００８−１８４１１０号公報

しかしながら、特許文献１の技術によると、モータが、複数の減速機構のギヤ間に挟まれているため、発熱量が多いモータを効率的に冷却し難い問題があり、連続運転時においては、モータ性能が低下する虞があった。

本発明の目的は、モータの冷却性能を向上させて、連続運転時においても性能低下を抑制することができる車輪駆動装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
車両の単一の車輪（例えば、後述の実施形態での車輪６０）を駆動する車輪駆動装置（例えば、後述の実施形態での車輪駆動装置１０）であって、
前記車輪を駆動するモータ（例えば、後述の実施形態でのモータ２０）と、
前記モータの回転を減速して前記車輪に伝達する減速機（例えば、後述の実施形態での減速機３０）と、
前記モータ及び前記減速機を内部に収容するケース（例えば、後述の実施形態でのケース１３）と、を備え、
前記モータは、車幅方向内側が前記ケースの側壁（例えば、後述の実施形態での側壁１３ａ）に隣接して配置されると共に、車幅方向外側が前記減速機に隣接して配置されている。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記減速機は、前記モータと前記車輪との動力伝達経路上に配置された少なくとも２以上の減速機構（例えば、後述の実施形態での第１減速機構３１、第２減速機構３２）を備え、
前記車輪が接続される前記減速機構（例えば、後述の実施形態での第２減速機構３２）の減速比は、前記モータが接続される前記減速機構（例えば、後述の実施形態での第１減速機構３１）の減速比よりも大きい。

また、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、
前記モータの直径は（例えば、後述の実施形態での直径Ｄ１）、前記車輪駆動装置が接続される車輪のホイール（例えば、後述の実施形態でのホイール６１）の内径（例えば、後述の実施形態での内径Ｄ２）の半分よりも大きく、
前記モータの回転中心（例えば、後述の実施形態でのモータ軸２３）と前記車輪の回転中心（例えば、後述の実施形態での出力軸４１）とはオフセットしている。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、
前記車輪駆動装置は、前記車輪駆動装置内に冷媒を供給する冷媒供給機構（例えば、後述の実施形態での冷媒供給機構７０）を含み、
前記冷媒は、前記モータの回転軸内流路（例えば、後述の実施形態での軸方向孔２５）を流れる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、
前記冷媒供給機構は、前記車輪駆動装置内に前記冷媒を供給するポンプ（例えば、後述の実施形態でのポンプ７１）を含み、
前記ポンプは、前記モータ及び前記減速機構と、前記車幅方向から見たときオーバーラップしない位置に配置されている。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、
前記ポンプは、前記モータおよび前記減速機構の前記回転軸内流路に前記冷媒を圧送可能に構成されている。

また、請求項７に記載の発明では、請求項５又は６に記載の発明において、
前記減速機構は、前記モータと前記ポンプとの動力伝達経路の間に挟まれている。

また、請求項８に記載の発明は、請求項５〜７のいずれか１項に記載の発明において、
前記ポンプと前記回転軸内流路との間は、前記冷媒が流動するケース内流路（例えば、後述の実施形態でのケース内流路７５）を介して接続され、
前記ケース内流路には、前記回転軸内流路の軸端に設けられる軸開口部（例えば、後述の実施形態での軸開口部２７）よりも軸中心部側に小径の吐出孔（例えば、後述の実施形態での吐出孔７７）を有する吐出部（例えば、後述の実施形態での吐出部７６）が接続されている。

また、請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の発明において、
前記回転軸内流路の前記軸開口部には、前記吐出部を囲うように径方向内側に延びる隔壁（例えば、後述の実施形態での隔壁２８）が設けられている。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、
前記車輪駆動装置は、前記車輪を制動する制動部（例えば、後述の実施形態でのキャリパー６６）を備え、
前記制動部は、前記車幅方向から見たとき、前記車輪駆動装置を構成する他の部材（例えば、後述の実施形態でのモータ２０、減速機３０、ポンプ７１）とオーバーラップしない位置に配置される。

請求項１に記載の発明によれば、モータの車幅方向内側がケースの側壁に隣接して配置されるので、ケースの側壁を介して放熱によって冷却することができ、冷却性能が向上する。これにより、連続運転の性能低下を抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、モータが接続される側の減速比を小さくすることで該減速機構の質量を減らすことができ、減速機構の持つ熱容量を低減させて放熱による冷却性を向上させることができる。また、これにより連続運転の性能低下を抑制することができる。

請求項３に記載の発明によれば、直径が大きなモータでも、ホイールが障害とならずに配置することができ、車輪駆動装置の出力を向上させることができる。また、モータの直径を大きくした分、モータの厚みを薄くでき、放熱性が向上する。

請求項４に記載の発明によれば、車輪駆動装置の構成要素の内、最も発熱量が多いモータを、回転軸の内部から効果的に冷却することができる。

請求項５に記載の発明によれば、他の部材によってケースからの放熱を妨げない部分にポンプを配置することができ、冷媒を圧送する際に発生する熱を効率的に逃がして車輪駆動装置全体の冷却性が向上する。

請求項６に記載の発明によれば、発熱部分に積極的に冷媒を送ることが可能となり、冷却性能が向上する。

請求項７に記載の発明によれば、発熱源であるモータとポンプとの動力伝達経路の間に減速機構を配置することでモータとポンプとを離間させて、互いの熱による影響を抑制することができる。

請求項８に記載の発明によれば、圧送される冷媒を小径の吐出孔の絞りにより吐出部から勢い良く回転軸内流路に吐出させて、冷媒を確実に送り込んでモータおよび減速機構を冷却することができる。

請求項９に記載の発明によれば、圧送された冷媒を吐出できないとき、若しくは発進時、登坂時等のモータの発熱が大きいときでも隔壁によって冷媒を貯留することができるため、確実に回転軸内流路に冷媒を供給することができ、冷却性能を維持することができる。

請求項１０に記載の発明によれば、最も熱の影響を受け易い制動部を、他の部材とオーバーラップしない位置に配置することができ、確実に冷却して制動性能を維持することができる。

本発明の一実施形態に係る車輪駆動装置の構成要素の位置関係を説明する概略側面図である。 図１に示す車輪駆動装置のＡ−Ａ線での概略断面図である。 図１に示す車輪駆動装置のＢ−Ｂ線での断面図である。 図２の円Ｃで囲まれた部分の拡大図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

本発明の一実施形態に係る車輪駆動装置の構成要素の位置関係を説明する概略側面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線での概略面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の車輪駆動装置１０は、モータ２０と、モータ２０の回転を減速して車輪６０に伝達する減速機３０と、モータ２０及び減速機３０を内部に収容するケース１３と、を備え、車輪駆動装置１０の主要部分は、円筒形状のホイール６１の内側に配置された、所謂、インホイールモータ型の駆動装置である。

ホイール６１の外周部には、タイヤ６２が装着されて車輪６０を構成する。ホイール６１は、図示しない懸架装置により車両に対して支持されている。

ホイール６１には、ブレーキディスク６４が一体回転可能に固定されている。ケース１３には、ブレーキディスク６４の車幅方向内側に冷媒供給機構収容部１４ａ及び減速機収容部１４ｃが設けられ、その上方且つさらに車幅方向内側にモータ収容部１４ｂが形成されている。

冷媒供給機構収容部１４ａには冷媒供給機構７０が収容され、モータ収容部１４ｂにはモータ２０が収容され、減速機収容部１４ｃには減速機３０が収容される。これにより、モータ２０は、車幅方向内側がケース１３の側壁１３ａに隣接して配置されると共に、車幅方向外側が減速機３０に隣接して配置される。

モータ２０は、ロータ２１と、ステータ２２と、を備え、ステータ２２に電力を供給することで発生する回転磁界により、ロータ２１が回転駆動される。ロータ２１が固定されたモータ軸２３の両端部は、一対の軸受２４によってケース１３に回動自在に支承されている。なお、図４に車幅方向外側に位置する軸受２４のみが記載されている。ロータ２１の外周側には、ケース１３に固定されたステータ２２が、ロータ２１との間に所定の隙間を介して配設されている。

モータ２０の直径Ｄ１は、ホイール６１の内径Ｄ２の半分よりも大きく、モータ２０の回転中心であるモータ軸２３と、車輪６０の回転中心である出力軸４１とは、オフセットしている。

モータ軸２３には、車幅方向内側にモータギヤ２６が固定されている。また、モータ軸２３には、図４に示すように、後述するモータ冷却用の冷媒を供給するための回転軸内流路である軸方向孔２５が形成されている。

減速機３０は、第１減速機構３１及び第２減速機構３２を備え、モータ２０と車輪６０との動力伝達経路上に配置されている。第１減速機構３１は、モータ軸２３のモータギヤ２６と、カウンタ軸３３の車幅方向内側に一体回転可能に固定され、モータギヤ２６と噛み合う大歯車３７と、で構成されている。第２減速機構３２は、出力軸４１に固定された出力ギヤ４３と、カウンタ軸３３の車幅方向外側に一体回転可能に固定され、出力ギヤ４３と噛み合う小歯車３６と、で構成されている。

第２減速機構３２の減速比は、第１減速機構３１の減速比よりも大きく設定されている。従って、第１減速機構３１を構成するモータギヤ２６及び大歯車３７を、第２減速機構３２を構成する小歯車３６及び出力ギヤ４３よりも小さくでき、これらの質量を低減することで熱容量が小さくなり、放熱による冷却が容易となる。言い換えると、第１減速機構３１の方が伝達するトルクが小さいため、それに伴ってモータギヤ２６及び大歯車３７も小さくできる。質量が大きいと、熱を持った際に冷えにくいが、モータギヤ２６及び大歯車３７を小さく、質量を軽くすることで、モータ２０周りの冷却が容易となる。モータ２０の回転は、第１減速機構３１及び第２減速機構３２で減速されて車輪６０に伝達される。

図１に示すように、カウンタ軸３３に対してモータ軸２３の反対側には、冷媒供給機構収容部に冷媒供給機構７０を構成するポンプ７１が配設されている。即ち、図１の車幅方向から見たとき、ポンプ７１は、モータ２０及び第１及び第２減速機構３１、３２とオーバーラップしない位置に配置されている。また、モータ２０及びポンプ７１は、いずれも熱発生源であるが、図２及び図３の径方向から見たとき、第１減速機構３１を挟むように車幅方向に離間して配置されているので、互いの熱による影響を抑制することができる。

図３に示すように、ポンプ７１は、ポンプ軸７２に固定されたポンプギヤ７３が、カウンタ軸３３の大歯車３７と噛合しており、カウンタ軸３３で駆動されて冷媒を各部に供給する。ポンプ７１から送出される冷媒は、ケース内流路７５を介して、回転軸内流路であるモータ軸２３の軸方向孔２５に供給される。

図４に示すように、ケース内流路７５は、出力ギヤ４３との干渉を避けるために、略ヘの字形に屈曲形成されている。なお、モータ軸２３の軸心に重なるように出力ギヤ４３が延びていることは図１から明らかである。図１のＡ−Ａ線での断面である図２及び図４では、本来出力ギヤ４３は現れないが、モータ軸２３と出力ギヤ４３の位置関係を説明するため、図２及び図４の出力ギヤ４３を点線若しくは一点鎖線で示している。なお、出力ギヤ４３の鉛直方向上端はＬ１の線よりも上方に位置している。

ケース内流路７５の先端には、小径の吐出孔７７を有する吐出部７６が接続されている。吐出部７６は、モータ軸２３の軸方向孔２５の軸端に開口する軸開口部２７よりも軸中心部側（図４において右側）に配置されている。軸方向孔２５の軸開口部２７には、吐出部７６を囲うように隔壁２８が径方向内側に延びて設けられている。これにより、冷媒が軸方向孔２５から流出することが抑制される。

また、図１及び図２に示すように、車輪駆動装置１０には、車幅方向から見たとき、モータ２０、減速機３０、及びポンプ７１とオーバーラップしない位置、更には懸架装置などとオーバーラップしない位置（図１において右側方）に、キャリパー６６がブレーキディスク６４を挟んで配設されている。

このように構成された車輪駆動装置１０は、ステータ２２に電力が供給されると、回転磁界が発生してロータ２１が回転駆動される。ロータ２１の回転は、モータギヤ２６とカウンタ軸３３の大歯車３７とが噛合する第１減速機構３１で減速され、更に、カウンタ軸３３の小歯車３６と出力ギヤ４３とが噛合する第２減速機構３２で減速されて車輪６０を回転駆動する。このとき、モータ２０から発生する熱は、ケース１３の側壁１３ａに伝達され、ケース１３の外壁からの放熱により冷却される。ケース１３の側壁１３ａは、外部に開放されているので、効率よく放熱することができる。

また、車輪６０が接続される第２減速機構３２の減速比は、モータ２０が接続される第１減速機構３１の減速比よりも大きく設定されているので、第１減速機構３１側の部材を細く、軽量化することで熱容量を低減することができ、放熱による冷却効率が向上する。

同時に、カウンタ軸３３の大歯車３７にポンプギヤ７３が噛合するポンプ７１が回転して冷媒を圧送する。冷媒は、ケース内流路７５を介してモータ軸２３の軸方向孔２５に供給されて、モータ２０、特にモータ２０のロータを内部から積極的に冷却する。

軸方向孔２５の軸開口部２７に対向配置された吐出部７６には、軸開口部２７よりも軸中心部側の位置に小径の吐出孔７７が設けられており、吐出孔７７から吐出する冷媒が、軸方向孔２５に供給される。小径の吐出孔７７は、絞りにより冷媒を勢いよく吐出させることができる。更に、軸開口部２７には、吐出部７６を囲うように径方向内側に延びる隔壁２８が設けられているので、吐出孔７７から吐出する冷媒の勢いが弱くても、隔壁２８によって冷媒を貯留することができるため、確実に軸方向孔２５内に供給することができ、モータ２０を冷却することができる。これにより、熱によるモータ２０の性能低下を抑制することができる。

また、発熱源であるモータ２０とポンプ７１とは、第１減速機構３１が間に配置されて離間しているので、互いの熱による影響が抑制される。

以上説明したように、本実施形態に係る車輪駆動装置１０によれば、車輪６０を駆動するモータ２０と、モータ２０の回転を減速して車輪６０に伝達する減速機３０と、モータ２０及び減速機３０を内部に収容するケース１３と、を備え、モータ２０は、車幅方向内側がケース１３の側壁１３ａに隣接して配置されると共に、車幅方向外側が減速機３０に隣接して配置されているので、モータ２０の熱をケース１３の側壁１３ａを介して放熱して冷却することができ、冷却性能が向上する。これにより、連続運転の性能低下を抑制することができる。

また、減速機３０は、モータ２０と車輪６０との動力伝達経路上に配置された２つの第１及び第２減速機構３１、３２を備え、車輪６０が接続される第２減速機構３２の減速比は、モータ２０が接続される第１減速機構３１の減速比よりも大きいので、第１減速機構３１の耐トルク特性を小さくすることで該第１減速機構３１の質量を減らすことができ、第１減速機構３１の持つ熱容量が低減して放熱による冷却性を向上させることができる。また、これにより連続運転での性能低下を抑制することができる。

また、モータ２０の直径Ｄ１は、車輪駆動装置１０が接続される車輪６０のホイール６１の内径Ｄ２の半分よりも大きく、モータ２０の回転中心と車輪６０の回転中心とはオフセットしているので、直径Ｄ１が大きなモータ２０を、ホイール６１が障害とならずに配置することができ、車輪駆動装置１０の出力を向上させることができる。また、モータ２０の直径Ｄ１を大きくした分、モータ２０の厚みを薄くでき、放熱性が向上する。

また、車輪駆動装置１０は、車輪駆動装置１０内に冷媒を供給する冷媒供給機構７０を含み、冷媒は、モータ軸２３の軸方向孔２５を流れるので、車輪駆動装置１０内の最も発熱量が多いモータ２０を、モータ軸２３の内部から効果的に冷却することができる。

また、冷媒供給機構７０は、車輪駆動装置１０内に冷媒を供給するポンプ７１を含み、ポンプ７１は、モータ２０及び減速機３０と、車幅方向から見たときオーバーラップしない位置に配置されているので、他の部材によってケースからの放熱を妨げない部分にポンプ７１を配置することで、冷媒を圧送する際に発生する熱を効率的に逃がして車輪駆動装置１０全体の冷却性が向上する。

また、ポンプ７１は、モータ２０のモータ軸２３の軸方向孔２５に冷媒を圧送可能に構成されているので、発熱部分に積極的に冷媒を送ることが可能となり、冷却性能が向上する。

また、減速機３０は、モータ２０とポンプ７１との動力伝達経路の間に挟まれているので、車幅方向から見たとき発熱源であるモータ２０とポンプ７１との間に第１及び第２減速機構３１、３２が配置される。これによりモータ２０とポンプ７１とを離間させて、互いの熱による影響を抑制することができる。

また、ポンプ７１とモータ軸２３の軸方向孔２５との間は、冷媒が流動するケース内流路７５を介して接続され、ケース内流路７５には、モータ軸２３の軸方向孔２５の軸端に設けられる軸開口部２７よりも軸中心部側に小径の吐出孔７７を有する吐出部７６が接続されているので、圧送される冷媒を小径の吐出孔７７の絞りにより吐出部７６から勢い良く軸方向孔２５に吐出させて、確実に冷媒を送り込んで冷却することができる。

また、軸方向孔２５の軸開口部２７には、吐出部７６を囲うように径方向内側に延びる隔壁２８が設けられているので、圧送された冷媒の勢いが無いとき、若しくは発進時、登坂時等のモータの発熱が大きいときでも隔壁２８によって冷媒を貯留することができるため、確実にモータ軸２３の軸方向孔２５内に冷媒を供給することができ、冷却性能を維持することができる。

また、車輪駆動装置１０は、車輪６０を制動するキャリパー６６を備え、キャリパー６６は、車幅方向から見たとき、車輪駆動装置１０を構成する他の部材であるモータ２０，減速機３０，ポンプ７１とオーバーラップしない位置に配置されるので、最も熱の影響を受け易いキャリパー６６を、他の部材とオーバーラップしない位置に配置することで、キャリパー６６を確実に冷却して制動性能を維持することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

１０ 車輪駆動装置
１３ ケース
１３ａ 側壁
２０ モータ（他の部材）
２３ モータ軸（モータの回転中心）
２５ 軸方向孔（回転軸内流路）
２７ 軸開口部
２８ 隔壁
３０ 減速機（他の部材）
３１ 第１減速機構（減速機構）
３２ 第２減速機構（減速機構）
４１ 出力軸（車輪の回転中心）
６０ 車輪
６１ ホイール
６６ キャリパー（制動部）
７０ 冷媒供給機構
７１ ポンプ（他の部材）
７５ ケース内流路
７６ 吐出部
７７ 吐出孔
Ｄ１ モータの直径
Ｄ２ ホイールの内径

Claims (10)

1. 車両の単一の車輪を駆動する車輪駆動装置であって、
   前記車輪を駆動するモータと、
   前記モータの回転を減速して前記車輪に伝達する減速機と、
   前記モータ及び前記減速機を内部に収容するケースと、を備え、
   前記モータは、車幅方向内側が前記ケースの側壁に隣接して配置されると共に、車幅方向外側が前記減速機に隣接して配置されている、車輪駆動装置。
2. 請求項１に記載の車輪駆動装置であって、
   前記減速機は、前記モータと前記車輪との動力伝達経路上に配置された少なくとも２以上の減速機構を備え、
   前記車輪が接続される前記減速機構の減速比は、前記モータが接続される前記減速機構の減速比よりも大きい、車輪駆動装置。
3. 請求項２に記載の車輪駆動装置であって、
   前記モータの直径は、前記車輪駆動装置が接続される車輪のホイールの内径の半分よりも大きく、
   前記モータの回転中心と前記車輪の回転中心とはオフセットしている、車輪駆動装置。
4. 請求項２又は３に記載の車輪駆動装置であって、
   前記車輪駆動装置は、前記車輪駆動装置内に冷媒を供給する冷媒供給機構を含み、
   前記冷媒は、前記モータの回転軸内流路を流れる、
   車輪駆動装置。
5. 請求項４に記載の車輪駆動装置であって、
   前記冷媒供給機構は、前記車輪駆動装置内に前記冷媒を供給するポンプを含み、
   前記ポンプは、前記モータ及び前記減速機構と、前記車幅方向から見たときオーバーラップしない位置に配置されている、車輪駆動装置。
6. 請求項５に記載の車輪駆動装置であって、
   前記ポンプは、前記モータおよび前記減速機構の前記回転軸内流路に前記冷媒を圧送可能に構成されている、車輪駆動装置。
7. 請求項５又は６に記載の車輪駆動装置であって、
   前記減速機構は、前記モータと前記ポンプとの動力伝達経路の間に挟まれている、車輪駆動装置。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の車輪駆動装置であって、
   前記ポンプと前記回転軸内流路との間は、前記冷媒が流動するケース内流路を介して接続され、
   前記ケース内流路には、前記回転軸内流路の軸端に設けられる軸開口部よりも軸中心部側に小径の吐出孔を有する吐出部が接続されている、車輪駆動装置。
9. 請求項８に記載の車輪駆動装置であって、
   前記回転軸内流路の前記軸開口部には、前記吐出部を囲うように径方向内側に延びる隔壁が設けられている、車輪駆動装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の車輪駆動装置であって、
    前記車輪駆動装置は、前記車輪を制動する制動部を備え、
    前記制動部は、前記車幅方向から見たとき、前記車輪駆動装置を構成する他の部材とオーバーラップしない位置に配置される、車輪駆動装置。

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