JP2007191019A - 車輪駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インホイールモータを備える車輪は車軸方向の寸法が大きくなる。
【解決手段】車輪駆動装置は、ホイール１４の内側に設けられたモータ９４により車輪が駆動される。遊星歯車減速機９８は、モータ９４の出力軸２６に連結される。内輪側部材６４は、アクスルベアリング１００の内輪と減速機９８の外周との間に配置され、車両の懸架装置に対して固定される。外輪側部材９６は、アクスルベアリング１００の外輪に固定され内輪側部材６４に対し回転可能に保持される。ホイール１４は、外輪側部材９６に固定される。動力伝達部材６６は、遊星キャリアを円盤状に形成した部材である。円盤の外周が外輪側部材９６の位置まで延在し、円盤の外周部分で該外輪側部材９６と連結され、減速機９８からの出力を外輪側部材９６に伝達する。
【選択図】図２

Description

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

従来から、各輪の制駆動力を独立に制御可能なインホイールモータ方式の車両が知られている。インホイールモータにはいくつかの種類があり、モータの出力を減速機を介してホイールに伝えるものや、ダイレクトドライブ方式により減速機を介さずにホイールを直接モータで回転させるものがある。前者のなかにも、ホイールがアクスルベアリングの内輪側に固定されているものと外輪側に固定されているものがある。例えば、特許文献１には、アクスルベアリングの外輪側にホイールが固定されているインホイールモータが開示されている。
特開平５−２３８２７６号公報 特開２００５−１０４２１６号公報

しかしながら、上記特許文献１のようなアクスルベアリングの外輪側を駆動させるタイプのインホイールモータでは、減速機とアクスルベアリングとが車軸上に直列に配置される構成となるため、車軸方向の寸法が長くなり、懸架装置の設計上の制約が大きくなるという問題がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、アクスルベアリングの外輪側を駆動させるインホイールモータを有する車輪において、車軸方向の長さを短縮する技術を提供することにある。

本発明のある態様は、車輪に設けられたモータにより車輪が駆動される車輪駆動装置である。この装置は、車輪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、前記減速機の外周に配置されるベアリングと、前記ベアリングの内輪と前記減速機の外周との間に配置され、車両の懸架装置に対して固定される略円筒形状の内輪側部材と、前記ベアリングの外輪に固定され前記内輪側部材に対し回転可能に保持される略円筒形状の外輪側部材と、前記外輪側部材に固定されるホイールと、前記減速機からの出力を前記外輪側部材に伝達する動力伝達部材と、を備える。

この態様によると、モータにより発生され減速機で減速された出力は、動力伝達部材によって減速機の外周に配置された外輪側部材に伝達されて、ホイールを回転させる。このように、ベアリングの内輪側に減速機を配置するとともに、減速機からの出力をベアリングの外輪側に伝達する動力伝達部材を別途設けることによって、減速機とベアリングとを直列に配置する場合に比して車軸方向の長さを短縮することができる。

前記減速機は、前記モータの出力軸からの出力を受け取る太陽歯車と、前記内輪側部材の内周に設けられる外歯車と、前記太陽歯車と前記外歯車との間に歯合し、太陽歯車の周りを公転するように配置された複数の遊星歯車と、車輪外側に配置され前記複数の遊星歯車の中心軸に固定される遊星キャリアと、を備える遊星歯車機構であり、前記動力伝達部材は前記遊星キャリアを円盤状に形成した部材であり、円盤の外周が前記外輪側部材の位置まで延在し、円盤の外周部分で該外輪側部材と連結されてもよい。これによると、円盤状の動力伝達部材が外輪側部材の位置まで延在することによって、減速機とベアリングとが動力伝達部材により覆われることになる。したがって、外部から減速機およびベアリングへの異物の侵入を防止することができる。また、保護用のケースを別に設ける必要がないので、部品点数を削減することができる。

前記外輪側部材は、車輪外側に面する端面から車輪外方に延び、円周方向に所定の長さを有する複数の平板状の突起を有してもよい。前記動力伝達部材は、円盤の外周に沿って前記外輪側部材の突起と対応する位置に形成され該突起の円周方向の長さと実質的に同寸法の凹部を有してもよい。前記外輪側部材と前記動力伝達部材とは、前記突起と前記凹部とを嵌合させることによって連結されてもよい。このように、凹凸を組み合わせて連結することによって、回転駆動力を損失少なく伝達でき、また車輪駆動装置の車軸方向の寸法を小さくできる。

前記外輪側部材の突起は、前記動力伝達部材の嵌合部分の厚みよりも長く、嵌合させたときに該動力伝達部材の外周部分の表面から突出する車軸方向長さを有しており、前記外輪側部材の突起と前記動力伝達部材の凹部とを嵌合させた後、前記外輪側部材の突起の先端部分を前記動力伝達部材の中心方向に折り曲げてかしめられてもよい。これによって連結部分の強度が向上し、また、がたがなくなることで回転駆動時の騒音を抑制することができる。

本発明によれば、アクスルベアリングの外輪側を駆動させるインホイールモータを有する車輪の車軸方向の長さを短縮することができる。

本発明の一実施形態は、車輪毎にモータを有し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、インホイールモータ方式の車輪駆動装置に関する。

図１は、本発明の一実施形態に係る車輪駆動装置１０の断面構造を示す。ホイール１４のホイールリムにはタイヤ１２が装着される。ホイール１４の内周側には、インホイールモータ２０が配置される。インホイールモータ２０は、ナックル１６を介して車両のロワーアームやアッパーアーム、タイロッド（図示せず）と連結される。ロワーアーム、アッパーアームは、図示しない車両に接続され、インホイールモータ２０を含む車輪を支持している。車輪駆動装置１０はブレーキディスク１８も備え、図示しないブレーキキャリパにより挟持されて制動力を発生する。

図２は、図１に示したインホイールモータ２０の断面の拡大図である。図中、左方が車輪内側であり、右方が車輪外側になる。

ナックル１６は、モータ９４を収納する筒状のモータケース２２と接続される。モータケース２２の内側には車軸と同軸に出力軸２６が配置され、ベアリング２４、４０によって回転自在に軸支される。出力軸２６には、積層された電磁鋼板２８の外周に固定された複数の永久磁石３０からなるロータ３８が嵌挿される。ロータ３８の外周には、積層された電磁鋼板で形成される鉄心３２と、鉄心３２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３４とから構成されるステータ３６が配置される。ロータ３８とステータ３６とは、所定のギャップを介して対面する。モータケース２２によりステータ３６とロータ３８とが密閉され、外部からの異物の侵入を防止している。以上のように構成されるモータ９４において、コイル３４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３６に回転磁界を発生させ、ロータ３８を回転させることができる。

モータ９４の出力軸２６の右方には、遊星歯車減速機９８が配置される。遊星歯車減速機９８は、二段の遊星歯車機構から構成される。出力軸２６の先端、つまり図２の右端には、一段目の遊星歯車機構の第１太陽歯車４２が形成されている。第１太陽歯車４２は、複数（図２では一つのみ図示される）の第１遊星歯車４６と歯合する。第１遊星歯車４６は、さらに、ナックル１６に固定保持される内輪側部材６４の内周面に形成されている第１外歯車４８と歯合する。この構成によって、第１遊星歯車４６は第１太陽歯車４２の周りを公転する。

複数の第１遊星歯車４６に固定されたシャフト４４は遊星キャリア５０に固定され、一段目の遊星歯車機構の公転運動が二段目の遊星歯車機構に伝達される。遊星キャリア５０の中心には、車軸と同軸に延びるシャフト５２が接続されている。このシャフト５２は、ベアリング８４により回転自在に軸支される。シャフト５２には二段目の遊星歯車機構の第２太陽歯車５４が形成されている。第２太陽歯車５４は、複数（図２では一つのみ図示される）の第２遊星歯車６０と歯合する。第２遊星歯車６０は、さらに内輪側部材６４の内周面に形成されている第２外歯車６２と歯合する。この構成によって、第２遊星歯車６０は第２太陽歯車５４の周りを公転する。なお、遊星歯車機構の各歯車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。

複数の第２遊星歯車６０に固定されたシャフト５６は、動力伝達部材６６に固定される。この動力伝達部材６６は、遊星歯車減速機９８より車輪外側に配置され、図３にその一部を示すように、略円盤形状をなしている。動力伝達部材６６の円盤の外周は、車輪の径方向に向けて、遊星歯車減速機９８の外周よりも外側に延びる。動力伝達部材６６の車輪内側には、第２遊星歯車６０のシャフト５６を受け入れる凹部６６ｂが形成される。動力伝達部材６６は、二段目の遊星歯車機構の遊星キャリアとしても機能し、第２遊星歯車６０の公転運動を取り出す。
なお、本実施形態では、遊星歯車機構を二段階用いることによって大きな減速比を得るようにしているが、遊星歯車機構は一段でも三段以上でもよい。

遊星歯車減速機９８の外周には、アクスルベアリング１００が配置される。アクスルベアリング１００は、ナックル１６に固定されるつば部６４ａを一端に有する略円筒形状の内輪側部材６４に形成された内インナーレース部６４ｂと、内輪側部材６４に固定される外インナーレース７８と、外輪側部材９６の内周面に形成されたアウターレース部９６ａと、インナーレースとアウターレースによって画成される転動路内を転動するベアリング玉７４と、インナーレースとアウターレースとの間を塞ぎ、ベアリング内部への異物の侵入を防止するダストシール７６と、から構成される。このアクスルベアリング１００によって、外輪側部材９６が内輪側部材６４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１００のアウターレースやインナーレースを外輪側部材９６や内輪側部材６４と一体化せずに、別部品のアウターレースやインナーレースを外輪側部材または内輪側部材に固定してもよい。

外輪側部材９６は、内周にアウターレース部９６ａが形成される円筒部９６ｂと、円筒部９６ｂの中間から車輪径方向外側に延びるつば部９６ｃとから構成される。つば部９６ｃには複数の雌ねじ８０が形成される。ホイール１４には、雌ねじ８０の位置に対応してボルト穴８２が複数形成される。図示しないハブボルトをボルト穴８２を貫通して雌ねじ８０に螺合することで、ホイール１４とブレーキディスク１８とが外輪側部材９６に固定される。

動力伝達部材６６の円盤の外周は、外輪側部材９６の円筒部９６ｂの位置まで延在する。そして、動力伝達部材６６の外周と外輪側部材９６の円筒部９６ｂの先端とがかしめ７０によって連結される。このかしめ部分の構造の詳細は、図３および図４を参照して後述する。

動力伝達部材６６の右方、つまり車輪外側には、装飾目的の意匠板６８が配置される。

以上の構成をまとめると、車輪駆動装置１０において、車輪の外径側から内径側に向かって、ホイール１４、ブレーキディスク１８、外輪側部材９６、アクスルベアリング１００、内輪側部材６４、遊星歯車減速機９８の順に配置されることになる。

このようなインホイールモータは、単一のモータの出力を各ホイールに分配する方式に比べて、伝達系の部品やその設置スペースを省略することができ、また伝達による損失もなくすことができるという特徴がある。

次に、上記構成において、モータ９４により発生する動力の伝達経路について説明する。

まず、図示しない車両制御装置からの指令によりモータ９４が駆動されると、ロータ３８がステータ３６に対して回転し、この回転駆動力が出力軸２６を介して遊星歯車減速機９８に伝達される。出力軸２６の回転により出力軸に形成された第１太陽歯車４２が回転し、これによって第１遊星歯車４６が自転しつつ、第１太陽歯車４２の周りを公転運動する。この公転運動は、遊星キャリア５０により取り出され、遊星キャリア５０に接続されているシャフト５２に形成された第２太陽歯車５４を回転させる。これによって第２遊星歯車６０が自転しつつ、第２太陽歯車５４の周りを公転運動する。この公転運動は、動力伝達部材６６により取り出され、かしめ７０により連結された外輪側部材９６に回転駆動力を伝達する。そして、外輪側部材９６に固定されたホイール１４が回転され、車輪を駆動するのである。

まとめると、遊星歯車減速機９８の出力は、車輪外側に配置された円盤形状の動力伝達部材６６により外輪側部材９６およびホイール１４に伝達される。したがって、外輪側部材９６、ブレーキディスク１８およびホイール１４が、ナックル１６に固定された内輪側部材６４に対して回転することになる。

従来のインホイールモータの構成では、モータ、減速機、アクスルベアリング、ハブ、ホイールが直列に配置されるため車軸方向の全長が長くなってしまうが、本実施形態によれば、上記のように、ベアリングの内輪側に減速機を、ベアリングの外輪側にホイールを配置する構成としたので、車輪駆動装置１０の車軸方向の全長を短縮することができる。また、遊星歯車機構の外歯車を、内輪側部材６４の内周面に直接形成したことによって、部品点数を削減でき、構成を簡素化できる。

本実施形態の円盤状の動力伝達部材６６は、その外周が外輪側部材９６の円筒部９６ｂまで延在している。したがって、遊星歯車減速機９８とアクスルベアリング１００とが動力伝達部材６６によって覆われ、車両外部からこれらを密閉する構造となっている。したがって、車両外部から遊星歯車減速機９８およびアクスルベアリング１００への異物の侵入を防止することができる。なお、意匠板６８は密閉機能を有さないので、設けなくてもよい。

続いて、動力伝達部材６６と外輪側部材９６との結合方法について説明する。

図３は、動力伝達部材６６と外輪側部材９６とをかしめる前の嵌合状態を示す。外輪側部材９６の円筒部９６ｂの、車輪外側に面する端面には、車輪外方に延び、円周方向に所定の長さを有する複数の平板状の突起８６が形成されている。また、動力伝達部材６６には、円盤の外周に沿って外輪側部材の突起８６と対応する位置に形成され、突起８６の円周方向の長さと実質的に同寸法の凹部８８が形成されている。そして、外輪側部材９６と動力伝達部材６６とは、突起８６と凹部８８とを嵌合させることによって連結される。このように、凹凸を組み合わせて連結することによって、回転駆動力を損失少なく伝達できるほか、遊星歯車減速機９８の歯面スラスト力をも動力伝達部材６６で受けることができる。

図４は、動力伝達部材６６と外輪側部材９６とをかしめた状態を示す。外輪側部材９６の突起８６は、動力伝達部材６６の嵌合部分の厚みよりも長く、嵌合させたときに動力伝達部材６６の外周部分の表面から突出する車軸方向長さを有している。そして、外輪側部材９６の突起８６と動力伝達部材６６の凹部８８とを嵌合させた後、突起８６の先端部分を動力伝達部材６６の中心方向に折り曲げることによって、かしめ７０を形成する。

突起８６を折り曲げることによって、突起８６のうち凹部８８に嵌合している部分がわずかに変形して円周方向に広がり、嵌合部分の隙間を埋めるように作用するため、嵌合部分のがたをなくすことができる。したがって、嵌合部分の強度が向上し、がたがないことで回転駆動時の騒音を抑制することができる。さらに、動力伝達部材６６と外輪側部材９６との連結に要する部分の寸法を小さくできるので、車輪駆動装置１０の車軸方向の長さの短縮に貢献する。また、遊星歯車減速機９８を比較的容易に密閉することができる。

以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態はあくまで例示であり、実施の形態どうしの任意の組合せ、実施の形態の各構成要素の組合せなどの変形例もまた、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、減速機として遊星歯車機構を使用したが、これ以外の減速機を使用してもよい。

実施の形態では、動力伝達部材６６と外輪側部材９６との嵌合とかしめとが、突起と凹部とにより同一の位置においてなされていたが、嵌合とかしめとを別の位置で実施するようにしてもよい。一例として、図５は、動力伝達部材６６’と外輪側部材９６’とを全周にわたってかしめた状態を示し、図６は、図５のＡ部の拡大図である。図６に示すように、この例では、嵌合は突起９０と凹部１０２とで実現され、かしめはかしめ部１０４により実現されている。このようにすることで、動力伝達部材６６’と外輪側部材９６’の全周にわたってかしめをすることができるため、かしめの強度を向上することができる。

本発明の一実施形態に係る車輪駆動装置の断面構造を示す図である。 図１に示したインホイールモータの断面の拡大図である。 動力伝達部材と外輪側部材とをかしめる前の嵌合状態を示す図である。 動力伝達部材と外輪側部材とをかしめた状態を示す図である。 動力伝達部材と外輪側部材とを全周にわたってかしめた状態を示す図である。 図５のＡ部の拡大図である。

符号の説明

１０ 車輪駆動装置、 １２ タイヤ、 １４ ホイール、 １６ ナックル、 １８ ブレーキディスク、 ２０ インホイールモータ、 ３６ ステータ、 ３８ ロータ、 ４２ 第１太陽歯車、 ４６ 第１遊星歯車、 ４８ 第１外歯車、 ５０ 遊星キャリア、 ５４ 第２太陽歯車、 ６０ 第２遊星歯車、 ６２ 第２外歯車、 ６４ 内輪側部材、 ６６ 動力伝達部材、 ７０ かしめ、 ８６ 突起、 ８８ 凹部、 ９４ モータ、 ９６ 外輪側部材、 ９８ 遊星歯車減速機、 １００ アクスルベアリング。

Claims (4)

1. 車輪に設けられたモータにより車輪が駆動される車輪駆動装置であって、
   車輪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、
   前記減速機の外周に配置されるベアリングと、
   前記ベアリングの内輪と前記減速機の外周との間に配置され、車両の懸架装置に対して固定される略円筒形状の内輪側部材と、
   前記ベアリングの外輪に固定され前記内輪側部材に対し回転可能に保持される略円筒形状の外輪側部材と、
   前記外輪側部材に固定されるホイールと、
   前記減速機からの出力を前記外輪側部材に伝達する動力伝達部材と、
   を備えることを特徴とする車輪駆動装置。
2. 前記減速機は、前記モータの出力軸からの出力を受け取る太陽歯車と、前記内輪側部材の内周に設けられる外歯車と、前記太陽歯車と前記外歯車との間に歯合し、太陽歯車の周りを公転するように配置された複数の遊星歯車と、車輪外側に配置され前記複数の遊星歯車の中心軸に固定される遊星キャリアと、を備える遊星歯車機構であり、
   前記動力伝達部材は前記遊星キャリアを円盤状に形成した部材であり、円盤の外周が前記外輪側部材の位置まで延在し、円盤の外周部分で該外輪側部材と連結されることを特徴とする請求項１に記載の車輪駆動装置。
3. 前記外輪側部材は、車輪外側に面する端面から車輪外方に延び、円周方向に所定の長さを有する複数の平板状の突起を有し、
   前記動力伝達部材は、円盤の外周に沿って前記外輪側部材の突起と対応する位置に形成され該突起の円周方向の長さと実質的に同寸法の凹部を有し、
   前記外輪側部材と前記動力伝達部材とは、前記突起と前記凹部とを嵌合させることによって連結されることを特徴とする請求項２に記載の車輪駆動装置。
4. 前記外輪側部材の突起は、前記動力伝達部材の嵌合部分の厚みよりも長く、嵌合させたときに該動力伝達部材の外周部分の表面から突出する車軸方向長さを有しており、
   前記外輪側部材の突起と前記動力伝達部材の凹部とを嵌合させた後、前記外輪側部材の突起の先端部分を前記動力伝達部材の中心方向に折り曲げてかしめられることを特徴とする請求項３に記載の車輪駆動装置。

Images