JP2008201353A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】潤滑油の清浄度の影響を受けず、軸受スペースを確保して剥離寿命を向上させたインホイールモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】車輪用軸受装置Cが、複列の外側転走面32a、33aが形成された第1、第2の外方部材22、33と、車輪取付フランジ26を有し、内側転走面25aが形成されたハブ輪25、およびこれに内嵌され、内輪34が圧入された車輪側回転部材11からなる内方部材24とを備え、第2の外方部材33と内輪34が、炭素0.40〜0.80wt%、ケイ素0.15〜1.1wt%、マンガン0.3〜1.5wt%を含む鋼からなり、浸炭窒化により表層が0.6〜1.3wt%の炭素と0.25〜0.5wt%の窒素を含み、圧縮残留応力150MPa以上、残留オーステナイト量20〜35体積%、炭窒化物の最大粒径が8μm以下および表面硬さが700Hv以上に設定されている。
【選択図】図5

Description

本発明は、自動車等のダイレクトドライブホイールを駆動輪とする車両に用いられたインホイールモータ駆動装置、特に、電動モータの出力軸と車輪のハブとが減速機を介して同軸状に連結されたインホイールモータ駆動装置に関するものである。
近年、電気自動車等モータによって駆動される車両においては、モータを車輪に内蔵するインホイールモータシステムが採用されつつある。ここで、従来のインホイールモータ駆動装置50は、例えば、特開2006−258289号公報(特許文献1)に記載されている。このインホイールモータ駆動装置50は、図8に示すように、車体51に取り付けられるケーシング52の内部に駆動力を発生させるモータ部53と、車輪54が取り付けられる車輪用軸受装置55と、モータ部53の回転を減速して車輪用軸受装置55のハブ輪56に伝達する減速部57とを備えている。
ここで、装置の軽量・コンパクト化の観点からモータ部53には低トルクで高回転のモータが採用されると共に、車輪54を駆動するのに大きなトルクが必要となるため、減速部57にはコンパクトで高い減速比が得られるサイクロイド減速機が採用されている。
この減速部57は、偏心部58a、58bを有するモータ側回転部材58と、偏心部58a、58bに配設される曲線板59a、59bと、曲線板59a、59bをモータ側回転部材58に対して回転自在に支承する転がり軸受60a、60bと、曲線板59a、59bの外周面に係合して曲線板曲線板59a、59bに自転運動を生じさせる複数の外ピン61と、曲線板59a、59bの自転運動を内方部材(車輪側回転部材)62に伝達する複数の内ピン63とを備えている。
また、車輪用軸受装置55は、外周にケーシング52に取り付けられるための取付フランジ64bを一体に有し、内周に複列の外側転走面64a、64aが一体に形成された外方部材64と、一端部に車輪54を取り付けるための車輪取付フランジ67を一体に有し、外周に複列の外側転走面64a、64aの一方に対向する内側転走面56aと、この内側転走面56aから軸方向に延びる円筒状の小径段部56bが形成されたハブ輪56、およびこのハブ輪56の小径段部56bに圧入固定され、外周に複列の外側転走面64a、64aの他方に対向する内側転走面65aが形成された内輪65からなる内方部材62と、この内方部材62と外方部材64の両転走面間に転動自在に収容された複列のボール66とを備えている。
特開2006−258289号公報
このような従来のインホイールモータ駆動装置50では、ハブ輪56の車輪取付フランジ67を介して軸受部に繰り返し曲げモーメントが負荷される。一方、モータ側回転部材58は、車輪用軸受装置55の内方部材62に対して回転自在に支承されているため、この曲げモーメントが負荷されて傾く恐れがある。これにより、減速部57の各構成部品間のすきまが変化して騒音が発生したり、過大な荷重により構成部品が損傷する要因となる。
この問題を解消するために、軸受部にはこの曲げモーメントを適切に支持可能できる負荷容量が要求される。然しながら、軸受部の負荷容量を増加させるには軸受部が大型化して重量が増大する。このインホイールモータ駆動装置はサスペンションの下部に配置されているため、所謂「ばね下重量」の増加による走行安定性が問題となる。この問題は、近年の自動車全体のコンパクト化に伴ってさらに顕著となることは必至である。
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、車輪用軸受装置の軽量・コンパクト化を図ると共に、曲げモーメントを適切に支持可能して耐久性を向上させたインホイールモータ駆動装置を提供することを目的とする。
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項1に記載の発明は、ケーシングと、このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成された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連結された車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、前記車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部または前記車輪側回転部材に嵌合され、外周に複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備えると共に、前記外方部材が、内周にアウター側の外側転走面が形成された第1の外方部材と、この第1の外方部材のインナー側に圧入固定され、内周にインナー側の外側転走面が形成された第2の外方部材とからなる。
このように、ケーシング内に配設されたモータ部と減速部、およびこの減速部に連結された車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、車輪用軸受装置が、外周にケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部または車輪側回転部材に嵌合され、外周に複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備えると共に、外方部材が、内周にアウター側の外側転走面が形成された第1の外方部材と、この第1の外方部材のインナー側に圧入固定され、内周にインナー側の外側転走面が形成された第2の外方部材とからなるので、アウター側に比べ荷重負荷的に厳しいインナー側の別体の内輪および第2の外方部材が、高い転がり疲労寿命および割れ疲労強度を有する材料および熱処理を適用できる、コンパクトで耐久性を向上させたインホイールモータ駆動装置を提供することができる。
好ましくは、請求項2に記載の発明のように、前記内輪および第2の外方部材のうちいずれか一方あるいは両者が、炭素0.40〜0.80wt%、ケイ素0.15〜1.1wt%、マンガン0.3〜1.5wt%を含む鋼からなり、浸炭窒化によって表面が硬化処理され、浸炭窒化された表層が、0.6〜1.3wt%の炭素および0.25〜0.5wt%の窒素を含み、かつその圧縮残留応力が150MPa以上、残留オーステナイト量が20〜35体積%、炭窒化物の最大粒径が8μm以下および表面硬さが700Hv以上になるように設定されていれば、冷間加工性に優れると共に、車輪用軸受装置の耐久性を一層向上させることができる。
また、請求項3に記載の発明のように、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部を密封するシールを備え、これらシールのうち前記環状空間と減速部との間に位置するシールがオイルシールで構成され、このシールによって前記減速部の潤滑油が遮断されて軸受部がグリース潤滑されていれば、潤滑油内に混入した金属摩耗粉等の異物が軸受内部に侵入して剥離寿命が低下するのを防止でき、潤滑油の清浄度の影響を受けずに所望の剥離寿命を確保することができる。
また、請求項4に記載の発明のように、前記ハブ輪に前記車輪側回転部材が内嵌され、この車輪側回転部材と前記ハブ輪とが一体に塑性結合されていれば、軽量・コンパクト化が図れると共に、結合部の緩みを防止して長期間に亙って初期に設定された予圧を維持することができ、耐久性を向上させることができる。
また、請求項5に記載の発明のように、前記減速部が、外周にトロコイド系曲線で構成される複数の波形を有し、前記偏心部を挿通する複数の貫通孔が形成され、前記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曲線板と、この曲線板の外周部に針状ころ軸受を介して転接されて自転運動を生じさせる複数の外ピンと、前記貫通孔の内周に針状ころ軸受を介して転接される内ピンとを備え、前記曲線板の自転運動を、前記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前記車輪側回転部材に伝達するサイクロイド減速機構で構成されていれば、多段構成とすることなくコンパクトな構成であっても極めて大きな減速比を得ることができ、高回転、低トルク型のモータ部を採用した場合であっても、車輪に充分な回転トルクを伝達することができる。
本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、このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成された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連結された車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、前記車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部または前記車輪側回転部材に嵌合され、外周に複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備えると共に、前記外方部材が、内周にアウター側の外側転走面が形成された第1の外方部材と、この第1の外方部材のインナー側に圧入固定され、内周にインナー側の外側転走面が形成された第2の外方部材とからなるので、アウター側に比べ荷重負荷的に厳しいインナー側の別体の内輪および第2の外方部材が、高い転がり疲労寿命および割れ疲労強度を有する材料および熱処理を適用できる、コンパクトで耐久性を向上させたインホイールモータ駆動装置を提供することができる。
ケーシングと、このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成された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連結された車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、前記車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、および外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪が圧入固定され、前記ハブ輪の小径段部に内嵌された前記車輪側回転部材からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記外方部材が、内周にアウター側の外側転走面が形成された第1の外方部材と、この第1の外方部材のインナー側に圧入固定され、内周にインナー側の外側転走面が形成された第2の外方部材とからなると共に、この第2の外方部材と前記内輪が、炭素0.40〜0.80wt%、ケイ素0.15〜1.1wt%、マンガン0.3〜1.5wt%を含む鋼からなり、浸炭窒化によって表面が硬化処理され、浸炭窒化された表層が、0.6〜1.3wt%の炭素および0.25〜0.5wt%の窒素を含み、かつその圧縮残留応力が150MPa以上、残留オーステナイト量が20〜35体積%、炭窒化物の最大粒径が8μm以下および表面硬さが700Hv以上になるように設定されている。
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図1は、本発明に係るインホイールモータ駆動装置の第1の実施形態を示す縦断面図、図2は、図1のII−II線に沿った横断面図、図3は、図2の要部拡大図、図4は図1の偏心部を示す要部拡大図、図5は、図1の車輪用軸受装置を示す拡大図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側(図面左側)、中央寄り側をインナー側(図面右側)という。
このインホイールモータ駆動装置1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からの出力を車輪(図示せず)に伝達する車輪用軸受装置Cとを備えている。
モータ部Aは、ケーシング2に固定される一対のステータ3、3と、これらのステータ3、3間にアキシアルギャップ(軸方向すきま)を介して挟持された状態で配置されるロータ4と、ロータ4の内側に嵌合されてロータ4と一体に回転するモータ側回転部材5とを備えたアキシアルギャップモータで構成されている。また、モータ部Aのインナー側の開口部には、モータ部Aの内部への塵埃の混入等を防止するためのエンドキャップ6が装着されている。
ロータ4は、内周にスプライン(またはセレーション)が形成された中空状の円筒部4aと、この円筒部4aから径方向外方に延びるフランジ部4bとを有し、アンギュラ玉軸受からなる複列の転がり軸受7、7によってケーシング2に対して回転自在に支承されている。また、ケーシング2とロータ4との間には、減速部Bに封入された潤滑油のモータ部Aへの浸入を防止するためのオイルシール8が装着されている。
なお、ここでは、モータ部Aにアキシアルギャップモータを採用したものを例示したが、これに限らず、任意の構成のモータが適用可能であり、例えば、図示はしないが、ケーシングの内周に固定されるステータと、このステータの内径側にラジアルギャップを介して対向す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良い。
モータ側回転部材5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に亙って配設され、減速部B内に偏心部5a、5bが一体に形成されている。このモータ側回転部材5は、インナー側の端部がロータ4の円筒部4aにスプライン嵌合されると共に、減速部Bの両側で一対のアンギュラ玉軸受からなる転がり軸受9、10によって、ケーシング2および車輪側回転部材11に対して回転自在に支承されている。さらに、2つの偏心部5a、5bは、偏心運動による遠心力を互いに相殺するように180°位相を変えて形成されている。
減速部Bは、偏心部5a、5bに回転自在に保持される公転部材となる曲線板12a、12bと、ケーシング2上の固定位置に保持され、曲線板12a、12bの外周部に係合する外周係合部材となる複数の外ピン13、13と、曲線板12a、12bの自転運動を車輪側回転部材11に伝達する運動変換機構14と、モータ側回転部材5に装着された2つのカウンタウェイト15、15とを備えている。これらのカウンタウェイト15、15は円板状に形成され、曲線板12a、12bの回転によって生じる不釣合い慣性偶力を相殺するために、各偏心部5a、5bに隣接する位置に偏心部5a、5bと180°位相を変えて配置されている。
車輪側回転部材11は、インナー側の端部に径方向外方に延びるフランジ部16と、このフランジ部16から小径段部11aを介して中空状の軸部17が一体に突設されている。フランジ部16には、車輪側回転部材11の回転軸心を中心とする円周上の等間隔に複数の内ピン18、18が固着されている。
次に、図2を用いて運動変換機構14を説明する。曲線板12a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、複数の貫通孔19、19と軸受孔20が形成されている。貫通孔19は、曲線板12aの自転軸心を中心とする円周上に等間隔に複数個形成され、後述する内ピン18が嵌挿される。また、軸受孔20は、曲線板12aの中心に形成され、偏心部5aに嵌合されている。そして、曲線板12aは深溝玉軸受からなる転がり軸受21によって偏心部5aに対して回転自在に支承されている。
外ピン13は、モータ側回転部材5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いる。これらの外ピン13は曲線板12a、12bの公転軌道と一致しているため、曲線板12a、12bが公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン13とが係合して、曲線板12a、12bに自転運動を生じさせる。また、曲線板12a、12bとの摩擦抵抗を低減するために、曲線板12a、12bの外周面に転接する位置に針状ころ軸受13aが装着されている(図3参照)。
ここで、図4に示すように、2枚の曲線板12a、12b間の中心点をGとすると、この中心点Gのインナー側について、中心点Gと曲線板12aの中心との距離をL1、曲線板12aの質量をm1、曲線板12aの重心の回転軸心からの偏心量をε1とし、中心点Gとカウンタウェイト15との距離をL2、カウンタウェイト15の質量をm2、カウンタウェイト15の重心の回転軸心からの偏心量をε2とすると、L1×m1×ε1=L2×m2×ε2を満足する関係となっている。また、中心点Gのアウター側の曲線板12bとカウンタウェイト15との間にも同様の関係が成立する。
運動変換機構14は、図2および図3に示すように、車輪側回転部材11に保持された複数の内ピン18、18と曲線板12a、12bに設けられた貫通孔19とを備えている。内ピン18は、貫通孔19との摩擦抵抗を低減するために、貫通孔19の内周面に転接する位置に針状ころ軸受18aが装着されている。一方、貫通孔19は、複数の内ピン18それぞれに対応する位置に形成され、貫通孔19の内径寸法は、針状ころ軸受18aを含む内ピン18の外径寸法より所定量大径に設定されている。
次に、図1を用いて本発明に係るインホイールモータ駆動装置1の作動原理について説明する。
モータ部Aは、ステータ3のコイル3a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、フランジ部4bに永久磁石(または磁性体)4cが固定されたロータ4が回転する。この時、コイル3aに高周波数の電圧を印加するほどロータ4は高速回転する。これにより、ロータ4に接続されたモータ側回転部材5が回転し、曲線板12a、12bがモータ側回転部材5の回転軸心を中心として公転運動する。この時、外ピン13が、曲線板12a、12bの曲線形状の波形と係合して、曲線板12a、12bをモータ側回転部材5の回転とは逆方向に自転運動させる。
貫通孔19に挿通された内ピン18は、曲線板12a、12bの自転運動に伴って貫通孔19の内周面に転接し、曲線板12a、12bの公転運動が内ピン18には伝わらずに曲線板12a、12bの自転運動のみが車輪側回転部材11を介してハブ輪25に伝達される。このように、モータ側回転部材5の回転が減速部Bによって減速されて車輪側回転部材11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、車輪に必要なトルクを伝達することが可能となる。
なお、減速部Bの減速比は、外ピン13の本数をZa、曲線板12a、12bの波形の数をZbとすると、(Za−Zb)/Zbで算出される。例えば、Za=12、Zb=11では、減速比は1/11となり、多段構成とすることなくコンパクトな構成であっても極めて大きな減速比を得ることができる。
車輪用軸受装置Cは、図5に拡大して示すように、外方部材22と、この外方部材22に複列の転動体(ボール)23、23を介して内挿された内方部材24とを備えている。外方部材22は、外周にケーシング2に取り付けられるための取付フランジ32aを一体に有し、内周に複列の外側転走面32a、33aのうち一方(アウター側)の外側転走面32aが形成された第1の外方部材32と、この第1の外方部材32のインナー側の端部内周に圧入固定され、内周に他方(インナー側)の外側転走面33aが形成された第2の外方部材33とからなる。第1の外方部材32はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中高炭素鋼からなり、少なくとも外側転走面32aが高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理が施されている。
内方部材24は、ハブ輪25と、このハブ輪25に内嵌され、小径段部11aに別体の内輪34が圧入固定された車輪側回転部材11とからなる。ハブ輪25は、アウター側の端部に車輪(図示せず)を取り付けるための車輪取付フランジ26を一体に有し、外周に複列の外側転走面32a、33aの一方(アウター側)に対向する内側転走面25aと、この内側転走面25aから軸方向に延びる円筒状の小径段部25bが形成されている。また、内輪34は、外周に前記複列の外側転走面32a、33aの他方(インナー側)に対向する内側転走面34aが形成されている。なお、車輪取付フランジ26の円周等配には車輪を固定するためのハブボルト26aが植設されている。
ハブ輪25はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中高炭素鋼からなり、内側転走面25aをはじめ、後述するアウター側のシール30のシールランド部となる車輪取付フランジ26の基部26bから小径段部25bに亙って高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理が施されている。なお、転動体23はSUJ2等の高炭素クロム軸受鋼からなる。
ここで、ハブ輪25の内周には高周波焼入れによって硬化された凹凸部27が形成されている。この凹凸部27はアヤメローレット状に形成され、旋削等により独立して形成された複数の環状溝と、ブローチ加工等により形成された複数の軸方向溝とを略直交させて構成した交叉溝、あるいは、互いに傾斜した螺旋溝で構成した交叉溝からなる。また、凹凸部27の凸部は良好な食い込み性を確保するために、その先端部が三角形状等の尖塔形状に形成されている。
車輪側回転部材11の軸部17には、ハブ輪25の小径段部25bに所定のシメシロを介して円筒嵌合するインロウ部17aと、このインロウ部17aの端部に嵌合部17bがそれぞれ形成されている。車輪側回転部材11はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中高炭素鋼からなり、フランジ部16の外周からインロウ部17aに亙って高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理が施されている。なお、嵌合部17bは鍛造後の表面硬さのままとされている。
外方部材22と内方部材24のそれぞれの転走面32a、25aと33a、34a間には複列の転動体23、23が収容され、保持器28、28によりこれら複列の転動体23、23が転動自在にそれぞれ保持されている。そして、車輪用軸受装置Cの潤滑は減速部Bと共通化されている。すなわち、軸受部は潤滑油によって潤滑されているため、外方部材22と内方部材24との間に形成される環状空間のアウター側の開口部を密封するシール30はガータスプリング30aを有するオイルシールで構成されている。
ハブ輪25と車輪側回転部材11との一体化は、ハブ輪25に車輪側回転部材11の軸部17が所定のシメシロで圧入され、小径段部25bの端面に内輪34の正面側端面が衝合された状態で、嵌合部17bの内径にマンドレル等の拡径治具をアウター側に押し込んで嵌合部17bが拡径することにより行われる。すなわち、嵌合部17bを塑性変形させてハブ輪25の凹凸部27に食い込ませて加締めることにより、ハブ輪25と車輪側回転部材11が塑性結合されて一体化される。これにより、軽量・コンパクト化が図れると共に、結合部の緩みを防止して長期間に亙って初期に設定された予圧を維持することができ、耐久性を向上させることができる。符号29は、ハブ輪25の開口部に装着されたエンドキャップで、外部から内方部材24の内部に雨水やダスト等の異物が侵入するのを防止している。
ここで、本実施形態では、第2の外方部材33および内輪34は、炭素0.40〜0.80wt%、ケイ素0.15〜1.1wt%、マンガン0.3〜1.5wt%を含む鋼からなり、浸炭窒化によって表面が硬化処理されている。そして、浸炭窒化された表層は、0.6〜1.3wt%の炭素および0.25〜0.5wt%の窒素を含み、かつその圧縮残留応力が150MPa以上、残留オーステナイト量が20〜35体積%、炭窒化物の最大粒径が8μm以下および表面硬さが700Hv以上になるように設定されている。
ここで、炭素の含有率を0.8wt%以下としたのは、0.8wt%を超えると浸炭窒化しても表層と内部の硬度差が生じ難くなり、表層に圧縮残留応力が付与され難くなるためである。また、炭窒化物の最大粒径が8μmを超える可能性が出てくるためである。一方、炭素の含有率を0.4wt%以上としたのは、0.4wt%未満では内部硬さが低下し過ぎるためである。
また、鋼にケイ素およびマンガンを添加するのは焼入れ性を向上させるためで、ケイ素およびマンガンの含有率を1.1wt%以下および1.5wt%以下としたのは、この範囲を超えると、冷間加工性が大きく低下するためである。また、ケイ素およびマンガンの含有率を0.15wt%および0.3wt%以上としたのは、この範囲未満であれば、焼入れ性が低下し、内部まで充分に焼きが入らないためである。
浸炭窒化された表層部分の炭素の含有率を0.6〜1.3wt%としたのは、炭素の含有率が1.3wt%を超えると炭化物が多く生成するため割れ疲労強度が低下する可能性があるからである。また、0.6wt%以上としたのは、0.6wt%未満では充分な硬さと残留オーステナイト量が確保できないためである。
窒素の含有率を0.25〜0.5wt%としたのは、0.5wt%を超えると焼入れ性が悪くなって転がり疲労寿命が短くなり、また、窒素が0.25wt%未満では充分な耐熱性を得ることができないためである。
残留オーステナイト量を20〜35体積%としたのは、20体積%未満では残留オーステナイトによる寿命向上の効果が充分に得られなく、また、35体積%を超えると、表層の硬さが低下することにより、反って寿命が短くなるためである。
炭窒化物の最大粒径を8μm以下としたのは、8μmを超えると炭窒化物が割れの起点となり易いからである。そして、表面硬さを700Hv以上に設定したのは、700Hv未満であれば、表面が摩耗し易くなり、充分な転がり疲労寿命が得られないからである。
さらに、前述した鋼をA変態点を超える浸炭窒化処理温度で浸炭窒化処理した後、A変態点未満の温度に冷却し、その焼入れ温度790〜830℃の範囲に再加熱し、焼入れを行うようにしても良い。これにより、オーステナイト結晶粒径が微細化され、一層転がり疲労寿命や割れ疲労強度を高めることができる。
本実施形態では、第2の外方部材33および内輪34、すなわち、アウター側に比べ荷重負荷的に厳しいインナー側の軸受部が前述した添加元素の量、残留圧縮応力、残留オーステナイト、炭窒化物の最大粒径および表面硬さが最適化されているため、冷間加工性に優れ、高い転がり疲労寿命および割れ疲労強度を備えているので、車輪用軸受装置Cの耐久性が向上する。
なお、ここでは、車輪用軸受装置Cとして、外周にアウター側の内側転走面25aが形成されたハブ輪25と、外周にインナー側の内側転走面34aが形成された内輪34が固定された車輪側回転部材11とを備え、これらハブ輪25と輪側回転部材11が一体に塑性結合された、所謂第4世代構造の車輪用軸受装置Cを例示したが、これに限らず、図示はしないが、ハブ輪の小径段部に別体の内輪を圧入固定した、所謂第2世代あるいは第3世代構造であっても良い。
図6は、本発明に係るインホイールモータ駆動装置の第2の実施形態を示す縦断面図、図7(a)は、図6の車輪用軸受装置を示す拡大図、(b)は、(a)の要部拡大図である。なお、この第2の実施形態は、前述した第1の実施形態と基本的にモータ部と車輪用軸受装置の構成が異なり、その他第1の実施形態と同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部品部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
このインホイールモータ駆動装置35は、駆動力を発生させるモータ部Dと、モータ部Dの回転を減速して出力する減速部Bと、減速部Bからの出力を車輪(図示せず)に伝達する車輪用軸受装置Eとを備えている。
モータ部Dは、ケーシング2に固定されるステータ36と、このステータ36の内側にラジアルギャップ(径方向すきま)を介して対向配置されるロータ37と、ロータ37の内側に嵌合されてロータ37と一体に回転するモータ側回転部材5とを備えたラジアルギャップモータで構成されている。また、モータ部Dのインナー側の開口部には、モータ部Dの内部への塵埃の混入等を防止するためのエンドキャップ38が装着されている。
ロータ37は、内周にスプライン(またはセレーション)が形成された中空状の円筒部4aと、この円筒部4aから径方向外方にフランジ状に延び、永久磁石37bが固定されたロータ部37aとを有し、アンギュラ玉軸受からなる複列の転がり軸受7、7によってケーシング2に対して回転自在に支承されている。
車輪用軸受装置Eは、図7に拡大して示すように、外方部材22と、この外方部材22に複列の転動体23、23を介して内挿された内方部材39とを備えている。外方部材22は、外周に取付フランジ32bを一体に有し、内周に複列の外側転走面32a、33aのうち一方(アウター側)の外側転走面32aが形成された第1の外方部材32と、この第1の外方部材32のインナー側の端部内周に圧入固定され、内周に他方(インナー側)の外側転走面33aが形成された第2の外方部材33とからなる。
内方部材39は、ハブ輪40と、このハブ輪40に内嵌され、小径段部11aに別体の内輪34が圧入固定された車輪側回転部材11とからなる。ハブ輪40は、アウター側の端部に車輪取付フランジ26を一体に有し、外周に複列の外側転走面32a、33aの一方(アウター側)に対向する内側転走面25aと、この内側転走面25aから軸方向に延びる円筒状の小径段部25bが形成されている。
ハブ輪40はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中高炭素鋼からなり、内側転走面25aをはじめ、後述するアウター側のシール41のシールランド部となる車輪取付フランジ26の基部26cから小径段部25bに亙って高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理が施されている。
外方部材22と内方部材39のそれぞれの転走面32a、25aと33a、34a間には複列の転動体23、23が収容され、保持器28、28によりこれら複列の転動体23、23が転動自在にそれぞれ保持されている。本実施形態では、前述した第1の実施形態と同様、第2の外方部材33および内輪34が、添加元素の量等、最適化された鋼で構成されているので、中高炭素鋼と比較して剥離寿命面で有利となり、車輪用軸受装置Eの耐久性が向上する。また、ハブ輪40と車輪側回転部材11が塑性結合されて一体化されているので、軽量・コンパクト化が図れると共に、結合部の緩みを防止して長期間に亙って初期に設定された予圧を維持することができ、耐久性を向上させることができる。
ここで、外方部材22と内方部材39との間に形成される環状空間の開口部を密封するシール41、42が装着されている。これらのシール41、42によって軸受部は減速部Bと遮断され、内部に封入されたグリースによって潤滑されている。環状空間と減速部Bとの間に位置するシール42は、ガータスプリング42aを有するオイルシールで構成され、減速部Bを潤滑する潤滑油が軸受内部に浸入するのを防止している。これにより、潤滑油内に混入した金属摩耗粉等の異物が軸受内部に侵入して剥離寿命が低下するのを防止でき、潤滑油の清浄度の影響を受けずに所望の剥離寿命を確保することができる。
アウター側のシール41は、(b)に拡大して示すように、第1の外方部材32の端部内周に嵌合された断面が略L字状の芯金43と、この芯金43に加硫接着等で一体に接合されたシール部材44とからなる。芯金43は、耐食性を有する鋼板、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼鈑(JIS規格のSUS304系等)、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼鈑(JIS規格のSPCC系等)からプレス加工にて形成されている。
一方、シール部材44は、ニトリルゴム等の弾性部材からなり、円弧状に形成された車輪取付フランジ26の基部26cに摺接する一対のサイドリップ44a、44bと、内径部に軸受内方側に傾斜して延びるグリースリップ44cとを有している。なお、このグリースリップ44cは基部26cとの間に僅かな径方向すきまが形成され、ラビリンスシールが構成されているので、軸受の低トルク化を達成することができる。
このように、本実施形態では、車輪用軸受装置Eにおける軸受部が減速部Bとインナー側のシール42で遮断され、軸受部がグリース潤滑されているので、アウター側のシール41を従来のオイルシールから密封性の高い3リップからなるコンパクトなシールに変更することができる。したがって、軸受スパンを最大限に大きくすることができ、車輪用軸受装置Eの耐久性を一層向上させることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、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、特許請求の範囲の記載によって示され、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。
本発明に係るインホイールモータ駆動装置は、モータ部と、車輪が取り付けられた車輪用軸受装置と、モータ部の回転を減速して車輪用軸受装置に伝達する減速部とを備えたインホイールモータ駆動装置に適用できる。
本発明に係るインホイールモータ駆動装置の第1の実施形態を示す縦断面図である。 図1のII−II線に沿った横断面図である。 図2の要部拡大図である。 図1の偏心部を示す要部拡大図である。 図1の車輪用軸受装置を示す拡大図である。 本発明に係るインホイールモータ駆動装置の第2の実施形態を示す縦断面図である。 (a)は、図6の車輪用軸受装置を示す拡大図である。 (b)は、(a)の要部拡大図である。 従来のインホイールモータ駆動装置を示す縦断面図である。
符号の説明
1、35・・・・・・・・インホイールモータ駆動装置
2・・・・・・・・・・・ケーシング
3、36・・・・・・・・ステータ
3a、36a・・・・・・コイル
4、37・・・・・・・・ロータ
4a・・・・・・・・・・円筒部
4b・・・・・・・・・・フランジ部
4c、37b・・・・・・永久磁石
5・・・・・・・・・・・モータ側回転部材
5a、5b・・・・・・・偏心部
6、29、38・・・・・エンドキャップ
7、9、10、21・・・転がり軸受
8・・・・・・・・・・・オイルシール
11・・・・・・・・・・車輪側回転部材
11a、25b・・・・・小径段部
12a、12b・・・・・曲線板
13・・・・・・・・・・外ピン
13a、18a・・・・・針状ころ軸受
14・・・・・・・・・・運動変換機構
15・・・・・・・・・・カウンタウェイト
16・・・・・・・・・・フランジ部
17・・・・・・・・・・軸部
17a・・・・・・・・・インロウ部
17b・・・・・・・・・嵌合部
18・・・・・・・・・・内ピン
19・・・・・・・・・・貫通孔
20・・・・・・・・・・軸受孔
22・・・・・・・・・・外方部材
23・・・・・・・・・・転動体
24、39・・・・・・・内方部材
25、40・・・・・・・ハブ輪
25a、34a・・・・・内側転走面
26・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
26a・・・・・・・・・ハブボルト
26b、26c・・・・・基部
27・・・・・・・・・・凹凸部
28・・・・・・・・・・保持器
30、41・・・・・・・アウター側のシール
30a、42a・・・・・ガータスプリング
32・・・・・・・・・・第1の外方部材
32a、33a・・・・・外側転走面
32b・・・・・・・・・取付フランジ
33・・・・・・・・・・第2の外方部材
34・・・・・・・・・・内輪
37a・・・・・・・・・ロータ部
42・・・・・・・・・・インナー側のシール
43・・・・・・・・・・芯金
44・・・・・・・・・・シール部材
44a、44b・・・・・サイドリップ
44c・・・・・・・・・グリースリップ
50・・・・・・・・・・インホイールモータ駆動装置
51・・・・・・・・・・車体
52・・・・・・・・・・ケーシング
53・・・・・・・・・・モータ部
54・・・・・・・・・・車輪
55・・・・・・・・・・車輪用軸受装置
56・・・・・・・・・・ハブ輪
56a、65a・・・・・内側転走面
56b・・・・・・・・・小径段部
57・・・・・・・・・・減速部
58・・・・・・・・・・モータ側回転部材
58a、58b・・・・・偏心部
59a、59b・・・・・曲線板
60a、60b・・・・・転がり軸受
61・・・・・・・・・・外ピン
62・・・・・・・・・・内方部材
63・・・・・・・・・・内ピン
64・・・・・・・・・・外方部材
64a・・・・・・・・・外側転走面
64b・・・・・・・・・取付フランジ
65・・・・・・・・・・内輪
66・・・・・・・・・・ボール
67・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
A、D・・・・・・・・・モータ部
B・・・・・・・・・・・減速部
C、E・・・・・・・・・車輪用軸受装置
G・・・・・・・・・・・曲線板間の中心点
L1・・・・・・・・・・中心点と曲線板の中心との距離
L2・・・・・・・・・・中心点とカウンタウェイトの中心との距離
m1・・・・・・・・・・曲線板の質量
m2・・・・・・・・・・カウンタウェイトの質量
Za・・・・・・・・・・外ピンの本数
Zb・・・・・・・・・・曲線板の波形の数
ε1・・・・・・・・・・曲線板の重心の回転軸心からの偏心量
ε2・・・・・・・・・・カウンタウェイトの重心の回転軸心からの偏心量

Claims (5)

  1. ケーシングと、
    このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成された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連結された車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、
    前記車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、
    一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部または前記車輪側回転部材に嵌合され、外周に複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、
    この内方部材と外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備えると共に、
    前記外方部材が、内周にアウター側の外側転走面が形成された第1の外方部材と、この第1の外方部材のインナー側に圧入固定され、内周にインナー側の外側転走面が形成された第2の外方部材とからなることを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
  2. 前記内輪および第2の外方部材のうちいずれか一方あるいは両者が、炭素0.40〜0.80wt%、ケイ素0.15〜1.1wt%、マンガン0.3〜1.5wt%を含む鋼からなり、浸炭窒化によって表面が硬化処理され、浸炭窒化された表層が、0.6〜1.3wt%の炭素および0.25〜0.5wt%の窒素を含み、かつその圧縮残留応力が150MPa以上、残留オーステナイト量が20〜35体積%、炭窒化物の最大粒径が8μm以下および表面硬さが700Hv以上になるように設定されている請求項1に記載のインホイールモータ駆動装置。
  3. 前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部を密封するシールを備え、これらシールのうち前記環状空間と減速部との間に位置するシールがオイルシールで構成され、このシールによって前記減速部の潤滑油が遮断されて軸受部がグリース潤滑されている請求項1または2に記載のインホイールモータ駆動装置。
  4. 前記ハブ輪に前記車輪側回転部材が内嵌され、この車輪側回転部材と前記ハブ輪とが一体に塑性結合されている請求項1乃至3いずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
  5. 前記減速部が、外周にトロコイド系曲線で構成される複数の波形を有し、前記偏心部を挿通する複数の貫通孔が形成され、前記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曲線板と、この曲線板の外周部に針状ころ軸受を介して転接されて自転運動を生じさせる複数の外ピンと、前記貫通孔の内周に針状ころ軸受を介して転接される内ピンとを備え、前記曲線板の自転運動を、前記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前記車輪側回転部材に伝達するサイクロイド減速機構で構成されている請求項1乃至4いずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
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