JP2011111098A - 車輪駆動装置用電食防止ユニットおよびインナーロータ型車輪駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インナーロータ型車両駆動装置の回転子を支持する軸受の電食問題を解決し、かつ電食対策として用いる部材の生産コストを低減することである。
【解決手段】本発明の第一の発明としては、車輪駆動装置用電食防止ユニットを提供する。本発明の電食防止ユニットは、モータ回転子と電気的導通する接触体と、接触体をモータ回転子側へ押さえ付けるための弾性体と、接触体と弾性体とを収容する収納部を有し、モータ筐体と電気的導通する収納体と、を備え、上述３ついずれの部品が導電性材料で作られていることを特徴とするものである。本発明の第二の発明としては、車輪駆動装置を提供する。本発明の車輪駆動装置は上述の電食防止ユニットを備え、電食防止ユニットの一方が接触体によりモータ回転子と電気的導通し、他方が収納体によりモータ固定子と電気的導通するものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、車輪を駆動する装置における転がり軸受部の電食を防止するためのユニットであって、特に、インナーロータ型のモータを駆動源とする車輪駆動装置における転がり軸受部の電食を防止するためのユニット及びそれを用いたインナーロータ型のモータを備える車輪駆動装置に関するものである。

近年、車輪の内側若しくは近傍に駆動源としての電動モータを配置して車輪を駆動するタイプの車両の実用化が進みつつある。このような駆動用モータは一般にインホイールモータと呼ばれている。一般的なインホイールモータの構造の一例が特許文献１に開示されている。その構造は、モータ筐体にステータ（固定子）が固定され、ステータの内径側に半径方向に隙間をあけてロータ（回転子）が配置されており、いわゆるインナーロータ型モータとなっている。また、インホイールモータの駆動方式としては、モータの性能や制御性能を考慮し、インバータによって駆動するブラシレスＤＣモータが多く利用されている。

インバータによって駆動する方式では、ステータとロータの間の寄生容量等によってステータとロータ間に電位差が生じる。この電位差により、いわゆる軸電圧・軸電流が発生し、この軸電流がロータを支持している転がり軸受を通過すると、転がり軸受に損傷を与える場合がある。すなわち、一般的に「電食」と呼ばれる現象が生じる。具体的には、転がり軸受の外輪・内輪の転走面と転動体の接触部に局部的に電流が流れ、軌道面もしくは転動面が融解等して凹凸を生じ、これにより軸受の転走面や転動体表面が荒れてしまうので、騒音や振動の原因となるばかりでなく、過度の電食が発生すると軸受の寿命にも影響がある。

転がり軸受部の電食を防止する目的の先行技術としては、特許文献２等に開示されている技術がある。これらは、軸受の外輪、内輪、転動体のいずれかを絶縁体で形成して軸受を絶縁する方法を開示している。

特開２００５−８１８７１号公報 特開２００７−１６８４６号公報

しかし、転がり軸受の構成要素である外輪、内輪、転動体に適用できる絶縁体、絶縁材料として、現実的に使用できる材料は樹脂もしくはセラミックに限定されてしまう。樹脂では転がり軸受に基本的に求められる強度が、金属材料によるものに比べて劣ってしまう。またセラミックは高価であるという問題がある。

そこで、本発明は、転がり軸受には特段の変更が必要なく通常のものが使用される態様においても、軸電圧・軸電流による転がり軸受の電食の発生を簡便な手段で効果的に防止できる車輪駆動装置の電食防止ユニットを提供することを課題とする。併せて、当該電食防止ユニットを備え転がり軸受の電食の発生が防止されたインナーロータ型車輪駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の発明は、車輪駆動装置用電食防止ユニットであり、電導体で構成されモータのロータと接触する接触体と、接触体をロータ側へ押圧するための弾性体と、接触体と弾性体とを収容する収納部であって前記収納部はモータ筐体に設けられ、モータ筐体を介してステータと電気的に導通しているものとを備え、少なくとも、前記接触体、前記弾性体、前記収納部が導電性の材料で作られていることを特徴とするものである。

接触体と収納部との形状について、接触体は、断面多角形の柱状体であり、収納体は、接触体の柱状面に対応する柱状内径面を有することが好ましい。このようにすると、接触体は収納体の内部での相対運動ができず、接触相手部材と一緒に回転しまうことを防止できるとともに、接触体と収納体の接触を維持することができる。

本発明の第二の発明は、前記第一の発明の電食防止ユニットを備える車輪駆動装置である。すなわち、第二の発明に係る車輪駆動装置は第一の発明の電食防止ユニットを備え、電食防止ユニットの一方が接触体によりモータのロータと電気的に導通し、他方が収納体によりモータのステータと電気的に導通することを特徴とするインナーロータ型車輪駆動装置である。

さらに、本発明の車輪駆動装置の構造の好ましい一例として、モータ筐体と、モータ筐体内部に固定されるステータと、ステータの内周面に設けられるロータと、軸受で回転自在に支持され、減速装置を内径側に配置される中空シャフトと、中空シャフトと前記減速装置のサンギアとを連結し、車輪取り付け側の反対側へ延伸している軸を有する連結部材と、連結部材端部に配置された導電部材とを備え、電食防止ユニットの接触体が導電部材と接触することでモータのロータと電気的に導通し、電食防止ユニットの収納体がモータ筐体を介してモータのステータと電気的に導通する形態が挙げられる。ここで、連結部材の軸端部は曲面部分を有することが好ましい。このようにすると、電食防止ユニットの接触体と被接触体である導電部材の曲面部分がほぼ点接触の状態になり、安定した接触を維持することができる。

また、中空シャフトと、連結部材と、導電部材とは、そのいずれか同士、若しくはすべてを一体化する構造にしてもよい。なお、電食防止ユニットの接触体と回転軸である中空シャフトの軸端部の導電部材が接触する部分を囲む空間と、ロータおよびステータが配置される部分を囲む空間との間が密封手段で隔離されている構造にしてもよい。

本発明の第一の発明に係る電食防止ユニットによれば、ロータとステータを電食防止ユニットを介して電気的に導通することにより、車両駆動装置の回転軸を支持するころがり軸受に軸電流が流れることが抑制されるため、転がり軸受に発生する電食を防止することができる。本発明の第二の発明に係る車輪駆動装置によれば、電食による軸受の損傷が抑制された車輪駆動装置を得ることができる。

第１の発明に係る電食防止ユニットの断面構造を示す図面である。 図１の電食防止ユニットの分解構造を示す斜視図である。 第２の発明に係る車輪駆動装置の一例を示す断面図である。 第２の発明に係る車輪駆動装置が備える中空シャフトと連結部材を示す斜視図である。

先ず、本発明の第一の発明に係る電食防止ユニット１００の構造について、図１、２を参照して説明する。

電食防止ユニット１００は、プラグ状の収納体１１０と、弾性体１２０と、接触体１３０により構成されている。収納体１１０の外径部に、モータへ取り付けるための図示しないおねじが形成されており、その内径部の一端から止まり穴１１１（収納部）が形成されている。また、弾性体１２０が止まり穴１１１に収容され、接触体１３０が弾性体１２０と接触しながら、止まり穴１１１に一部露出するよう収まれている。

電食防止ユニット１００の材質について、収納体１１０と弾性体１２０と接触体１３０はいずれも導電材料で作られている。特に、接触体１３０は、接触する相手の接触部を傷つけないように、摺動性に優れある程度の柔軟性を有するカーボンのような導電性材料で作られることが好ましい。また、弾性体１２０は、金属製のコイルばねや板ばねのようなばね、又は導電性ゴム等の弾性部材を用いることができる。

各部品の形状について、接触体１３０は断面多角形の柱状体であり、収納体１１０の内径面は接触体１３０の多角柱状面に対応する形状であることが好ましい。これにより、モータ回転の際、接触体１３０はモータのロータと共に回転する相手材と接触しているが、それにつられて収納体１１０の内部で回転することを防げる。たとえば、図２に示すよう、長方体形状の接触体１３０と、円柱体形状の弾性体１２０にしてもよい。これに対応して、収納体１１０の止まり穴１１１は、弾性体１２０を収容するための略円形の穴と、その軸に左右対称に接触体１３０を収容する角形の溝とを組み合わせた形状とすることができる。

さらに、図１に示すように、長方形の溝の深さは、略円形の穴の深さよりも浅く、また、止まり穴１１１の角形の溝と接触体１３０との間に、接触体１３０が円滑に押圧方向に摺動可能な程度のわずかな隙間を設定されている。このようにすると、弾性体１２０と接触体１３０は収納体１１０の中で安定して摺動することができ、接触体１３０と被接触体との接触状態を安定したものとすることができる。

なお、本実施形態のように、接触体１３０と弾性体１２０を別体にするほか、接触体１３０が弾性体１２０の押圧方向の一端と一体に接続されているものとしてもよい。

本実施形態によれば、電食防止ユニットは、一方が接触体によりモータ回転軸と接触し、他方が収容体によりモータ筐体に取付けられることで、モータのロータとモータ筐体を電気的に導通させ、回転軸を支持する軸受の電食を防止できる。また、接触体と弾性体とは、収納体に収容されるユニットした構造となっているので、ユニット全体としての取り付け・交換を容易に行うことができる。

次に、本発明の第二の発明に係る電食防止ユニット１００を備えるインホイールモータ１０００を有する車輪駆動装置について、図３、４を参照して説明する。
図３に示すように、本実施形態のインホイールモータ１０００は、インナーロータ型ラジアルギャップ式のものである。インホイールモータ１０００は、モータ筐体部分に該当するモータケース１０と、モータケース１０内部に固定されるステータ２０（固定子）と、ステータ２０の内周面側に設けられるロータ３０（回転子）と、ロータ３０と同心に連結されており軸受で回転自在に支持されている中空シャフト４０と、中空シャフト４０の内径側に配置される減速装置５０と、中空シャフト４０と遊星減速機５０を内径側に配置される中空シャフト４０と、中空シャフト４０と遊星減速機５０のサンギア５１軸とを連結する連結部材４１と、を備える。曲面部分を有する導電部材であるキャップ４２が、連結部材４１のモータ軸端側（車輪取り付け側と反対側）に固定されている。キャップ４２は、曲面部分において電食防止ユニット１００の接触体と接触している。

まず、本実施形態における車輪駆動装置の各部品の取り付け位置、およびそれらの役割について、説明する。
モータケース１０ａ,１０ｂ,１０ｃ３つの部分からに構成されているモータケース１０は、図示しないボルトによって締結されおり、Ｏリングにより外界からモータ内部を密封している。

ロータ３０は、冷しばめや焼きばめのような収縮締結方法で、中空シャフト４０に取り付けられている。

遊星減速機５０は、中空シャフト４０の内径部分に配置され、ロータの回転を減速して駆動軸７０を回転させる。遊星減速機５０のリングギヤ５２は減速機ケース１５に取り付けられる。

ホイール側フランジ３１０と、モータ側フランジ３２０を備えるハブ軸受３００は、減速機ケース１５の内径部に、複数のハブボルト５００により締結されている。ホイール側フランジ３１０は、ハブボルト３４０と、図示しないホイールナットにて、図示しないブレーキディスクと、図示しないホイールと締結される。また、ホイール側フランジ３１０と、図示しないブレーキディスクと、図示しないホイールは、複列の鋼球（転動体）を介して、インホイールモータ１０００に対して回転自在に支持される。

中空シャフト４０の回転角と回転角速度とは、レゾルバ６０によって検出される。検出された中空シャフト４０の回転角と回転角速度は、モータドライバで利用される。

レゾルバ６０は、レゾルバケース６５によって、外界とモータ内部との両側から密封されている。また、レゾルバケース６５ｂには、電食防止ユニット１００を取り付けるためのねじ穴が形成されており、電食防止ユニット１００をモータ回転軸の軸中心に取り付ける為に、該ねじ穴の中心軸の位置は、ロータ３０の回転軸と一致している。

オイルパン９０は、インホイールモータ１０００の冷却油兼潤滑油を一定量保持し、図示しないオイルの戻り流路に空気が入らないようになっている。オイルパン９０には、内部の潤滑油兼冷却油を抜き取るためのドレンプラグ９５が取付けられており、メインテナンスする際に、簡単にインホイールモータ１０００内部の油を抜き取ることが出来る。

次に、電食防止ユニット１００の取り付け、およびインホイールモータ１０００の内部における電食防止ユニット１００による電食防止構造について、説明する。

電食防止ユニット１００は、前述した収納体１１０の外径のおねじにて、レゾルバケース６５ｂの前述のねじ穴に取り付けられている。これにより、収納体１１０とレゾルバケース６５ｂは電気的導通状態となる。

電導部材であるキャップ４２は、中空シャフト４０と遊星減速機５０のサンギア５１と連結している連結部材４１の軸端に、ねじにて固定されている。連結部材４１は、図４に示すようにフランジ部４１１と中空軸部４１２から構成されており、中空軸４１２の延伸方向は、駆動軸７０の延伸方向とは逆方向である。本実施形態では、中空シャフト４０と連結部材４１とキャップ４２とは、別体となっているが、上述３つの部品のいずれか二つ若しくはすべてが一体の部品となってもよい。

キャップ４２の端面形状は、図３に示すような凸形の曲面形状とし、かつその回転中心の位置をもっとも高くすることが好ましい。このようにすることで、回転軸の周速度が最も低い部分においてほぼ点接触する状態になるので、キャップ４２と接触体１３０が安定して接触することができる。

キャップ４２と接触体１３０との接触により、ステータ２０とロータ３０が導電して等電位になるので、ロータ３０を支持するアンギュラ玉軸受６１に電流が流れず、アンギュラ玉軸受６１の電食発生を防止することができる。

また、電食防止ユニット１００は導電機能を働く為、インホイールモータ１０００が回転中、接触体１３０がキャップ４２と接触する状態を維持する必要がある。しかし、接触体１３０は、前述のように消耗部品なので、キャップ４２と接触体１３０が接触の状態でモータ回転し続けると、接触体１３０が磨耗され、キャップ４２と接触できない状態となる。そこで、本発明は、弾性体１２０を用いて、接触体１３０をキャップ４２に押し付け、接触状態を維持する。

なお、接触体１３０の摩耗が進行した時は、電食防止ユニット１００全体もしくは接触体１３０を交換することになる。電食防止ユニット１００はモータ筐体部分に該当するレゾルバケース６５にねじで連結されているので、容易に取り外し、交換が可能である。

さらに、連結部材４１の軸がレゾルバケース６５ａを貫通する部分には、密封部材であるシールを設けている。これにより、接触体１３０の摩耗粉がモータや減速機の配置されている空間に侵入するのを防ぐことができる。

本実施形態によれば、電食防止ユニット１００は、一方、接触体１３０が導電部材４２と接触することで、ロータ３０と電気的に導通し、他方、収納体１１０がレゾルバケース６５を介してステータ２０と電気的導通する。これにより、ステータ２０とロータ３０が導電して等電位となり、アンギュラ玉軸受６１の電食発生を防止する。また、電食防止ユニット１００はレゾルバケース６５に固定されるので、接触体を交換する際に、インホイールモータ１０００から電食防止ユニットの取り外しが容易となり、接触体の交換作業が容易となる。

なお、本発明の電食防止ユニットは、本実施形態の上述モータ構造のみに用いることに限定されず、各種のインナーロータ式ブラシレスＤＣモータへの転用についても、本発明の権利範囲に属するものである。

その他、本発明は上述の第１，２実施形態に限定するものではなく、本発明の技術的思想から、脱逸しない転用・改良された技術内容についても、本発明の権利範囲に属するものである。

本発明の車輪駆動装置用電食防止ユニットもしくは車輪駆動装置は、各種の車両、特に、電動スクーター、電気自動車、ハイブリッド自動車、四輪あるいはそれ以上の多輪駆動車両等に好適に使用できる。

１００ 電食防止ユニット
１１０ 収納体
１１１ 止まり穴（収納部）
１２０ 弾性体
１３０ 接触体
１０ モータ
２０ ステータ（固定子）
３０ ロータ（回転子）
４０ 中空シャフト
４１ 連結部材
４１１ フランジ部
４１２ 中空部
４２ キャップ（導電部材）
５０ 遊星減速機
５１ サンギア
５２ リンクギア
６１ アンギュラ玉軸受
７０ 駆動軸

Claims (5)

1. モータを有する車輪駆動装置用の電食防止ユニットにおいて、モータのロータと電気的に導通させるための接触体と、接触体をロータ側へ押圧するための弾性体と、接触体と弾性体とを収容する収納部であって前記収納部はモータ筐体に設けられ、モータ筐体を介してステータと電気的に導通しているものとを備え、少なくとも、前記接触体、前記弾性体、前記収納部が導電性の材料で作られていることを特徴とする電食防止ユニット。
2. 前記モータが、インナーロータ式かつラジアルギャップ方式であるブラシレスＤＣモータであることを特徴とする請求項１の電食防止ユニット。
3. 前記接触体は、断面多角形の柱状体であり、前記収納体は、前記接触体の柱状面に対応する柱状内径面を有することを特徴とする請求項１に記載の電食防止ユニット。
4. 前記請求項１〜３の何れか１項に記載の電食防止ユニットを備えることを特徴とするインナーロータ型車輪駆動装置。
5. 車輪駆動装置内部において、電食防止ユニットの接触体が収容される部分とその他の部分を隔離するシール装置を有することを特徴とする請求項４に記載のインナーロータ型車輪駆動装置。

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