JP2015121271A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつ軽量で、耐久性に優れた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を構成する減速部Ｂは、曲線板２６ａ，２６ｂの外周部に係合して曲線板２６ａ，２６ｂに自転運動を生じさせる複数の外ピン２７を備えており、各外ピン２７はその軸方向両端部に配された針状ころ軸受６１によって回転自在に支持されている。針状ころ軸受６１を構成する針状ころ６５は、その外径端部にクラウニング６５ｃを有し、クラウニング６５ｃは、ころ端面６５ａから軸方向内側へ１．０ｍｍの位置にある測定点Ｍにおける径方向内側への変位量Ｎが１〜１５μｍである。
【選択図】図４

Description

本発明は、インホイールモータ駆動装置に関する。

従来のインホイールモータ駆動装置は、例えば、特開２００８−４４５３７号公報（特許文献１）に開示されている。このインホイールモータ駆動装置１０１は、図１２に示すように、駆動力を発生させるモータ部１０３と、車輪に接続される車輪用軸受部１０４と、モータ部１０３の回転を減速して車輪用軸受部１０４に伝達する減速部１０５と、これらを保持したケーシング１０２とを備え、ケーシング１０２は図示しない懸架装置（サスペンション）を介して車体に取り付けられる。

上記構成のインホイールモータ駆動装置１０１において、装置のコンパクト化の観点から、モータ部１０３には低トルクで高回転型のモータが採用される。一方、車輪用軸受部１０４には、車輪を駆動するために大きなトルクが必要となる。このため、インホイールモータ駆動装置１０１の減速部１０５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を採用している。

サイクロイド減速機を適用した減速部１０５は、偏心部１０６ａ，１０６ｂを有する減速機入力軸１０６と、偏心部１０６ａ，１０６ｂにそれぞれ配置され、減速機入力軸１０６が回転するのに伴ってその回転軸心を中心として公転運動する公転部材（曲線板）１０７ａ，１０７ｂと、曲線板１０７ａ，１０７ｂの外周部と係合することにより曲線板１０７ａ，１０７ｂに自転運動を生じさせる複数の外周係合部材（外ピン）１０９と、曲線板１０７ａ，１０７ｂの自転運動を減速機出力軸１１０に伝達する複数の内ピン１１１とを主な構成としている。

減速機入力軸１０６は、転がり軸受１１２ａ，１１２ｂによってケーシング１０２および減速機出力軸１１０に対して回転自在に支持され、曲線板１０７ａ，１０７ｂは、転がり軸受１０８ａ，１０８ｂによって減速機入力軸１０６に対して回転自在に支持されている。複数の外ピン１０９は、それぞれ、軸方向の両端部に配置された転がり軸受１１３ａ，１１３ｂによってケーシング１０２に対して回転自在に支持されている。内ピン１１１には針状ころ軸受１１４が組み込まれており、曲線板１０７ａ，１０７ｂと転がり接触している。

特開２００８−４４５３７号公報

インホイールモータ駆動装置は、装置全体をホイールの内部に収容する必要があり、またその重量や大きさは、自動車のばね下重量や客室スペースの広さに影響を及ぼす。かかる観点から、インホイールモータ駆動装置は一層小型化する必要がある。その一方、インホイールモータ駆動装置を実使用する上では、インホイールモータ駆動装置の信頼性をできるだけ高める必要がある。そのためにも、特殊な動作態様を示すサイクロイド減速機（減速部）の耐久性を一層向上する必要がある。

そこで、本発明は、小型で耐久性に優れ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。

上記の目的を達成するために創案された本発明は、モータ部、減速部および車輪用軸受部を保持するケーシングを備え、モータ部が偏心部を有する減速機入力軸を回転駆動し、減速部が減速機入力軸の回転を減速して車輪用軸受部に連結された減速機出力軸に伝達するインホイールモータ駆動装置であって、減速部は、減速機入力軸と、この減速機入力軸の偏心部に回転自在に保持されて、減速機入力軸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、この公転部材の外周部に係合して公転部材に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減速機入力軸の回転軸心を中心とする回転運動に変換して減速機出力軸に伝達する運動変換機構と、減速部に潤滑油を供給する減速部潤滑機構とを備え、外周係合部材は、その軸方向両端部に配置された針状ころ軸受により回転自在に支持されており、針状ころは、その外径端部に、ころ端面から軸方向内側へ１．０ｍｍの位置にある測定点における径方向内側への変位量（Ｎ）が１〜１５μｍとされたクラウニングを有することを特徴とする。

上記のように、外周係合部材を、その軸方向両端部に配置された針状ころ軸受で回転自在に支持するようにすれば、一般的な玉軸受で外周係合部材を支持する場合に比べ、減速部を全体として径方向に小型化することができる。

ところで、減速部を構成する各部材は、必要とされる機械的強度を当然に具備してはいるものの、応力が負荷されたときに撓みが一切生じない剛性を各部材に求めるのは現実的ではない。特に、減速部にサイクロイド減速機を採用した場合、公転部材が公転運動するのに伴って公転部材の外周部と外周係合部材とが係合したときには、外周係合部材に大きなラジアル荷重とモーメント荷重とが同時に作用するため、軸方向両端部に配置された軸受により回転自在に支持される外周係合部材に多少の撓みや傾きが生じるのは避けられない。この場合、針状ころに局所的な荷重が負荷され、その結果、針状ころの外径端部（エッジ部）および／又は外周係合部材の針状ころとの接触部が早期に摩耗、破損等するおそれがある。このような早期摩耗等の問題は、減速部の各所に潤滑油を供給する減速部潤滑機構を設けるだけでは解消することが難しい。

そこで、本発明では、針状ころの外径端部（エッジ部）にクラウニングを設けることにした。このようにすれば、外周係合部材に撓みや傾きが生じた際に針状ころに局所的な荷重が負荷され難くなるので、針状ころおよび／又は外周係合部材の摩耗や破損を未然に防止することができる。これにより、針状ころ軸受、ひいては減速部の耐久性を向上し、もってインホイールモータ駆動装置の耐久性および信頼性を向上することができる。なお、上記の変位量Ｎを１〜１５μｍ（１μｍ以上１５μｍ以下）に制限したのは、変位量Ｎが１μｍを下回ると上記の作用効果を有効に享受することができず、変位量Ｎが１５μｍを上回ると異音や振動が発生し、ＮＶＨ（Ｎｏｉｓｅ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ）特性に悪影響が及ぶおそれがあるからである。

針状ころ軸受を構成する軌道輪は、軸受鋼又は浸炭鋼からなり、浸炭窒化処理が施され、かつ表層部の残留オーステナイト量が２０〜３５％であるのが好ましい。このようにすれば、転動疲労寿命を向上させることができると共に残留オーステナイトによるクラックの発生およびその進展を抑制することができるので、インホイールモータ駆動装置の耐久性を向上することができる。

針状ころ軸受を構成する針状ころは、上記同様の理由から、軸受鋼からなり、浸炭窒化処理が施され、かつ表層部の残留オーステナイト量が２０〜３５％であるのが好ましい。

針状ころ軸受は、内径面に外側軌道面を有する外輪と、外周係合部材の外径面に形成された内側軌道面と、外側軌道面と内側軌道面の間に配置される複数の針状ころとで構成することができる。このように、内輪を省略したタイプの針状ころ軸受で外周係合部材を支持するようにすれば、減速部、ひいてはインホイールモータ駆動装置を一層小型・軽量化することができる。

以上より、本発明によれば、小型かつ軽量で、しかも耐久性に優れ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。

本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示す図である。 図１のＯ−Ｏにおける横断面図である 図１の減速部の拡大図である。 図３の要部拡大図である。 図１の曲線板に作用する荷重を示す説明図である。 図１のＰ−Ｐにおける横断面図である。 図１のＱ−Ｑにおける横断面図である。 図１のＲ−Ｒにおける横断面図である。 図１の回転ポンプの横断面図である。 電気自動車の概略平面図である。 図１０の電気自動車を後方から見た概略断面図である。 従来のインホイールモータ駆動装置を示す図である。

本発明の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を図面に基づいて説明する。

まず、便宜上、図１０および図１１に基づいてインホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車１１の概要を説明する。図１０に示す電気自動車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のそれぞれを駆動するインホイールモータ駆動装置２１とを備えた後輪駆動タイプである。図１１に示すように、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、左右に延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が路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、旋回時等の車体の傾きを抑制するスタビライザが設けられる。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（後輪１４）の駆動力を効率よ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では、左右のホイールハウジング１２ａの内部に、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２１が設けられるので、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。そのため、客室スペースを広く確保でき、しかも、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。

電気自動車１１の走行安定性およびＮＶＨ特性を向上するためには、ばね下重量を抑える必要がある。また、電気自動車１１の客室スペースを拡大するためには、インホイールモータ駆動装置２１を小型化する必要がある。そこで、図１に示すように、本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。

本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を図１〜図９に基づいて説明する。図１に示すように、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に伝達する車輪用軸受部Ｃとを備え、これらはケーシング２２に保持されている。モータ部Ａと減速部Ｂはケーシング２２に収納された状態で電気自動車１１のホイールハウジング１２ａ（図１１参照）内に取り付けられる。

モータ部Ａは、ケーシング２２に固定されているステータ２３ａと、径方向の隙間を介してステータ２３ａと対向配置されるロータ２３ｂと、ロータ２３ｂに固定され、ロータ２３ｂと一体回転するモータ回転軸２４ａとを備えるラジアルギャップモータである。

モータ回転軸２４ａは、中空構造をなしている。モータ回転軸２４ａの軸方向一方側（図１の右側であり、以下「車幅方向内側」ともいう）の端部は転がり軸受３６ａによって回転自在に支持され、軸方向他方側（図１の左側であり、以下「車幅方向外側」ともいう）の端部は転がり軸受３６ｂによって回転自在に支持されている。

減速機入力軸２５は、その軸方向略中央部および車幅方向外側の端部が、それぞれ、転がり軸受３７ａ，３７ｂによって減速機出力軸２８に対して回転自在に支持されている。減速機入力軸２５は、減速部Ｂの範囲内に偏心部２５ａ，２５ｂを有する。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、位相を１８０°異ならせるようにして設けられている。

モータ回転軸２４ａと減速機入力軸２５とは、モータ部Ａの駆動力を減速部Ｂに伝達するためにセレーション嵌合によって連結されている。セレーション嵌合部は、減速機入力軸２５がある程度傾いても、モータ回転軸２４ａへの影響を抑制するように構成されている。

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の外周部と係合可能な複数の外周係合部材（外ピン）２７と、曲線板２６ａ，２６ｂの自転運動を減速機出力軸２８に伝達する運動変換機構と、偏心部２５ａ，２５ｂの軸方向外側に隣接配置されたカウンタウェイト２９，２９とを備える。減速部Ｂには、減速部Ｂの各所に潤滑油を供給する減速部潤滑機構が設けられているが、その詳細は後述する。

減速機出力軸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、減速機出力軸２８の回転軸心を中心とする円周上に等間隔に内ピン３１を固定する孔が形成されている。軸部２８ｂはハブ輪３２に嵌合連結され、減速部Ｂの出力を駆動輪としての後輪１４（図１０参照）に伝達する。

図２に示すように、曲線板２６ａは、その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、また、その両端面に開口する軸方向の貫通孔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で複数設けられており、各貫通孔３０ａに内ピン３１が１本ずつ挿通されている。貫通孔３０ｂは、曲線板２６ａの中心に設けられており、偏心部２５ａに嵌合する。

曲線板２６ａは、転がり軸受４１によって偏心部２５ａに対して回転自在に支持されている。図２および図３に示すように、転がり軸受４１は、外径面に内側軌道面４２ａを有し、偏心部２５ａの外径面に嵌合した内輪４２と、曲線板２６ａの貫通孔３０ｂの内径面に形成された外側軌道面４３と、内側軌道面４２ａと外側軌道面４３の間に配置される複数の円筒ころ４４と、円筒ころ４４を保持する保持器４５とを備える円筒ころ軸受である。内輪４２は、内側軌道面４２ａの軸方向両端部から径方向外側に突出する鍔部４２ｂを有する。上記の転がり軸受４１では、偏心部２５ａとは別体に設けた内輪４２に内側軌道面４２ａを形成しているが、偏心部２５ａの外径面に内側軌道面を直接形成し、内輪４２を省略してもよい。詳細な図示および説明は省略するが、曲線板２６ｂは、曲線板２６ａを支持する転がり軸受４１と同様の構造を有する転がり軸受によって、偏心部２５ｂに対して回転自在に支持されている。

図２および図３に示すように、外周係合部材としての外ピン２７は、減速機入力軸２５の回転軸心を中心とする円周上に等間隔に設けられている。曲線板２６ａ，２６ｂが公転運動すると、曲線板２６ａ，２６ｂの外周部に形成した曲線形状の波形と外ピン２７とが周方向で係合し、曲線板２６ａ，２６ｂに自転運動を生じさせる。各外ピン２７は、その軸方向一方側および他方側（車幅方向内側および外側）の端部に配置された針状ころ軸受６１，６１によってラジアル方向に回転自在に支持されている。かかる構成により、外ピン２７と曲線板２６ａ，２６ｂとの間の接触抵抗を低減することができる。本実施形態において、外ピン２７は、針状ころ軸受６１およびこれを内周に保持したハウジング６０を介してケーシング２２（図１参照）に対してラジアル方向に回転自在に支持されているが、ハウジング６０を省略し、針状ころ軸受６１をケーシング２２の内周に直接固定するようにしても構わない。いずれの場合でも、外ピン２７は、ケーシング２２に対して回転自在に支持される。

図３に示すように、針状ころ軸受６１は、内径面に外側軌道面６３を有し、ハウジング６０の内周に固定された外輪６２と、外ピン２７の外径面に形成された内側軌道面６４と、両軌道面６３，６４間に配設された複数の針状ころ６５とからなる針状ころ軸受であり、針状ころ６５は、保持器を省略したいわゆる総ころ状態で配設されている。このように、外ピン２７を支持する軸受として針状ころ軸受６１を採用することにより、一般的な玉軸受を採用する場合に比べ、減速部Ｂを全体として径方向に小型化しつつ大きな負荷容量を確保できる。特に、本実施形態の針状ころ軸受６１は、内輪、さらには保持器がないタイプなので、減速部Ｂを一層小型化し、かつ軽量化することができる。負荷容量の点で特に問題がなければ、針状ころ６５を適宜の間隔で保持する保持器を備えた針状ころ軸受６１を用いることも可能である。

本実施形態で用いている針状ころ軸受６１は、さらに特徴的な構成を有している。具体的には、まず、針状ころ軸受６１を構成する針状ころ６５は、図４に示すように、その外径面６５ｂの軸方向端部（エッジ部）に、クラウニング６５ｃ（クラウニング長さＣＬ、クラウニング半径ＣＲ）を有している。このクラウニング６５ｃは、ころ端面６５ａから軸方向内側へ１．０ｍｍ変位した位置にある測定点Ｍにおける径方向内側への変位量（外径面６５ｂを基準とした径方向内側への変位量）Ｎが１〜１５μｍとされている。

さらに、針状ころ軸受６１の構成部材の材料および熱処理の面では、軌道輪（外輪６２および外ピン２７）を軸受鋼または浸炭鋼で作製すると共に、針状ころ６５を軸受鋼で作製し、さらに、外輪６２、外ピン２７および針状ころ６５に浸炭窒化処理を施し、これらの表層部に窒素を拡散して２０〜３５％の残留オーステナイトを安定保持させた。ここで、軸受鋼としては、例えば、ＪＩＳ Ｂ ４８０５に規定された高炭素クロム軸受鋼に分類されるＳＵＪ３やＳＵＪ５を使用することができる。また、浸炭鋼としては、例えば、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４２０などを使用することができる。本実施形態では、外輪６２、外ピン２７および針状ころ６５の全てをＳＵＪ３で作製し、かつ浸炭窒化処理によりこれらの表層部に窒素を拡散させ、２０〜３５％の残留オーステナイトを安定保持させた。

図３に示すように、カウンタウェイト２９は、略扇形状で、減速機入力軸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不釣合い慣性偶力を打ち消すために、各偏心部２５ａ，２５ｂと軸方向に隣接する位置に偏心部２５ａ，２５ｂと１８０°位相を変えて配置される。

２枚の曲線板２６ａ，２６ｂ間の回転軸心方向の中心点をＧと定義した場合、中心点Ｇの右側に配置された曲線板２６ａとカウンタウェイト２９との間には、Ｌ₁×ｍ₁×ε₁＝Ｌ₂×ｍ₂×ε₂の関係が成立する（但し、この関係式において、Ｌ₁：中心点Ｇと曲線板２６ａの中心との距離、ｍ₁：曲線板２６ａ、転がり軸受４１および偏心部２５ａの質量の和、ε₁：曲線板２６ａの重心の回転軸心からの偏心量、Ｌ₂：中心点Ｇとカウンタウェイト２９との距離、ｍ₂：カウンタウェイト２９の質量、ε₂：カウンタウェイト２９の重心の回転軸心からの偏心量、である）。上述のＬ₁×ｍ₁×ε₁＝Ｌ₂×ｍ₂×ε₂の関係は、不可避的に生じる誤差を許容する。図３の中心点Ｇの左側に配置された曲線板２６ｂとカウンタウェイト２９との間にも上記同様の関係が成立する。

運動変換機構は、減速機出力軸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、減速機出力軸２８の回転軸心を中心とする円周上に等間隔に設けられており、その車幅方向外側の端部が減速機出力軸２８に固定されている。減速機出力軸２８は減速機入力軸２５と同軸上に配置されているので、曲線板２６ａ，２６ｂの自転運動を、減速機入力軸２５の回転軸心を中心とする回転運動に変換して減速機出力軸２８に伝達する。また、内ピン３１と曲線板２６ａ，２６ｂとの摩擦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。

内ピン３１の軸方向端部には、スタビライザ３１ｂが設けられている。スタビライザ３１ｂは、円環形状の円環部３１ｃと、円環部３１ｃの内径面から軸方向に延びる円筒部３１ｄとを含む。複数の内ピン３１の車幅方向内側の端部は、円環部３１ｃに固定されている。これにより、曲線板２６ａ，２６ｂから一部の内ピン３１に負荷される荷重はスタビライザ３１ｂを介して全ての内ピン３１によって支持されるため、内ピン３１に作用する応力を低減させ、耐久性を向上させることができる。

図２に示すように、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」を指す。以下同じ。）よりも所定寸法大きく設定されている。

図１に示すように、車輪用軸受部Ｃは、減速機出力軸２８に連結されたハブ輪３２と、ハブ輪３２をケーシング２２に対して回転自在に支持する車輪用軸受３３とを備える。ハブ輪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によって後輪１４（図１０，１１参照）が連結固定される。減速機出力軸２８の軸部２８ｂの外径面にはスプラインが形成されており、このスプラインをハブ輪３２の中空部３２ａの内径面に形成されたスプライン穴に嵌合させることにより、減速機出力軸２８とハブ輪３２とがトルク伝達可能に連結されている。

車輪用軸受３３は、ハブ輪３２の外径面に形成した内側軌道面３３ｆおよび外径面の小径段部に嵌合された内輪３３ａを有する内側軸受部材と、ケーシング２２の内径面に嵌合固定された外輪３３ｂと、内側軸受部材と外輪３３ｂの間に配置された複数の転動体（玉）３３ｃと、周方向に隣接する玉３３ｃの間隔を保持する保持器３３ｄと、車輪用軸受３３の軸方向両端部を密封するシール部材３３ｅとを備えた複列アンギュラ玉軸受である。

次に減速部潤滑機構を説明する。減速部潤滑機構は、減速部Ｂの各所に潤滑油を供給するものであって、図１および図３に示すように、減速機入力軸２５に設けた潤滑油路２５ｃおよび潤滑油供給口２５ｄ，２５ｅ，２５ｆと、スタビライザ３１ｂに設けた潤滑油路３１ｅと、内ピン３１に設けた潤滑油路３１ｆと、ケーシング２２に設けた潤滑油排出口２２ｂ、潤滑油貯留部２２ｄ、潤滑油路２２ｅおよび潤滑油路４５と、回転ポンプ５１とを主な構成とする。図１中に示した白抜き矢印は潤滑油の流れる方向を示す。

潤滑油路２５ｃは、減速機入力軸２５の内部を軸線方向に沿って延びている。潤滑油供給口２５ｄ，２５ｅは、潤滑油路２５ｃから減速機入力軸２５の外径面に向って延び、潤滑油供給口２５ｆは、減速機入力軸２５の軸端部から回転軸心方向に軸端面に向って延びている。

減速部Ｂの位置におけるケーシング２２の少なくとも１箇所には、減速部Ｂ内部の潤滑油を排出する潤滑油排出口２２ｂが設けられている。そして、潤滑油排出口２２ｂと潤滑油路２５ｃとを接続する循環油路４５がケーシング２２の内部に設けられている。潤滑油排出口２２ｂから排出された潤滑油は、循環油路４５を経由して潤滑油路２５ｃに還流する。

図１および図６〜図８に示すように、ケーシング２２に設けた循環油路４５は、ケーシング２２の内部を軸方向に延びる軸方向油路４５ａと、軸方向油路４５ａの車幅方向内側の端部に接続されて径方向に延びる径方向油路４５ｃと、軸方向油路４５ａの車幅方向外側の端部に接続されて径方向に延びる径方向油路４５ｂとで構成される。径方向油路４５ｂは回転ポンプ５１から圧送された潤滑油を軸方向油路４５ａに供給し、軸方向油路４５ａから径方向油路４５ｃを経て潤滑油を潤滑油路２５ｃに供給する。

回転ポンプ５１は、潤滑油貯留部２２ｄに接続する潤滑油路２２ｅと循環油路４５との間に設けられており、潤滑油を強制的に循環させている。図９に示すように、回転ポンプ５１は、減速機出力軸２８（図１参照）の回転を利用して回転するインナーロータ５２と、インナーロータ５２の回転に伴って従動回転するアウターロータ５３と、ポンプ室５４と、潤滑油路２２ｅに連通する吸入口５５と、循環油路４５の径方向油路４５ｂに連通する吐出口５６とを備えるサイクロイドポンプである。

インナーロータ５２は、外径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。具体的には、歯先部分５２ａの形状がエピサイクロイド曲線、歯溝部分５２ｂの形状がハイポサイクロイド曲線となっている。インナーロータ５２は、スタビライザ３１ｂの円筒部３１ｄ（図１，３参照）の外径面に嵌合して内ピン３１および減速機出力軸２８と一体回転する。

アウターロータ５３は、内径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。具体的には、歯先部分５３ａの形状がハイポサイクロイド曲線、歯溝部分５３ｂの形状がエピサイクロイド曲線となっている。アウターロータ５３は、ケーシング２２に回転自在に支持されている。

インナーロータ５２は、回転中心ｃ₁を中心として回転する。一方、アウターロータ５３は、インナーロータ５２の回転中心ｃ₁と異なる回転中心ｃ₂を中心として回転する。インナーロータ５２の歯数をｎとすると、アウターロータ５３の歯数は（ｎ＋１）となる。なお、この実施形態においては、ｎ＝５としている。

インナーロータ５２とアウターロータ５３との間の空間には、複数のポンプ室５４が設けられている。そして、インナーロータ５２が減速機出力軸２８の回転を利用して回転すると、アウターロータ５３は従動回転する。このとき、インナーロータ５２およびアウターロータ５３はそれぞれ異なる回転中心ｃ₁、ｃ₂を中心として回転するので、ポンプ室５４の容積は連続的に変化する。これにより、吸入口５５から流入した潤滑油が吐出口５６から径方向油路４５ｂに圧送される。

なお、上記構成の回転ポンプ５１の回転中にインナーロータ５２が傾くと、ポンプ室５４の容積が変化して潤滑油を適切に圧送することができなかったり、インナーロータ５２とアウターロータ５３とが接触して破損したりするおそれがある。そこで、図１に示すように、インナーロータ５２には、段付部５２ｃが設けられている。この段付部５２ｃは、その外径面（案内面）がケーシング２２の内径面に当接して、車輪１４からのラジアル荷重によってインナーロータ５２が傾くのを防止している。

潤滑油吐出口２２ｂと回転ポンプ５１との間には、潤滑油を一時的に貯留する潤滑油貯留部２２ｄが設けられている。これにより、高速回転時においては、回転ポンプ５１によって排出しきれない潤滑油を一時的に潤滑油貯留部２２ｄに貯留しておくことができる。その結果、減速部Ｂのトルク損失の増加を防止することができる。一方、低速回転時においては、潤滑油排出口２２ｂに到達する潤滑油量が少なくなっても、潤滑油貯留部２２ｄに貯留されている潤滑油を潤滑油路２５ｃに還流することができる。その結果、減速部Ｂに安定して潤滑油を供給することができる。

減速部Ｂ内部の潤滑油は、遠心力に加え、重力によっても外側に移動する。したがって、このインホイールモータ駆動装置２１は、潤滑油貯留部２２ｄがインホイールモータ駆動装置２１の下部に位置するように、電気自動車１１（図１０，１１参照）に取り付けるのが望ましい。

上記構成の減速部Ｂにおける潤滑油の流れを説明する。まず、潤滑油路２５ｃを流れる潤滑油は、減速機入力軸２５の回転に伴う遠心力および圧力によって潤滑油供給口２５ｄ，２５ｅ，２５ｆから減速部Ｂに流出する。その後、減速部Ｂ内の各転がり軸受へ潤滑油が次のように流れてゆく。

潤滑油供給口２５ｅ，２５ｆから流出した潤滑油は、遠心力の作用により、減速機入力軸２４ｂを支持する転がり軸受３７ａ，３７ｂに供給される。さらに、潤滑油供給口２５ｅから流出した潤滑油は、スタビライザ３１ｂ内の潤滑油路３１ｅへ導かれて内ピン３１内の潤滑油路３１ｆへ至り、この潤滑油路３１ｆから内ピン３１を支持する転がり軸受（針状ころ軸受）３１ａに供給される。さらに、遠心力により、曲線板２６ａ，２６ｂと内ピン３１との当接部分、曲線板２６ａ，２６ｂと外ピン２７との当接部分、外ピン２７を支持する転がり軸受６１、減速機出力軸２８（スタビライザ３１ｂ）を支持する転がり軸受４６などを潤滑しながら径方向外側に移動する。

一方、潤滑油供給口２５ｄから流出した潤滑油は、曲線板２６ａ，２６ｂを支持する転がり軸受４１の内輪４２に設けた供給孔４２ｃ（図３参照）から軸受内部へ供給される。これにより、円筒ころ４４の外面、内側軌道面４２ａおよび外側軌道面４３が潤滑される。さらに、潤滑油供給口２５ｅ，２５ｆから流出した潤滑油と同様に、遠心力により、曲線板２６ａ，２６ｂと内ピン３１との当接部分や、曲線板２６ａ，２６ｂと外ピン２７との当接部分等を潤滑しながら径方向外側に移動する。

上記のような潤滑油の流れによって、減速部Ｂ内の各転がり軸受が潤滑される。ケーシング２２の内壁面に到達した潤滑油は、潤滑油排出口２２ｂから排出されて潤滑油貯留部２２ｄに貯留される。潤滑油貯留部２２ｄに貯留された潤滑油は、潤滑油路２２ｅを通って吸入口５５から回転ポンプ５１に供給され、吐出口５６から循環油路４５に圧送される。これにより、潤滑油は、循環油路４５の径方向油路４５ｂ、軸方向油路４５ａおよび径方向油路４５ｃを経由して潤滑油路２５ｃに還流する。

潤滑油排出口２２ｂからの潤滑油の排出量は、減速機入力軸２５の回転数に比例して多くなる。一方、インナーロータ５２は減速機出力軸２８と一体回転するので、回転ポンプ５１の排出量は、減速機出力軸２８の回転数に比例して多くなる。そして、潤滑油排出口２２ｂから減速部Ｂに供給される潤滑油量は、回転ポンプ５１の排出量に比例して多くなる。すなわち、減速部Ｂへの潤滑油の供給量および排出量は、いずれもインホイールモータ駆動装置２１の回転数によって変化するので、常にスムーズに潤滑油を循環させることができる。

循環油路４５を流れる潤滑油の一部は、ケーシング２２とモータ回転軸２４ａとの間から、モータ回転軸２４ａの車幅方向内側の端部を支持する転がり軸受３６ａを潤滑する。モータ回転軸２４ａの車幅方向外側の端部を支持する転がり軸受３６ｂは、回転ポンプ５１の段付部５２ｃとケーシング２２の間からの潤滑油により潤滑される。

このように、減速機入力軸２５から減速部Ｂに潤滑油を供給することにより、減速機入力軸２５周辺の潤滑油不足を解消することができる。また、回転ポンプ５１によって強制的に潤滑油を排出することによって、攪拌抵抗を抑えて減速部Ｂのトルク損失を低減することができる。さらに、回転ポンプ５１をケーシング２２内に配置することによって、インホイールモータ駆動装置２１全体としての大型化を防止することができる。

減速部Ｂは上述した減速部潤滑機構を備えているが、減速部Ｂ内の各転がり軸受は、インホイールモータ駆動装置２１（モータ部Ａ）の駆動時、非常に過酷な使用環境にさらされる。その詳細を、モータ部Ａの駆動時に曲線板２６ａ、２６ｂに作用する荷重の状態を模式的に示した図５に基づいて説明する。

減速機入力軸２５に設けられた偏心部２５ａの軸心Ｏ₂は、減速機入力軸２５の軸心Ｏから偏心量ｅだけ偏心している。偏心部２５ａの外周には、曲線板２６ａが取り付けられ、偏心部２５ａは曲線板２６ａを回転自在に支持するので、軸心Ｏ₂は曲線板２６ａの軸心でもある。曲線板２６ａの外周部は波形曲線で形成され、径方向に窪んだ波形の凹部３３を周方向等間隔に有する。曲線板２６ａの周囲には、凹部３３と係合する外ピン２７が、軸心Ｏを中心として周方向に複数配設されている。

図５において、減速機入力軸２５と一体に偏心部２５ａが紙面上で反時計周りに回転すると、偏心部２５ａは軸心Ｏを中心とする公転運動を行うので、曲線板２６ａの凹部３３が、外ピン２７と周方向に順次当接する。この結果、曲線板２６ａは、複数の外ピン２７から図中矢印で示すような荷重Ｆｉを受けて、時計回りに自転する。

また、曲線板２６ａには貫通孔３０ａが軸心Ｏ₂を中心として周方向に複数配設されている。各貫通孔３０ａには、軸心Ｏと同軸に配置された減速機出力軸２８と結合する内ピン３１が挿通されている。貫通孔３０ａの内径は内ピン３１の外径よりも所定寸法大きいため、内ピン３１は、曲線板２６ａの公転運動の障害とはならず、曲線板２６ａの自転運動を取り出して減速機出力軸２８を回転させる。このとき、減速機出力軸２８は、減速機入力軸２５よりも高トルクかつ低回転数になり、曲線板２６ａは、複数の内ピン３１から図中矢印で示すような荷重Ｆｊを受ける。これらの複数の荷重Ｆｉ、Ｆｊの合力Ｆｓが減速機入力軸２５にかかる。

合力Ｆｓの方向は、曲線板２６ａの波形形状や凹部３３の数などの幾何学的条件の他、遠心力の影響により変化する。具体的には、自転軸心Ｏ₂と軸心Ｏとを結ぶ直線Ｙと直角であって自転軸心Ｏ₂を通過する基準線Ｘと、合力Ｆｓとの角度αは概ね３０°〜６０°で変動する。上記の複数の荷重Ｆｉ、Ｆｊは、減速機入力軸２５が１回転（３６０°）する間に荷重の方向や大きさが変化し、その結果、減速機入力軸２５に作用する合力Ｆｓも荷重の方向や大きさが変動する。そして、減速機入力軸２５が１回転すると、曲線板２６ａの波形の凹部３３が減速されて１ピッチ時計回りに回転し、図５の状態になり、これを繰り返す。

このため、モータ部Ａの駆動時、外ピン２７には、荷重の方向と大きさが変動するラジアル荷重およびモーメント荷重が負荷され、その際には、外ピン２７がその軸方向両端部に配置された針状ころ軸受６１，６１で回転自在に支持されている関係上、外ピン２７には撓みや傾きが多少なりとも生じる。この場合、外ピン２７を支持する針状ころ軸受６１として、特に外ピン２７の外径面に内側軌道面６４を設けた（要するに内輪を省略した）ものを用いている本実施形態においては、針状ころ６５に局所的な荷重が負荷され、針状ころ６５の外径端部および／又は外ピン２７の内側軌道面６４が早期に摩耗、破損等し易くなる。かかる問題は、上述の減速部潤滑機構を設けていても解消することが難しい。

そこで、本発明では、図４を参照しながら説明したように、外ピン２７を支持する針状ころ軸受６１を構成する針状ころ６５の外径端部にクラウニング６５ｃを設けた。このようにすれば、外ピン２７に撓みや傾きが生じた際に針状ころ６５に局所的な荷重が負荷され難くなるので、針状ころ６５および／又は外ピン２７の摩耗や破損を未然に防止することができる。これにより、針状ころ軸受６１、ひいては減速部Ｂの耐久性を向上し、もってインホイールモータ駆動装置２１の耐久性および信頼性を向上することができる。なお、クラウニング６５ｃの変位量Ｎを１〜１５μｍ（１μｍ以上１５μｍ以下）に制限したのは、変位量Ｎが１μｍを下回ると上記の作用効果を有効に享受することができず、変位量Ｎが１５μｍを上回ると異音や振動が発生し、ＮＶＨ特性に悪影響が及ぶおそれがあるからである。

さらに、針状ころ軸受６１の構成部材の材料および熱処理の面では、外輪６２および外ピン２７の双方を軸受鋼の一種であるＳＵＪ３で作製すると共に、針状ころ６５を軸受鋼の一種であるＳＵＪ３で作製し、さらに、外輪６２、外ピン２７および針状ころ６５に浸炭窒化処理を施し、表層部に窒素を拡散して２０〜３５％の残留オーステナイトを安定保持させた。

上記の材料および熱処理により、残留オーステナイトが亀裂敏感性を低下させるため、補正定格寿命（ＩＳＯ２８１）を向上させることができ、針状ころ軸受６１が長寿命となる。逆を言えば、同等の寿命を確保する上では、上記構成を具備しない外輪を採用する場合に比べて外輪６２を薄肉化し、針状ころ軸受６１を全体として径方向に小型化し、かつ軽量化することができる。このように、針状ころ軸受６１の耐久性向上や小型化を通じて、耐久性に富み、しかも小型・軽量なインホイールモータ駆動装置２１を実現することができる。

なお、本実施形態では、上述のように、針状ころ軸受６１を構成する外輪６２、外ピン２７および針状ころ６５の全てをＳＵＪ３で作製し、かつこれらの表層部の残留オーステナイト量が２０〜３５％となるように浸炭窒化処理を施した例を示したが、これ以外の構成を採用することも可能である。例えば、針状ころ軸受６１を構成する軌道輪（外輪６２および外ピン２７）と針状ころ６５の何れか一方を軸受鋼で作製し、浸炭窒化処理により表層部の残留オーステナイト量が２０〜３５％とされた構成を採用することもできる。

以上の構成を有するインホイールモータ駆動装置２１の全体的な作動原理を説明する。

モータ部Ａでは、例えば、ステータ２３ａ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、永久磁石又は磁性体によって構成されるロータ２３ｂが回転する。これに伴って、モータ回転軸２４ａに連結された減速機入力軸２５が回転すると、曲線板２６ａ、２６ｂは減速機入力軸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は、曲線板２６ａ，２６ｂの外周部に設けられた曲線形状の波形と係合し、曲線板２６ａ、２６ｂを減速機入力軸２５の回転とは逆向きに自転回転させる。

貫通孔３０ａに挿通された内ピン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の自転運動のみが減速機出力軸２８を介して車輪用軸受部Ｃに伝達される。このとき、減速機入力軸２５の回転が減速部Ｂによって減速されて減速機出力軸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（後輪）１４に必要なトルクを伝達することが可能となる。

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の外周部に設けた波形の数を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を回転自在に支持する転がり軸受（針状ころ軸受）６１，３１ａを設けたことにより、外ピン２７および内ピン３１と曲線板２６ａ，２６ｂとの間の摩擦抵抗が低減されるので、減速部Ｂの伝達効率が向上する。

本実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１は、上述のとおり軽量化されている。従って、本実施形態のインホイールモータ装置２１を電気自動車１１に搭載すれば、ばね下重量を抑えることができる。その結果、走行安定性およびＮＶＨ特性に優れた電気自動車１１を得ることができる。

以上、本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について説明を行ったが、インホイールモータ駆動装置２１には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。

例えば、以上で説明した実施形態においては、潤滑油供給口２５ｄを偏心部２５ａ，２５ｂに設け、潤滑油供給口２５ｅ，２５ｆを減速機入力軸２５の途中位置および軸端に設けた例を示したが、これに限ることなく、減速機入力軸２５の任意の位置に設けることができる。ただし、転がり軸受４１，３７ａ，３７ｂに安定して潤滑油を供給する観点からは、潤滑油供給口２５ｄは偏心部２５ａ，２５ｂに、また、潤滑油供給口２５ｅ，２５ｆは減速機入力軸２５の途中位置および軸端に設けるのが望ましい。

また、以上では、減速機出力軸２８の回転を利用して回転ポンプ５１を駆動させる例を示したが、回転ポンプ５１は減速機入力軸２５の回転を利用して駆動することもできる。しかしながら、減速機入力軸２５の回転数は減速機出力軸２８と比較して大きい（本実施形態では１１倍）ので、回転ポンプ５１の耐久性が低下するおそれがある。また、減速された減速機出力軸２８に接続しても十分な排出量を確保することができる。これらの観点から、回転ポンプ５１は減速機出力軸２８の回転を利用して駆動することが望ましい。

また、以上では、回転ポンプ５１としてサイクロイドポンプを採用したが、これに限ることなく、減速機出力軸２８の回転を利用して駆動するあらゆる回転型ポンプを採用することができる。さらには、回転ポンプ５１を省略して、遠心力のみによって潤滑油を循環させるようにしてもよい。

また、減速部Ｂの曲線板２６ａ，２６ｂを１８０°位相を変えて２枚設けた例を示したが、曲線板の枚数は任意に設定することができる。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、以上では、減速機出力軸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とで運動変換機構を構成したが、運動変換機構は、減速部Ｂの回転をハブ輪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減速機出力軸に形成された穴とで運動変換機構を構成してもよい。

本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から駆動輪としての後輪１４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、モータ部Ａに電力を供給してモータ部を駆動させ、モータ部Ａからの動力を後輪１４に伝達させる場合を示したが、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、後輪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で発電してもよい。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、モータ部Ａの駆動用電力や、車両に備えられた他の電動機器の作動用電力として活用することもできる。

また、インホイールモータ駆動装置２１にはブレーキを追加することもできる。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２３ｂの車幅方向内側に空間を形成し、この空間にロータ２３ｂ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すれば、車両停止時にピストンと回転部材とによってロータ２３ｂをロックするパーキングブレーキとすることができる。また、ブレーキは、上記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とすることもできるし、上記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とすることもできる。

また、以上では、モータ部Ａにラジアルギャップモータを採用したインホイールモータ駆動装置２１に本発明を適用したが、本発明は、モータ部Ａに、ステータとロータとを軸方向の隙間を介して対向させるアキシャルギャップモータを採用したインホイールモータ駆動装置にも好ましく適用できる。

さらに、本発明に係るインホイールモータ駆動装置は、後輪１４を駆動輪とした後輪駆動タイプの電気自動車１１のみならず、前輪１３を駆動輪とした前輪駆動タイプの電気自動車や、前輪１３および後輪１４を駆動輪とした４輪駆動タイプの電気自動車に適用することもできる。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。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の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。

１１ 電気自動車
２１ インホイールモータ駆動装置
２２ ケーシング
２５ 減速機入力軸
２５ａ、２５ｂ 偏心部
２６ａ、２６ｂ 曲線板（公転部材）
２７ 外ピン（外周係合部材）
２８ 減速機出力軸
３１ 内ピン
５１ 回転ポンプ
６０ 外ピンハウジング
６１ 針状ころ軸受
６２ 外輪
６５ 針状ころ
６５ａ ころ端面
６５ｂ 外径面
６５ｃ クラウニング
Ａ モータ部
Ｂ 減速部
Ｃ 車輪用軸受部
Ｍ 測定点
Ｎ 変位量

Claims (4)

1. モータ部、減速部および車輪用軸受部を保持するケーシングを備え、前記モータ部が偏心部を有する減速機入力軸を回転駆動し、前記減速部が前記減速機入力軸の回転を減速して前記車輪用軸受部に連結された減速機出力軸に伝達するインホイールモータ駆動装置であって、
   前記減速部は、前記減速機入力軸と、前記減速機入力軸の偏心部に回転自在に保持されて、前記減速機入力軸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、この公転部材の外周部に係合して前記公転部材に自転運動を生じさせる外周係合部材と、前記公転部材の自転運動を前記減速機入力軸の回転軸心を中心とする回転運動に変換して前記減速機出力軸に伝達する運動変換機構と、減速部に潤滑油を供給する減速部潤滑機構とを備え、
   前記外周係合部材は、その軸方向両端部に配置された針状ころ軸受により回転自在に支持されており、
   前記針状ころ軸受を構成する針状ころは、その外径端部に、ころ端面から軸方向内側へ１．０ｍｍの位置にある測定点における径方向内側への変位量が１〜１５μｍとされたクラウニングを有することを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
2. 前記針状ころ軸受を構成する軌道輪は、軸受鋼又は浸炭鋼からなり、浸炭窒化処理が施され、かつ表層部の残留オーステナイト量が２０〜３５％であることを特徴とする請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
3. 前記針状ころは、軸受鋼からなり、浸炭窒化処理が施され、かつ表層部の残留オーステナイト量が２０〜３５％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のインホイールモータ駆動装置。
4. 前記針状ころ軸受は、内径面に外側軌道面を有する外輪と、前記外周係合部材の外径面に形成された内側軌道面と、外側軌道面と内側軌道面の間に配置された複数の針状ころとで構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載のインホイールモータ駆動装置。

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