JP2015217746A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】オイルポンプを用いてインホイールモータ駆動装置の内部でオイルを循環させる際、オイルポンプのオイル吸入口でエアの吸い込みを防止する。【解決手段】ハブ輪(32)の軸線(O)と直交する水平方向を車両前後方向として、ハブ輪を正方向に回転させることにより車両を前方へ前進させるインホイールモータ駆動装置(21)において、ケーシング(22a)を径方向に貫通するよう形成されてケーシング内部のオイルをオイルタンク(53)に排出する排出口(61)が、ハブ輪の軸線よりも車両の後方に配置されることを特徴とする。【選択図】図4

Description

本発明は、車輪の内空領域に配置されて車輪を駆動するインホイールモータ駆動装置に関する。
モータ部を有するインホイールモータ駆動装置は、その内部に複数の回転要素を有し、高速回転することから適切に潤滑する必要がある。インホイールモータ駆動装置の潤滑構造としては従来、例えば特許第4918051号公報(特許文献1)に記載の技術が知られている。
特許文献1に記載のインホイールモータ駆動装置は、軸線方向一方から他方まで同軸に順次配置されるモータ部と、サイクロイド減速機構と、ハブ軸受部とを備え、軸心給油方式によりサイクロイド減速機構を潤滑する。図7は特許文献1に記載のオイルタンクを示す横断面図である。図7を参照して、サイクロイド減速機構101の軸線に沿って延びる潤滑油路103を設け、サイクロイド減速機構101の偏心部104に潤滑油供給口105を設ける。
そして、図示しない回転ポンプから吐出する潤滑油を潤滑油路103に供給して、潤滑油供給口105から潤滑油を外径方向へ噴射させることによりサイクロイド減速機構101を中心から潤滑するものである。サイクロイド減速機構101を潤滑した潤滑油は自然落下し、ケーシング106の下部(車両鉛直方向下側)に設けられた潤滑油排出口107を経て、オイルタンク108まで流下する。次に潤滑油は、オイルタンク108と接続する吸入油路109から回転ポンプ(図示せず)に吸入され、再び潤滑油路103に供給される。かくして潤滑油は、回転ポンプの吸入および吐出によって、インホイールモータ駆動装置の内部を循環する。
特許第4918051号公報
しかし、上記従来のような軸心給油方式によるインホイールモータ駆動装置にあっては、さらに改善すべき点があることを本発明者は見いだした。つまり車両が一定速度で前進走行する場合、潤滑油の油面は図7に二点鎖線Lで示すように水平であり、潤滑油排出口107および吸入油路109は完全に油面下にある。したがって潤滑油は滞りなく潤滑油排出口107を流下し、吸入油路109から回転ポンプに吸入され、回転ポンプがエアを吸い込むことはない。
ところが車両の急な加速時や坂道登攀時には、潤滑油の油面は図7に二点鎖線Mで示すように傾斜する。このように車両後方の油面が車両前方の油面よりも高くなるよう傾斜すると、潤滑油排出口107および吸入油路109は油面よりも上に現れてしまい、潤滑油排出口107における流下が途切れてしまい、吸入油路109からエアを吸い込んでしまう。そうすると、潤滑油供給口105から噴射される潤滑油が途切れてしまい、潤滑が不調になる。
特に急な加速時や坂道登攀時には、インホイールモータ駆動装置が出力するトルクが大きくなるとともに発熱量が多くなるため、大量の潤滑油を流すべきであるのに、上述したように潤滑油が途切れてしまうことは好ましくない。
インホイールモータ駆動装置は、車輪の内空領域という狭小な空間に配置されるため小型軽量でなければならず、余裕をみて大きくしたりすることができない。また潤滑油を増やすと、それに伴って潤滑油の撹拌抵抗および重量増という課題が新たに生じる。このため潤滑油を増やすことは好ましくない。
本発明は、上述の実情に鑑み、急な加速時や坂道登攀時であっても、エアの吸い込みを無くし、潤滑油を安定して供給することを目的とする。
この目的のため第1発明によるインホイールモータ駆動装置は、ハブ輪と、ハブ輪を駆動するモータ部と、モータ部およびモータ部の回転を減速してハブ輪に伝達する減速部の少なくとも一方を収容する筒状のケーシングと、ケーシングの下部に附設されたオイルタンクと、ケーシングを径方向に貫通するよう形成されてケーシング内部のオイルをオイルタンクに排出する排出口と、オイルタンクに貯留するオイルを吸入してケーシングに吐出するオイルポンプとを備え、ハブ輪の軸線と直交する水平方向を車両前後方向とすることを前提とする。そして排出口はハブ輪の軸線よりも車両後方に配置されることを特徴とする。
かかる本発明によれば、車両が急な加速度で前進する時、および坂道を登攀する時に、ケーシング内でオイルの油面が傾斜して、車両後方の油面が車両前方の油面よりも高くなっても、排出口は油面下に位置する。したがってケーシング内のオイルを排出口からオイルタンクに排出することができる。この結果、車両が急な加速度で前進する時、および坂道を登攀する時に、インホイールモータ駆動装置の潤滑が途切れることがない。
オイルタンクを有するケーシングは、モータ部および減速部の双方を収容するものであってもよいし、モータ部および減速部のいずれか一方を収容するものであってもよい。インホイールモータ駆動装置の中には、減速部を備えずモータ部でハブ輪を直接に駆動する直接駆動式もあるからである。なお車両が急な減速度で前進する時、および坂道を降下する時には、油面が前寄りになって車両前方の油面が車両後方の油面よりも高くなるが、この時インホイールモータ駆動装置は高トルクを出力せず、発熱も少ないので、潤滑が途切れても問題ない。オイルは例えば潤滑油であるが、冷却機能を有する冷却油、あるいは他の機能を有するオイルであってもよい。
本発明の一実施形態として、オイルタンクからオイルポンプの吸入口まで延びる吸入油路をさらに備え、吸入油路のうちオイルタンクと接続する側の端部開口が、軸線よりも車両後方に配置される。かかる実施形態によれば、車両が急な加速度で前進する時、および坂道を登攀する時に、オイルタンクでオイルの油面が傾斜して、車両後方の油面が車両前方の油面よりも高くなっても、吸入油路の端部開口は油面下に位置する。したがってオイルポンプは常にオイルを吸入することが可能となり、エアの吸い込みが防止される。
本発明の好ましい実施形態として、オイルタンクは軸線からみて車両後方寄りに配置される。かかる実施形態によれば、排出口ないし吸入油路の端部開口を軸線よりも車両後方に配置することが容易になる。なおオイルタンクは軸線からみて車両後方寄りに配置されるとは、オイルタンクが軸線よりも完全に車両後方に配置される場合と、オイルタンクの大部分が軸線よりも車両後方に配置されるとともに残りの一部が軸線よりも車両前方に配置され、オイルタンクが全体として車両後方寄りに偏って配置される場合を含むと理解されたい。他の実施形態として、オイルタンクは軸線からみて車両の前後方向に偏らないよう配置されつつ、排出口は軸線よりも車両後方に配置される。
第2発明によるインホイールモータ駆動装置は、ハブ輪と、ハブ輪を駆動するモータ部と、モータ部およびモータ部の回転を減速してハブ輪に伝達する減速部の少なくとも一方を収容する筒状のケーシングと、ケーシングの下部に付設されたオイルタンクと、ケーシングを径方向に貫通するよう形成されてケーシング内部のオイルをオイルタンクに排出する排出口と、オイルタンクに貯留するオイルを吸入してケーシングに吐出するオイルポンプと、オイルタンクからオイルポンプの吸入口まで延びる吸入油路と、オイルタンク内に設けられる板とを備え、ハブ輪の軸線と直交する水平方向を車両前後方向とすることを前提とする。そして板は、オイルタンクに貯留するオイルの油面を車両前方と車両後方に分割することを特徴とする。
かかる第2発明によれば、オイルタンクに貯留するオイルの油面が変化し難くなる。したがって、車両が急に加速を開始し、あるいは坂道の登攀を開始するなどの急激な挙動がある場合であっても、オイルの油面の過大な変動を抑制することができ、短時間であれば、管状端部の端部開口を油面下に保持することができる。オイルの油面を車両前方と車両後方に分割するには、板をハブ輪の軸線と略平行な姿勢で保持するとよい。なお板に依る分割は前方区画と後方区画を完全に遮断するものではなく、多少の隙間を必要とする。前方区画と後方区画の間でオイルの若干の流動を許容するためである。板を保持する実施形態として、例えば板とケーシングを一体形成する、あるいは板とオイルタンクの内壁面を一体形成する。いずれにせよ板はケーシングまたはオイルタンクに立設される。
本発明の一実施形態として、板は略鉛直な姿勢で保持される。かかる実施形態によれば、板が傾斜する姿勢で保持される場合よりもオイルの油面変化を効果的に抑制することができる。他の実施形態として、板が傾斜する姿勢で保持される。
本発明の一実施形態として、吸入油路のうちオイルタンクと接続する側の端部が、板に沿って形成される。かかる実施形態によれば、板によって分割された2区画からオイルを吸い込むことができる。したがって吸入油路の端部はオイルを途切れることなく吸い込むことができる。他の実施形態として、吸入油路の端部が板で隔てられた2区画のうちいずれか一方に配置される。
本発明の一実施形態として、吸入油路のうちオイルタンクと接続する側の端部が、オイルタンク側の開口までの距離に係わらず断面一定に形成される。
このように本発明によれば、エアの吸い込みが無くなり、潤滑油を安定して供給することができる。したがって急な加速時や坂道登攀時においても、充分な量のオイルをモータ部および/または減速部に流すことができ、モータ部および/または減速部の摩耗および温度上昇を防止することができる。
本発明の一実施形態になるインホイールモータ駆動装置を示す正面図であり、車幅方向外側(アウトボード側)からみた状態を表す。 同実施形態を示す縦断面図であり、インホイールモータ駆動装置の軸線を含む仮想平面で切断したものである。 同実施形態の減速部を示す横断面図である。 図1に表されるオイルタンクを破断して示す説明図である。 本発明の他の実施形態を示す縦断面図であり、潤滑油タンクを切断して表す。 他の実施形態のオイルタンクを示す横断面図であり、車幅方向外側(アウトボード側)からみた状態になる。 従来のオイルタンクを示す横断面図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態になるインホイールモータ駆動装置を示す正面図であり、車幅方向外側からみた状態を表す。図2は、同実施形態を示す縦断面図であり、インホイールモータ駆動装置の軸線を含む仮想平面で切断したものである。図3は、同実施形態の減速部を示す横断面図である。図4は、図1に表されるオイルタンクを破断して示す説明図である。
まず車両に設けられるインホイールモータ駆動装置につき説明すると、インホイールモータ駆動装置21は、懸架装置としてのショックアブソーバ11およびリンク部材12,13,14を介して、図示しない電気自動車の車体に取り付けられる。そしてインホイールモータ駆動装置21は、車体の車幅方向両側に形成される公知のホイールハウジングに、車輪18とともに収容される。そしてインホイールモータ駆動装置21は、車輪18を図1に太矢印で示す正方向に回転させることにより、車両を前方へ前進させる。
図1に示すように、車幅方向に延びるリンク部材12,13,14の車幅方向外側端は、車両前後方向に延びる枢軸12a,13a,14aを介して、インホイールモータ駆動装置21のブラケット15,16,17とそれぞれ連結する。リンク部材12,13,14は、車幅方向内側端を基端とし、車幅方向外側端を遊端として上下方向に揺動可能であり、これによりインホイールモータ駆動装置21は上下にバウンドおよびリバウンド可能とされる。上下方向に延びるショックアブソーバ11の下端はインホイールモータ駆動装置21のブラケット17と連結し、図示しない上端は車体と連結し、インホイールモータ駆動装置21のバウンドおよびリバウンドを吸収および減衰させる。
車輪18の軸線は、図1の紙面に直角な車幅方向に延びる。車輪18の軸線と一致するインホイールモータ駆動装置21の軸線Oも、車幅方向に延びる。車両前後方向は、軸線Oと直交する水平方向になる。軸線Oからみて車両の後方には潤滑油タンク53が配置される。潤滑油タンク53をインホイールモータ駆動装置21の後部に配置する理由については後で詳しく説明する。
図2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からの出力を車輪18に伝える車輪ハブ軸受部Cから構成される。そして、インホイールモータ駆動装置21の軸線方向に関し、モータ部A、減速部B、車輪ハブ軸受部Cの順に同軸配置される。
ケーシング22は、外径寸法が異なる筒状のモータ部ケーシング22aおよび減速部ケーシング22bを軸線方向に接続した筒状であって、インホイールモータ駆動装置21の外郭を構成する。モータ部Aは外径の大きなモータ部ケーシング22aに収容される。モータ部ケーシング22aの内空領域をモータ部収容空間Saという。減速部Bは外径の小さな減速部ケーシング22bに収容される。減速部ケーシング22bの内空領域を減速部収容空間Sbという。車輪ハブ軸受部Cは、転がり軸受になる車輪ハブ軸受33と、かかる車輪ハブ軸受33に回転自在に支持されるハブ輪32とを有する。ハブ輪32はインホイールモータ駆動装置21の軸線Oに沿って延びる。そしてハブ輪32の延在方向が車幅方向になる。ハブ輪32の先端部に形成されて外径方向に突出する車輪取付けフランジ32bには、ボルト32cを介して車輪18が固定される。インホイールモータ駆動装置21は車輪18の内空領域に配置され、車輪ハブ軸受部Cおよび減速部Bは車輪18の内空領域に収容される。これに対しモータ部Aの一部または全部が車輪18から車幅方向内側にはみ出す。
車輪18は、車幅方向に関し車両の最も外側に配置され、インホイールモータ駆動装置21よりも充分大きな外径を有して路面に接地する。これにより、車輪18の接地面からケーシング22までのクリアランスが確保される。
ケーシング22につき説明すると、ケーシング22のうちモータ部Aを収容する部位になるモータ部ケーシング22aは、インホイールモータ駆動装置21の中で最も外径が大きく、軸線Oを中心とする中空円筒壁を含む。ケーシング22のうち減速部Bを収容する部位になる減速部ケーシング22bは、次に外径が大きく、軸線Oを中心とする中空円筒壁を含む。ケーシング22の軸線方向部位のうちモータ部A側にある軸線方向端(インボード側ともいう)には、モータカバー22dが取付固定される。モータカバー22dは、ケーシング22の一部になる円板形状の壁部材であって、モータ部ケーシング22aの軸線方向一方側開口を封止する。モータ部Aと減速部Bとの間には隔壁22eが設けられる。隔壁22eは、ケーシング22の一部になる円板形状部分であって、モータ部ケーシング22aの軸線方向他方側(アウトボード側ともいう)端部と連続するように形成されて、モータ部収容空間Saと減速部収容空間Sbを仕切る。なおケーシング22の軸線方向端に固定される車輪ハブ軸受部Cの外輪部材33gは、減速部ケーシング22bよりも外径が小さい。
モータ部Aは、モータ部ケーシング22aの内周面に固定されるステータ23と、ステータ23の内側に径方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータ24と、ロータ24の内側に連結固定されてロータ24と一体回転するモータ回転軸35とを備えるラジアルギャップモータである。ステータ23にはコイル23cが巻回される。ロータ24は、中央に貫通孔を有する複数枚の円盤を積層してなる中空円筒形状のロータ本体24aと、モータ回転軸35の外周から径方向外側に突出するよう形成されるとともにロータ本体24aの内周に固定されて、ロータ本体24aをモータ回転軸35の軸線方向中央部に支持する円筒形状のロータ支持体24bとを有する。減速部Bとは反対側に位置するモータ回転軸35の軸線方向端は、転がり軸受36aを介してモータカバー22dの中心部に回転自在に支持されている。減速部B側に位置するモータ回転軸35の軸線方向端は、隔壁22eの中心孔に通されて、転がり軸受36bを介して隔壁22eの中心孔に回転自在に支持されている。さらにモータ回転軸35の両端部のうち、減速部Bに近い側にある他端部は、減速部Bの入力軸25と、例えばセレーション嵌合によって連結固定される。モータ部Aのモータ回転軸35および減速部Bの入力軸25は、略水平な軸線Oに沿って延び、一体回転することから、モータ回転軸35および入力軸25の組立体はモータ側回転部材と呼ばれる。
減速部Bは、サイクロイド減速機構であって、その内部に入力軸25と、モータ回転軸35から遠い側にある入力軸25の端部に偏心して設けられた2個の偏心部材25a,25bと、内周が偏心部材25a,25bの外周に相対回転可能に取り付けられ、入力軸25の回転に伴って回転軸線を中心とする公転運動を行う公転部材としての曲線板26a,26bと、波形状にされた曲線板26a,26bの外周部に係合して曲線板26a,26bの自転運動を生じさせる外周係合部材としての複数の外ピン27と、曲線板26a,26bの自転のみを取り出して出力軸28に伝達する運動変換機構と、かかる自転であって減速部Bで減速された回転を車輪ハブ軸受部Cに出力する出力軸28と、偏心部材25a,25bにそれぞれ隣接する位置で入力軸25に取り付けられたカウンタウェイト29とを有する。また、減速部Bは、後述する潤滑油回路により、潤滑油を供給される。なお潤滑油は潤滑性能に優れたオイルである。
入力軸25は、モータ部A側の一端が減速部B内で転がり軸受36cによって支持され、車輪ハブ軸受部C側の他端が減速部B内で転がり軸受36dによって支持される。また入力軸25は、モータ部A側の一端がモータ回転軸35の軸線方向端と嵌合する。入力軸25の端部に一体形成された偏心部材25a,25bは、軸線Oから偏心して取り付けられた円盤形状の偏心部材である。さらに、2つの偏心部材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、180°位相を変えて設けられている。
モータ回転軸35および入力軸25と同軸配置された出力軸28は、減速部Bから車輪ハブ軸受部Cまで延び、軸線Oに沿って延びる軸部28bと、この軸部28bの減速部Bに近い側にある端部に形成されたフランジ部28aとを有する。出力軸28の端部に形成されたフランジ部28aは、入力軸25のアウトボード側軸線方向端と突き合わせて配置される。フランジ部28aには中心穴が形成され、かかる中心穴は、入力軸25のアウトボード側軸線方向端を受け入れるとともに、転がり軸受36dを介して入力軸25のアウトボード側軸線方向端を相対回転自在に支持する。またフランジ部28aの端面には、出力軸28の回転軸線である軸線Oを中心とする円周に沿って、内ピン31を固定する穴が等間隔に複数形成されている。これらの穴は、出力軸28の軸線Oと平行に延在する。軸部28bの外周面には、車輪ハブ軸受部Cのハブ輪32が嵌合する。
またフランジ部28aは、環状段差を伴い、減速部B側の軸線方向端部が大径に形成され、軸部28b側部分が小径に形成される。かかる小径部分の外周面は転がり軸受36fを介して、後述する外ピン保持部45の車輪ハブ軸受部C側の軸線方向端部の内周面に支持される。
図3を参照して、曲線板26b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、一方側端面から他方側端面に貫通する複数の貫通孔30a,30bを有する。貫通孔30aは、曲線板26bの中心(自転軸心)とする円周上に等間隔に複数個設けられており、後述する内ピン31を受入れる。また、貫通孔30bは、自転軸心に設けられており、偏心部材25bの外周面を同心円となるように保持する。
曲線板26bは、転がり軸受41によって偏心部材25bに対して回転自在に支持されている。この転がり軸受41は、偏心部材25bの外周面に嵌合し、その外周面に内側軌道面42aを有する内輪部材42と、曲線板26bの貫通孔30bの内周面に直接形成された外側軌道面43と、内側軌道面42aおよび外側軌道面43の間に配置される複数の円筒ころ44と、隣り合う円筒ころ44の間隔を保持する保持器(図示省略)とを備える円筒ころ軸受である。あるいは深溝玉軸受であってもよい。内輪部材42は、転動体になる円筒ころ44が転走する内輪部材42の内側軌道面42aを軸線方向に挟んで向かい合う1対の鍔部42fをさらに有し、円筒ころ44を1対の鍔部42f,42f間に保持する。
外ピン27は、入力軸25の回転軸線である軸線Oを中心とする円周軌道上に等間隔に設けられる。外ピン27は、軸線Oと平行に延び、その両端が、ケーシング22のうち減速部Bを収容するモータ部収容空間Saの内壁面に嵌合固定されている外ピン保持部45に保持されている。より具体的には、外ピン27の軸線方向両端部を外ピン保持部45に取り付けられた針状ころ軸受27aによって回転自在に支持されている。
曲線板26a,26bが入力軸25の回転軸線である軸線Oを中心に公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン27とが係合して、曲線板26a,26bに自転運動を僅かに生じさせる。また外ピン27の両端に設けられた針状ころ軸受27aにより、外ピン27が曲線板26a,26bの外周面に当接する際、曲線板26a,26bとの摩擦抵抗が低減される(図2参照)。
カウンタウェイト29(図2参照)は、軸線方向からみると円板状で、円板中心から外れた位置に入力軸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、各偏心部材25a,25bに隣接する位置に偏心部材と180°位相を変えて配置される。
運動変換機構は、出力軸28のフランジ部28aに植設された内側係合部材としての複数の内ピン31と、曲線板26a,26bに設けられた複数の貫通孔30aとで構成される。内ピン31は、出力軸28の回転軸線になる軸線Oを中心とする円周軌道上に等間隔に設けられており、出力軸28の軸線Oと平行に延び、内ピン31の基端が出力軸28に固定されている。また内ピン31の外周には中空円筒体および針状ころからなる針状ころ軸受31aが設けられている。かかる針状ころ軸受31aにより、内ピン31が曲線板26a,26bの貫通孔30aの孔壁面に当接する際、曲線板26a,26bとの摩擦抵抗が低減される。貫通孔30aの内径は、針状ころ軸受31aの中空円筒体の外径よりも十分に大きく、曲線板26が公転する際に中空円筒体は貫通孔30aの孔壁面に沿って転がりながら移動する。針状ころ軸受31aは内ピン31に含まれると考えてもよい。
図2に示すように、各内ピン31の先端には、内ピン31を補強する内ピン補強部材31bが圧入で連結固定されている。内ピン補強部材31bは、複数の内ピン31先端同士を連結する円環形状のフランジ部31cと、フランジ部31cの内径部と結合し内ピン31から離れるよう軸線方向に延びる円筒形状の筒状部31dとを含む。複数の内ピン31を補強する内ピン補強部材31bは、曲線板26a,26bから一部の内ピン31に負荷された荷重を全ての内ピン31に均一に分散する。フランジ部31cは環状段差を伴い、筒状部31d側の径寸法が小さく、内ピン31側の径寸法が大きく形成され、軸線方向中間部分が筒状に形成されている。フランジ部31cの軸線方向中間部分は、その内周面で転がり軸受36cを支持し、その外周面で転がり軸受36eに支持される。転がり軸受36eは外ピン保持部45のモータ部A側の軸線方向端部の内周面に支持される。
内ピン31は、曲線板26a,26bのうち外周部と入力軸25の軸線Oとの間の径方向部位に設けられた貫通孔30aを貫通する。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る。また、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。)より所定分大きく設定されている。したがって、曲線板26a,26bに設けられた貫通孔30aを貫通して延びる内ピン31は、貫通孔30aとそれぞれ係合する内側係合部材になる。
内ピン補強部材31bの筒状部31dは、潤滑油ポンプ51と駆動結合する。複数の内ピン31が出力軸28とともに回転すると、内ピン31に連れ回される筒状部31dが潤滑油ポンプ51を駆動する。ケーシング22の内部に設けられる潤滑油ポンプ51は、モータ部Aの出力によって駆動され、インホイールモータ駆動装置21の内部に潤滑油を循環させる。
車輪ハブ軸受部Cは、出力軸28に連結固定されたハブ輪32と、ハブ輪32をケーシング22に対して回転自在に保持する車輪ハブ軸受33とを備える。車輪ハブ軸受33は複列アンギュラ玉軸受であって、その内輪部材33nがハブ輪32の外周面に嵌合固定される。車輪ハブ軸受33の外輪部材33gは、ケーシング22のうち減速部ケーシング22bの軸線方向端に固定される。ハブ輪32は、出力軸28の軸部28bと結合する円筒形状の中空部32aと、中空部32aのうち減速部Bから遠い側の端部に形成される車輪取付けフランジ32bとを有する。車輪取付けフランジ32bにはボルト32cによって図示しない車輪が連結固定される。
上記構成のインホイールモータ駆動装置21の作動原理を詳しく説明する。
モータ部Aは、ステータ23のコイル23c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、永久磁石または磁性体によって構成されるロータ24が回転する。
これにより、ロータ24に接続されたモータ回転軸35は回転を出力し、モータ回転軸35および入力軸25が回転すると、曲線板26a,26bは入力軸25の軸線Oを中心として公転運動する。このとき、外ピン27が、曲線板26a,26bの曲線形状の波形と転がり接触するよう係合して、曲線板26a,26bを入力軸25の回転とは逆向きに自転運動させる。
図3に示すように、貫通孔30aに挿通される内ピン31および針状ころ軸受31aの中空円筒体は、貫通孔30aの内径よりも十分に細く、曲線板26a,26bの自転運動に伴って貫通孔30aの孔壁面と当接する。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の自転運動のみが出力軸28を介して車輪ハブ軸受部Cに伝達される。かくして、貫通孔30aおよび内ピン31は運動変換機構としての役目を果たす。
この運動変換機構を介して、入力軸25と同軸に配置された出力軸28は、曲線板26a,26bの自転を減速部Bの出力として取り出す。この結果、入力軸25の回転が減速部Bによって減速されて出力軸28に伝達される。したがって、低トルク、高回転型のモータ部Aを採用した場合でも、車輪の駆動に必要なトルクを伝達することが可能となる。
なお、上記構成の減速部Bの減速比は、外ピン27の数をZ、曲線板26a,26bの波形の数をZとすると、(Z−Z)/Zで算出される。図3に示す実施例では、Z=12、Z=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サイクロイド減速機構を減速部Bに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。
次に図2を参照して潤滑油回路につき説明すると、モータ部ケーシング22aの下部には潤滑油タンク53が附設される。潤滑油タンク53は、箱状であって側壁および底壁を有し、モータ部ケーシング22aの外周よりも径方向外側へ突出する。またモータ部収容空間Saの底部には、モータ部ケーシング22aを径方向に貫通して上下に延びる孔である排出口61が形成される。これにより排出口61はモータ部収容空間Saと潤滑油タンク53を接続する。排出口61は、図4に示すように軸線Oからみて車両後方に配置される。この理由については後で詳しく説明する。
説明を図2に戻すと、ケーシング22のうちモータ部Aと減速部Bとの境界になる隔壁22eには、前述した潤滑油ポンプ51が設けられている。潤滑油ポンプ51は、軸線Oと同軸に配置され、内ピン補強部材31bによって駆動される。潤滑油タンク53に貯留した潤滑油を潤滑油ポンプ51が吸入するため、隔壁22eおよびモータ部ケーシング22aの壁厚内部に吸入油路が設けられる。
吸入油路は、管状端部52s、水平部分52t、および上下部分52uからなり、この順序で直列接続して延びる1本の通路であり、潤滑油タンク53から潤滑油ポンプ51の吸入口まで延びる。このため管状端部52s、水平部分52t、および上下部分52uをまとめて吸入油路52と呼ぶ場合がある。
具体的には図2に示すように、吸入油路の管状端部52sは潤滑油タンク53の内部に設けられて上下に傾斜して延びる。管状端部52sの下端が潤滑油タンク53内で開口する。潤滑油タンク53の底壁上面になる底面67は、図4に示すように車両の後方から前方に向かって徐々に高くなるよう傾斜する。そして管状端部52sの下端開口は、車両の後方の最も低い底面67と対面する。
説明を図2に戻して、吸入油路の水平部分52tは、モータ部ケーシング22aを構成する中空円筒壁の下部に形成されて、モータ部ケーシング22aの内外周面間で軸線Oと平行に延びる。水平部分52tのうちモータカバー22dに近い側(インボード側)の一端が管状端部52sの上端と接続する。吸入油路の上下部分52uは、水平部分52tの他端(アウトボード側)から上方へ延び、隔壁22eを構成する円板の両壁面間に形成される。上下部分52uの上端が潤滑油ポンプ51の吸入口と接続する。
吐出油路54は、隔壁22eを構成する円板壁の両壁面間に形成されて上下方向に延び、その下端で潤滑油ポンプ51の吐出口と接続し、その上端でモータ部ケーシング22aに形成されたケーシング油路55の一端と接続する。
ケーシング油路55は、モータ部ケーシング22aを構成する中空円筒壁の上部に形成されて、モータ部ケーシング22aの内外周面間で軸線Oと平行に延び、隔壁22eからモータカバー22dまで延びる。ケーシング油路55のモータカバー22d側の端部は、連絡油路56の上端と接続する、連絡油路56は、ケーシング22のモータカバー22dの壁厚内部に形成されて、上下方向に延びる。連絡油路56の下端は、出力軸カバー油路57を介して、モータ回転軸35に設けられるモータ回転軸油路58aと接続する。
出力軸カバー油路57は、ケーシング22の一部になる出力軸カバー22fに設けられる。出力軸カバー22fは、モータ回転軸35の一端と対向位置される略円板状の壁部材である。そして出力軸カバー油路57は出力軸カバー22fの壁厚内部に形成される。固定側になる出力軸カバー油路57の一端と、回転側になるモータ回転軸油路58aの一端は、軸線Oに沿って配置され、僅かな隙間を介して対面する。かかる隙間は転がり軸受36aと接続する。
モータ回転軸油路58aは、モータ回転軸35の内部に設けられて軸線Oに沿って延びる。そして、モータ回転軸油路58aの減速部Bに近い側の一端が、入力軸25に設けられて軸線Oに沿って延びる減速部入力軸油路58bと接続する。また、モータ回転軸油路58aの減速部Bから遠い側(インボード側)の一端が、上述した出力軸カバー油路57と接続する。さらにモータ回転軸油路58aは、途中の軸線方向中央部でロータ油路64の内径側端と接続する。
減速部入力軸油路58bは、入力軸25の内部に設けられて、入力軸25の両端間を軸線Oに沿って延びる。出力軸28のフランジ部28aと対向する一端には、潤滑油孔60が設けられる。潤滑油孔60は、減速部入力軸油路58bの断面よりも小径の孔であり、通過する潤滑油の流量を規制して、減速部入力軸油路58bの一端と転がり軸受36dとを連通する。モータ回転軸油路58aおよび減速部入力軸油路58bは連続して延び1本の直線を構成することから、これらをまとめて軸線油路58とも呼ぶ。軸線油路はモータ側回転部材に1本のみ設けられる。
減速部入力軸油路58bは、偏心部材25a内を径方向外側に向かって延びる潤滑油路59aと、偏心部材25b内を径方向外側に向かって延びる潤滑油路59bとに分岐する。潤滑油路59a,59bは同一構成であるため、代表的に潤滑油路59bを説明すると、図3を参照して、潤滑油路59bは偏心部材25bの偏心方向、つまり軸線Oから偏心部材25bの外周面に最も遠い方向と、偏心部材25bの反偏心方向、つまり軸線Oから偏心部材25bの外周面に最も近い方向と、にそれぞれ直線状に延びる。潤滑油路59bの外径側端は、偏心部材25bの外周面に沿って形成された環状溝62と接続する。環状溝62は、偏心部材25bの外周面と内輪部材42の内周面との間に配置されており、内輪部材42に穿設された複数の潤滑油孔63と接続する。潤滑油孔63は内輪部材42の内周面から内側軌道面42aまで貫通する。潤滑油孔63の周方向位置は、例えば偏心部材25bの偏心方向と、この偏心方向から一方および他方に45°離れた位置にされる。これにより潤滑油孔63を、転がり軸受41の軸受荷重が0になる無負荷領域に配置することができる。環状溝62および潤滑油孔63は潤滑油路59bに含まれると理解されたい。
図2を参照して、ロータ24には、ロータ油路64が設けられる。ロータ油路64は、モータ回転軸油路58aから分岐する油路であり、ロータ支持体24bの内部に形成されて径方向に延び、ロータ本体24aまで達する。本実施形態では、ロータ油路64がロータ支持体24bの直径に沿って延びる。つまりロータ支持体24bは、その半径に沿って延びる2本のロータ油路64を有する。
隔壁22eには、隔壁22eを貫通して減速部収容空間Sbの底部からモータ部収容空間Saまで延びるリターン孔66が形成される。リターン孔66は、吸入油路の上下部分52uを回避するように、インホイールモータ駆動装置21の周方向に間隔を空けて複数本設けられる。本実施形態のリターン孔66は、中空円筒壁に形成される減速部ケーシング22bの下部の内周面に隣接して複数本設けられ、このうち少なくとも1本が、軸線Oよりも車両後方に設けられる。
モータ部収容空間Saの底部には軸線方向に延びる溝65が設けられる。溝65はステータ23よりも外径側に配置され、潤滑油を排出口61へ導く。
潤滑油回路の作用につき説明すると、内ピン補強部材31bを介して出力軸28によって駆動される潤滑油ポンプ51は、図2に矢印で示すように、吸入油路52を介して潤滑油タンク53に貯留した潤滑油を吸入し、吐出油路54に潤滑油を吐出する。潤滑油は、潤滑油ポンプ51によって加圧され、吐出油路54からケーシング油路55と、連絡油路56と、出力軸カバー油路57とを流れる。そして潤滑油の一部が転がり軸受36aを潤滑してモータ部収容空間Saへ向かい、残部が軸線油路58に流入する。
図2に矢印で示すように、モータ回転軸油路58aを流れる潤滑油は、一部がロータ油路64に流入し、ロータ24の外周面から外径方向に噴射されて、ステータ23に向かい、ロータ24およびステータ23を潤滑および冷却する。次に潤滑油は、モータ部収容空間Saの底部へ向かい、溝65に集まって、排出口61を経て潤滑油タンク53に還流する。
またモータ回転軸油路58aを流れる潤滑油の残部は、減速部入力軸油路58bに流入する。そして減速部入力軸油路58bを流れる潤滑油の一部が、潤滑油路59a、59bにそれぞれ分岐して流れ、環状溝62を経由して潤滑油孔63から内側軌道面42aに噴射される。かかる潤滑油は、偏心部材25aに設けられた転がり軸受41と、偏心部材25bに設けられた転がり軸受41とをそれぞれ潤滑および冷却する。潤滑油は遠心力の作用によって減速部Bの外径方向へ流れ、減速部収容空間Sbにおいて曲線板26a,26bの表面と、内ピン31と貫通孔30aの孔壁面との当接箇所と、針状ころ軸受31aと、外ピン27と曲線板26a,26bの波状外周面との係合箇所と、針状ころ軸受27aとを順次潤滑および冷却する。かかる軸心給油方式により潤滑油は、減速部Bを好適に潤滑および冷却する。
また減速部入力軸油路58bを流れる潤滑油の残部は、潤滑油孔60からフランジ部28aに向かって噴射されて転がり軸受36dを潤滑し、減速部収容空間Sbに流入する。潤滑油路59a,59bおよび潤滑油孔60から減速部収容空間Sbに流入した潤滑油は、減速部収容空間Sbの下部に貯留し、リターン孔66と、モータ部収容空間Saの底部と、溝65を順次経由し、排出口61を経て潤滑油タンク53に還流する。
ところで本実施形態によれば、図4に示すように排出口61はハブ輪32の軸線Oよりも車両の後方に配置される。これにより車両が急な加速度で前進する時、および坂道を登攀する時に、モータ部収容空間Saで潤滑油の油面がMで示すように傾斜して、車両後方の油面が車両前方の油面よりも高くなっても、排出口61は油面下に位置する。したがってモータ部収容空間Saの潤滑油を排出口61から潤滑油タンク53に排出することができる。この結果、車両が急な加速度で前進する時、および坂道を登攀する時に、インホイールモータ駆動装置21の潤滑が途切れることがない。
また本実施形態は図2に示すように吸入油路52をさらに備え、図4に示すように吸入油路52のうち潤滑油タンク53と接続する管状端部52sの端部開口が、軸線Oよりも車両の後方に配置される。これにより車両が急な加速度で前進する時、および坂道を登攀する時に、潤滑油タンク53で潤滑油の油面がMで示すように傾斜して、車両の後方の油面が前方の油面よりも高くなっても、管状端部52sの端部開口は油面下に位置する。したがって潤滑油ポンプ51は常に潤滑油を吸入することが可能となり、エアの吸い込みが防止される。この結果、車両が急な加速度で前進する時、および坂道を登攀する時に、インホイールモータ駆動装置21の潤滑が途切れることがない。
また本実施形態の潤滑油タンク53は、図4に示すように軸線Oからみて車両後方寄りに配置される。これにより排出口61ないし管状端部52sを軸線Oよりも車両の後方に配置することが容易になる。
次に本発明の他の実施形態を説明する。図5は本発明の他の実施形態を示す縦断面図であり、潤滑油タンクを切断して表す。図6は、他の実施形態のオイルタンクを示す横断面図であり、車幅方向外側からみた状態になる。他の実施形態につき、前述した実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について以下に説明する。他の実施形態では図5に示すように、潤滑油タンク53に段付きの底面68,69を設ける。高い方の底面68は減速部Bに近い側に配置され、低い方の底面69はモータカバー22dに近い側に配置される。低い方の底面69は管状端部52sの端部開口と対面する。これにより底面69は潤滑油回路の中で最も低くなり、潤滑油が重力の作用で自然に底面69に集まって、管状端部52sの端部開口から吸い込まれる。
潤滑油タンク53内には板71が設けられる。板71は筒状のモータ部ケーシング22a下部から垂れ下がるように広がり、軸線Oと平行である。特に図6に示す実施形態の板71は、軸線Oを含む仮想平面に一致する。さらに板71は鉛直な姿勢で保持される。また板71はモータ部ケーシング22aと一体形成される。
板71の下縁は、潤滑油タンク53の段付きの底面68,69に対応して、2段階に形成される。そして板71の高い方の下縁72は隙間を介して底面68と対向し、板71の低い方の下縁73は、底面68よりも低く、隙間を介して底面69と対向する。板71の軸線方向両端部は、図5に示すように、隙間を介してオイルタンクの側壁面と対向する。かくして板71は図6に示すように、潤滑油タンク53を前方区画および後方区画に分割する。ただし板71は潤滑油タンク53を完全に分断するものではない。潤滑油は、板71と潤滑油タンク53の側壁の内壁面との隙間(図5)を経由して、また板71の下縁72,73と潤滑油タンク53の底壁の底面68,69との隙間(図5)を経由して、一方の区画から他方の区画に少しずつ流動することができる。
板71には管状端部52sが一体形成される。管状端部52sは板71の板厚よりも太い。管状端部52sの端部開口は板71の低い方の下縁73よりも下方に配置される。管状端部52sの端部開口は、上述した潤滑油タンク53の前方区画および後方区画の双方から潤滑油を吸い込むことができる。
ここで附言すると、排出口61の下端は図5に示すように板71の上縁と接続するとよい。これにより、排出口61を流下する潤滑油が板71で分割され、潤滑油タンク53の前方区画および後方区画の双方に流入する。
ところで図5および図6に示す実施形態によれば、潤滑油タンク53内で、ハブ輪32の軸線Oと略平行な姿勢で保持される板71を備え、板71は潤滑油タンク53内で潤滑油の油面を分割する。これにより潤滑油の油面が変化し難くなる。したがって図5および図6に示す実施形態において、車両が急に加速を開始し、あるいは坂道の登攀を開始する場合であっても、潤滑油の油面が唐突に傾斜することがなく、短時間であれば、管状端部52sの端部開口を油面下に保持することができる。
また図5および図6に示す実施形態の板71は略鉛直な姿勢で保持されることから、傾斜する姿勢で保持される場合よりも潤滑油の油面変化を効果的に抑制することができる。
また図5および図6に示す実施形態の管状端部52sは、板71に沿って形成されることから、板71によって分割された2区画から潤滑油を吸い込むことができる。したがって管状端部52sは潤滑油を連続して吸い込むことができる。
本実施形態においては、モータ部Aのモータ部ケーシング22aに固定されるステータ23と、ステータ23の内側に径方向の隙間を空けて対面する位置に配置されるロータ24とを備えるラジアルギャップモータを採用した例を示したが、これに限ることなく、任意の構成のモータを適用可能である。例えばステータとロータとが軸線方向に開いた隙間を介して対向配置されるアキシアルギャップモータであってもよい。モータ部Aに採用されるモータは埋込磁石型同期モータ(すなわちIPMモータ)がよい。
さらに、この発明に係るインホイールモータ駆動装置21においては、サイクロイド式の減速機を採用した例を示したが、これに限ることなく、遊星減速機、2軸並行減速機、その他の減速機を適用可能であり、また、減速機を採用しない、所謂ダイレクトモータタイプであってもよい。
以上、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
この発明になるインホイールモータ駆動装置は、電気自動車およびハイブリッド車両において有利に利用される。
18 車輪、 21 インホイールモータ駆動装置、
22 ケーシング、 22a モータ部ケーシング、
22b 減速部ケーシング、 22d モータカバー、 22e 隔壁、
22f 出力軸カバー、 23 ステータ、 23c コイル、
24 ロータ、 24a ロータ本体、 24b ロータ支持体、
25 入力軸、 25a,25b 偏心部材、 26a,26b 曲線板、
27 外ピン、 28 出力軸、 31 内ピン、
31b 内ピン補強部材、 31d 筒状部、
32 ハブ輪、 33 車輪ハブ軸受、 35 モータ回転軸、
45 外ピン保持部、 51 潤滑油ポンプ、 52 吸入油路、
52s 管状端部、 52t 水平部分、 52u 上下部分、
53 潤滑油タンク、 54 吐出油路、 55 ケーシング油路、
56 連絡油路、 57 出力軸カバー油路、 58 軸線油路、
58a モータ回転軸油路、 58b 減速部入力軸油路、
59a,59b 潤滑油路、 60,63 潤滑油孔、 61 排出口、
62 環状溝、 64 ロータ油路、 66 リターン孔、
67,68,69 底面、 71 板、 72,73 縁、 A モータ部、 B 減速部、 C 車輪ハブ軸受部、 L,M 油面、
O 軸線Sa モータ部収容空間、 Sb 減速部収容空間。

Claims (6)

  1. ハブ輪と、
    前記ハブ輪を駆動するモータ部と、
    前記モータ部および前記モータ部の回転を減速して前記ハブ輪に伝達する減速部の少なくとも一方を収容する筒状のケーシングと、
    前記ケーシングの下部に附設されたオイルタンクと、
    前記ケーシングを径方向に貫通するよう形成されてケーシング内部のオイルを前記オイルタンクに排出する排出口と、
    前記オイルタンクに貯留するオイルを吸入して前記ケーシングに吐出するオイルポンプとを備え、
    前記ハブ輪の軸線と直交する水平方向を車両前後方向とするインホイールモータ駆動装置において、
    前記排出口は、前記ハブ輪の軸線よりも車両後方に配置されることを特徴とする、インホイールモータ駆動装置。
  2. 前記オイルタンクから前記オイルポンプの吸入口まで延びる吸入油路をさらに備え、
    前記吸入油路のうち前記オイルタンクと接続する側の端部開口が、前記軸線よりも車両後方に配置される、請求項1に記載のインホイールモータ駆動装置。
  3. 前記オイルタンクは前記軸線からみて車両後方寄りに配置される、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. ハブ輪と、
    前記ハブ輪を駆動するモータ部と、
    前記モータ部および前記モータ部の回転を減速して前記ハブ輪に伝達する減速部の少なくとも一方を収容する筒状のケーシングと、
    前記ケーシングの下部に付設されたオイルタンクと、
    前記ケーシングを径方向に貫通するよう形成されてケーシング内部のオイルを前記オイルタンクに排出する排出口と、前記オイルタンクに貯留するオイルを吸入して前記ケーシングに吐出するオイルポンプと、前記オイルタンクから前記オイルポンプの吸入口まで延びる吸入油路と、
    前記オイルタンク内に設けられる板とを備え、
    前記ハブ輪の軸線と直交する水平方向を車両前後方向とするインホイールモータ駆動装置において、
    前記板は、オイルタンクに貯留するオイルの油面を車両前方と車両後方に分割することを特徴とする、インホイールモータ駆動装置。
  5. 前記板は略鉛直な姿勢で保持される、請求項4に記載のインホイールモータ駆動装置。
  6. 前記吸入油路のうち前記オイルタンクと接続する側の端部が、前記板に沿って形成される、請求項4または5に記載のインホイールモータ駆動装置。
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