JP2016097771A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ回転軸と減速機入力軸とのスプライン嵌合部に充填された半固体潤滑剤の漏洩を抑制し、高品質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】 モータ部と、減速機部と、車輪用軸受部と、モータ部および減速機部を収容するケーシングとを備え、モータ部のモータ回転軸２４の回転を減速機部の減速機入力軸２５に伝達し、その減速機入力軸２５の回転を減速機部のサイクロイド減速機で減速して車輪用軸受部に伝達するインホイールモータ駆動装置であって、サイクロイド減速機は、弾性支持機能を有する回り止め手段によってフローティング状態でケーシングに支持された構造をなし、モータ回転軸２４と減速機入力軸２５とをすきま嵌めでスプライン嵌合し、そのスプライン嵌合部７０に半固体潤滑剤７１を充填し、スプライン嵌合部７０の両端部にシール手段としてのＯリング７２およびリング状部材７３を設ける。【選択図】 図７

Description

本発明は、例えば、電動モータの出力軸と車輪用軸受とを減速機を介して連結した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、特許文献１に開示された構造のものがある。この特許文献１に開示されたインホイールモータ駆動装置は、モータにより駆動力を発生させるモータ部と、車輪に接続される車輪用軸受部と、モータ部と車輪用軸受部との間に配置され、モータの回転を減速機により減速して車輪用軸受部に伝達する減速機部とを備えている。モータおよび減速機がケーシングに収容されている。このケーシングは、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。

前述の構成からなるインホイールモータ駆動装置において、装置のコンパクト化の観点から、モータ部には低トルクで高回転の小型モータが採用されている。一方、車輪用軸受部で車輪を駆動するために大きなトルクが必要となることから、減速機部には、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。

このサイクロイド減速機は、一対の偏心部を有し、モータ部のモータ回転軸の回転が伝達される減速機入力軸と、この減速機入力軸の偏心部の外周に回転自在に保持された一対の曲線板と、その曲線板の外周面に係合して曲線板に自転運動を生じさせる複数の外ピンと、曲線板の貫通孔の内周面に係合して曲線板の自転運動を減速機出力軸に伝達する複数の内ピンとで主要部が構成されている。

このインホイールモータ駆動装置では、モータ部および減速機部に潤滑油を供給する潤滑機構が設けられている。潤滑機構は、モータ部に設けられ、潤滑油を圧送する回転ポンプと、ケーシングの下部に設けられ、潤滑油を貯溜する油タンクと、モータ部、減速機部およびケーシングに設けられた油路とを備え、潤滑油がモータ部および減速機部の内部を循環する構造を有する。

減速機部のサイクロイド減速機は、弾性支持機能を有する回り止め手段によってフローティング状態でケーシングに支持された構造をなす。このフローティング構造により、車両の旋回や急加減速などによって生じる大きなラジアル荷重やモーメント荷重を吸収することにより、サイクロイド減速機で発生する振動がインホイールモータ駆動装置全体へ伝達されることを抑制するようにしている。

このように、サイクロイド減速機をフローティング構造としているため、モータ部のモータおよび減速機部のサイクロイド減速機のアライメントを維持することが困難となっている。そのため、モータ部のモータ回転軸と減速機部の減速機入力軸とをスプライン嵌合させた構造において、スプラインの嵌め合いをすきま嵌めとしている。

このようなすきま嵌めによりスプライン嵌合構造とすることで、モータ回転軸と減速機入力軸とを軸方向に摺動可能に連結している。また、モータ回転軸と減速機入力軸とのスプライン嵌合構造では、潤滑機構において、モータ回転軸の油路と減速機入力軸の油路とを連通させた軸芯給油構造としている。

特開２０１３−１４８１９８号公報

ところで、前述したように、従来のインホイールモータ駆動装置では、弾性支持機能を有する回り止め手段によってフローティング状態でケーシングに支持された構造をなすサイクロイド減速機を採用している。このように、サイクロイド減速機がフローティング構造となっているため、モータ部のモータおよび減速機部のサイクロイド減速機のアライメントを維持することが困難となっている。

そのため、モータ部のモータ回転軸と減速機部の減速機入力軸とをスプライン嵌合させた構造では、スプラインの嵌め合いをすきま嵌めとすることで、モータ回転軸と減速機入力軸とを軸方向に摺動可能に連結している。このようなすきま嵌めによるスプライン嵌合構造では、運転時のサイクロイド減速機に発生する軸方向の振動によって、モータ回転軸に対して減速機入力軸が軸方向に摺動し、スプライン歯面の摩耗が発生する。

このサイクロイド減速機のフローティング構造に基づくスプライン歯面の摩耗を抑制する手段として、モータ回転軸と減速機入力軸とのスプライン嵌合部に、グリース等の半固体潤滑剤を塗布するようにしている。このように、スプライン嵌合部に半固体潤滑剤を充填することにより、モータ回転軸に対する減速機入力軸の摺動抵抗を低減し、スプライン歯面の摩耗を抑制するようにしている。

一方、モータ回転軸と減速機入力軸とのスプライン嵌合構造により、潤滑機構において、モータ回転軸の油路と減速機入力軸の油路とを連通させた軸芯給油構造としている。この軸芯給油構造において、モータ回転軸の油路から減速機入力軸の油路への潤滑油の流れに対して、スプライン嵌合部が下流側に位置するため、そのスプライン嵌合部に充填された半固体潤滑剤が潤滑油によって洗い流されて保持することが困難となる。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、モータ回転軸と減速機入力軸とのスプライン嵌合部に充填された半固体潤滑剤の漏洩を抑制することにより、高品質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にある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、モータ部と、減速機部と、車輪用軸受部と、モータ部および減速機部を収容するケーシングとを備え、モータ部のモータ回転軸の回転を減速機部の減速機入力軸に伝達し、その減速機入力軸の回転を減速機部のサイクロイド減速機で減速して車輪用軸受部に伝達するインホイールモータ駆動装置であって、サイクロイド減速機は、弾性支持機能を有する回り止め手段によってフローティング状態でケーシングに支持された構造をなし、モータ回転軸と減速機入力軸とをすきま嵌めでスプライン嵌合し、モータ回転軸と減速機入力軸とのスプライン嵌合部に半固体潤滑剤を充填し、スプライン嵌合部の端部にシール手段を設けたことを特徴とする。

本発明では、モータ回転軸と減速機入力軸とのスプライン嵌合部の端部にシール手段を設けたことにより、すきま嵌めのスプライン嵌合部のスプライン歯面の摩耗を抑制するためにモータ回転軸と減速機入力軸とのスプライン嵌合部に充填された半固体潤滑剤が、モータ回転軸の油路から減速機入力軸の油路へ流れる潤滑油によって洗い流されることをシール手段で抑制することができる。

本発明におけるシール手段は、モータ回転軸と減速機入力軸とのスプライン嵌合部の減速機部側に位置する端部に配されたＯリングとすることが望ましい。このようにすれば、スプライン嵌合部の減速機部側に位置する端部の開口部をＯリングで閉塞することができるので、そのスプライン嵌合部に充填された半固体潤滑剤が潤滑油により減速機外部へ洗い流されることを抑制することができる。

本発明におけるシール手段は、モータ回転軸と減速機入力軸とのスプライン嵌合部のモータ部側に位置する端部に配されたリング状部材とすることが望ましい。このようにすれば、スプライン嵌合部のモータ部側に位置する端部の開口部をリング状部材で閉塞することができるので、そのスプライン嵌合部に充填された半固体潤滑剤が潤滑油により減速機入力軸の油路へ洗い流されることを抑制することができる。また、シール手段をリング状部材としたことで、そのリング状部材の組み付けが容易である。

本発明におけるリング状部材は、軸方向に沿って同一の内径を有する構造が望ましい。このようにすれば、単純形状の円筒状部材でリング状部材を構成することができ、シール手段を採用する上でコスト低減が図れる。

また、本発明におけるリング状部材は、その内周面が、減速機入力軸の油路開口部に向けて縮径する断面テーパ状をなす構造が望ましい。このようにすれば、リング状部材の内部を流通する潤滑油がリング状部材の断面テーパ状の内周面で誘導されるので、その潤滑油がモータ回転軸の油路から減速機入力軸の油路へスムーズに流入する。その結果、スプライン嵌合部に充填された半固体潤滑剤が潤滑油で洗い流されることを確実に抑制することができる。

さらに、本発明におけるリング状部材は、断面テーパ状の内周面に、モータの回転方向に応じた減速機入力軸の油路開口部に向く螺旋状溝が形成されている構造が望ましい。このようにすれば、リング状部材の内部を流通する潤滑油がリング状部材の内周面の螺旋状溝で誘導されるので、その潤滑油がモータ回転軸の油路から減速機入力軸の油路へより一層スムーズに流入する。その結果、スプライン嵌合部に充填された半固体潤滑剤が潤滑油で洗い流されることをより一層確実に抑制することができる。

本発明によれば、モータ回転軸と減速機入力軸とのスプライン嵌合部の端部にシール手段を設けたことにより、すきま嵌めのスプライン嵌合部のスプライン歯面の摩耗を抑制するためにモータ回転軸と減速機入力軸とのスプライン嵌合部に充填された半固体潤滑剤が、モータ回転軸の油路から減速機入力軸の油路へ流れる潤滑油によって洗い流されることをシール手段で抑制することができる。その結果、高品質で耐久性に優れたインホイールモータ駆動装置を実現することができる。

本発明の実施形態で、インホイールモータ駆動装置の全体構成を示す縦断面図である。 図１のＰ−Ｐ線に沿う断面図である。 図１のサイクロイド減速機を示す要部拡大断面図である。 図１の曲線板に作用する荷重を示す説明図である。 図１の回転ポンプを示す横断面図である。 図１のＱ部の拡大で、Ｏリングの使用例を示す断面図である。 図１のＱ部の拡大で、円筒形状を有するリング状部材の使用例を示す断面図である。 図１のＱ部の拡大で、内周面が断面テーパ状を有するリング状部材の使用例を示す断面図である。 図１のＱ部の拡大で、内周面に螺旋状溝が形成されたリング状部材の使用例を示す断面図である。 インホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車の概略構成を示す平面図である。 図１０の電気自動車を示す後方断面図である。

本発明に係るインホイールモータ駆動装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。

図１０は、インホイールモータ駆動装置２１を搭載した電気自動車１１の概略平面図、図１１は、電気自動車１１を後方から見た概略断面図である。図１０に示すように、電気自動車１１は、シャシー１２と、操舵輪としての前輪１３と、駆動輪としての後輪１４と、後輪１４に駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置２１とを装備する。図１１に示すように、後輪１４は、シャシー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を介してシャシー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が地面から受ける振動を吸収してシャシー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、旋回時などの車体の傾きを抑制するスタビライザが設けられている。懸架装置１２ｂは、路面の凹凸に対する追従性を向上させ、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している。

電気自動車１１は、ホイールハウジング１２ａの内部に、左右それぞれの後輪１４を駆動するインホイールモータ駆動装置２１を設けることによって、シャシー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などを設ける必要がなくなるので、客室スペースを広く確保でき、かつ、左右の後輪１４の回転をそれぞれ制御することができるという利点を有する。電気自動車１１の走行安定性およびＮＶＨ特性を向上させるためにばね下重量を抑える必要があり、さらに、広い客室スペースを確保するためにインホイールモータ駆動装置２１の小型化が求められる。

そこで、この実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、以下の構造を具備する。図１はインホイールモータ駆動装置２１の概略構成を示す縦断面図、図２は図１のＰ−Ｐ線に沿う断面図、図３はサイクロイド減速機３２を示す拡大断面図、図４は曲線板２６ａに作用する荷重を示す説明図、図５は回転ポンプ５１を示す横断面図である。なお、この実施形態の特徴的な構成を説明する前にインホイールモータ駆動装置２１の全体構成を説明する。

図１に示すように、インホイールモータ駆動装置２１は、モータ２０により駆動力を発生させるモータ部Ａと、モータ２０の回転をサイクロイド減速機３２により減速して出力する減速機部Ｂと、サイクロイド減速機３２からの出力を駆動輪としての後輪１４（図１０および図１１参照）に伝達する車輪用軸受部Ｃとを備え、モータ２０とサイクロイド減速機３２はケーシング２２に収納されて、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。ケーシング２２は、モータ２０が収容されたモータハウジングとサイクロイド減速機３２が収容された減速機ハウジングとからなる分割構造で、ボルトにより締結一体化されている。

モータ２０は、ケーシング２２に固定されたステータ２３ａと、ステータ２３ａの径方向内側に隙間をもって対向するように配置されたロータ２３ｂと、ロータ２３ｂの径方向内側に配置されてロータ２３ｂと一体回転するモータ回転軸２４とを備えたラジアルギャップモータである。ステータ２３ａは磁性体コア２３ｃの外周にコイル２３ｄを巻回することによって構成され、ロータ２３ｂは永久磁石または磁性体で構成されている。

モータ回転軸２４は、径方向外側へ一体的に延びるホルダ部２４ｄによりロータ２３ｂが保持されている。このホルダ部２４ｄは、ロータ２３ｂが嵌め込み固定された凹溝を環状に形成した構成としている。モータ回転軸２４は、その軸方向一方側端部（図１の右側）が転がり軸受３６ａに、軸方向他方側端部（図１の左側）が転がり軸受３６ｂによって、ケーシング２２に対して回転自在に支持されている。

減速機入力軸２５は、その軸方向一方側略中央部（図１の右側）が転がり軸受３７ａに、軸方向他方側端部（図１の左側）が転がり軸受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。この減速機入力軸２５は、２つの偏心部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、１８０°位相をずらして設けられている。減速機入力軸２５と前述のモータ回転軸２４とは、スプライン嵌合（セレーション嵌合も含む。以下、同じ）によって連結されてモータ２０の駆動力がサイクロイド減速機３２に伝達される。

サイクロイド減速機３２は、減速機入力軸２５の偏心部２５ａ，２５ｂに回転自在に保持される曲線板２６ａ，２６ｂと、その曲線板２６ａ，２６ｂの外周部に係合する複数の外ピン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に隣接して減速機入力軸２５に設けられたカウンタウェイト２９とを備える。

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には、減速機出力軸２８の回転軸心を中心とする円周上に複数の内ピン３１が等間隔に固定されている。また、軸部２８ｂは車輪用軸受部Ｃの内方部材としてのハブ輪３３ａにスプライン嵌合によってトルク伝達可能に連結され、サイクロイド減速機３２の出力を後輪１４（図１０および図１１参照）に伝達する。この減速機出力軸２８は、転がり軸受４６によって外ピンハウジング６０に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、曲線板２６ａ，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貫通孔３０ａ，３０ｂを有する。貫通孔３０ａは、曲線板２６ａ，２６ｂの自転軸心を中心とする円周上に等間隔に複数個設けられており、前述の内ピン３１を受け入れる。また、貫通孔３０ｂは、曲線板２６ａ，２６ｂの中心に設けられており、偏心部２５ａ，２５ｂに嵌合する。曲線板２６ａ，２６ｂは、転がり軸受４１によって偏心部２５ａ，２５ｂに対して回転自在に支持されている。

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に自転運動を生じさせる。外ピン２７は、針状ころ軸受２７ａによって外ピンハウジング６０に回転自在に保持され、この外ピンハウジング６０がケーシング２２に回り止めされ、フローティング状態で支持されている。

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、偏心部２５ａ，２５ｂと隣接する位置に偏心部２５ａ，２５ｂと１８０°位相をずらして配置される。２枚の曲線板２６ａ，２６ｂ間の回転軸心方向の中心点をＧ（図３参照）とすると、その中心点Ｇの右側について、中心点Ｇと曲線板２６ａの中心との距離をＬ₁、曲線板２６ａ、転がり軸受４１および偏心部２５ａの質量の和をｍ₁、曲線板２６ａ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２９との距離をＬ₂、カウンタウェイト２９の質量をｍ₂、カウンタウェイト２９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を満たす関係となっている。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。中心点Ｇの左側の曲線板２６ｂとカウンタウェイト２９との間にも同様の関係が成立する。

運動変換機構は、減速機出力軸２８に保持されて軸方向に延びる複数の内ピン３１と、曲線板２６ａ，２６ｂに設けられた貫通孔３０ａとで構成されている。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、その軸方向一方側端部が減速機出力軸２８のフランジ２８ａに固定されている。また、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。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）より所定寸法大きく設定されている。

内ピン３１の軸方向他方側端部には、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の内周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の軸方向他方側端部は、円環部３１ｃに固定されている。曲線板２６ａ，２６ｂから一部の内ピン３１に負荷される荷重はフランジ部２８ａおよびスタビライザ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。

曲線板２６ａ，２６ｂに作用する荷重の状態を図４に基づいて説明する。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の外周は波形曲線で形成され、径方向に窪んだ波形の凹部２６ｃを周方向等間隔に有する。曲線板２６ａの周囲には、凹部２６ｃ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４において、減速機入力軸２５と共に偏心部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２６ｃが、外ピン２７と周方向に順次当接する。この結果、矢印で示すように、曲線板２６ａは、複数の外ピン２７から荷重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が挿通する。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、内ピン３１は曲線板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、図４に矢印で示すように、曲線板２６ａは、複数の内ピン３１から荷重Ｆｊを受ける。これら複数の荷重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、凹部２６ｃの数などの幾何学的条件や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。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り、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。減速機入力軸２５が反時計周りに１回転すると、曲線板２６ａの波形の凹部２６ｃが減速されて１ピッチ時計回りに回転して図４の状態になり、これを繰り返す。

図１に示すように、車輪用軸受部Ｃの車輪用軸受３３は、減速機出力軸２８にトルク伝達可能に連結されたハブ輪３３ａと、ハブ輪３３ａの外周面に嵌合された内輪３３ｂと、ケーシング２２に嵌合固定された外輪３３ｃと、ハブ輪３３ａおよび内輪３３ｂと外輪３３ｃとの間に配置された複数の玉３３ｄと、複数の玉３３ｄを保持する保持器３３ｅとを備えた複列アンギュラ玉軸受である。車輪用軸受３３の軸方向両端部にはシール部材３３ｆが設けられている。この車輪用軸受３３のハブ輪３３ａにボルト３４で後輪１４（図１０および図１１参照）が連結される。

次に、全体的な潤滑機構を説明する。この潤滑機構は、モータ２０を冷却するためにモータ２０に潤滑油を供給すると共にサイクロイド減速機３２に潤滑油を供給するものである。潤滑機構は、図１に示すように、回転ポンプ５１と、モータ部Ａに配設された油路２２ａ，２４ａ，２４ｂおよび油孔２４ｃと、減速機部Ｂに配設された油路２５ｃおよび油孔２５ｄ，２５ｅと、ケーシング２２の下方に配置された油タンク２２ｄとを主な構成としている。前述した回転ポンプ５１の吸入口５５および吐出口５６は、ケーシング２２のモータハウジングに設けられている。また、そのケーシング２２の減速機ハウジングに油タンク２２ｄが一体的に設けられている。

ケーシング２２に設けられた油路２２ａは、回転ポンプ５１から径方向外側へ延びて屈曲した上で軸方向に延び、さらに屈曲した上で径方向内側へ延びて油路２４ａに接続される。油路２４ａは、モータ回転軸２４の内部を軸線方向に沿って延びて油路２５ｃに接続される。モータ回転軸２４の油路２４ｂは、軸線方向に沿って延びる油路２４ａと連通し、径方向外側に位置するホルダ部２４ｄに向かって延びて油孔２４ｃと連通する。油孔２４ｃは、ホルダ部２４ｄのインボード側およびアウトボード側の端面に形成され、モータ部Ａの内部に開口する。

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。油孔２５ｄは、軸線方向に沿って延びる油路２５ｃと連通し、減速機入力軸２５の外周面に半径方向に向かって延びて減速機部Ｂの内部に開口する。油孔２５ｅは、軸線方向に沿って延びる油路２５ｃと連通し、減速機入力軸２５の軸端から減速機部Ｂの内部に開口する。

モータ部Ａのケーシング２２の底部には、潤滑油を油タンク２２ｄに排出するための排油孔２２ｂが設けられ、減速機部Ｂのケーシング２２の底部には、潤滑油を油タンク２２ｄに排出するための排油孔２２ｆが設けられている。また、油タンク２２ｄから回転ポンプ５１へ潤滑油を還流させるための油路２２ｅがケーシング２２に設けられている。潤滑油を強制的に循環させるための回転ポンプ５１は、ケーシング２２の油路２２ｅと油路２２ａとの間に設けられている。

図５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ロータ５２と、インナロータ５２の回転に伴って従動回転するアウタロータ５３と、ポンプ室５４と、油路２２ｅに連通する吸入口５５と、油路２２ａ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。この回転ポンプ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の大型化を防止することができる。

インナロータ５２は、外周面にサイクロイド曲線で構成された歯形を有する。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。インナロータ５２は、スタビライザ３１ｂに設けられた円筒部３１ｄ（図１および図３参照）の外周面に嵌合して減速機出力軸２８と一体回転する。アウタロータ５３は、内周面にサイクロイド曲線で構成された歯形を有する。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。

インナロータ５２は、回転中心ｃ₁を中心として回転し、一方、アウタロータ５３は、回転中心ｃ₂を中心として回転する。インナロータ５２およびアウタロータ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から油路２２ａに圧送される。

前述した構成の潤滑機構による潤滑油の流れを説明する。図１において、潤滑機構内に付した白抜き矢印は潤滑油の流れを示す。モータ２０の冷却として、回転ポンプ５１から圧送された潤滑油は油路２２ａ，２４ａを経由し、その一部がモータ回転軸２４の回転に伴う遠心力およびポンプ圧力によって油路２４ｂを経てロータ２３ｂを冷却する。さらに、ホルダ部２４ｄの油孔２４ｃから潤滑油が吐出されてステータ２３ａを冷却する。このようにして、モータ２０の冷却が行われる。

一方、サイクロイド減速機３２の潤滑として、回転ポンプ５１から圧送された潤滑油は油路２２ａ，２４ａ，２５ｃを経由し、その一部が減速機入力軸２５の回転に伴う遠心力およびポンプ圧力によって油孔２５ｄ，２５ｅからサイクロイド減速機３２に吐出する。油孔２５ｄから吐出した潤滑油は、曲線板２６ａ，２６ｂを支持する転がり軸受４１の内部へ供給される。さらに、曲線板２６ａ，２６ｂと内ピン３１および外ピン２７との当接部分などを潤滑しながら、外ピンハウジング６０内を径方向外側へ移動する。油孔２５ｅから吐出した潤滑油は、減速機入力軸２５を支持する転がり軸受３７ｂなどに供給される。このようにして、サイクロイド減速機３２の潤滑が行われる。

モータ２０の冷却およびサイクロイド減速機３２の潤滑を行った潤滑油は、ケーシング２２の内壁面を伝って重力により下部へ移動する。モータ部Ａの下部へ移動した潤滑油は、排油孔２２ｂから排出されて油タンク２２ｄに一時的に貯溜される。減速機部Ｂの下部へ移動した潤滑油は、外ピンハウジング６０に設けられた油孔６０ａを経由して排油孔２２ｆから排出されて油タンク２２ｄに一時的に貯溜される。このように、油タンク２２ｄが設けられているので、回転ポンプ５１によって排出しきれない潤滑油が一時的に発生しても、油タンク２２ｄに貯溜しておくことができる。

この実施形態におけるインホイールモータ駆動装置２１の全体構成は、前述のとおりであるが、その特徴的な構成を以下に詳述する。

この実施形態のインホイールモータ駆動装置２１では、図１に示すように、サイクロイド減速機３２が、弾性支持機能を有する回り止め手段６１によってフローティング状態でケーシング２２に支持された構造をなしている。つまり、サイクロイド減速機３２の外ピン２７は、針状ころ軸受２７ａを介して回転自在に外ピンハウジング６０に保持され、その外ピンハウジング６０が弾性支持機能を有する回り止め手段６１によってフローティング状態でケーシング２２に支持されている。

回り止め手段６１は、ケーシング２２に設けた複数のブッシュ組込孔６２に弾性変形可能な円筒状の弾性ブッシュ６３を組み込み、外ピンハウジング６０には、支持ピン６４を締め付け固定し、支持ピン６４を弾性ブッシュ６３内に挿入している。弾性ブッシュ６３は、径が異なる一対の金属リング間にゴムを加硫接着して形成されている。複数のブッシュ組込孔６２は、減速機入力軸２５の回転軸心を中心とする円周上の複数箇所に設けられている。

一方、モータ部Ａのモータ回転軸２４と減速機部Ｂの減速機入力軸２５とは、スプライン嵌合によって連結されている。つまり、モータ回転軸２４の減速機部側に位置する軸端部の内周面に（雌）スプライン２４ｆが形成され、減速機入力軸２５のモータ部側に位置する軸端部の外周面に（雄）スプライン２５ｆが形成されている。この減速機入力軸２５の軸端部をモータ回転軸２４の軸端部に圧入することにより、モータ回転軸２４のスプライン２４ｆと減速機入力軸２５のスプライン２５ｆとを嵌め合わせる。

前述したように、サイクロイド減速機３２がフローティング構造となっているため、モータ部Ａのモータ２０および減速機部Ｂのサイクロイド減速機３２のアライメントを維持することが困難となっている。そのため、モータ回転軸２４と減速機入力軸２５とのスプライン嵌合構造において、スプライン２４ｆ，２５ｆの嵌め合いをすきま嵌めとすることで、モータ回転軸２４と減速機入力軸２５とを軸方向に摺動可能に連結している。このようなすきま嵌めによるスプライン嵌合構造では、運転時のサイクロイド減速機３２に発生する軸方向の振動によって、モータ回転軸２４に対して減速機入力軸２５が軸方向に摺動し、スプライン歯面の摩耗が発生するおそれがある。

このサイクロイド減速機３２のフローティング構造に基づくスプライン歯面の摩耗を抑制する手段として、図６に示すように、モータ回転軸２４のスプライン２４ｆと減速機入力軸２５のスプライン２５ｆとのスプライン嵌合部７０に、グリース等の半固体潤滑剤７１（図中の散点部分）を塗布するようにしている。このように、スプライン嵌合部７０に半固体潤滑剤７１を充填することにより、モータ回転軸２４に対する減速機入力軸２５の摺動抵抗を低減し、すきま嵌めのスプライン嵌合部７０のスプライン歯面の摩耗を抑制するようにしている。この半固体潤滑剤７１としては、二硫化モリブデン、有機モリブデン等の固体潤滑剤を含有するリチウム系またはウレア系グリースが好適である。

一方、モータ回転軸２４と減速機入力軸２５とのスプライン嵌合構造では、潤滑機構において、モータ回転軸２４の油路２４ａと減速機入力軸２５の油路２５ｃとを連通させた軸芯給油構造としている。この軸芯給油構造において、モータ回転軸２４の油路２４ａから減速機入力軸２５の油路２５ｃへの潤滑油の流れに対して、スプライン嵌合部７０が下流側に位置するため（図１参照）、そのスプライン嵌合部７０に充填された半固体潤滑剤７１が潤滑油によって洗い流されてしまうおそれがある。

そこで、この実施形態のインホイールモータ駆動装置２１では、図６に示すように、モータ回転軸２４と減速機入力軸２５とのスプライン嵌合部７０の減速機部側に位置する端部に、シール手段としてのＯリング７２を配している。つまり、モータ回転軸２４のスプライン端部に環状の凹溝７３を形成し、この凹溝７３にＯリング７２を嵌め込んで減速機入力軸２５の外周面に弾圧接触させている。

このＯリング７２により、スプライン嵌合部７０の減速機部側に位置する端部の開口部を閉塞することができる。その結果、すきま嵌めのスプライン嵌合部７０のスプライン歯面の摩耗を抑制するためにモータ回転軸２４と減速機入力軸２５とのスプライン嵌合部７０に充填された半固体潤滑剤７１が、モータ回転軸２４の油路２４ａから減速機入力軸２５の油路２５ｃへ流れる潤滑油により減速機外部へ洗い流されることを抑制することができる。

なお、この実施形態では、モータ回転軸２４のスプライン端部に凹溝７３を形成し、その凹溝７３にＯリング７２を嵌め込んだシール構造としているが、減速機入力軸２５のスプライン端部に凹溝を形成し、その凹溝にＯリング７２を嵌め込んでモータ回転軸２４の内周面に弾圧接触させる構造とすることも可能である。

ここで、前述したように、スプライン嵌合部７０に充填された半固体潤滑剤７１は、潤滑油によって減速機外部へ洗い流されることをＯリング７２で抑制することができる。しかしながら、モータ回転軸２４の油路２４ａからスプライン嵌合部７０に侵入した潤滑油によって、スプライン嵌合部７０に充填された半固定潤滑剤７１がスプライン嵌合部７０のモータ部側に位置する端部の開口部から押し出されて減速機入力軸２５の油路２５ｃへ洗い流されるおそれがある（図６の破線矢印参照）。

そこで、スプライン嵌合部７０のモータ部側に位置する端部にＯリングを配置する手段も考えられるが、その場合、モータ回転軸２４の内周面にＯリング装着用凹溝を形成する加工が困難であり、また、Ｏリングを組み付ける作業も困難となる。そのため、図７に示すように、スプライン嵌合部７０のモータ部側に位置する端部に、シール手段としてのリング状部材７３を配置することが有効な手段である。

このリング状部材７３としては、ＰＴＦＥ、ＰＡおよびゴム等の耐熱性樹脂を素材とするものを使用すればよい。図７に示すリング状部材７３は、軸方向に沿って同一の内径を有する単純形状の円筒状部材としている。このような単純形状のリング状部材７３を使用することでコスト低減が図れる。また、このリング状部材７３は、減速機入力軸２５のスプライン２５ｆでの最小外径（歯底部分での外径）よりも小さい内径を有する。リング状部材７３は、モータ回転軸２４の油路２４ａの内周面に圧入され、減速機入力軸２５の軸端面に密着している。

このように、スプライン嵌合部７０のモータ部側に位置する端部にリング状部材７３を配置することにより、スプライン嵌合部７０のモータ部側に位置する端部の開口部をリング状部材７３で閉塞することができる。その結果、モータ回転軸２４の油路２４ａからスプライン嵌合部７０に侵入することをリング状部材７３で抑制することができる。つまり、潤滑油によって、スプライン嵌合部７０に充填された半固体潤滑剤７１がスプライン嵌合部７０のモータ部側に位置する端部から押し出されて減速機入力軸２５の油路２５ｃへ洗い流されることをリング状部材７３で抑制することができる。また、リング状部材７３は、モータ回転軸２４の油路２４ａの内周面に圧入するだけで装着されることから、そのリング状部材７３の組み付けが容易である。

また、図８に示すリング状部材７４は、その内周面７４ａが、減速機入力軸２５の油路開口部に向けて縮径する断面テーパ状をなす構造としている。つまり、リング状部材７４の減速機部側に位置する開口部の内径を減速機入力軸２５の油路２５ｃの内径と略一致させると共に、リング状部材７４のモータ部側に位置する開口部の内径をモータ回転軸２４の油路２４ａの内径に略一致させている。このリング状部材７４も、モータ回転軸２４の油路２４ａの内周面に圧入され、減速機入力軸２５の軸端面に密着している。

このように、内周面７４ａが断面テーパ状をなすリング状部材７４を、スプライン嵌合部７０のモータ部側に位置する端部に配置することにより、リング状部材７４の内部を流通する潤滑油がリング状部材７４の断面テーパ状の内周面７４ａで誘導されるので、潤滑油がモータ回転軸２４の油路２４ａから減速機入力軸２５の油路２５ｃへスムーズに流入する。その結果、潤滑油によって、スプライン嵌合部７０に充填された半固体潤滑剤７１がスプライン嵌合部７０のモータ部側に位置する端部から押し出されて減速機入力軸２５の油路２５ｃへ洗い流されることをリング状部材７４で確実に抑制することができる。

さらに、図９に示すリング状部材７５は、断面テーパ状をなす内周面７５ａに、モータの回転方向に応じた減速機入力軸２５の油路開口部に向く螺旋状溝７５ｂが形成されている構造としている。この場合も、リング状部材７５の減速機部側に位置する開口部の内径を減速機入力軸２５の油路２５ｃの内径と略一致させると共に、リング状部材７５のモータ部側に位置する開口部の内径をモータ回転軸２４の油路２４ａの内径に略一致させている。このリング状部材７５も、モータ回転軸２４の油路２４ａの内周面に圧入され、減速機入力軸２５の軸端面に密着している。

このように、断面テーパ状をなす内周面７５ａに螺旋状溝７５ｂが形成されたリング状部材７５を、スプライン嵌合部７０のモータ部側に位置する端部に配置することにより、リング状部材７５の内部を流通する潤滑油がリング状部材７５の断面テーパ状内周面７５ａの螺旋状溝７５ｂで誘導されるので、潤滑油がモータ回転軸２４の油路２４ａから減速機入力軸２５の油路２５ｃへより一層スムーズに流入する。その結果、潤滑油によって、スプライン嵌合部７０に充填された半固体潤滑剤７１がスプライン嵌合部７０のモータ部側に位置する端部から押し出されて減速機入力軸２５の油路２５ｃへ洗い流されることをリング状部材７５でより一層確実に抑制することができる。図７〜図９に示す実施形態では、スプライン嵌合部７０の減速機部側をＯリング７２で閉塞し、かつ、モータ部側をリング部材７３，７４，７５で閉塞している。つまり、スプライン嵌合部７０の両端側をシール手段（Ｏリング７２、リング部材７３，７４，７５）で閉塞するので、半固体潤滑剤７１が流れ出るのをより効果的に防止できる。なお、図６〜図９において図中に付した白抜き矢印は潤滑油の流れを示している。

最後に、この実施形態におけ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。

図１〜図３に示すように、モータ２０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。これにより、モータ回転軸２４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が、曲線板２６ａ，２６ｂの曲線形状の波形と係合して、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に挿通する内ピン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の回転がサイクロイド減速機３２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２０を採用した場合でも、後輪１４に必要なトルクを伝達することが可能となる。

このサイクロイド減速機３２の減速比は、外ピン２７の数をＺ_A、曲線板２６ａ，２６ｂの波形の数を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サイクロイド減速機３２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に針状ころ軸受２７ａ，３１ａ（図３参照）を設けたことにより、曲線板２６ａ，２６ｂとの間の摩擦抵抗が低減されるので、サイクロイド減速機３２の伝達効率が向上する。

この実施形態においては、油路２４ｂをモータ回転軸２４に設け、油孔２５ｄを偏心部２５ａ，２５ｂに設け、油孔２５ｅを減速機入力軸２５の軸端に設けた場合を例示したが、これに限ることなく、モータ回転軸２４や減速機入力軸２５の任意の位置に設けることができる。また、回転ポンプ５１としてサイクロイドポンプの例を示したが、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、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。

サイクロイド減速機３２の曲線板２６ａ，２６ｂを１８０°位相をずらして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、例えば、曲線板を３枚設ける場合は、１２０°位相をずらして設けるとよい。運動変換機構は、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とで構成された例を示したが、これに限ることなく、サイクロイド減速機３２の回転をハブ輪３３ａ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２６ａ，２６ｂに固定された内ピンと減速機出力軸２８に形成された穴とで構成される運動変換機構であってもよい。

この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から後輪１４に伝達される。したがって、前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機部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、後でモータ部Ａを駆動させたり、車両に備えられた他の電動機器などの作動に用いてもよい。

この実施形態においては、モータ部Ａにラジアルギャップモータ２０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、ケーシングに固定されるステータと、ステータの内側の軸方向の隙間を開けて対向する位置に配置されるロータとを備えるアキシャルギャップモータであってもよい。さらに、図１０および図１１に示した電気自動車１１は、後輪１４を駆動輪とした例を示したが、これに限ることなく、前輪１３を駆動輪としてもよく、４輪駆動車であってもよい。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。

２１ インホイールモータ駆動装置
２２ ケーシング
２４ モータ回転軸
２５ 減速機入力軸
６１ 回り止め手段
７０ スプライン嵌合部
７１ 半固体潤滑剤
７２ シール手段（Ｏリング）
７３，７４，７５ シール手段（リング状部材）
Ａ モータ部
Ｂ 減速機部
Ｃ 車輪用軸受部

Claims (6)

1. モータ部と、減速機部と、車輪用軸受部と、前記モータ部および減速機部を収容するケーシングとを備え、前記モータ部のモータ回転軸の回転を前記減速機部の減速機入力軸に伝達し、前記減速機入力軸の回転を減速機部のサイクロイド減速機で減速して前記車輪用軸受部に伝達するインホイールモータ駆動装置であって、
   前記サイクロイド減速機は、弾性支持機能を有する回り止め手段によってフローティング状態で前記ケーシングに支持された構造をなし、前記モータ回転軸と前記減速機入力軸とをすきま嵌めでスプライン嵌合し、モータ回転軸と減速機入力軸とのスプライン嵌合部に半固体潤滑剤を充填し、前記スプライン嵌合部の端部にシール手段を設けたことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
2. 前記シール手段は、モータ回転軸と減速機入力軸とのスプライン嵌合部の減速機部側に位置する端部に配されたＯリングとした請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
3. 前記シール手段は、モータ回転軸と減速機入力軸とのスプライン嵌合部のモータ部側に位置する端部に配されたリング状部材とした請求項１又は２に記載のインホイールモータ駆動装置。
4. 前記リング状部材は、軸方向に沿って同一の内径を有する請求項３に記載のインホイールモータ駆動装置。
5. 前記リング状部材は、その内周面が、減速機入力軸の油路開口部に向けて縮径する断面テーパ状をなす請求項３に記載のインホイールモータ駆動装置。
6. 前記リング状部材は、その内周面に、減速機入力軸の油路開口部に向く螺旋状溝が形成されている請求項５に記載のインホイールモータ駆動装置。

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