JP2016124441A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪ハブに大きなモーメント荷重が加わって車輪ハブが傾いても、その傾きが、減速機の歯車軸に伝達され難い構造のインホイールモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】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複数の歯車からなる減速機Ｂと、減速機Ｂからの出力を駆動輪に伝える車輪ハブＣとを備え、前記車輪ハブＣに減速機Ｂからの出力を伝達する駆動軸３０を、ハブ輪４１と一体又は別体に設け、前記ハブ輪４１の駆動軸３０の減速機Ｂ側の端面と、減速機Ｂを構成する車輪ハブＣ側の最終歯車２４の軸端面とにそれぞれ動力を伝達するための歯面３１、３２を形成し、前記ハブ輪Ｃの駆動軸３０の歯面３１とこの歯面３１に当接する減速機Ｂの最終歯車２４の歯面３２とを互いに揺動可能に係合させることにより、ハブ輪Ｃの駆動軸３０の傾きが減速機Ｂの最終歯車２４の歯車軸に伝達されないようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、インホイールモータ駆動装置に関するものである。

インホイールモータ駆動装置１２１は、図１２に示すように、駆動力を発生させる電動モータＡと、電動モータＡの回転を減速して出力する減速機Ｂと、減速機Ｂからの出力をホイール(図示省略）に伝える車輪ハブＣとを備え、モータ部Ａと減速機Ｂとはケーシング１２２に収納されている。
減速機Ｂは、二段平行歯車減速機であり、図１２に示すように、モータ部Ａのモータ軸に設けられた出力歯車（図示省略）と噛み合うカウンタ歯車１２３と、このカウンタ歯車１２３に噛み合う出力歯車１２４を有する。

カウンタ歯車１２３は、モータ部Ａのモータ軸に設けられた出力歯車（図示省略）に噛み合う大径歯車１２３ａと、出力歯車１２４に噛み合う小径歯車１２３ｂとを有し、カウンタ歯車１２３の歯車軸１２３ｃは、その両端が転がり軸受１２５を介してケーシング１２２に支持されている。

また、出力歯車１２４の歯車軸１２４ａの両端も、転がり軸受１２６を介してケーシング１２２に支持されている。

出力歯車１２４の歯車軸１２４ａには、アウトボード側（車両の外側）の端面に、車輪ハブＣに動力を伝達するためのスプライン軸１２４ｂが一体に設けられている。

車輪ハブＣは、出力歯車１２４のスプライン軸１２４ｂと結合するスプライン部１３１ａを内径面に有し、外径部に複列の内輪軌道を有する内方部材１３１と、内径面に複列の外輪軌道を有する外方部材１３２と、内方部材１３１と外方部材１３２との間に設けられる複列の転動体１３３とからなる。

内方部材１３１には、車輪取付けフランジ１３４が一体に形成され、この車輪取付けフランジ１３４に、ブレーキロータとホイール(図示省略）がボルト１３５によって取り付けられる。

前記外方部材１３２は、ボルト１３６によってケーシング１２２の前端壁に固定されている。

ところで、インホイールモータ駆動装置１２１は、ホイール内に設置され、旋回時には、車輪ハブＣに大きなモーメント荷重がかかり、このモーメント荷重は、減速機Ｂを構成する歯車列に伝達される。

したがって、この大きなモーメント荷重を受ける個所を適切な部分にしておかなければ、減速機Ｂの内部構造を破損させるおそれがある。

車輪ハブＣにモーメント荷重が加わると、車輪ハブＣが傾くため、車輪ハブＣに結合する減速機Ｂの出力歯車１２４の歯車軸１２４ａも傾くことになる。

減速機Ｂの歯車軸１２４ａが傾くと、減速機Ｂを構成する歯車列の歯面が点接触になり、歯車列の面圧が上がって、歯車の歯面に剥離などの破損が生じ易くなる。

特に、平歯車やはすば歯車を使用する減速機Ｂでは、動力を１歯１歯伝える機構であるため、歯車が傾くと、歯面の面圧が上がり、早期破損につながるおそれがある。

このため、従来、車輪ハブＣに加わるモーメント荷重を、車輪ハブＣに組込む転動体のＰＣＤを大きくすることにより、車輪ハブＣ自体で大きなモーメント荷重を受けるようにすることが特許文献１に開示されている。

特開２００８−４４４３７号公報

ところが、車輪ハブＣに組込む転動体のＰＣＤを大きくすると、大きなモーメント荷重を受けることができても、それだけ車輪ハブＣの質量が大きくなる。

インホイールモータ駆動装置１２１では、ばね下質量の増加は好ましくないので車輪ハブＣの質量が大きくなるというのは好ましくない。

また、車輪ハブＣに組込む転動体のＰＣＤが大きくなると、ホイール(図示省略）を取付ける車輪取付けフランジ１３４のボルト１３５のＰＣＤも大きくなるので、適用可能なホイールが限定されるという問題もある。

そこで、この発明は、車輪ハブに大きなモーメント荷重が加わって、車輪ハブが傾いても、その傾きが、減速機の歯車軸に伝達され難い構造のインホイールモータ駆動装置を提供しようとするものである。

この発明は、上記の課題を解決するために、駆動力を発生させるモータ部と、モータ部の回転を減速して出力する複数の歯車からなる減速機と、減速機からの出力を駆動輪に伝える車輪ハブとを備えたインホイールモータ駆動装置において、前記車輪ハブに減速機からの出力を伝達する駆動軸を、ハブ輪と一体又は別体に設け、前記ハブ輪の駆動軸の減速機側の端面と、減速機を構成する車輪ハブ側の最終歯車の軸端面とにそれぞれ動力を伝達するための歯面を形成し、前記ハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面とが互いに揺動可能に係合したことを特徴とする。

前記ハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面とを互いに揺動可能にするには、係合する互いの歯面間に組み付け状態で隙間を設ければよい。

前記ハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面の軸中心に、揺動を滑らかにする鋼球を配置してもよい。

前記ハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面の少なくとも一方の面を、湾曲面に形成することにより互いに揺動可能に係合してもよい。

前記ハブ輪に別体に設けられた駆動軸と減速機の最終歯車とを軸方向に移動可能な状態に配置し、ハブ輪と駆動軸との間に軸方向のガタをなくす弾性部材を配置するようにしてもよい。この場合、前記ハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面を形成する。

前記ハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面に、揺動を滑らかにする表面処理を施すことが望ましい。

以上のように、この発明によれば、ホイールの旋回時に車輪ハブに大きなモーメント荷重がかかって、ハブ輪の駆動軸に傾きが生じると、ハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機Ｂの最終歯車の歯面とが揺動するので、駆動軸の傾きが、減速機の歯車列や電動モータの回転軸に伝達されない。

したがって、ホイールの旋回時に車輪ハブに大きなモーメント荷重がかかっても、減速機の歯車列や電動モータの回転軸の損傷を防止することができる。

また、前記ハブ輪に別体に設けた駆動軸を、減速機の最終歯車に対して軸方向に移動可能な状態に配置し、ハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面の形状を台形歯面に形成することにより、駆動軸の歯面から減速機の最終歯車の歯面に過大トルクが入力された場合に台形歯面に沿って駆動軸がハブ輪側に逃げて、ハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面との係合が解除されるため、ハブ輪のロックを回避することができる。

この発明のインホイールモータ駆動装置の実施形態を示す断面図である。 図１の実施形態のハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面とを示す拡大断面図である。 図１の実施形態の車輪ハブと駆動軸と減速機の最終歯車の関係を示す分解斜視図である。 この発明のインホイールモータ駆動装置の別の実施形態を示す断面図である。 この発明のインホイールモータ駆動装置の別の実施形態を示す断面図である。 図５の実施形態のハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面とを示す拡大断面図である。 この発明のインホイールモータ駆動装置の別の実施形態を示す断面図である。 図７の実施形態のハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面とを示す拡大断面図である。 図８の歯面の形状の例を模式的に示す拡大図である。 インホイールモータ駆動装置を使用す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図である。 従来のインホイールモータ駆動装置の断面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この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備えた電気自動車１１は、図１０に示すように、シャーシ１２と、操舵輪としての前輪１３と、駆動輪（後輪）１４と、左右の駆動輪１４それぞれに駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置２１とを備える。駆動輪１４は、図１１に示すように、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。インホイールモータ駆動装置２１の搭載形態としては、図１０、１１で示した後輪駆動方式の他に、前輪駆動方式でも四輪駆動方式のいずれでも構わない。

懸架装置１２ｂは、左右に伸びるサスペンションアームによって駆動輪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、駆動輪１４（図１０及び図１１参照）が地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、旋回時等に車体の傾きを抑制するスタビライザが設けられる。なお、懸架装置１２ｂは、路面の凹凸に対する追従性を向上し、駆動輪の駆動力を効率良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は、ホイールハウジング１２ａ内部に、左右の駆動輪１４をそれぞれ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、シャーシ１２上にモータ、ドライブシャフト、及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ので、客室スペースを広く確保でき、かつ、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。

インホイールモータ駆動装置２１は、図１に示すように、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機Ｂと、減速機Ｂからの出力を駆動輪１４（図１０及び図１１参照）に伝える車輪ハブＣとを同一軸上に直列に備える。モータ部Ａと減速機Ｂとはケーシング２２に収納されて、図１１に示すように電気自動車１１のホイールハウジング１２ａ内に取り付けられる。

モータ部Ａは、ケーシングの内周面にステータを設け、このステータの内周に間隔をおいてロータを設けたラジアルギャップタイプのもの、ステータとロータとが軸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タイプのもの等、任意の構成のモータを適用可能である。

減速機Ｂは、二段平行歯車減速機であり、図１に示すように、モータ部Ａのモータ軸に設けられた出力歯車（図示省略）と噛み合うカウンタ歯車２３と、このカウンタ歯車２３に噛み合う出力歯車２４を有する。

カウンタ歯車２３は、モータ部Ａのモータ軸に設けられた出力歯車（図示省略）に噛み合う大径歯車２３ａと、出力歯車２４に噛み合う小径歯車２３ｂとを有し、カウンタ歯車２３の歯車軸２３ｃは、その両端が転がり軸受２５を介してケーシング２２に支持されている。

また、出力歯車２４の歯車軸２４ａの両端も、転がり軸受２６を介してケーシング２２に支持されている。

出力歯車２４の歯車軸２４ａには、図２に示すように、アウトボード側（車両の外側）の端面に、車輪ハブＣの駆動軸３０のインボード側（車両の中心側）の端面に設けた動力を伝達するための歯面３１と当接して係合する歯面３２を形成している。駆動軸３０のアウトボード側の軸部にはスプライン部３０ａが形成されている。駆動軸３０はスプライン３０ａが形成された軸部と歯面３１が形成された歯部（フランジ部）３０ｂから構成されている。

図３は、車輪ハブＣの駆動軸３０と、出力歯車２４とを分解して示している。
車輪ハブＣは、図１示すように、駆動軸３０のアウトボード側の端部がスプライン結合される、内径面にスプライン部３１ａが形成され、外径部に複列の内輪軌道を有する内方部材４１と、内径面に複列の外輪軌道を有する外方部材４２と、内方部材４１と外方部材４２との間に設けられる複列の転動体３３とからなる。

図１及び図２に示す車輪ハブＣは、内方部材４１の複列の内輪軌道のうち、アウトボード側の内輪軌道が内方部材４１に一体に形成され、また、複列の外輪軌道が外方部材４２の内径面に一体に形成された、いわゆる第３世代のものを示している。図１に示す車輪ハブＣは複列アンギュラ玉軸受の車輪用軸受装置であって、第３世代に限らず、第１世代、第２世代であってもよい。

内方部材４１には、車輪取付けフランジ３４が一体に形成され、この車輪取付けフランジ３４に、ブレーキロータとホイール(図示省略）がボルト３５によって取り付けられる。

前記外方部材４２は、ボルト３６によってケーシング２２の前端壁に固定されている。

前記内方部材４１と外方部材４２との間には、グリースが充填され、グリースが漏れないように、また泥水などの浸入を防止するために、複列の転動体３３の両側にシール部材３７ａ、３７ｂが設置されている。

図１に示す実施形態は、車輪ハブＣに減速機Ｂからの出力を伝達する駆動軸３０を、ハブ輪（内方部材４１）と別体に設けた例であり、図４に示す実施形態は、車輪ハブＣに減速機Ｂからの出力を伝達する駆動軸３０を、ハブ輪（内方部材４１）と一体に設けた例である。

この図１に示す実施形態と図４に示す実施形態では、前記ハブ輪（内方部材４１）の駆動軸３０の減速機Ｂ側の端面と、減速機Ｂを構成する車輪ハブＣ側の最終歯車である出力歯車２４の歯車軸２４ａの端面とにそれぞれ動力を伝達するための歯面３１、３２を形成し、前記ハブ輪（内方部材４１）の駆動軸３０の歯面３１とこの歯面３１に当接する減速機Ｂの出力歯車２４の歯面３２とが互いに揺動可能に係合されている。

そして、この図１に示す実施形態と図４に示す実施形態では、ホイールの旋回時に車輪ハブＣに大きなモーメント荷重がかかって、ハブ輪（内方部材４１）の駆動軸３０に傾きが生じると、ハブ輪（内方部材４１）の駆動軸３０の歯面３１とこの歯面３１に当接する減速機Ｂの出力歯車２４の歯面３２との間に隙間を設けることによって、駆動軸３０の傾きを歯面３１と歯面３２とが揺動し、駆動軸３０の傾きが、減速機Ｂの歯車列やモータ部Ａの回転軸に伝達されないようにして、減速機Ｂの歯車列やモータ部Ａの回転軸の損傷を防止している。

前記ハブ輪（内方部材４１）の駆動軸３０の歯面３１とこの歯面３１に当接する減速機Ｂの出力歯車２４の歯面３２との間には、組み付け状態で歯面の山と谷に揺動可能な隙間が設けられ、この隙間は、車輪ハブＣの剛性はサイズによって異なるが、車格等によって適切な車輪ハブＣのサイズはおおよそ決まっており、通常考えられる旋回荷重が負荷された場合の軸の傾きはおおよそ１度前後であるため、この傾きを許容する隙間であればよい。

図１に示す実施形態と図４に示す実施形態では、図２に示すように、ハブ輪（内方部材４１）の駆動軸３０の歯面３１とこの歯面３１に当接する減速機Ｂの出力歯車２４の歯面３２との間の軸中心に、それぞれ凹部が形成されており、その両凹部間に駆動軸３０（歯面３１）と出力歯車２４（歯面３２）との揺動を滑らかにする鋼球３８を配置している。

図５及び図６に示す実施形態は、ハブ輪（内方部材４１）の駆動軸３０の歯面３１とこの歯面３１に当接する減速機の最終歯車である出力歯車２４の歯面３２の少なくとも一方の面を、湾曲面３９に形成することにより互いに揺動可能に係合させたものである。

図５及び図６に示す実施形態は、ハブ輪（内方部材４１）の駆動軸３０の歯面３１に湾曲面３９を形成している。図５及び図６に示す湾曲面３９の形状は、イメージのため誇張して描いている。

次に、図７、図８及び図９に示す実施形態は、前記ハブ輪（内方部材４１）に別体に設けられた駆動軸３０を、減速機Ｂの最終歯車である出力歯車２４に対して軸方向に移動可能な状態に配置している。

駆動軸３０のインナー側の端部には、ハブ輪（内方部材４１）のインナー側の端面に対向するフランジ部３０ｂが形成され、このフランジ部３０ｂとハブ輪（内方部材４１）のインナー側の端面との間に、軸方向のガタをなくす弾性部材４０を配置している。

弾性部材４０としては、皿ばね、波形ばね等を使用することができる。

前記ハブ輪（内方部材４１）に別体に設けられた駆動軸３０を、減速機Ｂの最終歯車である出力歯車２４に対して軸方向に移動可能な状態に配置して実施形態では、図９に示すように、ハブ輪（内方部材４１）の駆動軸３０の歯面３１とこの歯面３１に当接する減速機Ｂの出力歯車２４の歯面３２の形状を台形歯面にしている。

ハブ輪（内方部材４１）の駆動軸３０の歯面３１とこの歯面３１に当接する減速機Ｂの出力歯車２４の歯面３２の形状を台形歯面に形成することにより、図９に示すように、駆動軸３０の歯面３１から減速機Ｂの出力歯車２４の歯面３２に過大トルクが入力された場合に台形歯面に沿って駆動軸３０がハブ輪（内方部材４１）側に逃げて、ハブ輪（内方部材４１）の駆動軸３０の歯面３１とこの歯面３１に当接する減速機Ｂの出力歯車２４の歯面３２との係合が解除されるため、ハブ輪のロックを回避することができる。

以上の各実施形態における駆動軸３０の歯面３１と減速機Ｂの出力歯車２４の歯面３２には、歯面での揺動を滑らかにするために、硬質クロムメッキ等の表面処理を施すことが好ましい。

また、駆動軸３０の歯面３１と減速機Ｂの出力歯車２４の歯面３２は、鍛造時に成型することができる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明に係るインホイールモータ駆動装置２１を搭載した電気自動車は、後輪を駆動輪としてもよく、また、前輪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。

この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、この発明の要旨を逸脱しない範囲において、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、及び範囲内の全ての変更を含む。

１１ ：電気自動車
１２ ：シャーシ
１２ａ ：ホイールハウジング
１２ｂ ：懸架装置
１３ ：前輪
１４ ：駆動輪
２１ ：インホイールモータ駆動装置
２２ ：ケーシング
２３ ：カウンタ歯車
２３ａ ：大径歯車
２３ｂ ：小径歯車
２３ｃ ：歯車軸
２４ ：出力歯車
２４ａ ：歯車軸
２５ ：転がり軸受
２６ ：転がり軸受
３０ ：駆動軸
３０ａ ：スプライン部
３０ｂ ：フランジ部
３１ ：歯面
３１ａ ：スプライン部
３２ ：歯面
３３ ：転動体
３４ ：車輪取付けフランジ
３５、３６ ：ボルト
３７ａ、３７ｂ ：シール部材
３８ ：鋼球
３９ ：湾曲面
４０ ：弾性部材
４１ ：内方部材
４２ ：外方部材
Ａ ：モータ部
Ｂ ：減速機
Ｃ ：車輪ハブ

Claims (7)

1. 駆動力を発生させるモータ部と、モータ部の回転を減速して出力する複数の歯車からなる減速機と、減速機からの出力を駆動輪に伝える車輪ハブとを備えたインホイールモータ駆動装置において、前記車輪ハブに減速機からの出力を伝達する駆動軸を、ハブ輪と一体又は別体に設け、前記ハブ輪の駆動軸の減速機側の端面と、減速機を構成する車輪ハブ側の最終歯車の軸端面とにそれぞれ動力を伝達するための歯面を形成し、前記ハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面とが互いに揺動可能に係合されていることを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
2. 前記ハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面との間の隙間により互いに揺動可能に係合されていることを特徴とする請求項１記載のインホイールモータ駆動装置。
3. 前記ハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面の軸中心に、揺動を滑らかにする鋼球を配置したことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
4. 前記ハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面の少なくとも一方の面を、湾曲面に形成することにより互いに揺動可能に係合されていることを特徴とする請求項１記載のインホイールモータ駆動装置。
5. 前記ハブ輪に別体に設けられた駆動軸と減速機の最終歯車とを軸方向に移動可能な状態に配置し、ハブ輪と駆動軸との間に軸方向のガタをなくす弾性部材を配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
6. 前記ハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面が台形に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。
7. 前記ハブ輪の駆動軸の歯面とこの歯面に当接する減速機の最終歯車の歯面に、揺動を滑らかにする表面処理を施している請求項１〜６の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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