JP2016150611A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸心給油構造をなす潤滑機構に簡便な手段を付加することにより、モータ効率の向上を図ると共に、減速機部の冷却性能の向上を図る。【解決手段】 モータ部Ａと、減速機部Ｂと、車輪用軸受部Ｃと、モータ部Ａおよび減速機部Ｂを収容するケーシング２２と、回転ポンプ５１によりケーシング２２の油路２２ａからモータ部Ａを経由して減速機部Ｂへ潤滑油を供給する軸芯給油構造をなす潤滑機構とを備えたインホイールモータ駆動装置であって、潤滑機構に、ケーシング２２の油路２２ａから分岐して減速機部Ｂへ直通する分岐油路２２ｇを付加し、その分岐油路２２ｇに、回転ポンプ５１から吐出する潤滑油量による潤滑油の圧力変化に応じて開閉量が調整可能なリリーフ弁６１を設ける。【選択図】 図１

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のインホイールモータ駆動装置は、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、モータ部の回転を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。モータ部および減速機部はケーシングに収容されている。

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、潤滑油を一時的に貯溜する油タンクと、モータ部および減速機部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を循環する構造を有する。

この潤滑機構は、回転ポンプによりケーシングの油路からモータ部のモータ回転軸の油路を経由してモータ部に潤滑油を供給すると共に、モータ回転軸の油路と連通する減速機部の減速機入力軸の油路を経由して減速機部に潤滑油を供給する軸心給油構造を採用している。

この軸芯給油構造では、モータ回転に伴うポンプ圧力および遠心力によって、モータ回転軸の油路を経由して供給された潤滑油をモータ部で吐出させることにより、モータ部の冷却が行われる。また、減速機入力軸の油路を経由して供給された潤滑油を減速機部で吐出させることにより、減速機部の冷却および潤滑が行われる。

特開２０１１−１８９９１９号公報

ところで、前述した従来のインホイールモータ駆動装置に内蔵された回転ポンプは、減速機部の減速機出力軸と同期して回転する。そのため、モータ起動後、モータ回転速度の増加と共に回転ポンプの回転速度も増加し、回転ポンプから吐出する潤滑油量も増加する。従って、モータ起動直後は、モータ部に適正な潤滑油量が回転ポンプから供給されるが、モータ高速回転時には、回転ポンプからモータ部へ必要量以上の潤滑油が供給されることになる。

このモータ高速回転時に、モータ部に必要量以上の潤滑油が存在すると、高速回転のモータ部に接触する潤滑油量が増加すると共に、潤滑油の粘性によりモータ部と潤滑油との間に作用する荷重も増加するため、潤滑油の撹拌抵抗が増加する。このように、潤滑油の撹拌抵抗が増加すると、モータ効率が低下することになる。

一方、インホイールモータ駆動装置の潤滑機構は、回転ポンプによりケーシングの油路からモータ部のモータ回転軸の油路を経由してモータ部に潤滑油を供給すると共に、そのモータ回転軸の油路と連通する減速機部の減速機入力軸の油路を経由して減速機部に潤滑油を供給する軸心給油構造となっている。

このように、潤滑機構が軸芯給油構造をなすことから、減速機部に供給される潤滑油が不足すると、モータ高速回転時に発生する減速機部の発熱を抑制することが困難となる。これは、インホイールモータ駆動装置の連続運転時に顕著な問題となる。

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、軸心給油構造をなす潤滑機構に簡便な手段を付加することにより、モータ効率の向上を図ると共に、減速機部の冷却性能の向上を図り得る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、回転ポンプによりケーシングの油路からモータ部を経由して減速機部へ潤滑油を供給する軸芯給油構造をなす潤滑機構とを備えたインホイールモータ駆動装置であって、潤滑機構に、ケーシングの油路から分岐して減速機部へ直通する分岐油路を付加し、その分岐油路に、回転ポンプから吐出する潤滑油量による潤滑油の圧力変化に応じて開閉量が調整可能な弁を設けたことを特徴とする。なお、前述の弁は、分岐油路を機械的に開閉する機械式弁、あるいは、分岐油路を電気的に開閉する電磁制御弁のいずれであってもよい。

本発明の潤滑機構では、ケーシングの油路から分岐して減速機部へ直通する分岐油路に、回転ポンプから吐出する潤滑油量による潤滑油の圧力変化に応じて開閉量が調整可能な弁を設けたことにより、モータ高速回転時、高速回転する回転ポンプから吐出する潤滑油量の増加により潤滑油の圧力が上昇することで弁を開く。

このように、モータ高速回転時に弁を開くことにより、回転ポンプからモータ部へ供給される潤滑油の一部を分岐油路により減速機部へ逃がすことができる。その結果、モータ部に必要量以上の潤滑油が供給されることを抑制でき、潤滑油の撹拌抵抗が増加することを抑制できるので、モータ効率を向上させることが容易となる。

また、軸心給油構造をなす潤滑機構に付加した分岐油路により、潤滑油が減速機部へ直接的に供給される。そのため、軸心給油構造における減速機部の油路から供給される潤滑油に加えて、分岐油路から供給される潤滑油により、減速機部に供給される潤滑油を補充することができる。その結果、モータ高速回転時に発生する減速機部の発熱を容易に抑制することができ、減速機部の冷却性能を向上させることが容易となる。

本発明によれば、ケーシングの油路から分岐して減速機部へ直通する分岐油路に、回転ポンプから吐出する潤滑油量による潤滑油の圧力変化に応じて開閉量が調整可能な弁を設けたことにより、モータ高速回転時、モータ部に必要量以上の潤滑油が供給されることを抑制できる。その結果、潤滑油の撹拌抵抗が増加することを抑制できるので、モータ効率の向上が図れる。

また、軸心給油構造における減速機部の油路から供給される潤滑油に加えて、分岐油路から直接的に供給される潤滑油により、減速機部に供給される潤滑油を補充することができる。その結果、モータ高速回転時に発生する減速機部の発熱を容易に抑制することができるので、減速機の冷却性能向上が図れる。

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の減速機部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のリリーフ弁を示す要部拡大断面図である。 図６のリリーフ弁の動作状態を示す断面図である。 モータ回転数に対する潤滑油量の関係を示すグラフである。 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９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９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１０は、電気自動車１１を後方から見た概略断面図である。図９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１０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は減速機部Ｂ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、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部Ｂと、減速機部Ｂからの出力を駆動輪としての後輪１４（図９および図１０参照）に伝達する車輪用軸受部Ｃとを備え、モータ部Ａと減速機部Ｂ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１０参照）内に取り付けられる。ケーシング２２は、モータ部Ａが収容されたモータハウジングと減速機部Ｂ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。

モータ部Ａ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、減速機部Ｂ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、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部Ａの駆動力が減速機部Ｂに伝達される。

減速機部Ｂ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とを備えたサイクロイド減速機である。

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、減速機部Ｂの出力を後輪１４（図９および図１０参照）に伝達する。この減速機出力軸２８は、転がり軸受４６ｂ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、減速機出力軸２８の一部を構成するスタビライザ３２が設けられている。スタビライザ３２は、外ピンハウジング６０に転がり軸受４６ａによって回転自在に支持された円環部３２ａと、その円環部３２ａの内周面から軸方向に延びる円筒部３２ｂとからなる。複数の内ピン３１の軸方向他方側端部は、円環部３２ａ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３２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、泥水などの侵入を防止するシール部材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９および図１０参照）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、モータ部Ａを冷却するためにモータ部Ａに潤滑油を供給すると共に、減速機部Ｂを冷却および潤滑するため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、ケーシング２２に配設された油路２２ａと、モータ回転軸２４に配設された油路２４ａ，２４ｂおよび油孔２４ｃと、減速機入力軸２５に配設された油路２５ｃおよび油孔２５ｅ，２５ｆ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。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。

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。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開口する。

モータ回転軸２４の油路２４ａと連通する油路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。また、減速機入力軸２５の偏心部２５ａ，２５ｂに設けられた油孔２５ｅは、油路２５ｃと連通し、減速機入力軸２５の外周面に開口する。さらに、減速機入力軸２５の先端部に設けられた油孔２５ｆは、油路２５ｃと連通し、減速機入力軸２５の軸端面に開口する。

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３２の円筒部３２ｂ（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。また、インナロータ５２の歯数をｎとすると、アウタロータ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。

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。モータ部Ａ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、モータ部Ａの冷却が行われる。

一方、減速機部Ｂの冷却および潤滑として、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２５ｅ，２５ｆから吐出する。油孔２５ｅ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に供給される。さらに、油孔２５ｆ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。これらの潤滑油は、内ピン３１の針状ころ軸受３１ａおよび外ピン２７の針状ころ軸受２７ａに供給されながら、外ピンハウジング６０内を径方向外側へ移動する。このようにして、減速機部Ｂの冷却および潤滑が行われる。

モータ部Ａの冷却、減速機部Ｂの冷却および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。なお、図６および図７において、分岐油路２２ｇ内に付した白抜き矢印は潤滑油の流れを示す。

インホイールモータ駆動装置２１に内蔵された回転ポンプ５１は、減速機部Ｂの減速機出力軸２８と同期して回転する。そのため、モータ起動後、モータ回転速度の増加と共に回転ポンプ５１の回転速度も増加し、回転ポンプ５１から吐出する潤滑油量も増加する。従って、モータ起動直後は、ケーシング２２の油路２２ａおよびモータ回転軸２４の油路２４ａを経由してモータ部Ａに適正な潤滑油量が供給されるが、モータ高速回転時には、回転ポンプ５１から吐出する潤滑油量が増加することから、モータ部Ａへ必要量以上の潤滑油が供給されることになる。

一方、インホイールモータ駆動装置２１の潤滑機構は、回転ポンプ５１によりケーシング２２の油路２２ａからモータ回転軸２４の油路２４ａを経由してモータ部Ａに潤滑油を供給すると共に、そのモータ回転軸２４の油路２４ａと連通する減速機入力軸２５の油路２５ｃを経由して減速機部Ｂに潤滑油を供給する軸心給油構造となっている。このような軸芯給油構造では、モータ高速回転時に、モータ部Ａへ必要量以上の潤滑油が供給されると、減速機部Ｂに供給される潤滑油が不足することになる。

この実施形態のインホイールモータ駆動装置２１では、軸心給油構造をなす潤滑機構に簡便な手段を付加することにより、モータ高速回転時であっても、モータ部Ａに供給される潤滑油が必要量以上になることを抑制し、また、減速機部Ｂに供給される潤滑油が不足することを防止するようにしている。

その簡便な手段として、図１に示すように、潤滑機構に、ケーシング２２の油路２２ａから分岐して減速機部Ｂへ直通する分岐油路２２ｇを付加し、その分岐油路２２ｇに、回転ポンプ５１から吐出する潤滑油量による潤滑油の圧力変化に応じて開閉量が調整可能な弁６１を設けている。この実施形態では、分岐油路２２ｇを機械的に開閉する機械式弁であるリリーフ弁６１を例示しているが、分岐油路２２ｇを電気的に開閉する電磁制御弁を使用することも可能である。

分岐油路２２ｇは、回転ポンプ５１から径方向外側へ延びる油路２２ａが屈曲して軸方向インボード側へ延びる部位でその油路２２ａと連通する。分岐油路２２ｇは、油路２２ａとの連通部分から軸方向アウトボード側へ延び、その端部に拡径部２２ｈが形成され、その拡径部２２ｈから径方向内側へ延びて減速機部Ｂで開口する。この分岐油路２２ｇの拡径部２２ｈにリリーフ弁６１が配設されている。なお、分岐油路２２ｇの開口部に対応させて、減速機部Ｂの外ピンハウジング６０に油孔６０ｂが設けられている。

リリーフ弁６１は、図６に示すように、分岐油路２２ｇを開閉する弁体６１ａと、その弁体６１ａを軸方向インボード側へ弾性的に付勢するばね６１ｂとで構成されている。この弁体６１ａは、軸方向インボード側の先端部に円錐状のテーパ面６１ｃを持つ円柱状部材であり、拡径部２２ｈ内で軸方向に移動可能に配置されている。一方、軸方向に延びる分岐油路２２ｇと拡径部２２ｈとの間には、弁体６１ａのテーパ面６１ｃと当接可能なテーパ面２２ｉが形成されている。また、ばね６１ｂは、弁体６１ａとケーシング２２の減速機ハウジングとの間に張設されている。

この潤滑機構では、モータ起動直後、回転ポンプ５１によりケーシング２２の油路２２ａおよびモータ回転軸２４の油路２４ａを経由する軸芯給油構造でもってモータ部Ａに適正な潤滑油量が供給される。この時、ケーシング２２の油路２２ａから分岐油路２２ｇへ流入する潤滑油の圧力によりリリーフ弁６１の弁体６１ａを軸方向アウトボード側へ押圧する力が、ばね６１ｂの弾性力によりリリーフ弁６１の弁体６１ａを軸方向インボード側へ押圧する力よりも小さい。その結果、図６に示すように、ばね６１ｂの弾性力により弁体６１ａのテーパ面６１ｃが分岐油路２２ｇのテーパ面２２ｉに圧接されることにより、リリーフ弁６１は分岐油路２２ｇを閉じる状態となる。

一方、モータ高速回転時には、回転ポンプ５１から吐出する潤滑油量の増加により潤滑油の圧力が上昇する。そのため、ケーシング２２の油路２２ａから分岐油路２２ｇへ流入する潤滑油の高圧力によりリリーフ弁６１の弁体６１ａを軸方向アウトボード側へ押圧する力が、ばね６１ｂの弾性力によりリリーフ弁６１の弁体６１ａを軸方向インボード側へ押圧する力よりも大きくなる。その結果、図７に示すように、リリーフ弁６１は、潤滑油の高圧力により、ばね６１ｂの弾性力に抗して弁体６１ａが軸方向アウトボード側へ移動し、弁体６１ａのテーパ面６１ｃが分岐油路２２ｇのテーパ面２２ｉから離脱することで分岐油路２２ｇを開く状態となる。

このように、モータ高速回転時にリリーフ弁６１を開くことにより、回転ポンプ５１からモータ部Ａへ供給される潤滑油の一部を減速機部Ｂへ逃がすようにしている。つまり、図８に示すように、回転ポンプ５１から供給される総潤滑油量Ｓ₁に対して、軸心給油構造によりモータ部Ａと減速機部Ｂに軸心から供給される潤滑油量Ｓ₂を減少させることができる。その結果、モータ部Ａに必要量以上の潤滑油が供給されることを抑制でき、粘性を有する潤滑油の撹拌抵抗が増加することを抑制でき、モータ効率を向上させることが容易となる。

また、減速機部Ｂへ逃がした潤滑油が分岐油路２２ｇから外ピンハウジング６０の油孔６０ｂを経由してサイクロイド減速機の内部へ直接的に吐出される。軸心給油構造により減速機入力軸２５の油路２５ｃを経由して油孔２５ｅ，２５ｆから吐出される潤滑油に加えて、分岐油路２２ｇから吐出される潤滑油により、減速機部Ｂに供給される潤滑油を補充する。つまり、図８に示すように、分岐油路２２ｇから吐出される潤滑油量Ｓ₃の増加により減速機部Ｂに供給される潤滑油量を増加させることができる。その結果、モータ高速回転時に発生する減速機部Ｂの発熱を抑制することができ、インホイールモータ駆動装置２１の連続運転時においても、減速機部Ｂの冷却性能を向上させることが容易となる。

なお、減速機入力軸２５の下側に位置する外ピン２７については、減速機入力軸２５の下側へ向けて吐出される潤滑油と、減速機入力軸２５の上側へ向けて吐出された後に重力により下側へ移動する潤滑油とでもって潤滑される。一方、減速機入力軸２５の上側に位置する外ピン２７については、減速機入力軸２５の上側へ向けて吐出された潤滑油で潤滑され難い懸念があるが、この実施形態では、分岐油路２２ｇから外ピンハウジング６０の油孔６０ｂを経由して外ピン２７に潤滑油が吐出されるので、この分岐油路２２ｇから吐出される潤滑油により、減速機入力軸２５の上側に位置する外ピン２７を十分に潤滑することができる。

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、モータ部Ａ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の回転が減速機部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、後輪１４に必要なトルクを伝達することが可能となる。

この減速機部Ｂ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減速機部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、減速機部Ｂ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２５ｅを偏心部２５ａ，２５ｂに設け、油孔２５ｆを減速機入力軸２５の軸端に設けた場合を例示したが、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、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。

減速機部Ｂ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、この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、減速機部Ｂ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。この実施形態の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、遊星減速機、２軸並行減速機、その他の減速機であってもよい。

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。従って、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を採用した例を示したが、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９および図１０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、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も含むものである。

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
２２ａ 油路
２２ｇ 分岐油路
５１ 回転ポンプ
６１ 弁（リリーフ弁）
Ａ モータ部
Ｂ 減速機部
Ｃ 車輪用軸受部

Claims (3)

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、回転ポンプにより前記ケーシングの油路からモータ部を経由して減速機部へ潤滑油を供給する軸芯給油構造をなす潤滑機構とを備えたインホイールモータ駆動装置であって、
   前記潤滑機構に、ケーシングの油路から分岐して減速機部へ直通する分岐油路を付加し、前記分岐油路に、回転ポンプから吐出する潤滑油量による潤滑油の圧力変化に応じて開閉量が調整可能な弁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. 前記弁は、分岐油路を機械的に開閉する機械式弁である請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
3. 前記弁は、分岐油路を電気的に開閉する電磁制御弁である請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。

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