JP2017065301A - 車両用モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小径の減速機入力ギヤの採用を可能とした高減速比を有する平行軸歯車減速機を備えた軽量、コンパクトな車両用モータ駆動装置を提供すること。【解決手段】 モータ部Ａと、平行軸歯車減速機３６で構成された減速機部Ｂと、車輪用軸受部Ｃとを備え、モータ部Ａの回転駆動力を減速部Ｂに入力し回転数を減速して車輪側に伝達する車両用モータ駆動装置２１、７１において、平行軸歯車減速機３６の減速機入力ギヤ３０、８０が軸部３０ａを一体に有し、この軸部３０ａの外周面が先細となるテーパ面３０ｂ、８０ｂからなり、モータ部Ａのモータ回転軸２５、７５が内周孔２５ａ、７５ａを有し、この内周孔２５ａ、７５ａが減速機入力ギヤ３０、８０に向かって大径となるテーパ面２５ｂ、７５ｂからなり、両テーパ面３０ｂ、２５ｂ、８０ｂ、７５ｂが嵌合して、減速機入力ギヤ３０、８０とモータ回転軸２５、７５が連結されていることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用モータ駆動装置に関する。

車両用モータ駆動装置の一例であるインホイールモータ駆動装置は、ホイールの内部に収容されるため、車両のばね下荷重となる。ばね下荷重の増加は車両の乗り心地を悪化させるため、インホイールモータ駆動装置にとって小型軽量化は必須の要件となる。また、車両搭載時における車体や懸架部品との干渉回避の点からも小型化は重要な要件である、ところが、モータの出力トルクはモータのサイズおよび重量に比例するため、モータ単体で車両の駆動に必要なトルクを発生させようとすると大型のモータが必要になり、重量増につながるだけでなく、車体や懸架部品とインホイールモータ駆動装置との干渉が起きることになる。

そこで、減速機を採用し、モータと組み合わせて使用することで、モータの小型化を図る手段が用いられる。このようなインホイールモータ駆動装置として、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、車輪に接続する車輪用軸受部と、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部とを備え、減速部は平行軸歯車減速機から構成されている。

このインホイールモータ駆動装置は、モータ回転軸を車軸の直上にオフセット配置すると同時に、車輪用軸受を取り付けているナックルの外周端をモータと干渉しない位置まで延ばし、アッパーアームのアウトボード側端部と接続することを提案している。これにより、ホイール内のスペースにインホイールモータ駆動装置のユニットの一部を収めてインボード側（車体中央側）への張り出し量を減少させ、車体や懸架装置との干渉を回避することができるとしている。

特開２０１３−２０９０１６号公報

ところが、減速機の採用によりモータを小型化するに当っては、次のような問題があることに着目した。まず、モータを小型化すると、それに伴って不足するトルクを補うため高速回転させる必要があるが、このためには減速比を大きくしなければならない。しかし、高減速比を達成するためには、減速機入力ギヤとして小径かつ歯数が少ないピニオンギヤを、相対的に大径かつ歯数の多い減速機出力ギヤに噛合わせなくてはならない。

ホイール内のスペースは限られており、また、小型の歯となるようモジュールを小さくするのも歯の強度面より限界がある。そのため、ピニオンギヤは高減速比になればなるほど必然的に小径化せざるを得ず、実用的な高減速比（例えば、１／５〜１／１２）ではピニオンギヤとモータ回転軸との連結上の問題からモータの小型化を制限する要素になることが判明した。この問題について、特許文献１は着目していない。

本発明は、上記の問題に鑑みて提案されたものであって、その目的とするところは、小径の減速機入力ギヤの採用を可能とした高減速比を有する平行軸歯車減速機を備えた軽量、コンパクトな車両用モータ駆動装置を提供することにある。

本発明者らは、上記の目的を達成するため種々検討した結果、減速機入力ギヤを軸付構造とすると共に、モータ回転軸の内周孔にテーパ嵌合させる新たな着想に至った。

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、平行軸歯車減速機で構成された減速機部と、車輪用軸受部とを備え、前記モータ部の回転駆動力を前記減速部に入力し回転数を減速して車輪側に伝達する車両用モータ駆動装置において、前記平行軸歯車減速機の減速機入力ギヤが軸部を一体に有し、この軸部の外周面が先細となるテーパ面からなり、前記モータ部のモータ回転軸が内周孔を有し、この内周孔が前記減速機入力ギヤに向かって大径となるテーパ面からなり、前記両テーパ面が嵌合して、前記減速機入力ギヤと前記モータ回転軸が連結されていることを特徴とする。上記の構成により、小径の減速機入力ギヤの採用を可能とした高減速比を有する平行軸歯車減速機を備えた軽量、コンパクトな車両用モータ駆動装置を実現することができる。

具体的には、上記の両テーパ面のテーパ比が１／２１以上１／９以下であることが望ましい。テーパ比が１／２１よりも小さいと、軸力に比してテーパ嵌合面の面圧が上がりにくくなり、引き込みねじの引張強度を成立させるのが難しくなる。一方、テーパ比が１／９よりも大きいと、大径と小径の寸法差が大きくなり過ぎるため、小径の減速機入力ギヤ側と引き込みねじ側の両立が難しくなる。

上記の減速機入力ギヤの軸部の先端部にねじ部が形成され、このねじ部に螺合するボルトあるいはナットにより、減速機入力ギヤとモータ回転軸を締結することにより、減速機入力ギヤを容易に引き込むことができ、減速機入力ギヤとモータ回転軸の締結作業性が優れる。

上記の減速機入力ギヤがはすば歯車で形成され、そのねじれ方向がねじ部のねじれ方向と同一であることが望ましい。これにより、減速機入力ギヤとモータ回転軸とが強固に固定され、締結ねじの緩みの発生を防止できる。

上記の車両用モータ駆動装置は、インホイールモータ駆動装置として好適である。

上記の車両用モータ駆動装置は、そのモータ部と減速部を車体に搭載し、減速部からドライブシャフトを介して車輪に回転駆動力伝達するオンボードタイプの車両用モータ駆動装置として好適である。

本発明によれば、小径の減速機入力ギヤの採用を可能とした高減速比を有する平行軸歯車減速機を備えた軽量、コンパクトな車両用モータ駆動装置を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る車両用モータ駆動装置を示す縦断面図である。 図１の減速機入力ギヤとモータ回転軸を示し、（ａ）図は組み立て後の状態を示す部分縦断面図で、（ｂ）図は組み立て前の状態を示す部分縦断面図である。 テーパ面のテーパ比を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る車両用モータ駆動装置における減速機入力ギヤとモータ回転軸を示し、（ａ）図は組み立て後の状態を示す部分縦断面図で、（ｂ）図は組み立て前の状態を示す部分縦断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る車両用モータ駆動装置における減速機入力ギヤとモータ回転軸を示し、（ａ）図は組み立て後の状態を示す部分縦断面図で、（ｂ）図は組み立て前の状態を示す部分縦断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る車両用モータ駆動装置における減速機入力ギヤとモータ回転軸を示し、（ａ）図は組み立て後の状態を示す部分縦断面図で、（ｂ）図は組み立て前の状態を示す部分縦断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る車両用モータ駆動装置を示す縦断面図である。 図７の要部を拡大した縦断面図である。 本発明に至る過程の知見を示し、（ａ）図は減速機入力ギヤとモータ回転軸の組み立て後の状態を示す部分縦断面図で、（ｂ）図は組み立て前の状態を示す部分縦断面図である。 本発明に至る過程の知見を示し、（ａ）図は減速機入力ギヤとモータ回転軸の組み立て後の状態を示す部分縦断面図で、（ｂ）図は組み立て前の状態を示す部分縦断面図である。 本発明に至る過程の知見を示し、（ａ）図は減速機入力ギヤとモータ回転軸の組み立て後の状態を示す部分縦断面図で、（ｂ）図は組み立て前の状態を示す部分縦断面図である。 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１２の電気自動車を示す後方断面図である。

本発明の第１の実施形態に係る車両用モータ駆動装置を図１〜３、図１２および図１３に基づいて説明する。

図１２は、本実施形態の車両用モータ駆動装置であ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１１の概略平面図、図１３は、電気自動車１１を後方から見た概略断面図である。図１２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１３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１５の内部に収容され、懸架装置（サスペンション）１６を介してシャシー１２の下部に固定されている。

懸架装置１６は、左右に延びるサスペンションアームにより後輪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り、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。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１６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１５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、図１〜図３に示す本実施形態の車両用モータ駆動装置である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。これにより、コンパクトなインホイールモータ駆動装置２１を実現し、ばね下重量を抑えることで、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。なお、本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はインホイールモータ駆動装置２１を正面から見た断面図である。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１２および図１３参照）に伝達する車輪用軸受部Ｃとを備えている。モータ部Ａと減速機部Ｂはケーシング２２に収容されて、電気自動車１１のホイールハウジング１５（図１３参照）内に取り付けられる。ケーシング２２は、モータ部Ａと減速機部Ｂとが分割可能な構造でボルト（図示省略）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２３と、ステータ２３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２４と、ロータ２４の径方向内側に配置されてロータ２４と一体回転するモータ回転軸２５とを備えたラジアルギャップ型のモータ２６で構成されている。このモータ回転軸２５は、毎分一万数千回転程度で高速回転可能である。ステータ２３は磁性体コアの外周にコイルを巻回することによって構成され、ロータ２４は永久磁石または磁性体が内部に配置されている。

モータ回転軸２５は、径方向外側へ一体的に延びるホルダ部２７によりロータ２４が保持されている。このホルダ部２７は、ロータ２４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２５は、その軸方向一方側端部（図１の右側）が転がり軸受２８に、軸方向他方側端部（図１の左側）が転がり軸受２９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。

減速機部Ｂは、減速機入力ギヤ３０および減速機出力ギヤ３１を有する。減速機入力ギヤ３０は、モータ回転軸２５のアウトボード側軸端部に同軸的に取り付け固定されている。減速機出力ギヤ３１は減速機出力軸３５に同軸的に取り付け固定されている。この減速機部Ｂは、減速機入力ギヤ３０と減速機出力ギヤ３１とが噛合することで、モータ回転軸２５の回転運動を１段に減速する平行軸歯車減速機３６で構成されている。

減速機出力ギヤ３３が取り付け固定された減速機出力軸３５は、転がり軸受３９，４０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。減速機出力軸３５の軸端部４１は、車輪用軸受部Ｃのハブ輪４３にスプライン嵌合（セレーション嵌合を含む。以下、同じ）によって連結され、減速機部Ｂの出力を後輪１４（図１２および図１３参照）に伝達する。

この実施形態では、モータ回転軸２５および減速機出力軸３５の軸心が垂直に配置され、減速機部Ｂの径方向のコンパクト化を図っている。ただし、軸心の配置は、この実施形態のような配置に限られず、減速機入力ギヤ３０と減速機出力ギヤ３１の噛合いを維持した状態で、ケーシング２２のスペースなどを考慮して適宜ずらしてもよい。

ここで、平行軸歯車減速機３６を構成する減速機入力ギヤ３０と減速機出力ギヤ３１には、はすば歯車を用いている。はすば歯車は、同時に噛合う歯数が増え、歯当たりが分散されるので音が静かで、トルク変動が少ない点で有効である。歯車のかみあい率や限界の回転数などを考慮して、モジュールは１〜３程度が好ましい。

インホイールモータ駆動装置２１は、ホイールハウジング１２ａ（図１３参照）の内部に収められ、ばね下荷重となるため、小型軽量化が必須である。平行軸歯車減速機３６をモータ２６と組み合わせることでモータ２６の小型化を図ることができる。例えば、減速比１１の平行軸歯車減速機３６を用いた場合、１５０００ｍｉｎ^-1程度の高速回転のモータ２６を使用することによりモータ２６を小型化することができる。

図１に示すように、車輪用軸受部Ｃは、以下のような構造の車輪用軸受４２で構成されている。車輪用軸受４２は、減速機出力軸３５にトルク伝達可能に連結されたハブ輪４３と、ハブ輪４３の外周面に嵌合された内輪４４と、ケーシング２２に嵌合固定された外輪４５と、ハブ輪４３および内輪４４と外輪４５との間に配置された複数の玉４６と、複数の玉４６を保持する保持器（図示省略）とを備えた複列アンギュラ玉軸受である。車輪用軸受４２の軸方向両端部には、泥水などの侵入防止のためにシール部材４８が設けられている。この車輪用軸受４２のハブ輪４３にハブボルト（図示省略）で後輪１４（図１２および図１３参照）が連結される。４７はブレーキロータである。

本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説明する。

本実施形態の車両用モータ駆動装置（インホイールモータ駆動装置）は、高減速比を有する平行軸歯車減速機の減速機入力ギヤとモータ回転軸の連結構造を特徴的な構成とする。図１に示すように、減速機入力ギヤ３０は軸部３０ａが一体に形成され、この軸部３０ａの外周面が先細となるテーパ面３０ｂからなっている。モータ回転軸２５は内周孔２５ａが形成され、この内周孔２５ａが減速機入力ギヤ３０側に向かって大径となるテーパ面２５ｂからなっている。減速機入力ギヤ３０のテーパ面３０ｂとモータ回転軸２５のテーパ面２５ｂを嵌合させて、ボルト５０により減速機入力ギヤ３０とモータ回転軸２５を締結している。

図１の減速機入力ギヤ３０とモータ回転軸２５を拡大した図２（ａ）、図２（ｂ）に基づいて、減速機入力ギヤ３０とモータ回転軸２５の連結構造の詳細を説明する。図２（ａ）は減速機入力ギヤ３０とモータ回転軸２５の組み立て後の状態を示す部分縦断面図で、図２（ｂ）は組み立て前の状態を示す部分縦断面図である。図２（ｂ）に示すように、減速機入力ギヤ３０は、歯車部３０ｃを有し、この歯車部３０ｃから軸方向に延びる軸部３０ａが一体に形成されている。軸部３０ａの外周面はインボード側〔図２（ｂ）の右側〕に向かって先細となるテーパ面３０ｂからなり、先端に小径部３０ｄが形成されている。小径部３０ｄにねじ孔３０ｅが設けられている。

モータ回転軸２５は、内周孔２５ａを有し、この内周孔２５ａは、減速機入力ギヤ３０側〔アウトボード側、図２（ｂ）の左側〕に向かって大径となるテーパ面２５ｂからなり、内周孔２５ａの奥側に小径内周部２５ｃが形成されている。モータ回転軸２５のインボード側端部に壁部２５ｄと座ぐり部２５ｅが形成され、壁部２５ｄにボルト５０の貫通孔２５ｆが形成されている。前述した減速機入力ギヤ３０のテーパ面３０ｂとモータ回転軸２５のテーパ面２５ｂは研削仕上げを施すことが望ましい。

上記のように構成された減速機入力ギヤ３０とモータ回転軸２５を組み立てて、連結する。図２（ａ）に示すように、減速機入力ギヤ３０の軸部３０ａをモータ回転軸２５の内周孔２５ａに挿入する。そして、減速機入力ギヤ３０の小径部３０ｄに設けられたねじ孔３０ｅにボルト５０を螺合させ、このボルト５０により減速機入力ギヤ３０を引き込む。引き込みを進めると、両テーパ面３０ｂ、２５ｂが嵌合し、最終的にボルト５０により減速機入力ギヤ３０とモータ回転軸２５が締結される。両テーパ面３０ｂ、２５ｂの嵌合により、減速機入力ギヤ３０とモータ回転軸２５の芯出し精度が高く、かつ、強固に嵌合したテーパ面で曲げ荷重とトルク伝達荷重の両方を支持することができる。その結果、高トルク交番入力のような過酷な条件下においても嵌合面のフレッティング摩耗を防止することができる。

両テーパ面３０ｂ、２５ｂのテーパ比について図３を参照して説明する。テーパ比Ｅは、大径Ｄ、小径ｄ、長さＬ、テーパ角αを図３に示すように定義したとき、次式で表すことができる。
Ｅ＝（Ｄ−ｄ）／Ｌ＝２ｔａｎ α／２
図２（ａ）、図２（ｂ）で説明したように、ボルト５０で引き込むことにより、両テーパ面３０ｂ、２５ｂが嵌合し、減速機入力ギヤ３０の位置（軸方向および軸心）が決まることが好ましい。このときのテーパ比Ｅは１／２１（テーパ角α＝２．７２８°）以上１／９（テーパ角α＝６．３６０°）以下に設定することが望ましい。テーパ比Ｅが１／２１よりも小さいと、軸力に比してテーパ嵌合面の面圧が上がりにくくなり、引き込みねじ（ボルト５０）の引張強度を成立させるのが難しくなる。一方、テーパ比Ｅが１／９よりも大きいと、大径Ｄと小径ｄの寸法差が大きくなり過ぎるため、小径の減速機入力ギヤ３０側（大径Ｄ側）と引き込みねじ側（小径ｄ側）の両立が難しくなる。

ここで、本実施形態に至るまでの知見を図９〜図１１に基づいて説明する。この知見は、モータ３６（図１参照）の小型化を制限する要素について検討したものである。

減速機入力ギヤ１３０に十分な歯底径があれば、その歯底径よりも径方向内側にモータ回転軸１２５との嵌合穴１３０ａやキー溝１３０ｂを設けることができ、モータ回転軸１２５にもキー溝１２５ａを設け、キー（図示省略）を嵌めて、ナット１５０で締結した、例えば、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すような固定方法で減速機入力ギヤ１３０をモータ回転軸１２５に固定することができる。図９（ａ）は組み立て後の状態を示し、図９（ｂ）は組み立て前の状態を示す。しかし、このような固定方法は、１段で１／５〜１／１２程度の高減速比を得るために小径の減速機入力ギヤを用いた平行軸歯車減速機では成立しないことが分かった。

そこで、小径の減速機入力ギヤを考慮して、図９（ａ）、図９（ｂ）とは逆にモータ回転軸に対して減速機入力ギヤの軸を挿入する方式を思い付いた。この方式として、図１０、図１１のような固定方法を考えた。図１０（ａ）および図１１（ａ）は組み立て後の状態を示し、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）は組み立て前の状態を示す。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、減速機入力ギヤ１３０₁は、歯車部１３０ｃ₁を有し、この歯車部１３０ｃ₁の端部に段部を設け、この段部から軸方向に延びるストレートな軸部１３０ａ₁が一体に形成されている。軸部１３０ａ₁には段部の近傍からキー溝１３０ｂ₁が設けられ、軸端に雄ねじ１３０ｄ₁が設けられている。モータ回転軸１２５₁の内周孔１２５ａ₁にキー溝１２５ｂ₁が設けられている。キー（図示省略）を嵌めて、段部にワッシャ１５１を挟んでナット１５０₁で締結する。この固定方法では、モーメント負荷条件下でキー溝１３０ｂ₁部が段部近傍にあり疲労破断の可能性が考えられる。

他の固定方法として、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、減速機入力ギヤ１３０₂は、歯車部１３０ｃ₂を有し、この歯車部１３０ｃ₂の端部に段部を設け、この段部から軸方向に延びる軸部１３０ａ₂が一体に形成されている。この場合は、軸部１３０ａ₂には段部から軸方向に離れた位置からスプライン１３０ｂ₂を設け、軸端にねじ孔１３０ｄ₂を設けている。モータ回転軸１２５₂の内周孔１２５ａ₂に雌スプライン１２５ｂ₂が設けられている。段部にワッシャ１５１を挟んでボルト１５０₂で締結する。この固定方法では、減速機入力ギヤ１３０₂側の嵌合面はトルク負荷時のねじれにより滑り回転が発生し、フレッティング摩耗を起こしたり、回転方向によっては、ねじの緩みを起こしたりする可能性が考えられる。

以上のような知見に基づいて、種々検討した結果、減速機入力ギヤとモータ回転軸とをテーパ面で嵌合させる連結構造をもつ本実施形態に至った。

次に、本発明の第２の実施形態に係る車両用モータ駆動装置における減速機入力ギヤとモータ回転軸の連結構造を図４（ａ）、図４（ｂ）に基づいて説明する。図４（ａ）は減速機入力ギヤとモータ回転軸の組み立て後の状態を示す部分縦断面図で、図４（ｂ）は組み立て前の状態を示す部分縦断面図である。車両用モータ駆動装置であるインホイールモータ駆動装置の全体構成は、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態で説明した内容をすべて準用する。第１の実施形態と同様の機能を有する部位には同一の符号（下付文字を除く）を付して、要点のみ説明する。

図４（ｂ）に示すように、減速機入力ギヤ３０₁は、歯車部３０ｃ₁を有し、この歯車部３０ｃ₁から軸方向に延びる軸部３０ａ₁が一体に形成されている。軸部３０ａ₁の外周面はインボード側〔図４（ｂ）の右側〕に向かって先細となるテーパ面３０ｂ₁からなり、先端に雄ねじ３０ｅ₁が設けられている。

モータ回転軸２５₁は、内周孔２５ａ₁を有し、この内周孔２５ａ₁は、減速機入力ギヤ３０側〔アウトボード側、図４（ｂ）の左側〕に向かって大径となるテーパ面２５ｂ₁からなる。本実施形態でも、減速機入力ギヤ３０₁のテーパ面３０ｂ₁とモータ回転軸２５₁のテーパ面２５ｂ₁は研削仕上げを施すことが望ましい。

第１の実施形態と同様に、図４（ａ）に示すように、減速機入力ギヤ３０₁の軸部３０ａ₁をモータ回転軸２５₁の内周孔２５ａ₁に挿入する。そして、減速機入力ギヤ３０₁の雄ねじ３０ｅ₁にナット５０₁を螺合させ、このナット５０₁により減速機入力ギヤ３０₁を引き込む。引き込みを進めると、両テーパ面３０ｂ₁、２５ｂ₁が嵌合し、最終的にナット５０₁により減速機入力ギヤ３０₁とモータ回転軸２５₁が締結される。両テーパ面３０ｂ₁、２５ｂ₁の嵌合により、減速機入力ギヤ３０₁とモータ回転軸２５₁の芯出し精度が高く、かつ、強固に嵌合したテーパ面で曲げ荷重とトルク伝達荷重の両方を支持することができる。その結果、高トルク交番入力のような過酷な条件下においても嵌合面のフレッティング摩耗を防止することができる。両テーパ面３０ｂ₁、２５ｂ₁のテーパ比等は、第１の実施形態と同様に設定されている。

本発明の第３の実施形態に係る車両用モータ駆動装置における減速機入力ギヤとモータ回転軸の連結構造を図５（ａ）、図５（ｂ）に基づいて説明する。図５（ａ）は減速機入力ギヤとモータ回転軸の組み立て後の状態を示す部分縦断面図で、図５（ｂ）は組み立て前の状態を示す部分縦断面図である。本実施形態は、減速機入力ギヤのはすば歯車のねじれ方向とねじ部のねじれ方向との関係を特定した点が第２の実施形態と異なる。車両用モータ駆動装置であるインホイールモータ駆動装置の全体構成は、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態で説明した内容をすべて準用する。第２の実施形態と同様の機能を有する部位には同一の符号（下付文字を除く）を付して、要点のみ説明する。

図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、減速機入力ギヤ３０₂のはすば歯車部３０ｃ₂のねじれ方向は右方向に形成されている。雄ねじ３０ｅ₂のねじれ方向も右方向に形成されている。はすば歯車部３０ｃ₂のねじれ方向と雄ねじ３０ｅ₂のねじれ方向を同一にしたことにより、減速機入力ギヤ３０₂は、モータ回転軸２５₂に強固に固定される。そのため、モータ回転軸２５₂のバランスを崩すような緩み止め（偏心ナット、キャッスルナット等）を適用することなく、締結ねじの緩みの発生を防止できる。

締結ねじの緩みの発生を防止できる理由を次に説明する。まず、減速機入力ギヤ３０₂に負荷されるトルクの向きが締結ねじの向きと逆の場合ついて説明する。はすば歯車部３０ｃ₂のねじれ角により軸方向分力が発生し、この軸方向分力が減速機入力ギヤ３０₂を引き抜く方向に作用し、テーパ面３０ｂ₂、２５ｂ₂の嵌め合いが緩む傾向となる。しかし、万一、テーパ面３０ｂ₂、２５ｂ₂にすべり回転が発生しても、それはねじが締まる向きとなり、ねじの軸力により、はすば歯車部３０ｃ₂の軸力は相殺されてテーパ面３０ｂ₂、２５ｂ₂の嵌め合いは強くなり、それ以上のすべり回転は発生しない。

上記の場合とは反対に、減速機入力ギヤ３０₂に負荷されるトルクの向きが締結ねじの向きと同じ場合は、はすば歯車部３０ｃ₂のねじれ角により軸方向分力が発生し、この軸方向分力により減速機入力ギヤ３０₂が押し込まれて、テーパ面３０ｂ₂、２５ｂ₂がより強い嵌め合いとなり、すべり回転は発生しない。ねじの軸力も同時に減少するが、軽量なナット５０₂の慣性による回転に相応な軸力さえ確保できていれば、ナット５０₂が緩むこともない。

本発明の第４の実施形態に係る車両用モータ駆動装置における減速機入力ギヤとモータ回転軸の連結構造を図６（ａ）、図６（ｂ）に基づいて説明する。図６（ａ）は減速機入力ギヤとモータ回転軸の組み立て後の状態を示す部分縦断面図で、図６（ｂ）は組み立て前の状態を示す部分縦断面図である。本実施形態は、減速機入力ギヤのはすば歯車のねじれ方向とねじ部のねじれ方向をいずれも左方向にして第３の実施形態とは反対にした点が異なる。車両用モータ駆動装置であるインホイールモータ駆動装置の全体構成は、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態で説明した内容をすべて準用する。第３の実施形態の締結ねじの緩みの発生を防止できる作用と同様であるので、第３の実施形態と同様の機能を有する部位には同一の符号（下付文字を除く）を付して、説明を省略する。

以上の実施形態に係る車両用モータ駆動装置であ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に示すように、モータ部Ａにおいて、例えば、ステータ２３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ロータ２４が回転する。これにより、減速機部Ｂにおいて、モータ回転軸２５の回転が、平行軸歯車減速機３６を構成する減速機入力ギヤ３０と減速機出力ギヤ３１によって減速され、減速機出力軸３５を介して車輪用軸受部Ｃに伝達される。この時、モータ回転軸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３５に伝達されるので、モータ部Ａにおいて、低トルク、高速回転型の電動モータ２６を採用した場合でも、後輪１４（図１２および図１３参照）に必要なトルクを伝達することが可能となる。

減速機部Ｂの減速比は、小径の減速機入力ギヤ３０と大径の減速機出力ギヤ３１の採用を可能としたので、減速比は約１／１１と大きな減速比を得ることができる。このように、大きな減速比を得ることができる平行軸歯車減速機３６を採用することにより、軽量、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、平行軸歯車減速機３６は、はすば歯車を用いているので、製造が容易で、コストの低減が図れ、性能面でも、静粛かつ効率のよい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。

この実施形態では、モータ部Ａとしてラジアルギャップ型の電動モータ２６を例示したが、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たステータと、ステータの軸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とを備えるアキシャルギャップ型の電動モータであってもよい。

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を駆動させることや、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。

この実施形態では、図１２および図１３に示すように、後輪１４を駆動輪とした電気自動車１１を例示したが、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。

次に、本発明の第５の実施形態に係る車両用モータ駆動装置を図７および図８に基づいて説明する。図７は車両用モータ駆動装置の縦断面図で、図８は要部を拡大した縦断面図である。本実施形態の車両用モータ駆動装置７１はオンボードタイプと呼ばれるもので、車両用モータ駆動装置７１は車体に搭載される。図７に示すように、車両用モータ駆動装置７１は、左右のドライブシャフト１００を介して駆動車輪１４を駆動する。車両用モータ駆動装置７１は、平行軸歯車減速機を有する減速部Ｂと、減速部Ｂを回転駆動するモータ部Ａを備えている。

車両用モータ駆動装置７１は左右にモータ部Ａと減速部Ｂとをそれぞれ２個ずつ備える。２個のモータ部Ａは、同軸に背中合わせで隣接して配設されている。また、２個の減速部Ｂも同軸に配設されている。左右のモータ部Ａ、減速部Ｂおよびドライブシャフト１００は同じであるので、左側のモータ部Ａ、減速部Ｂおよびドライブシャフト１００について説明する。

モータ部Ａは、ケーシング７２に固定されたステータ７３ａと、ステータ７３ａの内側に径方向の隙間をもって対向する位置に配置されるロータ７３ｂと、ロータ７３ｂの内側に連結固定されてロータ７３ｂと一体回転するモータ回転軸７５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７５は、その両端を転がり軸受１０６ａ、１０６ｂによって回転自在に支持されている。

図８に示すように、減速部Ｂの減速機入力ギヤ８０は、歯車部８０ｃを有し、この歯車部８０ｃから軸方向に延びる軸部８０ａが一体に形成されている。軸部８０ａの外周面はインボード側（図８の右側）に向かって先細となるテーパ面８０ｂからなり、先端に小径部８０ｄが形成されている。小径部８０ｄにねじ孔８０ｅが設けられている。

モータ回転軸７５は、内周孔７５ａを有し、この内周孔７５ａは、減速機入力ギヤ８０側（アウトボード側、図８の左側）に向かって大径となるテーパ面７５ｂからなり、内周孔７５ａの奥側に小径内周部７５ｃが形成されている。モータ回転軸７５のインボード側端部に壁部７５ｄと座ぐり部７５ｅが形成され、壁部７５ｄにボルト５０の貫通孔２５ｆが形成されている。前述した減速機入力ギヤ８０のテーパ面８０ｂとモータ回転軸７５のテーパ面７５ｂは研削仕上げを施すことが望ましい。

減速機入力ギヤ８０とモータ回転軸７５は、両テーパ面８０ｂ、７５ｂが嵌合し、ボルト５０により締結されている。両テーパ面８０ｂ、７５ｂの嵌合により、減速機入力ギヤ８０とモータ回転軸７５の芯出し精度が高く、かつ、強固に嵌合したテーパ面で曲げ荷重とトルク伝達荷重の両方を支持することができる。その結果、高トルク交番入力のような過酷な条件下においても嵌合面のフレッティング摩耗を防止することができる。

減速機部Ｂの減速機出力ギヤ８１は減速機出力軸８５に同軸的に取り付け固定されている。この減速機部Ｂは、減速機入力ギヤ８０と減速機出力ギヤ８１とが噛合することで、モータ回転軸７５の回転運動を１段に減速する平行軸歯車減速機８６で構成されている。

減速機出力ギヤ８３が取り付け固定された減速機出力軸８５は、転がり軸受８９、９０、９１によってケーシング７２に対して回転自在に支持されている。図７に示すように、ドライブシャフト１００は、駆動車輪１４側の固定式等速自在継手１０１と減速機側の摺動式等速自在継手１０２と、両等速自在継手１０１、１０２間を連結する中間シャフト１０３を主な構成とする。減速機出力軸８５は、摺動式等速自在継手１０１にスプライン嵌合によって連結され、減速部Ｂの出力を車輪１４に伝達する。

本実施形態の車両用モータ駆動装置７１においても、前述した第２〜４の実施形態における減速機入力ギヤとモータ回転軸の連結構造を適用することができる。両テーパ面８０ｂ、７５ｂのテーパ比等は、第１の実施形態と同様に設定されている。

第５の実施形態の車両用モータ駆動装置７１は、左右の車輪をそれぞれ駆動するモータ部Ａ、減速部Ｂをそれぞれ２個ずつ配設したものを示したが、これに限られず、１個のモータ部と１個の減速部Ｂからなる車両用モータ駆動装置により左右の車輪を駆動するものにも適宜適用することができる。

以上に述べた各実施形態は、いずれも、小径の減速機入力ギヤの採用を可能とした高減速比を有する平行軸歯車減速機を備えた軽量、コンパクトな車両用モータ駆動装置を実現することができる。

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 車両用モータ駆動装置
２２ ケーシング
２５ モータ回転軸
２５ａ 内周孔
２５ｂ テーパ面
３０ 減速機入力ギヤ
３０ａ 軸部
３０ｂ テーパ面
３１ 減速機出力ギヤ
３６ 平行軸歯車減速機
５０ ボルト、ナット
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、平行軸歯車減速機で構成された減速機部と、車輪用軸受部とを備え、前記モータ部の回転駆動力を前記減速部に入力し回転数を減速して車輪側に伝達する車両用モータ駆動装置において、
   前記平行軸歯車減速機の減速機入力ギヤが軸部を一体に有し、この軸部の外周面が先細となるテーパ面からなり、
   前記モータ部のモータ回転軸が内周孔を有し、この内周孔が前記減速機入力ギヤに向かって大径となるテーパ面からなり、
   前記両テーパ面が嵌合して、前記減速機入力ギヤと前記モータ回転軸が連結されていることを特徴とする車両用モータ駆動装置。
2. 前記両テーパ面のテーパ比が１／２１以上１／９以下であることを特徴とする請求項１に記載の車両用モータ駆動装置。
3. 前記減速機入力ギヤの軸部の先端部にねじ部が形成され、このねじ部に螺合するボルトあるいはナットにより、前記減速機入力ギヤと前記モータ回転軸とが締結されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用モータ駆動装置。
4. 前記減速機入力ギヤがはすば歯車で形成され、そのねじれ方向が前記ねじ部のねじれ方向と同一であることを特徴とする請求項３に記載の車両用モータ駆動装置。
5. 前記車両用モータ駆動装置がインホイールモータ駆動装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用モータ駆動装置。
6. 前記車両用モータ駆動装置のモータ部と減速部が車体に搭載され、減速部からドライブシャフトを介して車輪に回転駆動力伝達することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用モータ駆動装置。

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