JP2017065301A - 車両用モータ駆動装置 - Google Patents
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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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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2015
- 2015-09-28 JP JP2015189910A patent/JP2017065301A/ja active Pending
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