JP2018070028A - 車両用モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便な手段により、電動モータあるいは減速機を個別に性能保証し得るインホイールモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】 車輪を駆動する電動モータ２２と、その電動モータ２２の回転を減速して出力する平行軸歯車減速機２３と、その平行軸歯車減速機２３の出力を車輪に伝達する車輪用軸受２４と、平行軸歯車減速機２３を収容するケーシング２２とを備えたインホイールモータ駆動装置２１であって、ケーシング２２にモータ収容部５３を設け、電動モータ２２を簡易ハウジング５４に格納したモータユニット５５を、ケーシング２２のモータ収容部５３に配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、電動モータの回転駆動力を減速機に入力し回転数を減速して車輪用軸受に伝達する車両用モータ駆動装置に関する。

従来の車両用モータ駆動装置として、例えば、特許文献１に開示されたインホイールモータ駆動装置がある。

この特許文献１のインホイールモータ駆動装置は、車輪の駆動力を発生させる電動モータと、その電動モータの回転を減速して出力する歯車減速機とを内蔵し、電動モータの回転出力により車輪を回転駆動するように構成されている。

このインホイールモータ駆動装置は、電動モータおよび歯車減速機をケーシングに一体的に収容した構造を具備する。

電動モータは、ケーシングに固定されたステータと、そのステータの内側でケーシングに回転自在に支持されたロータと、そのロータの回転出力を歯車減速機を介して車輪に伝達する出力軸とで構成されている。

歯車減速機は、複数の歯車で構成されている。この歯車減速機の入力段歯車は、電動モータのロータに同心状に一体的に形成されている。歯車減速機の最終段歯車は、電動モータの出力軸に固定されて一体的に回転する。歯車減速機の入力段歯車は中間歯車と噛合し、その中間歯車は最終段歯車と噛合するように構成されている。

特開平７−８１４３６号公報

ところで、特許文献１で開示されたインホイールモータ駆動装置は、電動モータおよび歯車減速機をケーシングに一体的に収容した構造を具備する。

そのため、電動モータと歯車減速機とを一体的に組み上げた状態で、電動モータおよび歯車減速機を総合的に性能保証しなければならない。従って、電動モータあるいは歯車減速機を個別に性能保証することができないというのが現状であった。

そこで、本発明は前述の課題に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、簡便な手段により、電動モータあるいは歯車減速機を個別に性能保証し得る車両用モータ駆動装置を提供することにある。

本発明に係る車両用モータ駆動装置は、車輪を駆動する電動モータと、その電動モータの回転を減速して出力する減速機と、その減速機の出力を車輪に伝達する車輪用軸受と、減速機を収容するケーシングとを備えた構造を具備する。

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、ケーシングにモータ収容空間を設け、電動モータを簡易ハウジングに格納したモータユニットを、ケーシングのモータ収容空間に配置したことを特徴とする。

本発明では、車両用モータ駆動装置を構成する電動モータを簡易ハウジングに格納してユニット化したことにより、電動モータ単体での性能保証が可能となる。また、モータユニットを減速機のケーシングのモータ収容空間に配置したことにより、減速機のケーシングに対する電動モータの組み付けを簡易化することができる。

本発明において、モータユニットの簡易ハウジングとケーシングの簡易ハウジングとの対向部位との間に弾性部材を介在させた構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、電動モータで発生する振動を弾性部材により吸収することができ、モータユニットの簡易ハウジングから減速機のケーシングに振動が伝わることを抑制できる。

本発明において、ケーシングの簡易ハウジングとの接触部位に、モータユニットを冷却する媒体の流路を形成した構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、ケーシングの流路を流れる冷却媒体でモータユニットの簡易ハウジングを介して電動モータを効率よく冷却することができる。

本発明によれば、車両用モータ駆動装置を構成する電動モータを簡易ハウジングに格納してユニット化したことにより、電動モータ単体での性能保証が可能となる。また、モータユニットを減速機のケーシングのモータ収容空間に配置したことにより、減速機のケーシングに対する電動モータの組み付けを簡易化することができる。

このように、電動モータ単体あるいは減速機単体での性能保証を個別に行うことができる。このような電動モータのユニット化により、減速機に対する電動モータの組み付けにおける自由度が増し、電動モータおよび減速機について品質保証の責任分担を明確化することができる。

本発明の実施形態で、車両用モータ駆動装置を示す断面図である。 図１の平行軸歯車減速機をアウトボード側から見た概要図である。 図１のモータユニットを平行軸歯車減速機のケーシングに組み付ける前の状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態で、モータユニットの片側に皿ばねを配置した車両用モータ駆動装置を示す断面図である。 本発明の他の実施形態で、モータユニットの両側に皿ばねを配置した車両用モータ駆動装置を示す断面図である。 本発明の他の実施形態で、モータユニットの外周に冷却用流路を設けた車両用モータ駆動装置を示す断面図である。 車両用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７の電気自動車を示す後方断面図である。

本発明に係る車両用モータ駆動装置の実施形態としてインホイールモータ駆動装置を図面に基づいて詳述する。図７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８は、電気自動車１１を後方から見た概略断面図である。

電気自動車１１は、図７に示すように、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。後輪１４は、図８に示すように、シャシー１２のホイールハウジング１５の内部に収容され、独立懸架式の懸架装置（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。

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ている。

そこで、図１に示す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。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。以下の説明では、インホイールモータ駆動装置２１を車体に搭載した状態で、車体の外側寄りとなる側をアウトボード側（図面左側）と称し、中央寄りとなる側をインボード側（図面右側）と称する。

インホイールモータ駆動装置２１は、図１に示すように、車輪を駆動する電動モータ２２と、電動モータ２２の回転を減速して出力する平行軸歯車減速機２３と、平行軸歯車減速機２３の出力を駆動輪である後輪１４（図７および図８参照）に伝達する車輪用軸受２４とを備えている。なお、この実施形態では、平行軸歯車減速機２３を例示するが、例えば、遊星歯車減速機やサイクロイド減速機など他の減速機であってもよい。

平行軸歯車減速機２３は、ケーシング２５に収容されている。電動モータ２２は、後述するようにユニット化されて平行軸歯車減速機２３のケーシング２５に収容されている。平行軸歯車減速機２３および電動モータ２２が収容されたケーシング２５は、電気自動車１１のホイールハウジング１５（図８参照）内に取り付けられる。

平行軸歯車減速機２３は、入力歯車である第１歯車２６と、中間歯車である第２歯車２７および第３歯車２８と、出力歯車である第４歯車２９とで構成されている。第２歯車２７は、インボード側の大径歯部３０とアウトボード側の小径歯部３１とを同軸的に有する。また、第３歯車２８は、インボード側の小径歯部３２とアウトボード側の大径歯部３３とを同軸的に有する。

平行軸歯車減速機２３では、第１歯車２６の歯部３４と第２歯車２７の大径歯部３０とが噛合し、第２歯車２７の小径歯部３１と第３歯車２８の大径歯部３３とが噛合し、第３歯車２８の小径歯部３２と第４歯車２９の歯部３５とが噛合することにより、電動モータ２２の回転を所定の減速比でもって減速する。

インホイールモータ駆動装置２１は、ホイールハウジング１５（図８参照）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。そのため、大きな減速比を持つ平行軸歯車減速機２３を用いることにより、高速回転の電動モータ２２と組み合わせることで電動モータ２２の小型化が図れ、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を実現する。

第１歯車２６〜第４歯車２９は、転がり軸受３６〜４３によってケーシング２２に回転自在に支持されている。第４歯車２９は、車輪用軸受２４のハブ輪４５にスプライン嵌合により同軸的に取り付けられている。

第１歯車２６〜第４歯車２９は、図１に示すように、径方向に沿って一直線上に配置されている。また、第１歯車２６〜第４歯車２９の回転中心Ｃ１〜Ｃ４は、図２に示すような位置関係でもってオフセット配置されている。このように、第１歯車２６〜第４歯車２９を配置することにより、平行軸歯車減速機２３の軸方向および径方向のコンパクト化を図っている。なお、図中の符号Ｍは、ホイール空間を示す。

ここで、第１歯車２６〜第４歯車２９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。このように、平行軸歯車減速機２３にはすば歯車を用いることで、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。

車輪用軸受２４は、図１に示すように、平行軸歯車減速機２３のケーシング２５に固定された外輪４４と、外輪４４の内側に配置されたハブ輪４５およびハブ輪４５に圧入された内輪４６と、ハブ輪４５および内輪４６と外輪４４との間に配置された複数の転動体４７とを備えている。ハブ輪４５のインボード側端部を加締めることにより、車輪用軸受２４に予圧が付与されている。この予圧の付与により、車輪用軸受２４を複列のアンギュラ玉軸受構造としている。

この車輪用軸受２４のハブ輪４５の軸孔４８に、平行軸歯車減速機２３の第４歯車２９からアウトボード側に一体的に延びる軸部４９がスプライン嵌合によりトルク伝達可能に結合されている。車輪用軸受２４の軸方向両端部には、泥水などの侵入防止およびグリースの漏洩防止のためにシール部材５０が設けられている。なお、ハブ輪４５のアウトボード側にはフランジ５１が一体的に形成され、このフランジ５１にハブボルト５２で後輪１５（図７および図８参照）が連結される。

以上の構成からなるインホイールモータ駆動装置２１では、電動モータ２２の回転が平行軸歯車減速機２３の第１歯車２６〜第４歯車２９によって減速され、車輪用軸受２４に伝達される。

この時、電動モータ２２の回転が平行軸歯車減速機２３により減速されて車輪用軸受２４に伝達されるので、低トルク、高速回転型の電動モータ２２を採用した場合でも、後輪１４（図７および図８参照）に必要なトルクを伝達することが可能となる。

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は、図１および図３に示すように、平行軸歯車減速機２３のケーシング２５のインボード側にモータ収容空間である収容部５３を設け、電動モータ２２を簡易ハウジング５４に格納したモータユニット５５をケーシング２５の収容部５３に配置した構造を具備する。なお、収容部５３は、平行軸歯車減速機２３が収容されたケーシング２５のインボード側に突出するように一体的に設けられている。この収容部５３は、インボード側に開口している。

電動モータ２２は、ラジアルギャップ型と称するもので、簡易ハウジング５４に固定されたステータ５６と、そのステータ５６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５７と、そのロータ５７の径方向内側に配置されてロータ５７と一体回転するモータ回転軸５８とを備えている。

ステータ５６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ている。ロータ５７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５８は、毎分一万数千回転程度で高速回転可能である。

モータ回転軸５８は、径方向外側へ一体的に延びるホルダ部５９によりロータ５７を保持している。ホルダ部５９は、ロータ５７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５８は、そのインボード側端部が転がり軸受６０に、アウトボード側端部が転がり軸受６１によって、簡易ハウジング５４に対して回転自在に支持されている。

モータ回転軸５８および簡易ハウジング５４のインボード側端部には回転角センサ６２が設けられている。モータ回転軸５８のアウトボード側に延在する軸部６３は、平行軸歯車減速機２３の第１歯車２６にスプライン嵌合により同軸的に連結されている。

簡易ハウジング５４のアウトボード側端部に凸部６４を設けると共に、その凸部６４が嵌合する凹部６５をケーシング２５の対向部位に設けている。この凸部６４および凹部６５からなるインロー構造により、モータ回転軸５８と第１歯車２６とを軸芯合わせするようにしている。

このモータユニット５５では、ロータ５７およびモータ回転軸５８を転がり軸受６０，６１で回転自在に支持する機能を有してさえいればよい。このことから、ステータ５６、ロータ５７、モータ回転軸５８からなる電動モータ２２および転がり軸受６０，６１を内包する簡易ハウジング５４は、耐環境性や外部からの荷重に対して耐え得る強度を必要としない。そのため、簡易ハウジング５４は、薄板金属部材などからなるシェル構造または籠構造の薄型軽量で安価に製造できるものであればよい。

この実施形態では、ラジアルギャップ型の電動モータ２２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、その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。

この実施形態のインホイールモータ駆動装置では、図３に示すように、以上の構成からなるモータユニット５５を平行軸歯車減速機２３のケーシング２５の収容部５３に別体として組み付ける。

つまり、モータユニット５５をケーシング２５の収容部５３に配置するに際して、モータ回転軸５８を平行軸歯車減速機２３の第１歯車２６にスプライン嵌合により連結すると共に、簡易ハウジング５４の凸部６４をケーシング２５の凹部６５に嵌合させることにより、モータ回転軸５８と第１歯車２６との軸芯合わせを行う。

その後、ケーシング２５の収容部５３の開口端部に蓋体６６をボルト６７で固定する。これにより、ケーシング２５の収容部５３の開口端部を閉塞して内部空間を密封する。この蓋体６６は、ケーシング２５の一部を構成する。また、モータユニット５５の簡易ハウジング５４をボルト６８により蓋体６６に固定する。この時、モータユニット５５の簡易ハウジング５４は、蓋体６６に設けられた段差部６９により位置決め配置される。なお、この実施形態では、収容部５３の開口端部を蓋体６６で閉塞しているが、モータユニット５５の簡易ハウジング５４のインボード側部位でボルト止めにより収容部５３の開口端部を閉塞するようにしてもよい。

以上のように、電動モータ２２を簡易ハウジング５４に格納してユニット化したことにより、電動モータ２２単体での性能保証が可能となる。つまり、性能保証されたモータユニット５５を平行軸歯車減速機２３のケーシング２５に組み付けることができる。

また、モータユニット５５を平行軸歯車減速機２３のケーシング２５の収容部５３に配置したことにより、平行軸歯車減速機２３のケーシング２５に対する電動モータ２２の組み付けを簡易化することができる。

このように、電動モータ２２単体あるいは平行軸減速機２３単体での性能保証を個別に行うことができる。このような電動モータ２２のユニット化により、平行軸歯車減速機２３に対する電動モータ２２の組み付けにおける自由度が増し、電動モータ２２および平行軸歯車減速機２３について品質保証の責任分担を明確化することができる。

図４および図５は、本発明の他の実施形態におけるインホイールモータ駆動装置２１を例示する。なお、図１と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。

図４に示す実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、モータユニット５５の簡易ハウジング５４とケーシング２５の簡易ハウジング５４との対向部位との間に弾性部材である皿ばね７０を介在させた構造を具備する。また、図５に示す実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、モータユニット５５の簡易ハウジング５４とケーシング２５および蓋体６６の簡易ハウジング５４との対向部位との間に皿ばね７０を介在させた構造を具備する。

つまり、図４の実施形態では、モータユニット５５の簡易ハウジング５４の片側（アウトボード側）に皿ばね７０が配置されている。また、図５の実施形態では、モータユニット５５の簡易ハウジング５４の両側（アウトボード側およびインボード側）に皿ばね７０が配置されている。

図４の実施形態の場合、図１の実施形態と同様、ケーシング２５の収容部５３では、アウトボード側の凸部６４および凹部６５からなるインロー構造とインボード側の段差部６９により、モータユニット５５が位置決めされている。また、図５の実施形態の場合、アウトボード側の凸部６４および凹部６５からなるインロー構造とインボード側の回転角センサ６２の取り付け部位により、モータユニット５５が位置決めされている。

従って、簡易ハウジング５４に皿ばね７０の弾性力を付与することによりモータユニット５５の固定が可能である。そのため、モータユニット５５の簡易ハウジング５４を蓋体６６に固定するためのボルト６８（図１参照）が不要となる。

図４および図５の実施形態のような構造を採用することにより、電動モータ２２で発生する振動を皿ばね７０により吸収することができ、モータユニット５５の簡易ハウジング５４から平行軸歯車減速機２３のケーシング２５に振動が伝わることを抑制できる。なお、この実施形態では、皿ばね７０を例示したが、皿ばね以外の他の弾性部材であってもよい。

ところで、図１、図４および図５に示す実施形態のインホイールモータ駆動装置２１では、電動モータ２２を冷却するための潤滑油が簡易ハウジング５４に封入され、平行軸歯車減速機２３を冷却および潤滑するための潤滑油がケーシング２５に封入されている。

インホイールモータ駆動装置２１の駆動時、モータユニット５５では、ロータ５７の回転でもって電動モータ２２を冷却する。一方、第１歯車２６〜第４歯車２９の回転による跳ね掛けでもって平行軸歯車減速機２３を冷却すると共に潤滑する。

図６は、本発明の他の実施形態におけるインホイールモータ駆動装置２１を例示する。なお、図１と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。

図６に示す実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、ケーシング２５の簡易ハウジング５４との接触部位に、モータユニット５５を冷却する媒体である冷却水あるいは潤滑油の流路７１を形成した構造を具備する。つまり、電動モータ２２のステータ５６を簡易ハウジング５４を介して囲撓するように、ケーシング２５の全内周に亘って流路７１が形成されている。

なお、冷却水の場合は、車体から延びるノズルにより流路７１に供給することが可能である。また、潤滑油の場合は、ケーシング２５あるいは簡易ハウジング５４に封入された潤滑油を流路７１に供給することが可能である。

図６の実施形態のような構造を採用することにより、ケーシング２５の流路７１を流れる冷却水あるいは潤滑油でモータユニット５５の簡易ハウジング５４を介して熱源である電動モータ２２のステータ５６を効率よく冷却することができ、電動モータ２２の冷却性能の向上が図れる。

以上の実施形態では、ホイールハウジング１５（図８参照）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を設けた車両用モータ駆動装置について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、オンボードタイプと称する車両用モータ駆動装置にも適用できる。

このオンボードタイプの車両用モータ駆動装置は、車体の左右それぞれに、２組のモータユニット５５および平行軸歯車減速機２３を取り付け、平行軸歯車減速機２３の出力を左右のドライブシャフトを介して後輪１４に伝達する構造を具備する。

また、以上の実施形態では、図７および図８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。

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 電動モータ
２３ 減速機（平行軸歯車減速機）
２４ 車輪用軸受
２５ ケーシング
５３ モータ収容空間（収容部）
５４ 簡易ハウジング
５５ モータユニット
７０ 弾性部材（皿ばね）
７１ 流路

Claims (4)

1. 車輪を駆動する電動モータと、前記電動モータの回転を減速して出力する減速機と、前記減速機の出力を車輪に伝達する車輪用軸受と、前記減速機を収容するケーシングとを備えた車両用モータ駆動装置であって、
   前記ケーシングにモータ収容空間を設け、前記電動モータを簡易ハウジングに格納したモータユニットを、ケーシングの前記モータ収容空間に配置したことを特徴とする車両用モータ駆動装置。
2. 前記モータユニットの簡易ハウジングと前記ケーシングの簡易ハウジングとの対向部位との間に弾性部材を介在させた請求項１に記載の車両用モータ駆動装置。
3. 前記ケーシングの簡易ハウジングとの接触部位に、前記モータユニットを冷却する媒体の流路を形成した請求項１又は２に記載の車両用モータ駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の簡易ハウジングに電動モータを格納し、前記ケーシングのモータ収容空間に配置されることを特徴とするモータユニット。

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