JP2019209703A - インホイールモータ駆動装置およびそれを備える車両 - Google Patents

Abstract

【課題】インホイールモータ駆動装置を小型化できるとともに広い速度領域において効率よく走行させることができる技術を提供する。【解決手段】第１電動機１０と、第２電動機２０と、減速機３０とを備える。第１電動機は、回転軸２ｂと同軸上に配置される。第２電動機は、第１電動機と軸方向に並んで配置され、第１電動機とは異なる速度領域の回転を出力可能とする。減速機３０は、第１電動機の径方向内側に、回転軸と同軸上に配置され、第１電動機からの動力を減速する。また、このインホイールモータ駆動装置１００においては、第１電動機からの動力が減速機を介して回転軸に伝達される第１速状態、および、第２電動機からの動力が回転軸に伝達される第２速状態、の間で切り替え可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、インホイールモータ駆動装置およびそれを備える車両に関する。

従来、自動車等の車両の車輪の近傍に配置され、当該車輪を直接的に回転駆動する、インホイールモータ駆動装置が知られている。この種のインホイールモータ駆動装置は、例えば特開２０１３−４４４２４号公報に開示されている。

特開２０１３−４４４２４号公報に記載のインホイールモータは、第１モータと、第２モータと、変速機構と、減速機構とを含む。そして、第１モータと第２モータとは、回転力の大きさが等しく、かつ回転力の向きが反対になる第１変速状態と、回転力の大きさと回転力の向きとが等しくなる第２変速状態とを切り替えて運転できる、としている。特開２０１３−４４４２４号公報に記載のインホイールモータによれば、第１モータおよび第２モータを速度制御することで、広い速度領域に対応できると考えられる。
特開２０１３−４４４２４号公報

しかしながら、特開２０１３−４４４２４号公報に記載のインホイールモータは、車輪の外側に大きく突出してしまうほど大型であり、しかも重量も大きいと考えられる（特開２０１３−４４４２４号公報の図６−１）。インホイールモータを搭載する車両において、より効率的な走行を可能とするために、インホイールモータを小型化・軽量化することが望まれていた。インホイールモータをより小型化・軽量化できれば、省エネに寄与することができ、車両の車載空間を拡大できるとともに、車両の外観や乗り心地を向上できる、という付随的な効果も期待できる。

本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その潜在的な目的は、インホイールモータ駆動装置を小型化できるとともに、インホイールモータ駆動装置を搭載する車両を、広い速度領域において効率よく走行させることができる技術を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本願の観点においては、以下の構成のインホイールモータ駆動装置が提供される。即ち、このインホイールモータ駆動装置は、ハブと、リムと、により包囲される空間に配置される。前記ハブは、円板部と、当該円板部の中央部から軸方向に突出する回転軸と、を有する。前記リムは、前記円板部の外周部に固定され、外周面にタイヤが取り付けられる。このインホイールモータ駆動装置は、第１電動機と、第２電動機と、減速機とを備える。前記第１電動機は、前記回転軸と同軸上に配置される。前記第２電動機は、前記第１電動機と軸方向に並んで配置され、前記第１電動機とは異なる速度領域の回転を出力可能とする。前記減速機は、前記第１電動機の径方向内側に、前記回転軸と同軸上に配置され、前記第１電動機からの動力を減速する。また、このインホイールモータ駆動装置においては、前記第１電動機からの動力が前記減速機を介して前記回転軸に伝達される第１速状態、および、前記第２電動機からの動力が前記回転軸に伝達される第２速状態、の間で切り替え可能である。

本発明の観点によれば、インホイールモータ駆動装置を小型化できるとともに、インホイールモータ駆動装置を搭載する車両を、広い速度領域において効率よく走行させることが可能となる。

図１は、第１実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の構成を示す縦断面図である。 図２は、第１実施形態に係るインホイールモータ駆動装置に備えられるクラッチ機構の構成を示す図である。図中の矢印は、第１方向を示している。 図３は、第２実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の構成を示す縦断面図である。 図４は、第２実施形態に係るインホイールモータ駆動装置に備えられる減速機の構成を示す側面図である。図中の左半部は、キャリアを破断したときの様子を示している。

以下、本願の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、車両の前後進する方向を「前後方向」と、当該車両の左右の車輪を接続する車軸に平行な方向を「軸方向」または「左右方向」と、前後方向および左右方向に対して垂直な方向を「上下方向」と、車軸を中心とする回転方向を「周方向」と、軸方向に垂直な方向を「径方向」と、それぞれ称して説明を行う。

＜１．第１実施形態＞
＜１−１．インホイールモータ駆動装置の概略的な構成＞
以下では、図１を参照して、第１実施形態に係るインホイールモータ駆動装置１００およびそれを備える車両について説明する。初めに、車両、および当該車両に搭載されるインホイールモータ駆動装置１００の全体的な構成について説明する。図１は、本実施形態に係るインホイールモータ駆動装置１００の正面縦断面図である。

本実施形態に係るインホイールモータ駆動装置１００は、ドライバーが搭乗して運転操作する車両に搭載される。インホイールモータ駆動装置１００は、車両の車輪の径方向内側に配置され、当該車輪を直接的に回転駆動する。具体的には、本実施形態のインホイールモータ駆動装置１００は、車両の左右の後輪にそれぞれ搭載される。車両は、左右の後輪にインホイールモータ駆動装置１００が搭載されてそれぞれが適宜に駆動されることにより、幅広い速度領域において直進走行および旋回走行可能となっている。

左右の後輪に搭載されるインホイールモータ駆動装置１００は、それぞれ同様の構成であるので、以下では、左の後輪に搭載されるインホイールモータ駆動装置１００についてのみ説明する。

図１に示すように、インホイールモータ駆動装置１００は、後輪のハブ（円板部２ａ）２と、リム３と、により包囲される円柱状の空間に配置される。後輪のハブ２は、円板部２ａと、当該円板部２ａの中央部から軸方向に突出する回転軸２ｂと、を有する。後輪のリム３は、ハブ２の円板部２ａの外周部に固定されるリング状の部材であり、外周面（径方向外側）にタイヤ４が取り付けられる。

インホイールモータ駆動装置１００は、概してハブ２の回転軸２ｂを取り囲むように搭載される。図１に示すように、インホイールモータ駆動装置１００は、第１電動機１０と、第２電動機２０と、減速機３０と、クラッチ機構４０と、筐体５０と、制御器７０とを備える。第１電動機１０と、第２電動機２０と、減速機３０と、クラッチ機構４０とは、筐体５０の内部に収容される。

第１電動機１０は、左の後輪（車輪）を回転させるために、速度領域に応じて選択的に用いられる駆動源である。本実施形態の第１電動機１０は、第１ステータ（固定子）の径方向外側に第１ロータ（回転子）１１のマグネット１２が配置された、いわゆるアウターロータ型のモータである。第１電動機１０の第１ステータは、後述する軌道内歯歯車３３を介して、筐体５０の内周面に支持される。第１電動機１０で発生された回転は、後述する減速機３０を介して、回転軸２ｂに伝達可能である。回転軸２ｂが第１電動機１０からの動力により回転することで、左の後輪が第１速状態で回転駆動される。本実施形態の第１電動機１０は、低速領域の回転を出力可能な、直流モータである。本実施形態では、第１電動機１０に供給される電力量が後述する制御器７０で制御されることにより、当該第１電動機１０で発生される回転が低速領域で無段階に変速される。

第１ロータ１１は、マグネット１２と一体的に回転する円筒部１３を備える。円筒部１３は、マグネット１２、第１ステータ、および減速機３０よりも径方向内側に配置される。円筒部１３の径方向内側には、ハブ２の回転軸２ｂが同軸で配置される。円筒部１３と回転軸２ｂとの間には、ニードルベアリングが介在する。したがって、円筒部１３は回転軸２ｂに対して相対回転可能である。

第２電動機２０は、左の後輪を回転させるために、速度領域に応じて選択的に用いられる駆動源である。図１に示すように、第２電動機２０は、第１電動機１０と軸方向に並んで配置される。本実施形態の第２電動機２０は、円筒状の第２ステータ（固定子）の径方向内側に第２ロータ（回転子）２１が配置された、いわゆるインナーロータ型のモータである。図１に示すように、第２電動機２０の第２ステータの外周面は、筐体５０の内周面に固定される。第２電動機２０で発生された回転は、回転軸２ｂに伝達する。回転軸２ｂが第２電動機２０からの動力により回転することで、左の後輪が第２速状態で回転駆動される。本実施形態の第２電動機２０は、第１電動機１０よりも高速領域の回転を出力可能な、交流モータである。本実施形態では、第２電動機２０に供給される電力量が後述する制御器７０で制御されることにより、当該第２電動機２０で発生される回転が高速領域で無段階に変速される。

第２ロータ２１は、ハブ２の回転軸２ｂを同軸上で取り囲むカップ状の出力伝達部材２３を備える。カップ状の出力伝達部材２３の底部（閉塞部）の中央部には、貫通孔が形成されている。また、当該貫通孔には、キー部材とともに回転軸２ｂが圧入されている。したがって、回転軸２ｂは出力伝達部材２３と一体となって回転する。

減速機３０は、第１ロータ１１（円筒部１３）の回転を減速する機構である。減速後の第１ロータ１１の回転は、クラッチ機構４０および出力伝達部材２３を介して、ハブ２の回転軸２ｂに伝達可能である。減速機３０は、第１電動機１０の径方向内側、より具体的には第１ステータと円筒部１３との間に配置される。減速機３０は、ハブ２の回転軸２ｂと同軸に配置される。減速機３０は、最も後段側の部材としてキャリア（出力部材）３９を備えている。減速機３０で減速された動力は、クラッチ機構４０の状態に応じて、キャリア３９からクラッチ機構４０へ、クラッチ機構４０から出力伝達部材２３へと、伝達可能である。減速機３０の構成については、後に詳述する。

クラッチ機構４０は、第１電動機１０からの動力が減速機３０で減速（変化）された後にハブ２の回転軸２ｂに伝達される第１速状態、および、第２電動機２０からの動力がハブ２の回転軸２ｂに伝達される第２速状態、の間で、動作状態を切り替えるための機構である。クラッチ機構４０の構成については、後に詳述する。

筐体５０は、中空の概ね円筒状の部材である。筐体５０は、車両のフレームに固定される。筐体５０の空洞内には、第１電動機１０、第２電動機２０、および減速機３０が同軸に配置される。また、筐体５０の中央部には、軸方向に凹む長い穴部５０ａが設けられる。この穴部５０ａに、ハブ２の回転軸２ｂが、ベアリングを介して、相対回転可能に挿入される。

制御器７０は、第１電動機１０および第２電動機２０に供給する電力量を調整することにより、第１電動機１０および第２電動機２０を動作制御するコンピュータである。制御器７０には、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサを備えた回路基板が用いられる。制御器７０は、第１電動機１０および第２電動機２０と電気的に接続される。制御器７０は、例えば後輪を含む車両の車体部分に搭載される。制御器７０は、第１速状態においては、第１電動機１０に電力を供給する一方、第２電動機２０への電力の供給を遮断する。また、制御器７０は、第２速状態においては、第２電動機２０に電力を供給する一方、第１電動機１０への電力の供給を遮断する。また、制御器７０は、第１速状態および第２速状態の一方から、第１速状態および第２速状態の他方への切り替え時に、キャリア３９の回転と出力伝達部材２３（第２ロータ２１）の回転とを同期させる。

以上のような構成のインホイールモータ駆動装置１００において、第１速状態では、第１ロータ１１（円筒部１３）から減速機３０へ、減速機３０（キャリア３９）からクラッチ機構４０へ、クラッチ機構４０から出力伝達部材２３へ、出力伝達部材２３から回転軸２ｂへと、第１方向（前進方向）の低速領域の回転が伝達されて、後輪が低速で前進駆動される。一方、第２速状態では、第２ロータ２１（出力伝達部材２３）から回転軸２ｂへと、第１方向の高速領域の回転が伝達されて、後輪が高速で前進駆動される。さらに、本実施形態では、第３速状態（逆転駆動状態）において、第２ロータ２１（出力伝達部材２３）から回転軸２ｂへと、第１方向とは反対向きである第２方向（後進方向）の回転が伝達されて、後輪が後進駆動（バック）される。

＜１−２．減速機の詳細な構成＞
以下では、図１を参照して、本実施形態のインホイールモータ駆動装置１００が備える減速機３０の構成について、詳細に説明する。

本実施形態の減速機３０は、歯車式の遊星機構を有する。具体的には、減速機３０は、太陽歯車３１と、複数の遊星歯車３２と、軌道内歯歯車３３と、キャリアピン３５と、キャリア３９とを主として備える。

太陽歯車３１は、外周面に外歯を有する略円筒状の部材である。太陽歯車３１は、上述した円筒部１３の外周面に結合される。太陽歯車３１は、円筒部１３（第１ロータ１１）と一体的に回転する。

複数の遊星歯車３２は、太陽歯車３１の周囲に配置される。遊星歯車３２は、外歯を有する略円筒状の歯車である。遊星歯車３２の外歯は、太陽歯車３１の外歯に、径方向外側から噛み合う。本実施形態では、太陽歯車３１の周囲に、複数の遊星歯車３２が等間隔に配置されている。各遊星歯車３２は、中央部にピン孔を有する。このピン孔には、キャリアピン３５が挿入される。各遊星歯車３２は、このキャリアピン３５によって、回転自在に支持される。

軌道内歯歯車３３は、内周面に内歯を有するリング状の歯車である。軌道内歯歯車３３は、回転軸２ｂと同軸に配置され、軌道内歯歯車３３の内歯が複数の遊星歯車３２の外歯に径方向外側から噛み合う。軌道内歯歯車３３の外周面は、筐体５０の内周面に固定される。また、軌道内歯歯車３３の外周面に、第１ロータ１１のステータが固定される。すなわち、軌道内歯歯車３３は、遊星歯車機構の一部を構成する部材としての機能と、第１ロータ１１のステータを支持する構造体としての機能と、を兼ねている。

キャリア３９は、複数のキャリアピン３５を周方向に等間隔に支持する部材である。キャリア３９は、回転軸２ｂと同軸上に配置される。キャリア３９は、複数のキャリアピン３５を、回転軸２ｂのまわりに回転可能に支持する。別の言い方をすれば、キャリア３９は、複数のキャリアピン３５を介して、複数の遊星歯車３２を周方向に公転可能に支持する。

本実施形態のインホイールモータ駆動装置１００は、以上のような構成の遊星歯車式の減速機３０を備えることにより、とりわけ大トルクを確実に伝達することができ、車両の発進時の力強い加速を可能としている。

＜１−３．クラッチ機構の詳細な構成＞
以下では、図１および図２を参照して、本実施形態のインホイールモータ駆動装置１００が備えるクラッチ機構４０の構成について、詳細に説明する。図２は、本実施形態に係るクラッチ機構４０の構成を示す側面図である。図２中の矢印は、第１方向を示している。

本実施形態のクラッチ機構４０は、スプラグ式のワンウェイクラッチである。具体的には、クラッチ機構４０は、出力伝達部材２３の底部の中央部から減速機側に延びる円筒部分を内輪とし、キャリア３９の外周部分を外輪とし、当該内輪と外輪との間に複数のスプラグ４１を有する、ベアリングである。クラッチ機構４０は、外輪としてのキャリア３９から、内輪としての出力伝達部材２３へは、スプラグ４１が外輪と内輪との間で突っ張った姿勢となることにより、第１方向の相対回転を伝達可能にする。一方で、クラッチ機構４０は、内輪としての出力伝達部材２３（第２ロータ２１）から、外輪としてのキャリア３９へは、スプラグ４１が内輪と外輪との間で滑った姿勢となることにより、第１方向の相対回転を伝達不能にする。

また、クラッチ機構４０は、内輪としての出力伝達部材２３（第２ロータ２１）から、外輪としてのキャリア３９へは、スプラグ４１が内輪と外輪との間で突っ張った姿勢となることにより、上述の第２方向の相対回転を伝達可能にする。一方で、クラッチ機構４０は、外輪としてのキャリア３９から、内輪としての出力伝達部材２３へは、スプラグ４１が外輪と内輪との間で滑った姿勢となることにより、第２方向の相対回転を伝達不能にする。

以上のような構成のインホイールモータ駆動装置１００を後輪に搭載した車両において、車両を低速領域（０〜Ｖｋｍ／ｈ）で駆動させる場合には第１電動機１０を駆動源として用いる一方、車両を高速領域（Ｖｋｍ／ｈ以上）で駆動させる場合には第２電動機２０を駆動源として用いることとしている。これにより、車両の走行速度が速い場合にも遅い場合にも、適切な方の電動機を走行用の駆動源として用いることにより、幅広い速度領域において効率のよい走行を実現できる。

低速駆動（第１速状態）と高速駆動（第２速状態）との切り替えは、制御器７０による単純な速度制御によって、クラッチ機構４０を適宜に作動させることで、自動で行われる。

以下では、走行速度領域に応じて、駆動源として用いる電動機１０，２０を滑らかに切り替えるために、制御器７０が行う処理について、詳細に説明する。

車両を低速で前進させる場合、制御器７０は、ドライバーの運転操作に応じた量の電力を、第１電動機１０に供給する。これにより、第１電動機１０が適宜に駆動され、当該第１電動機１０の第１ロータ１１が第１方向に回転する。第１ロータ１１（円筒部１３）の回転は、減速機３０で減速されて、当該減速機３０の出力部材であるキャリア３９が、減速後の速度で第１方向に回転する。すなわち、クラッチ機構４０の外輪をなすキャリア３９が第１方向に回転する。この際、クラッチ機構４０のスプラグ４１は外輪と内輪との間で突っ張った姿勢となっているので、キャリア３９の第１方向の回転が、出力伝達部材２３に伝達され、当該出力伝達部材２３と一体となってハブ２の回転軸２ｂが回転する。この状態において、制御器７０は、第２電動機２０への電力を遮断した状態に維持する。すなわち、出力伝達部材２３は、第２電動機２０が駆動されることに伴って回転する訳ではなく、キャリア３９とともに連れ回りする。これにより、第１速状態（低速駆動）が実現する。

なお、本実施形態では、キャリア３９が第１方向に回転したときに、これと連れ回りする出力伝達部材２３に起因して、第２電動機２０で発電（第１発電）が行われる。発電により得られた回生エネルギーは、車両の車体に搭載される蓄電器等に充電されて、その後の電動機１０，２０の駆動等に用いられる。これにより、エネルギーが有効活用される。

その後、ドライバーの運転操作により、後輪の前進速度がＶｋｍ／ｈに到達した場合、制御器７０は、第１電動機１０に加えて、第２電動機２０にも電力を供給し始める。制御器７０は、第２電動機２０への電力の供給量を徐々に増加させる。これにより、第２電動機２０が駆動され、第２電動機２０の出力回転数がキャリア３９の回転数を上回ると、クラッチ機構４０のスプラグ４１が外輪と内輪との間で滑った姿勢となる。これにより、キャリア３９の第１方向の回転が、出力伝達部材２３に伝達されなくなる。別の言い方をすれば、第２電動機２０の駆動に起因する第２ロータ２１（出力伝達部材２３）の回転のみが、ハブ２の回転軸２ｂに伝達される状態となる。この状態において、制御器７０は、第１電動機１０への電力を遮断する。

その後、後輪の前進速度が加速される場合、制御器７０は、ドライバーの運転操作に応じた量の電力を、第２電動機２０に供給する。これにより、第２電動機２０が適宜に駆動され、当該第２電動機２０の第２ロータ２１が第１方向に回転する。第２ロータ２１（出力伝達部材２３）の回転は、キャリア３９の回転の影響を受けることなく、直接的にハブ２の回転軸２ｂに伝達される。これにより、第２速状態（高速駆動）が実現する。

一方で、本実施形態において、車両を後進させる場合、制御器７０は、ドライバーの運転操作に応じた量の電力を第２電動機２０に供給する。これにより、第２電動機２０が適宜に駆動され、当該第２電動機２０の第２ロータ２１（出力伝達部材２３）が第２方向に回転する。出力伝達部材２３の第２方向への回転は、直接的にハブ２の回転軸２ｂに伝達される。これにより、第３速状態（後進駆動）が実現する。

なお、本実施形態では、出力伝達部材２３が第２方向に回転したときに、これと連れ回りするキャリア３９に起因して、第１電動機１０で発電が行われる。発電により得られた回生エネルギーは、車体に搭載される充電器等に充電されて、有効に活用される。

なお、車両の走行速度を高速領域から低速領域へと減速する場合においても、上記と同様に、切り替え時に制御器７０が出力伝達部材２３とキャリア３９とを同期回転させることで、駆動源として用いる電動機を第２電動機２０から第１電動機１０へと滑らかに切り替えることができる。

このように、本実施形態では、低速駆動および高速駆動の一方から、低速駆動および高速駆動の他方への切り替え時に、キャリア（出力部材）３９と第２ロータ２１とが同期回転されて、現在の速度領域に鑑みて適切な方の電動機１０，２０が駆動源として用いられる状態となるように、自動でかつ滑らかに切り替えることができる。よって、幅広い速度領域において、効率よく車両を走行させることができる。

以上に示したように、本実施形態のインホイールモータ駆動装置１００は、ハブ２（円板部２ａ）と、リム３と、により包囲される空間に配置される。このインホイールモータ駆動装置１００は、同軸上に配置される第１電動機１０および第２電動機２０と、第１電動機１０の径方向内側に配置される減速機３０と、クラッチ機構４０と、を備える。これにより、第１電動機１０、第２電動機２０、減速機３０、およびクラッチ機構４０を、ハブ２（円板部２ａ）とリム３とにより包囲される空間にコンパクトに収容することができる。したがって、このインホイールモータ駆動装置１００を搭載する車両等の外観が損なわれることがない。また、車両の低速走行時と高速走行時とで、第１電動機１０および第２電動機２０のうちのいずれを用いて当該車両を駆動するかを切り替えることができる。これにより、車両の走行速度が速い場合にも遅い場合にも、効率よく走行させることが可能となる。また、インホイールモータ駆動装置１００全体として、小型化・軽量化できるので、省エネ効果を期待できる。

また、本実施形態のインホイールモータ駆動装置１００においては、第１電動機１０はアウターロータ型であり、第２電動機２０はインナーロータ型である。そして、第２電動機２０のロータである第２ロータ２１の出力伝達部材２３が、回転軸２ｂに結合される。第１電動機１０のロータである第１ロータ１１の回転を減速した後に出力するキャリア（出力部材）３９は、クラッチ機構４０および出力伝達部材２３を介して、回転軸２ｂに結合される。これにより、第１ロータ１１、第２ロータ２１、およびクラッチ機構４０等の、インホイールモータ駆動装置１００を構成する各部を、省スペースで合理的にレイアウトすることができる。

また、本実施形態のインホイールモータ駆動装置１００においては、第１速状態および第２速状態の一方から、第１速状態および第２速状態の他方への切り替え時に、制御器７０が、減速機３０のキャリア（出力部材）３９の回転と第２ロータ２１の回転とを同期させる。これにより、インホイールモータ駆動装置１００を搭載する車両等において、高速走行と低速走行との切り替えを滑らかに行うことが可能となる。

また、本実施形態のインホイールモータ駆動装置１００においては、第１速状態では第２電動機２０への電力の供給を遮断し、第２速状態では第１電動機１０への電力の供給を遮断する。これにより、２つの電動機１０，２０のうち、走行用の駆動源として用いていない方の電動機には、電力を供給しないこととすることができる。その結果、省エネに寄与することができる。

また、本実施形態のインホイールモータ駆動装置１００では、第１速状態において第２電動機２０で発電（第１発電）を行うことが可能である。また、第３速状態において第１電動機１０で発電を行うことが可能である。このように、２つの電動機１０，２０のうち、走行用の駆動源として用いていない方の電動機により発電することで、得られた回生エネルギーを利用できる。その結果、省エネ効果を増大させることができる。

また、本実施形態では、第１電動機１０は、第２電動機２０よりも低速領域の回転を出力可能であり、この第１電動機１０は直流モータである。これにより、例えば、インホイールモータ駆動装置１００を搭載した車両を低速で走行開始させる場合等に、第１電動機１０を走行用の駆動源とすることにより、高い加速性能を発揮することができる。よって、車両の発進時の滑らかで力強い加速が可能となる。

また、本実施形態では、第２電動機２０は交流モータである。これにより、例えば、後輪（車輪）を高速で長距離にわたって回転駆動させる場合等に、第２電動機２０を走行用の駆動源とすることにより、トルクを低く維持して継続的に効率よく走行させることができる。

また、本実施形態のインホイールモータ駆動装置１００では、クラッチ機構４０は、スプラグ式のワンウェイクラッチである。これにより、第１速状態と第２速状態との切り替えを、制御器７０による単純な速度制御によって自動で行うことができる。また、クラッチ機構４０をシンプルな構成とすることで、インホイールモータ駆動装置１００をより小型化・軽量化することができる。

また、本実施形態では、第２ロータ２１が第２方向に回転されると、回転軸２ｂが第２方向に回転される。これにより、第２電動機２０を逆回転駆動することにより、インホイールモータ駆動装置１００を搭載した車両を、定常時とは反対方向に走行（バック）させることができる。

また、本実施形態では、減速機３０は遊星機構からなる。これにより、第１電動機１０からの動力を、機械式の減速機３０で確実に減速することができる。また、小型の減速機３０で高い減速比を得ることができる。

また、本実施形態のインホイールモータ駆動装置１００では、減速機３０は、太陽歯車３１と、複数の遊星歯車３２と、軌道内歯歯車３３と、キャリア３９と、を備える遊星歯車式である。これにより、第１電動機１０からの動力を歯車式の減速機３０で確実に減速することができる。とりわけ、大トルクを確実に後段へと伝達することができる。

また、本実施形態で示した車両は、上記のインホイールモータ駆動装置１００を走行部（後輪）に備える。これにより、走行部の後輪（車輪）を回転駆動させるための駆動装置を、後輪の内側にコンパクトに配置することができる。よって、車両の外観を損ないにくい。また、車両の低速走行時と高速走行時とで、第１電動機１０および第２電動機２０のいずれを用いて当該車両を駆動するかを切り替えることができる。これにより、車両の走行速度が速い場合にも遅い場合にも、効率よく走行させることが可能となる。また、走行部の後輪を回転駆動させるための駆動装置を小型化・軽量化できるので、省エネ効果を期待できる。

＜２．第２実施形態＞
以下では、図３および図４を参照して、第２実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２００について説明する。図３は、本実施形態に係る減速機１３０の構成を正面縦断面図で示している。図４は、軸方向に見たときの減速機の様子を示している。図３中の左半部は、キャリア３９を破断して示してある。

第２実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２００は、減速機３０に代えて減速機１３０を備えている点で、第１実施形態に係るインホイールモータ駆動装置１００とは主として異なっている。以下では、第１実施形態で示したのと同様の構成・機能の部材については、同一の符号を付し、重複説明を省略する。

減速機１３０は、トラクション型の遊星機構からなる。減速機１３０は、太陽ローラ１３１と、遊星ローラ１３２と、軌道リング１３３と、キャリア３９と、押圧部材１３６とを、主として備える。また、太陽ローラ１３１は、互いに対をなす第１の太陽ローラ１３１ａと第２の太陽ローラ１３１ｂを含む。

太陽ローラ１３１は、円筒部１３の外側に相対回転不能に結合される概ね円筒状の部材である。別の言い方をすれば、太陽ローラ１３１は、円筒部１３と同軸上で当該円筒部１３と一体的に回転する。太陽ローラ１３１は、前後方向に見たときに、上下方向に延びる仮想直線に対して左右に対をなす、第１の太陽ローラ１３１ａと、第２の太陽ローラ１３１ｂとを含む。１対の太陽ローラ１３１ａ，１３１ｂは、後述する遊星ローラ１３２の外周部を軸方向の両側から挟み込む。

詳細には、第１の太陽ローラ１３１ａは、遊星ローラ１３２から軸方向の一方側へ遠ざかるにつれて径方向の寸法が大きくなる円環状のテーパ面を有する。第２の太陽ローラ１３１ｂは、遊星ローラ１３２から軸方向の他方側へ遠ざかるにつれて径方向の寸法が大きくなる円環状のテーパ面を有する。第２の太陽ローラ１３１ｂは、第１の太陽ローラ１３１ａに対して軸方向に若干量だけスライド移動可能である。別の言い方をすれば、第２の太陽ローラ１３１ｂは、第１の太陽ローラ１３１ａに対して軸方向に近接および離間可能に設けられる。

複数の遊星ローラ１３２は、略円筒状の部材であり、太陽ローラ１３１の外側に周方向に等間隔に配置される。遊星ローラ１３２は、径方向外側から太陽ローラ１３１に接触する。詳細には、遊星ローラ１３２の外周面の軸方向両側の隅部は、角が取られて傾斜面となっている。この遊星ローラ１３２の外周面の軸方向両側の傾斜面が、１対の太陽ローラ１３１ａ，１３１ｂのテーパ面と面接触する。各遊星ローラ１３２の軸心部には、キャリアピン３５が挿入される。遊星ローラ１３２は、キャリアピン３５に対して回転自在である。

軌道リング１３３は、回転軸２ｂと同軸上に配置される円環状の部材である。軌道リング１３３は、複数の遊星ローラ１３２を径方向外側から取り囲み、複数の遊星ローラ１３２に径方向外側から接触する。詳細には、遊星ローラ１３２の外周面が、軌道リング１３３の内周面に面接触する。軌道リング１３３は、筐体５０の内周面に対して固定される。また、軌道リング１３３の外周面には、第１ロータ１１のステータ（固定子）が取り付けられる。

キャリア３９は、複数のキャリアピン３５を周方向に等間隔に支持する。キャリア３９は、複数のキャリアピン（支持軸）３５を介して、複数の遊星ローラ１３２を周方向に公転可能に支持する。

押圧部材１３６は、円筒部１３の回転力に応じた力で太陽ローラ１３１を遊星ローラ１３２に押し付ける。図３および図４に示すように、本実施形態の押圧部材１３６は、複数の調圧カム１３７を含む。複数の調圧カム１３７は、第１ロータ１１と一体となって回転する第２の太陽ローラ１３１ｂに作用する回転トルクで、当該第２の太陽ローラ１３１ｂに軸方向の付勢力を付与し、この第２の太陽ローラ１３１ｂを、第１の太陽ローラ１３１ａに近接する方向に押圧する。これにより、１対の太陽ローラ１３１ａ，１３１ｂのテーパ面は、負荷に応じた押圧力で、遊星ローラ１３２の傾斜面に押し付けられる。その結果、１対の太陽ローラ１３１ａ，１３１ｂの間に、遊星ローラ１３２が挟み込まれる。

そして、１対の太陽ローラ１３１ａ，１３１ｂのテーパ面により、遊星ローラ１３２の傾斜面が押圧されることにより、遊星ローラ１３２が軌道リング１３３側（径方向外側）に加圧される。その結果、遊星ローラ１３２と軌道リング１３３とが、互いに接触した状態に維持される。

このように、太陽ローラ１３１と遊星ローラ１３２との間、および、遊星ローラ１３２と軌道リング１３３との間に、常に円筒部１３（第１ロータ１１）の回転力に応じた摩擦力が発生する。このため、太陽ローラ１３１が回転すると、複数の遊星ローラ１３２は、太陽ローラ１３１からの動力を受け、太陽ローラ１３１との摩擦によって自転する。また、複数の遊星ローラ１３２は、軌道リング１３３との間の摩擦により、軌道リング１３３に沿って、円筒部１３の周囲を公転する。このとき、遊星ローラ１３２の公転の回転数は、第１電動機１０の出力軸としての円筒部１３の回転数よりも低くなる。こうして、第１電動機１０で発生された回転が、減速機１３０で変化（減速）されて、後段に伝達される。

本実施形態のインホイールモータ駆動装置２００においても、第１実施形態に係るインホイールモータ駆動装置１００と同様に、低速駆動時には第１電動機１０を走行用の駆動源とする一方、高速駆動時には第２電動機２０を走行用の駆動源とすることで、幅広い速度領域において効率よく車両を走行させることができる。

以上に示したように、本実施形態のインホイールモータ駆動装置２００は、太陽ローラ１３１と、遊星ローラ１３２と、軌道リング１３３と、キャリア３９と、押圧部材１３６と、を備える遊星摩擦式である。これにより、太陽ローラ１３１と遊星ローラ１３２との間、および、遊星ローラ１３２と軌道リング１３３との間の摩擦力により、遊星ローラ１３２を精度よく自転および公転させることができる。その結果、騒音や振動を少なく抑えつつ、小型の減速機１３０で高い減速比を得ることができる。

また、本実施形態のインホイールモータ駆動装置２００は、回転軸２ｂを中心とする電動機１０の回転トルクを利用して、第２の太陽ローラ１３１ｂを第１の太陽ローラ１３１ａに近づける方向に付勢する付勢力を発生させる調圧カム１３７を含む。これにより、負荷に応じた押圧力を、太陽ローラ１３１と遊星ローラ１３２との間、および、遊星ローラ１３２と軌道リング１３３との間に、付与することが可能となる。よって、インホイールモータ駆動装置２００を搭載する車両において、負荷が変動しても、効率よく安定的な走行を続けることが可能となる。

＜３．その他の変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。

図１および図３に示すように、上記の実施形態では、第１電動機１０はラジアルギャップ型のモータとした。しかしながら、必ずしもこれに限るものではなく、例えば上記に代えて、第１電動機１０をアキシャルギャップ型のモータとしてもよい。その場合、低速駆動用として用いる第１電動機１０を、より小型化することができ、しかも、低速領域においてとりわけ効率のよい走行を実現することができる。

上記の実施形態では、クラッチ機構４０は、スプラグ式のワンウェイクラッチとしたが、必ずしもこれに限るものではない。例えば上記に代えて、クラッチ機構４０をカム式のワンウェイクラッチとしてもよい。あるいは、クラッチ機構４０を、複数のワンウェイクラッチを組み合わせてなるものとしてもよい。

上記の実施形態では、減速機３０（１３０）の出力部材であるキャリア３９の第１方向の回転は、クラッチ機構４０および出力伝達部材２３を介して、回転軸２ｂに入力されるものとしたが、これに限るものではない。上記に代えて、キャリア３９の第１方向の回転が、クラッチ機構のみを介して、回転軸２ｂに入力されるものとしてもよい。

上記の実施形態では、第１速状態、第２速状態、および第３速状態の間の切り替えは、クラッチ機構４０により実現されるものとしたが、必ずしもこれに限らない。すなわち、クラッチ機構以外の公知の手段によって、第１速状態、第２速状態、および第３速状態の間の切り替えが行われてもよい。また、クラッチ機構４０以外の公知の手段を採用した場合、第１速状態、第２速状態、および第３速状態のそれぞれにおいて、車両の制動時に第１電動機１０および第２電動機２０のいずれか一方または双方が発電機として機能するように、制御器７０が制御を行うようにしてもよい。

上記の実施形態では、第１速状態において第２電動機２０で発電（第１発電）を行うものとしたが、これに加えてまたは代えて、第２速状態において第１電動機１０で発電（第２発電）を行うものとしてもよい。

上記の実施形態では、第２ロータ２１が第２方向に回転されると、ハブ２の回転軸２ｂが第２方向に回転されるものとしたが、これに代えて、第１ロータ１１が第２方向に回転されると、ハブ２の回転軸２ｂが第２方向に回転されるものとしてもよい。すなわち、電動機１０，２０のいずれかを適宜に駆動させることにより、車両をバックさせることが可能であることが望ましい。

上記の実施形態では、インホイールモータ駆動装置１００，２００は、車両の後輪を走行駆動するために用いられるものとしたが、これに限るものではない。例えば上記に代えて、インホイールモータ駆動装置１００（２００）を、車両の前輪を走行駆動するために用いてもよい。あるいは、インホイールモータ駆動装置１００（２００）を、自動二輪車の前輪および後輪の両方に搭載してもよい。

上記の実施形態では、インホイールモータ駆動装置１００，２００は、ドライバーが搭乗して運転操作する車両の走行部に搭載されるものとしたが、必ずしもこれに限るものではない。例えば上記に代えて、無線通信端末等を用いて自動走行される車両の走行部にインホイールモータ駆動装置１００（２００）が搭載されるものとしてもよい。

上記の実施形態において、第２ロータ２１と出力伝達部材２３との間に減速機が介在していてもよい。

上記の実施形態において、減速機３０は遊星機構からなるものとしたが、これに限るものではなく、他の公知の減速機構により構成してもよい。

また、インホイールモータ駆動装置１００（２００）の細部の構成、例えば歯車やローラの数等については、本願の各図に示されたものと異なっていてもよい。また、上記の実施形態または変形例に登場した各要素を、矛盾がない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本願は、インホイールモータ駆動装置およびそれを備える車両に利用できる。

２ ハブ
２ａ 円板部
２ｂ 回転軸
３ リム
１０ 第１電動機
１１ 第１ロータ
１３ 円筒部
２０ 第２電動機
２１ 第２ロータ
２３ 出力伝達部材
３０ 減速機
３９ キャリア（出力部材）
４０ クラッチ機構
５０ 筐体
７０ 制御器
１００ インホイールモータ駆動装置（第１実施形態）
２００ インホイールモータ駆動装置（第２実施形態）

Claims (16)

1. 円板部と、当該円板部の中央部から軸方向に突出する回転軸と、を有するハブと、
   前記円板部の外周部に固定され、外周面にタイヤが取り付けられるリムと、
   により包囲される空間に配置されるインホイールモータ駆動装置であって、
   前記回転軸と同軸上に配置される第１電動機と、
   前記第１電動機と軸方向に並んで配置され、前記第１電動機とは異なる速度領域の回転を出力可能とする第２電動機と、
   前記第１電動機の径方向内側に、前記回転軸と同軸上に配置され、前記第１電動機からの動力を減速する減速機と、
   を備え、
   前記第１電動機からの動力が前記減速機を介して前記回転軸に伝達される第１速状態、および、前記第２電動機からの動力が前記回転軸に伝達される第２速状態、の間で切り替え可能な、インホイールモータ駆動装置。
2. 請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置であって、
   前記第１速状態および前記第２速状態の間で切り替え可能なクラッチ機構
   を備える、インホイールモータ駆動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のインホイールモータ駆動装置であって、
   前記第１電動機は、アウターロータ型の第１ロータを有し、
   前記第２電動機は、インナーロータ型の第２ロータを有し、
   前記第２ロータが前記回転軸に結合され、
   前記減速機の出力部材が、前記クラッチ機構を介して、前記回転軸に結合される、インホイールモータ駆動装置。
4. 請求項３に記載のインホイールモータ駆動装置であって、
   前記第１電動機および前記第２電動機を制御する制御器
   を備え、
   前記第１速状態および前記第２速状態の一方から、前記第１速状態および前記第２速状態の他方への切り替え時に、前記制御器が、前記減速機の前記出力部材の回転と、前記第２ロータの回転とを、同期させる、インホイールモータ駆動装置。
5. 請求項４に記載のインホイールモータ駆動装置であって、
   前記制御器は、
   前記第１速状態においては、前記第２電動機への電力の供給を遮断し、
   前記第２速状態においては、前記第１電動機への電力の供給を遮断する、インホイールモータ駆動装置。
6. 請求項４に記載のインホイールモータ駆動装置であって、
   前記第１速状態において前記第２電動機で行う第１発電と、
   前記第２速状態において前記第１電動機で行う第２発電と、
   の少なくとも一方を行う、インホイールモータ駆動装置。
7. 請求項３に記載のインホイールモータ駆動装置であって、
   前記第２電動機は、前記第１電動機よりも高速領域の回転を出力可能であり、
   前記第１電動機は直流モータである、インホイールモータ駆動装置。
8. 請求項７に記載のインホイールモータ駆動装置であって、
   前記第１電動機はアキシャルギャップ型である、インホイールモータ駆動装置。
9. 請求項３に記載のインホイールモータ駆動装置であって、
   前記第２電動機は、前記第１電動機よりも高速領域の回転を出力可能であり、
   前記第２電動機は交流モータである、インホイールモータ駆動装置。
10. 請求項３から請求項９までのいずれか１項に記載のインホイールモータ駆動装置であって、
    前記クラッチ機構は、
    前記減速機の前記出力部材から前記回転軸へは第１方向の回転を伝達可能にする一方、
    前記回転軸から前記減速機の前記出力部材へは前記第１方向の回転を伝達不能にする、ワンウェイクラッチである、インホイールモータ駆動装置。
11. 請求項１０に記載のインホイールモータ駆動装置であって、
    前記第１ロータおよび前記第２ロータの一方が前記第１方向とは反対方向の第２方向に回転されると、前記回転軸が前記第２方向に回転される、インホイールモータ駆動装置。
12. 請求項１または請求項２に記載のインホイールモータ駆動装置であって、
    前記減速機は遊星機構からなる、インホイールモータ駆動装置。
13. 請求項１２に記載のインホイールモータ駆動装置であって、
    前記第１電動機は、前記回転軸と同軸上に配置される回転子である第１ロータを有し、
    前記第２電動機は、前記回転軸と同軸上に配置される回転子である第２ロータを有し、
    前記減速機は、
    前記回転軸と同軸上に配置され、前記第１ロータと一体的に回転する太陽歯車と、
    前記太陽歯車に径方向外側から噛み合う複数の遊星歯車と、
    前記回転軸と同軸上に配置され、前記複数の遊星歯車に径方向外側から噛み合う軌道内歯歯車と、
    前記回転軸と同軸上に配置され、前記複数の遊星歯車を回転可能に指示する複数の支持軸を、周方向に公転可能に支持するキャリアと、
    を備える遊星歯車式であり、
    前記第２ロータが前記回転軸に結合され、
    前記キャリアが、前記クラッチ機構を介して、前記回転軸に結合される、インホイールモータ駆動装置。
14. 請求項１２に記載のインホイールモータ駆動装置であって、
    前記第１電動機は、前記回転軸と同軸上に配置される回転子である第１ロータを有し、
    前記第２電動機は、前記回転軸と同軸上に配置される回転子である第２ロータを有し、
    前記減速機は、
    前記回転軸と同軸上に配置され、前記第１ロータと一体的に回転する太陽ローラと、
    前記太陽ローラの径方向外側に配置され、当該太陽ローラに接触する複数の遊星ローラと、
    前記回転軸と同軸上に配置され、前記複数の遊星ローラに径方向外側から接触する軌道リングと、
    前記回転軸と同軸上に配置され、前記複数の遊星ローラを回転可能に支持する複数の支持軸を、周方向に公転可能に支持するキャリアと、
    前記太陽ローラを前記遊星ローラに押し付けるとともに、前記遊星ローラを前記軌道リングに押し付ける押圧力を付与する押圧部材と、
    を備える遊星摩擦式であり、
    前記第２ロータが前記回転軸に結合され、
    前記キャリアが、前記クラッチ機構を介して、前記回転軸に結合される、インホイールモータ駆動装置。
15. 請求項１４に記載のインホイールモータ駆動装置であって、
    前記太陽ローラは、
    前記複数の遊星ローラに軸方向の一方側から接触する第１の太陽ローラと、
    前記第１の太陽ローラと対をなし、前記複数の遊星ローラに軸方向の他方側から接触する第２の太陽ローラと、
    を有し、
    前記押圧部材は、前記回転軸を中心とする回転トルクを利用して、前記第２の太陽ローラを前記第１の太陽ローラに近づける方向に付勢する付勢力を発生させる調圧カムを含む、インホイールモータ駆動装置。
16. 請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載のインホイールモータ駆動装置を走行部に備える車両。

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