JP2021075203A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平行軸歯車減速機を用いたインホイールモータ駆動装置の耐久性・静粛性を高める。【解決手段】電動モータ部Ａの回転を減速して車輪用軸受部Ｃに出力する減速機部Ｂに、各歯車がはすば歯車で構成された平行軸歯車減速機３０を用いたインホイールモータ駆動装置２１において、軸方向から見て、中間歯車軸３６の軸心Ｏ２と出力歯車軸３７の軸心Ｏ３とを結ぶ直線Ｐを、中間歯車軸３６の軸心Ｏ２を中心として中間歯車軸３６の正転力行時の回転方向に回転させて、中間歯車軸３６の軸心Ｏ２と入力歯車軸３５の軸心Ｏ１とを結ぶ直線Ｑに達するまでの回転角度を入力軸配置角βとしたとき、入力軸配置角βが２７０°〜３６０°となるように、入力歯車軸３５、中間歯車軸３６および出力歯車軸３７を配置する。【選択図】図２

Description

本発明は、インホイールモータ駆動装置に関する。

インホイールモータ駆動装置は、装置全体がホイール内部に収容された状態で使用される関係上、その重量や大きさが車両のばね下重量や客室スペースの広さに影響を及ぼすため、できるだけ軽量・コンパクトであることが望まれる。その一方、インホイールモータ駆動装置は、車輪を駆動するために大きなトルクを必要とする。このため、インホイールモータ駆動装置においては、駆動力を発生させる電動モータと、車輪を回転自在に支持する車輪用軸受との間に、電動モータの回転を減速して車輪用軸受に出力する減速機を設けるのが一般的である。例えば下記の特許文献１〜３に記載されたインホイールモータ駆動装置では、互いに平行に配置された入力歯車軸、中間歯車軸および出力歯車軸を備えた多段減速式の平行軸歯車減速機を採用している。

特許文献３では、各歯車軸に設けられる歯車に、歯すじがつるまき線状となったはすば歯車を採用している。この場合、同時に噛み合う歯数が増え、歯当たりが分散されるため、静粛でトルク変動が小さい減速機を実現する上で有利となる。

特開２０１７−６５３０６号公報 特開２０１７−１６０９６１号公報 特開２０１８−５３９２７号公報 特開２０１３−７２５２８号公報

インホイールモータ駆動装置において、平行軸歯車減速機にはすば歯車を採用した場合、各歯車軸には歯車同士の噛合いによってラジアル荷重のみならずアキシャル荷重も作用する。例えば、図１２に示すような一対のはすば歯車軸Ｇ１、Ｇ２の噛み合いでは、噛み合い部Ｍで生じるアキシャル荷重によって両歯車軸Ｇ１、Ｇ２が同じ方向に傾斜するため、相対的なミスアライメントは小さく、噛み合い部Ｍへの影響は小さい（図１２では変位量を誇張している）。一方、図１３に示すような歯車軸Ｇ１〜Ｇ３からなる３軸２段の平行軸歯車減速機の場合、複数の噛み合い部Ｍ１、Ｍ２が形成される。この場合、一方の噛み合い部Ｍ１（又はＭ２）で生じるアキシャル荷重が他方の噛み合い部Ｍ２（又はＭ１）に影響を及ぼすため、両噛み合い部Ｍ１、Ｍ２に平行誤差や食い違い誤差が生じやすい。なお、図１４に模式的に示すように互いに噛み合う一対の平行な歯車軸の軸心をＬ１、Ｌ２としたとき、一方の歯車軸が他方の歯車軸に対して、両歯車軸の軸心Ｌ１、Ｌ２を含む平面Ｈ内で傾斜することで生じるずれΔＨを「平行誤差」と言い、一方の歯車軸が他方の歯車軸に対して、自身の軸心Ｌ１を含み、且つ、平面Ｈと直交する平面Ｖ内で傾斜することで生じるずれΔＶを「食い違い誤差」と言う。このような歯車同士の噛み合い誤差（平行誤差および食い違い誤差）により、歯面同士が軸方向端部付近で互いに当接する「片当たり」が生じやすくなる。歯面同士の片当たりが生じると、歯の摩耗や折損等が生じ易くなり、減速機の耐久性や音振性能に悪影響が及ぶ。

例えば上記の特許文献４の図６（ｂ）には、歯車の歯面にクラウニング（歯すじクラウニング）を施すことによって、歯車の片当たりを防止することが記載されている。しかし、歯面にクラウニングを設けるだけでは、片当たりを十分に防止できない場合がある。例えば、クラウニングの曲率を大きくすれば、片当たりは生じにくくなるが、この場合、ミスアライメントが小さい条件では歯当たりが減少して実噛合い率が低下するため、歯の折損、異音・振動の発生などといった問題が生じ易くなる。

以上の事情に鑑み、本発明は、２段以上の平行軸はすば歯車減速機を適用したインホイールモータ駆動装置において、歯面の形状修正以外の方法により歯面同士の片当たりを抑えて、耐久性および静粛性を高めることを目的とする。

本発明者の解析によると、２段以上（３軸以上）の平行軸はすば歯車減速機では、歯面同士の片当たりの強弱は歯車軸のレイアウトの影響を受けることが分かった。具体的には、複数（３軸以上）の歯車軸を所定のレイアウトで配置することによって、歯車軸の平行誤差に起因して生じる片当たりと、歯車軸の食い違い誤差に起因して生じる片当たりとが相殺し、その結果、歯面同士の片当たりを抑えることができる。従って、使用頻度の高い正転力行時において片当たりが弱くなるようなレイアウトで、各歯車軸を配置すればよい。

また、インホイールモータ駆動装置に２段以上の平行軸歯車減速機を適用する際には、減速機のコンパクト化を図るために、入力歯車軸の軸心と中間歯車軸の軸心とを結ぶ直線と中間歯車軸の軸心と出力歯車軸の軸心とを結ぶ直線とで挟まれた角度（以下、「歯車軸の配置角α」という。図２参照。）が９０°より小さくなるように、各歯車軸を配置することが好ましい。

以上の知見に基づいてなされた本発明は、駆動力を発生させる電動モータ部と、車輪を回転自在に支持する車輪用軸受部と、互いに平行に配置された入力歯車軸、中間歯車軸および出力歯車軸を有し、前記入力歯車軸に入力された前記電動モータ部の回転を２段以上で減速して前記車輪用軸受部に出力する減速機部とを備え、各歯車軸に設けられた歯車がはすば歯車で構成されたインホイールモータ駆動装置において、軸方向から見て、前記中間歯車軸の軸心と前記出力歯車軸の軸心とを結ぶ直線を、前記中間歯車軸の軸心を中心として前記中間歯車軸の正転力行時の回転方向に回転させて前記入力歯車軸の軸心に達するまでの回転角度を入力軸配置角としたとき、入力軸配置角が２７０°〜３６０°となるように、前記入力歯車軸、前記中間歯車軸および前記出力歯車軸を配置したことを特徴とするインホイールモータ駆動装置を提供する。

上記のインホイールモータ駆動装置をホイール内に配置するためには、サスペンションとの干渉を回避しなければならない。特に、電動モータ部はインボード側に大きく突出しているため、サスペンションの構成部品であるロアアームやショックアブソーバと干渉しやすい。そこで、上記のインホイールモータ駆動装置では、サスペンションとの干渉を回避するために、減速機部の入力歯車軸の軸心を、出力歯車軸の軸心よりも車両後方側に配置し、且つ、軸方向から見て、出力歯車軸の軸心を通る水平線を出力歯車軸の軸心を中心として±４５°回転させた２直線の間の角度範囲内に配置することが好ましい。

本発明のインホイールモータ駆動装置によれば、平行軸歯車減速機の各歯車軸を上記のように配置することで、歯面の片当たりが抑えられるため、歯の摩耗や折損を防止し、減速機の耐久性および静粛性を高めることができる。

本発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の断面図である。 図１のインホイールモータ駆動装置をアウトボード側から見た側面図である。 図１のインホイールモータ駆動装置の減速機部の歯車軸を軸方向と直交する方向から見た正面図であり、正転力行時（あるいは逆転回生時）に中間歯車軸に加わるアキシャル荷重を示す。 図３の歯車軸の斜視図である。 図１のインホイールモータ駆動装置の減速機部の歯車軸を軸方向と直交する方向から見た正面図であり、逆転力行時（あるいは正転回生時）に中間歯車軸に加わるアキシャル荷重を示す。 入力軸配置角を説明するための図である。 平行誤差及び食い違い誤差に起因する片当たり量が、入力軸配置角によってどのように変化するかを示すグラフである。 車両のサスペンションに取り付けられた図１のインホイールモータ駆動装置をインボード側から見た側面図（図９のVIII方向から見た図）である。 図８のインホイールモータ駆動装置を車体前方側から見た正面図（図８のIX方向から見た図）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平面図である。 図１０に示す電気自動車の後方断面図である。 一対のはすば歯車軸が噛み合う様子を示す斜視図である。 ３軸２段の平行軸歯車減速機の斜視図である。 一対の歯車軸間に生じる平行誤差及び食い違い誤差を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１０および図１１に基づき、インホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車１１の概要を説明する。図１０に示すように、電気自動車１１は、シャシー１２と、操舵輪として機能する一対の前輪１３と、駆動輪として機能する一対の後輪１４と、左右の後輪１４のそれぞれを駆動するインホイールモータ駆動装置２１とを備える。図１１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１６を介してシャシー１２の下部に取り付けられている。

懸架装置１６は、左右に延びるサスペンションアームによって後輪１４を支持すると共に、コイルスプリングおよびショックアブソーバを含むストラットによって、後輪１４が路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。懸架装置１６は、路面の凹凸に対する追従性を向上し、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独立懸架式が好ましいが、その他の懸架方式が採用される場合もある。

この電気自動車１１では、左右のホイールハウジング１５の内部に、左右の後輪１４それぞれを回転駆動させるインホイールモータ駆動装置２１が組み込まれるので、シャシー１２上にモータ、ドライブシャフトおよび差動装置等を設ける必要がなくなる。そのため、この電気自動車１１は、客室スペースを広く確保でき、しかも、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。

なお、インホイールモータ駆動装置２１は、上記のように後輪１４を駆動輪とした後輪駆動タイプの電気自動車１１のみならず、前輪１３を駆動輪とした前輪駆動タイプの電気自動車や、前輪１３および後輪１４の双方を駆動輪とした四輪駆動タイプの電気自動車に適用することもできる。

電気自動車１１の走行安定性およびＮＶＨ特性を向上するためには、ばね下重量を抑える必要がある。また、電気自動車１１の客室スペースを拡大するためには、インホイールモータ駆動装置２１をできるだけコンパクト化する必要がある。そこで、以下に説明するようなインホイールモータ駆動装置２１を採用する。

図１に、本発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１、より詳細には、電気自動車１１（図１０参照）の右側の駆動輪を回転駆動させるインホイールモータ駆動装置２１の断面図を示す。このインホイールモータ駆動装置２１は、車輪を駆動するための駆動力を発生させる電動モータ部Ａと、電動モータ部Ａの回転を減速して出力する減速機部Ｂと、減速機部Ｂの出力を駆動輪に伝達する車輪用軸受部Ｃとを備えている。電動モータ部Ａおよび減速機部Ｂはケーシング２２に収容され、車輪用軸受部Ｃはケーシング２２に取り付けられている。なお、以下の説明では、インホイールモータ駆動装置２１をホイールハウジング１５（図１１参照）内に取り付けた状態で車幅方向外側および車幅方向内側となる側を、それぞれ、アウトボード側およびインボード側という。図１においては、紙面左側がアウトボード側であり、紙面右側がインボード側である。

電動モータ部Ａは、ケーシング２２に固定された筒状のステータ２３と、図示外の径方向隙間を介してステータ２３の内周に配置されたロータ２４と、外周にロータ２４を装着したモータ回転軸２５とを有するラジアルギャップ型の電動モータ２６を備える。モータ回転軸２５は、その軸方向の二箇所に離間して配置された転がり軸受４０，４１によってケーシング２２に対して回転自在に支持されており、毎分１万数千回程度の回転速度で回転可能である。なお、電動モータ部Ａには、ラジアルギャップ型に替えてアキシャルギャップ型の電動モータを採用しても良い。

減速機部Ｂは、入力歯車軸３５、中間歯車軸３６、および出力歯車軸３７が互いに平行に配置された平行軸歯車減速機３０を備える。入力歯車軸３５は入力歯車３１を有し、中間歯車軸３６は入力側中間歯車３２および出力側中間歯車３３を有し、出力歯車軸３７は出力歯車３４を有する。図２にも示すように、この平行軸歯車減速機３０では、入力歯車３１と入力側中間歯車３２とが噛み合い、出力側中間歯車３３と出力歯車３４とが噛み合っている。入力側中間歯車３２の歯数は、入力歯車３１および出力側中間歯車３３の歯数よりも多く、出力歯車３４の歯数は、出力側中間歯車３３の歯数よりも多い。以上の構成により、平行軸歯車減速機３０は、モータ回転軸２５の回転を二段階で減速して出力する。

図１に示すように、入力歯車軸３５は、モータ回転軸２５と同軸に配置され、スプライン嵌合によってモータ回転軸２５と一体回転可能に連結されている。入力歯車軸３５は転がり軸受４２，４３により、中間歯車軸３６は転がり軸受４４，４５により、また、出力歯車軸３７は転がり軸受４６，４７により、ケーシング２２に対して回転自在に支持されている。

図３および図４に示すように、入力歯車３１、両中間歯車３２，３３および出力歯車３４には、何れも、歯３１ａ〜３４ａの歯すじがつるまき線状に形成された（歯すじが軸方向に対して傾斜した）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多く、歯当たりが分散されるため、噛合い時の音が静かでトルク変動が少ないという利点を有する。従って、はすば歯車を用いれば、静粛かつトルク伝達効率に優れた平行軸歯車減速機３０を実現する上で有利となる。

各歯車３１〜３４がはすば歯車で構成される関係上、インホイールモータ駆動装置２１の駆動中、入力歯車３１と入力側中間歯車３２の噛合い部Ｍ１、および出力側中間歯車３３と出力歯車３４の噛合い部Ｍ２には、回転方向の荷重やラジアル荷重だけでなくアキシャル荷重が作用する。これらの荷重は、主に歯車軸３５〜３７を支持する転がり軸受４２〜４７によって支持される。従って、転がり軸受４２〜４７には、ラジアル荷重およびアキシャル荷重の双方を受けることができる軸受、例えば深溝玉軸受が使用される。

図１に示すように、本実施形態では、中間歯車軸３６のインボード側の端部を支持する転がり軸受４４に、中間歯車軸３６のアウトボード側の端部を支持する転がり軸受４５よりも大径のもの、すなわち負荷容量が大きいものを用いると共に、出力歯車軸３７の軸方向中央部付近を支持する転がり軸受４７に、出力歯車軸３７のインボード側の端部を支持する転がり軸受４６よりも大径のものを用いている。また、入力側中間歯車３２を部分的に肉取りして入力側中間歯車３２の内周に中間歯車軸３６のインボード側の端部を支持する転がり軸受４４を配置すると共に、出力歯車３４を部分的に肉取りして出力歯車３４の内周に出力歯車軸３７の軸方向中央部付近を支持する転がり軸受４７を配置している。平行軸歯車減速機３０が以上の構成を有することにより、高い減速比を確保しつつ、軸方向のコンパクト化が図られる。

減速機部Ｂを径方向にコンパクト化する観点から、本実施形態では、図２に示す歯車軸の配置角α（入力歯車軸３５と中間歯車軸３６の軸心Ｏ１，Ｏ２を結ぶ直線と、中間歯車軸３６と出力歯車軸３７の軸心Ｏ２，Ｏ３を結ぶ直線とで挟まれた角度）が９０°未満、具体的には６０〜８０°の範囲内となるように、各歯車軸３５〜３７が配置されている。なお、図２および図４には、電気自動車１１がインホイールモータ駆動装置２１の駆動力を受けて前進移動するとき（電動モータ２６の正転力行時）の各歯車軸３５〜３７の回転方向を白抜き矢印で示している。

本実施形態では、図３および図４に示すように、両中間歯車３２，３３の歯３２ａ，３３ａのねじれ方向は同じであり、図示例では右ねじれ（軸方向を上下方向として歯面を外周から見たとき、右肩上がりとなる形状）とされる。入力歯車３１および出力歯車３４は、中間歯車３２、３３と噛み合うためにこれらとねじれ方向が逆になっており、図示例では左ねじれ（軸方向を上下方向として歯面を外周から見たとき、左肩上がりとなる形状）とされる。これにより、動作頻度が最も多い電動モータ２６の正転力行時に、中間歯車軸３６に入力されるアキシャル荷重、すなわち、入力側中間歯車３２に作用するアキシャル荷重Ｆ１、および出力側中間歯車３３に作用するアキシャル荷重Ｆ２が、互いに逆向きになって相殺する。

図３では、矢印Ｆ１，Ｆ２の長さを相互に異ならせているが、これは、出力側中間歯車３３が入力側中間歯車３２よりも動力伝達方向の後段側に位置して大きな回転トルクを伝達するものである関係上、出力側中間歯車３３に作用するアキシャル荷重の方が入力側中間歯車３２に作用するアキシャル荷重よりも大きいことを意味している。なお、電動モータ２６の逆転回生時には上記と同じ向きのアキシャル荷重が加わる。一方、電動モータ２６の逆転力行時および正転回生時には、図５に黒塗り矢印で示すように、上記と逆向きのアキシャル荷重Ｆ１、Ｆ２が加わる。

図１に示すように、車輪用軸受部Ｃは、いわゆる内輪回転タイプの車輪用軸受５０を備える。車輪用軸受５０は、ハブ輪５１および内輪５２からなる内方部材５３と、外輪５４と、ボール５７と、図示外の保持器とを備えた複列アンギュラ玉軸受からなる。この車輪用軸受５０では、ハブ輪５１および内輪５２の外周にそれぞれ形成された内側軌道面５５と、外輪５４の内周に形成された複列の外側軌道面５６とで形成される複列のボールトラックに、それぞれ複数のボール５７が組み込まれている。詳細な図示は省略しているが、車輪用軸受５０の内部空間には、潤滑剤としてのグリースが充填されている。軸受内部空間への異物侵入および軸受外部へのグリース漏洩を防止するため、車輪用軸受５０の軸方向両端部にはシール部材が設けられている。

ハブ輪５１は、スプライン嵌合によって平行軸歯車減速機３０の出力歯車軸３７と一体回転可能に連結されている。ハブ輪５１のアウトボード側の端部には、径方向外向きに延びたフランジ部５１ａが設けられ、このフランジ部５１ａに車輪（駆動輪）が取り付けられる。また、ハブ輪５１のインボード側の端部には、車輪用軸受５０に予圧を付与するため、内輪５２を加締め固定してなる加締め部５１ｂが形成されている。

外輪５４のアウトボード側の端部には、径方向外向きに延びたフランジ部が設けられ、このフランジ部にアタッチメント５８がボルト止めされている。そして、車輪用軸受部Ｃは、アタッチメント５８を介してケーシング２２に対してボルト止めされている。

以上の構成を有するインホイールモータ駆動装置２１の全体的な作動態様を簡単に説明する。まず、電動モータ部Ａにおいて、電動モータ２６のステータ２３に交流電流が供給されると、これに伴って生じる電磁力によりロータ２４およびモータ回転軸２５が一体回転する。モータ回転軸２５の回転は、減速機部Ｂの平行軸歯車減速機３０によって減速された上で車輪用軸受５０に伝達される。そのため、低トルクで高回転型の電動モータ（小型の電動モータ）２６を採用した場合でも、駆動輪に必要なトルクを伝達することができる。

図示は省略しているが、インホイールモータ駆動装置２１は、電動モータ部Ａおよび減速機部Ｂの各部に潤滑油を供給するための潤滑機構を有する。そして、インホイールモータ駆動装置２１の駆動中には、上記潤滑機構から供給される潤滑油により、電動モータ部Ａの各部が冷却されると共に、減速機部Ｂの各部が潤滑および冷却される。

本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１の基本的構成は以上のとおりであるが、本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、その駆動時に、平行軸歯車減速機３０を構成する歯車軸３５、３６、３７に相対的な傾きが生じるのに起因して、歯車同士が片当たりするのを可及的に防止可能とした点に主たる特徴がある。以下、まず、歯車軸３５〜３７に相対的な傾きが生じる主な理由を説明し、その後、本発明で採用している特徴的な構成（歯車軸３５〜３７のレイアウト）について説明する。

インホイールモータ駆動装置２１（電動モータ２６）の駆動中、歯車軸３５〜３７の噛み合い部Ｍ１、Ｍ２にはアキシャル荷重が作用する。具体的に説明すると、電動モータ２６の正転力行時には、図３および図４に示すように、入力側中間歯車３２にはインボード側に指向したアキシャル荷重Ｆ１が作用し、出力側中間歯車３３にはアウトボード側に指向したアキシャル荷重Ｆ２が作用する。このように、中間歯車軸３６に対し、2箇所の噛み合い部Ｍ１、Ｍ２に起因するアキシャル荷重Ｆ１、Ｆ２が作用することによって、中間歯車軸３６に、入力歯車軸３５および出力歯車軸３７と異なる方向に傾いて噛み合い誤差（平行誤差および食い違い誤差）が生じ、各噛合い部Ｍ１、Ｍ２で、歯面同士が軸方向端部付近で互いに当接する、いわゆる「片当たり」が生じる。

本発明者は、各歯車軸３５〜３７のレイアウトによって、各噛合い部Ｍ１、Ｍ２における片当たりの態様がどのように変化するかを解析した。ここでは、図６に示すように、中間歯車軸３６の軸心Ｏ２と出力歯車軸３７の軸心Ｏ３とを結ぶ直線Ｐを、中間歯車軸３６の軸心Ｏ２を中心として中間歯車軸３６の正転力行時の回転方向（矢印方向）に回転させて、中間歯車軸３６の軸心Ｏ２と入力歯車軸３５の軸心Ｏ１とを結ぶ直線Ｑに達するまでの回転角度を入力軸配置角βとする。そして、入力軸配置角βが０°〜９０°の場合（入力歯車軸３５が第一象限Ａ１にある場合）、９０°〜１８０°の場合（入力歯車軸３５が第二象限Ａ２にある場合）、１８０°〜２７０°の場合（入力歯車軸３５が第三象限Ａ３にある場合）、および２７０°〜３６０°の場合（入力歯車軸３５が第四象限Ａ４にある場合）のそれぞれの場合において、正転力行時の各噛合い部Ｍ１、Ｍ２における平行誤差および食い違い誤差に起因する片当たりの発生箇所および片当たり量を解析した。

初めに、インホイールモータ駆動装置が右側の駆動輪に取り付けられる場合（図１および図２に示すインホイールモータ駆動装置２１）、すなわち、正転力行時に出力歯車軸３７および入力歯車軸３５がアウトボード側から見て時計回り方向に回転する場合について解析した。その結果を下記の表１および図７に示す。なお、表１の「手前」とは、各噛合い部Ｍ１、Ｍ２において片当たりが図２および図４の紙面手前側（アウトボード側）で発生する場合を表し、「奥」とは、各噛合い部Ｍ１、Ｍ２において片当たりが紙面奥側（インボード側）で発生する場合を表す。

表１および図７に示されるように、入力軸配置角βが０°〜９０°（第一象限Ａ１）である場合、噛合い部Ｍ１では平行誤差および食い違い誤差に起因する片当たりが共に奥側で生じ、噛合い部Ｍ２では平行誤差および食い違い誤差に起因する片当たりが共に手前側で生じている。このため、各噛合い部Ｍ１、Ｍ２において、平行誤差および食い違い誤差に起因する片当たり量が合算され、合計の片当たり量が大きくなる。また、入力軸配置角βが１８０°〜２７０°（第三象限Ａ３）である場合も、各噛合い部Ｍ１、Ｍ２において平行誤差と食い違い誤差に起因する片当たりが同じ側で生じているため、合計の片当たり量が大きくなる。

一方、入力軸配置角βが９０°〜１８０°（第二象限Ａ２）である場合、噛合い部Ｍ１では、食い違い誤差に起因する片当たりは奥側で生じ、平行誤差に起因する片当たりは手前側で生じている。また、噛合い部Ｍ２では、食い違い誤差に起因する片当たりは手前側で生じ、平行誤差に起因する片当たりは奥側で生じている。これらの場合、平行誤差に起因する片当たりと食い違い誤差に起因する片当たりとが互いに相殺されるため、合計の片当たり量が小さくなる。また、入力軸配置角βが２７０°〜３６０°（第四象限Ａ４）である場合も、各噛合い部Ｍ１、Ｍ２において平行誤差および食い違い誤差に起因する片当たりが互いに相殺されるため、合計の片当たり量が小さくなる。

以上の結果から、噛合い部Ｍ１、Ｍ２における片当たり量を小さくするためには、入力軸配置角βを９０°〜１８０°あるいは２７０°〜３６０°とすればよい（表１の太枠参照）。一方、上述のように、減速機部Ｂを径方向にコンパクト化する観点から、本実施形態では、歯車軸の配置角αが９０°未満、すなわち、入力軸配置角βが０°〜９０°あるいは２７０°〜３６０°（−９０°〜０°）の範囲となるように、各歯車軸３５〜３７が配置される。従って、噛合い部Ｍ１、Ｍ２における片当たり量の抑制と、減速機部Ｂのコンパクト化を両立させるためには、入力軸配置角βを２７０°〜３６０°（−９０°〜０°）の範囲に設定すればよい。すなわち、入力軸歯車３５の軸心Ｏ１を、図６の第四象限Ａ４（斜線領域）に配置すればよい。

次に、インホイールモータ駆動装置が左側の車輪に取り付けられる場合、すなわち、正転力行時に出力歯車軸３７および入力歯車軸３５がアウトボード側から見て反時計回り方向（図２の矢印と反対方向）に回転する場合について、上記と同様の解析を行った。その結果を下記の表２に示す。

表２に示されるように、回転方向が逆の場合、片当たりが生じる部位が表１とは全く逆になるが、平行誤差と食い違い誤差に起因する片当たりが互いに相殺される角度範囲は同じである（表２の太枠参照）。従って、上記と同様に、入力軸配置角βを２７０〜３６０°（−９０°〜０°）の範囲に設定すればよい。

次に、右輪および左輪のそれぞれに取り付けられるインホイールモータ駆動装置において、各歯車３１〜３４のねじれ方向が上記とは逆向きである場合、すなわち、入力歯車３１および出力歯車３４を右ねじれとし、両中間歯車３２，３３を左ねじれとした場合に、上記と同様の解析を行った。その結果を下記の表３、４に示す。

表３に示すように、右輪のインホイールモータ駆動装置２１の歯車３１〜３４のねじれ方向を表１と逆にすると、歯面同士の片当たりの態様は表２と同様の結果となった。また、表４に示すように、左輪のインホイールモータ駆動装置２１の歯車３１〜３４のねじれ方向を表２と逆にすると、表１と同様の結果となった。従って、歯車のねじれ方向が逆の場合、片当たりが生じる部位が逆になるが、平行誤差と食い違い誤差に起因する片当たりが互いに相殺される角度範囲は同じである（表３、４の太枠参照）。よって、上記と同様に、入力軸配置角βを２７０〜３６０°（−９０°〜０°）の範囲に設定すればよい。

尚、インホイールモータ駆動装置を左輪に取り付けた場合（表２参照）、右輪に取り付けた場合と歯車軸の回転方向が逆になるため、正転力行時には、中間歯車軸３６に図５に示す向きのアキシャル荷重Ｆ１、Ｆ２が加わる。また、インホイールモータ駆動装置の各歯車３１〜３４のねじれ方向を逆にした場合（表３参照）も、正転力行時には、中間歯車軸３６に図５に示す向きのアキシャル荷重Ｆ１、Ｆ２が加わる。このとき、上述のように、出力側中間歯車３３に作用するアキシャル荷重Ｆ２の方が入力側中間歯車３２に作用するアキシャル荷重Ｆ１よりも大きいため、中間歯車軸３６には、これらのアキシャル荷重の差（Ｆ２−Ｆ１）の分だけインボード側にアキシャル荷重が作用する。この場合、中間歯車軸３６に加わるアキシャル荷重を、中間歯車軸３６を支持する二つの転がり軸受４４，４５のうち負荷容量が相対的に大きい転がり軸受４４で支持することができる。また、出力歯車軸３７には、図５のアキシャル荷重Ｆ２の反力として、アウトボード側にアキシャル荷重が作用する。この場合、出力歯車軸３７に加わるアキシャル荷重を、出力歯車軸３７を支持する二つの転がり軸受４６，４７のうち負荷容量が相対的に大きい転がり軸受４７で支持することができる。

また、ホイール内にインホイールモータ駆動装置２１を配置するためには、サスペンションとの干渉を回避しなければならない。具体的には、図８および９に示すように、サスペンションの構成部品であるロアアーム６１がインホイールモータ駆動装置２１のケーシング２２の下部に取り付けられ、サスペンションの構成部品であるショックアブソーバ６２がケーシング２２の上部に取り付けられる。インホイールモータ駆動装置２１のうち、特に電動モータ部Ａはインボード側に大きく突出するため（図９参照）、電動モータ部Ａおよびこれと同軸に配される入力歯車軸３５は、ロアアーム６１およびショックアブソーバ６２との干渉を回避するために、出力歯車軸３７と略同じ高さに配置することが好ましい。具体的には、図８に示すように、軸方向から見て、出力歯車軸３７の軸心Ｏ３を通る水平線Ｈを軸心Ｏ３を中心として±４５°回転させた２直線の間の角度範囲Ｋ内に、入力歯車軸３５の軸心Ｏ１を配置することが好ましい。

ところで、本実施形態では、上述のように、歯面の片当たりを抑えるために、入力軸配置角βが２７０°〜３６０°（−９０°〜０°）の範囲に設定される。このような歯車軸３５〜３７の相対的な位置関係を維持しながら、電動モータ部Ａを出力歯車軸３７よりも車両前方側に配すると、中間歯車軸３６が出力歯車軸３７よりも下方に配置されるため、中間歯車軸３６がロアアーム６１に干渉するおそれがある。これに対し、図８に示すように、入力軸配置角βを２７０°〜３６０°の範囲に設定しながら、電動モータ部Ａを出力歯車軸３７よりも車両後方側に配すると、中間歯車軸３６が出力歯車軸３７よりも上方に配置される。このとき、図９に示すように、減速機部Ｂに設けられた中間歯車軸３６はインボード側への突出量が小さいため、ショックアブソーバ６２とは干渉しない。以上より、インホイールモータ駆動装置２１とサスペンションとの干渉を回避するためには、入力歯車軸３５の軸心Ｏ１を、上記の角度範囲Ｋ内で、且つ、出力歯車軸３７の軸心Ｏ３よりも車両後方側に配置することが好ましい。

以上の実施形態では、入力歯車軸３５と出力歯車軸３７の間に一軸の中間歯車軸３６を配置してなる２段減速式（３軸タイプ）の平行軸歯車減速機３０を採用したインホイールモータ駆動装置２１に本発明を適用した場合について説明したが、本発明の適用範囲はこれに限られない。すなわち、「はすば歯車からなる歯車同士の噛合い部に生じるアキシャル荷重のモーメントにより中間歯車軸に傾きが生じ、これに伴って歯車同士の噛合い部で片当たりが生じる」という問題は、３段以上の平行軸歯車減速機においても同様に生じる。従って、本発明は、例えば入力歯車軸３５と出力歯車軸３７との間に２軸の中間歯車軸３６を配置してなる３段減速タイプ（４軸タイプ）の平行軸歯車減速機を採用したインホイールモータ駆動装置（図示省略）にも同様に適用し得る。

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。すなわち、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
２６ 電動モータ
３０ 平行軸歯車減速機
３１ 入力歯車
３２ 入力側中間歯車
３３ 出力側中間歯車
３４ 出力歯車
３５ 入力歯車軸
３６ 中間歯車軸
３７ 出力歯車軸
５０ 車輪用軸受
６１ ロアアーム
６２ ショックアブソーバ
Ａ 電動モータ部
Ｂ 減速機部
Ｃ 車輪用軸受部
Ｍ１、Ｍ２ 噛合い部
α 配置角
β 入力軸配置角

Claims (2)

1. 駆動力を発生させる電動モータ部と、車輪を回転自在に支持する車輪用軸受部と、互いに平行に配置された入力歯車軸、中間歯車軸および出力歯車軸を有し、前記入力歯車軸に入力された前記電動モータ部の回転を２段以上で減速して前記車輪用軸受部に出力する減速機部とを備え、各歯車軸に設けられた歯車がはすば歯車で構成されたインホイールモータ駆動装置において、
   軸方向から見て、前記中間歯車軸の軸心と前記出力歯車軸の軸心とを結ぶ直線を、前記中間歯車軸の軸心を中心として前記中間歯車軸の正転力行時の回転方向に回転させて、前記中間歯車軸の軸心と前記入力歯車軸の軸心とを結ぶ直線に達するまでの回転角度を入力軸配置角としたとき、
   入力軸配置角が２７０°〜３６０°となるように、前記入力歯車軸、前記中間歯車軸および前記出力歯車軸を配置したことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
2. 前記入力歯車軸の軸心が、前記出力歯車軸の軸心よりも車両後方側に配置され、且つ、軸方向から見て、前記出力歯車軸の軸心を通る水平線を前記出力歯車軸の軸心を中心として±４５°回転させた２直線の間の角度範囲内に配置された請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
   

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