JP2021154763A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪内部の空間上の制約の中で、インホイールモータ駆動装置の出力増大を図る技術を提供する。【解決手段】インホイールモータ駆動装置１０は、車輪と結合する車輪ハブ１２を複数の転動体で回転自在に支持する車輪ハブ軸受部と、車輪ハブ１２の軸線Ｏからオフセットして配置されて車輪ハブを駆動するモータ部２１と、モータ部２１の回転を減速して車輪ハブ１２に伝達する減速部とを備え、車輪ハブの軸線Ｏに関し、車輪ハブ軸受部１１はモータ部２１よりも軸線Ｏ方向一方に配置され、減速部はモータ部２１よりも軸線Ｏ方向他方に配置され、車輪ハブ軸受部１１は、外径側および内径側に、転動体が転動接触する外側軌道面および内側軌道面をそれぞれ有し、軸線Ｏ方向にみて外側軌道面の底部分１３ｊとモータ部２１が重なり合う。【選択図】図２

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド車等の電動車両の車輪に設けられ、当該車輪を駆動する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として例えば、特許第５５６５３８８号公報（特許文献１）に記載されるものが知られている。特許文献１記載のインホイールモータ駆動装置では、車輪のハブベアリングよりも車幅方向内側に、当該ハブベアリングと結合する遊星歯車組が配置される。またハブベアリングの軸線からオフセットするように回転電機が配置される。かかる軸線からみて、回転電機は遊星歯車組よりも外径側に配置される。

特許第５５６５３８８号公報

しかし、上記従来のようなインホイールモータ駆動装置にあっては、さらに改善すべき点があることを本発明者は見いだした。つまりインホイールモータ駆動装置の出力増大を図るには、回転電機の寸法を大きくしなければならないところ、回転電機の軸線方向寸法が大きくなると、インホイールモータ駆動装置が車輪から車幅方向内側にはみ出してしまい、車体に干渉してしまう。

あるいは回転電機の径方向寸法を大きくしようとしても、空間上の制約があって不可能である。ハブベアリングの軸線に関し、回転電機の軸線方向位置と遊星歯車組の軸線方向位置が重なるため、回転電機の外径は、車輪のリムと遊星歯車組の間の空間に限定されるためである。

仮に回転電機の径方向寸法を大きくする場合、リム径を大きくしなければならない。そうすると、騒音振動が大きくなって乗り心地の悪化が懸念される。

本発明は、上述の実情に鑑み、車輪内部の空間上の制約の中で、インホイールモータ駆動装置の出力増大を図る技術を提供することを目的とする。

この目的のため本発明によるインホイールモータ駆動装置は、車輪と結合する車輪ハブを複数の転動体で回転自在に支持する車輪ハブ軸受部と、車輪ハブの軸線からオフセットして配置されて車輪ハブを駆動するモータ部と、モータ部の回転を減速して車輪ハブに伝達する減速部とを備え、車輪ハブの軸線に関し、車輪ハブ軸受部はモータ部よりも軸線方向一方に配置され、減速部はモータ部よりも軸線方向他方に配置され、車輪ハブ軸受部は、外径側および内径側に、転動体が転動接触する外側軌道面および内側軌道面をそれぞれ有し、車輪ハブの軸線に関し、軸線方向にみて、外側軌道面の底部分とモータ部が重なり合う。

かかる本発明によれば、モータ部の外径が車輪ハブ軸受部の軸線に接近する程度まで大きいことから、インホイールモータ駆動装置の出力増大を図ることができる。外側軌道面の底部分とは、外側軌道面のうちの最大外径部分をいう。外側軌道面の底部分と重なり合うモータ部の部位は、モータケーシングであってもよいし、インナロータ・アウタステータ型であればステータ外周面であってもよいし、アウタロータ・インナステータ型であればロータ外周面であってもよい。

本発明の一局面として、車輪ハブから減速部まで延びる回転軸が、モータ部の外周面に隣り合うよう配置される。かかる局面によれば、モータ部の外径を従来よりも大きくし得て、インホイールモータ駆動装置の出力増大を図ることができる。

本発明の好ましい局面として、減速部は平行軸歯車減速機である。かかる局面によれば、１または複数の中間軸を減速部３１に設けることができ、減速比を高めることができる。平行軸歯車減速機は遊星歯車組を含まないものが好ましいが、減速部は一部に遊星歯車組を含んでもよい。

本発明のさらに好ましい局面として、車輪ハブの軸線に関し、モータ部の軸線方向位置と車輪の軸線方向位置が重なり合う。かかる局面によれば、インホイールモータ駆動装置を車輪の内空領域に設置することから、インホイールモータ駆動装置がコンパクト化される。

このように本発明によれば、モータ部の外径寸法が従来よりも大きくなり、インホイールモータ駆動装置の出力増大を図ることができる。また車輪ハブの軸線からオフセットして配置されるモータ部に関し、軸線からモータ部のうち最も遠い部位までの距離を小さくすることができるので、インホイールモータ駆動装置をロードホイールの内空領域に設置することが容易になる。

本発明の一実施形態になるインホイールモータ駆動装置を示す展開断面図である。 同実施形態を模式的に示す側面図である。 同実施形態を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態になるインホイールモータ駆動装置を示す展開断面図である。図３は、同実施形態を示す縦断面図である。図１および図３において、紙面左側は車幅方向外側（アウトボード側、軸線方向一方ともいう）を表し、紙面右側は車幅方向内側（インボード側、軸線方向他方ともいう）を表す。参考のため図３には車輪を示す。図２は同実施形態を模式的に示す側面図であって、車輪ハブの軸線方向にみた状態を表す。なお図２では、インホイールモータ駆動装置の端子ボックスが図略される。

図３に示すように、インホイールモータ駆動装置１０は、ロードホイールＷの内空領域に配置される。ロードホイールＷの外周にはタイヤＴが嵌装される。ロードホイールＷおよびタイヤＴは車輪を構成する。ロードホイールＷの中心は後述する車輪ハブ１２と結合する。

図１を参照して、インホイールモータ駆動装置１０は、車輪ハブ軸受部１１と、モータ部２１と、モータ部２１の回転を減速して車輪ハブ軸受部１１に伝達する減速部３１とを備える。モータ部２１および減速部３１は、車輪ハブ軸受部１１の軸線Ｏからオフセットして配置される。軸線Ｏは、車幅方向に延びる車輪ハブ１２の中心軸線であり、車軸に一致する。軸線Ｏ方向位置に関し、車輪ハブ軸受部１１はインホイールモータ駆動装置１０の軸線方向一方に配置され、モータ部２１はインホイールモータ駆動装置１０の軸線方向他方に配置され、減速部３１はモータ部２１よりもさらに軸線方向他方に配置される。本実施形態では、モータ部２１が軸線方向中央領域に配置される。

インホイールモータ駆動装置１０は、電動車両の車輪を駆動す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１０は、電動車両を時速０〜１８０ｋｍ／ｈで走行させることができる。

インホイールモータ駆動装置１０は、キングピンを具備する図示しないサスペンション装置を介して、車体に取り付けられる。またインホイールモータ駆動装置１０は、図示しないタイロッドを介して操舵装置と連結する。操舵装置は電動車両の車体に搭載される。これによりインホイールモータ駆動装置１０および車輪は、キングピン回りに転舵する。つまり本実施形態のインホイールモータ駆動装置１０と結合する車輪は転舵輪である。

車輪ハブ軸受部１１は、車輪のロードホイールＷと結合する車輪ハブ１２と、車輪ハブ１２の外径側に同軸に配置される固定輪としての外輪１３と、車輪ハブ１２と外輪１３との間の環状空間に配置される複数の転動体１４を有する。

図１に示すように外輪１３は、減速部ケーシング３９の軸線方向一方端面に形成される開口３９ｐを貫通する。減速部ケーシング３９は、減速部３１の外郭を含み、減速部３１の回転要素（減速部回転軸および歯車）を収容する。

外輪１３の外周面には外径方向に突出する外輪突出部１３ｇがさらに設けられる。外輪突出部１３ｇには雌ねじ孔が穿設される。また外輪突出部１３ｇにはキャリア４１が隣接して配置される。キャリア４１には貫通孔が複数形成される。キャリア４１の各貫通孔および外輪１３の各雌ねじ孔は、軸線Ｏと平行に延び、互いに一致する。外輪１３の雌ねじ孔およびキャリア４１の貫通孔には軸線Ｏ方向他方側から第１ボルト４２が通され、第１ボルト４２の軸部はキャリア４１の貫通孔を貫通し、第１ボルト４２の先端部は外輪突出部１３ｇの雌ねじ孔に螺合し、第１ボルト４２の頭部がキャリア４１に当接することにより、外輪１３は第１ボルト４２によってキャリア４１に確りと取付固定される。

また、キャリア４１の貫通孔は、減速部に形成される雌ねじ穴３９ｒと一致する。キャリア４１の貫通孔および雌ねじ穴３９ｒには軸線Ｏ方向一方側から第２ボルト４３が通され、第２ボルト４３の軸部はキャリア４１の貫通孔を貫通し、第２ボルト４３の先端部は雌ねじ穴３９ｒに螺合し、第２ボルト４３の頭部がキャリア４１に当接することにより、減速部ケーシング３９は第２ボルト４３によってキャリア４１に確りと取付固定される。

車輪ハブ１２は筒状の内輪であり、外輪１３の中心孔に通される。車輪ハブ１２の軸線方向一端部は外輪１３から突出する。かかる軸線方向一端部の外周面には結合部１２ｆが一対形成される。結合部１２ｆは周方向に間隔をあけて複数設けられる突起であり、ブレーキディスクＢＤおよびロードホイールＷ（図３）と同軸に結合するための結合部を構成する。

車輪ハブ１２および外輪１３間の環状空間には、複数列の転動体１４が配置される。本実施形態は、軸線方向一方側に第１列の転動体を有し、軸線方向他方側に第２列の転動体を有し、各列に複数の転動体１４が配置される。

車輪ハブ１２の外周面は、第１列の転動体１４の内側軌道面を構成し、転動体１４が軸線方向一方へ移動することを規制する。外輪１３の内周面は、第１列および第２列にそれぞれ配置される転動体１４の外側軌道面を構成する。外側軌道面は外径側に刻設される円環溝であり、底部分１３ｊを含む。外側軌道面は底部分１３ｊで最も大径になる。

内輪である車輪ハブ１２の軸線方向他端部の外周面にはリング体１２ｒが固定される。リング体１２ｒの外周面は、第２列の転動体１４の内側軌道面を構成し、転動体１４が軸線方向他方へ移動することを規制する。

車輪ハブ１２および外輪１３間の環状空間と、リング体１２ｒおよび外輪１３間の環状空間には、シール材１６，１６がそれぞれ介在する。シール材１６は環状空間の両端を封止して、塵埃および異物の侵入を阻止する。

内輪である車輪ハブ１２の中心孔には回転軸としての軸体１５が挿通される。軸体１５の軸線方向一方端は車輪ハブ１２にスプライン嵌合（セレーション嵌合を含む、以下同じ）される。軸体１５は軸線Ｏに一致して延び、車輪ハブ軸受部１１から軸線方向他方へ突出し、モータ部２１の外周面と隣り合う。本実施形態では、軸体１５の両端部がモータ部２１を超えて突出する。軸体１５の軸線方向他方端は、減速部３１の後述する出力歯車３７にスプライン嵌合される。

図１に示すようにモータ部２１は、モータ回転軸２２、ロータ２３、ステータ２４、モータケーシング２９、および端子ボックス２６を有し、この順序でモータ部２１の軸線Ｍから外径側へ順次配置される。モータ部２１は、インナロータ、アウタステータ形式のラジアルギャップモータであるが、他の形式であってもよい。例えば図示しなかったがモータ部２１はアキシャルギャップモータであってもよい。モータケーシング２９はステータ２４の外周を包囲する。またモータケーシング２９は、軸体１５を収容する減速部ケーシング３９と結合する。減速部ケーシング３９およびモータケーシング２９はインホイールモータ駆動装置１０の外郭をなすことから、単にケーシングともいう。

ステータ２４は円筒形状のステータコア２５と、該ステータコア２５に巻回されたコイル２７を含む。ステータコア２５はリング状の鋼板を軸線Ｍ方向に積層してなる。

モータ回転軸２２の両端部は、転がり軸受２８ａ，２８ｂを介して、モータケーシング２９に回転自在に支持される。端子ボックス２６は、モータケーシング２９の外周面に付設される。端子ボックス２６には動力線の先端部５１が差し込まれる。モータ部２１は動力線から電力を供給される。

モータ回転軸２２およびロータ２３の回転中心になる軸線Ｍは、車輪ハブ軸受部１１の軸線Ｏと平行に延びる。つまりモータ部２１は、車輪ハブ軸受部１１の軸線Ｏから離れるようオフセットして配置される。例えば図２に示すようにモータ部の軸線Ｍは、軸線Ｏから車両前後方向にオフセットして、具体的には軸線Ｏよりも車両前方、に配置される。また軸線Ｍは軸線Ｏよりも上方に配置される。

図２に示すように複数の結合部１２ｆは軸線Ｏを中心として車輪ハブ１２の外周面から放射状に突出する。軸線方向にみて、円筒形状のモータ部２１は、車輪ハブ１２および外輪１３に重なる。具体的には、ステータ２４の外周円と、外側軌道面の底部分１３ｊの円が交差する。これにより、モータ部２１の径方向寸法を大きくし得て、出力増大を図ることができる。なお図示はしなかったが、本実施形態のインホイールモータ駆動装置１０はストラット式サスペンション装置を介して車体に連結される。モータ部２１は軸線Ｏから車両前後方向にオフセットして配置されることから、モータ部２１と軸線Ｏの真上で上下方向に延びるストラットの干渉が回避される。

説明を図１に戻すと、複数列の転動体１４のうち、最も軸線方向他方の列（第２列）の転動体１４は、モータ部２１よりも軸線方向一方に配置される。

ロードホイールＷのリム部Ｗｒと、ロードホイールＷのスポーク部ｗｓで区画される内空領域には、車輪ハブ軸受部１１が配置される。またモータ部２１の軸線方向一方端部もロードホイールＷの内空領域に配置される。これに対し、減速部３１は、ロードホイールＷよりも軸線方向他方に配置される。

減速部３１は、モータ回転軸２２の軸線Ｏ方向他方端部の外周面に同軸に設けられる入力歯車３３と、複数の中間歯車３４，３６と、これら中間歯車３４，３６の中心と結合する中間軸３５と、軸体１５の外周面に同軸に設けられる出力歯車３７と、これら複数の歯車および減速部回転軸を収容する減速部ケーシング３９とを有する。

入力歯車３３は外歯のはすば歯車である。入力歯車３３の中心孔は、モータ回転軸２２の軸線方向他方端部と同軸に結合する。減速部３１の中間軸３５の回転中心になる軸線Ｎは軸線Ｏと平行に延びる。中間軸３５の両端部は、転がり軸受３５ａ，３５ｂを介して、減速部ケーシング３９に回転自在に支持される。中間軸３５の軸線Ｎ方向中央領域には、第１中間歯車３４および第２中間歯車３６が同軸に設けられる。第１中間歯車３４の中心孔には、中間軸３５が差し込まれて相対回転不可能にスプライン嵌合する。第２中間歯車３６は中間軸３５の外周面に一体形成される。

第１中間歯車３４および第２中間歯車３６は、外歯のはすば歯車であり、第１中間歯車３４の径が第２中間歯車３６の径よりも大きい。大径の第１中間歯車３４は、小径の入力歯車３３と噛合する。小径の第２中間歯車３６は、第１中間歯車３４よりも軸線Ｎ方向他方側に配置されて、大径の出力歯車３７と噛合する。

中間軸３５の軸線Ｎは、図２に示すように、軸線Ｏおよび軸線Ｍよりも下方に配置される。また中間軸３５の軸線Ｎは、軸線Ｏよりも車両前方、軸線Ｍよりも車両後方に配置される。減速部３１は、車両前後方向に間隔を空けて配置されて互いに平行に延びる軸線Ｏ，Ｎ，Ｍを有する３軸の平行軸歯車減速機であり、２段階に減速する。

説明を図１に戻すと出力歯車３７は外歯のはすば歯車であり、軸体１５の軸線Ｏ方向他端部に同軸に設けられる。出力歯車３７の中心孔には、軸体１５が差し込まれて相対回転不可能にスプライン嵌合する。

出力歯車３７の軸線Ｏ方向両端部は、転がり軸受３８ａ，３８ｂを介して、減速部ケーシング３９に回転自在に支持される。図１に示すように、出力歯車３７の軸線Ｏ方向一方端面は凹状に繰りぬかれて円環状の空間を形成し、かかる空間に転がり軸受３８ａが配置される。これにより、転がり軸受３８ａの軸線方向位置と出力歯車３７の軸線位置が重なり、減速部３１は軸線方向に短縮化される。

同様に第１中間歯車３４の軸線Ｏ方向一方端面は凹状に繰りぬかれて空間を形成し、かかる空間に転がり軸受３５ａが配置される。これにより、転がり軸受３５ａの軸線方向位置と第１中間歯車３４の軸線位置が重なり、減速部３１は軸線方向に短縮化される。転がり軸受３８ａよりも軸線Ｏ方向一方には第１中間歯車３４が位置し、軸線方向に互いに隣り合う。

図１に示すように減速部３１は、小径の駆動歯車と大径の従動歯車の噛合、即ち入力歯車３３と第１中間歯車３４の噛合、また第２中間歯車３６と出力歯車３７の噛合、によりモータ回転軸２２の回転を減速して軸体１５に伝達する。減速部３１の入力歯車３３から軸体１５までの回転要素は、モータ部２１の回転を車輪ハブ１２に伝達する駆動伝達経路を構成する。この伝達経路は、モータ部２１から減速部３１へ軸線方向他方に延び、減速部３１で折り返されて、車輪ハブ軸受部１１へ軸線方向一方に延びている。

このように本実施形態では、駆動伝達経路が折り返し構造にされるよう、車輪ハブ軸受部１１とモータ部２１と減速部３１が配列される。

図２中、各歯車は歯先円で示される。図２に示すように軸線方向にみて、第１中間歯車３４および第２中間歯車３６は、モータ部２１と重なる。ただし軸線方向にみて、第２中間歯車３６は、車輪ハブ１２の結合部１２ｆおよび外輪１３の外輪突出部１３ｇに重ならない。

本実施形態のインホイールモータ駆動装置１０は、ロードホイールＷと結合する車輪ハブ１２を複数の転動体１４で回転自在に支持する車輪ハブ軸受部１１と、車輪ハブ１２の軸線Ｏからオフセットして配置されて車輪ハブ１２を駆動するモータ部２１と、モータ部２１の回転を減速して車輪ハブ１２に伝達する減速部３１とを備え、車輪ハブ１２の軸線Ｏに関し、車輪ハブ軸受部１１はモータ部２１よりも軸線Ｏ方向一方に配置され、減速部３１はモータ部２１よりも軸線Ｏ方向他方に配置され、車輪ハブ軸受部１１は外径側および内径側に転動体１４が転動接触する外側軌道面および内側軌道面をそれぞれ有し、車輪ハブ１２の軸線Ｏに関し、軸線Ｏ方向にみて、外側軌道面の底部分１３ｊとモータ部２１が重なり合う。本実施形態によれば、軸線Ｏ方向にみて車輪ハブ軸受部１１とモータ部２１が重なることで、モータ部２１が大径化され、インホイールモータ駆動装置１０の出力増大を図ることができる。またロードホイールのリム部Ｗｒを大径化する必要がないため、騒音振動が大きくならず、乗り心地の悪化を防止できる。

また本実施形態では図３に示すように、車輪ハブ１２から減速部３１まで延びる回転軸である軸体１５が、モータ部２１の外周面に隣り合うよう配置される。これによりモータ部２１は従来よりも大径化される。

また本実施形態の減速部３１は、軸線Ｏ、Ｎ、Ｍという複数の平行軸を有する平行軸歯車減速機であるから、１または複数の中間軸を減速部３１に設けることができ、減速比を高めることができる。

また本実施形態は、車輪ハブ１２の軸線Ｏに関し、モータ部２１の軸線Ｏ方向位置とロードホイールＷの軸線Ｏ方向位置が重なり合う。これにより、インホイールモータ駆動装置のコンパクト化に資する。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。例えば本実施形態の減速部３１は遊星歯車組を含まないが、図示しない変形例として減速部３１が遊星歯車組（サンギヤ、リングギヤ、プラネタリギヤ、プラネタリキャリア）を含んでもよい。この遊星歯車組は、モータ回転軸２２または中間軸３５のいずれかと同軸に配置される。

本発明は、電気自動車およびハイブリッド車両において有利に利用される。

１０ インホイールモータ駆動装置、 １１ 車輪ハブ軸受部、
１２ 車輪ハブ、 １２ｆ 結合部、 １２ｒ リング体、
１３ 外輪、 １３ｇ 外輪突出部、 １３ｊ 底部分、
１４ 転動体、 １５ 軸体、 ２１ モータ部、
２２ モータ回転軸、 ２３ ロータ、 ２４ ステータ、
２５ ステータコア、 ２６ 端子ボックス、 ２７ コイル、
２８ａ，２８ｂ，３５ａ，３５ｂ，３８ａ，３８ｂ 転がり軸受、
２９ モータケーシング、 ３１ 減速部、 ３３ 入力歯車、
３４ 第１中間歯車、 ３５ 中間軸、 ３６ 第２中間歯車、
３７ 出力歯車、 ３９ 減速部ケーシング、 ３９ｒ 雌ねじ穴、
Ｍ，Ｎ，Ｏ 軸線、 Ｗ ロードホイール。

Claims (4)

1. 車輪と結合する車輪ハブを複数の転動体で回転自在に支持する車輪ハブ軸受部と、前記車輪ハブの軸線からオフセットして配置されて前記車輪ハブを駆動するモータ部と、前記モータ部の回転を減速して前記車輪ハブに伝達する減速部とを備え、
   前記車輪ハブの軸線に関し、前記車輪ハブ軸受部は前記モータ部よりも軸線方向一方に配置され、前記減速部は前記モータ部よりも軸線方向他方に配置され、
   前記車輪ハブ軸受部は、外径側および内径側に、前記転動体が転動接触する外側軌道面および内側軌道面をそれぞれ有し、
   前記車輪ハブの軸線に関し、軸線方向にみて、前記外側軌道面の底部分と前記モータ部が重なり合う、インホイールモータ駆動装置。
2. 前記車輪ハブから前記減速部まで延びる回転軸が、前記モータ部の外周面に隣り合うよう配置される、請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
3. 前記減速部は平行軸歯車減速機である、請求項１または２に記載のインホイールモータ駆動装置。
4. 前記車輪ハブの軸線に関し、前記モータ部の軸線方向位置と前記車輪の軸線方向位置が重なり合う、請求項１〜３のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。

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