JP4371319B2 - 車両用ホイール駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用ホイール駆動装置に関するものである。

車両用ホイール駆動装置は、軸受を有し、この軸受でハブなどの部品を回転させる際に、摩擦を小さくするとともに、反力を受け止める。例えば、車両の駆動軸の支持に用いられた転がり軸受がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３２１６６５公報（第８頁、図５）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図６は、従来の技術の基本構成を説明する図であり、従来の転がり軸受２０１は車両２０２の駆動軸２０３の一端２０４側を支持し、従来の転がり軸受２０５は駆動軸２０３の他端２０６を支持する。
転がり軸受２０１，２０５はともに、一般的な構成（例えば、規格番号：ＪＩＳ Ｂ０１０４参照）であり、内輪２０７と、外輪２０８と、転動体２０９・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）と、を備え、転がり軸受２０１，２０５を距離ｙだけ離すことによって、転がり軸受２０１，２０５間でファイナルギヤ２１１の重量及びファイナルギヤ２１１の駆動力の反力を支持することができ、駆動軸２０３を支持する際の強度を高めることができる。

しかし、特許文献１の車両２０２の駆動軸２０３に採用した転がり軸受２０１，２０５では、転がり軸受２０１と転がり軸受２０５を距離ｙだけ離すことで、荷重の作用点を距離ｙに設定する必要があり、駆動軸２０３の軸方向の構造が大型になりがちである。軸方向の小型化を図れる転がり軸受が望まれていた。

本発明は、複列の軸受の軸受幅を薄くし、作用点間で負荷を支持して軸受の寿命を確保することができる車両用ホイール駆動装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、インホイールモータと、このインホイールモータの動力をホイールのハブに伝達する伝動機構とを、ホイールのリム内に組込み、ハブを軸受で支持する車両用ホイール駆動装置において、ホイールの回転軸中心に対し、インホイールモータのモータ出力軸の回転軸中心を所望の距離だけ偏心させ、モータ出力軸にピニオンを形成し、ピニオンに噛み合わせて、ハブの側部に被駆動部を取付け、軸受は、ハブ側の内輪と、固定側の外輪と、これらの内・外輪間に複列で配列した複数の転動体と、からなる複列型転がり軸受であり、複列で配列した複数の転動体は、ホイール幅方向における互いに相反する方向にオフセットしており、被駆動部側の列における転動体のピッチ円径を他方の列のピッチ円径よりも大径としたことを特徴とする。

請求項１に係る発明は、他方の列の半径方向の外方に被駆動部側の列を重ねるように配置したことを特徴とする。

請求項１に係る発明は、他方の列の荷重の作用点を外側に設定し、被駆動部側の列の荷重の作用点を内側に設定し、且つ、外側の作用点と内側の作用点の間の中央に、ピニオンを回転させたときに被駆動部に発生する駆動力の反力が加わるよう軸受を配置していることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、ホイールの回転軸中心に対し、インホイールモータのモータ出力軸の回転軸中心を所望の距離だけ偏心させ、モータ出力軸にピニオンを形成し、ピニオンに噛み合わせて、ハブの側部に被駆動部を取付け、軸受は、ハブ側の内輪と、固定側の外輪と、これらの内・外輪間に複列で配列した複数の転動体と、からなる複列型転がり軸受であり、複列で配列した複数の転動体は、ホイール幅方向における互いに相反する方向にオフセットしており、被駆動部側の列における転動体のピッチ円径を他方の列のピッチ円径よりも大径としたので、ピッチ円径の大きい被駆動部側の列をピッチ円径の小さい他方の列に寄せることができ、車両用ホイール駆動装置の軸受の軸受幅を薄くすることができるという利点がある。

請求項１に係る発明では、他方の列の半径方向の外方に被駆動部側の列を重ねるように配置したので、軸受の軸受幅をより薄くして、より軸受幅の薄型化を図ることができる。
また、転がり軸受の軸受幅は薄くなり、ハブに取付けたホイール内の設計の自由度を高めることができる。

請求項１に係る発明では、他方の列の荷重の作用点を外側に設定し、被駆動部側の列の荷重の作用点を内側に設定し、且つ、外側の作用点と内側の作用点の間の中央に、ピニオンを回転させたときに被駆動部に発生する駆動力の反力が加わるよう軸受を配置しているので、車両用ホイール駆動装置の軸受の軸受幅を薄くしても、荷重の作用点間距離は大きくなり、軸受に加わる負荷を低減でき、軸受の寿命を確保すことができるという利点がある。
また、転がり軸受の軸受幅を薄くしても、ほぼ均等に駆動力の反力などの負荷を支持することができ、転がり軸受の寿命を確保することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は、本発明の車両用ホイール駆動装置の断面図である。
車両用ホイール駆動装置（車輪駆動ユニット）１１は、車両１２の、例えば後輪１３に採用したもので、車両１２の車体に懸架装置（図に示していない）を介して連結したインホイールモータ１４と、インホイールモータ１４に接続した伝動機構であるところの減速装置１５と、減速装置１５に接続したハブ１６と、ハブ１６に取付けたディスクブレーキ装置１７と、ハブ１６に接続したホイール１８と、ハブ１６を回転自在に支持する軸受であるところの転がり軸受２１と、を備える。２３はホイール１８に取付けたタイヤ、Ｃｗはホイール１８の幅の中心であり車両重量の加わる位置を示す。

インホイールモータ１４は、懸架装置に接続したモータケース２６と、モータケース２６に固定したステータ２７と、ステータ２７の半径方向の内方に回転自在に配置したロータ２８と、モータケース２６に取付けたレゾルバ２９と、ロータ２８に取付けたモータ出力軸３１と、モータ出力軸３１の中央を支持する転がり軸受３２と、出力軸３１の後端３３を支持する転がり軸受３４と、からなる。

図２は、図１の２部詳細図であり、本発明の車両用ホイール駆動装置の断面及び減速装置の断面を示す。
図３は、本発明の車両用ホイール駆動装置に採用した転がり軸受の分解図である。図１を併用して説明する。

モータ出力軸３１は、本体３６の先端側にピニオン３７を歯幅Ｗｐで形成し、ピニオン３７の隣におねじ部４１を形成した。ピニオン３７の歯幅Ｗｐの幅中心をＣｐとした。

モータケース２６は、懸架装置に取付ける部材であるとともに、転がり軸受２１を介してハブ１６を回転自在に支持する部材を兼ねるもので、懸架装置側に配置したモータ収納室７１と、モータ収納室７１の隣でハブ１６側に配置したギヤ収納室７２と、両室７１，７２を仕切る仕切り壁７３と、仕切り壁７３に対向してモータ収納室７１の開口を封じる内側壁７４と、を備える。

ギヤ収納室７２は、モータ収納室７１の周壁８４及び外側壁８６に連なる周壁９４を形成し、周壁９４の開口端に転がり軸受２１を締結する軸受支持部９５を形成し、転がり軸受２１並びにハブ１６で壁をなして潤滑油Ｚを溜めるオイル溜め部９６を形成し、潤滑油Ｚをモータ収納室７１に導く油流路９７を仕切り壁７３に開けた。
軸受支持部９５には、めねじ部１０１、位置決め環部１０２を形成した。

減速装置１５は、ピニオン３７と、このピニオン３７に噛み合わせた被駆動部であるところの内歯ギヤ１０４とからなり、ホイール１８の回転軸中心Ｈｃに対し、インホイールモータ１４のモータ出力軸３１の回転軸中心Ｍｃを距離Ｃ１だけ偏心させた。

内歯ギヤ１０４は、ピニオン３７に接触歯幅Ｗｃで噛み合う内歯車本体１０５と、内歯車本体１０５に周縁に一体的に固体した円盤１０６と、からなる。内歯車本体１０５の歯幅をＷｇで形成し、歯幅Ｗｇの幅中心をＣｇとし、幅中心Ｃｇとピニオン３７の幅中心Ｃｐを一致させた。
接触歯幅Ｗｃは、ピニオン３７の歯幅Ｗｐと同じであり、接触歯幅Ｗｃの幅中心Ｃｃはピニオン３７の幅中心Ｃｐと一致する。

円盤１０６は、中央にハブ１６及び転がり軸受２１を重ねて取付けるハブ取付け部１１１を形成し、ハブ取付け部１１１をボルト１１２・・・で取付け、ハブ取付け部１１１に連ねて半径方向の外方に転がり軸受２１を当接することで支持する軸受支持部１１３を形成した。

転がり軸受２１は、ハブ１６を回転自在に支持するベアリングであり、内輪であるところの内軌道輪１２１と、外輪であるところの外軌道輪１２２と、ハブ１６の外周面に形成したハブ軌道溝１２３と、転動体１２４・・・と、保持器１２５，１２６と、からなる。

また、転がり軸受２１は、転動体１２４・・・を第１ピッチ円径Ｄ１で配列したものを第１ボール列（他方の列）１２７とし、転動体１２４・・・を第２ピッチ円径Ｄ２で配列したものを第２ボール列（被駆動部側の列）１２８とし、第２ピッチ円径Ｄ２を第１ピッチ円径Ｄ１より大きくし、第２ボール列１２８を車両１２の外側（矢印ａ１の方向）に配置した第１ボール列１２７に寄せてピッチＰとし、転動体（ボール）１２４が互いにピッチＰだけ重なるように構成し、軸受幅Ｗにしたものである。ここでは、ピッチＰは、第１ボール列１２７と第２ボール列１２８の重ね量と一致するが、より重ねて（寄せて）重ね量（ここではＰ）を小さくしてもよい。

軸受幅Ｗは、例えば、転動体１２４の球径ｄの２倍である。軸受幅Ｗは、負荷などの条件に応じて増減させてもよい。
ピッチＰは、例えば、転動体１２４の球径ｄの半分である。ピッチＰは、負荷などの条件に応じて増減させてもよい。
ハブ１６の外周面に形成したハブ軌道溝１２３は、接触角をαｓに設定した。

内軌道輪１２１は、内リング本体１３１の内周部に回転部材、例えば、ハブ１６や内歯ギヤ１０４に締結するための締結盤部１３２を形成するとともに転動体１２４の球径ｄより小さい幅Ｗｔで締結盤部１３２を形成し、締結盤部１３２にめねじ１３３・・・を形成し、締結盤部１３２に連ねて外周部に軌道部１３４を転動体１２４の球径ｄとほぼ同じ幅Ｗｂで形成し、軌道部１３４の角に軌道溝１３５を形成するとともに、接触角をαｕに設定した。

外軌道輪１２２は、外リング本体１４１の内周部に軌道部１４２を形成し、軌道部１４２に軌道溝１４３をハブ１６のハブ軌道溝１２３に対向するように形成し、軌道部１４２に連ねて半径方向の外方に軌道部１４５を形成し、軌道部１４５に軌道溝１４６を内軌道輪１２１の軌道溝１３５に対向するように形成し、軌道部１４５兼外リング本体１４１の外周部に、固定部材、例えば、モータケース２６に固定する締結フランジ１４７を形成し、締結フランジ１４７をボルト１４８・・・でギヤ収納室７２の軸受支持部９５に取付ける。その際、予め内歯ギヤ１０４並びにハブ１６をボルト１１２・・・で締結する。

転がり軸受２１は、既に説明した転がり軸受２１の軸受幅Ｗ、接触角αｓ、接触角αｕ、荷重の作用点Ａｓ、Ａｕ、作用点Ａｓ、Ａｕ間距離ｅを概要とするが、ここでのハブのベアリングとして、ホイール１８の幅の中心Ｃｗから外側（矢印ａ１の方向）に距離ａだけ離した位置に荷重の作用点Ａｓを設定し、ホイール１８の幅の中心Ｃｗから内側（矢印ａ２の方向）に距離ｂだけ離した位置に荷重の作用点Ａｕを設定したものである。また、減速装置１５の接触歯幅Ｗｃの幅中心Ｃｃをホイール１８の幅の中心Ｃｗから内側に距離ｃ（ｃ＜ｂ）だけ離した位置に配置した。
「車両１２の幅中心側」とは、内側と同じであり、矢印ａ２の方向である。

ハブ１６は、内歯ギヤ１０４を一体的に接続する接続部（ハブの側部）１５４を形成するとともに、接続部１５４に連ねて軸受嵌合溝１５５を形成し、軸受嵌合溝１５５に連ねて外周面に前述のハブ軌道溝１２３を形成し、ハブ軌道溝１２３に連ねてホイール締結部１５６を形成し、ホイール締結部１５６にホイールボルト１５７・・・をねじ込むための、めねじ部１５８・・・を形成し、ホイール締結部１５６に連ねて外側（矢印ａ１の方向）に位置決め突部１６１を形成し、位置決め突部１６１にディスクブレーキ装置１７のディスク部１６２及びホイール１８のディスク部１６３を嵌めて重ね、重ねたこれらのディスク部１６２，１６３にホイールボルト１５７の軸力を付与することで、支持する。
図中、１６７はブレーキディスク、１６８はブレーキディスク１６７を挟んで制動するキャリパを示す。

図４は、図２の４−４線断面図兼第１作用図である。
減速装置１５では、ピニオン３７に内歯ギヤ１０４を噛み合わせ、ピニオン３７を矢印ａ３の方向に回転させると、内歯ギヤ１０４は矢印ａ４の方向に回転する。その際、内歯ギヤ１０４には反力Ｐが発生し、転がり軸受２１（図５参照）に加わる。

図５は、本発明の車両用ホイール駆動装置の第２作用図である。図１を併用して説明する。
転がり軸受２１では、内軌道輪１２１と外軌道輪１２２の間に第１ボール列１２７が第１ピッチ円径Ｄ１で配列され、第２ボール列１２８が第２ピッチ円径Ｄ２で配列され、且つ、第２ピッチ円径Ｄ２を第１ピッチ円径Ｄ１より大きくして、半径方向で第１ボール列１２７と第２ボール列１２８とが互いにピッチＰだけ重なるように配置したので、転がり軸受２１の軸受幅Ｗは、転動体１２４の球径ｄの２倍となり、転がり軸受２１の軸受幅Ｗを薄くすることができる。

また、転がり軸受２１は、内軌道輪１２１と外軌道輪１２２によって、転がり軸受２１の軸受幅Ｗ、接触角αｕ、接触角αｓ、荷重の作用点Ａｓ、Ａｕ、作用点Ａｓ、Ａｕ間距離ｅとし、作用点Ａｓ、Ａｕ間距離ｅの中央に車両重量の荷重Ｆ（例えば、車両重量の１／４）が加わり且つ、作用点Ａｓ、Ａｕ間距離ｅの中央、詳しくは、ホイール１８の幅の中心Ｃｗから距離ｃだけ離れた位置に駆動力の反力Ｐが加わるよう配置したので、転がり軸受２１の軸受幅Ｗを薄くしても、ほぼ均等に負荷（荷重Ｆ、反力Ｐ）を支持することができ、転がり軸受２１の寿命を確保することができる。

このように、車両用ホイール駆動装置１１では、複数のボール（転動体）１２４を円環状に配列するとともに、これらの配列したボール１２４を内・外軌道輪１２１，１２２で保持したもので、複数のボール１２４を第１ピッチ円径Ｄ１で配列して第１ボール列１２７を形成し、残りの複数のボール１２４を第２ピッチ円径Ｄ２で配列して第２ボール列１２８を形成するとともに第２ピッチ円径Ｄ２を第１ピッチ円径Ｄ１より大きくしたので、ピッチ円径の大きい第２ボール列１２８をピッチ円径の小さい第１ボール列１２７に寄せることができ、転がり軸受２１の軸受幅Ｗを薄くすることができる。

また、第１ボール列１２７の半径方向の外方に第２ボール列１２８を重ねるように配置したので、転がり軸受２１の軸受幅Ｗをより薄くして、より軸受幅Ｗの薄型化を図ることができる。

第１ボール列１２７の荷重の作用点Ａｓを外側に設定し、第２ボール列１２８の荷重の作用点Ａｕを内側に設定したので、転がり軸受２１の軸受幅Ｗを薄くしても、荷重の作用点間距離ｅは大きくなり、転がり軸受２１に加わる負荷を低減でき、転がり軸受２１の寿命を確保すことができる。

第１・第２ボール列１２７，１２８を車両１２のハブ１６の回転支持に用いるとともに、第１ボール列１２７に対して、第２ボール列１２８を車両１２の幅中心側（矢印ａ２の方向）に配置したので、転がり軸受２１の軸受幅Ｗは薄くなり、ハブ１６に取付けたホイール１８内の設計の自由度を高めることができる。

また、例えば、ホイール１８内にインホイールモータ１４を内蔵させ場合に、車体重量の約１／４の荷重Ｆとホイール１８をインホイールモータ１４で駆動する際の反力Ｐを作用点Ａｓ，Ａｕ間で受けることができ、結果的に、ハブ１６に用いた転がり軸受２１の軸受幅Ｗを薄くしても、ハブ１６の転がり軸受２１の寿命を確保することができる。

ギヤ収納室７２は、モータ収納室７１の周壁８４及び外側壁８６に連なる周壁９４を形成し、周壁９４の開口端に転がり軸受２１を締結する軸受支持部９５を形成し、転がり軸受２１並びにハブ１６で壁をなして潤滑油Ｚを溜めるオイル溜め部９６を形成し、潤滑油Ｚをモータ収納室７１に導く油流路９７を仕切り壁７３に開けたので、転がり軸受２１，３２に潤滑油Ｚを供給することができる。従って、転がり軸受２１にグリスを溜めるためのグリス溜めやグリス用のシール部材を必要としない。

図２、図３に示すように、ホイール１８を取付ける場合には、ハブ１６に切っためねじ部１５８にホイールボルト１５７をねじ込むことで、ハブ１６にホイール１８を取付けることができる。ここでは、ディスクブレーキ装置１７のディスク部１６２に重ねてホイール１８を取付けた。
すなわち、ハブ１６は、内歯ギヤ１０４を一体的に接続する接続部１５４と、接続部１５４側に連ねて形成したホイール締結部１５６と、ホイール締結部１５６に形成しためねじ部１５８・・・と、めねじ部１５８にねじ込むことでホイール締結部１５６にホイール１８を締結するホイールボルト１５７・・・と、を備えたので、ハブ１６にホイールボルト１５７・・・をかしめで一体的に立てて固定する必要がなく、かしめの頭部がハブ１６の裏から内側（矢印ａ２の方向）に突出しない。従って、転がり軸受２１の軸受幅Ｗをより確実に薄くすることができる。

尚、本発明の車両用ホイール駆動装置は、実施の形態ではインホイールモータのハブを主体にしたが、機械装置が備える各種の回転するものにも採用可能であり、一般の産業機械に用いてもよい。

本発明の車両用ホイール駆動装置は、車両が備えるインホイールモータのハブに好適である。

本発明の車両用ホイール駆動装置の断面図 図１の２部詳細図 本発明の車両用ホイール駆動装置に採用した転がり軸受の分解図 図２の４−４線断面図兼第１作用図 本発明の車両用ホイール駆動装置の第２作用図 従来の技術の基本構成を説明する図

符号の説明

１１、車両用ホイール駆動装置（車輪駆動ユニット）、１２…車両、１４…インホイールモータ、１５…伝動機構（減速装置）、１６…ハブ、１８…ホイール、２１…転がり軸受、１０４…被駆動部（内歯ギヤ）、１２１…内輪（内軌道輪）、１２２…外輪（外軌道輪）、１２４…転動体、１２７…第１ボール列、１２８…被駆動部側の列（第２ボール列）、１５４…接続部（ハブの側部）、Ａｓ…第１ボール列の荷重の作用点、Ａｕ…第２ボール列の荷重の作用点、Ｄ１…他方の列のピッチ円径（第１ピッチ円径）、Ｄ２…被駆動部側の列における転動体のピッチ円径（第２ピッチ円径）。

Claims (1)

1. インホイールモータと、このインホイールモータの動力をホイールのハブに伝達する伝動機構とを、前記ホイールのリム内に組込み、前記ハブを軸受で支持する車両用ホイール駆動装置において、
   前記ホイールの回転軸中心に対し、前記インホイールモータのモータ出力軸の回転軸中心を所望の距離だけ偏心させ、前記モータ出力軸にピニオンを形成し、該ピニオンに噛み合わせて、前記ハブの側部に被駆動部を取付け、
   前記軸受は、前記ハブ側の内輪と、固定側の外輪と、これらの内・外輪間に複列で配列した複数の転動体と、からなる複列型転がり軸受であり、
   前記複列で配列した複数の転動体は、ホイール幅方向における互いに相反する方向にオフセットしており、
   前記被駆動部側の列における転動体のピッチ円径を他方の列のピッチ円径よりも大径とし、前記他方の列の半径方向の外方に前記被駆動部側の列を重ねるように配置し、前記他方の列の荷重の作用点を外側に設定し、前記被駆動部側の列の荷重の作用点を内側に設定し、且つ、前記外側の作用点と前記内側の作用点の間の中央に、前記ピニオンを回転させたときに前記被駆動部に発生する駆動力の反力が加わるよう前記軸受を配置していることを特徴とする車両用ホイール駆動装置。

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