JP4567616B2 - 電動モータ - Google Patents

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Description

本発明は、軸受と軸受を取付けるための部位とを含む電動モータに関するものである。
電動モータは、軸受と軸受を取付けるための部位とを含み、例えば、車両の駆動用いた技術が知られている(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8は、従来の技術の基本構成を説明する図であり、従来の電動モータ202は、車両201の駆動に用いられ、電動モータ202の出力軸203の出力端204側を軸受205で支持する構造で、出力端204側に軸受205を嵌める軸受部206を形成し、モータケース207に軸受205を嵌める嵌合孔208を形成することで、車両201を駆動するための電動モータ202の出力軸203を支持することができる。
しかし、特許文献1の車両201が備える駆動用電動モータ202では、負荷によっては、軸受205を嵌める軸受部206の長さが長くなることがある。軸受205は単列であるが、負荷などの条件に応じて、例えば、軸受205を単列から複列に変えると、軸受幅が大きく(厚く)なり、出力軸203が長くなるとともに、モータケース207が大きくなる。車両の駆動用電動モータの出力軸を支持する複列軸受の軸受幅の薄型化が望まれていた。
本発明は、複列の軸受の軸受幅を薄くし、作用点間で電動モータの反力を支持して軸受の寿命を確保することができる電動モータを提供することを課題とする。
請求項1に係る発明は、モータ軸を動力取り出し側の第1軸受と他側の第2軸受とで支持した電動モータであって、モータ軸のうち動力を外部に取り出す部分のことを出力軸部と言うときに、この出力軸部を第1軸受よりも外方へ延ばした電動モータにおいて、第1軸受は、内輪と外輪とこれらの内・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のうち、出力軸部側の列における転動体の荷重作用点を出力軸部側にオフセットさせ、出力軸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、出力軸部における荷重点に対して、出力軸部側の列の荷重作用点が合致するように、又は出力軸部における荷重点よりも、出力軸部側の列の荷重作用点が外方へオフセットするように、出力軸部側の列における転動体のピッチ円径を設定したことを特徴とする。
請求項2に係る発明では、第1軸受は、複列で配列した複数の転動体のうち、他方の列における転動体の荷重作用点をモータ軸の他側の第2軸受へ向けオフセットさせるとともに、第1軸受と第2軸受と間の中央に設定したことを特徴とする。
請求項に係る発明は、電動モータは、車両用ホイールのリム内に組込むとともに車両用ホイールを駆動するインホイールモータであることを特徴とする。
請求項4に係る発明では、出力軸部は、車両用ホイールと一体に回転する内歯ギヤに噛み合うピニオンであり、内歯ギヤとピニオンとで減速装置を構成し、モータ軸は、車両用ホイールの回転軸中心に対して所定の距離だけ偏心していることを特徴とする。
請求項5に係る発明では、電動モータは、モータケースを有し、モータケースは、モータ収納室と、モータ収納室の隣に減速装置を収納するギヤ収納室と、を有し、ギヤ収納室は、潤滑油を溜めるオイル溜め部を形成し、モータ収納室とギヤ収納室とを仕切る仕切り壁に、潤滑油をモータ収納室に導く油流路を設けたことを特徴とする。
請求項6に係る発明では、モータ収納室に配置された電動モータのロータに潤滑孔を設けたことを特徴とする。
請求項7に係る発明では、モータ軸は、出力軸部の隣に且つモータ軸の中央におねじ部が形成され、おねじ部の隣に中央軸受部が形成され、中央軸受部に第1軸受を嵌めた後におねじ部にナットをねじ込むことによって、第1軸受はモータ軸に組付けられることを特徴とする。
請求項1に係る発明では、複列で配列した複数の転動体のうち、出力軸部側の列における転動体の荷重作用点を出力軸部側にオフセットさせ、出力軸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、出力軸部における荷重点に対して、出力軸部側の列の荷重作用点が合致するように、又は出力軸部における荷重点よりも、出力軸部側の列の荷重作用点が外方へオフセットするように、出力軸部側の列における転動体のピッチ円径を設定したので、複列の間隔を小さくすることができる。また、第1軸受の耐久性を高めつつ軸受の軸受幅を抑制することができる。
請求項2に係る発明では、第1軸受は、複列で配列した複数の転動体のうち、他方の列における転動体の荷重作用点をモータ軸の他側の第2軸受へ向けオフセットさせるとともに、第1軸受と第2軸受と間の中央に設定したので、出力軸部側の列における転動体の荷重作用点と、他方の列における転動体の荷重作用点との間の距離が長くなり、軸受の寿命を確保することができるという利点がある。
請求項に係る発明では、電動モータは、車両用ホイールのリム内に組込むとともに車両用ホイールを駆動するインホイールモータである。その結果、複列の軸受の軸受幅を薄くして、インホイールモータの小型化を図ることができ、リム内の設計の自由度を高めることができる。
請求項4に係る発明では、出力軸部は、車両用ホイールと一体に回転する内歯ギヤに噛み合うピニオンであり、内歯ギヤとピニオンとで減速装置を構成し、モータ軸は、車両用ホイールの回転軸中心に対して所定の距離だけ偏心しているので、車両用ホイールの回転軸中心に対してモータ軸は偏心するという利点がある。
請求項5に係る発明では、モータケースは、モータ収納室と、モータ収納室の隣に減速装置を収納するギヤ収納室と、を有し、ギヤ収納室は、潤滑油を溜めるオイル溜め部を形成し、モータ収納室とギヤ収納室とを仕切る仕切り壁に、潤滑油をモータ収納室に導く油流路を設けたので、内歯ギヤの回転によって、第1軸受に潤滑油を供給することができる。
請求項6に係る発明では、モータ収納室に配置された電動モータのロータに潤滑孔を設けたので、内歯ギヤの回転およびロータの回転によって、潤滑孔を通過して第2軸受に潤滑油を潤滑することができる。
請求項7に係る発明では、中央軸受部に第1軸受を嵌めた後におねじ部にナットをねじ込むことによって、第1軸受はモータ軸に組付けられるので、モータ軸に第1軸受を組付けることができる。
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、本発明の電動モータを用いた車輪駆動ユニットの断面図である。
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)を介して連結した電動モータ14と、電動モータ14に接続した減速装置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。
電動モータ14は、インホイールモータであり、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に取付けたモータ軸31と、モータ軸31の中央を支持する第1軸受であるところの転がり軸受32と、出力軸31の後端33を支持する第2軸受であるところの転がり軸受34と、からなる。
図2は、図1の2部詳細図であり、本発明の電動モータの断面、減速装置の断面を示す。図1を併用して説明する。
モータ軸31は、本体36の先端側に出力軸部(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、おねじ部41の隣に中央軸受部42を形成し、中央軸受部42に連ねて軸フランジ部43を形成し、本体36の後端33に転がり軸受34を嵌合する後端軸受部44を形成した軸である。
ピニオン37の歯幅Wpの幅中心をCpとした。
中央軸受部42の長さLb(図3参照)は、球径d1(図3参照)の転動体173を保持することが可能な幅であり、例えば、単列の軸受幅とする。
軸フランジ部43は、ロータ28を取付ける回転部材取付け部46を形成し、この回転部材取付け部46にめねじ部46a・・・(・・・は複数を示す。以下同様。)及び基準凹部46b(図3(a)参照)を形成し、また、回転部材取付け部46に位置決め孔48を形成し、連ねて位置決め軸部49を形成した部位である。
ステータ27は、複数のコイル部51・・・を有し、コイル部51・・・は、それぞれ鉄心52と、コイルボビン53と、巻線54とからなる電気子である。
ロータ28は、モータ軸31の位置決め軸部49に嵌合して軸フランジ部43の回転部材取付け部46に取付ける円盤部57と、円盤部57の外周部に取付けた永久磁石61・・・と、円盤部57に開けた位置決め孔63と、位置決め孔63並びに軸フランジ部43の位置決め孔48に嵌合させたピン64と、ピン64に嵌合するとともに位置決め軸部49に嵌合し且つ、レゾルバ29の一部を固定するリング部材65と、潤滑孔66と、ガイド孔兼ボルト孔67(図4参照)と、を備える。68はモータ軸31のめねじ部46aにねじ込むボルト・・・である。
レゾルバ29は、磁極位置検出と速度検出と回転位置検出とを行うことができるセンサである。
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。
内側壁74は、中央支持盤77を形成し、中央支持盤77の内面に転がり軸受34を嵌める軸受凹部78を形成し、内側壁74の外面に冷却水路81を形成し、冷却水路81を蓋82で封じた。
モータ収納室71は、開口に連なる周壁84の内面に水冷用の冷却リング85を嵌合し、冷却リング85にステータ27のコイル部51・・・を接触させ、外側壁86の内面並びに仕切り壁73の内周縁に転がり軸受32を締結する軸受支持部87を形成した。
軸受支持部87には、めねじ部91・・・、軸受嵌合部92を形成した。
ギヤ収納室72は、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。
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を有する。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。
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、内軌道輪121と、外軌道輪122と、ボールであるところの転動体124・・・を備える。
転がり軸受32は、モータ軸31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締結部付き内軌道輪171と、外輪であるところの締結部付き外軌道輪172と、ボールであるところの転動体173・・・と、保持器174,175と、を備える。
また、転がり軸受32は、転動体173・・・を第1のピッチ円径D3で配列したものを第1のボール列177とし、転動体173・・・を第2のピッチ円径D4で配列したものを第2のボール列178とし、第1のピッチ円径D3を第2のピッチ円径D4より大きくしたものである。
図3(a)、図3(b)は、本発明の電動モータが備える転がり軸受を組付けるときの状態を説明する図である。まず、図2を併用して、転がり軸受32の締結部付き内軌道輪171並びに締結部付き外軌道輪172を具体的に説明する。
締結部付き内軌道輪171は、内リング本体181の内周部にモータ軸31に締結するための締結盤部182を転動体173の球径d1とほぼ同じ幅Wt1で形成するとともに、モータ軸31の中央軸受部42に嵌合する径で形成し、締結盤部182の外周部に軌道溝183を形成するとともに、接触角をαu4に設定し、軌道溝183に連ねて筒部184をナット185に用いる工具に干渉しない径で形成し、筒部184に連ねて軌道部186を形成し、軌道部186に軌道溝187を形成するとともに、接触角をαs3に設定したものである。
締結部付き外軌道輪172は、外リング本体191に軌道部192を形成し、軌道部192の内周部に軌道溝193を締結部付き内軌道輪171の軌道溝183に対向するように形成するとともに、軌道部192の内周部に軌道溝194を締結部付き内軌道輪171の軌道溝187に対向するように形成し、外リング本体191の外周部にモータケース26に固定する締結フランジ195を形成し、締結フランジ195をモータ収納室71の軸受支持部87にボルト196・・・で取付ける。その際、予めモータ軸31の中央軸受部42に転がり軸受32をナット185で締結する。
締結フランジ195には、嵌合部197を形成した。
ここで、モータ軸31に嵌めて固定する幅をW1とし、幅W1を転がり軸受32の幅(組立軸受幅)とする。
転がり軸受32の幅W1は、単列の軸受幅に相当する。単列の軸受幅は、一般的な値(例えば、軸受のメーカのカタログを参照)である。
転がり軸受32は、既に説明した接触角αs3、接触角αu4、荷重作用点(荷重の作用点)Bs、Bu、作用点Bs、Bu間距離fを概要とするが、ここでのインホイールモータ14のベアリングとして、接触歯幅Wcの幅中心Cc(荷重点)から外方であるところの外側(矢印a1の方向)に距離gだけ離した位置に荷重の作用点Bsを設定した。
次に、転がり軸受を組付けるときの状態を説明する。
(a):まず、モータ軸31に転がり軸受32を取付ける。モータ軸31の中央軸受部42に締結部付き内軌道輪171の締結盤部182を矢印b1のように嵌め、モータ軸31のおねじ部41にナット185を、例えば、所定のトルクでねじ込み(図3(b)参照)、モータ軸31への転がり軸受32の組付けは完了する。
(b):引き続き、締結部付き内軌道輪171にモータ軸31をナット185で締結した転がり軸受32をモータ収納室71の軸受支持部87にボルト196・・・で取付ける。
図4は、本発明の電動モータが備えるロータを組付けるときの状態を説明する第1図である。
軸受支持部87の軸受嵌合部92に締結フランジ195の嵌合部197が嵌り、モータ軸31の同心度を確保することができる。
次に、ロータ28の組付けを説明する。
モータ軸31の同心度を確保した後、ロータ28をボルト68・・・で固定する。
具体的には、まず、モータ軸31のめねじ部46aにガイドピン28aをねじ込むことで、基準凹部46bにガイドピン28aの基準軸部28bを嵌める。ガイドピン28aを少なくとも3本使用するのが望ましい。
図5は、本発明の電動モータが備えるロータを組付けるときの状態を説明する第2図である。
その次に、ガイドピン28aにロータ28のガイド孔兼ボルト孔67を嵌め、ガイドピン28aをガイドにしてロータ28を挿入する。
すなわち、モータ軸31の位置決め軸部49にロータ28の円盤部57を嵌めると、ピニオン37の軸中心Gpにロータ28の回転中心Grを一致(同心)させることができる。その際、転がり軸受32をモータケース26にボルト196・・・で締結する構成とし、軸フランジ部43のめねじ部46aにガイドピン28aを立て、ガイドピン28aにロータ28のガイド孔兼ボルト孔67を嵌めることで、ロータ28を組付けるので、着磁したロータ28の着脱は容易になる。
続けて、ロータ28の位置決め孔63と軸フランジ部43の位置決め孔48にピン64を嵌める。その結果、ピニオン37の軸中心Gpにロータ28の回転中心Grを一致(同心)させることができるとともに、より確実に固定することができる。
なお、ガイドピン28aをねじ込んでいないめねじ部46aにボルト68をねじ込みロータ28を固定し、その後、ガイドピン28aを取外し、取外しためねじ部46aにボルト68をねじ込みロータ28を固定する。
ロータ28を取外す場合は、組付ける手順とは逆の手順で行う。
図6は、本発明の電動モータが備える転がり軸受に加わる反力について説明する図である。
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、ピニオン37には反力P1が発生し、転がり軸受32(図7参照)に加わる。
図7は、本発明の電動モータが備える転がり軸受の幅及び、荷重作用点と出力軸部に加わる力との関係を説明する図である。図3を併用して説明する。
電動モータ14では、モータ軸31の中央軸受部42に転がり軸受32が備える締結部付き内軌道輪171の締結盤部182を嵌めるとともに、モータ軸31が備える軸フランジ部43のストッパー部45に締結部付き外軌道輪172の端を当接し、ナット185を締め付けると、モータ軸31に転がり軸受32を取付けることができる。すなわち、第3・第2のボール列177,178の複列であっても、転がり軸受32の幅W1は転動体173の球径d1よりわずかに大きく、複列の軸受を単列の軸受の幅と同等まで薄くすることができる。従って、転がり軸受32の幅W1を薄くすることができる。
電動モータ14では、転がり軸受32は、締結部付き内軌道輪171及び締結部付き外軌道輪172によって、接触角αs3、接触角αu4、荷重の作用点Bs、Bu、作用点Bs、Bu間距離fとし、接触歯幅Wcの幅中心Ccから外側(矢印a1の方向)に距離gだけ離した位置に荷重の作用点Bsを設定したので、作用点Bs、Bu間距離fの間に駆動力の反力P1が加わり、転がり軸受32の幅W1を薄くしても、電動モータ14の転がり軸受32の寿命を確保することができる。
このように、電動モータ14では、モータ軸31の中央に形成したおねじ部41と、おねじ部41に連ねて単列の軸受幅に相当する長さLbだけ形成した中央軸受部42と、中央軸受部42に連ねて形成した軸フランジ部43と、を備え、転がり軸受32は、軸フランジ部43に当接する締結部付き外軌道輪172と、締結部付き外軌道輪172の内方に配置するとともに、おねじ部41にねじ込んだナット185で押圧される締結盤部182を備えたカップ状の締結部付き内軌道輪171と、を備えたので、モータ軸31の中央軸受部42に締結部付き内軌道輪171の締結盤部182を嵌合して、ナット185の面圧を受ける締結盤部182と軸フランジ部43に当接する締結部付き外軌道輪172の端で保持することができ、単列とほぼ同じ幅で、複列の転がり軸受32を取付けることができる。つまり、複列の転がり軸受32であっても、転がり軸受32の幅を薄くすることができる。
図2、図3に示すように、複列のうちモータ軸31の先端側に第1のボール列177を第1のピッチ円径D3で配列し、第1のボール列177に沿って且つ、モータ軸31の中央側に第2のボール列178を第2のピッチ円径D4で配列し、第1のピッチ円径D3を第2のピッチ円径よりD4大きくしたので、ピッチ円径がD3と大きい第1のボール列177の荷重の作用点Bsを設定する際に、作用点Bs、Bu間距離fの設定は容易になる。つまり、複列の軸受を単列の軸受の幅と同等まで薄くしても、複列の転がり軸受32が備える第1のボール列177の作用点Bsの設計の自由度を高めることができる。
図2に示すように、ギヤ収納室72は、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、内歯ギヤ104の回転によって、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32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。
また、ロータ28に潤滑孔66を開けたので、内歯ギヤ104の回転、ロータ28の回転によって、潤滑孔66は潤滑孔66を通過して転がり軸受34を潤滑することができる。
図7のように、モータ軸31の後端33を転がり軸受34で支持するので、モータ軸31に加わる負荷を転がり軸受34で受けることができ、モータ軸31を支持する強度をより高めることができる。
本発明の電動モータは、車両のインホイールモータに好適である。
本発明の電動モータを用いた車輪駆動ユニットの断面図 図1の2部詳細図 本発明の電動モータが備える転がり軸受を組付けるときの状態を説明する図 本発明の電動モータが備えるロータを組付けるときの状態を説明する第1図 本発明の電動モータが備えるロータを組付けるときの状態を説明する第2図 本発明の電動モータが備える転がり軸受に加わる反力について説明する図 本発明の電動モータが備える転がり軸受の幅及び、荷重作用点と出力軸部に加わる力との関係を説明する図 従来の技術の基本構成を説明する図
符号の説明
31…モータ軸、32…第1軸受(転がり軸受)、34…第2軸受(転がり軸受)、37…出力軸部(ピニオン)、41…おねじ部、42…中央軸受部、43…軸フランジ部、171…内輪(締結部付き内軌道輪)、172…外輪(締結部付き外軌道輪)、177…第1のボール列、178…第2のボール列、182…締結盤部、Bs…荷重作用点(荷重の作用点)、Cc…荷重点(幅中心)、D3…第1のピッチ円径、D4…第2のピッチ円径、Lb…中央軸受部の長さ。

Claims (7)

  1. モータ軸を動力取り出し側の第1軸受と他側の第2軸受とで支持した電動モータであって、前記モータ軸のうち動力を外部に取り出す部分のことを出力軸部と言うときに、この出力軸部を前記第1軸受よりも外方へ延ばした電動モータにおいて、
    前記第1軸受は、内輪と外輪とこれらの内・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のうち、前記出力軸部側の列における転動体の荷重作用点を前記出力軸部側にオフセットさせ、
    前記出力軸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、
    前記出力軸部における荷重点に対して、前記出力軸部側の列の荷重作用点が合致するように、又は前記出力軸部における荷重点よりも、前記出力軸部側の列の荷重作用点が外方へオフセットするように、前記出力軸部側の列における転動体のピッチ円径を設定したことを特徴とする電動モータ。
  2. 前記第1軸受は、前記複列で配列した複数の転動体のうち、前記他方の列における転動体の荷重作用点を前記モータ軸の前記他側の第2軸受へ向けオフセットさせるとともに、前記第1軸受と前記第2軸受と間の中央に設定したことを特徴とする請求項1記載の電動モータ。
  3. 前記電動モータは、車両用ホイールのリム内に組込むとともに車両用ホイールを駆動するインホイールモータであることを特徴とした請求項1又は請求項2記載の電動モータ。
  4. 前記出力軸部は、前記車両用ホイールと一体に回転する内歯ギヤに噛み合うピニオンであり、内歯ギヤと前記ピニオンとで減速装置を構成し、
    前記モータ軸は、前記車両用ホイールの回転軸中心に対して所定の距離だけ偏心していることを特徴とする請求項3記載の電動モータ。
  5. 前記電動モータは、モータケースを有し、
    前記モータケースは、モータ収納室と、該モータ収納室の隣に前記減速装置を収納するギヤ収納室と、を有し、
    前記ギヤ収納室は、潤滑油を溜めるオイル溜め部を形成し、前記モータ収納室と前記ギヤ収納室とを仕切る仕切り壁に、前記潤滑油を前記モータ収納室に導く油流路を設けたことを特徴とする請求項4記載の電動モータ。
  6. 前記モータ収納室に配置された前記電動モータのロータに潤滑孔を設けたことを特徴とする請求項5記載の電動モータ。
  7. 前記モータ軸は、前記出力軸部の隣に且つ前記モータ軸の中央におねじ部が形成され、該おねじ部の隣に中央軸受部が形成され、
    前記中央軸受部に前記第1軸受を嵌めた後に前記おねじ部にナットをねじ込むことによって、前記第1軸受は前記モータ軸に組付けられることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の電動モータ。
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