JP4724075B2 - ホイール回転装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のホイールを回転するホイール回転装置に係り、特に、遊星歯車機構により高減速比を得ながら、しかも、ホイール軸方向をコンパクト化できるホイール回転装置に関する。

一般に、インホイールモータ車のドライブ方式は、ダイレクトドライブモータ方式とギヤドモータ方式に大別される。
ダイレクトドライブモータ方式は、モータの出力軸を直接ホイールの駆動軸（ハブ）に連結する方式であり、減速機を設けないため、部品点数を削減して軽量化を図ることができるという長所を有する一方、モータでトルクを稼ぐ必要があるため、トルクアームを大きくする関係からモータが大型化するとともに、モータの出力効率や動力性能の点で短所を有する。

ギヤドモータ方式は、モータの出力を減速機で減速してホイールの駆動軸に伝達する方式であり、減速機でモータのトルクを増大させることができるため、モータの小型化を図りながら、出力効率を高めて動力性能を向上させることができるという長所を有する一方、ホイールとモータとの間に減速機を介して構成するため、減速機の収納スペースやギヤオイルを供給する関係で付帯装置が必要になり、装置全体が大型化するという短所を有する。
このため、ギヤドモータ方式においては、減速機をコンパクトにするため、いわゆる遊星歯車機構を使用したものが知られている（例えば、特許文献１、２）。

特に、特許文献２では、径の異なる歯車を一体として遊星歯車を構成しているが、遊星歯車減速機をモータと軸方向に並べて配置し、径の小さい遊星歯車の外周側にブレーキ機構を配置することで、スペースの有効利用を図る技術が開示されている。
特許第２８４９２０１号公報 特開２００５−８１８７１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、遊星歯車機構の性質上、減速比を高めようとすると内歯歯車の歯車径を大きくし、太陽歯車の歯車径を小さくする必要がある。すなわち、減速比は基本的に太陽歯車と内歯歯車のピッチ円の比率によって支配される。この点、太陽歯車の歯車径を小さくするには、強度上の制約があり、また、内歯歯車の歯車径（内径）を大きくすることは、装置全体の大型化につながるという問題があった。また、特許文献１に開示された技術では、ロータの径方向内側に内歯歯車が配置されているので、内歯歯車の外径がロータ内径により制約を受ける。この制約の中、内歯歯車の歯車径（内径）を大きくすることは、内歯歯車の肉厚（内径と外径の差）を減少させることになり、結果として内歯歯車の強度を維持することが困難となる。

また、特許文献２に開示された技術では、遊星歯車減速機とモータとを軸方向に並べて配置しているため、ホイール軸方向の幅が広くなり、モータがホイールから張り出すように構成されている。このようにホイールからモータ等が張り出すように構成されていると、操舵輪に使用する場合には操舵に必要な機構がモータ等に干渉して操舵角が制限されるおそれがある。そして、ホイールから張り出した部分が車両内部のスペースを圧迫するので、インホイール車最大のメリットである車両内部の有効スペースの拡大が妨げられるという問題点がある。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、回転支承の安定性を確保しながら、遊星歯車機構により高減速比を得ることができ、しかも、ホイール軸方向をコンパクト化することができるホイール回転装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、回転力を発生するモータと、このモータの出力軸に連結された遊星歯車装置と、この遊星歯車装置の出力軸に連結されたホイール回転部材と、このホイール回転部材を回転自在に車体側に支持する回転支承部材と、を備え、前記ホイール回転部材に結合されたホイールを回転させて駆動力を発生させるホイール回転装置であって、前記モータは、モータハウジングに固定されたステータと、このステータと前記ホイールの周方向に沿って対面して配置されたロータと、を備え、前記ステータおよび前記ロータは、前記ホイールの内周面に沿って前記ホイールの径方向内側に配置され、前記遊星歯車装置は、前記ロータおよびステータの径方向内側に配置され前記回転支承部材に対して回転自在に支持された太陽歯車と、この太陽歯車に遊星歯車を介して噛合された内歯歯車と、を備え、前記遊星歯車は、径の異なる第１歯車と第２歯車の２つの歯車が回転軸方向に一体として結合され、前記第１歯車は前記太陽歯車に噛合され、前記第２歯車は前記内歯歯車に噛合されるとともに、前記第１歯車は、前記ステータおよび前記ロータより前記ホイール径方向内側に配置され、前記第２歯車は、前記第１歯車よりも前記ホイールの軸方向外側に配置され、前記内歯歯車あるいは前記遊星歯車のどちらか一方が前記モータハウジングに固定され、前記ロータと前記太陽歯車とは、入力フランジを介して一体として回転できるように結合され、前記太陽歯車と前記入力フランジは、中空部を有する円筒形状を備え、前記中空部に前記ホイール回転部材および前記回転支承部材を配置したこと、を特徴とする。

かかる構成によれば、モータの回転力を遊星歯車装置で減速してホイール回転部材に伝達することで、モータを小型化しながら出力効率を高めて、加速性能等の走行性能を向上させることができる。

また、ホイールの内周面に沿ってホイールの径方向内側（ホイールの径方向におけるホイールの中心寄り側）にステータおよびロータを配置して、モータのトルクアームを拡大している。これは、モータの薄型化に貢献する。そして、モータのステータおよびロータがホイールの外周寄りに配置される分、余裕がでるホイールの中心寄りの空間に遊星歯車装置を配置することで、モータおよび遊星歯車装置からなる構造部分の薄型化を実現している。この結果、ホイール内にモータおよび遊星歯車装置を完全に収納できるようになった。

さらに、遊星歯車装置を径の異なる第１歯車と第２歯車の２つの歯車を一体として結合して構成しているため、第１歯車と第２歯車の歯車径（歯数）を適宜設定することで、適切な減速比を得ることができる。これにより、モータへの負担を軽減してモータの大型化を防止し、ホイール軸方向をコンパクト化することができる。しかも、第１歯車をステータおよびロータの内側に配置することで、ホイール軸方向に対しても遊星歯車装置をコンパクトに収納することができる。

したがって、モータと遊星歯車装置をホイール内に収納し、ホイールからモータや減速機が張り出すことを防止することも可能であり、サスペンションジオメトリーの自由度を高めながら、操舵輪への適用を容易にするとともに、車両内部の有効スペースを拡大することができる。
このように本発明では、十分な動力性能を得ながら、モータおよび遊星歯車装置のコンパクト化および軽量化を実現している。

かかる構成によれば、太陽歯車および入力フランジの円筒状の中空部にホイール回転部材および回転支承部材を配置することで、このホイール回転部材および回転支承部材により、太陽歯車および入力フランジをホイール軸方向に長いスパンで支持することができる。このため、ロータの回転を支承する太陽歯車および入力フランジを安定して支持することができる。また、太陽歯車および入力フランジを支持する位置の選定の自由度が向上し、適切な位置を支持することで、ロータや遊星歯車装置等の適切な回転バランスを確保することができる。これにより、軸受の負荷の偏りを低減することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のホイール回転装置であって、前記回転支承部材は中空形状をさらに備え、前記ホイール回転部材は前記回転支承部材の内側にベアリングを介して内嵌されていること、を特徴とする。

かかる構成によれば、ホイール回転部材をホイール軸方向に長いスパンで支持することができる。このため、タイヤを含むホイールの倒れに対するホイール回転部材および回転支承部材の支持強度を高くすることができ、ホイール回転部材を安定して支持することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載のホイール回転装置であって、前記ホイール回転部材は中空形状をさらに備え、前記回転支承部材は前記ホイール回転部材の内側にベアリングを介して内嵌されていること、を特徴とする。

かかる構成によれば、ホイール回転部材をホイール軸方向に長いスパンで支持することができる。このため、タイヤを含むホイールの倒れに対するホイール回転部材および回転支承部材の支持強度を高くすることができ、ホイール回転部材を安定して支持することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のホイール回転装置であって、前記太陽歯車および前記入力フランジは、ギヤベアリングを介して、前記ホイール回転部材または前記回転支承部材に対して回転自在に外嵌され、前記ギヤベアリングは、転動体を保持するホイール軸方向の外側のベアリング部および内側のベアリング部とを備え、前記外側のベアリング部および内側のベアリング部は、同じベアリング径を有していることを特徴とする。

かかる構成によれば、太陽歯車および入力フランジの回転を支承する軸受として同径の軸受を使用することで、コストを低減できる。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載のホイール回転装置であって、前記外側のベアリング部と内側のベアリング部は、前記ホイールの重心に対して対称に配置されていること、および遊星歯車装置とモータを合わせた重心が前記ホイールの重心と略一致していること、を特徴とする。

かかる構成によれば、前記外側のベアリング部と内側のベアリング部により、ホイールの重心をバランスよく支持することで、振動や衝撃荷重の偏りを防止してホイールの円滑な回転を確保することができる。このため、ベアリングの耐久性を向上させることができる。また、遊星歯車装置とモータを合わせた重心がホイールの重心と略一致することにより、ホイールから伝達された振動がサスペンション装置にしっかりと伝達され、サスペンション装置により振動を吸収できるので、車体側への振動の伝達を低減し、ホイール内に配置された構成部材への振動による負荷を低減できる。

請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のホイール回転装置であって、前記第２歯車は、前記第１歯車よりも径が小さいこと、を特徴とする。

かかる構成によれば、第２歯車と第１歯車の径の比により、自由度の高いレイアウトが可能であり、また、より高い減速比も得ることができる。
また、内歯歯車と噛み合う第２歯車の径を第１歯車よりも小さくしているので、遊星歯車が一段のものに比べ内歯歯車の肉厚を確保しつつ、高減速比を得ることができる。

請求項７に係る発明は、請求項６に記載のホイール回転装置であって、前記第１歯車は、前記太陽歯車よりも径が小さいこと、を特徴とする。

かかる構成によれば、太陽歯車と第１歯車の径の比により、遊星歯車アッシーのセット数を調整できるため、内歯歯車径や第２歯車径を調整して遊星歯車アッシーのセット数を調整しやすくなり、各遊星歯車にかかる負担を分散することができる。

請求項８に係る発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のホイール回転装置であって、前記内歯歯車は、前記ステータおよび前記ロータよりも前記ホイールの軸方向外側に配置され、この内歯歯車の外径は、前記ステータの内径よりも小さいことを特徴とする。

かかる構成によれば、内歯歯車をステータおよびロータよりもホイール軸方向外側に配置することで、ステータおよびロータ内径の制約を受けることなく内歯歯車の肉厚を確保することができる。
また、内歯歯車の外径をステータの内径よりも小さくすることで、ギヤアセンブリを組み付けた後にモータハウジングを組み付けることができ、組み立て性を確保することができる。

請求項９に係る発明は、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のホイール回転装置であって、前記遊星歯車は、回転軸となるギヤシャフトがアウタベアリングおよびインナベアリングで回転自在に支持されてギヤケースに収納され、前記アウタベアリングまたは前記インナベアリングのうち、一方は前記ギヤシャフトのスラスト方向の移動を規制可能なベアリングとし、他方は前記ギヤシャフトのスラスト方向の移動を許容可能なベアリングとしたことを特徴とする。

かかる構成によれば、スラスト方向の移動を許容可能なベアリングを採用し、熱膨張によるギヤシャフトの軸方向への伸び、および回転にて生じる僅かなスラスト荷重を逃がすことで、これら軸方向の応力がギヤケースに伝達されることを防止している。このため、ギヤケースの剛性を確保してギヤケースのたわみを防止する必要がないので、ギヤケースの重量増加を防止することができる。

請求項１０に係る発明は、請求項９に記載のホイール回転装置であって、前記アウタベアリングが前記ギヤシャフトのスラスト方向の移動を許容可能なベアリングであり、前記インナベアリングが前記ギヤシャフトのスラスト方向の移動を規制可能なベアリングであること、を特徴とする。

かかる構成によれば、太陽歯車と第１歯車の噛み合いを確保したまま、熱膨張によるギヤシャフトの軸方向への伸び、および回転にて生じる僅かなスラスト荷重を逃がすことで、これら軸方向の応力がギヤケースに伝達されることを防止することができる。

請求項１１に係る発明は、請求項９に記載のホイール回転装置であって、前記アウタベアリングが前記ギヤシャフトのスラスト方向の移動を規制可能なベアリングであり、前記インナベアリングが前記ギヤシャフトのスラスト方向の移動を許容可能なベアリングであること、を特徴とする。

かかる構成によれば、内歯歯車と第２歯車の噛み合いを確保したまま、熱膨張によるギヤシャフトの軸方向への伸び、および回転にて生じる僅かなスラスト荷重を逃がすことで、これら軸方向の応力がギヤケースに伝達されることを防止することができる。

請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載のホイール回転装置であって、前記ステータは、前記ホイールの内周面に沿って前記ホイールの径方向内側に配置され、前記ロータは、前記ステータの前記径方向内側に配置されたことを特徴とする。

かかる構成によれば、ロータをステータの内側に配置するいわゆるインナロータ型のモータ形式を採用することで、ホイールの径方向をコンパクトに構成することができる。

本発明に係るホイール回転装置は、回転支承の安定性を確保しながら、遊星歯車機構により高減速比を得ることができ、しかも、ホイール軸方向をコンパクト化することができる。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は本発明の実施形態に係るホイール回転装置の全体構成を示す斜視図であり、図２は図１の要部断面図である。なお、図２において、図１におけるサスペンション装置ＳＰの図示を省略している。

本発明の実施形態に係るホイール回転装置１は、図１に示すように、回転力を発生するモータ２と、モータ２の出力軸に連結された遊星歯車装置６と、遊星歯車装置６の出力軸に連結されたホイール回転部材であるアクスルシャフト４と、アクスルシャフト４を車体側に回転自在に支持する回転支承部材であるハブホルダ５と、ハブホルダ５をサスペンションシステムを介して車体側に固定するナックル１２と、を備え、これらをホイール１３内に収納している。

具体的には、図２に示すように、モータ２は、ステータ２１とロータ２２とを備え、ステータ２１がモータハウジング２３に固定され、ホイール１３の内周面１３ａに沿って、ホイール１３の径方向内側に配置されている。ロータ２２は、ステータ２１のさらに内側に配置されている。
そして、モータ２の略内側になるように遊星歯車装置６が配置されている。アクスルシャフト４は車体側に固定されたハブホルダ５にハブインナベアリング４ａおよびハブアウタベアリング４ｂを介して回転自在に内嵌されている。

また、ホイール１３には、ブレーキ機構ＢＲが内蔵されており、モータ２に対してホイール１３の軸方向の外側に配置されている。ブレーキ機構ＢＲのホイール軸方向内側（車体側）には、ホイール回転装置１が配置されている。ブレーキ機構ＢＲに関しては、ここでは説明を省略する。

なお、本実施形態は、例えば、インホイールモータ車の前後輪の４輪すべてに適用することができるが、ここでは操舵輪を例として説明する。駆動するだけで、操舵しない車輪であっても、モータ２、遊星歯車装置６、アクスルシャフト４、ハブホルダ５等の基本的構成は同様である。

ここで、モータ２は同期モータであり、ステータ２１に交流電流が供給されてロータ２２が回転する。そして、モータ２の回転力を遊星歯車装置６により減速してアクスルシャフト４に伝達し、アクスルシャフト４に結合されたホイール１３を回転させて駆動力を発生する。
なお、本実施形態においては、同期モータを採用しているが、これに限定されるものではなく、誘導モータであってもよく、直流モータであってもよい。

続いて、モータ２の具体的な構成について、図３を参照しながら説明する。図３は本発明の実施形態に係るモータの主要な構成を示す分解斜視図である。
モータ２は、図３に示すように、筐体となるモータハウジング２３と、モータハウジング２３の内周面に沿って固定されたリング状のステータ２１と、ステータ２１の内側で回転するように配置されたロータ２２と、を備えている。
モータ２は、モータハウジング２３のホイール軸方向内側において、車体側のナックル１２に固定されている（図２を併せて参照）。

モータハウジング２３は、有底の偏平な円筒形状であり、底部２３ａの中央に貫通孔２３ｂが形成されている。円筒形状部の外周面２３ｃはホイール１３の内周面１３ａに対面するように隣接して配置され（図２参照）、モータハウジング２３の内周面側にはステータ２１が固定されている。
一方、ロータ２２は、鉄製積層鋼板ヨークや永久磁石等によって円筒形状に形成され、入力フランジ２４を介して太陽歯車６２と連結されている（図２参照）。そして、太陽歯車６２と入力フランジ２４は、嵌合部２４ｃ（図２参照）においてスプライン嵌合され、ギヤベアリング６ａを介してハブホルダ５に回転自在に外嵌されている。

かかる構成により、ロータ２２と太陽歯車６２とは、入力フランジ２４を介してスプライン嵌合により結合したことで、ロータ２２からの回転を太陽歯車６２へ滑りなく伝達することができ、また、軸方向に作用する応力を逃がすことができる。

入力フランジ２４は、円筒形状をなし、内周面側には中空部である貫通孔２４ａが形成され、ホイール軸方向内側の端部には大径のフランジ２４ｂが形成されている。また、入力フランジ２４のホイール軸方向外側（ホイール側、本図における左側）の端部には、嵌合部２４ｃ（図２参照）において太陽歯車６２と嵌合するスプラインが形成されている。

かかる構成により、ロータ２２は、入力フランジ２４を介して、太陽歯車６２と一体として回転する。また、太陽歯車６２と入力フランジ２４は、スプライン嵌合されているため、ロータ２２からの回転を太陽歯車６２へ滑りなく伝達することができ、また、軸方向に作用する応力を逃がすことができる。

かかるモータ２の構成により、モータ２のトルクアーム（ロータ２２の回転中心となるホイール回転軸ＣＬからロータ２２の外周までの距離）を大きくし、出力トルクを稼ぐことができる。本発明のような軸方向幅を小さくした薄型大径のモータ２の採用により、モータ２等をホイール１３の軸方向幅Ｊ（図２）内に完全に収納することが可能となった上、ブレーキ機構ＢＲやロアアーム締結部ＬＡ（図１）の収納スペースをも十分に確保できるようになった（図２参照）。

続いて、遊星歯車装置６について、図４〜図６を参照しながら説明する。図４は図２における遊星歯車装置周りの部分拡大断面図であり、図５は本発明の実施形態に係る遊星歯車装置の構成を示す分解斜視図であり、図６は遊星歯車アッシーの主要な構成を示す分解斜視図であり、図７は遊星歯車装置の動作を説明するための平面図である。

遊星歯車装置６は、図４に示すように、モータハウジング２３の底部２３ａ（図３参照）に固定された内歯歯車６１と、ロータ２２（図３参照）に対して入力フランジ２４を介して固定された太陽歯車６２と、この太陽歯車６２および内歯歯車６１に噛合されて、太陽歯車６２の回転力をアクスルシャフト４（図２参照）に伝達する遊星歯車アッシー６３と、を備え、ホイールの軸方向幅Ｊ（図２参照）内に収納されている。

遊星歯車アッシー６３は、図５に示すように、太陽歯車６２の外歯６２ｂの回りに回転する遊星歯車である６個の複合遊星歯車６４と、複合遊星歯車６４を回転自在に支持するアウタベアリング６５およびインナベアリング６６（図６）と、アクスルシャフト４（図４参照）に連結するための連結ボルト６８と、これらを収納する筐体となるギヤケースであるケース６９と、を備えている。ケース６９は、アウタケース６９ａとインナケース６９ｂとで構成されている。
そして、遊星歯車アッシー６３は、全体として略リング状の形態を備え、複合遊星歯車６４の公転運動により、ホイール回転軸（アクスルシャフト４の回転軸）ＣＬ（図２参照）を中心として回転する遊星歯車装置６の出力軸として機能する。

複合遊星歯車６４は、入力段の第１歯車６４ａと、出力段の第２歯車６４ｂと、回転軸となるギヤシャフト６４ｃと、を備えている（図６を併せて参照）。複合遊星歯車６４は、ケース６９の内周面６９ｃ（および外周面６９ｄ）から第１歯車６４ａの歯面が突出し、外周面６９ｄから第２歯車６４ｂの歯面が突出するようにケース６９に装着されている。このため、複合遊星歯車６４は、第１歯車６４ａがケース６９の内周面６９ｃ側で太陽歯車６２の外歯６２ｂと噛合し、第２歯車６４ｂが外周面６９ｄ側で内歯歯車６１の内歯６１ｂと噛合する。

また、複合遊星歯車６４は、入力段の第１歯車６４ａの方が出力段の第２歯車６４ｂよりも歯車径（歯数）の大きな歯車で構成されている。
ここで、太陽歯車６２と第１歯車６４ａの歯車径（歯数）の比により複合遊星歯車６４の回転（自転）数が定められ、第２歯車６４ｂと内歯歯車６１の歯車径の比により複合遊星歯車６４の公転回転の回転数（ホイールの回転数）が定められる。このため、入力段の第１歯車６４ａの方を出力段の第２歯車６４ｂよりも歯車径の大きな歯車で構成することで、１段の単一遊星歯車よりも複合遊星歯車６４の方が減速比を高めることができる。
このように、第１歯車６４ａと第２歯車６４ｂの歯車径の比により、減速比を適宜調整することができるので、より自由度の高いレイアウトが可能である。

なお、本実施形態においては、入力段の第１歯車６４ａの方を出力段の第２歯車６４ｂよりも歯車径（歯数）の大きな歯車で構成したが、これに限定されるものではなく、入力段の第１歯車６４ａの方を出力段の第２歯車６４ｂよりも歯車径の小さな歯車で構成することもできる。
このように、第１歯車６４ａと第２歯車６４ｂの歯車径の比を適宜設定することで、搭載される車の性格やモータの特性等に合わせて減速比を調整することができる。

複合遊星歯車６４は、ギヤシャフト６４ｃがアウタベアリング６５およびインナベアリング６６で回転自在に支持されている。そして、アウタベアリング６５には、一例としてギヤシャフトのスラスト方向の移動を許容可能なベアリングであるニードルベアリングを採用し、インナベアリング６６には、一例としてのスラスト方向の移動を規制可能なベアリングであるボールベアリングを採用している。

なお、本実施形態においては、アウタベアリング６５にはニードルベアリングを採用し、インナベアリング６６にはボールベアリングを採用したが、これに限定されるものではなく、アウタベアリング６５にボールベアリングを採用し、インナベアリング６６にニードルベアリングを採用してもよい。

また、ギヤシャフト６４ｃのスラスト方向の移動を規制可能なベアリングとしてボールベアリングの他、円錐ころ軸受のようなラジアル荷重とスラスト荷重をかけることができる種々のタイプの軸受を採用することができる。

内歯歯車６１は、図５に示すように、ホイール軸方向内側にフランジ６１ａを有する略リング状の形状を備え、内周面には複合遊星歯車６４の第２歯車６４ｂ（出力段の歯車）と噛合する内歯６１ｂが形成されている。そして、フランジ６１ａにおいて、モータハウジング２３の底部２３ａに固定されている（図２参照）。

太陽歯車６２は、略円筒形状をなし、内周面側には中空部である貫通孔６２ａが形成され、外周面側には複合遊星歯車６４の第１歯車６４ａ（入力段の歯車）と噛合する外歯６２ｂが形成されている。そして、太陽歯車６２とスプライン嵌合された入力フランジ２４のフランジ２４ｂがロータ２２に固定されているため、太陽歯車６２はロータ２２と一体としてホイール回転軸ＣＬの回りに回転する（図２参照）。

ここで、本発明の実施形態に係るホイール回転装置１における遊星歯車装置６の位置関係について説明する。
内歯歯車６１は、図４に示すように、ロータ２２の内周面側に重ならないように、ロータ２２よりもホイール軸方向外側（本図における左側）に配置されている。そして、内歯歯車６１には複合遊星歯車６４の第２歯車６４ｂがホイール径方向内側に噛合され、第２歯車６４ｂのホイール軸方向内側に第１歯車６４ａが配置されている。

かかる構成により、第２歯車６４ｂよりも径の大きな第１歯車６４ａはロータ２２の内周面側に収納されている。このようにして、軸方向の長さが１段の単一遊星歯車よりも大きくなる複合遊星歯車６４をコンパクトに収納することができる。
また、第１歯車６４ａに噛合される太陽歯車６２が第２歯車６４ｂのホイール径方向内側まで、端部を延長して配置されている。

なお、本実施形態のように、内歯歯車６１のような重量物をホイール軸方向の外側に配置することは、ホイールバランスを考慮すれば通常は行なわれないが、太陽歯車６２、入力フランジ２４、およびハブホルダ５を筒状の中空形状とし、ギヤベアリング６ａおよびハブベアリング４ａ，４ｂの軸方向支持スパンを大きくすることで、ホイールバランスを改善している。

かかる遊星歯車装置６の構成により、６個の複合遊星歯車６４を収納した遊星歯車アッシー６３は、複合遊星歯車６４の公転運動に伴いホイール回転軸ＣＬの回りに回転し、遊星歯車装置６の出力軸として機能している。

詳細には、図７に示すように、内歯歯車６１がモータハウジング２３（図２参照）に固定された状態で、太陽歯車６２がロータ２２の回転に伴って図面上において右回転すると、太陽歯車６２に噛合された複合遊星歯車６４の第１歯車６４ａは左回転に自転する。そうすると、第１歯車６４ａと第２歯車６４ｂはギヤシャフト６４ｃで一体として結合されているため、第２歯車６４ｂも左回転に自転する。第２歯車６４ｂが自転すると第２歯車６４ｂに噛合された内歯歯車６１は固定されているため、複合遊星歯車６４は左回転に自転しながら、太陽歯車６２の外歯６２ｂの回りを右回りに公転する。

このようにして、複合遊星歯車６４が太陽歯車６２の外歯６２ｂの回りを右回りに公転すると、６個の複合遊星歯車６４は、ギヤケースであるケース６９（図４参照）に回転自在に収納されているため、遊星歯車アッシー６３は、全体としてホイール回転軸ＣＬ（図２参照）の回りに回転し、遊星歯車装置６の出力軸として機能する。

一方、車体側の構成について、主として図２を参照しながら説明する。
車体側には、図２に示すように、サスペンション装置ＳＰ（図１参照）等のサスペンションシステムで懸架されたナックル１２を介して、ハブホルダ５が連結されている。ハブホルダ５の内周面側には、ハブインナベアリング４ａおよびハブアウタベアリング４ｂを介してアクスルシャフト４が回転自在に内嵌されている。そして、ハブホルダ５の外周面側には、ギヤベアリング６ａを介して太陽歯車６２および入力フランジ２４が回転自在に外嵌されている。
なお、アクスルシャフト４、ハブインナベアリング４ａ、ハブアウタベアリング４ｂ、ハブホルダ５、およびナックル１２は、いわゆる駆動軸系を構成している。

ナックル１２は、円盤状に形成され（図３参照）、中心部にはハブホルダ５が嵌め込まれて固定される貫通孔１２ａが形成されている。ナックル１２には、連結部１２ｂにサスペンション装置ＳＰ（図１参照）が連結され、図示は省略するが操舵用部材であるタイロッドも連結される。

本実施形態では、いわゆるマクファーソン・ストラット方式のサスペンションが適用された例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ダブル・ウイッシュボーン方式など他のサスペンション方式にも適用可能である。
すなわち、車両に応じて様々なサスペンション方式が用いられるが、本発明では図２に示すようなナックル１２およびハブホルダ５からなる駆動軸系を採用しているため、モータ２はそのままでナックル１２のみを取り替えることで、操舵輪か駆動のみで操舵しない車輪かに係わらず様々なサスペンション方式に適用可能である。
また、連結部１２ｂの形状や位置を適宜変えることで、様々な車両要求に沿ったキングピン角やスクラブの最適設定が可能である。

ハブホルダ５は、円筒形状を備え、図２に示すように、ホイール軸方向内側（車体側）の端面にはフランジ５ａが形成されている。ハブホルダ５は、ナックル１２の中心部の貫通孔１２ａに嵌め合わされ、かつフランジ５ａをナックル１２の車体側の端面に当接させて図示しないボルトによって固定されている（図３参照）。

アクスルシャフト４は、図４に示すように、ホイール１３の回転軸となる軸部４１と、軸部４１のホイール軸方向における外側の端部に形成されたディスク部４２と、を備えている。アクスルシャフト４は、ディスク部４２のホイール軸方向外側でハブボルト１４とナット１５でホイール１３と結合される。
また、アクスルシャフト４は、ディスク部４２のホイール軸方向内側（車体側）で遊星歯車装置６の出力軸である遊星歯車アッシー６３と連結ボルト６８およびナット６８ａで連結されている。

ギヤベアリング６ａ，６ｂは、それぞれ転動体Ｂ（ボール）を保持する軌道輪の内輪６ｃ１と外輪６ｃ２とを備え、この軌道輪の内輪６ｃ１および軌道輪の外輪６ｃ２は、それぞれギヤベアリング６ａと６ｂで同径である。
このように、太陽歯車６２および入力フランジ２４の回転を支承する軸受として同径の軸受を使用し、組み立て性を向上して組み立て工数を削減することで、コスト低減を図ることができる。

ここで、アクスルシャフト４と遊星歯車装置６との関係について、図４を参照しながら簡単に説明する。
前記したように、ロータ２２（図２参照）の回転力は、遊星歯車装置６の出力軸として機能する遊星歯車アッシー６３ｃに所定の減速比で伝達される。一方、アクスルシャフト４はハブインナベアリング４ａおよびハブアウタベアリング４ｂを介して、ハブホルダ５（図２参照）に回転自在に支持されている。
したがって、アクスルシャフト４と遊星歯車アッシー６３ｃとを連結ボルトで連結することで、ロータ２２の回転は遊星歯車装置６で減速されアクスルシャフト４へ伝達されて、アクスルシャフト４を介してホイール１３に伝達される（図２参照）。

続いて、本発明に係るホイール回転部材と、このホイール回転部材を回転自在に車体側に支持する回転支承部材との関係について、図８および図９を参照しながら説明する。図８はいわゆる内輪回転型の構成を概念的に示す断面図である。図９はいわゆる外輪回転型の構成を概念的に示す断面図である。
なお、図８および図９は、あくまで、回転支承のタイプを説明するためにその構成を概念的に示したものであり、本発明の遊星歯車装置の配置を説明するものではない。

内輪回転型の駆動軸系は、図８に示すように、前記した本発明の実施形態として示したものであり、ホイール回転部材であるアクスルシャフト１０４が車体側に固定された回転支承部材であるハブホルダ１０５にハブインナベアリング１０４ａおよびハブアウタベアリング１０４ｂを介して回転自在に内嵌されてホイール１３を回転する方式である。
減速機などの重量物がホイール軸方向外側に配置される場合は、回転支承部材のホイール軸方向内側（ナックルとホイール回転支承部材の支持部、つまり付け根の部分）に負荷がかかりやすくなるので、回転支承部材の径を大きく採れる内輪回転型の方が好ましい。

外輪回転型の駆動軸系は、図９に示すように、ホイール回転部材であるハブ２０４が車体側に固定された回転支承部材であるスピンドル２０５にハブインナベアリング２０４ａおよびハブアウタベアリング２０４ｂを介して回転自在に外嵌されてホイール１３を回転する方式である。
このため、内輪回転型では遊星歯車装置１０６からアクスルシャフト１０４を介してホイール１３に駆動力が伝達されるが（図８の矢印Ｐ１参照）、外輪回転型では遊星歯車装置２０６からハブ２０４を介してホイール１３に駆動力が伝達される（図９の矢印Ｐ２参照）。もっとも、内輪回転型のハブホルダ１０５およびアクスルシャフト１０４は、慣習的な称呼であり、実質的には、図９に示す外輪回転型のスピンドル２０５およびハブ２０４にそれぞれ相当する。
したがって、本発明は、前記した実施形態に示したいわゆる内輪回転型のみならず、外輪回転型においても同様に適用することができる。

また、本実施形態においては、モータの配置に関し、いわゆるインナロータ型を採用している。そして、ステータ１２１およびロータ１２２は、ホイール１３の回転中心線ＣＬとビード落とし線Ｌ３との中線Ｌ４よりもホイール１３の外周側に配置されている。
このように、ステータ１２１をホイール１３の回転中心線ＣＬとビード落とし線Ｌ３との中線Ｌ４よりもホイール１３の径方向外側に配置することで、ホイール１３の外周側に近づけて配置し、ホイール径の制約の範囲内において、できるだけ大きなトルクアームを確保している。ただし、本発明が適用されるホイール１３や車両によっては、ステータ１２１のみが中線Ｌ４よりも外側に設けられるようにしてもよい。

以上のように構成された本発明の実施形態に係るホイール回転装置１の作用について、図２を参照しながら説明する。
本発明の実施形態に係るホイール回転装置１において、ステータ２１に交流電流が供給されるとロータ２２が回転し、ロータ２２の回転力を遊星歯車装置６により減速してアクスルシャフト４に伝達し、アクスルシャフト４に結合されたホイール１３を回転させて駆動力を発生する。

すなわち、ロータ２２が回転すると、ロータ２２に入力フランジ２４を介して固定された太陽歯車６２が回転する。そうすると、内歯歯車６１がモータハウジング２３に固定されているため、入力段の第１歯車６４ａと出力段の第２歯車６４ｂからなる６個の複合遊星歯車６４は自転しながら、太陽歯車６２の回りを公転する（図５参照）。そして、６個の複合遊星歯車６４は遊星歯車アッシー６３（図４参照）に一体として収納されているため、６個の複合遊星歯車６４の公転運動に伴い、遊星歯車アッシー６３ｃはホイール回転軸ＣＬの回りに回転する遊星歯車装置の回転軸として機能する。

一方、車体側には、ナックル１２を介して、ハブホルダ５が連結されている。ハブホルダ５にはハブインナベアリング４ａおよびハブアウタベアリング４ｂを介してアクスルシャフト４が回転自在に内嵌されている。そして、アクスルシャフト４に遊星歯車アッシー６３ｃが連結ボルトで連結されているため、アクスルシャフト４がホイール回転軸ＣＬの回りに回転され、ホイール１３が回転されて駆動力が発生する。

このように、遊星歯車装置６によりモータ２の回転力を減速してアクスルシャフト４に伝達することで、モータ２を小型化しながら出力効率を高めて、加速性能等の走行性能を向上させることができる。
また、遊星歯車装置を径の異なる第１歯車６４ａと第２歯車６４ｂの２つの歯車を一体として結合して構成しているため、第１歯車６４ａと第２歯車６４ｂの歯車径（歯数）を適宜設定することで、適切な減速比を得ることができる。
これにより、モータ２への負担を軽減してモータ２の大型化を防止し、ホイール軸方向をコンパクト化することができる。しかも、第１歯車６４ａをロータ２２の内周面の内側に配置することで、ホイール軸方向に対しても遊星歯車装置６をコンパクトに収納することができる。

すなわち、ホイール１３の内周面１３ａに沿ってホイール１３の径方向内側にステータ２１を配置するとともに、ステータ２１の内側にロータ２２を配置し、モータ２のトルクアームを拡大することで、モータ２の軸方向幅を小さくしている。
そして、遊星歯車装置６の第１歯車をロータの内周面の内側に配置して、ホイール１３の軸方向幅Ｊ内に収納したことで、モータ２と遊星歯車装置６をホイール１３内に収納し、ホイール１３からモータ２や遊星歯車装置６が張り出すことを防止している。このため、サスペンションジオメトリーの自由度を高めながら、操舵輪への適用を容易にするとともに、車両内部の有効スペースを拡大することができる。
このように本発明では、十分な動力性能を得ながら、モータおよび遊星歯車装置のコンパクト化および軽量化を実現している。

続いて、本発明に係るホイール回転装置の他の実施例について、図１０を参照しながら説明する。参照する図において、図１０はいわゆるアウタロータ型のモータの構成を示す模式的な断面図である。
なお、モータのステータとロータの配置、およびその配置の変更に伴うモータハウジングの形態以外の構成については、前記した実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
いわゆるアウタロータ型のモータは、図１０に示すように、ステータがモータハウジングに固定され、このステータのホイール径方向外側にロータが配置されている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、遊星歯車装置６において、内歯歯車６１をモータハウジング２３に固定し、ロータ２２を太陽歯車６２に固定して、複合遊星歯車６４の公転回転から出力を取り出すように構成したが、これに限定されるものではなく、複合遊星歯車６４を固定し、内歯歯車６１から出力を取り出すように構成することもできる。

本実施形態においては、モータ２と遊星歯車装置６の全体をホイール１３の軸方向幅Ｊ内に収納して構成したが、これに限定されるものではなく、一部分、例えばモータハウジングの一部等がホイール１３からはみ出すようなものであっても、本発明の技術的範囲に属することが否定されるものではない。

本実施形態においては、太陽歯車６２と入力フランジ２４とを別体としスプラインで嵌合させたが、これに限定されるものではなく、一体として結合したものでもよい。

本発明の実施形態に係るホイール回転装置の全体構成を示す斜視図である。 図１の要部断面図である。 本発明の実施形態に係るモータの主要な構成を示す分解斜視図である。 図２における遊星歯車装置周りを示す部分拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る遊星歯車装置の構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る遊星歯車アッシーの主要な構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る遊星歯車装置の動作を説明するための平面図である。 本発明の実施形態に係る内輪回転型の構成を概念的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る外輪回転型の構成を概念的に示す断面図である。 本発明の実施例に係るアウタロータ型のモータの構成を示す模式的な断面図である。

符号の説明

１ ホイール回転装置
２ モータ
４ アクスルシャフト（ホイール回転部材）
５ ハブホルダ（回転支承部材）
６ 遊星歯車装置
６ａ，６ｂ ギヤベアリング
１２ ナックル
１３ ホイール
２１ ステータ
２２ ロータ
２３ モータハウジング
２４ 入力フランジ
６１ 内歯歯車
６２ 太陽歯車
６３ 遊星歯車アッシー
６４ 複合遊星歯車（遊星歯車）
６４ａ 第１歯車
６４ｂ 第２歯車
６４ｃ ギヤシャフト
６５ アウタベアリング
６６ インナベアリング
６８ 連結ボルト
６９ ケース
１０４ アクスルシャフト
１０５ ハブホルダ
１０６，２０６ 減速機
１２１，２２１ ステータ
１２２，２２２ ロータ
２０４ ハブ
２０５ スピンドル
Ｂ 転動体
ＣＬ ホイール回転軸
Ｊ ホイールの軸方向幅

Claims (12)

1. 回転力を発生するモータと、このモータの出力軸に連結された遊星歯車装置と、この遊星歯車装置の出力軸に連結されたホイール回転部材と、このホイール回転部材を回転自在に車体側に支持する回転支承部材と、を備え、
   前記ホイール回転部材に結合されたホイールを回転させて駆動力を発生させるホイール回転装置であって、
   前記モータは、モータハウジングに固定されたステータと、このステータと前記ホイールの周方向に沿って対面して配置されたロータと、を備え、
   前記ステータおよび前記ロータは、前記ホイールの内周面に沿って前記ホイールの径方向内側に配置され、
   前記遊星歯車装置は、前記ロータおよびステータの径方向内側に配置され前記回転支承部材に対して回転自在に支持された太陽歯車と、この太陽歯車に遊星歯車を介して噛合された内歯歯車と、を備え、
   前記遊星歯車は、径の異なる第１歯車と第２歯車の２つの歯車が回転軸方向に一体として結合され、前記第１歯車は前記太陽歯車に噛合され、前記第２歯車は前記内歯歯車に噛合されるとともに、
   前記第１歯車は、前記ステータおよび前記ロータより前記ホイール径方向内側に配置され、
   前記第２歯車は、前記第１歯車よりも前記ホイールの軸方向外側に配置され、
   前記内歯歯車あるいは前記遊星歯車のどちらか一方が前記モータハウジングに固定され、
   前記ロータと前記太陽歯車とは、入力フランジを介して一体として回転できるように結合され、
   前記太陽歯車と前記入力フランジは、中空部を有する円筒形状を備え、
   前記中空部に前記ホイール回転部材および前記回転支承部材を配置したこと、
   を特徴とするホイール回転装置。
2. 前記回転支承部材は中空形状をさらに備え、
   前記ホイール回転部材は前記回転支承部材の内側にベアリングを介して内嵌されていること、
   を特徴とする請求項１に記載のホイール回転装置。
3. 前記ホイール回転部材は中空形状をさらに備え、
   前記回転支承部材は前記ホイール回転部材の内側にベアリングを介して内嵌されていること、
   を特徴とする請求項１に記載のホイール回転装置。
4. 前記太陽歯車と前記入力フランジは、ギヤベアリングを介して、前記ホイール回転部材または前記回転支承部材に対して回転自在に外嵌され、
   前記ギヤベアリングは、転動体を保持するホイール軸方向の外側のベアリング部および内側のベアリング部とを備え、前記外側のベアリング部および内側のベアリング部は、同じベアリング径を有していること、
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のホイール回転装置。
5. 前記外側のベアリング部と内側のベアリング部は、前記ホイールの重心に対して対称に配置されていること、および遊星歯車装置とモータを合わせた重心が前記ホイールの重心と略一致していること、
   を特徴とする請求項４に記載のホイール回転装置。
6. 前記第２歯車は、前記第１歯車よりも径が小さいこと、
   を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のホイール回転装置。
7. 前記第１歯車は、前記太陽歯車よりも径が小さいこと、
   を特徴とする請求項６に記載のホイール回転装置。
8. 前記内歯歯車は、前記ステータおよび前記ロータよりも前記ホイールの軸方向外側に配置され、
   この内歯歯車の外径は、前記ステータの内径よりも小さいこと、
   を特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のホイール回転装置。
9. 前記遊星歯車は、回転軸となるギヤシャフトがアウタベアリングおよびインナベアリングで回転自在に支持されてギヤケースに収納され、
   前記アウタベアリングまたは前記インナベアリングのうち、一方は前記ギヤシャフトのスラスト方向の移動を規制可能なベアリングとし、他方は前記ギヤシャフトのスラスト方向の移動を許容可能なベアリングとしたこと、
   を特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のホイール回転装置。
10. 前記アウタベアリングが前記ギヤシャフトのスラスト方向の移動を許容可能なベアリングであり、
    前記インナベアリングが前記ギヤシャフトのスラスト方向の移動を規制可能なベアリングであること、
    を特徴とする請求項９に記載のホイール回転装置。
11. 前記アウタベアリングが前記ギヤシャフトのスラスト方向の移動を規制可能なベアリングであり、
    前記インナベアリングが前記ギヤシャフトのスラスト方向の移動を許容可能なベアリングであること、
    を特徴とする請求項９に記載のホイール回転装置。
12. 前記ステータは、前記ホイールの内周面に沿って前記ホイールの径方向内側に配置され、前記ロータは、前記ステータの前記径方向内側に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のホイール回転装置。

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