JP4894215B2 - インホイールドライブユニット - Google Patents

Description

本発明は、遊星減速機を内蔵した電気自動車のドライブユニット、特には、ホイールリムの内周側にモータ及び遊星減速機を位置させた、インホイールタイプのドライブユニットに関するものである。

従来、インホイールドライブユニットとしては特許文献１あるいは特許文献２に記載されているようなものがあり、特許文献１に記載されたインホイールドライブユニットにおいては、ホイールリムを構成するハブフランジひいてはそれに駆動結合される出力軸を回転自在に支持する軸受と、遊星減速機、モータが軸方向に並列して配置されており、特許文献２に記載されたインホイールドライブユニットにおいては、ハブフランジおよびそれに駆動結合される出力軸を回転自在に支持する軸受と遊星減速機が軸方向に並列して配置されるとともに、モータが遊星減速機の外周側に配置されている。

ところが、特許文献１に記載のインホイールドライブユニットにおいては、ハブフランジおよび出力軸を支持する軸受、遊星減速機、モータがこの順番に車幅方向外側から、軸方向に並列して配置されているため、ユニット全体の軸方向長さが長くなるという問題点があった。さらに、特許文献２に記載のインホイールドライブユニットにおいては、軸受、遊星減速機がこの順番に車幅方向外側から、軸方向に並列して配置されるとともに、モータが遊星減速機の外周側に配置されているので、ユニット全体の軸方向長さを幾分短くできるものの、モータを遊星減速機の最も径が大きい部分よりも大きくする必要が生じるため、ユニット全体の外径が大きくなるという問題点があった。
特開２００２−２４７７１３号公報 特開２００１−３２８８８号公報

本発明の目的は、上述した課題を解決することであり、ユニット全体の軸方向長さ及び外径をなるべく小さくすることができるインホイールドライブユニットを提供することにある。

請求項１に係るインホイールドライブユニットは、モータと遊星減速機と出力軸とホイールリムとを具えてなるインホイールドライブユニットにおいて、前記出力軸に駆動結合する前記遊星減速機のキャリアを回転自在に支持する少なくとも２つの軸受を遊星減速機の軸方向両側に有し、当該軸受の１つを、前記ホイールリムの幅方向中心面よりも車幅方向内側であって、前記遊星減速機のピニオンギアの回転軸上に位置させるとともに、当該軸受のうちの、他の１つの軸受を、前記ホイールリムの幅方向中心面よりも車幅方向外側に位置させたことを特徴とする。なお車幅方向内側とは、ユニットを車両に装着した場合の車両内側を指し、車幅方向外側とは、ユニットを車両に装着した場合の車両外側を指す。

これによれば、前記遊星減速機と比較して径を小さくすることができる前記軸受の少なくとも一方を、前記ホイールリムの幅方向中心面よりも車幅方向内側に位置させることで、従来技術に比べて、軸受の軸方向長さ分だけ、前記遊星減速機の最大径部分を車幅方向外側に位置させることができる。これにより、前記遊星減速機の最大径の部分を避けて、軸受及び、遊星減速機の径の小さい部分の外周側にモータを配置することができ、当該インホイールドライブユニット全体の、軸方向長さの短縮と、ユニット全体のホイールリムを除いた部分の外径縮小をバランスよく実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係るインホイールドライブユニットの一実施形態をその中心軸線Ｃを含んで示す模式断面図である。

このインホイールドライブユニットは、モータ１と遊星減速機２と出力軸３とホイールリム４とを具えて構成され、前記出力軸３に駆動結合する前記遊星減速機２の回転要素を回転自在に支持する軸受５、６の少なくとも一方５を、前記ホイールリム４の幅方向中心面ＥＸよりも車幅方向内側に位置させるとともに、前記軸受５、６により出力軸３を回転自在に支持することを特徴とする。（請求項１に相当）モータ１と遊星減速機２と出力軸３とホイールリム４は、この順番に駆動結合されて、モータ１からホイールリム４へと減速されながら駆動力が伝達される。

これによれば、前記遊星減速機２と比較して径を小さくすることができる前記軸受５、６の少なくとも一方を、前記ホイールリム４の幅方向中心面ＥＸよりも車幅方向内側に位置させることで、従来技術に比べて、軸受５の軸方向長さ分だけ、前記遊星減速機２を車幅方向外側に位置させることができる。これにより、前記遊星減速機２の最大径の部分を避けて、軸受５及び、遊星減速機２の径の小さい部分の外周側にモータ１を配置することができ、当該インホイールドライブユニット全体の軸方向長さの短縮と、ホイールリム４を除いた部分の外径縮小をバランスよく実現することができる。

加えて、前記軸受５、６を遊星減速機２の軸方向両側に位置させる。（請求項１に相当）
これによれば、軸受５、６による、出力軸３および出力軸３に駆動連結される遊星減速機２の回転要素の支持スパンを長く取ることができるので、軸受５、６の支持剛性を確保しやすく、かつ、ホイールリム４の外周側に設けられる図示しないタイヤより入力される、車幅方向の力、つまりは横力に対して必要となる軸受５、６の容量を小さくできるので、軸受の小型化を行うことができる。また、車幅方向外側の軸受６および、遊星減速機２の外周側にはブレーキ装置７を配置することが可能であり、インホイールドライブユニット全体としての集積密度を高めることができる。なお遊星減速機２はここでは一つの遊星歯車機構により構成されている。

さらにここでは、出力軸３に駆動結合する遊星減速機２の回転要素をキャリア８としている。（請求項１に相当）
これによれば、遊星減速機２のリングギヤ９を出力軸３に駆動結合する回転要素とした場合においては、ピニオンギヤ２ｐの最外周面よりも径の大きな回転体を設けて、リングギヤ９と出力軸３とを駆動結合する必要があることに比して、このような回転体を設けることなく、キャリア８と出力軸３とを駆動結合することができる。ここではキャリア８と出力軸３とは一体に形成されている。

加えて、前記軸受５、６を構成するインナーレースを、インホイールドライブユニットを構成するケース９側に結合し、前記軸受５、６を構成するアウターレースを前記遊星減速機２側に、ここではキャリア８に結合する。（請求項３に相当）
これによれば、図１に示すように、軸受５、６をテーパローラ軸受で構成した場合に、キャリア８に作用する横力を支持するために、キャリア８を当該軸受５、６により軸方向両側から挟み込むように支持することに起因して、テーパローラ中心に垂直に引いた直線と、インホイールドライブユニットの中心軸線Ｃが交差する点ＰＱの距離（実質的な支持スパン）が、実際の軸受５、６のキャリア８に対する支持スパンよりも長くなり、軸受５、６によるキャリア８の実質的な支持スパンを長くすることができるので、容量の小さな軸受を使用することが可能となり、軸受自体を小型化することができる。

また、車幅方向内側の軸受５を支持する支持部材１０と、モータ１のロータ１ａにロータハブ１１を介してスプライン嵌合により結合された入力軸１２との間に、シール１３を設けることにより、モータ１を包含する空間と、遊星減速機２を包含する空間を分離して、潤滑油の分離およびモータ１を包含する空間のドライ化を、インホイールドライブユニットを大型化することなく可能とすることができる。加えて、後述する図２に示す形態のインホイールドライブユニットに比べて、軸受５、６のインナーレースをケース９側に結合していることに起因して、支持部材１０と入力軸１２との径方向距離を小さくできるため、当該シール１３を小さくすることができる。なお入力軸１２は軸受１４、１５により回転自在に支持される。

なお、図１ではテーパローラ軸受を使用した場合を示したが、スラスト荷重を支持できる形態の軸受であればよく、例えば、アンギュラ玉軸受を使用してもよい。この場合、前述した実質的な支持スパンＰＱは、アンギュラ玉軸受のインナーレース、玉、アウターレースの接触点を結ぶ直線と、インホイールドライブユニットの中心軸線Ｃが交差する点Ｐ、Ｑにより定まる。

さらに、車幅方向外側に位置する前記軸受６を、車幅方向内側に位置する前記軸受５よりも前記ホイールリムの幅方向中心面ＥＸに近接させて設け、（請求項４に相当）車幅方向外側に位置する前記軸受６の外径を、車幅方向内側に位置する前記軸受５の外径よりも大とする。（請求項５に相当）

請求項４および５のいずれの構成によっても、車幅方向外側の軸受６が上下方向の荷重をより多く受け、図示しないタイヤより入力される横力によるモーメントにより作用する荷重（偶力）を、車幅方向内側の軸受５と車幅方向外側の軸受６の双方において等しくできるので、車幅方向内側の軸受５の容量を小さくできるとともに、当該軸受５の支持部材１０の強度、ひいては剛性を下げることが可能となり、これにより、当該支持部材１０を小型化して、当該支持部材１０の外周側に位置するモータ１の外径を小さくすることができる。

さらに、車幅方向外側に位置する前記軸受６を、インホイールドライブユニットを構成するケース９で支持し、車幅方向内側に位置する前記軸受５を、前記ケース９の内方に設けた支持部材１０で支持する。（請求項６に相当）
これによれば、より大きな荷重が作用する車幅方向外側の軸受６を、図示しないサスペンション装置が取り付けられるケース９で支持することができ、大きな荷重が作用する部分を小さくして、高強度高剛性にて構成する必要がある部分をなるべく少なくして、ユニット全体の小型軽量化を図ることができる。

加えて、例えば、支持部材１０を鉄系材料で構成し、ケース９をアルミ系材料で構成することにより、外径が大きく体積重量ともに大きいケース９を軽量化し、支持部材１０を薄肉化して、支持部材１０の外周側に位置するモータ１等の部品を小型化して、インホイールドライブユニット全体を小型軽量化することができる。さらには、支持部材１０を鉄系材料で構成することにより、鉄系材料で構成される出力軸３と支持部材１０との線膨張係数の違いをなるべく小さくして、軸受５に作用する与圧が温度により変化することを極力抑制して、軸受５の容量を低減することができる。

さらにケース９と出力軸３との間の、車幅方向外側に位置する前記軸受６の内周側に位置する部分に、シール１６を設ける。（請求項７に相当）
これによれば、シール１６を設けることによる、インホイールドライブユニットの軸方向長さの増加を抑制して、ユニット全体を小型化することができる。

加えて、ホイールリム４を、ハブフランジ１７を介して前記出力軸３に取り外し可能に固定する。（請求項８に相当）具体的には、出力軸３に対してハブフランジ１７をスプライン嵌合し、出力軸３の車幅方向外側に設けたおねじにナット１８を螺合し、ハブフランジ１７にホイールリム４をハブボルト１９により固定する。
これにより、ハブフランジ１７の車幅方向内側に、モータ１および遊星減速機２を全周にわたって設けても、ハブフランジ１７を出力軸３から取り外すことにより、ハブボルト１９の交換および当該部分の修理を簡単に行うことができる。

なお、ハブフランジ１７には、ホイールリム４とともに、ブレーキ装置７を構成するドラム２０も、ハブボルト１９により固定される。また、ケース９にはこれもブレーキ装置７を構成するプランジャ２１を固定するバッフルプレート２２がボルト２３により固定される。さらに、ドラム状に形成されたケース９の車幅方向内側部分の内周側には、モータ１を構成するステータ１ｂが固定され、ドラム状に形成されたケース９の車幅方向内側部分の外周側にはモータ１を冷却するためのフィン２４が設けられる。また、図１中２５はロータ１ａの回転数を検出するレゾルバを示す。

さらに前記遊星減速機２を、ステップドピニオンタイプの遊星歯車機構とし、当該ピニオンギヤ２ｐの車幅方向内側の小径部にリングギヤ２ｒを噛合わせ、当該ピニオンギヤ２ｐの車幅方向外側の大径部に入力軸１２の車幅方向外側部分に形成されたサンギヤ２ｓを噛合わせる。（請求項９に相当）なおリングギヤ２ｒは前記支持部材１０の内周面に嵌合固定され、ピニオンギヤ２ｐはキャリア８により回転自在に支持される。

これによれば、前記支持部材１０のモータ１の内周側に位置する部分の外径を小さくすることができるので、モータ１の外径ひいては、インホイールドライブシステム全体のホイールリム４を除いた部分の外径を小さくすることができる。

加えて、前記モータ１を構成するロータ１ａを、車幅方向内側の軸受５の外周側に位置させる。（請求項１０に相当）
これによれば、モータ１と軸受５を軸方向に重ねて配置できるので、インホイールドライブシステム全体の軸方向寸法を短くできる。

図２は本発明に係るインホイールドライブユニットの、他の実施形態をその中心軸線Ｃを含んで示す模式断面図である。

このインホイールドライブユニットは、モータ１と遊星減速機２と出力軸３とホイールリム４とを具えて構成され、前記出力軸３に駆動結合する前記遊星減速機２の回転要素を回転自在に支持する軸受５、６の少なくとも一方５を、前記ホイールリム４の幅方向中心面ＥＸよりも車幅方向内側に位置させるとともに、前記軸受５、６により出力軸３を回転自在に支持することを特徴とする。（請求項１に相当）図１に示したインホイールドライブユニットと同様に、モータ１と遊星減速機２と出力軸３とホイールリム４は、この順番に駆動結合されて、モータ１からホイールリム４へと駆動力が伝達される。

図２に示したインホイールドライブユニットは、図１に示したインホイールドライブユニットに比して、請求項３に相当する構成に換えて、請求項２に相当する構成を含む点、請求項９に相当する構成が含まれない点のみが相違する。このため、図１と共通した符号を付し、以下においては、請求項２に相当する構成と作用効果のみを説明する。

図２に示すように、前記軸受５、６を構成するアウターレースを、インホイールドライブユニットを構成するケース９側に結合し、前記軸受５、６を構成するインナーレースを前記遊星減速機２側に、ここではキャリア８に結合する。（請求項２に相当）車幅方向内側の軸受５のアウターレースは支持部材１０を介して支持されている。

これによれば、ケース９および支持部材１０を、軸受５、６のアウターレースを支持するための最低限の大きさのものとすることができるため、インホイールドライブユニット全体の小型化及び軽量化を図ることができる。

図３は本発明に係るインホイールドライブユニットの、他の実施形態をその中心軸線Ｃを含んで示す模式断面図である。

このインホイールドライブユニットは、モータ１と遊星減速機２と出力軸３とホイールリム４とを具えて構成され、前記出力軸３に駆動結合する前記遊星減速機２の回転要素を回転自在に支持する軸受５、６の少なくとも一方５を、前記ホイールリム４の幅方向中心面ＥＸよりも車幅方向内側に位置させるとともに、前記軸受５、６により出力軸３を回転自在に支持することを特徴とする。（請求項１に相当）図１および図２に示したインホイールドライブユニットと同様に、モータ１と遊星減速機２と出力軸３とホイールリム４は、この順番に駆動結合されて、モータ１からホイールリム４へと減速されながら駆動力が伝達される。

図３に示したインホイールドライブユニットは、図１に示したインホイールドライブユニットに比して、請求項１０に相当する構成に換えて、請求項１１に相当する構成を含む点、請求項３に相当する構成に換えて、請求項２に相当する構成を含む点のみが相違する。このため、図１と共通した符号を付し、以下においては、請求項２に相当する構成と作用効果については前述したため、請求項１１に相当する構成と作用効果のみを説明する。

図３に示すように、前記モータ１を構成するステータ１ｂのコイルエンド１ｃを、車幅方向内側の軸受５の外周側に位置させる。（請求項１１に相当）
これによれば、軸受５とモータ１を軸方向に重ねて配置できるので、インホイールドライブユニット全体の軸方向長さをなるべく短くすることができる。

ここでは、図１および図２に示した形態のインホイールドライブユニットとは違い、モータ１は、軸受５の車幅方向内側に配置され、ロータ１ａはロータハブを介さずに、直接入力軸１２にスプライン嵌合されている。この構成は大出力、大容量のモータを使用する場合に有利なものである。

図４は本発明に係るインホイールドライブユニットの、他の実施形態をその中心軸線Ｃを含んで示す模式断面図である。

このインホイールドライブユニットは、モータ１と遊星減速機２と出力軸３とホイールリム４とを具えて構成され、前記出力軸３に駆動結合する前記遊星減速機２の回転要素を回転自在に支持する軸受５、６の少なくとも一方５を、前記ホイールリム４の幅方向中心面ＥＸよりも車幅方向内側に位置させるとともに、前記軸受５、６により出力軸３を回転自在に支持することを特徴とする。（請求項１に相当）図１〜３に示したインホイールドライブユニット同様に、モータ１と遊星減速機２と出力軸３とホイールリム４は、この順番に駆動結合されて、モータ１からホイールリム４へと減速されながら駆動力が伝達される。

図４に示したインホイールドライブユニットは、本発明を説明するための参考技術であって、図１に示したインホイールドライブユニットに比して、前記遊星減速機２が、二つの遊星歯車機構２ａ、２ｂを組み合わせた構成を含む点、請求項１、３、５、９に相当する構成を含まない点のみが相違する。このため、図１と共通した符号を付し、以下においては、遊星減速機２が、二つの遊星歯車機構２ａ、２ｂを組み合わせた構成とその作用効果のみを説明する。

すなわち、前記遊星減速機２を、二つの遊星歯車機構２ａ、２ｂを組み合わせて構成する。車幅方向内側に位置する遊星歯車機構２ａは、入力軸１２の外周側に形成されたサンギヤ２ａｓ、ピニオンギヤ２ａｐ、支持部材１０の内周側に嵌合されたリングギヤ２ａｒ、ピニオンギヤ２ａｐを回転自在に保持するキャリア２ａｃから構成され、車幅方向外側に位置する遊星歯車機構２ｂは、前記キャリア２ａｃと一体となったサンギヤ２ｂｓ、ピニオンギヤ２ｂｐ、支持部材１０の内周側に嵌合されたリングギヤ２ｂｒ、ピニオンギヤ２ｂｐを回転自在に保持するキャリア８から構成される。なおキャリア８は前述したものと同様に出力軸３と一体に形成される。

このように、遊星減速機２を二つの遊星歯車機構２ａ、２ｂを組み合わせて構成することにより、一つの遊星歯車機構により遊星減速機を構成することに比べ、同じ減速比を得るのに、個々の遊星歯車機構の外径を小さくできるため、遊星減速機２の外径を小さくして、その外周側に位置するモータ１の外径を小さくすることができ、これによりインホイールドライブシステム全体のホイールリム４を除く部分の径を小さくすることができる。もちろん軸方向のスペースが許せば、さらに複数の遊星歯車機構を組み合わせることも可能である。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。

本発明のインホイールドライブシステムは、電気自動車等の乗用車に用いて好適なものであり、よりコンパクトなシステムを提供するものである。

本発明に係るインホイールドライブシステムの一実施形態を示す模式断面図である。 本発明に係るインホイールドライブシステムの他の実施形態を示す模式断面図である。 本発明に係るインホイールドライブシステムの他の実施形態を示す模式断面図である。 本発明に係るインホイールドライブシステムを説明するための参考技術を示す模式断面図である。

符号の説明

１ モータ
２ 歯車減速機
３ 出力軸
４ ホイールリム
５ 軸受
６ 軸受
７ ブレーキ装置
８ キャリア
９ ケース
１０ 保持部材
１１ ロータハブ
１２ 入力軸
１３ シール
１４ 軸受
１５ 軸受
１６ シール
１７ ハブフランジ
１８ ナット
１９ ハブボルト
２０ ドラム
２１ プランジャ
２２ バッフルプレート
２３ ボルト
２４ フィン
２５ レゾルバ

Claims (11)

1. モータと遊星減速機と出力軸とホイールリムとを具えてなるインホイールドライブユニットにおいて、
   前記出力軸に駆動結合する前記遊星減速機のキャリアを回転自在に支持する少なくとも２つの軸受を遊星減速機の軸方向両側に有し、当該軸受の１つを、前記ホイールリムの幅方向中心面よりも車幅方向内側であって前記遊星減速機のピニオンギアの回転軸上に位置させるとともに、
   当該軸受のうちの、他の１つの軸受を、前記ホイールリムの幅方向中心面よりも車幅方向外側に位置させたことを特徴とするインホイールドライブユニット。
2. 前記軸受を構成するアウターレースを、インホイールドライブユニットを構成するケース側に結合し、前記軸受を構成するインナーレースを前記遊星減速機側に結合することを特徴とする請求項１に記載のインホイールドライブユニット。
3. 前記軸受を構成するアウターレースを、インホイールドライブユニットを構成するケース側に結合し、前記軸受を構成するアウターレースを前記遊星減速機側に結合することを特徴とする請求項１に記載のインホイールドライブユニット。
4. 車幅方向外側に位置する前記軸受を、車幅方向内側に位置する前記軸受よりも前記ホイールリムの幅方向中心面に近接させて設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインホイールドライブユニット。
5. 車幅方向外側に位置する前記軸受の外径を、車幅方向内側に位置する前記軸受の外径よりも大とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインホイールドライブユニット。
6. 車幅方向外側に位置する前記軸受を、インホイールドライブユニットを構成するケースで支持し、車幅方向内側に位置する前記軸受を、前記ケースの内方に設けた支持部材で支持することを特徴とする請求項１〜５に記載のインホイールドライブユニット。
7. 前記ケースと出力軸との間の、車幅方向外側に位置する前記軸受の内周側に位置する部分に、シールを設けることを特徴とする請求項１〜６に記載のインホイールドライブユニット。
8. 前記ホイールリムを、ハブフランジを介して前記出力軸に取り外し可能に固定することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のインホイールドライブユニット。
9. 前記遊星減速機を、ステップドピニオンタイプの遊星歯車機構とし、当該ピニオンの車幅方向内側の小径部にリングギヤを噛合わせ、当該ピニオンの車幅方向外側の大径部にサンギヤを噛合わせることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のインホイールドライブユニット。
10. 前記モータを構成するロータを、車幅方向内側の軸受の外周側に位置させることを特徴とする請求項１〜８に記載のインホイールドライブユニット。
11. 前記モータを構成するステータのコイルエンドを、車幅方向内側の軸受の外周側に位置させることを特徴とする請求項１〜１０に記載のインホイールドライブユニット。

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