JP5402619B2 - 車輪駆動装置用電食防止ユニットおよび車輪駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輪を駆動する装置における転がり軸受部の電食を防止するためのユニットであって、特に、インナーロータ型のモータを駆動源とする車輪駆動装置における転がり軸受部の電食を防止するためのユニット及びそれを用いたインナーロータ型のモータを備える車輪駆動装置に関するものである。

近年、車輪の内側若しくは近傍に駆動源としての電動モータを配置して車輪を駆動するタイプの車両の実用化が進みつつある。このような駆動用モータは一般にインホイールモータと呼ばれている。一般的なインホイールモータの構造の一例が特許文献１に開示されている。その構造は、モータ筐体にステータ（固定子）が固定され、ステータの内径側に半径方向に隙間をあけてロータ（回転子）が配置されており、いわゆるインナーロータ型モータとなっている。また、インホイールモータの駆動方式としては、モータの性能や制御性能を考慮し、インバータによって駆動するブラシレスＤＣモータが多く利用されている。

インバータによって駆動する方式では、ステータとロータの間の寄生容量等によってステータとロータ間に電位差が生じる。この電位差により、いわゆる軸電圧・軸電流が発生し、この軸電流がロータを支持している転がり軸受を通過すると、転がり軸受に損傷を与える場合がある。すなわち、一般的に「電食」と呼ばれる現象が生じる。具体的には、転がり軸受の外輪・内輪の転走面と転動体の接触部に局部的に電流が流れ、軌道面もしくは転動面が融解等して凹凸を生じ、これにより軸受の転走面や転動体表面が荒れてしまうので、騒音や振動の原因となるばかりでなく、過度の電食が発生すると軸受の寿命にも影響がある。

転がり軸受部の電食を防止する目的の先行技術としては、特許文献２等に開示されている技術がある。これらは、軸受の外輪、内輪、転動体のいずれかを絶縁体で形成して軸受を絶縁する方法を開示している。

特開２００５−８１８７１号公報 特開２００７−１６８４６号公報

しかし、転がり軸受の構成要素である外輪、内輪、転動体に適用できる絶縁体、絶縁材料として、現実的に使用できる材料は樹脂もしくはセラミックに限定されてしまう。樹脂では転がり軸受に基本的に求められる強度が、金属材料によるものに比べて劣ってしまう。またセラミックは高価であるという問題がある。

そこで、本発明は、転がり軸受には特段の変更が必要なく通常のものが使用される態様においても、軸電圧・軸電流による転がり軸受の電食の発生を簡便な手段で効果的に防止できる車輪駆動装置の電食防止ユニットを提供することを課題とする。併せて、当該電食防止ユニットを備え転がり軸受の電食の発生が防止された車輪駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の発明は、車輪駆動装置用電食防止ユニットであり、モータのロータと電気的に導通させるための接触体であって、その先端部の少なくとも一部が、円形の断面形状を有する円錐面もしくは球面であるものと、接触体をロータ側へ押圧するための弾性体と、接触体と弾性体とを収容する収納部であって、モータ筐体に設けられ、モータ筐体を介してステータと電気的に導通しているものと、一方がロータ軸端に固定し、他方が接触体先端部と接触可能な中空円筒状端部を有する導電部材と、を備え、接触体と弾性体と収納部が導電性の材料で作られていることを特徴とするものである。これにより、接触体と弾性体とは、収納体に収容されるユニット化した構造となっているので、ユニット全体としての取り付け・交換を容易に行うことができる。さらに、ロータ回転の際、導電部材の端部と接触体先端部とは、リング状に線接触することができ、ロータ回転による接触体の磨耗が発生しても長時間に安定な接触状態を維持することができる。

本発明の導電部材は、その内径が、接触体先端部の外径の最も大きい部分より小さいことが好ましい。これにより、ロータ回転中、導電部材の被接触部と接触体の柱状外径面とは接触しまうことを防止でき、接触体の先端部との接触状態を確保することができる。

また、導電部材の外径面には、接触体の磨耗屑を排出可能な開口部を備えることが好ましい。これにより、接触体の磨耗粉や磨耗破片のような磨耗屑は、接触体と導電部材の相対運動による遠心力で常に開口部から排出でき、磨耗屑の付着又は滞留による接触不良の発生を抑制できる。

本発明の第二の発明は、前記第一の発明の電食防止ユニットを備える車輪駆動装置である。すなわち、第二の発明に係る車輪駆動装置は第一の発明の電食防止ユニットを備え、電食防止ユニットの一方が導電部材によりモータのロータと電気的に導通し、他方が収納体によりモータのステータと電気的に導通することを特徴とする車輪駆動装置である。

さらに、本発明の車輪駆動装置の構造の好ましい一例として、モータ筐体と、モータ筐体内部に固定されるステータと、ステータの内周面に設けられるロータと、ロータ３０と同心に連結されており軸受で回転自在に支持されている中空シャフト４０と、中空シャフト４０の内径側に配置される遊星減速機５０と、中空シャフトと前記減速装置のサンギアとを連結し、車輪取り付け側の反対側へ延伸している軸を有する連結部材と、を備え、電食防止ユニットは一方がロータ軸端の連結部材に固定し、他方がモータ筐体に固定することで、ロータとステータを電気的に導通する形態が挙げられる。

電食防止ユニットを上述のようにモータ内に配置すると、モータや減速機が配置される空間と電食防止ユニットが配置される空間を隔離することができ、電食防止ユニット交換の際、モータ全体を分解することなく、容易に交換作業を行うことができる。

本発明の第一の発明に係る電食防止ユニットによれば、ロータとステータが電食防止ユニットを介して電気的に導通することにより、車両駆動装置の回転軸を支持するころがり軸受に軸電流が流れることが抑制されるため、転がり軸受に発生する電食を防止することができる。接触体と弾性体とは、収納体に収容されるユニット化した構造となっているので、ユニット全体としての取り付け・交換を容易に行うことができる。さらに、電食防止ユニットの接触体と、導電部材とは、リング状に線接触することができ、ロータ回転による接触体の磨耗が発生しても長時間に安定な接触状態を維持することができる。本発明の第二の発明に係る車輪駆動装置によれば、電食による軸受の損傷が抑制された車輪駆動装置を得ることができる。

第１の発明に係る電食防止ユニットの分解構造を示す斜視図である。 第２の発明に係る車輪駆動装置の一例を示す断面図である。 第２の発明に係る車輪駆動装置の電食防止ユニット取付け位置を説明する為の要部拡大図である。

先ず、本発明の第一の発明に係る電食防止ユニット１００の構造について、図１を参照して説明する。電食防止ユニット１００は、プラグ状の収納体１１０と、弾性体１２０と、接触体１３０と、導電部材１４０により構成されている。収納体１１０と弾性体１２０と接触体１３０と導電部材１４０のいずれも導電材料で作られている。特に、接触体１３０は、接触する相手の接触部を傷つけないように、摺動性に優れ、ある程度の柔軟性を有するカーボンのような導電性材料で作られることが好ましい。

弾性体１２０は、完全に止まり穴１１１に収容されるよう、伸縮しない自然長の状態では、止まり穴１１１の深さよりも短い。本実施形態の弾性体１２０は、コイルばねを利用しているが、それ以外のばね、たとえば板ばね、皿ばね等、又は導電性ゴム等の弾性部材を利用することができる。

接触体１３０は、その末端部が弾性体１２０に付勢されるとともに、円錐状の先端部１３１が止まり穴１１１に露出するよう挿入され、収納体１１０の軸方向に進退できる。接触体１３０の先端部１３１は図１に示すような円錐面となっている。また、接触体１３０の先端部が導電部材１４０と接触する部分のみ円錐状であってよい。その他、接触体１３０の先端部又はその一部が、縦断面円形の曲面状、たとえば球面状であってもよい。

収納体１１０は、弾性体１２０と接触体１３０を収納するものである。その外径面に、モータへ取り付けるための図示しないおねじが形成されており、その内径面の一端から止まり穴１１１（収納部）が形成されている。

接触体１３０と収納体１１０の形状についは、本実施形態では、接触体１３０は、円錐台状先端部を有する円柱状となっており、収納体１１０の内径面に形成される止まり穴１１１もそれに対応する円筒状となっている。

さらに、止まり穴１１１と接触体１３０との径方向の間に、接触体１３０がなめらかに押圧方向に摺動可能な程度のわずかな隙間を設定されており、接触体１３０が軸を回転中心として回転可能となっている。

その他、本実施形態の収納体１１０と接触体１３０は一体化の構造にしてもよい。この場合、収納体１１０と接触体１３０の中心軸を一致する必要がある。

導電部材１４０の一方がロータ軸端に固定する取付け部１４１を有し、取付け部１４１におねじを備えている。導電部材１４０の他方が、接触体１３０の先端部１３１と接触する端部１４２を有する。端部１４２は中空円筒状となっており、その内径が接触体１３０の外径のもっとも大きい部分より小さい。これにより、中空円筒状端部１４２の内径面が接触体中部の柱状外径面に当たらず、端部１４２と先端部１３１は線接触することができるので、回転中に接触体の柱状外径面が磨耗され外径が小さくなり接触不良になることを防止できる。特に限定しないが、本実施形態では、端部１４２の内径大きさは、接触体１３０の円錐面先端部１３１大径の７５％程度に設計している。

さらに、端部１４２の縁部は、接触体１３０の円錐の開き角と同じ角度で面取りされることが好ましい。このようにすると、接触体１３０の磨耗を低減することができる。そのほか、導電部材１４０の中間部には、レゾルバロータ軸端と接触する押圧部１４３を配設してもよい。押圧部１４３があると、レゾルバロータ軸端との摩擦を増大し、ロータ回転による導電部材１４０の脱落を抑制できる。

そのほか、ロータ回転の際、接触体１３０の先端部が磨耗され、磨耗屑を生じるので、中空円筒の外径面には、磨耗屑を排出する為の孔１４４を設けることが好ましい。

なお、本実施形態では、接触体１３０が弾性体１２０の押圧方向の一端と一体に接続されている形となっているが、接触体１３０と弾性体１２０を別体にしてもよい。

本実施形態によれば、電食防止ユニットは、一方が導電部材によりモータ回転軸と接触し、他方が収容体によりモータ筐体に取付けられることで、モータのロータとモータ筐体を電気的に導通させ、回転軸を支持する軸受の電食を防止できる。また、接触体と弾性体とは、収納体に収容されるユニット化した構造となっているので、ユニット全体としての取り付け・交換を容易に行うことができる。

次に、本発明の第二の発明に係る電食防止ユニット１００を備えるインホイールモータ１０００について、図２、３を参照して説明する。

図２に示すように、本実施形態のインホイールモータ１０００は、インナーロータ型ラジアルギャップ式のものである。インホイールモータ１０００は、モータ筐体部分に該当するモータケース１０と、モータケース１０内部に固定されるステータ２０（固定子）と、ステータ２０の内周面側に設けられるロータ３０（回転子）と、ロータ３０と同心に連結されており軸受で回転自在に支持されている中空シャフト４０と、中空シャフト４０の内径側に配置される遊星減速機５０と、中空シャフト４０と遊星減速機５０のサンギア５１軸とを連結する連結部材４１と、を備える。

まず、本実施形態における車輪駆動装置の各部品の取り付け位置、およびそれらの役割について、説明する。

モータケース１０ａ,１０ｂ,１０ｃ３つの部分からに構成されているモータケース１０は、図示しないボルトによって締結されおり、Ｏリングにより外界からモータ内部を密封している。

ロータ３０は、冷しばめや焼きばめのような収縮締結方法で、中空シャフト４０に取り付けられている。

遊星減速機５０は、中空シャフト４０の内径部分に配置され、ロータの回転を減速して駆動軸７０を回転させる。遊星減速機５０のリングギヤ５２は減速機ケース１５に取り付けられる。

ホイール側フランジ３１０と、モータ側フランジ３２０を備えるハブ軸受３００は、減速機ケース１５の内径部に、複数のハブボルト５００により締結されている。ホイール側フランジ３１０は、ハブボルト３４０と、図示しないホイールナットにて、図示しないブレーキディスクと、図示しないホイールと締結される。また、ホイール側フランジ３１０と、図示しないブレーキディスクと、図示しないホイールは、複列の鋼球（転動体）を介して、インホイールモータ１０００に対して回転自在に支持される。

中空シャフト４０の回転角と回転角速度とは、レゾルバ６０によって検出される。検出された中空シャフト４０の回転角と回転角速度は、モータドライバで利用される。

レゾルバ６０は、レゾルバケース６５によって、外界とモータ内部との両側から密封されている。また、レゾルバケース６５には、電食防止ユニット１００を取り付けるためのねじ穴が形成されており、電食防止ユニット１００をモータ回転軸の軸中心に取り付ける為に、該ねじ穴の中心軸の位置は、ロータ３０の回転軸と一致している。

オイルパン９０は、インホイールモータ１０００の冷却油兼潤滑油を一定量保持し、図示しないオイルの戻り流路に空気が入らないようになっている。オイルパン９０には、内部の潤滑油兼冷却油を抜き取るためのドレンプラグ９５が取付けられており、メインテナンスする際に、簡単にインホイールモータ１０００内部の油を抜き取ることが出来る。

次に、電食防止ユニット１００の取り付け、およびインホイールモータ１０００の内部における電食防止ユニット１００による電食防止構造について、図３を参照しながら説明する。

電食防止ユニット１００は、一方に前述した収納体１１０にて、レゾルバケース６５ｂの前述のねじ穴に取り付けられており、他方に前述した導電部材１４０にて、連結部材４１の軸端に固定されている。電食防止ユニット１００の各部品は導電性材料で作られるので、電食防止ユニット１００をモータ１０００に取り付けると、ロータ３０およびモータ筐体（レゾルバケース６５とモータケース１０）は電気的導通状態となり、ステータ２０とロータ３０が導電して等電位になるので、ロータ３０を支持するアンギュラ玉軸受６１に電流が流れず、アンギュラ玉軸受６１の電食発生を防止することができる。

また、電食防止ユニット１００はその導電機能を働く為、インホイールモータ１０００が回転中、接触体１３０の先端部１３１と導電部材１４０の端部１４２との接触状態を維持する必要がある。しかし、接触体１３０は、前述のように消耗部品なので、導電部材１４０と接触体１３０が接触の状態でモータ回転し続けると、接触体１３０が磨耗され、導電部材１４０と接触できない状態となる。そこで、本発明は、弾性体１２０を用いて、接触体１３０を導電部材１４０に押し付け、接触状態を長時間に維持できる。

接触体１３０の磨耗がさらに進行した時は、電食防止ユニット１００全体もしくは接触体１３０を交換することになる。電食防止ユニット１００はモータ筐体部分に該当するレゾルバケース６５にねじで連結されているので、容易に取り外し、交換が可能である。

さらに、連結部材４１の軸がレゾルバケース６５を貫通する部分には、密封部材であるシールを設けている。これにより、接触体１３０の磨耗粉がモータや減速機の配置されている空間に侵入するのを防ぐことができる。

その他、本実施形態では、中空シャフト４０と連結部材４１と導電部材１４０とは、別体となっているが、上述３つの部品のいずれか二つ若しくはすべてが一体の部品となってもよい。

本実施形態によれば、電食防止ユニット１００は、一方、接触体１３０が導電部材１４０と接触することで、ロータ３０と電気的に導通し、他方、収納体１１０がレゾルバケース６５を介してステータ２０と電気的導通する。これにより、ステータ２０とロータ３０が導電して等電位となり、アンギュラ玉軸受６１の電食発生を防止する。また、電食防止ユニット１００はレゾルバケース６５近傍に固定されるので、接触体を交換する際に、インホイールモータ１０００から電食防止ユニットの取り外しが容易となり、接触体の交換作業が簡単である。

なお、本発明の電食防止ユニットは、本実施形態の上述モータ構造のみに用いることに限定されず、各種のインナーロータ式ブラシレスＤＣモータへの転用についても、本発明の権利範囲に属するものである。

その他、本発明は上述の第１，２実施形態に限定するものではなく、本発明の技術的思想から、脱逸しない転用・改良された技術内容についても、本発明の権利範囲に属するものである。

本発明の車輪駆動装置用電食防止ユニットもしくは車輪駆動装置は、各種の車両、特に、電動スクーター、電気自動車、ハイブリッド自動車、四輪あるいはそれ以上の多輪駆動車両等に好適に使用できる。

１０ モータ
２０ ステータ（固定子）
３０ ロータ（回転子）
４０ 中空シャフト
４１ 連結部材
４１１ フランジ部
４１２ 中空部
５０ 遊星減速機
５１ サンギア
５２ リングギア
６１ アンギュラ玉軸受
７０ 駆動軸
１００ 電食防止ユニット
１１０ 収納体
１１１ レゾルバケース取り付け部
１１１ 止まり穴（収納部）
１２０ 弾性体
１３０ 接触体
１３１ 先端部
１４０ 導電部材
１４１ 取り付け部
１４２ 端部
１４３ 押圧部
１４４ 孔（開口部）

Claims (4)

1. モータのロータと電気的に導通させるための接触体であって、その先端部の少なくとも一部が、円形の断面形状を有する円錐面もしくは球面であるものと、
   前記接触体をロータ側へ押圧するための弾性体と、
   前記接触体と前記弾性体とを収容する収納部であって、モータ筐体に設けられ、前記モータ筐体を介してステータと電気的に導通しているものと、
   一方がロータ軸端に固定し、他方が前記接触体先端部と接触可能な中空円筒状端部を有する導電部材と、を備え、
   前記接触体と、前記弾性体と、前記収納部とが導電性の材料で作られていることを特徴とする車輪駆動装置用電食防止ユニット。
2. 前記導電部材の内径が、前記先端部の外径の最も大きい部分より小さいことを特徴とする請求項１に記載の電食防止ユニット。
3. 前記導電部材の外径面には、前記接触体の磨耗屑を排出可能な開口部を有することを特徴とする請求項１又は請求項に記載の電食防止ユニット。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電食防止ユニットを備える車輪駆動装置。

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