JP5677142B2 - インホイール型の車輪駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、車輪の車幅方向内側に配置されて、車輪をモータの動力で駆動するインホイール型の車輪駆動装置に関するものである。

車輪の車幅方向内側に個別にモータユニットを設置したインホイール型の車輪駆動装置が知られている。
このインホイール型の車輪駆動装置は、例えば、四輪車両に用いることでエンジンルームの廃止によるキャビン空間の拡大や、駆動ユニットの低重心配置による車両運動性能の向上等の多くのメリットがある。また、前輪駆動車両の従動輪（後輪）に適用すれば、ＦＦ車両のプラットフォームで容易に四輪駆動車を開発することができる等、車両開発投資の面でも大きくメリットがある。

ところで、インホイール型の車輪駆動装置は、車輪の車幅方向内側がモータユニット（モータと減速機構）によってスペースを占有されるため、車輪に近接した部位にサスペンション取付部やディスク型ブレーキ装置のキャリパ等を設定することが難しい。そこで、これに対処にするインホイール型の車輪駆動装置が従来より開発されている。（例えば、特許文献１参照）

特許文献１に記載のインホイール型の車輪駆動装置は、車輪のホイールハブに同軸に結合される駆動ハブに入力歯車が設けられるとともに、その入力歯車に駆動力を伝達するモータが駆動ハブの回転軸線に対して上方側にずらして配置され、駆動ハブの背部側にできた空間部にサスペンション取付部やキャリパ等が配置されている。

特開２００８−４４４３８号公報

しかし、この従来の車輪駆動装置は、駆動ハブの回転軸線に対してモータが径方向（上方）にずらして配置されているため、モータの出力トルクを高めようとすると、モータ径の拡大によって径方向外側への装置の膨出量が増大してしまう。このため、車体側部品との干渉を避けるためのレイアウトが難しくなり、モータの出力トルクの増大が制限されてしまう。

そこでこの発明は、駆動ハブの回転軸線回りの膨出量を抑制しつつモータの出力トルクを増大させることのできるインホイール型の車輪駆動装置を提供しようとするものである。

この発明に係るインホイール型の車輪駆動装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、車輪のホイールハブ（例えば、実施形態のホイールハブ１９ｃ）に車幅方向内側で結合されるとともに車体側に軸受（例えば、実施形態の軸受２４）を介して回転自在に支持される駆動ハブ（例えば、実施形態の外輪ハブ２１）と、この駆動ハブの車幅方向内側に配置されて駆動力を発生するモータと、このモータと前記駆動ハブの間に介装され、このモータの回転を減速して前記駆動ハブに伝達する減速機と、を備えたインホイール型の車輪駆動装置であって、前記モータは、各出力軸にモータ歯車（例えば、実施形態のモータ歯車３０）が設けられた第１のモータ（例えば、実施形態の第１のモータ１１Ａ）及び第２のモータ（例えば、実施形態の第２のモータ１１Ｂ）と、から成り、前記駆動ハブには、入力歯車（例えば、実施形態の入力歯車２５）が設けられ、前記減速機は、入力側ピニオン（例えば、実施形態の入力側ピニオン３２）が前記第１のモータのモータ歯車に噛合されるとともに出力側ピニオン（例えば、実施形態の出力側ピニオン３３）が前記駆動ハブの入力歯車に噛合される第１の２連ピニオン歯車（例えば、実施形態の第１の２連ピニオン歯車３１Ａ）と、入力側ピニオンが前記第２のモータのモータ歯車に噛合されるとともに出力側ピニオンが前記駆動ハブの入力歯車に噛合される第２の２連ピニオン歯車（例えば、実施形態の第２の２連ピニオン歯車３１Ｂ）と、を備え、前記第１のモータと第２のモータは、各出力軸が前記駆動ハブの回転軸線（例えば、実施形態の回転軸線Ｐ）に対してオフセットし、かつ、各モータケース（例えば、実施形態のモータケース２６Ａ，２６Ｂ）が前記駆動ハブの回転軸線を挟んで相互に離間して配置され、前記第１のモータと第２のモータのモータケースは、前記駆動ハブの回転軸線を挟んで上下に離間して配置されており、前記両モータケース間にできる空間部（例えば、実施形態の離間スペースＳ）の車両前後方向の一方側にディスクブレーキ装置のキャリパ（例えば、実施形態のキャリパ４５）が配置され、前記第１のモータと第２のモータのモータケース同士を結合するギヤケース（例えば、実施形態のギヤケース２２）には、サスペンションのアーム部材（例えば、実施形態のトレーリングアーム１６）が、前記空間部の車両前後方向の他方側から前記両モータケース間に延出して結合されていることを特徴とするものである。
これにより、第１のモータと第２のモータが駆動されると、これらの各回転が第１の２連ピニオン歯車と第２のピニオン歯車を介して駆動ハブに伝達され、車輪のホイールが駆動ハブと一体に回転するようになる。また、駆動ハブの車幅方向内側には、第１のモータのモータケースと第２のモータのモータケースの間の離間スペースが位置されることになる。
また、第１のモータのモータケースと第２のモータのモータケースの間にできる空間部に、ディスクブレーキ装置のキャリパとサスペンションのアーム部材がコンパクトに配置されることになる。

請求項２に係る発明は、車輪のホイールハブ（例えば、実施形態のホイールハブ１９ｃ）に車幅方向内側で結合されるとともに車体側に軸受（例えば、実施形態の軸受２４）を介して回転自在に支持される駆動ハブ（例えば、実施形態の外輪ハブ２１）と、この駆動ハブの車幅方向内側に配置されて駆動力を発生するモータと、このモータと前記駆動ハブの間に介装され、このモータの回転を減速して前記駆動ハブに伝達する減速機と、を備えたインホイール型の車輪駆動装置であって、前記モータは、各出力軸にモータ歯車（例えば、実施形態のモータ歯車３０）が設けられた第１のモータ（例えば、実施形態の第１のモータ１１Ａ）及び第２のモータ（例えば、実施形態の第２のモータ１１Ｂ）と、から成り、前記駆動ハブには、入力歯車（例えば、実施形態の入力歯車２５）が設けられ、前記減速機は、入力側ピニオン（例えば、実施形態の入力側ピニオン３２）が前記第１のモータのモータ歯車に噛合されるとともに出力側ピニオン（例えば、実施形態の出力側ピニオン３３）が前記駆動ハブの入力歯車に噛合される第１の２連ピニオン歯車（例えば、実施形態の第１の２連ピニオン歯車３１Ａ）と、入力側ピニオンが前記第２のモータのモータ歯車に噛合されるとともに出力側ピニオンが前記駆動ハブの入力歯車に噛合される第２の２連ピニオン歯車（例えば、実施形態の第２の２連ピニオン歯車３１Ｂ）と、を備え、前記第１のモータと第２のモータは、各出力軸が前記駆動ハブの回転軸線（例えば、実施形態の回転軸線Ｐ）に対してオフセットし、かつ、各モータケース（例えば、実施形態のモータケース２６Ａ，２６Ｂ）が前記駆動ハブの回転軸線を挟んで相互に離間して配置され、前記第１のモータと第２のモータは共通のインバータ（例えば、実施形態のＰＤＵ１３）によって駆動され、このインバータの制御部に回転情報をフィードバックするための回転センサ（例えば、実施形態の回転センサ３５）が前記第１のモータと第２のモータのいずれか一方に設けられていることを特徴とするものである。
これにより、第１のモータと第２のモータが駆動されると、これらの各回転が第１の２連ピニオン歯車と第２のピニオン歯車を介して駆動ハブに伝達され、車輪のホイールが駆動ハブと一体に回転するようになる。また、駆動ハブの車幅方向内側には、第１のモータのモータケースと第２のモータのモータケースの間の離間スペースが位置されることになる。
また、第１のモータと第２のモータのいずれか一方に設けられた回転センサの検出信号が共通のインバータの制御部に入力されると、制御部はその検出信号を基にして共通のインバータを制御して両モータを同様に駆動させる。

請求項１に係る発明によれば、駆動ハブの車幅方向内側に、第１のモータのモータケースと第２のモータのモータケースに挟まれた空間部を確保しつつ、両モータの合成トルクを駆動ハブに出力することができる。したがって、この発明によれば、駆動ハブの回転軸線回りのモータの膨出量を増大させることなく、モータの総出力トルクを増大させることができる。

さらに、請求項１に係る発明によれば、第１のモータのモータケースと第２のモータのモータケースの間にできる空間部に、ディスクブレーキ装置のキャリパとサスペンションのアーム部材がそれぞれ車体前後方向の一方と他方から配置されるため、ブレーキ部品とサスペンション部品とのレイアウトをコンパクトなものとすることができる。

請求項２に係る発明によれば、駆動ハブの車幅方向内側に、第１のモータのモータケースと第２のモータのモータケースに挟まれた空間部を確保しつつ、両モータの合成トルクを駆動ハブに出力することができる。したがって、この発明によれば、駆動ハブの回転軸線回りのモータの膨出量を増大させることなく、モータの総出力トルクを増大させることができる。
さらに、請求項２に係る発明によれば、第１のモータと第２のモータに対し、一つの回転センサと共通の一つのインバータを用いて駆動制御を行うことができるため、部品点数を削減して、車両の軽量化と低コスト化を図ることができる。

この発明の一実施形態の車両駆動装置が適用される車両の概略構成図である。 この発明の一実施形態の車両駆動装置が適用される車両の裏面側から見た斜視図である。 この発明の一実施形態の車両駆動装置の配置を説明するためのホイール部の概略断面図である。 この発明の一実施形態の車両駆動装置の図６のＡ−Ａ断面に対応する模式的な断面図である。 この発明の一実施形態の車両駆動装置の図６のＡ−Ａ断面に対応する断面図である。 この発明の一実施形態の車両駆動装置の背面図である。 この発明の一実施形態の車両駆動装置の模式的な背面図である。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図中矢印Ｆは，車両前方側を指すものとする。
図１は、モータを動力源とする四輪駆動の電気自動車１の概略構成を示すものであり、この電気自動車１の左右の前輪Ｗｆは、キャビンの前方に配置されているメインモータユニット２によって駆動されるようになっている。メインモータユニット２のモータ３は、ＰＤＵ４（パワー・ドライブ・ユニット）を介して車両後部に配置された高圧バッテリ５に接続されている。左右の各後輪Ｗｒ（車輪）の車幅方向内側の後輪支持部には、それぞれインホイール型の車輪駆動装置１０が設置されている。各車輪駆動装置１０は、後に詳述するようにモータ動力を駆動源とし、インバータを備えたＰＤＵ１３（パワー・ドライブ・ユニット）を介して高圧バッテリ５から電力を供給されるようになっている。
なお、左右の後輪Ｗｒの各車輪駆動装置１０は同様の構成であるため、以下では一方の車輪駆動装置１０についてのみ説明する。また、各モータは、高圧バッテリ５の電力を受けて駆動を行うだけでなく、車両の制動時等には適宜回生発電も行う。

図２は、車両後部を背面側から見た図である。
図１，図２に示すように、この電気自動車１では、後輪Ｗｒ側のサスペンションとしてトレーリングアーム式のものが用いられ、車幅方向に亙って延出するトーションビーム１４の左右の端部の車両前方側がピボット軸１５を介して車体に取り付けられるとともに、トーションビーム１４の左右の端部にピボット軸１５から車体後方側に延出するトレーリングアーム１６（アーム部材）が連結されている。各トレーリングアーム１６と車体の間には、サスペンションスプリング１７とショックアブソーバ５０（図６参照）が介装されている。車輪駆動装置１０と後輪Ｗｒは、左右のトレーリングアーム１６に取り付けられている。
また、車両の図示しないトランクルームの下方位置には、ＰＤＵ１３やその他の電装装置を収容する電装収容室１８が、図２に示すように、車体の下方側に膨出して設けられている。左右の各トレーリングアーム１６と後輪Ｗｒ及び車輪駆動装置１０は、この電装収容室１８の車幅方向外側に隣接して配置されている。

図３は、トレーリングアーム１６と後輪Ｗｒと車輪駆動装置１０の配置関係を示す概略断面図である。
後輪Ｗｒのホイール１９は、外周面でタイヤＴを保持するホイールリム１９ａと、ホイールリム１９ａの車外側の端面に設けられたホイールディスク１９ｂと、ホイールディスク１９ｂの径方向内側に設けられたホイールハブ１９ｃと、を備え、このホイールハブ１９ｃの車幅方向内側に車輪駆動装置１０が配置されている。

図４は、後輪Ｗｒのホイール１９と車輪駆動装置１０の模式的な断面図であり、図５は、ホイール１９と車輪駆動装置１０の詳細な断面図である。また、図６は、後輪Ｗｒと車輪駆動装置１０をサスペンション部品とともに車幅方向内側から見た図であり、図７は、後輪Ｗｒと車輪駆動装置１０の模式的な背面図である。
車輪駆動装置１０は、ホイールハブ１９ｃの車幅方向内側にディスブレーキ装置のブレーキディスク２０とともに外輪ハブ２１（駆動ハブ）が一体に結合されている。外輪ハブ２１は、ギヤケース２２の軸心部に突設されたスピンドル２３の先端部に軸受２４を介して回転自在に支持されている。ギヤケース２２は、後述するようにトレーリングアーム１６に結合されている。外輪ハブ２１は、軸受２４に支持される円筒部２１ａを備え、その円筒部２１ａの後端（ホイールハブ１９ｃと逆側の端部）の外周には入力歯車２５が設けられている。

この車輪駆動装置１０の場合、駆動源として第１のモータ１１Ａと第２のモータ１１Ｂが採用されている。この第１のモータ１１Ａと第２のモータ１１Ｂはギヤケース２２の上部側と下部側（鉛直上方側と下方側）に配置され、各モータケース２６Ａ，２６Ｂがギヤケース２２に結合されている。なお、図１においては、図示の都合上、第１のモータ１１Ａと第２のモータ１１Ｂは車体の前後方向に並べて描かれている。

第１のモータ１１Ａと第２のモータ１１Ｂは同様の基本構造とされ、円環状のステータ２７の内側にロータ２８が配置されたインナロータ型とされている。この実施形態の場合、後輪Ｗｒが非駆動のときの引き摺りを低減するために、両モータ１１Ａ，１１Ｂは、誘導機やリダクタンスモータ等の永久磁石を持たないタイプのモータが採用されている。第１のモータ１１Ａと第２のモータ１１Ｂの各出力軸２９Ａ，２９Ｂは、外輪ハブ２１の回転軸線Ｐに対して鉛直方向上下に等間隔離間して配置され、第１のモータ１１Ａと第２のモータ１１Ｂのモータケース２６Ａ，２６Ｂの間には上下方向に離間スペースＳが確保されている。また、両モータ１１Ａ，１１Ｂの各出力軸２９Ａ，２９Ｂの前端部にはモータ歯車３０が設けられている。
なお、第１のモータ１１Ａと第２のモータ１１Ｂ（モータケース２６Ａ，２６Ｂ）の外径は、少なくとも前端部側がホイールリム１９ａの内周側に収容し得る外径であることが望ましい。この実施形態の場合、第１のモータ１１Ａと第２のモータ１１Ｂの前端部がホイールリム１９ａの内周面の内側に入り込むようになっている。

ギヤケース２２の内部には、第１のモータ１１Ａから外輪ハブ２１に回転を伝達するための第１の２連ピニオン歯車３１Ａと、第２のモータ１１Ｂから外輪ハブ２１に回転を伝達するための第２の２連ピニオン歯車３１Ｂが回転可能に取り付けられている。第１の２連ピニオン歯車３１Ａと第２の２連ピニオン歯車３１Ｂはともに同様の構成とされ、大径の入力側ピニオン３２と小径の出力側ピニオン３３が同軸に軸方向に直列に並んで配置されている。
第１の２連ピニオン歯車３１Ａの入力側ピニオン３２は、第１のモータ１１Ａのモータ歯車３０に噛合され、第２の２連ピニオン歯車３１Ｂの入力側ピニオン３２は、第２のモータ１１Ｂのモータ歯車３０に噛合されている。一方、両２連ピニオン歯車３１Ａ，３１Ｂの出力側ピニオン３３は、鉛直方向の上下で対向する位置において、外側ハブ２１の入力歯車２５にそれぞれ噛合されている。

ここで、ギヤケース２２の車両後方側の側面には、ディスクブレーキ装置のキャリパ４５が固定設置され、キャリパ４５に設けられた一対の摩擦材４６（図５参照）が、ブレーキディスク２０の摩擦面２０ａを挟持するようになっている。図６，図７に示すように、キャリパ４５は、第１のモータ１１Ａと第２のモータ１１Ｂのモータケース２６Ａ，２６Ｂ間の車両後方側のスペースに、両モータケース２６Ａ，２６Ｂに近接するように配置されている。
また、トレーリングアーム１６は、車両前方側から第１のモータ１１Ａと第２のモータ１１Ｂのモータケース２６Ａ，２６Ｂの離間スペースＳに向かって延出し、その延出端のフランジ部がギヤケース２２の後部壁に重合されてボルト締結によって固定されている。
また、ギヤケース２２の下端後部にはブラケット３４を介してショックアブソーバ５０の下端が連結されている。

ところで、第１のモータ１１Ａと第２のモータ１１Ｂは、それぞれ同規格の第１，第２の２連ピニオン歯車３１Ａ，３１Ｂを介して、外輪ハブ２１の共通の入力歯車２５に噛合連結されているため、常に両者は機械的に同期回転する。このため、この実施形態の場合、ＰＤＵ１３の制御部に回転信号を出力するための回転センサ３５は第１のモータ１１Ａにのみ設けられている。そして、制御部は、この回転信号を基にして一つのＰＤＵ１３を制御し、そのＰＤＵ１３が両モータ１１Ａ，１１Ｂを同様に（同時に）駆動するようになっている。

以上の構成において、車輪駆動装置１０によって後輪Ｗｒを駆動する場合には、ＰＤＵ１３を介して第１のモータ１１Ａと第２のモータ１１Ｂを同時に駆動し、これらの回転を第１，第２の２連ピニオン歯車を３１Ａ，３１Ｂを介して減速しつつ、外輪ハブ２１に伝達する。これにより、後輪Ｗｒのホイール１９は外輪ハブ２１と一体に回転する。このとき、後輪Ｗｒのホイール１９は、第１のモータ１１Ａと第２モータ１１Ｂの合成トルクを受けて回転する。

この車輪駆動装置１０は、駆動用のモータが第１のモータ１１Ａと第２のモータ１１Ｂとに分割して構成され、両モータ１１Ａ，１１Ｂの出力軸２９Ａ，２９Ｂがそれぞれ第１の２連ピニオン歯車３１Ａと第２の２連ピニオン歯車３１Ｂを介して共通の外輪ハブ２１に連動可能に係合されるとともに、第１のモータ１１Ａのモータケース２６Ａと第２のモータ１１Ｂのモータケース２６Ｂが外輪ハブ２１の回転軸線Ｐを挟んで上下に離間するようにギヤケース２２に連結されているため、両モータ１１Ａ，１１Ｂの径を拡大して総出力トルクを増大させても、両モータ１１Ａ，１１Ｂを回転軸線Ｐから外側に大きく膨出させることなく、回転軸線Ｐ上で外輪ハブ２１に近接する部位に比較的大きなスペース（離間スペースＳ）を容易に確保することができる。したがって、この車輪駆動装置１０を採用することにより、モータの総出力トルクを増大しても、外輪ハブ２１の回転軸線Ｐ回りの膨出量を小さく抑え、その膨出部と周囲の部材との干渉を容易に避けることができる。

また、この車輪駆動装置１０においては、第１のモータ１１Ａのモータケース２６Ａと第２のモータ１１Ｂのモータケース２６Ｂとが上下に離間して配置され、そこにできた離間スペースＳの車両後方側にディスクブレーキ装置のキャリパ４５が配置されるとともに、離間スペースＳに車両前方側から挿入するようにしてトレーリングアーム１６がギヤケース２２の背面に結合されているため、離間スペースＳを利用してブレーキ部品とサスペンション部品とを周囲にコンパクトに設置することができる。

さらに、この車輪駆動装置１０においては、第１のモータ１１Ａと第２のモータ１１Ｂのうちの、一方にのみ回転センサ３５が設けられ、一つのＰＤＵ１３がこの回転センサ３５の検出信号をフィードバック情報として受けて両モータ１１Ａ，１１Ｂを同様に駆動する構成とされているため、部品点数を削減し、それによって車両の軽量化と製品コストの低減を図ることができる、という利点がある。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

１０…車輪駆動装置
１１Ａ…第１のモータ
１１Ｂ…第２のモータ
１３…ＰＤＵ（インバータ）
１６…トレーリングアーム（アーム部材）
１９ｃ…ホイールハブ
２０…ブレーキディスク
２１…外輪ハブ（駆動ハブ）
２２…ギヤケース
２４…軸受
２５…入力歯車
２６Ａ，２６Ｂ…モータケース
２９Ａ，２９Ｂ…出力軸
３０…モータ歯車
３１Ａ…第１の２連ピニオン歯車
３１Ｂ…第２の２連ピニオン歯車
３２…入力側ピニオン
３３…出力側ピニオン
３５…回転センサ
４５…キャリパ
Ｐ…回転軸線
Ｓ…離間スペース
Ｗｒ…後輪

Claims (2)

1. 車輪のホイールハブに車幅方向内側で結合されるとともに車体側に軸受を介して回転自在に支持される駆動ハブと、
   この駆動ハブの車幅方向内側に配置されて駆動力を発生するモータと、
   このモータと前記駆動ハブの間に介装され、このモータの回転を減速して前記駆動ハブに伝達する減速機と、を備えたインホイール型の車輪駆動装置であって、
   前記モータは、各出力軸にモータ歯車が設けられた第１のモータ及び第２のモータと、から成り、
   前記駆動ハブには、入力歯車が設けられ、
   前記減速機は、入力側ピニオンが前記第１のモータのモータ歯車に噛合されるとともに出力側ピニオンが前記駆動ハブの入力歯車に噛合される第１の２連ピニオン歯車と、入力側ピニオンが前記第２のモータのモータ歯車に噛合されるとともに出力側ピニオンが前記駆動ハブの入力歯車に噛合される第２の２連ピニオン歯車と、を備え、
   前記第１のモータと第２のモータは、各出力軸が前記駆動ハブの回転軸線に対してオフセットし、かつ、各モータケースが前記駆動ハブの回転軸線を挟んで相互に離間して配置され、
   前記第１のモータと第２のモータのモータケースは、前記駆動ハブの回転軸線を挟んで上下に離間して配置されており、
   前記両モータケース間にできる空間部の車両前後方向の一方側にディスクブレーキ装置のキャリパが配置され、
   前記第１のモータと第２のモータのモータケース同士を結合するギヤケースには、サスペンションのアーム部材が、前記空間部の車両前後方向の他方側から前記両モータケース間に延出して結合されていることを特徴とするインホイール型の車輪駆動装置。
2. 車輪のホイールハブに車幅方向内側で結合されるとともに車体側に軸受を介して回転自在に支持される駆動ハブと、
   この駆動ハブの車幅方向内側に配置されて駆動力を発生するモータと、
   このモータと前記駆動ハブの間に介装され、このモータの回転を減速して前記駆動ハブに伝達する減速機と、を備えたインホイール型の車輪駆動装置であって、
   前記モータは、各出力軸にモータ歯車が設けられた第１のモータ及び第２のモータと、から成り、
   前記駆動ハブには、入力歯車が設けられ、
   前記減速機は、入力側ピニオンが前記第１のモータのモータ歯車に噛合されるとともに出力側ピニオンが前記駆動ハブの入力歯車に噛合される第１の２連ピニオン歯車と、入力側ピニオンが前記第２のモータのモータ歯車に噛合されるとともに出力側ピニオンが前記駆動ハブの入力歯車に噛合される第２の２連ピニオン歯車と、を備え、
   前記第１のモータと第２のモータは、各出力軸が前記駆動ハブの回転軸線に対してオフセットし、かつ、各モータケースが前記駆動ハブの回転軸線を挟んで相互に離間して配置され、
   前記第１のモータと第２のモータは共通のインバータによって駆動され、このインバータの制御部に回転情報をフィードバックするための回転センサが前記第１のモータと第２のモータのいずれか一方に設けられていることを特徴とするインホイール型の車輪駆動装置。

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