JP6100354B1

JP6100354B1 - インホイールモータ駆動装置

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Publication number: JP6100354B1
Application number: JP2015241035A
Authority: JP
Inventors: 早織杉浦; 康人渡邊
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2035-12-10
Also published as: JP2017105334A; WO2017098853A1

Abstract

【課題】軸方向にコンパクトなインホイールモータ駆動装置を提供する。【解決手段】電動モータ３０で構成された駆動部Ａと、複数の歯車３４〜３７からなる平行軸歯車減速機３８で構成された減速部Ｂと、車輪用軸受４８で構成された軸受部Ｃと、駆動部Ａおよび減速部Ｂを収容するケーシング２２とを備えたインホイールモータ駆動装置２１であって、平行軸歯車減速機３８は、車輪用軸受４８に駆動力を伝達する第４歯車３７を有し、車輪用軸受４８は、ケーシング２２に対して固定配置された一対の内輪４９，５０と、ケーシング２２に対して回転自在に支持された外輪５１と、内輪４９，５０と外輪５１との間に介装された複列の玉５２，５３とを備え、外輪５１の径方向外側に平行軸歯車減速機３８の第４歯車３７を配置し、減速部Ｂの内部に設けられた中間壁２６から軸方向に延びる軸部４７に内輪４９，５０を結合させ、中間壁２６をケーシング２２の外部でサスペンションアーム６３に連結する。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、電動モータの出力軸と車輪用軸受とを減速機を介して連結したインホイールモータ駆動装置に関する。

従来のインホイールモータ駆動装置は、例えば、特許文献１に開示された構造のものがある。この特許文献１のインホイールモータ駆動装置は、駆動力を発生させる電動モータと、その電動モータの回転を減速して出力する平行軸歯車減速機と、その平行軸歯車減速機からの出力を車輪に伝達する車輪ハブとで構成されている。

このインホイールモータ駆動装置は、電動モータと平行軸歯車減速機との間に中間プレートを設け、その中間プレートのインボード側に、電動モータを収容するモータハウジングを設けると共に、中間プレートのアウトボード側に、平行軸歯車減速機を収容するギヤハウジングを設けた構造を具備する。

電動モータは、モータハウジングに固定されたステータと、そのステータの内側でモータハウジングに回転自在に支持されたロータ軸とで構成されている。

平行軸歯車減速機は、電動モータのロータ軸に同軸的に連結されたモータ入力歯車と、中間プレートおよびギヤハウジングに回転自在に支持されてモータ入力歯車と噛合する第１カウンタ歯車と、第１カウンタ歯車と同軸的に支持された第２カウンタ歯車と、車輪ハブの車軸に設けられて第２カウンタ歯車と噛合する出力歯車とで構成されている。

車輪ハブは、ギヤハウジングに対して固定配置された外輪と、ギヤハウジングに対して回転自在に支持された内輪と、外輪と内輪との間に介装された複列の転動体とで主要部が構成されているのが一般的である。

特開２０１４−４６７４２号公報

ところで、特許文献１で開示されたインホイールモータ駆動装置では、車輪ハブと平行軸歯車減速機の出力歯車とをトルク伝達可能に連結することにより、平行軸歯車減速機からの出力を車輪ハブに伝達するようにしている。

通常、車輪ハブは、平行軸歯車減速機の出力歯車から軸方向アウトボード側に延びる軸部に、内輪をスプライン嵌合により結合させる内輪回転タイプの構造を採用している。このような構造を採用することにより、出力歯車からの回転トルクを車輪ハブに伝達可能としている。

一方、インホイールモータ駆動装置は、ホイール空間に収容されるため、そのホイール空間から食み出すと、ホイール周辺のサスペンション部品などと干渉する可能性がある。このことから、インホイールモータ駆動装置の軸方向寸法は小さい方が好ましい。

しかしながら、従来のインホイールモータ駆動装置では、前述したように、平行軸歯車減速機の出力歯車から軸方向アウトボード側に延びる軸部に、車輪ハブの内輪をスプライン嵌合により結合させる構造を採用していることから、インホイールモータ駆動装置全体の軸方向寸法を小さくすることが困難であった。

そこで、本発明は前述の課題に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、簡便な手段により、軸方向にコンパクトなインホイールモータ駆動装置を提供することにある。

本発明に係るインホイールモータ駆動装置は、電動モータで構成された駆動部と、複数の歯車からなる平行軸歯車減速機で構成された減速部と、車輪用軸受で構成された軸受部と、駆動部および減速部を収容するケーシングとを備えた構造を具備する。

本発明における平行軸歯車減速機は、車輪用軸受に駆動力を伝達する出力歯車を有する。また、本発明における車輪用軸受は、ケーシングに対して固定配置された一対の内輪と、ケーシングに対して回転自在に支持された外輪と、内輪と外輪との間に介装された複列の転動体とを備えた構造を具備する。前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、外輪の径方向外側に平行軸歯車減速機の出力歯車を配置し、減速部の内部に設けられた中間壁から軸方向に延びる軸部に内輪を結合させ、中間壁をケーシングの外部でサスペンションアームに連結したことを特徴とする。

本発明のインホイールモータ駆動装置では、外輪の径方向外側に平行軸歯車減速機の出力歯車を配置したことにより、車輪用軸受の外輪と平行軸歯車減速機の出力歯車を軸方向でオーバーラップさせることができる。その結果、車輪用軸受と平行軸歯車減速機とを合わせた軸方向寸法を小さくすることができるので、インホイールモータ駆動装置全体の軸方向寸法を小さくできる。また、車輪用軸受の内輪が結合された中間壁をケーシングの外部でサスペンションアームに連結したことにより、ケーシングの変形を抑制することができる。

本発明における車輪用軸受の外輪は、平行軸歯車減速機の出力歯車にスプライン嵌合によりトルク伝達可能に結合されている構造が望ましい。このような構造を採用すれば、平行軸歯車減速機の出力歯車からの回転トルクを車輪用軸受の外輪に容易に伝達することができ、外輪回転タイプの車輪用軸受を持つインホイールモータ駆動装置を実現する。

本発明によれば、外輪の径方向外側に平行軸歯車減速機の出力歯車を配置したことにより、車輪用軸受の外輪と平行軸歯車減速機の出力歯車を軸方向でオーバーラップさせることができる。その結果、車輪用軸受と平行軸歯車減速機とを合わせた軸方向寸法を小さくすることができるので、軸方向にコンパクトなインホイールモータ駆動装置を容易に実現することができる。

本発明の実施形態で、インホイールモータ駆動装置の全体構成を示す断面図である。図１の平行軸歯車減速機を構成する歯車のみをアウトボード側から見た概要図である。図１のインホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車を示す要部拡大断面図である。本発明の他の実施形態で、インホイールモータ駆動装置の全体構成を示す断面図である。本発明の他の実施形態で、インホイールモータ駆動装置の全体構成を示す断面図である。図４のインホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車を示す要部拡大断面図である。本発明の他の実施形態で、インホイールモータ駆動装置の全体構成を示す断面図である。インホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車の概略構成を示す平面図である。図８の電気自動車を示す後方断面図である。

本発明に係るインホイールモータ駆動装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。図８は、インホイールモータ駆動装置２１を搭載した電気自動車１１の概略平面図、図９は、電気自動車１１を後方から見た概略断面図である。

電気自動車１１は、図８に示すように、シャシー１２と、操舵輪としての前輪１３と、駆動輪としての後輪１４と、後輪１４に駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置２１とを装備する。後輪１４は、図９に示すように、シャシー１２のホイールハウジング１５の内部に収容され、独立懸架式の懸架装置（サスペンション）１６を介してシャシー１２の下部に固定されている。

電気自動車１１は、ホイールハウジング１５の内部に、左右それぞれの後輪１４を駆動するインホイールモータ駆動装置２１を設けることによって、シャシー１２上にモータ、ドライブシャフトおよびデファレンシャルギヤ機構などを設ける必要がなくなるので、客室スペースを広く確保でき、かつ、左右の後輪１４の回転をそれぞれ制御することができるという利点を有する。

電気自動車１１の走行安定性およびＮＶＨ特性を向上させるためにばね下重量を抑える必要があり、さらに、広い客室スペースを確保するためにインホイールモータ駆動装置２１の小型化が求められている。

そこで、図１に示す実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、以下の構造を具備する。これにより、コンパクトなインホイールモータ駆動装置２１を実現し、ばね下重量を抑えることで、走行安定性およびＮＶＨ特性に優れた電気自動車１１を得ることができる。

この実施形態の特徴的な構成を説明する前にインホイールモータ駆動装置２１の全体構成を説明する。以下の説明では、インホイールモータ駆動装置２１を車体に搭載した状態で、車体の外側寄りとなる側をアウトボード側（図面左側）と称し、中央寄りとなる側をインボード側（図面右側）と称する。

インホイールモータ駆動装置２１は、図１に示すように、駆動力を発生させる駆動部Ａと、駆動部Ａの回転を減速して出力する減速部Ｂと、減速部Ｂからの出力を駆動輪としての後輪１４（図８および図９参照）に伝達する軸受部Ｃとを備えている。駆動部Ａと減速部Ｂはケーシング２２に収容されて、電気自動車１１のホイールハウジング１５（図９参照）内に取り付けられる。

ケーシング２２は、駆動部Ａの電動モータ３０を収容するモータハウジング２３と、減速部Ｂの平行軸歯車減速機３８および軸受部Ｃの車輪用軸受４８の一部を収容するギヤハウジング２４と、モータハウジング２３とギヤハウジング２４との間に設けられた仕切壁２５と、ギヤハウジング２４の内部に設けられた中間壁２６とで構成されている。

駆動部Ａは、ケーシング２２に固定されたステータ２７と、ステータ２７の径方向内側に隙間をもって対向するように配置されたロータ２８と、ロータ２８の径方向内側に配置されてロータ２８と一体回転するモータ回転軸２９とを備えたラジアルギャップ型の電動モータ３０で構成されている。モータ回転軸２９は、毎分一万数千回転程度で高速回転可能である。ステータ２７は、磁性体コアの外周にコイルを巻回することによって構成されている。ロータ２８は、永久磁石または磁性体が内部に配置されている。

モータ回転軸２９は、径方向外側へ一体的に延びるホルダ部３１によりロータ２８を保持している。ホルダ部３１は、ロータ２８が嵌め込み固定された凹溝を環状に形成した構成としている。モータ回転軸２９は、その軸方向一方側端部（図１の右側）が転がり軸受３２に、軸方向他方側端部（図１の左側）が転がり軸受３３によって、ケーシング２２のモータハウジング２３に対して回転自在に支持されている。

減速部Ｂは、入力歯車である第１歯車３４と、中間歯車である第２歯車３５および第３歯車３６と、出力歯車である第４歯車３７とからなる平行軸歯車減速機３８で構成されている。この平行軸歯車減速機３８では、第１歯車３４と第２歯車３５とが噛合し、第３歯車３６と第４歯車３７とが噛合することにより、モータ回転軸２９の回転運動を２段で減速する。ケーシング２２のスペースなどを考慮すると、第１歯車３４と第２歯車３５からなる第１段の減速比は２〜４程度とし、第３歯車３６と第４歯車３７からなる第２段の減速比は３〜５程度とすることが好ましい。

第１歯車３４は、インボード側に延びる軸部３９をモータ回転軸２９にスプライン嵌合で連結することにより、モータ回転軸２９に同軸的に取り付け固定されている。第２歯車３５は、中間軸４０に取り付け固定されている。第３歯車３６は、中間軸４０に一体的に形成されている。第４歯車３７は、その軸部４１を後述の車輪用軸受４８の外輪５１にスプライン嵌合で連結することにより、外輪５１に同軸的に取り付け固定されている。

第１歯車３４の軸部３９は、転がり軸受４２によってケーシング２２の仕切壁２５に対して回転自在に支持されている。第２歯車３５が取り付け固定され、第３歯車３６が一体的に形成された中間軸４０は、転がり軸受４３，４４によってケーシング２２の中間壁２６およびギヤハウジング２４に対して回転自在に支持されている。第４歯車３７の軸部４１は、転がり軸受４５，４６によってケーシング２２の中間壁２６およびギヤハウジング２４に対して回転自在に支持されている。

第１歯車３４〜第４歯車３７および各歯車の回転軸を図２に基づいて説明する。図２は、図１の平行軸歯車減速機３８を構成する第１歯車３４〜第４歯車３７のみをアウトボード側から見た概要図である。

第１歯車３４は、モータ回転軸２９（図１参照）に取り付け固定され、その軸心Ｃ１を中心にして回転する。第２歯車３５は、中間軸４０（図１参照）に取り付け固定され、第３歯車３６は、中間軸４０に一体的に形成され、その軸心Ｃ２を中心にして回転する。第４歯車３７は、軸部４７（図１参照）に車輪用軸受４８を介して取り付け固定され、その軸心Ｃ３を中心にして回転する。なお、モータ回転軸２９と軸部４７は同軸上に配置されていることから、それぞれの軸心Ｃ１と軸心Ｃ３は一致している。

この実施形態では、モータ回転軸２５、中間軸３５および軸部４７の各軸心Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が直線Ｅ−Ｅ上に配置され、減速部Ｂの径方向のコンパクト化を図っている。ただし、各軸心Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の配置は、この実施形態のような配置に限らず、各歯車３４〜３７の噛合いを維持した状態で、ケーシング２２のスペースなどを考慮して適宜ずらしてもよい。

ここで、第１歯車３４〜第４歯車３７には、はすば歯車を用いている。はすば歯車は、同時に噛合う歯数が増え、歯当たりが分散されるので音が静かで、トルク変動が少ない点で有効である。歯車のかみあい率や限界の回転数などを考慮して、モジュールは１〜３程度が好ましい。このように、平行軸歯車減速機３８にはすば歯車を用いることで、製造が容易でコストの低減が図れ、性能面でも、静粛かつ効率のよいインホイールモータ駆動装置２１を実現することができる。

インホイールモータ駆動装置２１は、ホイールハウジング１５（図９参照）の内部に収められ、ばね下荷重となるため、小型軽量化が必須である。例えば、第１歯車３４と第２歯車３５の第１段での減速比を１／２．５、第３歯車３６と第４歯車３７の第２段での減速比を１／４．５とすれば、平行軸歯車減速機３８の減速比は約１／１１となる。このように、大きな減速比を持つ平行軸歯車減速機３８を用いた場合、毎分一万数千回転程度の高速回転の電動モータ３０と組み合わせることで電動モータ３０の小型化が図れ、コンパクトで高減速比のインホイールモータ駆動装置２１を実現できる。

軸受部Ｃは、図１に示すように、以下のような構造の車輪用軸受４８で構成されている。車輪用軸受４８は、中間壁２６から軸方向アウトボード側へ延びる軸部４７の外周に嵌合された一対の内輪４９，５０と、内輪４９，５０の外側に配置された外輪５１と、内輪４９，５０と外輪５１との間に配置された複数の転動体である玉５２，５３とを備えた複列アンギュラ玉軸受である。

車輪用軸受４８の軸方向両端部には、泥水などの侵入防止およびグリースの漏洩防止のためにシール部材５４，５５が設けられている。なお、外輪５１のアウトボード側にはフランジ５６が一体的に形成され、このフランジ５６にハブボルト６１（図３参照）で後輪１４（図８および図９参照）が連結される。

以上の構成からなるインホイールモータ駆動装置２１の全体的な作動原理を説明する。

図１に示すように、駆動部Ａにおいて、ステータ２７に交流電流を供給することによって生じる電磁力を受けてロータ２８が回転する。減速部Ｂにおいて、モータ回転軸２９の回転が平行軸歯車減速機３８の第１歯車３４〜第４歯車３７によって減速され、軸受部Ｃの車輪用軸受４８に伝達される。この時、モータ回転軸２９の回転が平行軸歯車減速機３８により減速されて車輪用軸受４８に伝達されるので、低トルク、高速回転型の電動モータ３０を採用した場合でも、後輪１４（図８および図９参照）に必要なトルクを伝達することが可能となる。

この実施形態では、駆動部Ａとしてラジアルギャップ型の電動モータ３０を例示したが、任意の構成のモータを適用可能である。例えば、ケーシングに固定されたステータと、ステータの軸方向内側に隙間をもって対向するように配置されたロータとを備えるアキシャルギャップ型の電動モータであってもよい。

このインホイールモータ駆動装置２１では、駆動部Ａに電動モータ３０を冷却するための潤滑油が封入され、減速部Ｂに平行軸歯車減速機３８を冷却および潤滑するための潤滑油が封入されている。インホイールモータ駆動装置２１の駆動時、駆動部Ａでは、ロータ２８の回転でもって電動モータ３０を冷却する。減速部Ｂでは、第１歯車３４〜第４歯車３７の回転による跳ね掛けでもって平行軸歯車減速機３８を冷却すると共に潤滑する。

この実施形態におけるインホイールモータ駆動装置２１の全体構成は、前述のとおりであるが、その特徴的な構成を以下に詳述する。

この実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、図１に示すように、車輪用軸受４８の内輪４９，５０をケーシング２２の中間壁２６に対して固定配置すると共に、外輪５１をケーシング２２の中間壁２６およびギヤハウジング２４に対して回転自在に支持し、その外輪５１の径方向外側に平行軸歯車減速機３８の第４歯車３７を配置している。

この車輪用軸受４８の外輪５１は、中間壁２６に回転自在に支持された第４歯車３７の軸部４１にスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結されている。外輪５１とケーシング２２のギヤハウジング２４との間に、泥水などの侵入防止および潤滑油の漏洩防止のためにシール部材６１を設けている。

一方、車輪用軸受４８の内輪４９，５０は、インボード側に配置された内輪４９とアウトボード側に配置された内輪５０とからなり、中間壁２６から軸方向アウトボード側に延びる軸部４７に結合され、中間壁２６の軸部４７と共に回り止めされている。

この内輪４９，５０は、軸部４７の端部に螺合されたナット５８により抜け止めされている。このナット５８の締め付け力により、車輪用軸受４８に予圧が付与されている。この予圧の付与により、車輪用軸受４８を複列のアンギュラ玉軸受構造としている。

以上のように、ケーシング２２のギヤハウジング２４および中間壁２６に対して回転自在に支持された外輪５１の径方向外側に平行軸歯車減速機３８の第４歯車３７を配置したことにより、車輪用軸受４８の外輪５１と平行軸歯車減速機３８の第４歯車３７を軸方向でオーバーラップさせることができる。その結果、車輪用軸受４８と平行軸歯車減速機３８とを合わせた軸方向寸法を小さくすることができるので、インホイールモータ駆動装置全体の軸方向寸法を小さくできる。

また、車輪用軸受４８の外輪５１を平行軸歯車減速機３８の第４歯車３７にスプライン嵌合によりトルク伝達可能に結合した構造を採用したことにより、外輪回転タイプの車輪用軸受４８を持つインホイールモータ駆動装置２１を容易に実現することができる。

図３は、この実施形態のインホイールモータ駆動装置２１を電気自動車１１に搭載した状態を示す。インホイールモータ駆動装置２１は、車輪用軸受４８の外輪５１を後輪１４のホイールディスク５９にブレーキロータ６０と共にハブボルト６１により取り付け固定される。

また、このインホイールモータ駆動装置２１は、車輪用軸受４８の内輪４９，５０が結合された軸部４７を持つ中間壁２６を上方へ延在させてケーシング２２の外部に配置された上方端部６２とシャシー１２とをサスペンションアーム６３のアッパアーム部６４で連結すると共に、中間壁２６を下方へ延在させてケーシング２２の外部に配置された下方端部６５とシャシー１２とをロアアーム部６６で連結することにより組み付けられている。なお、ロアアーム部６６とシャシー１２との間にはダンパ６７が取り付けられている。

この実施形態のように、軸方向にコンパクトなインホイールモータ駆動装置２１は、ホイール空間に収容されるため、ホイール周辺のサスペンション部品などと干渉することを容易に回避することができる。また、車輪用軸受４８の内輪４９，５０が結合された中間壁２６をサスペンションアーム６３に連結したことにより、軸重やタイヤ横力によりホイール側から入力される荷重は中間壁２６を介してシャシー１２に伝達されるので、ケーシング２２の変形を抑制することができる。

図１の実施形態では、車輪用軸受４８の内輪４９，５０を支持する軸部４７が中間壁２６に一体的に設けられた構造を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、図４および図５に示す構造であってもよい。なお、図４および図５において、図１と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。

図４および図５に示す実施形態のインホイールモータ駆動装置２１では、車輪用軸受４８の内輪４９，５０を支持する軸部４７を中間壁２６と別体にした構造を具備する。図４に示す構造では、軸部４７のインボード側端部をナット６８により中間壁２６に結合させている。また、図５に示す構造では、軸部４７のインボード側端部を溶接６９により中間壁２６に固着している。

また、図６は、軸部４７のインボード側端部をナット６８により中間壁２６に結合させた図４のインホイールモータ駆動装置を電気自動車１１に搭載した状態を示す。図６において、図３と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。なお、図示しないが、軸部４７のインボード側端部を溶接６９により中間壁２６に固着した図５のインホイールモータ駆動装置についても同様である。

図１、図４および図５に示す実施形態では、平行軸歯車減速機３８の第４歯車３７をケーシング２２のギヤハウジング２４および仕切壁２６に２つの転がり軸受４５，４６によって両持ち状態で支持した構造を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、図７に示す構造であってもよい。なお、図７において、図１と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。

図７に示す実施形態のインホイールモータ駆動装置２１では、平行軸歯車減速機３８の第４歯車３７の軸部４１のインボード側端部をケーシング２２の中間壁２６に１つの転がり軸受４５によって片持ち状態で支持した構造を有する。

以上の実施形態では、図８および図９に示すように、後輪１４を駆動輪とした電気自動車１１を例示したが、前輪１３を駆動輪としてもよく、４輪駆動車であってもよい。なお、本明細書中で「電気自動車」とは、電力から駆動力を得る全ての自動車を含む概念であり、例えば、ハイブリッドカー等も含むものである。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

２１インホイールモータ駆動装置
２２ケーシング
２６中間壁
３３出力歯車（第４歯車）
３８平行軸歯車減速機
４７軸部
４８車輪用軸受
４９，５０内輪
５１外輪
５２，５３転動体（玉）
６３サスペンションアーム
Ａ駆動部
Ｂ減速部
Ｃ軸受部

Claims

電動モータで構成された駆動部と、複数の歯車からなる平行軸歯車減速機で構成された減速部と、車輪用軸受で構成された軸受部と、前記駆動部および減速部を収容するケーシングとを備えたインホイールモータ駆動装置であって、
前記平行軸歯車減速機は、前記車輪用軸受に駆動力を伝達する出力歯車を有し、前記車輪用軸受は、前記ケーシングに対して固定配置された一対の内輪と、ケーシングに対して回転自在に支持された外輪と、前記内輪と外輪との間に介装された複列の転動体とを備え、前記外輪の径方向外側に前記平行軸歯車減速機の出力歯車を配置し、前記減速部の内部に設けられた中間壁から軸方向に延びる軸部に前記内輪を結合させ、前記中間壁をケーシングの外部でサスペンションアームに連結したことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
前記車輪用軸受の外輪は、平行軸歯車減速機の出力歯車にスプライン嵌合によりトルク伝達可能に結合されている請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。