JP6315916B2 - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、インホイールモータ駆動装置、特に、内部の潤滑油の交換が容易なインホイールモータ駆動装置に関するものである。

インホイールモータ駆動装置１０１は、自動車のホイールの内側空間部分に設置されるものであり、図１１に示すように、車体に取り付けられるハウジング１０２の内部に駆動力を発生させる電動モータ１０３と、車輪に接続される車輪ハブ１０４と、電動モータ１０３の回転を減速して車輪ハブ１０４に伝達する減速機１０５とを備える。

上記構成のインホイールモータ駆動装置１０１において、装置のコンパクト化の観点から電動モータ１０３には低トルクで高回転のモータが採用される。一方、車輪ハブ１０４には、車輪を駆動するために大きなトルクが必要となる。このため、減速機１０５には、コンパクトで高い減速比が得られるサイクロイド減速機を採用することが多い。

サイクロイド減速機を適用した減速機１０５は、偏心部１０６ａ、１０６ｂを有する入力軸１０６と、偏心部１０６ａ、１０６ｂに配置される曲線板１０７ａ、１０７ｂと、曲線板１０７ａ、１０７ｂを入力軸１０６に対して回転自在に支持する転がり軸受１０６ｃと、曲線板１０７ａ、１０７ｂの外周面に係合して曲線板１０７ａ、１０７ｂに自転運動を生じさせる複数の外周係合部材１０８と、曲線板１０７ａ、１０７ｂの自転運動を車輪側回転部材１１０に伝達する複数の内ピン１０９とを含む。

上記構成のインホイールモータ駆動装置１０１においては、ハウジング１０２の下部に潤滑油のオイルタンク１０２ｄを設け、オイルタンク１０２ｄ内の潤滑油を吸い込み通路１０２ｆから回転ポンプ１１３によって吸い込み、電動モータ１０３と減速機１０５に潤滑油を供給して潤滑と冷却を行う潤滑装置を設けている（特許文献１）。

潤滑装置は、モータ側回転部材１１２の内部に設けられる潤滑油路１１２ａと、潤滑油路１１２ａからモータ側回転部材１１２の外径面に向かって延びる潤滑油供給口１１２ｂと、ハウジング１０２に設けられ、減速機１０５から潤滑油を排出する潤滑油排出口１０２ｂと、潤滑油排出口１０２ｂと潤滑油路１１２ａとを接続し、潤滑油排出口１０２ｂから排出された潤滑油を潤滑油路１１２ａに還流する循環油路１０２ｃと、ハウジング１０２内に配置され、車輪側回転部材１１０の回転を利用して潤滑油を循環させる回転ポンプ１１３とを備える。

潤滑油排出口１０２ｂと回転ポンプ１１３との間には、潤滑油を一時的に貯留するオイルタンク１０２ｄを、減速機１０５の減速部ハウジング１０２ｅの下部に設けている。

図１１のインホイールモータ駆動装置１０１では、回転ポンプ１１３によって吸い込んだ潤滑油を、ハウジング１０２の上部と背面側に設けた循環油路１０２ｃから電動モータ１０３のモータ側回転部材１１２を通して、減速機１０５に循環させている。なお、潤滑油の流れは、破線の矢印で示している。

ところで、インホイールモータ駆動装置の潤滑油は、使用により、次第に酸化すると共に、スラッジ（金属粉）等を含むようになる。

潤滑油が酸化したり、スラッジ（金属粉）が含まれたりすると、潤滑性能が低下する。また、混入した金属粉によって電動モータ１０３のコイルで短絡が発生し、車両故障に繋がる恐れもある。

したがって、潤滑油は、定期的に交換しなければならず、従来のインホイールモータ駆動装置１０１においては、減速機１０５の下方にドレンプラグ１１４を設置し、減速機１０５の下方のドレンプラグ１１４から重力により、潤滑油の排油を行って、潤滑油の交換を行っている（特許文献２）。

また、内燃機関においては、内部を正圧にして、オイル交換時の排油速度を向上させることも行われている（特許文献３）。

特開２００９−６３０４３号公報 特開２００８−４４４３５号公報 特開２０１１−３３０１３号公報

ところで、インホイールモータ駆動装置１０１は、少なくとも前輪か後輪の２つの駆動輪に設置される。

従来のインホイールモータ駆動装置１０１は、上記のように、減速機の下方にドレンプラグを設置し、減速機１０５の下方のドレンプラグ１１４から重力により、潤滑油の排油を行っている。

インホイールモータ駆動装置１０１は、自動車のホイールの内側空間部分に設置されているため、減速機１０５の下方にドレンプラグ１１４が設置されていると、潤滑油の交換の際に、インホイールモータ駆動装置１０１を車体から取り外したり、ホイールから取り外したりする必要がある。

インホイールモータ駆動装置１０１を車体から取り外したり、ホイールから取り外したりするのは、時間を要するため、潤滑油の交換作業が非常に面倒であった。特に、前輪と後輪が併せて４つある場合には、さらに時間を要し、交換作業が非常に面倒であった。

そこで、この発明は、潤滑油の排油位置と給油位置を工夫することにより、潤滑油を交換する際に、インホイールモータ駆動装置を車体から取り外したり、ホイールから取り外したりする必要がないようにし、潤滑油の交換作業を迅速に実施できるようにすることを課題とするものである。

前記の課題を解決するために、この発明は、駆動力を発生させる電動モータと、電動モータの回転を減速して出力する減速機と、減速機からの出力をホイールに伝える車輪ハブとを備え、電動モータと減速機がハウジング内に収容され、このハウジング内に電動モータと減速機の潤滑と冷却を行う潤滑油路を設けたインホイールモータ駆動装置において、前記電動モータのハウジングの背面に、潤滑油の給油と排油を強制的に行う潤滑油交換用ソケットを着脱可能に取り付けるための潤滑油の給油ポートと排油ポートを設けるようにしたものである。

インホイールモータ駆動装置では、電動モータのハウジングの背面は、ホイールの開口側に位置する。

給油ポートと排油ポートを電動モータのハウジングの背面に設けると、インホイールモータ駆動装置を車体から取り外したり、ホイールから取り外したりしなくても、潤滑油の給油と排油を行う潤滑油交換用ソケットを給油ポートと排油ポートに接続することができるので、潤滑油の交換作業が容易である。

給油ポートには、潤滑油の給油手段とエアー供給手段とを備える給油用の潤滑油交換用ソケットが着脱可能に取り付けられる。給油用の潤滑油交換用ソケットには、切換え弁を設け、切換え弁によって、給油ポートに、潤滑油の給油手段からの潤滑油と、エアー供給手段からのエアーとを切り替えて供給できるようする。

一方、排油ポートには、潤滑油の排油手段とエアー排出手段とを備える排油用の潤滑油交換用ソケットが着脱可能に取り付けられる。排油用の潤滑油交換用ソケットには、切換え弁が設けられ、切換え弁によって、潤滑油の排出手段による潤滑油の排出と、エアー排出手段からのエアーの排出とを切り替えて行うことができるようにする。

排油用の潤滑油交換用ソケットと排油ポートとの間には、排出される潤滑油の流量を検出する流量センサを設置する。

潤滑油を交換する際には、給油ポートに給油用の潤滑油交換用ソケットを、排油ポートに排油用の潤滑油交換用ソケットを接続し、潤滑油の給油手段による潤滑油の供給と、エアー供給手段よるエアー供給と、排油手段による潤滑油の排出と、エアー排出手段によるエアーの排出とをそれぞれ切り替えて、潤滑油の排出と潤滑油の供給を強制的に行う。

潤滑油の交換作業を開始する場合には、エアー供給手段よるエアー供給を行って、インホイールモータ駆動装置の内部を正圧状態にし、その状態で、排油手段を開放して潤滑油の排出を行う。そして、流量センサによって潤滑油の排出が所定流量になるまで、エアー供給手段によるエアー供給を続け、排油手段による潤滑油の排出を行う。次いで、流量センサによって潤滑油の排出が所定量になったことを検出すると、エアー供給手段よるエアー供給を停止し、排油ポートからエアー排出手段によるエアーの吸出しを行い、インホイールモータ駆動装置の内部を負圧状態にし、負圧の状態で給油手段による潤滑油の供給を行う。

以上のように、インホイールモータ駆動装置の内部を正圧状態にして、排油手段を開放して潤滑油の排出を行うと、排油がスムーズに行われ、その結果、排油時間を短縮することができる。
インホイールモータ駆動装置の内部のエアーを吸出し、負圧状態にして、給油手段から給油ポートに潤滑油を供給することにより、潤滑油のインホイールモータ駆動装置の内部に潤滑油がスムーズに供給され、その結果、給油時間を短縮することができる。

以上のように、この発明によれば、潤滑油を交換する際に、インホイールモータ駆動装置を車体から取り外したり、ホイールから取り外したりしなくても、潤滑油の交換作業を迅速に実施できる。

この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。 図１の電動モータの拡大図である。 図１の減速機の拡大図である。 図１の車輪ハブの拡大図である。 図１のV−V線の断面図である。 図１の偏心部周辺の拡大図である。 図１の回転ポンプを軸方向から見た図である。 図１のインホイールモータ駆動装置を有する電気自動車の概略平面図である。 図８の電気自動車を後方から見た図である。 給油手段、エアー供給手段、排油手段、エアー排出手段の切り替えの一例を示す制御フロー図である。 従来例のインホイールモータ駆動装置の断面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を備えた電気自動車１１は、図８に示すように、シャーシ１２と、操舵輪としての前輪１３と、駆動輪１４と、左右の駆動輪１４それぞれに駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置２１とを備える。駆動輪１４は、図９に示すように、シャーシ１２のホイールハウジング１２ａの内部に収容され、懸架装置（サスペンション）１２ｂを介してシャーシ１２の下部に固定されている。

懸架装置１２ｂは、左右に伸びるサスペンションアームによって駆動輪１４を支持すると共に、コイルスプリングとショックアブソーバとを含むストラットによって、駆動輪１４が地面から受ける振動を吸収してシャーシ１２の振動を抑制する。さらに、左右のサスペンションアームの連結部分には、旋回時等に車体の傾きを抑制するスタビライザが設けられる。なお、懸架装置１２ｂは、路面の凹凸に対する追従性を向上し、駆動輪の駆動力を効率良く路面に伝達するために、左右の車輪を独立して上下させることができる独立懸架式とするのが望ましい。

この電気自動車１１は、ホイールハウジング１２ａ内部に、左右の駆動輪１４それぞれ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、シャーシ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等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、左右の駆動輪の回転をそれぞれ制御することができるという利点を備えている。

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電動モータＡと、電動モータＡの回転を減速して出力する減速機Ｂと、減速機Ｂからの出力を駆動輪１４に伝える車輪ハブＣとを備え、電動モータＡと減速機Ｂとハウジング２２に収納されて、図９に示すように電気自動車１１のホイールハウジング１２ａ内に取り付けられる。

電動モータＡは、ハウジング２２に固定されるステータ２３と、ステータ２３の内側に径方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータ２４と、ロータ２４の内側に固定連結されてロータ２４と一体回転するモータ側回転部材２５とを備えるラジアルギャップモータである。ロータ２４は、フランジ形状のロータ部２４ａと円筒形状の中空部２４ｂとを有し、転がり軸受３６ａ、３６ｂによってハウジング２２に対して回転自在に支持されている。

モータ側回転部材２５は、電動モータＡの駆動力を減速機Ｂに伝達するために電動モータＡから減速機Ｂにかけて配置され、減速機Ｂ内に偏心部２５ａ、２５ｂを有する。このモータ側回転部材２５は、一端がロータ２４の中空部２４ｂとスプライン嵌合すると共に、減速機Ｂ内で転がり軸受３６ｃ、３６ｄによって支持される。さらに、２つの偏心部２５ａ、２５ｂは、偏心運動による遠心力を互いに打ち消し合うために、１８０°位相を変えて設けられている。

減速機Ｂは、偏心部２５ａ、２５ｂに回転自在に保持される公転部材としての曲線板２６ａ、２６ｂと、ハウジング２２上の固定位置に保持され、曲線板２６ａ、２６ｂの外周部に係合する外周係合部材としての複数の外ピン２７と、曲線板２６ａ、２６ｂの自転運動を車輪側回転部材２８に伝達する運動変換機構と、偏心部２５ａ、２５ｂに隣接する位置に一対のカウンタウェイト２９とを備える。また、減速機Ｂには、減速機Ｂに潤滑油を供給する潤滑装置が設けられている。

車輪側回転部材２８は、フランジ部２８ａと軸部２８ｂとを有する。フランジ部２８ａの端面には、車輪側回転部材２８の回転軸心を中心とする円周上の等間隔に内ピン３１を固定する穴が形成されている。また、軸部２８ｂはハブ部材３２に嵌合固定され、減速機Ｂの出力を駆動輪１４に伝達する。車輪側回転部材２８のフランジ部２８ａとモータ側回転部材２５とは、転がり軸受３６ｃ、３６ｄによって回転自在に支持されている。

曲線板２６ａ、２６ｂは、図５に示すように、外周部にエピトロコイド等のトロコイド系曲線で構成される複数の波形を有し、一方側端面から他方側端面に貫通する複数の貫通孔３０ａを有する。貫通孔３０ａは、曲線板２６ａ、２６ｂの自転軸心を中心とする円周上に等間隔に複数個設けられており、後述する内ピン３１を受入れる。また、貫通孔３０ｂは、曲線板２６ａ、２６ｂの中心に設けられており、偏心部２５ａ、２５ｂに嵌合する。

曲線板２６ａは、転がり軸受４１によって偏心部２５ａに対して回転自在に支持されている。図６に示すように、この転がり軸受４１は、偏心部２５ａの外径面に嵌合し、その外径面に内側軌道面４２ａを有する内輪部材４２と、曲線板２６ａの貫通孔３０ｂの内径面に直接形成された外側軌道面４３と、内側軌道面４２ａおよび外側軌道面４３の間に配置される複数の円筒ころ４４と、隣接する円筒ころ４４の間隔を保持する保持器（図示省略）とを備える円筒ころ軸受である。また、曲線板２６ｂも同様に転がり軸受４１によって偏心部２５ｂに対して回転自在に支持されている。

外ピン２７は、図３に示すように、モータ側回転部材２５の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられる。曲線板２６ａ、２６ｂが公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン２７とが係合して、曲線板２６ａ、２６ｂに自転運動を生じさせる。また、曲線板２６ａ、２６ｂとの摩擦抵抗を低減するために、外ピン２７の両端の位置に針状ころ軸受２７ａを有する。

カウンタウェイト２９は、円板状で、中心から外れた位置にモータ側回転部材２５と嵌合する貫通孔を有し、曲線板２６ａ、２６ｂの回転によって生じる不釣合い慣性偶力を打ち消すために、各偏心部２５ａ、２５ｂに隣接する位置に偏心部と１８０°位相を変えて配置される。

ここで、図６に示すように、２枚の曲線板２６ａ、２６ｂ間の中心点をＧとすると、図６の中心点Ｇの右側について、中心点Ｇと曲線板２６ａの中心との距離をＬ１、曲線板２６ａ、転がり軸受４１、および偏心部２５ａの質量の和をｍ１、曲線板２６ａの重心の回転軸心からの偏心量をε１とし、中心点Ｇとカウンタウェイト２９との距離をＬ２、カウンタウェイト２９の質量をｍ２、カウンタウェイト２９の重心の回転軸心からの偏心量をε２とすると、Ｌ１×ｍ１×ε１＝Ｌ２×ｍ２×ε２を満たす関係となっている。また、図６の中心点Ｇの左側の曲線板２６ｂとカウンタウェイト２９との間にも同様の関係が成立する。

運動変換機構は、図３に示すように、車輪側回転部材２８に保持された複数の内ピン３１と、曲線板２６ａ、２６ｂに設けられた貫通孔３０ａとで構成される。内ピン３１は、車輪側回転部材２８の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられており、その軸方向一方側端部が車輪側回転部材２８に固定されている。また、曲線板２６ａ、２６ｂとの摩擦抵抗を低減するために、曲線板２６ａ、２６ｂの貫通孔３０ａの内壁面に当接する位置に針状ころ軸受３１ａが設けられている。

一方、貫通孔３０ａは、複数の内ピン３１それぞれに対応する位置に設けられ、貫通孔３０ａの内径寸法は、内ピン３１の外径寸法（「針状ころ軸受３１ａを含む最大外径」を指す。以下同じ。）より所定分大きく設定されている。

潤滑装置は、図１に示すように、電動モータＡと減速機Ｂに潤滑油を供給するものであって、潤滑油路２５ｃと、潤滑油供給口２５ｄと、潤滑油排出口２２ｂと、オイルタンク２２ｄと、回転ポンプ５１と、循環油路２２ｅとを備える。

潤滑油路２５ｃは、モータ側回転部材２５の内部を軸線方向に沿って延びている。また、潤滑油供給口２５ｄは、潤滑油路２５ｃからモータ側回転部材２５の外径面に向かって延びている。なお、この実施形態において、潤滑油供給口２５ｄは、偏心部２５ａ、２５ｂにそれぞれ設けられている。

また、減速機Ｂを保持するハウジング２２ｆの下部の少なくとも１箇所には、減速機Ｂ内部の潤滑油を排出する潤滑油排出口２２ｂが設けられている。また、潤滑油排出口２２ｂは、減速機Ｂを保持するハウジング２２ｆの下部に設けたオイルタンク２２ｄに連通されている。

オイルタンク２２ｄは、減速機Ｂのハウジング２２ｆと電動モータＡのハウジング２２ｇとの間に設けた帰還油路２２ｃを介して回転ポンプ５１と接続され、オイルタンク２２ｄの潤滑油を回転ポンプ５１で吸い上げて、循環油路２２ｅを経由して潤滑油路２５ｃに強制的に還流させている。

ここで、回転ポンプ５１は、図７に示すように、車輪側回転部材２８の回転を利用して回転するインナーロータ５２と、インナーロータ５２の回転に伴って従動回転するアウターロータ５３と、ポンプ室５４と、帰還油路２２ｃに連通する吸入口５５と、循環油路２２ｅに連通する吐出口５６とを備えるサイクロイドポンプである。

インナーロータ５２は、外径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。具体的には、歯先部分５２ａの形状がエピサイクロイド曲線、歯溝部分５２ｂの形状がハイポサイクロイド曲線となっている。このインナーロータ５２は、スタビライザ３１ｂの円筒部３１ｄの外径面に嵌合して内ピン３１（車輪側回転部材２８）と一体回転する（図１参照）。

アウターロータ５３は、内径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。具体的には、歯先部分５３ａの形状がハイポサイクロイド曲線、歯溝部分５３ｂの形状がエピサイクロイド曲線となっている。このアウターロータ５３は、ハウジング２２に回転自在に支持されている。

インナーロータ５２は、回転中心ｃ１を中心として回転する。一方、アウターロータ５３は、インナーロータの回転中心ｃ１と異なる回転中心ｃ２を中心として回転する。また、インナーロータ５２の歯数をｎとすると、アウターロータ５３の歯数は（ｎ＋１）となる。なお、この実施形態においては、ｎ＝５としている。

インナーロータ５２とアウターロータ５３との間の空間には、複数のポンプ室５４が設けられている。そして、インナーロータ５２が車輪側回転部材２８の回転を利用して回転すると、アウターロータ５３は従動回転する。このとき、インナーロータ５２およびアウターロータ５３はそれぞれ異なる回転中心ｃ１、ｃ２を中心として回転するので、ポンプ室５４の容積は連続的に変化する。これにより、吸入口５５から流入した潤滑油が吐出口５６から循環油路２２ｅに圧送される。

なお、前記回転ポンプ５１は、減速後の回転数でなく、電動モータＡの回転数で駆動するようにしてもよい。

減速機Ｂのハウジング２２ｆには、下部に潤滑油のオイルタンク２２ｄが設けられ、オイルタンク２２ｄ内の潤滑油を回転ポンプ５１によって吸い込み、電動モータＡと減速機Ｂに潤滑油を供給し、潤滑と冷却を行っている。

上記のように、オイルタンク２２ｄを設けると、高速回転時においては、回転ポンプ５１によって排出しきれない潤滑油を一時的にオイルタンク２２ｄに貯留しておくことができる。その結果、減速機Ｂのトルク損失の増加を防止することができる。一方、低速回転時においては、潤滑油排出口２２ｂに到達する潤滑油量が少なくなっても、オイルタンク２２ｄに貯留されている潤滑油を潤滑油路２５ｃに還流することができる。その結果、減速機Ｂに安定して潤滑油を供給することができる。

図２に示すように、潤滑油を減速機Ｂの内部に供給する潤滑油路２５ｃは、電動モータＡの回転が減速機Ｂで減速した回転に同期して駆動される回転ポンプ５１の吐出口から、電動モータＡのハウジング２２ｇの内側に沿って後方に延び、ロータ２４の中空部２４ｂの後端部からその潤滑油路２５ｃを経て、減速機Ｂのモータ側回転部材２５の潤滑油供給口２５ｄによって構成される（図３参照）。また、電動モータＡのロータ２４の中空部２４ｂには、電動モータＡに潤滑油を給油するための給油孔２５ｅが設けられている。

潤滑油の帰還油路２２ｃは、減速機Ｂのハウジング２２ｆの底部に設けられた潤滑油排出口２２ｂ、オイルタンク２２ｄを経て回転ポンプ５１の吸入口に至る通路により構成される。潤滑油の流れは、破線の矢印で示す通りである。

この発明に係るインホイールモータ駆動装置は、電動モータＡのハウジング２２ｇの背面に、モータ側回転部材２５の潤滑油路２５ｃと同軸上に、潤滑油路２５ｃに繋がる給油ポート６５を設置している。この給油ポート６５には、潤滑油の給油手段６６ａとエアー供給手段６６ｂとを備える給油用の潤滑油交換用ソケット６６が着脱可能に取り付けられている。給油用の潤滑油交換用ソケット６６には、切換え弁６６ｃが設けられ、切換え弁６６ｃによって、給油ポート６５に、潤滑油の給油手段６６ａからの潤滑油と、エアー供給手段６６ｂからのエアーとを切り替えて供給することができる。

電動モータＡのハウジング２２ｇの背面には、前記給油ポート６５とは別に、排油ポート６７が設置されている。この排油ポート６７は、ハウジング２２ｇの底部と背面に設けた排油通路６８を介して、減速機Ｂのハウジング２２ｆの下方のオイルタンク２２ｄに接続されている。この排油ポート６７には、潤滑油の排油手段６９ａとエアー排出手段６９ｂとを備える排油用の潤滑油交換用ソケット６９が着脱可能に取り付けられている。排油用の潤滑油交換用ソケット６９には、切換え弁６９ｃが設けられ、切換え弁６９ｃによって、潤滑油の排油手段６９ａによる潤滑油の排出と、エアー排出手段６９ｂからのエアーの排出を切り替えることができる。

排油用の潤滑油交換用ソケット６９と排油ポート６７との間には、排出される潤滑油の流量を検出する流量センサ７０が設置されている。

潤滑油を交換する際には、給油ポート６５に給油用の潤滑油交換用ソケット６６を、排油ポートに６７に排油用の潤滑油交換用ソケット６９をそれぞれ接続し、潤滑油の給油手段６６ａによる潤滑油の供給と、エアー供給手段６６ｂよるエアー供給と、排油手段６９ａによる潤滑油の排出と、エアー排出手段６９ｂによるエアーの排出とをそれぞれ次のように切り替えて、潤滑油の排出と潤滑油の供給を行う。

図１０に示すように、潤滑油の交換作業を開始する場合には、エアー供給手段６６ｂよるエアー供給を行って、インホイールモータ駆動装置の内部を正圧状態にし、その状態で、排油手段６９ａを開放して潤滑油の排出を行う。そして、流量センサ７０によって潤滑油の排出が所定量以下になるまで、エアー供給手段６６ｂよるエアー供給を続け、排油手段６９ａによる潤滑油の排出を行う。次いで、流量センサ７０によって潤滑油の排出が所定量以下になったことを検知すると、エアー供給手段６６ｂよるエアー供給を停止し、排油ポート６７からエアー排出手段６９ｂによるエアーの吸出しを行い、インホイールモータ駆動装置の内部を負圧状態にし、負圧状態で給油手段６６ａによる潤滑油の供給を行う。

以上のように、インホイールモータ駆動装置の内部を正圧状態にして、排油手段３９ａを開放して潤滑油の排出を行うと、排油がスムーズに行われ、その結果、排油時間を短時間で行うことができる。

インホイールモータ駆動装置の内部のエアーを吸出し、負圧状態にして、給油手段６６ａから給油ポート６５に潤滑油を供給すると、潤滑油のインホイールモータ駆動装置の内部に潤滑油がスムーズに供給され、その結果、給油時間を短時間で行うことができる。

車輪ハブＣは、図４に示すように、車輪側回転部材２８に固定連結されたハブ部材３２と、ハブ部材３２を減速機Ｂのハウジング２２ｆに対して回転自在に保持する車輪ハブ軸受３３とを備える。ハブ部材３２は、円筒形状の中空部３２ａとフランジ部３２ｂとを有する。フランジ部３２ｂにはボルト３２ｃによって駆動輪１４が固定連結される。また、車輪側回転部材２８の軸部２８ｂの外径面にはスプラインおよび雄ねじが形成されている。また、ハブ部材３２の中空部３２ａの内径面にはスプライン穴が形成されている。そして、ハブ部材３２の内径面に車輪側回転部材２８を嵌合し、その先端の雌ねじにナット３２ｄを螺合することによって、両者を締結している。

車輪ハブ軸受３３は、ハブ部材３２の中空部３２ａの車両アウター側の外径面に一体形成されたアウター側軌道面とハブ部材３２の中空部３２ａの車両インナー側の外径面に嵌合された外面にインナー側軌道面を有する内輪３３ｂとからなる内方部材３３ａと、この内方部材３３ａのアウター側軌道面とインナー側軌道面に配置される複列の玉３３ｃと、内方部材３３ａのアウター側軌道面とインナー側軌道面に対向するアウター側軌道面とインナー側軌道面を内周面に有する外方部材３３ｄと、隣接する玉３３ｃの間隔を保持する保持器３３ｅと、車輪ハブ軸受３３の軸方向両端部を密封する密封部材３３ｆ、３３ｇとを備える複列アンギュラ玉軸受である。

車輪ハブ軸受３３の外方部材３３ｄは、ハウジング２２ｆに対して締結ボルト３７によって固定される。

上記構成のインホイールモータ駆動装置２１の動作について説明する。
電動モータＡは、例えば、ステータ２３のコイル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、永久磁石または磁性体によって構成されるロータ２４が回転する。このとき、コイルに高周波数の電圧を印加する程、ロータ２４は高速回転する。

これにより、ロータ２４に接続されたモータ側回転部材２５が回転すると、曲線板２６ａ、２６ｂはモータ側回転部材２５の回転軸心を中心として公転運動する。このとき、外ピン２７が、曲線板２６ａ、２６ｂの曲線形状の波形と係合して、曲線板２６ａ、２６ｂをモータ側回転部材２５の回転とは逆向きに自転運動させる。

貫通孔３０ａに挿通する内ピン３１は、曲線板２６ａ、２６ｂの自転運動に伴って貫通孔３０ａの内壁面と当接する。これにより、曲線板２６ａ、２６ｂの公転運動が内ピン３１に伝わらず、曲線板２６ａ、２６ｂの自転運動のみが車輪側回転部材２８を介して車輪ハブＣに伝達される。

このとき、モータ側回転部材２５の回転が減速機Ｂによって減速されて車輪側回転部材２８に伝達されるので、低トルク、高回転型の電動モータＡを採用した場合でも、駆動輪１４に必要なトルクを伝達することが可能となる。

なお、上記構成の減速機Ｂの減速比は、外ピン２７の数をＺＡ、曲線板２６ａ，２６ｂの波形の数をＺＢとすると、（ＺＡ−ＺＢ）／ＺＢで算出される。図５に示す実施形態では、ＺＡ＝１２、ＺＢ＝１１であるので、減速比は１／１１と、非常に大きな減速比を得ることができる。

このように、多段構成とすることなく大きな減速比を得ることができる減速機Ｂを採用することにより、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を得ることができる。また、外ピン２７および内ピン３１の曲線板２６ａ、２６ｂに当接する位置に針状ころ軸受２７ａ、３１ａを設けたことにより、摩擦抵抗が低減されるので、減速機Ｂの伝達効率が向上する。

上記の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を電気自動車１１に採用することにより、ばね下重量を抑えることができる。その結果、走行安定性に優れた電気自動車１１を得ることができる。

また、上記の実施形態においては、潤滑油供給口２５ｄを偏心部２５ａ、２５ｂに設けた例を示したが、これに限ることなく、モータ側回転部材２５の任意の位置に設けることができる。ただし、転がり軸受４１に安定して潤滑油を供給する観点からは、潤滑油供給口２５ｄは偏心部２５ａ、２５ｂに設けるのが望ましい。

また、上記の実施形態においては、回転ポンプ５１を車輪側回転部材２８の回転を利用して駆動した例を示したが、回転ポンプ５１はモータ側回転部材２５の回転を利用して駆動することもできる。しかし、モータ側回転部材２５の回転数は車輪側回転部材２８と比較して大きい（上記の実施形態では１１倍）ので、回転ポンプ５１の耐久性が低下するおそれがある。また、車輪側回転部材２８に接続しても十分な排出量を確保することができる。これらの観点から、回転ポンプ５１は車輪側回転部材２８の回転を利用して駆動するのが望ましい。

また、上記の実施形態においては、回転ポンプ５１としてサイクロイドポンプの例を示したが、これに限ることなく、車輪側回転部材２８の回転を利用して駆動するあらゆる回転型ポンプを採用することができる。

また、上記の実施形態においては、減速機Ｂの曲線板２６ａ、２６ｂを１８０°位相を変えて２枚設けたが、この曲線板の枚数は任意に設定することができ、例えば、曲線板を３枚設ける場合は、１２０°位相を変えて設けるとよい。

また、上記の実施形態における運動変換機構は、車輪側回転部材２８に固定された内ピン３１と、曲線板２６ａ、２６ｂに設けられた貫通孔３０ａとで構成される例を示したが、これに限ることなく、減速機Ｂの回転をハブ部材３２に伝達可能な任意の構成とすることができる。例えば、曲線板に固定された内ピンと、車輪側回転部材に形成された穴とで構成される運動変換機構であってもよい。

なお、上記の実施形態における動作の説明は、各部材の回転に着目して行ったが、実際にはトルクを含む動力が電動モータＡから駆動輪に伝達される。したがって、上述のように減速された動力は高トルクに変換されたものとなっている。

また、上記の実施形態における動作の説明では、電動モータＡに電力を供給して電動モータＡを駆動させ、電動モータＡからの動力を駆動輪１４に伝達させたが、これとは逆に、車両が減速したり坂を下ったりするようなときは、駆動輪１４側からの動力を減速機Ｂで高回転低トルクの回転に変換して電動モータＡに伝達し、電動モータＡで発電しても良い。さらに、ここで発電した電力は、バッテリーに蓄電しておき、後で電動モータＡを駆動させたり、車両に備えられた他の電動機器等の作動に用いたりしてもよい。

さらに、上記の実施形態の構成にブレーキを加えることもできる。例えば、図１の構成において、ハウジング２２を軸方向に延長してロータ２４の図中右側に空間を形成し、ロータ２４と一体的に回転する回転部材と、ハウジング２２に回転不能にかつ軸方向に移動可能なピストンと、このピストンを作動させるシリンダとを配置して、車両停止時にピストンと回転部材とを嵌合させてロータ２４をロックするパーキングブレーキであってもよい。

または、ロータ２４と一体的に回転する回転部材の一部に形成されたフランジおよびハウジング２２側に設置された摩擦板をハウジング２２側に設置されたシリンダで挟むディスクブレーキであってもよい。さらに、この回転部材の一部にドラムを形成すると共に、ハウジング２２側にブレーキシューを固定し、摩擦係合およびセルフエンゲージ作用で回転部材をロックするドラムブレーキを用いることができる。

また、上記の実施形態において、曲線板２６ａ、２６ｂを支持する軸受として円筒ころ軸受の例を示したが、これに限ることなく、例えば、すべり軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受等、すべり軸受であるか転がり軸受であるかを問わず、転動体がころであるか玉であるかを問わず、さらには複列か単列かを問わず、あらゆる軸受を適用することができる。また、その他の場所に配置される軸受についても、同様に任意の形態の軸受を採用することができる。

ただし、深溝玉軸受は、円筒ころ軸受と比較して許容限界回転数は高い反面、負荷容量が低い。そのため、必要な負荷容量を得るためには、大型の深溝玉軸受を採用しなければならない。したがって、インホイールモータ駆動装置２１のコンパクト化の観点からは、転がり軸受４１には円筒ころ軸受が好適である。

また、上記の各実施形態においては、電動モータＡにラジアルギャップモータを採用した例を示したが、これに限ることなく、任意の構成のモータを適用可能である。例えばハウジングに固定されるステータと、ステータの内側に軸方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータとを備えるアキシアルギャップモータであってもよい。

また、上記の各実施形態においては、減速機Ｂにサイクロイド減速機構を採用したインホイールモータ駆動装置２１の例を示したが、これに限ることなく、任意の減速機構を採用することができる。例えば、遊星歯車減速機構や平行軸歯車減速機構等が該当する。

さらに、図８に示した電気自動車１１は、後輪を駆動輪１４とした例を示したが、これに限ることなく、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をも含むものとして理解すべきである。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１１ 電気自動車
１２ シャーシ
１２ａ ホイールハウジング
１２ｂ 懸架装置
１３ 前輪
１４ 駆動輪
２１ インホイールモータ駆動装置
２２ ハウジング
２２ｂ 潤滑油排出口
２２ｃ 帰還油路
２２ｄ オイルタンク
２２ｅ 循環油路
２２ｆ ハウジング
２２ｇ ハウジング
２３ ステータ
２４ ロータ
２４ａ ロータ部
２４ｂ 中空部
２５ モータ側回転部材
２５ａ 偏心部
２５ｂ 偏心部
２５ｃ 潤滑油路
２５ｄ 潤滑油供給口
２５ｅ 給油孔
２６ａ 曲線板
２６ｂ 曲線板
２７ 外ピン
２７ａ 軸受
２８ 車輪側回転部材
２８ａ フランジ部
２８ｂ 軸部
２９ カウンタウェイト
３０ａ 貫通孔
３０ｂ 貫通孔
３１ 内ピン
３１ａ 軸受
３１ｂ スタビライザ
３１ｄ 円筒部
３２ ハブ部材
３２ａ 中空部
３２ｂ フランジ部
３２ｃ ボルト
３２ｄ ナット
３３ 車輪ハブ軸受
３３ａ 内方部材
３３ｂ 内輪
３３ｃ 玉
３３ｄ 外方部材
３３ｅ 保持器
３３ｆ 密封部材
３３ｇ 密封部材
３６ａ 転がり軸受
３６ｂ 転がり軸受
３６ｃ 転がり軸受
３７ 締結ボルト
３９ａ 排油手段
４１ 転がり軸受
４２ 内輪部材
４２ａ 内側軌道面
４３ 外側軌道面
５１ 回転ポンプ
５２ インナーロータ
５２ａ 歯先部分
５２ｂ 歯溝部分
５３ アウターロータ
５３ａ 歯先部分
５３ｂ 歯溝部分
５４ ポンプ室
５５ 吸入口
５６ 吐出口
６５ 給油ポート
６６ 潤滑油交換用ソケット
６６ａ 給油手段
６６ｂ エアー供給手段
６６ｃ 切換え弁
６７ 排油ポート
６８ 排油通路
６９ 潤滑油交換用ソケット
６９ａ 排油手段
６９ｂ エアー排出手段
６９ｃ 切換え弁
７０ 流量センサ
Ａ 電動モータ
Ｂ 減速機
Ｃ 車輪ハブ

Claims (2)

1. 駆動力を発生させる電動モータと、電動モータの回転を減速して出力する減速機と、減速機からの出力をホイールに伝える車輪ハブとを備え、電動モータと減速機がハウジング内に収容され、このハウジング内に電動モータと減速機の潤滑と冷却を行う潤滑油路を設け、前記ハウジングの下部に潤滑油を貯留するオイルタンクを設けたインホイールモータ駆動装置において、前記電動モータのハウジングの背面に、潤滑油の給油と排油を行う潤滑油交換用ソケットを着脱可能に取り付けるための潤滑油の給油ポートと排油ポートを設け、前記給油ポートに取り付けられる潤滑油交換用ソケットに、給油手段とエアー供給手段が切り替え可能に接続され、前記排油ポートに取り付けられる潤滑油交換用ソケットに、排油手段とエアー排出手段が切り替え可能に接続され、前記給油ポートと排油ポートが前記オイルタンクの上面よりも高い位置に設け、潤滑油の交換作業を開始する場合に、エアー供給手段によるエアー供給を行って、インホイールモータ駆動装置の内部を正圧状態にし、その状態で、排油手段を開放して潤滑油の排出を行い、エアー供給手段よるエアー供給を停止し、排油ポートからエアー排出手段によるエアーの吸出しを行い、インホイールモータ駆動装置の内部を負圧状態にし、負圧状態で給油手段による潤滑油の供給を行うことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
2. 前記排油ポートに取り付けられる潤滑油交換用ソケットに流量センサを介して、排油手段とエアー排出手段が切り替え可能に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
   
   

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