JP6324761B2 - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、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が、例えば下記の特許文献１に開示されている。インホイールモータ駆動装置は、装置全体がホイールの内部に収容され、あるいはホイール近傍に配置される関係上、その重量や大きさが車両のばね下重量（走行性能）や客室スペースの広さに影響を及ぼすので、できるだけ軽量・コンパクト化する必要がある。そこで、特許文献１のインホイールモータ駆動装置では、駆動力を発生させるモータ部と、車輪を連結固定する車輪用軸受部との間に減速部を設けることにより、モータ部、ひいては装置全体の小型化を図るようにしている。モータ部、車輪用軸受部および減速部はケーシングに保持されており、ケーシングは図示しない懸架装置を介して車体に取り付けられる。

さらに、特許文献１のインホイールモータ駆動装置では、軽量・コンパクト化を推進しつつ、車輪用軸受部で必要とされる大きなトルクを得るために、モータ部に低トルクで高回転型（例えば１５０００ｍｉｎ^−１程度）のモータを採用すると共に、減速部に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している。

サイクロイド減速機を適用した減速部は、主に、偏心部を有する減速機入力軸と、偏心部の外周に配置される曲線板と、曲線板の外周部と周方向に係合して曲線板に自転運動を生じさせる複数の外周係合部材（外ピン）と、曲線板の自転運動を減速機出力軸の回転運動に変換する運動変換機構とを備える。減速機入力軸は、スプライン嵌合等によってモータ部の回転軸（モータ回転軸）に連結されると共に、転がり軸受によって回転自在に支持されている。

特開２０１２−１４８７２５号公報

減速機入力軸は、上記のように、スプライン嵌合等によってモータ回転軸と連結され、また、転がり軸受によって回転自在に支持されることから、少なくともモータ回転軸との連結部や転がり軸受の被固定部（以下、これらをまとめて「他部材との嵌め合い部」ともいう）については、その耐摩耗性や強度（特に表面硬度）をできるだけ高めることが要求される。加えて、減速機入力軸はモータ回転軸と一体に高速回転すること、また、インホイールモータ駆動装置を搭載した車両の運転走行時に、車輪用軸受部を介して瞬間的な衝撃荷重が減速機入力軸に入力される場合があること、などから、減速機入力軸は高い靱性を具備することも求められる。

その一方、インホイールモータ駆動装置を普及させるためにはインホイールモータ駆動装置を低コスト化する必要があることから、減速機入力軸は、できるだけ簡便に作製（加工）可能であることが望まれる。

以上のように、インホイールモータ駆動装置に組み込まれる減速機入力軸は、種々の要求特性を同時に満足する必要がある。しかしながら、特許文献１のインホイールモータ駆動装置においては、以上のような種々の要求特性について何ら検討されていない。従って、特許文献１のインホイールモータ駆動装置には製造上および実用上の問題がある。

本発明は上記の実情に鑑みて創案されたものであり、その目的とするところは、簡便に作製可能でありながら強度、耐摩耗性および靱性等に優れた減速機入力軸を実現し、これを通じて、低コストでかつ耐久性に優れたインホイールモータ駆動装置を提供することにある。

本発明は、上記の目的を達成するために、減速部を構成する減速機入力軸の材料面について検討し、その結果見出された以下の知見に基づいている。

耐摩耗性および強度（表面硬度）を高いレベルで満足することのできる材料として、例えば、肌焼き鋼等の低炭素鋼に浸炭焼入れ焼戻しを施したもの、軸受鋼にずぶ焼入れを施したもの、高炭素鋼に高周波焼入れを施したもの、などを挙げることができる。しかしながら、ずぶ焼入れを施した場合には、表層部のみならず芯部の硬度も高まる。そのため、軸受鋼にずぶ焼入れを施したものでは、減速機入力軸に必要とされる靱性を確保することが難しく、例えば瞬間的な衝撃荷重が減速機入力軸に入力された場合に減速機入力軸が破損・破断等し易いという問題がある。また、高炭素鋼は、低炭素鋼に比べて材料単価が高い上に加工性に劣るという問題があることに加え、これに高周波焼入れを適切に実施するためには、ワークの形状に応じた専用のコイルを設計・準備する必要がある。そのため、高炭素鋼では、減速機入力軸の形状変更に対する柔軟性に欠ける。

そこで、本発明では、モータ部、減速部および車輪用軸受部がケーシングに保持され、減速部が、モータ部の回転軸に連結された減速機入力軸と、減速機構により減速された減速機入力軸の回転を車輪用軸受部に伝達する減速機出力軸とを有し、減速機入力軸が転がり軸受により回転自在に支持されたインホイールモータ駆動装置において、減速機入力軸が肌焼き鋼で形成され、熱処理として浸炭焼入れ焼戻しが施されていることを特徴とするインホイールモータ駆動装置を提供する。

低炭素鋼の一種である肌焼き鋼は、熱処理前の段階では比較的軟質で加工性に優れるため、所定の形状を簡便かつ高精度に得ることができる。その一方、肌焼き鋼からなるワークに、熱処理として浸炭焼入れ焼戻しを施せば、芯部に必要とされる靱性を確保しつつ、表層部の耐摩耗性および強度を効果的に高めることができる。しかも、浸炭焼入れ焼戻しは、形状の小変更に対する柔軟性を有するので、熱処理に要するコストは少なくて済む。以上より、上記構成によれば、低コストに作製可能でありながら、他部材との嵌め合い部における耐摩耗性および強度（表面硬度）が高められると共に芯部に必要とされる靱性が確保された減速機入力軸を得ることができる。従って、インホイールモータ駆動装置の低コスト化および耐久性の向上を同時に実現することができる。

インホイールモータ駆動装置は、さらに、減速部の減速機構に潤滑油を供給する潤滑機構を有するものとすることができ、この潤滑機構は、減速機入力軸の内部に設けた潤滑油路を含んで構成することができる。このようにすれば、減速機入力軸が加工性に優れた肌焼き鋼で形成されている関係上、減速機入力軸の内部に所望の形態の潤滑油路を容易に形成することができる。これにより、減速機構を安定的に潤滑・冷却して減速機構の作動性を良好な状態に維持することができる。

上記構成において、減速機構は、減速機入力軸に一体的に設けられた偏心部と、この偏心部に回転自在に保持され、減速機入力軸の回転に伴ってその回転軸心を中心とする公転運動を行う公転部材と、公転部材の外周部に係合して公転部材に自転運動を生じさせる外周係合部材と、公転部材の自転運動を減速機出力軸の回転運動に変換する運動変換機構とを備えるものとすることができる。端的に述べると、減速機構としては、いわゆるサイクロイド減速機構を採用することができる。この場合、偏心部を軸方向の複数箇所に設け、各偏心部を、減速機入力軸の回転に伴って生じる遠心力を打ち消し合うように位相を相互に異ならせて設けるのが好ましい。減速機入力軸の振れ回りを可及的に防止して動力を効率良く伝達するためである。上記のとおり、減速機入力軸が加工性に優れた肌焼き鋼で形成されているので、一又は複数の偏心部が一体的に設けられた減速機入力軸を容易にかつ精度良く作製することができる。

上記構成において、減速機入力軸にスプラインを形成し、このスプラインをモータ部の回転軸（モータ回転軸）に設けたスプラインに嵌合することにより、減速機入力軸とモータ回転軸とを連結することができる。本発明の構成上、減速機入力軸に設けられるスプラインは、その耐摩耗性や表面硬度が十分に高められているので、モータ部と減速部との間で、長期に亘って動力を安定的に伝達することができる。また、スプラインが形成された減速機入力軸を容易にかつ精度良く作製することができる。なお、ここでいうスプラインは、いわゆるセレーションも含む概念である。

以上より、本発明によれば、簡便に作製可能でありながら強度、耐摩耗性および靱性等に優れた減速機入力軸を実現することができるので、耐久性（信頼性）に優れたインホイールモータ駆動装置を低コストに提供することができる。

本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示す図である。 図１のＯ−Ｏ線矢視断面図である 図１の曲線板に作用する荷重を示す説明図である。 図１の回転ポンプの横断面図である。 （ａ）図は、減速機入力軸をインボード側から見たときの平面図、（ｂ）図は減速機入力軸の拡大断面図である。 電気自動車の概略平面図である。 図６の電気自動車を後方から見た概略断面図である。

図６および図７に基づいてインホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車１１の概要を説明する。図６に示すように、電気自動車１１は、シャシー１２と、操舵輪として機能する一対の前輪１３と、駆動輪として機能する一対の後輪１４と、左右の後輪１４のそれぞれを駆動するインホイールモータ駆動装置２１とを備える。図７に示すように、後輪１４は、シャシー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を介してシャシー１２の下部に固定されている。

懸架装置１２ｂは、左右に延びるサスペンションアームによって後輪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、後輪１４が路面から受ける振動を吸収してシャシー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、旋回時等の車体の傾きを抑制するスタビライザが設けられる。懸架装置１２ｂは、路面の凹凸に対する追従性を向上し、後輪１４の駆動力を効率よ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では、左右のホイールハウジング１２ａの内部に、左右の後輪１４それぞれを回転駆動させるインホイールモータ駆動装置２１が組み込まれるので、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等を設ける必要がなくなる。そのため、この電気自動車１１は、客室スペースを広く確保でき、しかも、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備えている。

電気自動車１１の走行安定性およびＮＶＨ特性を向上するためには、ばね下重量を抑える必要がある。また、電気自動車１１の客室スペースを拡大するためには、インホイールモータ駆動装置２１を小型化する必要がある。そこで、図１に示すように、本発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を採用する。

本発明の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を図１〜図５に基づいて説明する。図１に示すように、インホイールモータ駆動装置２１は、駆動力を発生させるモータ部Ａと、モータ部Ａの回転を減速して出力する減速部Ｂと、減速部Ｂからの出力を後輪１４（図６、７参照）に伝達する車輪用軸受部Ｃとを備え、これらはケーシング２２に保持されている。また、詳細は後述するが、このインホイールモータ駆動装置２１は、モータ部Ａおよび減速部Ｂ（減速機構）の各所に潤滑油を供給する潤滑機構を有する。モータ部Ａと減速部Ｂはケーシング２２に収納された状態で電気自動車１１のホイールハウジング１２ａ（図７参照）内に取り付けられる。

モータ部Ａは、ケーシング２２に固定されているステータ２３ａと、ステータ２３ａの内側に径方向の隙間を介して対向配置されたロータ２３ｂと、外周にロータ２３ｂを装着した中空構造の回転軸（モータ回転軸）２４とを備えるラジアルギャップモータであり、モータ回転軸２４は１５０００ｍｉｎ^−１程度の回転数で回転可能とされている。

モータ回転軸２４は、その軸方向一方側（図１の右側であり、以下「インボード側」ともいう）および他方側（図１の左側であり、以下「アウトボード側」ともいう）の端部にそれぞれ配置された転がり軸受３６，３６によってケーシング２２に対して回転自在に支持されている。転がり軸受３６は、いわゆる深溝玉軸受であり、ケーシング２２の内径面に嵌合固定された外輪と、モータ回転軸２４の外径面に嵌合固定された内輪と、外輪と内輪との間に配置された複数のボールと、複数のボールを周方向に離間した状態で保持する保持器とを備える。

減速部Ｂは、モータ部Ａにより回転駆動される減速機入力軸２５と、減速機入力軸２５と同軸に配置された減速機出力軸２８と、減速機入力軸２５の回転を減速した上で減速機出力軸２８に伝達する減速機構とを備え、減速機出力軸２８は、減速機構により減速された減速機入力軸２５の回転を車輪用軸受部Ｃに伝達する。

減速機入力軸２５は、軸方向二箇所に離間して配置された転がり軸受３７ａ，３７ｂによって減速機出力軸２８に対して回転自在に支持されている。図５（ａ）（ｂ）にも示すように、減速機入力軸２５の軸方向二箇所には、軸心が減速機入力軸２５の回転軸心に対して偏心した偏心部２５ａ，２５ｂが一体的に設けられており、これら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、位相を１８０°異ならせて設けられている。

減速機入力軸２５は、そのインボード側の端部外周に形成したスプライン２５ｇ（セレーションを含む。以下同じ。）を、モータ回転軸２４のアウトボード側の端部内周に形成したスプラインに嵌合する、いわゆるスプライン嵌合によってモータ回転軸２４と連結されている。これにより、モータ部Ａの駆動力が減速部Ｂに伝達される。このように、減速機入力軸２５はモータ回転軸２４と連結されていることから、モータ部Ａの駆動時には、減速機入力軸２５もモータ回転軸２４と同様に１５０００ｍｉｎ^−１程度で高速回転する。このとき、減速機入力軸２５と転がり軸受３７ａ，３７ｂの内輪との間の嵌め合いがすきま嵌めであると、モータ回転軸２４の回転時に無視できないような異音・振動が生じ、電気自動車１１のＮＶＨ特性に悪影響が及ぶ。そのため、減速機入力軸２５と転がり軸受３７ａ，３７ｂの内輪との間の嵌め合いはしまり嵌めとしている。

減速機出力軸２８は、図１に示すように、軸部２８ｂと、軸部２８ｂのインボード側の端部から径方向外向きに延びたフランジ部２８ａとを有する。フランジ部２８ａには、後述する内ピン３１のアウトボード側の端部が嵌合固定される軸方向の貫通孔が形成されており、貫通孔は、減速機出力軸２８の回転軸心を中心とする円周上に等間隔で複数形成されている。軸部２８ｂは、車輪用軸受部Ｃを構成する中空構造のハブ輪３２にスプライン嵌合によって連結されている。

減速機構は、減速機入力軸２５の偏心部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、ケーシング２２上の固定位置に保持され、曲線板２６ａ，２６ｂの外周部と周方向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の自転運動を減速機出力軸２８の回転運動に変換する運動変換機構とを主な構成とする。

図２に示すように、曲線板２６ａは、その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する。また、曲線板２６ａは、その両端面に開口する軸方向の貫通孔３０ａ，３０ｂを有する。貫通孔３０ａは、曲線板２６ａの自転軸心を中心とする円周上に等間隔で複数設けられており、後述する内ピン３１を１本ずつ受け入れる。貫通孔３０ｂは、曲線板２６ａの中心に設けられており、減速機入力軸２５の偏心部２５ａ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。転がり軸受４１は、外径面に内側軌道面４２ａを有し、偏心部２５ａの外径面に嵌合した内輪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と外側軌道面４３の間に配置される複数の円筒ころ４４と、円筒ころ４４を保持する保持器（図示せず）とを備える円筒ころ軸受である。内輪４２は、内側軌道面４２ａの軸方向両端部から径方向外側に突出する鍔部４２ｂを有する。本実施形態の転がり軸受４１では、偏心部２５ａとは別体に設けた内輪４２に内側軌道面４２ａを形成しているが、偏心部２５ａの外径面に内側軌道面を直接形成することで内輪４２を省略してもよい。なお、詳細な図示および説明は省略するが、曲線板２６ｂは、曲線板２６ａと同様の構造を有しており、曲線板２６ａを支持する転がり軸受４１と同様の構造を有する転がり軸受によって偏心部２５ｂに対して回転自在に支持されている。

図２に示すように、外ピン２７は、減速機入力軸２５の回転軸心を中心とする円周上に等間隔で複数設けられている。曲線板２６ａ，２６ｂが公転運動すると、曲線板２６ａ，２６ｂの外周部と外ピン２７とが周方向で係合し、曲線板２６ａ，２６ｂに自転運動を生じさせる。各外ピン２７は、図１に示すように、そのインボード側およびアウトボード側の端部にそれぞれ配された一対の転がり軸受（針状ころ軸受）６１，６１、および一対の針状ころ軸受６１，６１を内周に保持した外ピンハウジング６０を介してケーシング２２に回転自在に支持されている。かかる構成により、外ピン２７と曲線板２６ａ，２６ｂとの間の接触抵抗が低減される。

詳細な図示は省略しているが、外ピンハウジング６０は、弾性支持機能を有する回り止め手段（図示せず）によってケーシング２２に対してフローティング状態に支持されている。これは、車両の旋回や急加減速等によって生じる大きなラジアル荷重やモーメント荷重を吸収して、曲線板２６ａ，２６ｂの自転運動を減速機出力軸２８の回転運動に変換する運動変換機構の構成部品の破損を防止するためである。

偏心部２５ａ，２５ｂの軸方向外側には、それぞれ、カウンタウェイト２９が隣接配置されている。カウンタウェイト２９は略扇形状で、減速機入力軸２５の外周に嵌合固定されている。各カウンタウェイト２９は、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、軸方向に隣接する偏心部２５ａ（又は２５ｂ）と１８０°位相を変えて配置される。

図１，２に示すように、運動変換機構は、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、減速機出力軸２８の回転軸心を中心とする円周上に等間隔に設けられており、そのアウトボード側の端部が減速機出力軸２８のフランジ部２８ａに設けた孔部（図示例では貫通孔）に固定されている。減速機出力軸２８は減速機入力軸２５と同軸上に配置されているので、曲線板２６ａ，２６ｂの自転運動は、減速機入力軸２５の回転軸心を中心とする回転運動に変換された上で減速機出力軸２８に伝達される。また、内ピン３１と曲線板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の内周に針状ころ軸受３１ａが設けられている。

減速部Ｂは、スタビライザ３１ｂをさらに有する。スタビライザ３１ｂは、円環形状の円環部３１ｃと、円環部３１ｃの内径面から軸方向に延びる円筒部３１ｄとを一体に有し、各内ピン３１のインボード側の端部は、円環部３１ｃに固定されている。これにより、曲線板２６ａ，２６ｂから一部の内ピン３１に負荷される荷重はスタビライザ３１ｂを介して全ての内ピン３１によって支持されるため、内ピン３１に作用する応力を低減させ、耐久性を向上させることができる。

図２に示すように、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。）よりも所定寸法大きく設定されている。

ここで、モータ部Ａの駆動時に曲線板２６ａに作用する荷重の状態を図３に基づいて説明する。なお、モータ部Ａの駆動時には、曲線板２６ｂにも以下に説明するのと同様にして荷重が作用する。

減速機入力軸２５に設けられた偏心部２５ａの軸心Ｏ_２は、減速機入力軸２５の軸心（回転軸心）Ｏから偏心量ｅだけ偏心している。偏心部２５ａの外周には曲線板２６ａが取り付けられ、偏心部２５ａは曲線板２６ａを回転自在に支持するので、軸心Ｏ_２は曲線板２６ａの軸心でもある。曲線板２６ａの外周部は波形曲線で形成され、径方向に窪んだ凹部３４を周方向等間隔に有する。曲線板２６ａの周囲には、凹部３４と周方向で係合する外ピン２７が、軸心Ｏを中心として周方向に複数配設されている。

図３において、減速機入力軸２５が紙面上で反時計周りに回転すると、偏心部２５ａは軸心Ｏを中心とする公転運動を行うので、曲線板２６ａの凹部３４が外ピン２７と周方向に順次当接する。この結果、曲線板２６ａは、複数の外ピン２７から図中矢印で示すような荷重Ｆｉを受けて、時計回りに自転する。

また、曲線板２６ａには貫通孔３０ａが軸心Ｏ_２を中心として周方向に複数配設されており、各貫通孔３０ａには、軸心Ｏ（減速機入力軸２５）と同軸に配置された減速機出力軸２８に固定される内ピン３１が挿通されている。貫通孔３０ａの内径は内ピン３１の外径よりも所定寸法大きいため、内ピン３１は、曲線板２６ａの公転運動の障害とはならず、曲線板２６ａの自転運動を取り出して減速機出力軸２８を回転させる。このとき、減速機出力軸２８は、減速機入力軸２５よりも高トルクかつ低回転数になり、曲線板２６ａは、複数の内ピン３１から図中矢印で示すような荷重Ｆｊを受ける。これらの複数の荷重Ｆｉ、Ｆｊの合力Ｆｓが減速機入力軸２５にかかる。

合力Ｆｓの方向は、曲線板２６ａの波形形状や凹部３４の数などの幾何学的条件の他、遠心力の影響により変化する。具体的には、自転軸心Ｏ_２と軸心Ｏとを結ぶ直線Ｙと直角であって自転軸心Ｏ_２を通過する基準線Ｘと、合力Ｆｓとの角度αは概ね３０°〜６０°で変動する。上記の複数の荷重Ｆｉ、Ｆｊは、減速機入力軸２５が１回転する間に荷重の方向や大きさが変化し、その結果、減速機入力軸２５に作用する合力Ｆｓも荷重の方向や大きさが変動する。そして、減速機入力軸２５が１回転すると、曲線板２６ａの凹部３４が減速されて１ピッチ時計回りに回転し、図３の状態になり、これを繰り返す。

図１に示すように、車輪用軸受部Ｃは、ハブ輪３２と、ハブ輪３２をケーシング２２に対して回転自在に支持する車輪用軸受３３とを備える。ハブ輪３２は、減速機出力軸２８の軸部２８ｂに連結された円筒状の中空部３２ａと、中空部３２ａのアウトボード側の端部から径方向外向きに延びたフランジ部３２ｂとを一体に有する。フランジ部３２ｂにはボルト３２ｃによって後輪１４（図６，７参照）が連結固定されるので、ハブ輪３２の回転時には後輪１４がハブ輪３２と一体回転する。

車輪用軸受３３は、ハブ輪３２の外径面に直接形成された内側軌道面３３ｆおよび外径面の小径段部に嵌合された内輪３３ａを有する内方部材と、ケーシング２２の内径面に嵌合固定された外輪３３ｂと、内方部材と外輪３３ｂの間に配置された複数のボール３３ｃと、ボール３３ｃを周方向に離間した状態で保持する保持器３３ｄと、車輪用軸受３３の軸方向両端部を密封するシール部材３３ｅとを備えた複列アンギュラ玉軸受である。

次に潤滑機構を説明する。潤滑機構は、モータ部Ａおよび減速部Ｂの各所に潤滑油を供給するものであって、図１に示すように、モータ回転軸２４に設けた潤滑油路２４ａ，２４ｂと、減速機入力軸２５に設けた潤滑油路２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆと、スタビライザ３１ｂに設けた潤滑油路３１ｅと、内ピン３１に設けた潤滑油路３１ｆと、ケーシング２２に設けた潤滑油排出口２２ｂ、潤滑油貯留部２２ｄ、潤滑油路２２ｅおよび潤滑油路４５（４５ａ〜４５ｃ）と、ケーシング２２内に配置され、潤滑油を循環油路４５に圧送する回転ポンプ５１とを主な構成とする。図１中に示した白抜き矢印は潤滑油の流れる方向を示している。

潤滑油路２４ａは、モータ回転軸２４の内部を軸方向に沿って延びており、この潤滑油路２４ａには、減速機入力軸２５の内部を軸方向に沿って延びた潤滑油路２５ｃが接続されている。潤滑油路２５ｄは、潤滑油路２５ｃから減速機入力軸２５の外径面に向かって径方向に延びており、その外径端部は偏心部２５ａ，２５ｂの外径面に開口している。潤滑油路２５ｅは、潤滑油路２５ｃのアウトボード側の端部から軸方向に延び、減速機入力軸２５のアウトボード側の外端面に開口している。潤滑油路２５ｆは、潤滑油路２５ｄと同様に潤滑油路２５ｃから減速機入力軸２５の外径面に向かって径方向に延びており、その外径端部は、減速機入力軸２５の外径面のうち転がり軸受３７ａの被固定部よりもインボード側の領域（スタビライザ３１ｂに設けた潤滑油路３１ｅの内径側開口部の軸方向位置）に開口している。なお、特に径方向に延びる潤滑油路の形成位置はこれに限らず、減速機入力軸２５の軸方向の任意の位置に設けることができる。

ケーシング２２に設けられた潤滑油排出口２２ｂは、減速部Ｂ内部（減速機構）の潤滑油を排出するものであって、減速部Ｂの位置におけるケーシング２２の少なくとも１箇所に設けられている。潤滑油排出口２２ｂとモータ回転軸２４の潤滑油路２４ａとは、潤滑油貯留部２２ｄ、潤滑油路２２ｅおよび潤滑油路４５を介して接続されている。そのため、潤滑油排出口２２ｂから排出された潤滑油は、潤滑油路２２ｅや循環油路４５等を経由してモータ回転軸２４の潤滑油路２４ａに還流する。なお、潤滑油貯留部２２ｄは、潤滑油を一時的に貯留する機能を有する。

図１に示すように、ケーシング２２に設けた循環油路４５は、ケーシング２２の内部を軸方向に延びる軸方向油路４５ａと、軸方向油路４５ａのアウトボード側およびインボード側の端部にそれぞれ接続されて径方向に延びる径方向油路４５ｂ，４５ｃとで構成される。径方向油路４５ｂは回転ポンプ５１から圧送された潤滑油を軸方向油路４５ａに供給し、軸方向油路４５ａに供給された潤滑油は、径方向油路４５ｃを介してモータ回転軸２４の潤滑油路２４ａ、さらには減速機入力軸２５の潤滑油路２５ｃに供給される。

回転ポンプ５１は、潤滑油貯留部２２ｄに接続された潤滑油路２２ｅと循環油路４５との間に設けられている。回転ポンプ５１をケーシング２２内に配置することによって、インホイールモータ駆動装置２１が全体として大型化するのを防止することができる。

図４に示すように、回転ポンプ５１は、減速機出力軸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、両ロータ５２，５３間の空間に設けられた複数のポンプ室５４と、潤滑油路２２ｅに連通する吸入口５５と、循環油路４５の径方向油路４５ｂ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、回転中心ｃ_１を中心として回転し、アウターロータ５３は、インナーロータ５２の回転中心ｃ_１と異なる回転中心ｃ_２を中心として回転する。このように、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ｃ_１、ｃ_２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からポンプ室５４に流入した潤滑油は吐出口５６から循環油路４５の径方向油路４５ｂに圧送される。

潤滑機構は、主に以上の構成を有しており、以下のようにしてモータ部Ａおよび減速部Ｂの各所を潤滑・冷却する。

まず、モータ部Ａのうち、ロータ２３ｂおよびステータ２３ａへの潤滑油の供給は、図１に示すように、主に、ケーシング２２の循環油路４５を介してモータ回転軸２４の潤滑油路２４ａに供給された潤滑油の一部が、モータ回転軸２４の回転に伴って生じる遠心力および回転ポンプ５１の圧力の影響を受けて潤滑油路２４ｂの外径側開口部から吐出されることにより行われる。すなわち、潤滑油路２４ｂの外径側開口部から吐出された潤滑油はロータ２３ｂに供給され、その後、ステータ２３ａに供給される。また、モータ回転軸２４のインボード側の端部を支持する転がり軸受３６は、主に、循環油路４５を流れる潤滑油の一部がケーシング２２とモータ回転軸２４との間から滲み出ることにより潤滑される。さらに、モータ回転軸２４のアウトボード側の端部を支持する転がり軸受３６は、主に、潤滑油路２４ｂから吐出され、ケーシング２２のうち、モータ部Ａを収容した部分のアウトボード側内壁面を伝い落ちてきた潤滑油により潤滑される。

次に、モータ回転軸２４の潤滑油路２４ａを経由して減速機入力軸２５の潤滑油路２５ｃに流入した潤滑油は、減速機入力軸２５の回転に伴う遠心力および回転ポンプ５１の圧力の影響を受けて潤滑油路２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの開口部から減速部Ｂの内部（減速機構）に向けて吐出される。吐出された潤滑油は、主に遠心力により減速部Ｂ内の各所に供給されて減速部Ｂ内の各所を潤滑・冷却する。

より詳細には、潤滑油路２５ｅ，２５ｆの開口部から吐出された潤滑油は、遠心力の作用により、減速機入力軸２５を支持する転がり軸受３７ａ，３７ｂに供給される。さらに、潤滑油路２５ｆから吐出された潤滑油は、スタビライザ３１ｂ内の潤滑油路３１ｅへ導かれて内ピン３１内の潤滑油路３１ｆへ至り、この潤滑油路３１ｆから内ピン３１を支持する転がり軸受（針状ころ軸受）３１ａに供給される。さらに、遠心力により、曲線板２６ａ，２６ｂと内ピン３１との当接部分、曲線板２６ａ，２６ｂと外ピン２７との当接部分、外ピン２７を支持する転がり軸受６１、減速機出力軸２８を支持する転がり軸受４６などを潤滑しながら径方向外側に移動する。

一方、潤滑油路２５ｄの開口部から吐出された潤滑油は、曲線板２６ａ，２６ｂを支持する転がり軸受４１（図２参照）に供給される。さらに、潤滑油路２５ｅ，２５ｆから吐出された潤滑油と同様に、遠心力により、曲線板２６ａ，２６ｂと内ピン３１との当接部分や、曲線板２６ａ，２６ｂと外ピン２７との当接部分等を潤滑しながら径方向外側に移動する。

そして、ケーシング２２の内壁面に到達した潤滑油は、潤滑油排出口２２ｂから排出されて潤滑油貯留部２２ｄに貯留される。このように、潤滑油排出口２２ｂと回転ポンプ５１に接続された潤滑油路２２ｅとの間に潤滑油貯留部２２ｄが設けられているので、特に高速回転時などに回転ポンプ５１によって排出しきれない潤滑油が一時的に発生しても、その潤滑油を潤滑油貯留部２２ｄに貯留しておくことができる。その結果、減速部Ｂの各所における発熱やトルク損失の増加を防止することができる。一方、特に低速回転時などには、潤滑油排出口２２ｂに到達する潤滑油量が少なくなるが、このような場合であっても、潤滑油貯留部２２ｄに貯留されている潤滑油を潤滑油路２４ａ，２５ｃに還流することができるので、モータ部Ａおよび減速部Ｂに安定して潤滑油を供給することができる。

なお、減速部Ｂ内部の潤滑油は、遠心力に加え、重力によっても外側に移動する。したがって、このインホイールモータ駆動装置２１は、潤滑油貯留部２２ｄがインホイールモータ駆動装置２１の下部に位置するように、電気自動車１１に取り付けるのが望ましい。

インホイールモータ駆動装置２１の全体構造は前述したとおりであり、本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、以下に示すような特徴的な構成を有する。

図５（ｂ）に減速機入力軸２５の拡大断面図を示す。減速機入力軸２５は、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４２０等の肌焼き鋼からなり、熱処理としての浸炭焼入れ焼戻しが施されることにより形成された硬化層Ｈ（図５中クロスハッチングで示す）を有する。図５（ｂ）からも明らかなように、本実施形態では減速機入力軸２５全体に浸炭焼入れ焼戻しを施している。硬化層Ｈの硬度はロックウェル硬さＣスケール（ＨＲＣ）で６２〜６６．５とされる一方、芯部（硬化層Ｈが形成されていない部分）の硬度はＨＲＣ２９〜３８程度である。

上述したとおり、減速機入力軸２５は、その軸方向の二箇所に離間して配置された転がり軸受３７ａ，３７ｂ（図１参照）によって回転自在に支持され、かつ減速機入力軸２５と転がり軸受３７ａ，３７ｂの内輪との嵌め合いは、モータ回転軸２４（減速機入力軸２５）の回転時における異音・振動の発生防止対策からしまり嵌めとしている。しまり嵌めの場合、転がり軸受３７ａ，３７ｂの内輪は、減速機入力軸２５の外径面に対して摺動しながら減速機入力軸２５に装着されるが、減速機入力軸２５の表層部には硬化層Ｈが形成され、減速機入力軸２５の外径面の表面硬度が高められているので、転がり軸受３７ａ，３７ｂの内輪装着時における減速機入力軸２５の外径面の摩耗・損傷を防止することができる。

また、減速部Ｂ（減速機構）としてサイクロイド減速機を採用した本発明のインホイールモータ駆動装置２１では、モータ部Ａの駆動時に、減速機入力軸２５に対して曲線板２６ａ，２６ｂから荷重の方向や大きさが変動するラジアル荷重やモーメント荷重が作用する。このため、モータ回転軸２４に形成したスプラインと減速機入力軸２５に形成したスプライン２５ｇとを嵌合することで形成されるスプライン嵌合部におけるトルク伝達は、モータ回転軸２４と減速機入力軸２５の軸心がある程度傾いた状態、あるいは芯ずれした状態の中で行われる場合が多い。そのため、減速機入力軸２５とモータ回転軸２４のスプライ嵌合部には比較的大きな摩擦力や荷重が作用するが、減速機入力軸２５の表層部にはスプライン２５ｇの形成部位を含めて硬化層Ｈが形成されているので、スプライン２５ｇの耐摩耗性等を高めてスプライン２５ｇの摩耗や損傷を可及的に防止することができる。

また、肌焼き鋼で形成された減速機入力軸２５の芯部には硬化層Ｈが形成されていないので、減速機入力軸２５は靱性を有する。これにより、車両の運転走行時に車輪用軸受部Ｃを介して減速機入力軸２５に入力される瞬間的な衝撃荷重にも耐えることができる。

また、特に本実施形態の減速機入力軸２５は、偏心部２５ａ，２５ｂを一体に有し、かつ、潤滑機構を構成する潤滑油路２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆと、モータ回転軸２４のスプラインに嵌合されるスプライン２５ｇとを有する関係上、形状が複雑で加工コストの増大が懸念される。これに対し、減速機入力軸２５の形成材料として、熱処理（浸炭焼入れ焼戻し）前の段階では比較的軟質で加工性に富む肌焼き鋼を選択しているので、減速機入力軸２５の作製コストを効果的に抑制することができる。

以上より、本発明によれば、加工性に優れ、簡便に作製可能でありながら、他部材との嵌め合い部における強度（表面硬度）や耐摩耗性に優れると共に、必要な靱性が確保された減速機入力軸２５を実現することができる。これにより、低コストでかつ耐久性に優れた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。

以上の構成を有す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、図１および図２を参照しながら説明する。

モータ部Ａでは、例えば、ステータ２３ａ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、永久磁石又は磁性体によって構成されるロータ２３ｂが回転する。これに伴って、モータ回転軸２４に連結された減速機入力軸２５が回転すると、曲線板２６ａ、２６ｂは減速機入力軸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は、曲線板２６ａ，２６ｂの外周部に設けられた曲線形状の波形と周方向で係合し、曲線板２６ａ、２６ｂを減速機入力軸２５の回転方向とは逆向きに自転回転させる。

貫通孔３０ａに挿通された内ピン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の自転運動のみが減速機出力軸２８を介して車輪用軸受部Ｃに伝達される。このとき、減速機入力軸２５の回転が減速部Ｂによって減速されて減速機出力軸２８に伝達されるので、低トルク、高回転型のモータ部Ａを採用した場合でも、駆動輪（後輪）１４に必要なトルクを伝達することが可能となる。

上記構成の減速部Ｂの減速比は、外ピン２７の数をＺ_Ａ、曲線板２６ａ，２６ｂの外周部に設けた波形の数をＺ_Ｂとすると、（Ｚ_Ａ−Ｚ_Ｂ）／Ｚ_Ｂで算出される。図２に示す実施形態では、Ｚ_Ａ＝１２、Ｚ_Ｂ＝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部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を回転自在に支持する転がり軸受（針状ころ軸受）６１，３１ａを設けたことにより、曲線板２６ａ，２６ｂと外ピン２７および内ピン３１との間の摩擦抵抗が低減されるので、減速部Ｂにおける動力伝達効率が向上する。

上述したように、本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、装置全体として軽量・コンパクト化が図られている。そのため、このインホイールモータ駆動装置２１を電気自動車１１に搭載すれば、ばね下重量を抑えることができるので、走行安定性およびＮＶＨ特性に優れた電気自動車１１を実現することができる。

以上、本発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１について説明を行ったが、インホイールモータ駆動装置２１には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。

例えば、以上で説明した実施形態においては、モータ回転軸２４の形成材料について特に言及していないが、モータ回転軸２４は、減速機入力軸２５と同様に、浸炭焼入れ焼戻しが施された肌焼き鋼で形成することができる。この場合、モータ回転軸２４と減速機入力軸２５の熱膨張量が概ね等しくなる。その結果、モータ部Ａの駆動時においても上記二軸２４，２５の連結状態が変化するのを可及的に防止することができるので、上記二軸２４，２５間における動力伝達を安定的に行うことができる。なお、モータ回転軸２４が上記材料で形成されていれば、モータ回転軸２４を簡便に作製可能でき、しかも他部材（転がり軸受３６やロータ２３ｂ）との嵌め合い部における表面硬度や耐摩耗性に優れると共に、必要とされる靱性を具備するモータ回転軸２４を実現することができる。

また、以上では、回転ポンプ５１としてサイクロイドポンプを採用したが、これに限ることなく、減速機出力軸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。さらには、回転ポンプ５１を省略して、遠心力のみによって潤滑油を循環させるようにしてもよい。

また、以上では、減速機入力軸２５の軸方向二箇所に偏心部２５ａ，２５ｂを設けたが、偏心部の形成個数は任意に設定することができる。例えば、偏心部は、減速機入力軸２５の軸方向三箇所に設けることができ、この場合、各偏心部は、減速機入力軸２５の回転に伴って生じる遠心力を打ち消し合うように１２０°位相を変えて設けるのが好ましい。

また、以上では、一端が減速機出力軸２８のフランジ部２８ａに固定された内ピン３１と、曲線板２６ａ，２６ｂに設けた貫通孔３０ａとで運動変換機構を構成したが、運動変換機構は、減速部Ｂの回転をハブ輪３２に伝達可能な任意の構成とすることができる。

本実施形態における作動の説明は、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モータ部Ａから後輪１４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、モータ部Ａに電力を供給してモータ部Ａを駆動させ、モータ部Ａからの動力を後輪１４に伝達させる場合を示したが、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、後輪１４側からの動力を減速部Ｂで高回転低トルクの回転に変換してモータ部Ａに伝達し、モータ部Ａで発電するように構成することもできる。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、モータ部Ａの駆動用電力や、車両に備えられた他の電動機器の作動用電力として活用することもできる。

また、以上では、モータ部Ａにラジアルギャップモータを採用した構成に本発明を適用したが、本発明は、モータ部Ａに、ステータとロータとを軸方向の隙間を介して対向させるアキシャルギャップモータを採用した場合にも好ましく適用できる。

さらに、本発明に係るインホイールモータ駆動装置は、後輪１４を駆動輪とした後輪駆動タイプの電気自動車１１のみならず、前輪１３を駆動輪とした前輪駆動タイプの電気自動車や、前輪１３および後輪１４を駆動輪とした４輪駆動タイプの電気自動車に適用することもできる。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。

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、さらに種々の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。

１１ 電気自動車
２１ インホイールモータ駆動装置
２２ ケーシング
２４ モータ回転軸（モータ部の回転軸）
２５ 減速機入力軸
２５ａ，２５ｂ 偏心部
２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ 潤滑油路
２５ｇ スプライン
２６ａ，２６ｂ 曲線板（公転部材）
２７ 外ピン（外周係合部材）
２８ 減速機出力軸
３１ 内ピン
３２ ハブ輪
３７ａ，３７ｂ 転がり軸受
Ａ モータ部
Ｂ 減速部
Ｃ 車輪用軸受部
Ｈ 硬化層

Claims (6)

1. モータ部、減速部および車輪用軸受部がケーシングに保持され、前記減速部が、前記モータ部の回転軸に連結された減速機入力軸と、減速機構により減速された前記減速機入力軸の回転を前記車輪用軸受部に伝達する減速機出力軸とを有し、前記減速機入力軸が転がり軸受により回転自在に支持されたインホイールモータ駆動装置において、
   前記減速機入力軸は、肌焼き鋼で形成され、熱処理として浸炭焼入れ焼戻しが施されることにより形成された硬化層をその表層部全域に有し、
   前記減速機入力軸のうち、前記硬化層の硬度および前記硬化層が形成されていない部分の硬度が、それぞれ、ＨＲＣ６２〜６６．５およびＨＲＣ２９〜３８であることを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
2. 前記減速機構に潤滑油を供給する潤滑機構をさらに有し、
   前記潤滑機構は、前記減速機入力軸の内部に設けた潤滑油路を含んで構成されている請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
3. 前記減速機構が、前記減速機入力軸に一体的に設けられた偏心部と、該偏心部に回転自在に保持され、前記減速機入力軸の回転に伴ってその回転軸心を中心とする公転運動を行う公転部材と、該公転部材の外周部に係合して前記公転部材に自転運動を生じさせる外周係合部材と、前記公転部材の自転運動を前記減速機出力軸の回転運動に変換する運動変換機構とを備える請求項１又は２に記載のインホイールモータ駆動装置。
4. 前記偏心部が軸方向の複数箇所に設けられ、各偏心部は、前記減速機入力軸の回転に伴って生じる遠心力を打ち消し合うように位相を相互に異ならせて設けられている請求項３に記載のインホイールモータ駆動装置。
5. 前記減速機入力軸に形成したスプラインを前記モータ部の回転軸に設けたスプラインに嵌合することにより、前記減速機入力軸が前記モータ部の回転軸に連結されている請求項１〜４の何れか一項に記載のインホイールモータ駆動装置。
6. 前記肌焼き鋼が、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４２０およびＳＣｒ４２０の群から選択される何れか一種である請求項１〜５の何れか一項に記載のインホイールモータ駆動装置。

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