JP6581453B2 - 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の内部構造に関する。

インホイールモータは、車輪の内部に配置されることから、エンジン（内燃機関）のように自動車の車体上に搭載する必要がなく、車体の内部空間を大きく確保できる等の点で有利である。インホイールモータとしては従来、例えば、特開２００８−４４４３８号公報（特許文献１）および特開２００８−１８４１１１号公報（特許文献２）に記載のものが知られている。特許文献１および特許文献２に記載のインホイールモータ構造は、車輪ホイールと、該車輪ホイールと同軸に結合する外輪側部材と、該外輪側部材よりも内径側に同軸に配置される内輪側部材と、これら外内輪側部材間に配置される２列のアンギュラーボールベアリングと、内輪側部材よりも内径側に同軸に配置される単純遊星歯車機構と、単純遊星歯車機構および外内輪側部材よりも車軸方向内側に配置されるカウンターギヤ機構と、車軸から直角方向にオフセットして車軸と平行に配置されるモータとを備える。

特開２００８−４４４３８号公報 特開２００８−１８４１１１号公報

上記従来のようなインホイールモータにあっては、外輪側部材、内輪側部材、単純遊星歯車機構を車軸と同軸に配置する。そしてこれらの端面を、カバー状の動力伝達部材で覆う。また動力伝達部材は、内輪側部材よりも内径側に配置される単純遊星歯車機構のキャリアと、内輪側部材よりも外径側に配置される外輪側部材とを互いに連結して、単純遊星歯車機構の出力回転を外輪側部材に伝達する。しかしながらかかる連結構造は、内輪側部材よりも内径側の回転を、内輪側部材を迂回して取り出し、内輪側部材より外径側へ伝達するため、複雑となってしまう。したがって組立性およびコスト面において不利である。

本発明は、上述の実情に鑑み、従来よりも改善されたインホイールモータの構造を提供することを目的とする。

この目的のため本発明によるインホイールモータ駆動装置は、車輪と一体回転する外輪
、外輪の内周に配置される内側固定部材、および外輪と内側固定部材との環状隙間に配置
される複数の転動体を有する車輪ハブ軸受部と、外輪を駆動するモータ部と、モータ部の
回転を減速して外輪に伝達する減速部とを備える。これらのうち減速部は平行軸式減速機
であって、外輪の外周面に同軸に設けられる出力歯車と、モータ部のモータ回転軸と結合
する入力歯車と、入力歯車から出力歯車へ回転を伝達する少なくとも１個の中間歯車とを
含み、該中間歯車のうち少なくとも１個が、外輪よりも外径側に配置され、かつ外輪と軸線方向に重なり、出力歯車と前記外輪は半径方向に相対変位可能に連結され、出力歯車は歯先および歯底を外周に有する大径部と大径部の中心に形成される小径の筒部とを含み、出力歯車の筒部は軸受を介して減速部のケーシングに回転可能に支持される。

かかる本発明によれば、車輪ハブ軸受部の内側固定部材を回転不能に支持し、車輪ハブ軸受部の外輪外周に外歯歯車の歯を設け、外輪外周の出力歯車を駆動して外輪を回転させることから、車輪ハブ軸受部の周辺構造が複雑とならない。したがって組立性およびコスト面において有利である。また本発明によれば、外輪の挙動に係わらず、出力歯車を安定して支持することができる。なお平行歯車式減速機とは、出力歯車の軸線と中間歯車の軸線と入力歯車の軸線が互いに平行に延びる減速機をいう。中間歯車の軸線は１本であってもよいし、複数本であってもよい。また平行歯車式減速機の一部の軸に遊星歯車組を設けてもよい。

中間歯車は、単純な構成にあっては、入力歯車および出力歯車と噛合する１個の外歯歯車のみとなる。あるいは中間歯車は、入力歯車と噛合する１個の外歯歯車と、出力歯車と噛合する１個の外歯歯車を含み、これら２個の中間歯車を中間軸で同軸に結合してもよい。あるいは中間歯車は、入力歯車と噛合する１個の外歯歯車と、出力歯車と噛合する１個の外歯歯車と、これら２個の中間歯車の間に介在して一方の中間歯車から他方の中間歯車に回転を伝達する１または複数の中間歯車とを含んでもよい。本発明の一実施形態として、中間歯車は全て外輪よりも外径側に配置される。かかる実施形態によれば、減速部全体の軸線方向位置を車輪ハブ軸受部に重ねて配置することができる。したがってインホイールモータ駆動装置の軸線方向寸法を小さくすることができる。他の実施形態として、軸線方向にみて中間歯車の一部が外輪と重なっていてもよい。

本発明の好ましい実施形態として転動体は複列に配置され、出力歯車は、最も軸線方向一方側の列に配置される前記転動体の中心の軸線方向位置から、最も軸線方向他方側の列に配置される転動体の中心の軸線方向位置までの間の軸線方向領域に配置される。かかる実施形態によれば外輪は、車輪の駆動中において複列の転動体に安定して支持される。他の実施形態として出力歯車の一部または全部が、上述した軸線方向領域から外れるように配置されてもよい。

本発明のさらに好ましい実施形態としてモータ部は、車輪ハブ軸受部の軸線から離れるようオフセットして配置される。かかる実施形態によれば、モータ部の一部または全部を外輪の軸線方向位置に重ねて配置することができる。したがってインホイールモータ駆動装置の軸線方向寸法を短くすることができる。より好ましくはモータ部が車輪ハブ軸受部の外輪よりも外径側に配置される。さらに好ましくはモータ部が外輪の軸線方向位置と重なるよう配置される。他の実施形態として、モータ部は車輪ハブ軸受部の軸線と交差するよう配置される。具体的には例えばモータ部および車輪ハブ軸受部が同軸に配置される。

本発明の一実施形態としてモータ部は、外輪と結合する車輪ホイールのリム内径と等しい径を有する円の中に配置される。あるいは一実施形態として減速部は、外輪と結合する車輪ホイールのリム内径と等しい径を有する円の中に配置される。かかる実施形態によれば、インホイールモータ駆動装置を車輪ホイールの内空領域に収納することができる。他の実施形態としてモータ部の一部、あるいはモータ部の全部、あるいは減速部の一部が、この円から外径側にはみ出してもよい。

本発明の好ましい実施形態として、筒部は大径部から軸線方向両側へ延び、軸受は筒部の両端部をそれぞれ支持する。

本発明の一実施形態として出力歯車は、径方向に正のすきまを有するスプラインで外輪に連結される。かかる実施形態によれば、出力歯車と外輪は半径方向に相対変位可能に連結され、出力歯車と外輪の間でトルク伝達が可能になる。

本発明の好ましい実施形態として車輪ハブ軸受部の転動体は複列に配置され、スプラインは転動体の列間に配置される。かかる実施形態によれば、外輪の挙動に係わらず、出力歯車を安定して支持することができる。

本発明のさらに好ましい実施形態としてスプラインは、外輪と出力歯車の間で軸線方向の摺動を許容する。かかる実施形態によれば、外輪が軸線方向に僅かに変位する場合であっても、出力歯車の軸線方向変位を回避することができる。

このように本発明によれば、車輪ハブ軸受部と減速部との連結構造を簡易なものにすることができる。したがって組立性およびコスト上有利である。

本発明の一実施形態になるインホイールモータ駆動装置を示す縦断面図である。 同実施形態を模式的に示す横断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態になるインホイールモータ駆動装置を示す縦断面図である。図２は、同実施形態を模式的に示す横断面図であり、減速部の内部を図１のＩＩ―ＩＩで切断し、軸線方向にみた状態を表す。インホイールモータ駆動装置１０は、図示しない車輪の中心に設けられる車輪ハブ軸受部１１と、車輪を駆動するモータ部２１と、モータ部の回転を減速して車輪ハブ軸受部１１に伝達する減速部３１を備える。モータ部２１および減速部３１は、車輪ハブ軸受部１１の軸線Ｏからオフセットして配置される。

車輪ハブ軸受部１１は、図示しない車輪ホイールと結合する車輪ハブとしての外輪１２と、外輪１２の中心孔に通される内側固定部材１３と、外輪１２と内側固定部材１３との環状隙間に配置される複数の転動体１４を有する。内側固定部材１３は、非回転の固定軸１５と、インナーレース１６と、抜け止めナット１７を含む。固定軸１５は軸線Ｏ方向に延び、軸線Ｏ方向一方で小径に形成され、軸線Ｏ方向他方で大径に形成される。そして固定軸１５の軸線Ｏ方向他方は、車幅方向内側を指向して、サスペンション部材１０１に取り付けられる。また固定軸１５の軸線Ｏ方向一方は、車幅方向外側を指向し、外周には環状のインナーレース１６が嵌合される。さらに固定軸１５の軸線Ｏ方向一方端には、抜け止めナット１７が螺合し、インナーレース１６が抜け止めされる。以下の説明において、軸線Ｏ方向一方とは車幅方向外側を意味し、軸線Ｏ方向他方とは車幅方向内側を意味する。

転動体１４は、軸線Ｏ方向に離隔して複列に配置される。インナーレース１６の外径面は、第１列の転動体１４の内側軌道面を構成し、外輪１２の軸線Ｏ方向一方の内径面と対面する。これに対し固定軸１５の軸線Ｏ方向中央部の外周は、第２列の転動体１４の内側軌道面を構成し、外輪１２の軸線Ｏ方向他方の内径面と対面する。

外輪１２の軸線Ｏ方向一方端にはフランジ１２ｆが形成される。フランジ１２ｆは円板状のブレーキロータ１０２および図示しない車輪と同軸に結合するための結合部を構成する。外輪１２はフランジ１２ｆで車輪と結合して、車輪と一体回転する。

モータ部２１は図１に示すように、モータ回転軸２２、ロータ２３、ステータ２４、モータケーシング２５、およびモータケーシングカバー２５ｖを有し、この順序でモータ部２１の軸線Ｍから外径側へ順次配置される。モータ部２１は、インナーロータ、アウターステータ形式のラジアルギャップモータであるが、他の形式であってもよい。例えば図示しなかったがモータ部２１はアキシャルギャップであってもよい。

モータ回転軸２２およびロータ２３の回転中心になる軸線Ｍは、車輪ハブ軸受部１１の軸線Ｏと平行に延びる。つまりモータ部２１は、車輪ハブ軸受部１１の軸線Ｏから離れるようオフセットして配置される。またモータ部２１の軸線方向位置は、図１に示すように車輪ハブ軸受部１１の内側固定部材１３と重なり合う。これによりインホイールモータ駆動装置１０の軸線方向寸法を短くすることができる。モータ回転軸２２の両端部は、転がり軸受２７，２８を介して、モータケーシング２５に回転自在に支持される。モータケーシング２５は略円筒形状であり、軸線Ｍ方向一方端で本体ケーシング３８と結合し、軸線Ｍ方向他方端で円形のモータケーシングカバー２５ｖに封止される。モータ部２１は外輪１２を駆動する。

減速部３１は、外輪１２の外周面に同軸に設けられる出力歯車３６と、モータ部２１のモータ回転軸２２と結合する入力歯車３２と、前記入力歯車から前記出力歯車へ回転を伝達する複数の中間歯車３３，３５と、これら歯車を収容する本体ケーシング３８を有する。

入力歯車３２はモータ部２１よりも小径の外歯歯車であり、中心にさらに小径の筒部３２ｃを有する。筒部３２ｃの内周は、モータ回転軸２２から軸線方向一方へさらに延びる軸部３２ｓの外周と相対回転不可能に嵌合する。筒部３２ｃの両端部は、転がり軸受３２ｍ，３２ｎを介して、本体ケーシング３８に回転自在に支持される。転がり軸受３２ｍ，３２ｎは筒部３２ｃの外周に固定される。

本体ケーシング３８は、互いに平行に延びる軸線Ｏ、Ｍ、Ｒを取り囲み、減速部３１および車輪ハブ軸受部１１を覆うとともに、減速部３１の軸線方向両側を覆う。筒部３２ｃおよび軸部３２ｓは減速部３１の入力軸を構成する。本体ケーシング３８の軸線方向一方端面は、ブレーキロータ１０２と対向する。モータケーシング２５は本体ケーシング３８に附設されて、本体ケーシング３８から軸線方向他方側へ突出する。本体ケーシング３８は減速部３１の全ての回転要素（軸および歯車）を収容する。

モータケーシング２５または本体ケーシング３８は、図示しない連結部材を介してサスペンション部材１０１または内側固定部材１３に連結固定されるとよい。これによりモータケーシング２５および本体ケーシング３８は、サスペンション部材１０１に支持される。

小径の入力歯車３２は、大径の外歯歯車になる第１中間歯車３３と噛合する。中間歯車３３は中間軸３４によって小径の外歯歯車になる第２中間歯車３５と同軸に結合する。中間軸３４の両端部は、転がり軸受３４ｍ，３４ｎを介して、本体ケーシング３８に回転自在に支持される。第１中間歯車３３および第２中間歯車３５は、転がり軸受３４ｍと転がり軸受３４ｎとの間に配置され、互いに隣接する。本実施形態では、第１中間歯車３３と中間軸３４が一体に形成され、第２中間歯車３５が中間軸３４の外周に相対回転不可能に嵌合する。中間軸３４の中心を通る軸線Ｒは、車輪ハブ軸受部１１の軸線Ｏと平行に延びる。これにより減速部３１は、車輪ハブ軸受部１１からオフセットして配置される。小径の第２中間歯車３５は大径の出力歯車３６と噛合する。軸線Ｏ，Ｒ，Ｍの位置関係は図２に示すとおりである。

出力歯車３６は外歯歯車であり、出力歯車３６の中心孔に外輪１２が相対回転不能に嵌合する。かかる嵌合は、スプライン嵌合、これにより出力歯車３６と外輪１２は周方向に相対回転不能に連結され、両者の間でトルクを伝達する。具体的には出力歯車３６の内周面および外輪１２の外周面にスプライン溝４０がそれぞれ形成される。スプライン溝４０は、出力歯車３６と外輪１２の間で半径方向の若干の相対変位を許容する。また外輪１２のスプライン溝４０は、出力歯車３６のスプライン溝４０に対して軸線Ｏ方向に摺動可能である。つまりスプライン溝４０は、出力歯車３６と外輪１２の間で軸線Ｏ方向の相対変位を許容する。あるいは出力歯車３６と外輪１２の嵌合は、セレーション嵌合である。

出力歯車３６の歯先および歯底は、外輪１２の外周面よりも大径である。そして軸線Ｏ方向にみて、出力歯車３６の外周部と第１中間歯車３３の外周部が重なり合う。出力歯車３６の中心には筒部３６ｃが形成される。筒部３６ｃの両端部は出力歯車３６の両端面から突出し、転がり軸受３６ｍ，３６ｎを介して、本体ケーシング３８に回転自在に支持される。転がり軸受３６ｍ，３６ｎは筒部３６ｃの外周に固定される。外輪１２と嵌合する筒部３６ｃは減速部３１の出力軸を構成する。

本体ケーシング３８の軸線Ｏ方向両側には外輪１２が貫通するための開口がそれぞれ形成される。各開口には、外輪１２との環状隙間を封止するシール材３７ｃ，３７ｄが設けられる。このため回転体になる外輪１２は、軸線Ｏ方向端部を除いて本体ケーシング３８に収容される。また本体ケーシング３８は、互いに平行な３本の軸線Ｏ，Ｒ，Ｍに跨って設置される。

図２に示すように第１中間歯車３３、第２中間歯車３５、および中間軸３４は、外輪１２よりも外径側に配置される。また図１に示すように第１中間歯車３３、第２中間歯車３５、および中間軸３４は、外輪１２の軸線Ｏ方向位置と重なるよう配置される。入力歯車３２および出力歯車３６も同様である。本実施形態では 図２に示すように、第１中間歯車３３および第２中間歯車３５は全て、外輪１２よりも外径側に配置される。あるいは図示しない変形例として、中間軸３４を長く伸ばして大径の第１中間歯車３３を小径の第２中間歯車３５から離隔させ、軸線Ｏ方向にみて第１中間歯車３３の外周を外輪１２と重なるよう配置してもよい。

説明を本実施形態に戻すと、図１に示すように出力歯車３６は、最も軸線Ｏ方向一方側の列に配置される転動体１４の中心の軸線方向位置から、最も軸線Ｏ方向他方側の列に配置される転動体１４の中心の軸線方向位置までの間の軸線方向領域に配置される。これにより外輪１２は、車輪の駆動中において複列の転動体１４，１４に安定して支持される。スプライン溝４０は、軸線Ｏ方向一方側の転動体１４の列と、軸線Ｏ方向他方側の転動体１４の列の間に配置される。

図２に示すように、モータ部２１および減速部３１は、外輪１２と結合する車輪ホイールのリム内径と等しい径を有する円１０３ｃの中に配置される。具体的には出力歯車３６が円１０３ｃの中に配置される。これにより、モータ部２１および減速部３１を、車輪ホイールの中に収納可能である。

軸線Ｒおよび軸線Ｍは、軸線Ｏよりも上方に配置されるのがよい。これにより路面からモータ部２１までのクリアランスと、路面から減速部３１までのクリアランスを確保し易くなる。

以上、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、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。

図示しない変形例として減速部３１は、平行軸式減速機だけに限らず平行軸式減速機と遊星歯車減速機の組み合わせであってもよい。

図示しない変形例として、車輪ハブ軸受部１１、減速部３１、およびモータ部２１の軸線方向一方端が車輪ホイールの内空領域に収納され、モータ部２１の軸線方向他方端が車輪ホイールの内空領域からはみ出してもよい。

この発明になるインホイールモータ駆動装置は、電気自動車およびハイブリッド車両において有利に利用される。

１０ インホイールモータ駆動装置、 １１ 車輪ハブ軸受部、
１２ 外輪、 １２ｆ フランジ、 １３ 内側固定部材、
１４ 転動体、 １５ 固定軸、 １６ インナーレース、
１７ 抜け止めナット、 ２１ モータ部、 ２２ モータ回転軸、
２３ ロータ、 ２４ ステータ、 ２５ モータケーシング、
３１ 減速部、 ３２ 入力歯車、 ３３ 第１中間歯車、
３４ 中間軸、 ３５ 第２中間歯車、 ３６ 出力歯車、
３７ｃ，３７ｄ シール材、 ３８ 本体ケーシング、
４０スプライン溝、 １０１ サスペンション部材、
１０２ ブレーキロータ、 １０３ｃ リム内径と等しい円、
Ｏ，Ｒ，Ｍ 軸線。

Claims (9)

1. 車輪と一体回転する外輪、前記外輪の内周に配置される内側固定部材、および前記外輪と前記内側固定部材との環状隙間に配置される複数の転動体を有する車輪ハブ軸受部と、前記外輪を駆動するモータ部と、前記モータ部の回転を減速して前記外輪に伝達する減速部とを備え、
   前記減速部は平行軸式減速機であって、前記外輪の外周面に同軸に設けられる出力歯車と、前記モータ部のモータ回転軸と結合する入力歯車と、前記入力歯車から前記出力歯車へ回転を伝達する少なくとも１個の中間歯車とを含み、
   前記中間歯車のうち少なくとも１個が、前記外輪よりも外径側に配置され、かつ前記外輪と軸線方向に重なり、
   前記出力歯車と前記外輪は、半径方向に相対変位可能に連結され、
   前記出力歯車は、歯先および歯底を外周に有する大径部と、前記大径部の中心に形成される小径の筒部とを含み、
   前記筒部は軸受を介して前記減速部のケーシングに回転可能に支持される、インホイールモータ駆動装置。
2. 前記中間歯車は全て前記外輪よりも外径側に配置される、請求項１に記載のインホイー
   ルモータ駆動装置。
3. 前記転動体は複列に配置され、
   前記出力歯車は、最も軸線方向一方側の列に配置される前記転動体の中心の軸線方向位
   置から、最も軸線方向他方側の列に配置される前記転動体の中心の軸線方向位置までの間
   の軸線方向領域に配置される、請求項１または２に記載のインホイールモータ駆動装置。
4. 前記モータ部は、前記車輪ハブ軸受部の軸線から離れるようオフセットして配置される
   、請求項１〜３のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
5. 前記モータ部および前記減速部の少なくとも一部が、前記外輪と結合する車輪ホイール
   のリム内径と等しい径を有する円の中に配置される、請求項１〜４のいずれかに記載のイ
   ンホイールモータ駆動装置。
6. 前記筒部は前記大径部から軸線方向両側へ延び、
   前記軸受は前記筒部の両端部をそれぞれ支持する、請求項１〜５のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
7. 前記出力歯車は、径方向に正のすきまを有するスプラインで前記外輪に連結される、請求項１〜６のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
8. 前記転動体は複列に配置され、
   前記スプラインは、前記車輪ハブ軸受部の軸線方向に関し、前記転動体の列間に配置される、請求項７に記載のインホイールモータ駆動装置。
9. 前記スプラインは、前記外輪と前記出力歯車の間で軸線方向の摺動を許容する、請求項７または８に記載のインホイールモータ駆動装置。
   。

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