JP6743446B2 - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータと減速機を有するインホイールモータユニットが、ストラット式サスペンションにより車体に懸架されているインホイールモータ駆動装置に関する。

従来、ホイール内に配設されるモータの回転力を複数の減速機により減速してホイールに伝達することで車輪を駆動可能に構成し、車軸方向にて第１減速機と第２減速機の間にモータを配置する。そして、モータの駆動軸と各減速機の出力軸を互いに並列をなして配置する車輪駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１８４１１０号公報

しかしながら、先行技術の車輪駆動装置にあっては、インホイールモータユニットが、ユニットケースに対してモータと減速機を如何に効率良く配置するかという点に着目してなされている。このため、先行技術の車輪駆動装置をストラット式サスペンションにより車体に懸架すると、下記の問題が生じる。

モータがストラットより車両内側に配置されると、転舵時やサスペンションストローク時にユニットケースが車両内側に向かって大きく出っ張り、このユニットケースの出っ張りが、車体や隣接するリンク部材と干渉するおそれがある。一方、モータがストラットより車両外側に配置されると、モータよりもさらに車両外側に第２減速機が配置されているため、モータの軸方向長さが、第２減速機が占有する軸方向長さによって制約を受ける。このため、十分なモータ容積が取れず、所望のモータ出力を確保できない。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、ユニットケースのケース内空間にモータと減速機を配置する際、車体や隣接するリンク部材との干渉を回避しつつ、所望のモータ出力を確保するインホイールモータ駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のインホイールモータ駆動装置は、インホイールモータユニットと、ストラット式サスペンションとを備える。
このインホイールモータ駆動装置において、ストラット式サスペンションは、ストラットの下端部分を、ユニットケースの上部位置に取り付ける。
インホイールモータユニットは、モータを、車軸方向にてストラットの取り付け位置よりも車両外側に配置し、減速ギア機構を、車軸方向にてストラットの取り付け位置に対してモータと反対側の車両内側に配置する。
減速ギア機構の少なくとも一部を、車軸方向にてストラットの支柱内側面の位置よりも更に車両内側に配置する。

この結果、ユニットケースのケース内空間にモータと減速ギア機構を配置する際、車体や隣接するリンク部材との干渉を回避しつつ、所望のモータ出力を確保することができる。

第１実施例のインホイールモータ駆動装置であってインホイールモータユニットがストラット式サスペンションにより車体に懸架されている状態を示す斜視図である。 第１実施例のインホイールモータ駆動装置においてストラットが取り付けられたインホイールモータユニットの外観を示す斜視図である。 第１実施例のインホイールモータ駆動装置においてストラット及びホイールが取り付けられたインホイールモータユニットの概略構造を示す一部破断斜視図である。 第１実施例のインホイールモータ駆動装置においてインホイールモータユニットの内部構造を示す展開断面図である。 第１実施例のインホイールモータ駆動装置においてモータジェネレータ・インバータ放熱プレート・減速ギア機構・ストラット・ホイールハブの車軸方向の位置関係による配置構成を示す斜視図である。 第１実施例のインホイールモータ駆動装置におけるモータジェネレータ・減速ギア機構・ストラット・タイロッド連結部・ブレーキキャリパの車軸直交方向の位置関係及び円周方向の位置関係による配置構成を示す車軸方向視図である。 ドライブシャフトにより左右前輪を駆動する電気自動車のストラット式フロントサスペンションをそのまま用いてインホイールモータユニットに置き換え可能であることを示すインホイールモータユニットの置換作用説明図である。 第１実施例のインホイールモータ駆動装置においてステアリング操作時のインホイールモータユニットの変位動作を示すステアリング操作時のインホイールモータユニット変位作用説明図である。 第１実施例のインホイールモータ駆動装置においてサスペンションのフルリバウンド時のトランスバースリンクの変位動作を示すフルリバウンド時のトランスバースリンク変位作用説明図である。

以下、本発明のインホイールモータ駆動装置を実現する最良の形態を、図面に示す第１実施例に基づいて説明する。

第１実施例

まず、構成を説明する。
第１実施例のインホイールモータ駆動装置は、前輪駆動によるインホイールモータ車において、ストラット式サスペンションにより車体に懸架される左右前輪（駆動輪、転舵輪）のそれぞれに適用した例である。以下、第１実施例の構成を、「全体装置構成」、「インホイールモータユニットの内部詳細構成」、「各構成要素の配置レイアウト構成」に分けて説明する。

［全体装置構成］
図１は、第１実施例のインホイールモータ駆動装置であってインホイールモータユニットがストラット式サスペンションにより車体に懸架されている状態を示す。図２は、ストラットが取り付けられたインホイールモータユニットの外観を示す。図３は、ストラット及びタイヤホイールが取り付けられたインホイールモータユニットの概略構造を示す。
以下、図１〜図３に基づいて、第１実施例のインホイールモータ駆動装置の全体装置構成を説明する。

インホイールモータ駆動装置Ａは、図１に示すように、インホイールモータユニット１と、タイヤホイール２と、ストラット式サスペンション３と、車体４と、を備えている。

前記インホイールモータユニット１は、図１に示すように、タイヤホイール２の内側空間部分に一部分を挿入した状態で配設されるユニットケース１０を有する。ユニットケース１０は、図２に示すように、モータケース１１と、モータカバー１２と、減速ギアケース１３と、減速ギアカバー１４と、を有して構成される。

モータケース１１のケース外面には、図１及び図２に示すように、ナックルアーム１５と、ブレーキキャリパ固定アーム１６と、トランスバースリンク支持アーム１７と、がケースと一体に突出して形成される。モータケース１１とモータカバー１２によるケース内空間には、図３に示すように、モータジェネレータ５が配置される。

ナックルアーム１５は、ナックル本体を兼用するモータケース１１のうち、車軸方向にてタイヤホイール２側の後面位置に車両後方に向けて突出して設けられる。ナックルアーム１５のアーム先端部には、図２に示すように、ステアリング機構のタイロッド８６が連結されるタイロッド連結穴１５ａを有する。

ブレーキキャリパ固定アーム１６は、ナックル本体を兼用するモータケース１１のうち、車軸方向にてナックルアーム１５よりタイヤホイール２側に隣接する位置に、車軸直交方向にて車両上方と車両前方に向けて２方向に突出して設けられる。ブレーキキャリパ固定アーム１６の２方向に突出するアーム先端部には、図２に示すように、ブレーキキャリパ９３（図６参照）を固定するキャリパ固定穴１６ａ，１６ｂを有する。

トランスバースリンク支持アーム１７は、ナックル本体を兼用するモータケース１１のうち、車軸方向にてタイヤホイール２側の下面位置に車両下方に向けて突出して設けられる。トランスバースリンク支持アーム１７のアーム先端部には、図２に示すように、トランスバースリンク３３のユニット側支持部となるリンク支持ボール１７ａが固定される。

減速ギアケース１３のケース上面には、図１〜図３に示すように、ストラット取り付け凹部１８が一体に形成される。減速ギアケース１３と減速ギアカバー１４によるケース内空間には、減速ギア機構６（図４参照）が配置される。

ストラット取り付け凹部１８は、モータケース１１の隣接位置に固定された減速ギアケース１３のうち、ケース上部の平面位置にストラット３１の下端部を埋め込み状態で取り付けるように、車両下方に向かって凹ませた円筒状凹部に形成される。

前記タイヤホイール２は、図３に示すように、インホイールモータユニット１の出力軸であるホイール駆動軸２１の端部位置に固定され、外周部に図外のタイヤが装着される。つまり、減速ギア機構６からのホイール駆動軸２１の端部には、ホイールハブ２２がハブナット２３により固定され、ブレーキロータ８７と共にハブボルト２４による共締めにて固定される。

前記ストラット式サスペンション３は、車両上下方向に作用する力を支えるショックアブソーバをストラット３１（支柱）として用い、インホイールモータユニット１を含むバネ下部材を車体６に懸架する形式のサスペンションである。このストラット式サスペンション３は、図１に示すように、ストラット３１と、コイルスプリング３２と、トランスバースリンク３３と、を有する。

ストラット３１は、車両上下方向に作用する力を支えつつストローク動作により減衰力を発生するサスペンション部材である。ストラット３１の下端部分は、ナックル本体を兼用する減速ギアケース１３のケース上面位置に埋め込み状態で取り付けられる。ストラット３１の上端部分は、ゴム製インシュレータによるアッパーマウントを介してホイールハウス車体メンバ４１（車体４）に弾性支持される。なお、ストラット３１の減速ギアケース１３に対する取り付けは、例えば、ストラット３１の下端部をストラット取り付け凹部１８にネジ込み固定した後、緩み止めのロックナットにより締め付け固定することで行われる。

コイルスプリング３２は、ショックアブソーバ中心軸に対してスプリング中心軸をオフセット状態とし、ストラット３１の上部外周位置に配置され、車両上下方向に作用する力を支えつつ伸縮動作によりバネ力を発生するサスペンション部材である。コイルスプリング３２の下端部分は、ストラット３１に固定された下端側バネ受けプレート３４に支持される。コイルスプリング３２の上端部分は、上端側バネ受けプレート３５及びゴム製インシュレータによるアッパーマウントを介してホイールハウスメンバ４１（車体４）に弾性支持される。

トランスバースリンク３３は、インホイールモータユニット１を含むバネ下部材をフロントサスペンションメンバ４２（車体４）に揺動可能に支持すると共に、車幅方向及び車両前後方向に作用する力を支えるサスペンション部材である。トランスバースリンク３３のユニットケース１０側は、トランスバースリンク支持アーム１７に設けられたリンク支持ボール１７ａに対し球面支持される。トランスバースリンク３３のフロントサスペンションメンバ４２（車体４）側は、車体支持軸上にて車両前後方向に離れた位置に設けられた支持ピン３３ａ，３３ｂに対し、ゴムブッシュを介して２点で結合支持される。

ここで、第１実施例のように、ストラット式サスペンション３を左右前輪に使用する場合、ストラット３１及びコイルスプリング３２の車体支持点P1と、トランスバースリンク３３のユニットケース支持点P2とを通る軸を仮想キングピン軸線KLとする。つまり、ステアリング操作がなされると、仮想キングピン軸線KLを回転中心軸として、インホイールモータユニット１及びタイヤホイール２が転舵する。

［インホイールモータユニットの内部詳細構成］
図４は、第１実施例のインホイールモータ駆動装置においてインホイールモータユニットの内部構造を示す。以下、図４に基づいて、インホイールモータユニットの内部詳細構成を説明する。

インホイールモータユニット１は、図４に示すように、ユニットケース１０のケース内部に、モータジェネレータ５（モータ）と、減速ギア機構６（減速機）と、インバータモジュール７と、を備えている。

前記モータジェネレータ５は、モータ軸５１と、ロータ５２と、ステータ５３と、ステータコイル５４と、を有して構成される。

モータ軸５１は、中心軸位置に軸心油路５５が貫通状態で形成される。モータ軸５１のタイヤホイール２側の一端部は、モータケース１１に対し第１ベアリング８１を介して回転可能に支持される。モータ軸５１のタイヤホイール２側の一端部には、第１ベアリング８１とスプラッシュガード８８の間の位置に、ロータ回転角度を検出するレゾルバ８９が設けられる。モータ軸６の減速ギア機構６側の他端部は、減速ギアケース１３に対し第２ベアリング８２を介して回転可能に支持される。

ロータ５２は、モータ軸５１に固定され、図外の永久磁石を埋設した積層鋼板により構成される。ロータ５２の減速ギア機構６側の端面には、第１空気循環翼５６が径方向に複数枚設けられ、ロータ５２のタイヤホイール２側の端面には、第２空気循環翼５７が径方向に複数枚設けられる。第１空気循環翼５６は、インバータ放熱プレート７１を翼ケーシングとし、ターボチャージャに用いられるような遠心軸流翼形状とされる。

ステータ５３は、ユニットケース１の内面に固定される共にロータ５２に対しエアギャップを介して配置され、打ち抜き積層鋼板によるステータティースのそれぞれにステータコイル５４を巻き付けることで構成される。ステータコイル５４は、Ｕ相コイル線・Ｖ相コイル線・Ｗ相コイル線などを有し、これらのコイル線がインバータモジュール７に対して接続される。

モータジェネレータ５が配置される空間は、減速ギア機構６が配置されるウェット空間６８とは隔壁１３ａにより画成されたドライ空間５８とされる。そして、ロータ５２の回転に伴って回転する第１空気循環翼５６と第２空気循環翼５７を用い、ドライ空間５８内の空気を強制循環させる内部循環空気冷却経路が形成される。内部循環空気冷却経路は、ロータ５２とステータ５３のエアギャップ、ロータ内スリット、ステータ隙間、及び、ケース内面に沿って形成される空間を空気通路とする。なお、減速ギアケース１３の隔壁１３ａには、ウェット空間６８との間で熱交換する熱交換面積を確保するリブ１３ｂが設けられている。

前記減速ギア機構６は、ギア軸として、モータ軸５１と、アイドラー軸６０と、ホイール駆動軸２１と、を有する。ギア列として、第１減速ギア列６１（第１減速機）と、第２減速ギア列６２（第２減速機）と、を有して構成される。

モータ軸５１とアイドラー軸６０とホイール駆動軸２１は、互いに平行で高さの異なるギア軸である。アイドラー軸６０は、減速ギアケース１３の隔壁部１３ａに設けた第３ベアリング８３と、減速ギアカバー１４に設けた第４ベアリング８４と、によって両端支持される。ホイール駆動軸２１は、減速ギアカバー１４に設けた第５ベアリング８５と、ホイールハブ２２側に設けられたハブベアリング２５と、によって両端支持される。ハブベアリング２５は、モータケース１１に固定されるハブケース２６をアウターレースとし、ホイールハブ２２をインナーレースとするベアリングである。ここで、図４に示す展開断面図においては、モータ軸５１＞アイドラー軸６０＞ホイール駆動軸２１という高さ関係を持つ記載となっているが、実際の高さ関係は、アイドラー軸６０＞モータ軸５１＞ホイール駆動軸２１という関係になっている（図６参照）。

第１減速ギア列６１は、モータ軸５１を車両内側の減速ギアカバー１４の近くまで延ばした端部位置に形成されたモータ軸ギア６３と、モータ軸ギア６３に噛み合い、アイドラー軸６０に一体形成された第１アイドラー軸ギア６４と、によって構成される。アイドラー軸６０の中心軸位置には、軸心油路チューブ６７が設けられる。軸心油路チューブ６７の隔壁部１３ａ側の端部位置には、第３ベアリング８３からの潤滑油を流入する開口部が形成される。軸心油路チューブ６７の減速ギアカバー１４側の端部位置には、屈曲可能な連結チューブ９０の一端が接続され、連結チューブ９０の他端がモータ軸５１の軸心油路５５に接続される。
なお、第１アイドラー軸ギア６４の端面には、パーキングレンジ位置の選択により図外のパーキングポールが動作し、パーキングポールとの噛み合いによりアイドラー軸６０をユニットケース１０に静止固定するパーキングギア９１が設けられている。

第２減速ギア列６２は、アイドラー軸６０に一体形成された第２アイドラー軸ギア６５と、第２アイドラー軸ギア６５に噛み合い、ホイール駆動軸２１の端部位置に一体形成されたホイール駆動軸ギア６６と、によって構成される。ホイール駆動軸ギア６６は、減速ギアカバー１４側のピンベアリング９２と、ホイール駆動軸ギア６６を挟んで反対側の第５ベアリング８５と、によって両端支持可能とされている。ピンベアリング９２は、減速ギアケース１４側に固定されたケース部材９２ａと、支持ピン９２ｂと、を有して構成される。ケース部材９２ａは、円柱突起とピン穴を有し、ホイール駆動軸ギア６６は、円柱突起に対応する位置に円柱凹部を有し、ピン穴に対応する回転中心軸位置にピン穴を有する。そして、ケース部材９２ａとホイール駆動軸ギア６６に有する両ピン穴を貫通して支持ピン９２ｂが設けられる。このピンベアリング９２は、通常時は大きな隙間を持っており、ベアリングとして作用しない。しかし、ホイルナット２３の緩みやハブベアリング２５の異常や第５ベアリング８５（ローラベアリング）の異常が発生すると、隙間が埋められてベアリングとして作用する。

減速ギア機構６が配置される空間は、モータジェネレータ５が配置されるドライ空間５８とは隔壁１３ａにより画成されたウェット空間６８とされる。そして、モータケース１１には、第１ベアリング８１とハブベアリング２５を連通する斜め径方向の第１潤滑油路９４と、ハブベアリング２５と第５ベアリング８５を連通する車軸方向の第２潤滑油路９５とが形成される。つまり、減速機ケース１３の底部に溜められた潤滑油を、回転するホイール駆動軸ギア６６により掻き揚げる。そして、掻き揚げた潤滑油を、アイドラー軸６０に設けられた軸心油路チューブ６７から潤滑必要部位を通過して強制循環させる内部循環潤滑油冷却経路が形成される。内部循環潤滑油冷却経路は、掻き揚げられた潤滑油が、第３ベアリング８３の外部に設けたケース切欠部１３ｃ→軸心油路チューブ６７→連結チューブ９０→軸心油路５５→第１ベアリング８１→第１潤滑油路９４→第２潤滑油路９５→第５ベアリング８５に至る経路である。

前記インバータモジュール７は、モータジェネレータ５の側面位置に内蔵配置され、耐熱性が高い半導体素子を用いたインバータ回路などからなるモジュールである。このインバータモジュール７は、ステータコイル５４と接続され、インバータ放熱プレート７１に対して環状に複数個配列することで構成される。なお、インバータモジュール７は、モータジェネレータ５の力行時、図外のバッテリからの直流を、モータジェネレータ５を回転駆動させる多相交流に変換する。また、モータジェネレータ５の回生時、モータジェネレータ５により発電された多相交流を、図外のバッテリに充電するための直流に変換する。

インバータ放熱プレート７１は、モータケース１１に対しネジ止め固定されていて、モータジェネレータ５の減速ギア機構６側の隣接位置に、モータ端面に覆うように配置される（図５参照）。インバータ放熱プレート７１は、インバータモジュール７を固定する面を平面とし、その反対面を、ロータ５２の端面に固定された第１空気循環翼５６にとって翼ケーシングになる形状とされる。

ここで、インバータモジュール７が配置される空間は、上記のように、モータジェネレータ５が配置されるドライ空間５８である。インバータモジュール７は、ドライ空間５８内の空気を強制循環させる内部循環空気冷却経路のうち、流速が速い空気流になる第１空気循環翼５６の吸入位置に配置し、インバータモジュール７の冷却能力を確保している。

［各構成要素の配置レイアウト構成］
図５は、モータジェネレータ・インバータ放熱プレート・減速ギア機構・ストラット・ホイールハブの車軸方向の位置関係による配置構成を示す。図６は、モータジェネレータ・減速ギア機構・ストラット・タイロッド連結部・ブレーキキャリパの車軸直交方向の位置関係及び円周方向の位置関係による配置構成を示す。以下、図５及び図６に基づいて、各構成要素の配置レイアウト構成を説明する。

前記減速ギア機構６は、第１減速ギア列６１と第２減速ギア列６２により構成されている。第１減速ギア列６１は、図５に示すように、モータ軸５１を車両内側方向に延ばすことで車軸方向にてモータジェネレータ５から離れた車両内側の位置に配置される。一方、第２減速ギア列６２は、図５に示すように、車軸方向にて第１減速ギア列６１よりも車両外側の位置に配置される。

そして、第１減速ギア列６１による第１減速比と第２減速ギア列６２による第２減速比を異ならせている。第１減速ギア列６１は、図５及び図６に示すように、モータ軸ギア６３の噛み合い径を小さく、第１アイドラー軸ギア６４の噛み合い径を大きくすることで、第１減速比を大きく設定している。第２減速ギア列６２は、第２アイドラー軸ギア６５の噛み合い径と、ホイール駆動軸ギア６６の噛み合い径の差を小さく抑えることにより、第２減速比を第１減速比より小さく設定している。

また、モータ軸５１とアイドラー軸６０とホイール駆動軸２１は、図６に示すように、アイドラー軸６０＞モータ軸５１＞ホイール駆動軸２１という高さ関係に設定している。つまり、タイヤホイール２の中心軸CLの位置にホイール駆動軸２１を配置したとき、ホイール駆動軸２１よりモータ軸５１を高い位置に配置し、モータ軸５１よりアイドラー軸６０を高い位置に配置している。

前記減速ギア機構６を、第１減速ギア列６１と第２減速ギア列６２に分けないときの車軸方向の位置関係は、下記の通りである。
モータジェネレータ５と減速ギア機構６とストラット３１の車軸方向の位置関係は、図５に示すように、モータジェネレータ５を、車軸方向にてストラット３１の取り付け位置よりも車両外側に配置している。減速ギア機構６を、車軸方向にてストラット３１の取り付け位置に対してモータジェネレータ５と反対側の車両内側に配置している。

前記減速ギア機構６を、第１減速ギア列６１と第２減速ギア列６２に分けたときの車軸方向の位置関係は、下記の通りである。
モータジェネレータ５と第１減速ギア列６１とストラット３１の車軸方向の位置関係は、図５に示すように、第１減速ギア列６１を、車軸方向にてストラット３１を挟んでモータジェネレータ５とは反対側の領域に配置している。第２減速ギア列６２とストラット３１の車軸方向の位置関係は、図５に示すように、第２減速ギア列６２を、ストラット３１の下側領域に配置している。つまり、車軸方向にて第２減速ギア列６２と符合する位置にストラット３１を配置しているので、図５及び図６に示すように、ストラット３１の下端部を、ユニットケース１０の内部まで埋め込み状態にて配置するスペースが確保される。

前記減速ギア機構６を構成するモータ軸ギア６３と第１アイドラー軸ギア６４と第２アイドラー軸ギア６５とホイール駆動軸ギア６６の車軸直交方向の位置関係は、下記の通りである。
第１減速ギア列６１による第１減速比を大きく、第２減速ギア列６２による第２減速比を第１減速比より小さくしている。このため、図６に示すように、タイヤホイール２の中心軸CLの位置に配置されるホイール駆動軸２１に設けられるホイール駆動軸ギア６６の径が小さく抑えられる。よって、モータ軸ギア６３と第１アイドラー軸ギア６４と第２アイドラー軸ギア６５とホイール駆動軸ギア６６により占有する高さが、モータジェネレータの全高MHの範囲内にほぼ収まる配置になる。この結果、ユニットケース１０の底面高さ位置BLが、トランスバースリンク３３のユニットケース支持点P2から離れた高さ位置になる。

前記モータジェネレータ５とタイロッド連結部９６との車軸直交方向の位置関係は、下記の通りである。
モータジェネレータ５は、図６に示すように、車軸直交方向にてホイール駆動軸２１を挟んでナックルアーム１５のタイロッド連結部９６とは反対側の軸対称領域に配置される。つまり、タイロッド連結部９６は、モータジェネレータ５とは車両前後方向に離れて形成される空スペース領域に配置される。

前記モータジェネレータ５とタイロッド連結部９６とブレーキキャリパ９３との円周方向の位置関係は、下記の通りである。
ブレーキキャリパ９３は、図６に示すように、ホイール駆動軸２１を中心とする円周方向にてナックルアーム１５のタイロッド連結部９６とモータジェネレータ５との間の円周領域に配置される。つまり、ブレーキキャリパ９３は、タイロッド連結部９６とモータジェネレータ５との間に円周方向に形成される空スペース領域に配置される。

次に、作用を説明する。
第１実施例の作用を、「インホイールモータユニットの置換作用」、「フル転舵時におけるインホイールモータユニット変位作用」、「フルリバウンド時におけるトランスバースリンク変位作用」、「インホイールモータ駆動装置の特徴作用」に分けて説明する。

［インホイールモータユニットの置換作用］
以下、図７に基づいて、ドライブシャフトにより左右前輪を駆動する電気自動車のストラット式フロントサスペンションをそのまま用い、そのステアリングナックル部分に、第１実施例のインホイールモータユニット１を取り付ける置換作用を説明する。

まず、ストラット式サスペンションのメリットとしては、下記の点が挙げられる。
(A) ストラット式以外の独立懸架サスペンション（ダブルウィッシュボーン式など）では、キャンバー方向の位置決めのためのアッパーアームが必要となり、その空間が犠牲になる。しかし、ストラット式では、ショックアブソーバがその役割をするので、車室空間を大きく取れる。この利点は、レイアウト空間に余裕がないＦＦ車において、特に重要である。
(B) 車体側の支持点（ピボット点）の間隔が大きいため、強度的に有利であり、アライメントの製造誤差が比較的小さい。
(C) 構造が簡単で部品点数が少ないため、コスト、重量の点で有利である。
そして、上記のようなメリットを持つことにより、現在、乗用車のフロントサスペンションとして、最も多く採用されているのがストラット式フロントサスペンションである。

一方、インホイールモータ車においては、サスペンションと別個にインホイールモータユニットの開発を行い、インホイールモータユニットのユニットケース内に内蔵されるモータと減速機の配置を決めている。そして、インホイールモータユニットのユニットケース形状が決まると、それに合わせてインホイールモータユニット専用のサスペンションを新たに開発するという手法が一般的に採られている。このようにインホイールモータユニットとサスペンションを分けた開発手法を採っているため、インホイールモータユニットとサスペンションを組み合わせたときに新たな課題を生み、インホイールモータ車の実車化を遅らせる原因の一つになっている。

これに対し、本発明者は、まず、ドライブシャフトにより左右前輪を駆動する電気自動車（実車）のストラット式フロントサスペンションに注目した。そして、タイヤホイールの内側空間を注視したとき、図７に示すように、ステアリングナックルやドライブシャフトのブーツが、タイヤホイールの内側空間スペースを占有していることを知見した。

そこで、タイヤホイールの内側空間を占有しているステアリングナックルやドライブシャフトのブーツによる空間スペースに、ストラット式フロントサスペンションをそのまま用いてインホイールモータユニットに置き換えることが可能かどうかを検討した。この検討の結果、現行の空間スペースは予想以上のスペース容積を持ち、インホイールモータユニットを置き換えて搭載することが可能であるとの結論を得た。そして、インホイールモータユニットに置き換える際に克服すべき様々な課題を解決した上で、第１実施例のインホイールモータ駆動装置Ａを完成するに至った。

即ち、第１実施例のインホイールモータ駆動装置Ａは、図７に示すように、既存のストラット式フロントサスペンションをそのまま用いながら、タイヤホイール２の内側空間スペースにインホイールモータユニット１を配置したものである。

このように、ストラット式フロントサスペンションをそのまま用いてインホイールモータユニット１に置き換えることを可能としたため、上記(A)〜(C)によるストラット式サスペンションのメリットを全て享有することができる。そして、ストラット式フロントサスペンションを備えた既存の車両に対し、少なくともレイアウト設計を変更することなく、インホイールモータ車に移行することが可能であるため、インホイールモータ車の実車化を促進することができる。

［フル転舵時におけるインホイールモータユニット変位作用］
上記のように、ストラット式フロントサスペンションをそのまま用いてインホイールモータユニット１に置き換えたとき、ステアリング操作時にインホイールモータユニット１とサイドメンバ４３（車体４）とが干渉するのを回避する必要がある。以下、図８に基づいて、フル転舵時におけるインホイールモータユニット１の変位作用を説明する。

ステアリング操作位置が中立位置にあるときは、図８の実線に示すように、インホイールモータユニット１とサイドメンバ４３（車体４）とが離れている位置関係である。この中立位置から左右方向にフル転舵すると、図８の仮想線（タイヤホイール２’）に示すように、インホイールモータユニット１とサイドメンバ４３（車体４）とが左右方向の一方向（図８の右回り方向）の転舵で近づく。しかし、左右方向の他方向（図８の左回り方向）にフル転舵すると、図８の仮想線（タイヤホイール２”）に示すように、インホイールモータユニット１とサイドメンバ４３（車体４）とが中立位置よりも離れる。

このように、フル転舵状態にしても、インホイールモータユニット１とサイドメンバ４３（車体４）との間には、図８の仮想線に示すように、隙間が確保される。これは、仮想キングピン軸線KPが、図７に示すように、モータケース１１に内蔵されるモータジェネレータ５のほぼ中間の位置を通る。よって、仮想キングピン軸線KPを中心軸としてインホイールモータユニット１が触れ回ってもサイドメンバ４３（車体４）側への突出が抑えられることによる。なお、左右方向の一方向（図８の右回り方向）の転舵でインホイールモータユニット１が近づく理由は、ユニットケース１０が、タイヤホイール２の中心軸CLから車両前後方向の一方向側にオフセット配置されていることによる。

このように、ストラット式フロントサスペンションをそのまま用いてインホイールモータユニット１に置き換えたとき、左右へフル転舵状態としても、インホイールモータユニット１とサイドメンバ４３（車体４）とが干渉しないことを確認することができた。

［フルリバウンド時におけるトランスバースリンク変位作用］
上記のように、ストラット式フロントサスペンションをそのまま用いてインホイールモータユニット１に置き換えたとき、フルリバウンド時にインホイールモータユニット１とトランスバースリンク３３とが干渉するのを回避する必要がある。以下、図９に基づいて、フルリバウンド時におけるトランスバースリンク３３の変位作用を説明する。

平坦路走行でのノーマル状態では、図９の実線特性に示すように、インホイールモータユニット１とトランスバースリンク３３とが所定の間隔を保っている位置関係になる。凹凸路走行時などにおいて、サスペンションが縮むバウンド状態やフルバウンド状態では、インホイールモータユニット１とトランスバースリンク３３との間隔が、ノーマル状態での間隔よりも広くなる。

しかし、サスペンションが伸びるリバウンド状態になると、インホイールモータユニット１とトランスバースリンク３３との間隔が、ノーマル状態での間隔よりも狭くなる。そして、フルリバウンド状態になると、図９の仮想線に示すように、インホイールモータユニット１とトランスバースリンク３３との間隔が最も近接する位置関係になる。しかし、インホイールモータユニット１とトランスバースリンク３３との間には、図９の仮想線に示すように、隙間が確保される。これは、第１減速ギア列６１による第１減速比を、第２減速ギア列６２による第２減速比よりも大きくしているため、ユニットケース１０の底面高さ位置BLが、トランスバースリンク３３のユニットケース支持点P2から離れた高さ位置に配置されることによる。

このように、ストラット式フロントサスペンションをそのまま用いてインホイールモータユニット１に置き換えたとき、フルリバウンド状態になっても、インホイールモータユニット１とトランスバースリンク３３とが干渉しないことを確認することができた。

［インホイールモータ駆動装置の特徴作用］
第１実施例では、ストラット式サスペンション３は、ストラット３１の下端部分を、ユニットケース１０の上部位置に取り付ける。インホイールモータユニット１は、モータジェネレータ５を、車軸方向にてストラット３１の取り付け位置よりも車両外側に配置し、減速ギア機構６を、車軸方向にてストラット３１の取り付け位置に対してモータジェネレータ５と反対側の車両内側に配置する。

即ち、ユニットケース１０のケース内空間にモータジェネレータ５と減速ギア機構６を配置するとき、ストラット式サスペンション３のうち、ユニットケース１０に取り付けられるストラット３１の取り付け位置に着目した。

よって、モータジェネレータ５は、ストラット３１の取り付け位置を基準位置とし、車軸方向にてストラット取り付け位置よりも車両外側に配置される。このため、モータジェネレータ５の軸方向長さを決めるとき、減速ギア機構６による制約を受けることがなく、例えば、タイヤホイール２に固定されるブレーキロータ８７のぎりぎり位置まで軸方向に延ばすことが可能である。よって、減速ギア機構６による制約を受けることなくモータジェネレータ５の軸方向長さを取れることで、所望のモータ出力が確保される。

一方、減速ギア機構６は、ストラット３１の取り付け位置を基準位置とし、車軸方向にてストラット取り付け位置に対してモータジェネレータ５と反対側の車両内側に配置される。このため、ストラット３１より車両内側へのユニットケース１０の出っ張り量を決めるとき、例えば、ケース内空間に有する狭いスペースを有効に利用して第１減速ギア列６１と第２減速ギア列６２を配置することが可能である。よって、車両内側へのユニットケース１０のケース出っ張り量が小さく抑えられ、車体４や隣接するリンク部材との干渉が回避される。

第１実施例では、減速ギア機構６の一部を、車軸方向にてストラット３１とオーバラップするストラット下側領域に配置する。
例えば、減速ギア機構６の全部を、ストラット３１よりも車両内側に配置することができるが、この場合には、ユニットケース１０の軸長を増大させてしまう。
これに対し、減速ギア機構６の一部を、車軸方向にてストラット３１とオーバラップさせることで、ユニットケース１０の軸長の増大が抑えられる。

第１実施例では、減速ギア機構６を、第１減速ギア列６１と第２減速ギア列６２による２段減速機とする。
即ち、モータ軸５１とホイール駆動軸２１との間の減速比が、第１減速ギア列６１の第１減速比と第２減速ギア列６２の第２減速比の積により決まる。
従って、減速ギア機構６の減速比として、大きな減速比が可能であることで、高回転・低トルクの小径タイプのモータジェネレータ５を用いることができる。

第１実施例では、ユニットケース１０は、ケース下部位置とフロントサスペンションメンバ４２とが、トランスバースリンク３３により連結される。減速機は、第１減速機を第１減速ギア列６１とし、第２減速機を第２減速ギア列６２とする減速ギア機構６である。減速ギア機構６は、第１減速ギア列６１による第１減速比を、第２減速ギア列６２による第２減速比より大きくする。
即ち、第２減速ギア列６２による第２減速比は、第１減速ギア列６１による第１減速比よりも小さくされる。このため、第２減速ギア列６２の出力側ギアであるホイール駆動軸ギア６６の大きさを抑えることができる。この結果、図６に示すように、ユニットケース１０の底面高さ位置BLが、トランスバースリンク３３のユニットケース支持点P2から離れた高さ位置になる。
従って、サスペンションが伸び切ったフルリバウンド状態になったとしても、ユニットケース１０とトランスバースリンク３３の干渉が回避される。

第１実施例では、第１減速ギア列６１は、車軸方向にてストラット３１を挟んでモータジェネレータ５とは反対側の領域に配置する。第２減速ギア列６２は、ストラット３１の下側領域に配置する。
即ち、車軸方向にて第２減速ギア列６２と符合する位置にストラット３１を配置しているので、図５及び図６に示すように、ストラット３１の下端部を、ユニットケース１０の内部まで埋め込み状態にて配置するスペースが確保される。つまり、ストラット３１の下端部を埋め込み状態としても、第１アイドラー軸ギア６４やモータジェネレータ５と干渉しない。このため、既存のストラット式サスペンションをそのまま用い、そのステアリングナックル部分に、インホイールモータユニット１を取り付けることが可能になる。
従って、インホイールモータユニット１を搭載したインホイールモータ駆動装置Ａが、既存のストラット式サスペンションを流用した置き換えにより構成される。

第１実施例では、モータジェネレータ５は、ホイール駆動軸２１と平行なモータ軸５１を有する。ユニットケース１０に、ステアリング機構のタイロッド８６が連結されるナックルアーム１５を設ける。モータジェネレータ５を、車軸直交方向にてホイール駆動軸２１を挟んでナックルアーム１５のタイロッド連結部９６とは反対側の領域に配置する。
即ち、タイロッド連結部９６は、モータジェネレータ５とは車両前後方向に離れて形成される空スペース領域に配置される。このため、モータジェネレータ５は、タイロッド連結部９６による径方向長さの制約を受けることなく、タイヤホイール２の内径とホイール駆動軸２１の外径による径方向範囲内でモータ外径を決めることができる。
従って、タイロッド連結部９６による制約を受けることなくモータジェネレータ５のモータ外径の長さを取れることで、所望のモータ出力が確保される。

第１実施例では、タイヤホイール２は、ユニットケース１０と車軸方向に隣接する位置に固定されたブレーキロータ８７を有する。ユニットケース１０に、ブレーキロータ８７を挟圧するブレーキキャリパ９３を設ける。ブレーキキャリパ９３を、ホイール駆動軸２１を中心とする円周方向にてナックルアーム１５のタイロッド連結部９６とモータジェネレータ５との間の円周領域に配置する。
即ち、ブレーキキャリパ９３は、車軸方向に専用のスペースを確保することなく、タイロッド連結部９６とモータジェネレータ５との間に円周方向に形成される空スペース領域に配置される。
従って、ユニットケース１０の車軸方向の長さを拡大することなく、ユニットケース１０やタイロッド連結部９６とブレーキキャリパ９３の干渉が回避される。

次に、効果を説明する。
第１実施例のインホイールモータ駆動装置Ａにあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) インホイールモータ駆動装置Ａは、インホイールモータユニット１と、ストラット式サスペンション３と、を備える。
インホイールモータユニット１は、タイヤホイール２の内側空間部分に配設されるユニットケース１０のケース内空間に、モータ（モータジェネレータ５）と減速機（減速ギア機構６）を配置する。
ストラット式サスペンション３は、車両上下方向に作用する力を支えるストラット３１を用い、インホイールモータユニット１を含むバネ下部材を車体４に懸架する。
このインホイールモータ駆動装置Ａにおいて、ストラット式サスペンション３は、ストラット３１の下端部分を、ユニットケース１０の上部位置に取り付ける。
インホイールモータユニット１は、モータ（モータジェネレータ５）を、車軸方向にてストラット３１の取り付け位置よりも車両外側に配置する。減速機（減速ギア機構６）を、車軸方向にてストラット３１の取り付け位置に対してモータ（モータジェネレータ５）と反対側の車両内側に配置する（図５）。
このため、ユニットケース１０のケース内空間にモータ（モータジェネレータ５）と減速機（減速ギア機構６）を配置する際、車体４や隣接するリンク部材との干渉を回避しつつ、所望のモータ出力を確保することができる。

(2) 減速機（減速ギア機構６）の一部を、車軸方向にてストラット３１とオーバラップするストラット下側領域に配置する（図５）。
このため、(1)の効果に加え、減速機（減速ギア機構６）の一部を、車軸方向にてストラット３１とオーバラップさせることで、ユニットケース１０の軸長増大を抑えることができる。

(3) 減速機（減速ギア機構６）は、第１減速機（第１減速ギア列６１）と第２減速機（第２減速ギア列６２）による２段減速機とする（図５）。
このため、(2)の効果に加え、大きな減速比が可能であることで、高回転・低トルクの小径タイプのモータ（モータジェネレータ５）を用いることができる。

(4) ユニットケース１０は、ケース下部位置と車体４（フロントサスペンションメンバ４２）とが、トランスバースリンク３３により連結される。
減速機は、第１減速機を第１減速ギア列６１とし、第２減速機を第２減速ギア列６２とする減速ギア機構６である。
減速ギア機構６は、第１減速ギア列６１による第１減速比を、第２減速ギア列６２による第２減速比より大きくする（図６）。
このため、(3)の効果に加え、サスペンションが伸び切ったフルリバウンド状態になったとしても、ユニットケース１０とトランスバースリンク３３の干渉を回避することができる。

(5) 第１減速ギア列６１は、車軸方向にてストラット３１を挟んでモータ（モータジェネレータ５）とは反対側の領域に配置する。
第２減速ギア列６２は、ストラット３１の下側領域に配置する（図６）。
このため、(4)の効果に加え、インホイールモータユニット１を搭載したインホイールモータ駆動装置Ａを、既存のストラット式サスペンションを流用した置き換えにより構成することができる。

(6) モータ（モータジェネレータ５）は、ホイール駆動軸２１と平行なモータ軸５１を有する。
ユニットケース１０に、ステアリング機構のタイロッド８６が連結されるナックルアーム１５を設ける。
モータ（モータジェネレータ５）を、車軸直交方向にてホイール駆動軸２１を挟んでナックルアーム１５のタイロッド連結部９６とは反対側の領域に配置する（図６）。
このため、(1)〜(5)の効果に加え、タイロッド連結部９６による制約を受けることなくモータ（モータジェネレータ５）のモータ外径の長さを取れることで、所望のモータ出力を確保することができる。

(7) タイヤホイール２は、ユニットケース１０と車軸方向に隣接する位置に固定されたブレーキロータ８７を有する。
ユニットケース１０に、ブレーキロータ８７を挟圧するブレーキキャリパ９３を設ける。
ブレーキキャリパ９３を、ホイール駆動軸２１を中心とする円周方向にてナックルアーム１５のタイロッド連結部９６とモータ（モータジェネレータ５）との間の円周領域に配置する（図６）。
このため、(1)〜(6)の効果に加え、ユニットケース１０の車軸方向の長さを拡大することなく、ユニットケース１０やタイロッド連結部９６とブレーキキャリパ９３の干渉を回避することができる。

以上、本発明のインホイールモータ駆動装置を第１実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この第１実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

第１実施例では、ストラット３１の下端部分を、ユニットケース１０の上部位置に埋め込み状態で取り付ける例を示した。しかし、ストラットの下端部分を、ユニットケースの上部位置に取り付ける形態としては、埋め込み状態に限らず、例えば、ユニットケースに設けた取り付けフランジなどを介して取り付けるようなものであっても良い。

第１実施例では、減速ギア機構６の一部（第２減速ギア列６２）を、車軸方向にてストラット３１とオーバラップするストラット下側領域に配置する例を示した。しかし、減速ギア機構の全部を、車軸方向にてストラットとオーバラップしない位置に配置する例であっても良い。また、減速ギア機構の全部を、車軸方向にてストラットとオーバラップするストラット下側領域に配置する例であっても良い。

第１実施例では、減速ギア機構６として、第１減速ギア列６１と第２減速ギア列６２による２段減速機とする例を示した。しかし、減速ギア機構としては、１段減速機や３段減速機以上としても良い。また、減速ギア列ではなく、遊星歯車を用いたり、減速ギア列と遊星歯車の組み合わせを用いたりしても良い。

第１実施例では、タイロッドとして、ユニットケース１０よりも車両後方側の位置に配置されるタイロッド８６の例を示した。しかし、タイロッドとしては、ユニットケースを車両前後方向に入れ替え配置することにより、ユニットケースよりも車両前方側の位置に配置される例としても良い。

第１実施例では、インホイールモータユニット１を搭載したインホイールモータ駆動装置Ａを、既存のストラット式フロントサスペンションを流用した置き換えにより構成する例を示した。しかし、インホイールモータユニットを搭載したインホイールモータ駆動装置は、ストラットを有するストラット式サスペンションと組み合わせるものであれば、既存のサスペンションを流用しないものであっても良い。例えば、要求されるホイールアライメントなどのサスペンション性能に応じて、一部の仕様を改良したストラット式サスペンションを用いたり、インホイールモータユニットに専用のストラット式サスペンションを用いたりしても良い。

第１実施例では、本発明のインホイールモータ駆動装置を、電気自動車の左右前輪に適用する例を示した。しかし、本発明のインホイールモータ駆動装置は、電気自動車の左右後輪に対しても適用することができるし、電気自動車の全輪に対しても適用することができる。

Ａ インホイールモータ駆動装置
１ インホイールモータユニット
１０ ユニットケース
１５ ナックルアーム
２ タイヤホイール
２１ ホイール駆動軸
３ ストラット式サスペンション
３１ ストラット
３２ コイルスプリング
３３ トランスバースリンク
４ 車体
５ モータジェネレータ（モータ）
５１ モータ軸
６ 減速ギア機構（減速機）
６１ 第１減速ギア列（第１減速機）
６２ 第２減速ギア列（第２減速機）
８６ タイロッド
８７ ブレーキロータ
９３ ブレーキキャリパ
９６ タイロッド連結部

Claims (7)

1. タイヤホイールの内側空間部分に配設されるユニットケースのケース内空間に、モータと減速ギア機構を配置するインホイールモータユニットと、
   車両上下方向に作用する力を支えるストラットを用い、前記インホイールモータユニットを含むバネ下部材を車体に懸架するストラット式サスペンションと、
   を備えるインホイールモータ駆動装置において、
   前記ストラット式サスペンションは、前記ストラットの下端部分を、前記ユニットケースの上部位置に取り付け、
   前記インホイールモータユニットは、前記モータを、車軸方向にて前記ストラットの取り付け位置よりも車両外側に配置し、前記減速ギア機構を、車軸方向にて前記ストラットの取り付け位置に対して前記モータと反対側の車両内側に配置し、
   前記減速ギア機構の少なくとも一部を、車軸方向にて前記ストラットの支柱内側面の位置よりも更に車両内側に配置する
   ことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
2. タイヤホイールの内側空間部分に配設されるユニットケースのケース内空間に、モータと減速ギア機構を配置するインホイールモータユニットと、
   車両上下方向に作用する力を支えるストラットを用い、前記インホイールモータユニットを含むバネ下部材を車体に懸架するストラット式サスペンションと、
   を備えるインホイールモータ駆動装置において、
   前記ストラット式サスペンションは、前記ストラットの下端部分を、前記ユニットケースの上部位置に取り付け、
   前記インホイールモータユニットは、前記モータを、車軸方向にて前記ストラットの取り付け位置よりも車両外側に配置し、前記減速ギア機構を、車軸方向にて前記ストラットの取り付け位置に対して前記モータと反対側の車両内側に配置し、
   前記減速ギア機構の一部を、車軸方向にて前記ストラットの支柱とオーバラップするストラット下側領域に配置し、前記減速ギア機構の残りの部分を、車軸方向にて前記ストラットの支柱内側面の位置よりも更に車両内側に配置する
   ことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載されたインホイールモータ駆動装置において、
   前記減速ギア機構は、第１減速ギア列と第２減速ギア列による２段減速機とする
   ことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
4. 請求項３に記載されたインホイールモータ駆動装置において、
   前記ユニットケースは、ケース下部位置と車体とが、トランスバースリンクにより連結され、
   前記減速ギア機構は、前記第１減速ギア列による第１減速比を、前記第２減速ギア列による第２減速比より大きくする
   ことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
5. 請求項４に記載されたインホイールモータ駆動装置において、
   前記第１減速ギア列は、車軸方向にて前記ストラットを挟んで前記モータとは反対側の領域に配置し、
   前記第２減速ギア列は、前記ストラットの下側領域に配置する
   ことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
6. 請求項１から５までの何れか一項に記載されたインホイールモータ駆動装置において、
   前記モータは、ホイール駆動軸と平行なモータ軸を有し、
   前記ユニットケースに、ステアリング機構のタイロッドが連結されるナックルアームを設け、
   前記モータを、車軸直交方向にて前記ホイール駆動軸を挟んで前記ナックルアームのタイロッド連結部とは反対側の領域に配置する
   ことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
7. 請求項６に記載されたインホイールモータ駆動装置において、
   前記タイヤホイールは、前記ユニットケースと車軸方向に隣接する位置に固定されたブレーキロータを有し、
   前記ユニットケースに、前記ブレーキロータを挟圧するブレーキキャリパを設け、
   前記ブレーキキャリパを、前記ホイール駆動軸を中心とする円周方向にて前記ナックルアームのタイロッド連結部と前記モータとの間の円周領域に配置する
   ことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。