JP7053405B2 - 車両駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両駆動装置に関する。

車両駆動装置の一種であ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。そのため、インホイールモータ駆動装置は、できるだけ軽量・コンパクト化する必要がある。その一方、インホイールモータ駆動装置は、車両（車輪）を駆動するために大きなトルクを必要とする。このため、インホイールモータ駆動装置においては、駆動力を発生させる電動モータ部と、車輪を回転自在に支持する車輪用軸受部との間に、電動モータ部の回転を減速して車輪用軸受部に出力する減速機部を設けるのが一般的である（例えば、特許文献１）。特許文献１では、減速機部に、互いに平行に配置された入力歯車軸、中間歯車軸および出力歯車軸を備えた多段減速式の平行軸歯車減速機を採用している。

特許文献１では、入力歯車軸、中間歯車軸および出力歯車軸にそれぞれ設けられる入力歯車、中間歯車および出力歯車として、歯筋がつるまき線状となったはすば歯車を用いている。はすば歯車は、同時に噛み合う歯数が増え、歯当たりが分散されるため、静粛でトルク変動が小さい減速機を実現する上で有効である。減速機を構成する各歯車にはすば歯車を用いた場合、各歯車軸には歯車同士の噛合いによってラジアル荷重およびスラスト荷重の双方が作用する。そのため、歯車軸を支持する軸受（転がり軸受）には、ラジアル荷重およびスラスト荷重の双方を受けることができるもの、例えば深溝玉軸受が採用される。

ところで、平行軸歯車減速機を用いた車両駆動装置においては、歯車の歯面の形状誤差や弾性変形、歯車軸の加工誤差、歯車軸を支持する転がり軸受の軸受すき間や弾性変形などといった種々の要因により、歯車軸間（互いに噛合う二つの歯車の歯面間）でミスアライメントが生じる場合がある。このようなミスアライメントが生じると、歯車同士の噛合い部に噛合い伝達誤差（噛合いの遅れや進みであり、「噛合い誤差」とも称される）が生じる。噛合い伝達誤差が大きくなると、減速機の音振性能や耐久性、ひいては車両の乗り心地に悪影響が及ぶ。従って、音振性能や耐久性に優れ、信頼性に富む車両駆動装置を実現する上で、減速機の噛合い部における噛合い伝達誤差を小さくすることは非常に重要である。

噛合い伝達誤差を小さくするための技術手段として、歯車に対して歯面修整を施すことが知られている。なお、特許文献１に記載の平行軸歯車減速機をはじめとして、歯車が正逆両方向に回転する用途で使用される歯車機構においては、歯車の両歯面に歯面修整が施される（例えば、特許文献２）。特許文献２においては、互いに噛合う二つの歯車（ピニオンおよび出力歯車）のうち、何れか一方の歯車の歯筋に歯面修整としてのクラウニング加工を施している。これは、ピニオンのねじり変形によるピニオンの歯筋の傾きに合わせて、ピニオンと出力歯車の双方の歯筋が平行に噛み合うようにするためである。

特開２０１８－５３９２７号公報 特開２００６－１０３４８７号公報

車両駆動装置のうち、特に特許文献１に開示されているようなインホイールモータ駆動装置においては、一層のコンパクト化や耐久性向上を図るために、歯車軸の配置態様、はすば歯車で構成される各歯車の歯のねじれ角、歯車軸を支持する転がり軸受のサイズ（負荷容量）などに工夫を凝らすことが検討されている関係上、噛合い伝達誤差の発生要因となるミスアライメントが、歯車軸と平行な成分としての平行誤差、および歯車軸に垂直な成分としての食違い誤差を含む三次元的なものとなる。そのため、特許文献２に記載されているように、互いに噛合う二つの歯車のうち、何れか一方の歯車の歯筋に歯面修整を施すだけでは、車両駆動装置の減速機で生じる噛合い伝達誤差を十分に小さくすることが困難である。

そこで、本発明は、電動モータ部の回転を減速して出力する減速機部に、各歯車がはすば歯車で構成された平行軸歯車減速機を使用してなる車両駆動装置において、減速機における噛合い伝達誤差を小さくすることを可能とし、もって車両駆動装置の音振性能や耐久性向上を図ることを主たる目的とする。

上記の目的を達成するために創案された本発明は、車両を駆動するための駆動力を発生させる電動モータ部と、互いに平行に配置された入力歯車軸、中間歯車軸および出力歯車軸を有し、入力歯車軸に入力された電動モータ部の回転を二段以上で減速して出力する減速機部と、を備え、各歯車軸に設けられた歯車がはすば歯車で構成された車両駆動装置において、減速機部に複数形成される歯車同士の噛合い部のうち、互いに噛合う二つの歯車の歯面間で生じるミスアライメント量が車両のドライブ時とコースト時とで異なる噛合い部を形成する二つの歯車に対し、ドライブ時に相手側と噛合う第１歯面に歯面修整を施すと共に、コースト時に相手側と噛合う第２歯面に、第１歯面に施した歯面修整量とは異なる量の歯面修整を施したことを特徴とする。なお、本発明でいう「ドライブ時」とは車両が前進移動する時（各歯車軸が車両を前進移動させる方向に回転する時）であり、また「コースト時」とは車両が後退移動または惰性走行する時である。

まず、互いに噛合う二つの歯車（はすば歯車）の歯面間でミスアライメントが生じる要因としては、歯面の形状誤差、歯のねじれ方向、歯面に荷重が作用したときの弾性変形量、歯車軸の加工誤差などを挙げることができ、どの程度のミスアライメント量が生じるかは、例えば、前述した種々の要因を加味した上でＦＥＭ解析（有限要素解析）を実施することにより、設計段階で比較的高精度に推定することができる。そのため、上記の構成によれば、車両のドライブ時に相手側と噛合う第１歯面、および車両のコースト時に相手側と噛合う第２歯面の双方に対して、歯面間で生じるミスアライメント量を効果的に低減し得るような歯面修整が施された歯車を実現できるので、減速機部に形成される歯車同士の噛合い部のそれぞれで生じる噛合い伝達誤差を小さくすることが可能となる。これにより、減速機部（平行軸歯車減速機）における歯車起因の振動や異音の発生が抑制されるので、音振性能や耐久性に優れ、信頼性に富む車両駆動装置を実現することができる。

上記構成において、第１および第２歯面の双方に施す歯面修整としては、歯形クラウニングおよび歯筋クラウニングを選択することができる。このとき、ドライブ時およびコースト時のうち、相対的に大きいミスアライメント量が生じる時に相手側と噛合う歯面（第１歯面又は第２歯面）に対する歯面修整量（クラウニング量）を、相対的に小さいミスアライメント量が生じる時に相手側と噛合う歯面（第２歯面又は第１歯面）に対する歯面修整量よりも大きくする。クラウニングの形状は特に問わず、例えば、直線、単一の円弧、複数の円弧の組み合わせ、対数関数で表されるもの（対数クラウニング）などを適宜選択することができる。

本発明は、例えば、各歯車軸が、軸方向の二箇所に離間して配置された転がり軸受により回転自在に支持され、各歯車軸のうち、少なくとも一つの歯車軸が、負荷容量（剛性）が互いに異なる二つの転がり軸受により回転自在に支持された構成を有する車両駆動装置に好ましく適用することができる。

負荷容量が互いに異なる二つの転がり軸受により回転自在に支持された歯車軸に設けられた歯車の歯のねじれ方向は、ドライブ時に負荷容量が相対的に大きい方の転がり軸受にスラスト荷重が作用するように設定するのが好ましい。このようにすれば、第２歯面に比べて使用頻度が高い第１歯面同士が噛合うときのミスアライメント量を小さくする上で有利となる。このとき、第２歯面に対する歯面修整量は、第１歯面に対する歯面修整量よりも大きくする。

以上で説明した本発明は、電動モータ部および減速機部が車体に取り付けられる、いわゆるオンボードタイプの車両駆動装置の他、車輪を回転自在に支持するための車輪用軸受部をさらに備え、減速機部の出力（出力歯車軸の回転）が車輪用軸受部の回転側に伝達されるインホイールモータ駆動装置などに適用することができる。

以上から、本発明によれば、平行軸歯車減速機における噛合い伝達誤差を小さくすることが可能となるので、音振性能や耐久性に優れ、信頼性に富む車両駆動装置を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る車両駆動装置（インホイールモータ駆動装置）を示す断面図であって、図２のＰ－Ｐ線矢視断面図である。 図１のＱ－Ｑ線矢視断面図である。 （ａ）図は、図１に示す減速機の要部を模式的に示す図、（ｂ）図は、（ａ）図に示す構成において、ドライブ時およびコースト時における中間歯車軸の傾きを説明するための図である。 図２の部分拡大図である。 （ａ）図は、歯面修整前の歯車の部分拡大正面図、（ｂ）図は、図３（ａ）に示す構成を採用した場合の歯面修整後の歯車の部分拡大正面図であり、（ｃ）図のＴ－Ｔ線矢視断面図、（ｃ）図は、（ｂ）図のＲ－Ｒ線矢視断面図である。 （ａ）図は、第２実施形態に係る減速機の要部を模式的に示す図、（ｂ）図は、（ａ）図に示す構成において、ドライブ時およびコースト時における中間歯車軸の傾きを説明するための図である。 （ａ）図は、図６（ａ）に示す構成を採用した場合の歯面修整後の歯車の部分拡大正面図であり、（ｂ）図のＴ－Ｔ線矢視断面図、（ｂ）図は、（ａ）図のＲ－Ｒ線矢視断面図である。 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平面図である。 図８に示す電気自動車の後方断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

まず、図８および図９に基づき、車両駆動装置の一種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１１の概要を説明する。図８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９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１５の内部に収容され、懸架装置１６を介してシャシー１２の下部に固定されている。

懸架装置１６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、コイルスプリングおよびショックアブソーバ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。懸架装置１６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独立懸架式が好ましいが、その他の懸架方式が採用される場合もある。

この電気自動車１１では、左右のホイールハウジング１５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有する。

なお、インホイールモータ駆動装置２１は、上記のように、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の双方を駆動輪とした四輪駆動タイプの電気自動車に適用することもできる。

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をできるだけコンパクト化する必要がある。そこで、以下に説明するようなインホイールモータ駆動装置２１を採用する。

図１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、より詳細には、電気自動車１１（図８参照）の左側の駆動輪を回転駆動させるインホイールモータ駆動装置２１の断面図を示す。このインホイールモータ駆動装置２１は、電気自動車１１（駆動輪）を駆動させるための駆動力を発生させる電動モータ部Ａと、電動モータ部Ａの回転を減速して出力する減速機部Ｂと、減速機部Ｂの出力を駆動輪に伝達する車輪用軸受部Ｃとを備えている。電動モータ部Ａおよび減速機部Ｂはケーシング２２に収容され、車輪用軸受部Ｃはケーシング２２に取り付けられている。なお、以下の説明では、インホイールモータ駆動装置２１をホイールハウジング１５（図９参照）内に取り付けた状態で車幅方向外側および車幅方向内側となる側を、それぞれ、アウトボード側およびインボード側ともいう。図１においては、紙面左側がアウトボード側であり、紙面右側がインボード側である。

電動モータ部Ａは、ケーシング２２に固定された筒状のステータ２３と、図示外の径方向隙間を介してステータ２３の内周に配置されたロータ２４と、外周にロータ２４を装着したモータ回転軸２５とを備えるラジアルギャップ型の電動モータ２６を備える。モータ回転軸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４０，４１によってケーシング２２に対して回転自在に支持されており、毎分１万数千回程度の回転速度で回転可能である。なお、電動モータ部Ａには、ラジアルギャップ型に替えてアキシャルギャップ型の電動モータを採用しても良い。

図１に示すように、減速機部Ｂは、入力歯車３１を有する入力歯車軸３５と、入力側中間歯車（大径歯車）３２および出力側中間歯車（小径歯車）３３を有する中間歯車軸３６と、出力歯車３４を有する出力歯車軸３７とを備え、各歯車軸３５～３７（の中心軸線）が互いに平行に配置された、いわゆる平行軸歯車減速機３０を備える。

図２に示すように、歯車軸３５～３７は、それぞれの回転中心Ｏ１～Ｏ３を結ぶ直線で形成される軌跡が三角形状をなすように配置されている。より具体的には、入力歯車軸３５の回転中心Ｏ１と出力歯車軸３７の回転中心Ｏ３とを結ぶ直線が三角形状の軌跡の底辺を構成すると共に、中間歯車軸３６の回転中心Ｏ２が三角形状の軌跡の頂点を構成するように、各歯車軸３５～３７が配置されている。上記態様で歯車軸３５～３７を配置することにより、減速機部Ｂを径方向にコンパクト化することができる。なお、図２には、電気自動車１１が前進移動するとき（ドライブ時）の各歯車軸３５～３７の回転方向を黒塗り矢印で示し、電気自動車１１が後退移動するときの各歯車軸３５～３７の回転方向を白抜き矢印で示している。

図１および図２に示すように、平行軸歯車減速機３０では、入力歯車３１と入力側中間歯車３２とが噛み合い、出力側中間歯車３３と出力歯車３４とが噛み合っている。入力側中間歯車３２の歯数は、入力歯車３１および出力側中間歯車３３の歯数よりも多く、出力歯車３４の歯数は、出力側中間歯車３３の歯数よりも多い。係る構成から、本実施形態の平行軸歯車減速機３０は、モータ回転軸２５の回転を二段階で減速して出力する。

図１に示すように、入力歯車軸３５は、モータ回転軸２５と同軸に配置され、スプライン嵌合によってモータ回転軸２５と一体回転可能に連結されている。従って、モータ回転軸２５の回転中心は、入力歯車軸３５の回転中心Ｏ１と一致している。入力歯車軸３５は、軸方向の二箇所に離間して配置された転がり軸受４２，４３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。中間歯車軸３６は軸方向の二箇所に離間して配置された転がり軸受４４，４５により、また、出力歯車軸３７は軸方向の二箇所に離間して配置された転がり軸受４６，４７により、それぞれ、ケーシング２２に対して回転自在に支持されている。

以上で説明した歯車軸３５～３７を支持する転がり軸受４２～４７としては、何れも、ラジアル荷重およびスラスト荷重の双方を受けることができる軸受、例えば深溝玉軸受が使用される。これは、後述するように、各歯車３１～３４としてはすば歯車を使用している関係上、歯車同士の噛合い部を介して各歯車軸３５～３７にラジアル荷重およびスラスト荷重の双方が作用するためである。

図１に示すように、本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１においては、中間歯車軸３６のインボード側の端部を支持する転がり軸受４４に、中間歯車軸３６のアウトボード側の端部を支持する転がり軸受４５よりも大径のもの、すなわち負荷容量（剛性）が大きいものを用いると共に、出力歯車軸３７のアウトボード側（軸方向中央部付近）を支持する転がり軸受４７に、出力歯車軸３７のインボード側の端部を支持する転がり軸受４６よりも大径のものを用いている。係る構成に加え、入力側中間歯車３２を部分的に肉取りして入力側中間歯車３２の内周に中間歯車軸３６のインボード側の端部を支持する転がり軸受４４を配置すると共に、出力歯車３４を部分的に肉取りして出力歯車３４の内周に出力歯車軸３７のアウトボード側を支持する転がり軸受４７を配置している。以上の構成を採用することにより、減速機部Ｂに高い減速比を確保しつつ、減速機部Ｂ（インホイールモータ駆動装置２１）のコンパクト化を図っている。

図３（ａ）に模式的に示すように、減速機３０に設けられる入力歯車３１、入力側中間歯車３２、出力側中間歯車３３および出力歯車３４には、何れも、歯３１ａ～３４ａの歯筋がつるまき線状に形成された（歯の歯筋が軸方向に対して傾斜した）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多く、歯当たりが分散されるため、噛合い時の音が静かでトルク変動が少ないという利点を有する。従って、はすば歯車を用いれば、静粛かつトルク伝達効率に優れた減速機３０を実現する上で有利となる。

各歯車３１～３４がはすば歯車で構成される関係上、インホイールモータ駆動装置２１の駆動中（各歯車軸３５～３７の回転中）、入力歯車３１と入力側中間歯車３２との噛合い部Ｍ１、および出力側中間歯車３３と出力歯車３４との噛合い部Ｍ２には、ラジアル荷重およびスラスト荷重の双方が作用する。従って、インホイールモータ駆動装置２１の駆動中、入力歯車軸３５には噛合い部Ｍ１を形成する入力歯車３１を介してラジアル荷重およびスラスト荷重が入力され、中間歯車軸３６には噛合い部Ｍ１，Ｍ２を形成する両中間歯車３２，３３を介してラジアル荷重およびスラスト荷重が入力され、出力歯車軸３７には噛合い部Ｍ２を形成する出力歯車３４を介してラジアル荷重およびスラスト荷重が入力される。これらのラジアル荷重およびスラスト荷重は、歯車軸３５～３７を支持する転がり軸受４２～４７によって支持される。

本実施形態では、電気自動車１１のドライブ時（各歯車軸３５～３７が図２中黒塗り矢印で示す方向に回転したとき）に、中間歯車軸３６に入力されるスラスト荷重（噛合い部Ｍ１を形成する入力側中間歯車３２に作用するスラスト荷重、および噛合い部Ｍ２を形成する出力側中間歯車３３に作用するスラスト荷重の合力）が中間歯車軸３６を支持する二つの転がり軸受４４，４５のうち負荷容量が相対的に大きいインボード側の転がり軸受４４に作用すると共に、出力歯車軸３７に入力されるスラスト荷重（噛合い部Ｍ２を形成する出力歯車３４に作用するスラスト荷重）が出力歯車軸３７を支持する二つの転がり軸受４６，４７のうち負荷容量が相対的に大きいアウトボード側の転がり軸受４７に作用するように、各歯車３１～３４の歯３１ａ～３４ａのねじれ方向を設定している。具体的には、図３（ａ）に示すように、入力歯車３１および出力歯車３４の歯３１ａ，３４ａのねじれ方向をいわゆる左ねじれとし、入力側中間歯車３２および出力側中間歯車３３の歯３２ａ，３３ａのねじれ方向をいわゆる右ねじれとしている。

図３（ａ）には、参考までに、電気自動車１１のドライブ時に入力側中間歯車３２および出力側中間歯車３３に作用するスラスト荷重の方向を、それぞれ、黒塗り矢印Ｆ１，Ｆ２で示し、電気自動車１１のコースト時に、両中間歯車３２，３３に作用するスラスト荷重の方向を、それぞれ白抜き矢印Ｆ１’，Ｆ２’で示している。図３（ａ）では、矢印Ｆ１，Ｆ２の長さを相互に異ならせているが、これは、出力側中間歯車３３が入力側中間歯車３２よりも動力伝達方向の後段側に位置して大きな回転トルクを伝達するものである関係上、出力側中間歯車３３に作用するスラスト荷重の方が入力側中間歯車３２に作用するスラスト荷重よりも大きいことを意味している。白抜き矢印Ｆ１’，Ｆ２’についても同様である。なお、ドライブ時には、入力歯車３１および出力歯車３４のそれぞれに対し、両中間歯車３２，３３に作用するスラスト荷重の反作用としてのスラスト荷重（白抜き矢印Ｆ１’，Ｆ２’で示す方向のスラスト荷重）が作用する。同様に、コースト時には、入力歯車３１および出力歯車３４のそれぞれに対し、両中間歯車３２，３３に作用するスラスト荷重の反作用としてのスラスト荷重（黒塗り矢印Ｆ１，Ｆ２で示す方向のスラスト荷重）が作用する。

図１に示すように、車輪用軸受部Ｃは、いわゆる内輪回転タイプの車輪用軸受５０で構成される。車輪用軸受５０は、ハブ輪５１および内輪５２からなる内方部材５３と、外輪５４と、ボール５７と、図示外の保持器とを備えた複列アンギュラ玉軸受からなる。詳細な図示は省略しているが、車輪用軸受５０の内部空間には、潤滑剤としてのグリースが充填されている。軸受内部空間への異物侵入および軸受外部へのグリース漏洩を防止するため、車輪用軸受５０の軸方向両端部にはシール部材が設けられている。

ハブ輪５１は、スプライン嵌合によって平行軸歯車減速機３０を構成する出力歯車軸３７と一体回転可能に連結されている。ハブ輪５１のアウトボード側の端部外周にフランジ部５１ａが設けられ、このフランジ部５１ａに駆動輪が取り付けられる。また、ハブ輪５１のインボード側の端部には、内輪５２を加締め固定してなる加締め部５１ｂが形成されている。この加締め部５１ｂは、車輪用軸受５０に予圧を付与する機能を有する。

ハブ輪５１の外周にアウトボード側の内側軌道面５５が形成され、内輪５２の外周にインボード側の内側軌道面５５が形成されている。外輪５４の内周には、両内側軌道面５５，５５に対応する複列の外側軌道面５６が形成されており、対をなす内側軌道面５５と外側軌道面５６とで形成されるボールトラックに複数のボール５７が組み込まれている。外輪５４は、そのアウトボード側の端部から径方向外向きに延びるフランジ部を有し、このフランジ部にボルト止めされたアタッチメント５８を介してケーシング２２にボルト止めされている。

以上の構成を有するインホイールモータ駆動装置２１の全体的な作動態様を簡単に説明する。まず、電動モータ部Ａにおいて、ステータ２３に交流電流が供給されると、これに伴って生じる電磁力によりロータ２４およびモータ回転軸２５が一体回転する。モータ回転軸２５の回転は、減速機部Ｂにおいて平行軸歯車減速機３０によって減速された上で車輪用軸受５０に伝達されるので、低トルクで高回転型の電動モータ（小型の電動モータ）２６を採用した場合でも、駆動輪に必要なトルクを伝達することができる。

図示は省略しているが、インホイールモータ駆動装置２１は、電動モータ２６および平行軸歯車減速機３０の各部に潤滑油を供給するための潤滑機構を有する。インホイールモータ駆動装置２１の駆動中には、上記潤滑機構から供給される潤滑油により、電動モータ２６の各部が冷却されると共に平行軸歯車減速機３０の各部が潤滑および冷却される。

本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１の基本的構成は以上のとおりであるが、本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、互いに噛合う二つの歯車の歯面間で生じるミスアライメントに起因した噛合い伝達誤差の発生を抑制可能とした点に主たる特徴がある。以下、まず、互いに噛合う二つの歯車の歯面間でミスアライメントが生じる主な理由を説明し、その後、本発明で採用している特徴的な構成について説明する。

まず、上述したように、インホイールモータ駆動装置２１のコンパクト化を図るため、中間歯車軸３６を支持する二つの転がり軸受４４，４５のうち、インボード側の転がり軸受４４にアウトボード側の転がり軸受４５よりも大径で負荷容量の大きいもの（高剛性のもの）を使用すると共に、出力歯車軸３７を支持する二つの転がり軸受４６，４７のうち、アウトボード側の転がり軸受４７にインボード側の転がり軸受４６よりも大径で高剛性のものを使用している。

また、静粛かつトルク伝達効率に優れた平行軸歯車減速機３０を実現するために、各歯車軸３５～３７に設けられる歯車３１～３４にはすば歯車を使用している。このように、減速機３０を構成する歯車３１～３４にはすば歯車を使用している関係上、インホイールモータ駆動装置２１の駆動中、各歯車軸３５～３７には、歯車同士の噛合い部Ｍ１，Ｍ２［図３（ａ）参照］で生じるスラスト荷重が作用する。このスラスト荷重は、歯車軸３５～３７を支持する転がり軸受４２～４７で支持されることになるが、電気自動車１１が前進移動する頻度は、電気自動車１１が後退移動または惰性走行する頻度よりも遥かに高い。

このため、本実施形態では、図３（ａ）を参照して説明したように、各歯車３１～３４の歯３１ａ～３４ａのねじれ方向を、電気自動車１１のドライブ時に、中間歯車軸３６に入力されるスラスト荷重（両中間歯車３２，３３に作用するスラスト荷重の合力）が中間歯車軸３６を支持する二つの転がり軸受４４，４５のうち負荷容量が相対的に大きいインボード側の転がり軸受４４に、また、出力歯車軸３７に入力されるスラスト荷重が出力歯車軸３７を支持する二つの転がり軸受４６，４７のうち負荷容量が相対的に大きいアウトボード側の転がり軸受４７に作用するように設定している。

インホイールモータ駆動装置２１の駆動中、中間歯車軸３６には、入力側中間歯車３２および出力側中間歯車３３に作用するスラスト荷重に加え、このスラスト荷重によるモーメント荷重も作用する。中間歯車軸３６にモーメント荷重が作用すると、中間歯車軸３６は軸方向（回転中心Ｏ２を通って軸方向に延びる直線）に対して傾く。電気自動車１１のドライブ時には、図３（ａ）中に黒塗り矢印Ｆ１，Ｆ２で示すようなスラスト荷重が入力側および出力側中間歯車３２，３３に作用することから、図３（ｂ）に示すように、中間歯車軸３６（の回転中心Ｏ２に沿って延びる直線）を反時計回りの方向に回転させるようなモーメント荷重が作用する。一方、電気自動車１１のコースト時には、図３（ａ）中に白抜き矢印Ｆ１’，Ｆ２’で示すようなスラスト荷重が入力側および出力側中間歯車３２，３３に作用することから、図３（ｂ）に示すように、中間歯車軸３６（の回転中心Ｏ２に沿って延びる直線）を時計回りの方向に傾かせるようなモーメント荷重が作用する。但し、前述したとおり、中間歯車軸３６を支持する二つの転がり軸受４４，４５は、インボード側の転がり軸受４４の方が高剛性であるため、中間歯車軸３６にモーメント荷重が作用するのに伴って生じる中間歯車軸３６の傾き量の絶対値は、図３（ｂ）に示すように、ドライブ時よりもコースト時の方が大きくなる（α＜β）。

また、インホイールモータ駆動装置２１の駆動中には、出力歯車軸３７にも、出力歯車３４に作用するスラスト荷重によるモーメント荷重が作用する。出力歯車軸３７を支持する二つの転がり軸受４６，４７は、アウトボード側の転がり軸受４７の方が高剛性であるため、出力歯車軸３７にモーメント荷重が作用するのに伴って生じる出力歯車軸３７の傾き量は、図３（ｂ）を参照して説明した中間歯車軸３６と同様に、ドライブ時よりもコースト時の方が大きくなる。

なお、インホイールモータ駆動装置２１の駆動中には、入力歯車軸３５にも、入力歯車３１に作用するスラスト荷重によるモーメント荷重が作用するが、入力歯車３１に作用するスラスト荷重は、出力歯車３４に作用するスラスト荷重よりも格段に小さい。また、入力歯車軸３５には、中間歯車軸３６のように、二つの歯車（入力側中間歯車３２および出力側中間歯車３３）からスラスト荷重が作用するわけではない。従って、モーメント荷重が作用することによる入力歯車軸３５の傾き量は、中間歯車軸３６や出力歯車軸３７よりも小さい。

以上のことから、本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１の駆動中には、中間歯車軸３６や出力歯車軸３７の傾きに起因して、互いに噛合う入力歯車３１と入力側中間歯車３２の歯面間、および互いに噛合う出力側中間歯車３３と出力歯車３３の歯面間でミスアライメントが生じ易く、かつミスアライメント量は、ドライブ時よりもコースト時の方が大きくなる。

また、インホイールモータ駆動装置２１の駆動中には、入力歯車３１と入力側中間歯車３２との噛合い部Ｍ１、および出力側中間歯車３３と出力歯車３４との噛合い部Ｍ２に作用するラジアル荷重およびスラスト荷重によって各歯車３１～３４が弾性変形する。本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１では、図１に示すように、入力側中間歯車３２および出力歯車３４が歯幅方向で非対称形状に形成されているため、スラスト荷重の作用する方向によって入力側中間歯車３２および出力歯車３４の弾性変形量が異なる。従って、この点からも、互いに噛合う入力歯車３１と入力側中間歯車３２の歯面間、および互いに噛合う出力側中間歯車３３と出力歯車３３の歯面間でミスアライメントが生じ易く、かつミスアライメント量は、ドライブ時とコースト時とで互いに異なる。

そこで、本発明では、減速機３０に複数形成される歯車同士の噛合い部のうち、互いに噛合う二つの歯車の歯面間で生じるミスアライメント量が電気自動車１１のドライブ時とコースト時とで異なる噛合い部を形成する二つの歯車に対し、ドライブ時に相手側と噛合う第１歯面に歯面修整を施すと共に、コースト時に相手側と噛合う第２歯面に、第１歯面に施した歯面修整量とは異なる量の歯面修整を施した。本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１においては、以上で説明したように、噛合い部Ｍ１を形成する入力歯車３１と入力側中間歯車３２の歯面間で生じるミスアライメント量、および噛合い部Ｍ２を形成する出力側中間歯車３３と出力歯車３４の歯面間で生じるミスアライメント量が、何れも、ドライブ時とコースト時とで異なる。このため、入力歯車３１および入力側中間歯車３２の歯３１ａ，３２ａの第１歯面Ｓ１および第２歯面Ｓ２（図４参照）、さらには出力側中間歯車３３および出力歯車３４の歯３３ａ，３４ａの第１および第２歯面（図示せず）を、上記の条件を満たす歯面修整が施された修整面とした。

以下、各歯車３１～３４のうち入力側中間歯車３２の歯３２ａを代表例にとって、歯面修整の具体例を図５（ａ）～（ｃ）を参照しながら説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、歯面修整前の歯３２ａは、いわゆるインボリュート形状の歯形を有する。すなわち、歯面修整前の歯３２ａの第１歯面Ｓ１’および第２歯面Ｓ２’は、何れもインボリュート曲線で形成されている。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では、互いに噛合う入力歯車３１と入力側中間歯車３２の歯面間のミスアライメント量がドライブ時よりもコースト時の方が大きくなるため、第２歯面Ｓ２’に対する歯面修整量を第１歯面Ｓ１’に対する歯面修整量よりも大きくする。

具体的には、図５（ｂ）に示すように、第１歯面Ｓ１’および第２歯面Ｓ２’のそれぞれに歯面修整としての歯形クラウニング７１，７２を施し、かつ歯形クラウニング７２のクラウニング量（肉取り量）ｘ₂を、歯形クラウニング７１のクラウニング量ｘ₁よりも大きくする（ｘ₂＞ｘ₁）。また、図５（ｃ）に示すように、第１歯面Ｓ１’および第２歯面Ｓ２’のそれぞれに歯面修整としての歯筋クラウニング７３，７４を施し、かつ歯筋クラウニング７４のクラウニング量ｘ₄を、歯筋クラウニング７３のクラウニング量ｘ₃よりも大きくする（ｘ₄＞ｘ₃）。なお、ここでいうクラウニング量ｘ₁，ｘ₂の大小関係は、同一の径方向位置における大小関係を言い、クラウニング量ｘ₃，ｘ₄の大小関係は、同一の軸方向位置（歯筋方向の位置）における大小関係を言う。また、各クラウニング７１～７４の形状は特に限定されず、噛合い部Ｍ１におけるミスアライメント量を低減する上で特に有効なクラウニング７１～７４の形状が選択される。

各歯３２ａにクラウニング７１～７４が設けられた入力側中間歯車３２は、例えば、切削加工によっていわゆるインボリュート歯車に形成された歯車素材に熱処理を施して熱処理済の歯車素材を得た後、熱処理済の歯車素材の歯に研削加工を施すことによって得ることができる。この場合、歯３２ａの第１歯面Ｓ１および第２歯面Ｓ２のうち、クラウニング７１～７４が設けられた部分は研削加工面となる。

互いに噛合う二つの歯車（はすば歯車）の歯面間でミスアライメントが生じる要因としては、以上で説明した歯３１ａ～３４ａのねじれ方向（各歯車３１～３４に作用するスラスト荷重の方向）、歯面に荷重が作用したときの弾性変形量、歯車軸３５～３７を支持する転がり軸受４２～４７の諸元などの他、歯面の形状誤差、歯車軸３５～３７の加工誤差などを挙げることができ、どの程度のミスアライメント量が生じるか、逆に言えば、どの程度の歯面修整を施すのが互いに噛合う二つの歯車の歯面間でミスアライメント量を低減するのに有効であるのかは、上記の種々の要因を加味した上でＦＥＭ解析を実施することにより、インホイールモータ駆動装置２１の設計段階で比較的高精度に推定することができる。

そのため、前述した本発明の構成を採用すれば、電気自動車１１のドライブ時に相手側と噛合う第１歯面Ｓ１、および電気自動車１１のコースト時に相手側と噛合う第２歯面Ｓ２の双方に対して、歯面間で生じるミスアライメント量を効果的に低減し得るような歯面修整が施された歯車３１～３４を実現することができる。これにより、減速機部Ｂ（平行軸歯車減速機３０）に形成される歯車同士の噛合い部Ｍ１，Ｍ２のそれぞれで生じる噛合い伝達誤差を小さくすることが可能となり、平行軸歯車減速機３０における歯車起因の振動や異音の発生が抑制される。従って、本発明によれば、音振性能や耐久性に優れ、信頼性に富む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、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について説明したが、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適宜の変更を施すことが可能である。

例えば、各歯車３１～３４の歯３１ａ～３４ａのねじれ方向は、図６（ａ）に示すように、図３（ａ）に示した第１実施形態とは逆向きとすることもできる。この場合、電気自動車１１のドライブ時に中間歯車軸３６に入力されるスラスト荷重（両中間歯車３２，３３に作用するスラスト荷重の合力）は、中間歯車軸３６を支持する二つの転がり軸受４４，４５のうち負荷容量が相対的に小さいアウトボード側の転がり軸受４５に作用し、また、電気自動車１１のドライブ時に出力歯車軸３７に入力されるスラスト荷重は、出力歯車軸３７を支持する二つの転がり軸受４６，４７のうち負荷容量が相対的に小さいインボード側の転がり軸受４６に作用する。

この場合、インホイールモータ駆動装置２１が駆動されるのに伴って中間歯車軸３６に作用するモーメント荷重の方向および大きさは、図３（ｂ）に示す態様とは逆になる。従って、中間歯車軸３６にモーメント荷重が作用するのに伴って生じる中間歯車軸３６の傾き量の絶対値は、図６（ｂ）に示すように、コースト時よりもドライブ時の方が大きくなる（α＞β）。詳細な図示は省略するが、出力歯車軸３７についても同様である。要するに、この場合には、中間歯車軸３６や出力歯車軸３７の傾きに起因して、互いに噛合う入力歯車３１と入力側中間歯車３２の歯面間、および互いに噛合う出力側中間歯車３３と出力歯車３３の歯面間で生じるミスアライメント量は、コースト時よりもドライブ時の方が大きくなる。

従って、この実施形態では、図７（ａ）（ｂ）に示すように、第１歯面Ｓ１’に対する歯面修整量を第２歯面Ｓ２’に対する歯面修整量よりも大きくする。具体的には、図７（ａ）に示すように、第１歯面Ｓ１’および第２歯面Ｓ２’のそれぞれに歯面修整としての歯形クラウニング７１，７２を施し、かつ歯形クラウニング７１のクラウニング量（肉取り量）ｘ₁を、歯形クラウニング７２のクラウニング量ｘ₂よりも大きくする（ｘ₁＞ｘ₂）。また、図７（ｂ）に示すように、第１歯面Ｓ１’および第２歯面Ｓ２’のそれぞれに歯面修整としての歯筋クラウニング７３，７４を施し、かつ歯筋クラウニング７３のクラウニング量ｘ₃を、歯筋クラウニング７４のクラウニング量ｘ₄よりも大きくする（ｘ₃＞ｘ₄）。これにより、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

以上で説明した実施形態では、両中間歯車３２，３３のうち、入力側中間歯車３２をインボード側に配置すると共に出力側中間歯車３３をアウトボード側に配置した減速機３０を採用しているが、これとは逆に、入力側中間歯車３２をアウトボード側に配置すると共に出力側中間歯車３３をインボード側に配置した減速機３０（図示省略）を採用した場合にも本発明は適用し得る。

また、以上で説明した実施形態では、入力歯車軸３５と出力歯車軸３７との間に一軸の中間歯車軸３６を配置してなり、モータ回転軸２５の回転を二段階で減速して車輪用軸受部Ｃに伝達する平行軸歯車減速機３０（三軸タイプの平行軸歯車減速機３０）を採用したが、減速機部Ｂには、入力歯車軸３５と出力歯車軸３７との間に二軸以上の中間歯車軸３６を配置してなる四軸以上の平行軸歯車減速機３０を採用することも可能である（図示省略）。

また、以上では、ケーシング２２に収容された電動モータ部Ａおよび減速機部Ｂと、ケーシング２２に取り付けられた車輪用軸受部Ｃとを備えたインホイールモータ駆動装置２１に本発明を適用したが、本発明は、インホイールモータ駆動装置２１以外の車両駆動装置、例えば、電動モータ部Ａおよび減速機部Ｂを収容したケーシングが車体に取り付けられ、減速機部Ｂの出力がドライブシャフトを介して駆動輪（車輪用軸受）に伝達される、いわゆるオンボードタイプの車両駆動装置にも適用することができる。

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。すなわち、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（車両）
１５ ホイールハウジング
２１ インホイールモータ駆動装置
２６ 電動モータ
３０ 減速機（平行軸歯車減速機）
３１ 入力歯車
３２ 入力側中間歯車（大径歯車）
３３ 出力側中間歯車（小径歯車）
３４ 出力歯車
３５ 入力歯車軸
３６ 中間歯車軸
３７ 出力歯車軸
５０ 車輪用軸受
７１ 歯形クラウニング
７２ 歯形クラウニング
７３ 歯筋クラウニング
７４ 歯筋クラウニング
Ａ 電動モータ部
Ｂ 減速機部
Ｃ 車輪用軸受部
Ｍ１，Ｍ２ 噛合い部
Ｓ１ 第１歯面
Ｓ２ 第２歯面

Claims (4)

1. 車両を駆動するための駆動力を発生させる電動モータ部と、
   互いに平行に配置された入力歯車軸、中間歯車軸および出力歯車軸を有し、前記入力歯車軸に入力された前記電動モータ部の回転を二段以上で減速して出力する減速機部と、を備え、各歯車軸に設けられた歯車がはすば歯車で構成された車両駆動装置において、
   前記減速機部に複数形成される歯車同士の噛合い部のうち、互いに噛合う二つの歯車の歯面間で生じるミスアライメント量が車両のドライブ時とコースト時とで異なる噛合い部を形成する二つの歯車に対し、前記ドライブ時に相手側と噛合う第１歯面に歯面修整を施すと共に、前記コースト時に相手側と噛合う第２歯面に、前記第１歯面に施した歯面修整量とは異なる量の歯面修整を施し、
   各歯車軸を、軸方向の二箇所に離間して配置した転がり軸受により回転自在に支持し、
   各歯車軸のうち、少なくとも一つの歯車軸を、負荷容量が互いに異なる二つの転がり軸受により回転自在に支持していることを特徴とする車両駆動装置。
2. 前記第１歯面および前記第２歯面の双方に、歯面修整としての歯形クラウニングおよび歯筋クラウニングが施され、
   前記ドライブ時および前記コースト時のうち、相対的に大きいミスアライメント量が生じる時に相手側と噛合う歯面に対する歯面修整量を、相対的に小さいミスアライメント量が生じる時に相手側と噛合う歯面に対する歯面修整量よりも大きくした請求項１に記載の車両駆動装置。
3. 負荷容量が互いに異なる二つの転がり軸受により回転自在に支持された歯車軸に設けられた歯車の歯のねじれ方向が、前記ドライブ時に負荷容量が相対的に大きい方の転がり軸受にスラスト荷重が作用するように設定されている請求項１又は２に記載の車両駆動装置。
4. 前記第２歯面に対する歯面修整量を、前記第１歯面に対する歯面修整量よりも大きくした請求項３に記載の車両駆動装置。

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