KR101949381B1 - 인휠 모터 유닛 - Google Patents

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히데키 후쿠도메
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

(과제) 인휠 모터 유닛에 사용되는 윤활제가 브레이크 성능에 영향을 미칠 가능성을 낮게 유지하면서, 차축 방향의 길이를 단축한다.
(해결 수단) 인휠 모터 유닛(1)은, 하우징(10)과, 모터(20)와, 회전체(34)와 회전체(34)에 고정되고 하우징(10)의 개구(12)를 관통하여 하우징 외부에 차축 외측 방향으로 연장되는 출력축(36)을 가지는 감속기(30)와, 베어링부(42)와 브레이크 로터(90)가 고정된 허브부(44)가 일체화된 허브 베어링(40)을 구비한다. 회전체(34)보다도 차축 외측 방향의 부분의 출력축(36)은, 베어링부(42)만으로 지지되어 있다. 베어링부(42)의 일부는, 하우징(10)의 내부에 위치하고 있다. 베어링부(42)의 당해 일부의 내부에는, 전동체군(40c1)보다도 차축 내측 방향에 있어서 이너 레이스(40a)와 아우터 레이스(40b)의 간극을 액밀(液密)하게 밀봉하는 제 1 시일 부재(50)가 배치되어 있다.

Description

인휠 모터 유닛{IN-WHEEL MOTOR UNIT}
본 발명은, 휠 내에 배치된 모터에 의해 차륜을 구동하는 인휠 모터 유닛에 관한 것이다.
종래로부터, 전기 자동차의 일 형태로서, 휠 내에 배치된 모터에 의해 차륜을 구동하는 인휠 모터 유닛(차륜 구동 장치)가 알려져 있다(특허문헌 1의 도 2를 참조). 이 인휠 모터 유닛은, 모터와, 모터의 회전력을 변경(증대)하여 출력하는 감속기를 구비한다. 감속기는, 모터에 의해 회전되는 회전체(예를 들면, 카운터 기어)와, 당해 회전체에 고정된 출력축을 가진다. 출력축은, 베어링에 의해 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 출력축의 일단에는, 베어링부와 허브부가 일체화된 허브 베어링이 설치되어 있다. 모터에 전력이 공급되면, 모터의 회전력이 감속기를 개재하여 변경(증대)되고, 변경(증대)된 회전력이, 허브 베어링의 허브부에 고정된 차륜에 전달되어, 이에 따라 차륜이 회전한다.
일본국 공개특허 특개2016-073061호 공보
이러한 인휠 모터 유닛을 구비하는 차량에서는, 일반적으로, 허브 베어링의 근방에 브레이크 로터(Rotor)가 배치된다(전형적으로는, 허브부에 브레이크 로터가 고정된다). 이 때문에, 허브 베어링에서 사용되는 윤활제를 윤활 오일로 하면, 그 윤활 오일이 브레이크 로터에 침입한 경우, 윤활 오일이 브레이크 성능에 바람직하지 않은 영향을 미칠 가능성이 있다.
따라서, 통상, 허브 베어링은, 모터 및 감속기(엄밀하게는, 감속기의 일부)를 수용하는 하우징(예를 들면, 캐리어)의 외부에 배치되어 있다. 구체적으로는, 감속기의 출력축은, 하우징의 벽면을 액밀(液密)하게 관통하고 있으며, 허브 베어링은, 하우징의 외부에 있어서, 당해 출력축에 설치되어 있다. 또한, 점도가 윤활 오일보다도 높으면서 누출되기 어려운 그리스(Grease)가 허브 베어링의 윤활제로서 사용되고, 윤활 성능이 그리스보다도 우수한 윤활 오일이 하우징 내부의 윤활제로서 사용되고 있다.
이러한 인휠 모터 유닛에 있어서, 차축 방향의 길이를 단축하는 것이 요망되고 있다. 본 발명은, 상기의 요청을 충족시키기 위해 이루어진 것으로, 그 목적의 하나는, 인휠 모터 유닛에 사용되는 윤활제가 브레이크 성능에 영향을 미칠 가능성을 낮게 유지하면서, 차축 방향의 길이를 단축하는 것이 가능한 인휠 모터 유닛을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 인휠 모터 유닛(1)은,
차체에 지지되고, 차량의 휠 내에 배치되는 하우징(10)과,
상기 하우징(10)에 지지되고, 상기 하우징(10)의 내부에 수용되는 모터(20)와,
상기 하우징(10) 내부에 있어서 상기 모터(20)에 의해 회전되어, 윤활 오일에 의해 윤활되는 원통 형상의 회전체(34)와, 상기 회전체(34)에 고정 또는 일체화되고, 상기 하우징(10)의 벽면(10a)에 설치된 개구(12)를 관통하여 상기 하우징(10)의 외부에 차축 외측 방향으로 연장되어 있는 출력축(36)을 가지는 감속기(30)와,
상기 회전체(34)보다도 차축 외측 방향의 부분의 상기 출력축(36)에 설치되고, 차량 중량을 지지하면서 상기 휠의 회전을 허용하고, 둘레 방향으로 배치된 복수개의 전동체(轉動體)로 이루어지는 전동체군(40c)을 가지는 허브 베어링(40)으로서, 상기 윤활 오일보다도 높은 점도를 가지는 그리스에 의해 윤활되는 베어링부(42)와, 상기 하우징(10)의 외부에 배치된 브레이크 로터(90)가 고정된 허브부(44)가 일체화된 허브 베어링(40)을 구비하고,
상기 모터(20)의 회전력을 상기 감속기(30) 및 상기 허브 베어링(40)을 개재하여 상기 휠로 전달하여 상기 휠을 회전시키는 인휠 모터 유닛(1)으로서,
상기 베어링부는 상기 개구를 개재하여 상기 벽면을 관통하고 있고, 또한, 상기 전동체군의 적어도 일부는 상기 하우징의 내부에 위치하고 있음으로써, 상기 베어링부(42)의 일부는, 상기 개구(12)를 개재하여 상기 하우징(10)의 내부에 위치하고 있으며,
상기 출력축(36)은, 상기 회전체(34)보다도 차축 외측 방향의 부분에 있어서는, 상기 베어링부(42)만으로 상기 하우징(40)에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있다.
또한, 본 발명의 인휠 모터 유닛(1)은,
상기 베어링부(42)의 상기 일부의 내부에 배치되어 있으며, 상기 허브 베어링(40)의 상기 전동체군(40c)보다도 차축 내측 방향에 있어서 상기 허브 베어링(40)의 이너 레이스(40a)와 아우터 레이스(40b)의 간극을 액밀하게 밀봉하는 제 1 시일 부재(50)를 구비한다.
게다가, 상기 제 1 시일 부재(50)는,
상기 하우징(10)의 내부를, 상기 모터(20) 및 상기 회전체(34)가 배치되어 있는 제 1 공간과,
상기 이너 레이스(40a)와, 상기 아우터 레이스(40b)와, 상기 제 1 시일 부재(50)와, 상기 하우징(10)의 상기 개구(12)를 포함하는 가상 평면에 의해 둘러싸이는 제 2 공간으로 구획되어 있다.
본 발명에서는, 허브 베어링의 베어링부의 일부가, 하우징의 내부에 위치하고 있다. 이 때문에, 종래의 구성(즉, 허브 베어링이 하우징의 외부에 배치되는 구성)과 비교하여, 인휠 모터 유닛의 차축 방향의 길이(이하에서는, 단순히 「차축 방향의 길이」라고도 칭한다)를 단축시킬 수 있다. 게다가, 본 발명에서는, 제 1 시일 부재가, 전동체군보다도 차축 내측 방향에 있어서, 이너 레이스와 아우터 레이스의 간극을 액밀하게 밀봉하고 있다. 이에 따라, 하우징의 내부가 제 1 공간과 제 2 공간으로 구획된다. 여기에서, 제 1 공간은, 모터 및 회전체가 배치되어 있는 공간, 즉, 회전체를 윤활하는 윤활 오일이 존재하는 공간이다. 한편, 제 2 공간은, 이너 레이스와, 아우터 레이스와, 제 1 시일 부재와, 하우징의 개구를 포함하는 가상 평면에 의해 둘러싸이는 공간, 즉, 베어링부를 윤활하는 그리스가 존재하는 공간이다.
상기의 구성에 의하면, 베어링부의 일부가 하우징의 내부에 위치하고 있어도, 제 1 시일 부재에 의해, 제 1 공간에 존재하는 윤활 오일이 제 2 공간에 침입할 가능성을 저감할 수 있다. 이 때문에, 윤활 오일이 제 2 공간을 경유하여, 허브 베어링의 허브부에 고정되어 있는 브레이크 로터에 침입할 가능성을 저감할 수 있다. 한편, 제 2 공간에 존재하는 그리스는 점도가 상대적으로 높기 때문에 브레이크 로터로 누출되기 어렵다. 즉, 허브 베어링의 윤활제로서의 그리스는, 종래의 허브 베어링에 있어서의 그리스와 동일하게, 브레이크 성능에 영향을 미칠 가능성이 매우 낮다. 따라서, 본 발명에서는, 인휠 모터 유닛에 사용되는 윤활제(윤활 오일 및 그리스)가 브레이크 성능에 영향을 미칠 가능성을 낮게 유지하면서, 차축 방향의 길이를 단축시킬 수 있다.
또한, 종래는, 회전체와 허브 베어링의 사이에는 베어링이 배치되어 있으며, 당해 베어링이, 「출력축을 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지하는 역할」을 담당하고 있었다. 그러나, 본 발명에서는, 회전체보다도 차축 외측 방향의 부분의 출력축은, 베어링부(허브 베어링)만으로 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 즉, 허브 베어링이 상기 역할도 담당하고 있다. 이 때문에, 회전체와 허브 베어링의 사이에 배치되어 있었던 베어링을 불필요한 것으로 할 수 있다. 따라서, 당해 베어링의 길이만큼 차축 방향의 길이를 더욱 단축시킬 수 있음과 함께, 전체의 부품 점수를 삭감할 수 있다.
본 발명에 의한 인휠 모터 유닛(1)의 일측면에서는,
상기 회전체(34)의 차축 외측 방향의 일단면(34a)에, 차축 내측 방향으로 오목하게 되어 있는 제 1 오목부(35a)가 설치되어 있으며,
상기 베어링부(42)의 차축 내측 방향의 일단부는, 상기 제 1 오목부(35a) 내에 위치하고 있다.
이 구성에 의하면, 베어링부의 일단부가 제 1 오목부 내에 인입되어 있는 길이만큼, 차축 방향의 길이를 더욱 단축시킬 수 있다.
본 발명에 의한 인휠 모터 유닛(1)의 일측면에서는,
상기 베어링부(42)는, 적어도 2세트 이상의 상기 전동체군(40c)이 차축 방향으로 나란히 배치된 원통 형상을 가지고 있으며,
상기 출력축(36)은, 상기 허브 베어링(40)만으로 지지되어 있으며, 상기 회전체(34)보다도 차축 내측 방향에서는, 베어링에 의해 지지되어 있지 않다.
이 구성에서는, 허브 베어링만이 출력축을 지지하는 외팔보 구조가 채용되고 있다. 베어링부는 원통 형상을 가지기 때문에, 이너 레이스가 출력축과 접촉하는 접촉 면적(축 방향 길이)은, 「종래의 하우징 내에 배치된 전동체군을 1세트만 가지는 일반적인 베어링의 이너 레이스가 출력축과 접촉하는 접촉 면적」보다도 크다. 이 때문에, 외팔보 구조라도, 허브 베어링은 출력축을 안정적으로 지지할 수 있고, 출력축의 덜거덕거림의 정도를 억제할 수 있다. 결과적으로, 출력축의 덜거덕거림에 기인하여 발생하는 노이즈 및 진동의 정도를 억제할 수 있다. 게다가, 이 구성에 의하면, 「회전체를 사이에 끼우도록 배치된 한 쌍의 베어링에 의해 출력축을 회전 가능하게 지지하는 양팔보 구조」와 비교하여 출력축을 지지하는 베어링의 개수를 저감할 수 있기 때문에, 당해 베어링의 길이만큼 차축 방향의 길이를 더욱 단축시킬 수 있음과 함께, 베어링의 부품 점수를 삭감할 수 있다.
본 발명에 의한 인휠 모터 유닛(1)의 일측면에서는,
상기 출력축(136)은, 상기 회전체(34)보다도 차축 내측 방향에 있어서, 테이퍼 롤러 베어링(184)에 의해, 상기 하우징(10)에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있다.
회전체보다도 차축 내측 방향에 있어서 출력축을 지지하는 베어링의 종류가 볼베어링의 경우에는, 동작 중에 출력축이 축 방향으로 움직여버려, 덜거덕거림을 일으키는 경우가 있다. 그러나, 상기의 구성에서는, 출력축을 지지하는 베어링의 종류를 테이퍼 롤러 베어링으로 하고 있다. 이 때문에, 출력축이 축 방향으로 움직이는 정도를 억제할 수 있고, 결과적으로, 출력축의 덜거덕거림의 정도, 및 덜거덕거림에 기인하는 노이즈 및 진동의 정도를 억제할 수 있다.
이 경우,
상기 회전체(34)의 차축 내측 방향의 타단면(34b)에는, 차축 외측 방향으로 오목하게 되어 있는 제 2 오목부(35b)가 설치되어 있으며,
상기 테이퍼 롤러 베어링(184)의 차축 외측 방향의 일단부는, 상기 제 2 오목부(35b) 내에 위치하고 있다.
일반적으로, 테이퍼 롤러 베어링의 쪽이 볼베어링보다도 축 방향의 길이가 길다. 그러나, 상기의 구성에서는, 테이퍼 롤러 베어링의 일단부가 제 2 오목부 내에 인입되어 있다. 이 때문에, 당해 일단부가 제 2 오목부 내에 인입되어 있는 길이만큼 차축 방향의 길이를 단축시킬 수 있다. 따라서, 테이퍼 롤러 베어링을 이용하는 것에 기인하여 인휠 모터 유닛이 차축 방향으로 길어지는 것을 방지할 수 있다. 결과적으로, 출력축의 덜거덕거림의 정도를 억제하는 것과, 인휠 모터 유닛이 차축 방향으로 길어지는 것을 방지하는 것을 양립할 수 있다.
또한, 상기 설명에 있어서는, 발명의 이해를 돕기 위해, 실시 형태에 대응되는 발명의 구성에 대하여, 실시 형태에서 이용한 부호를 괄호로 첨부하고 있지만, 발명의 각 구성 요건은 상기 부호에 의해 규정되는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시 형태에 관한 인휠 모터 유닛을 차량 전후 방향으로부터 보았을 때의 개략적인 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 제 2 실시 형태에 관한 인휠 모터 유닛을 차량 전후 방향으로부터 보았을 때의 개략적인 단면도이다.
도 3은, 종래의 인휠 모터 유닛을 차량 전후 방향으로부터 보았을 때의 개략적인 단면도이다.
(제 1 실시 형태)
도 1에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시 형태에 관한 인휠 모터 유닛(1)(이하, 단순히 「모터 유닛(1)」이라고도 칭한다)은, 하우징(10)과, 모터(20)와, 감속기(30)와, 허브 베어링(40)과, 오일 시일 부재(50)와, O링(60, 62)과, 오일 공급 장치(70)를 구비한다. 도면 우측이 차축 외측 방향에 상당한다.
하우징(10)은, 서스펜션 아암(도시 생략)에 연결되고, 차량의 휠(도시 생략)의 내부에 배치되어 있다. 하우징(10)은, 대략 직방체 형상을 가지고 있으며, 차축 외측 방향의 벽면(10a)에는, 개구(12)가 설치되어 있다.
모터(20)는, 하우징(10)의 내부에 수용되어 있다. 모터(20)는, 삼상 브러시리스 모터이며, 스테이터(22)와, 로터(24)와, 구동축(26)을 가진다. 스테이터(22)에는, 모터 제어 장치(도시 생략)를 개재하여 차량의 전원 장치(도시 생략)로부터 전력이 공급된다. 스테이터(22)는, 그 공급되는 전력에 의해 로터(24)에 토크를 발생시킨다. 모터(20)는, 이 토크에 의해 차륜을 회전시킨다. 즉, 모터(20)는 차륜을 구동하기 위한 토크를 발생시키는 장치로서 기능한다. 게다가, 로터(24)는, 차륜이 노면으로 받는 힘에 의해 회전된다. 로터(24)의 이 회전에 의해, 모터(20)는 전력을 발생시킬 수 있다. 그 전력은, 모터 제어 장치를 개재하여 전원 장치로 공급(회생)된다. 즉, 모터(20)는 발전기로서도 기능한다. 모터(20)는, 모터 제어 장치에 의해 정회전 방향 및 역회전 방향으로 회전된다. 이하, 모터(20)는 차량을 전진시키기 위한 토크를 차륜에 부여하고 있는 경우의 모터(20)의 회전 방향을 정회전 방향으로 정의하여 설명을 계속한다.
구동축(26)은, 차축 방향(차체 좌우 방향)으로 연장되어 있으며, 로터(24)와 동축 상에 위치하고 있다. 구동축(26)은, 로터(24)에 고정(또는 일체화)되어 있으며, 로터(24)와 일체 회전한다. 구동축(26)은, 하우징(10)의 내부에 배치하여 설치된 볼베어링(80, 82)에 의해, 하우징(10)에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 구동축(26)에는, 로터(24)와 베어링(82)의 사이에, 구동 기어(32)(후술)가 고정(또는 일체화)되어 있다.
감속기(30)는, 구동 기어(32)와, 「회전체」로서의 종동 기어(34)와, 출력축(36)을 가진다. 종동 기어(34)는, 카운터 기어라고도 칭해진다. 구동 기어(32)는, 구동축(26)과 동축상에 위치하고 있으며, 구동축(26)과 일체 회전한다. 종동 기어(34)는, 구동 기어(32)보다도 대경이고, 구동 기어(32)와 맞물려서 회전한다. 종동 기어(34)는, 대략 원통 형상이고, 차축 외측 방향(도 1에 있어서 지면 우측 방향)에 「일단면」으로서의 면(34a)을 가지고 있음과 함께, 차축 내측 방향(도 1에 있어서 지면 좌측 방향)에 「타단면」으로서의 면(34b)을 가지고 있다. 종동 기어(34)는, 휠의 회전 중심축과 동축상에 위치하고 있다.
면(34a)에는, 차축 내측 방향으로 오목하게 되어 있는 제 1 오목부(35a)가 설치되어 있다. 제 1 오목부(35a)는, 대략 원통 형상이며, 그 중심축은, 종동 기어(34)의 중심축과 일치하고 있다. 마찬가지로, 면(34b)에는, 차축 외측 방향으로 오목하게 되어 있는 제 2 오목부(35b)가 설치되어 있다. 제 2 오목부(35b)는, 제 1 오목부(35a)와 대략 동일 형상이고, 그 중심축은, 종동 기어(34)의 중심축과 일치하고 있다. 제 1 오목부(35a)의 높이(즉, 차축 방향의 길이)와 제 2 오목부(35b)의 높이의 합은, 종동 기어(34)의 차축 방향의 길이보다도 짧다.
출력축(36)은, 차축 방향으로 연장되어 있으며, 종동 기어(34)와 동축상에 위치하고 있다. 즉, 출력축(36)은, 휠의 회전 중심축과 동축상에 위치하고 있다. 출력축(36)의 차축 내측 방향의 일단은, 종동 기어(34)의 제 1 오목부(35a)의 바닥면에 고정(또는 일체화)되어 있다. 이에 따라, 출력축(36)은, 종동 기어(34)와 일체 회전한다. 출력축(36)은, 하우징(10)의 개구(12)를 개재하여 벽면(10a)을 관통하여 하우징(10)의 외부로까지 연장되어 있다. 상기의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 구동 기어(32)와, 종동 기어(34)와, 출력축(36)의 일부는 하우징(10)의 내부에 배치되어 있다.
허브 베어링(40)은, 베어링부(42)와 허브부(44)가 일체화된 부재이다. 허브 베어링(40)은, 이너 레이스(40a)와, 아우터 레이스(40b)와, 전동체군(베어링구(球)군)(40c)과, 리테이너(도시 생략)를 가진다. 이너 레이스(40a)는, 통부(40a1)와, 플랜지부(40a2)를 가진다. 베어링부(42)는, 이너 레이스(40a)의 통부(40a1)와, 아우터 레이스(40b)와, 전동체군(40c)과, 리테이너에 의해 구성되어 있다. 허브부(44)는, 이너 레이스(40a)의 플랜지부(40a2)에 의해 구성되어 있다.
우선, 베어링부(42)에 대해서 설명한다. 베어링부(42)는, 2개의 베어링이 일체화된 대략 원통 형상이며, 차축 방향으로 연장되어 있다. 구체적으로는, 이너 레이스(40a)의 통부(40a1)는, 대략 원통 형상을 가지고 있으며, 차축 방향으로 연장되어 있다. 통부(40a1)는, 출력축(36)에 고정(또는 일체화)되어 있으며, 출력축(36)과 일체 회전한다. 통부(40a1)의 차축 내측 방향의 단면(46)은, 종동 기어(34)의 제 1 오목부(35a)의 바닥면에 맞닿아 있다. 통부(40a1)는, 하우징(10)의 개구(12)보다도 작은 직경이고, 개구(12)를 개재하여 벽면(10a)을 관통하고 있다. 또한, 단면(46)은, 종동 기어(34)의 제 1 오목부(35a) 내에 있으면 되고, 제 1 오목부(35a)의 바닥면으로부터 근소한 거리만큼 이간해도 된다.
아우터 레이스(40b)는, 통부(40a1)의 외주를 한 바퀴 도는 대략 원통 형상을 가지고 있으며, 차축 방향으로 연장되어 있다. 아우터 레이스(40b)의 차축 내측 방향의 단면(48)은, 종동 기어(34)의 제 1 오목부(35a)의 내부에 위치하고 있다. 즉, 단면(48)은 제 1 오목부(35a)의 바닥면으로부터 근소한 거리만큼 이간하고 있다. 아우터 레이스(40b)는, 개구(12)를 개재하여 벽면(10a)을 관통하고 있으며, 개구(12)의 형성면과 맞닿아 있다. 아우터 레이스(40b)의 차축 외측 방향의 단부는 플랜지 형상으로 되어 있으며, 하우징(10)의 외부에 있어서, 벽면(10a)에 고정되어 있다.
전동체군(40c)은, 차축 내측 방향에 위치하는 전동체군(40c1)과, 차축 외측 방향에 위치하는 전동체군(40c2)을 가진다. 전동체군(40c1)과 전동체군(40c2)은, 차축 방향으로 간격을 두고 나란히 배치되어 있다. 각 전동체군(40c1, 40c2)은, 복수개의 베어링구에 의해 구성되어 있다. 이 복수개의 베어링구는, 이너 레이스(40a)와 아우터 레이스(40b)의 사이의 공간에 둘레 방향으로 간격을 두고 전동 가능하게 배치되어 있다. 리테이너는, 베어링구끼리가 둘레 방향 및 축 방향으로 접촉하지 않도록 각 베어링구를 유지하고 있다.
다음으로, 허브부(44)에 대해서 설명한다. 허브부(44)를 구성하는 이너 레이스(40a)의 플랜지부(40a2)는, 출력축(36)의 축선과 직교하는 방향에 평면부를 가진다. 플랜지부(40a2)는, 통부(40a1)의 차축 외측 방향의 단부에 일체적으로 접속되어 있다. 즉, 허브부(44)는, 하우징(10)의 외부에 위치하고 있다. 플랜지부(40a2)의 중심에는 출력축(36)이 삽입 통과되어 있다. 플랜지부(40a2)는 출력축(36)에 고정(또는 일체화)되어 있으며, 베어링부(42)의 통부(40a1)와 함께, 출력축(36)과 일체 회전한다. 플랜지부(40a2)에는, 하우징(10)의 외부에 배치된 브레이크 로터(90) 및 휠이, 허브 볼트(도시 생략)에 의해 고정되어 있다.
상기의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 베어링부(42)는, 하우징(10)의 개구(12)를 개재하여 벽면(10a)을 관통하고 있다. 다르게 말하면, 베어링부(42)의 차축 내측 방향의 일부는, 하우징(10)의 내부에 위치하고 있다. 이하에서는, 하우징(10)의 내부에 위치하고 있는 부분의 베어링부(42)를, 「하우징 내 베어링부(42)」라고도 칭한다. 또한, 하우징 내 베어링부(42)의 차축 내측 방향의 일단부는, 제 1 오목부(35a)의 내부에 위치하고 있다. 다르게 말하면, 이너 레이스(40a)의 차축 내측 방향의 단면(46) 및 아우터 레이스(40b)의 차축 내측 방향의 단면(48)은, 종동 기어(34)의 면(34a)보다도 차축 내측 방향에 위치하고 있다.
도 1로부터 분명한 바와 같이, 종동 기어(34)와 허브 베어링(40)의 사이에는, 출력축(36)을 지지하는 베어링이 배치되어 있지 않다. 이 때문에, 허브 베어링(40)은, 「차량 중량을 지지하면서 휠의 회전을 허용한다」라는 통상의 역할에 더하여, 「출력축(36)을 하우징(10)에 대하여 회전 가능하게 지지한다」라는 역할도 담당하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 출력축(36)은, 종동 기어(34)보다도 차축 내측 방향으로는 연장되고 있지 않다. 따라서, 종동 기어(34)보다도 차축 내측 방향에 있어서 출력축(36)을 지지하는 베어링은 배치되어 있지 않다. 즉, 본 실시 형태에서는, 출력축(36)이 허브 베어링(40)만으로 지지되는 외팔보 구조가 채용되고 있다.
오일 시일 부재(50)(제 1 시일 부재)는, 하우징 내 베어링부(42)의 내부에 배치되어 있다. 오일 시일 부재(50)는, 도시하지 않는 금속 고리와, 합성 고무와, 코일 스프링을 가지는 부재이고, 상대 운동하고 있는 2부재의 사이의 밀봉에 이용된다. 오일 시일 부재(50)의 구성은 공지이기 때문에, 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 오일 시일 부재(50)는, 전동체군(40c1)보다도 차축 내측 방향에 있어서, 이너 레이스(40a)와 아우터 레이스(40b)의 간극을 액밀하게 밀봉하고 있다. 구체적으로는, 오일 시일 부재(50)의 내주측의 립부(도시 생략)가 이너 레이스(40a)에 슬라이딩 가능하게 접촉되어 있으며, 외주측의 끼워맞춤부(도시 생략)가 아우터 레이스(40b)에 고정되어 있다. 또한, 립부와 끼워맞춤부는 서로 반대측에 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 립부는 아우터 레이스(40b)에 슬라이딩 가능하게 접촉하고 있으며, 끼워맞춤부는 이너 레이스(40a)에 고정되어 있다.
오일 시일 부재(50)에 의해, 하우징(10)의 내부가, 「제 1 공간」으로서의 공간 S1과, 「제 2 공간」으로서의 공간 S2의 2개의 공간으로 구획된다. 여기에서, 「하우징(10)의 내부」는, 엄밀하게는, 개구(12)가 벽면(10a)을 포함하는 평면(도 1에 2점 쇄선으로 나타낸다)로 덮여 있는 것으로 간주했을 때의 하우징(10)의 내부를 의미하고 있다(이하, 당해 평면을, 「가상 평면」이라고도 칭한다). 공간 S2는, 이너 레이스(40a)와, 아우터 레이스(40b)와, 오일 시일 부재(50)와, 가상 평면에 의해 둘러싸이는 대략 원통 형상의 공간이다. 본 실시 형태에서는, 전동체군(40c)의 일부가 공간 S2 내에 수용되어 있다. 공간 S1은, 하우징(10)의 내부로부터 공간 S2를 제외한 공간이다. 즉, 공간 S1에는, 모터(20), 볼베어링(80, 82), 구동 기어(32), 종동 기어(34), 출력축(36)의 일부 및 오일 공급 장치(70)가 배치되어 있다. 공간 S1 내에는 윤활 오일이 순환하고 있으며, 공간 S2 내에는 윤활 오일보다도 높은 점도를 가지는 그리스가 충전되어 있다(후술).
또한, 전동체군(40c2)보다도 차축 외측 방향에는, 베어링 시일(52)이 배치되어 있다. 베어링 시일(52)은, 강판에 합성 고무를 고착한 시일판이다. 베어링 시일(52)은, 하우징(10)의 외부에 있어서, 이너 레이스(40a)와 아우터 레이스(40b)의 간극을 밀봉하고 있다. 본 실시 형태에서는, 베어링 시일(52)에는 LLU 타입의 시일이 이용되지만, 다른 타입의 시일이 이용되도 된다. 예를 들면, 베어링 시일(52)에는, LLH 및 LLB 타입의 시일이 이용되도 되고, 오일 시일 부재가 이용되도 된다.
이너 레이스(40a)와, 아우터 레이스(40b)와, 오일 시일 부재(50)와, 베어링 시일(52)에 의해 둘러싸이는 공간은, 편의상, 공간 S3으로 규정된다. 공간 S3 내에는 그리스가 충전되어 있다. 이에 의해, 각 전동체군(40c1, 40c2)을 구성하는 베어링구가 윤활되어 원활하게 회전할 수 있다. 그리스는 윤활 오일에 비해 점도가 높은데다가, 오일 시일 부재(50) 및 베어링 시일(52)이 설치되어 있기 때문에, 공간 S3 내의 그리스가 외부(즉, 공간 S1 및 하우징(10)의 외부)로 누출될 가능성은 매우 작다.
전술한 바와 같이, 베어링 시일(52)은, 하우징(10)의 외부에 배치되어 있기 때문에, 공간 S3은, 공간 S2를 포함하고 있다. 즉, 공간 S2 내에도 그리스가 충전되어 있다. 또한, 베어링 시일(52)은, 하우징(10)의 내부에 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 공간 S3이 공간 S2에 포함되게 된다.
O링(60)은, 이너 레이스(40a)의 통부(40a1)와, 출력축(36)의 간극에 배치되어, 양자의 사이를 액밀하게 밀봉하고 있다. O링(62)은, 아우터 레이스(40b)와, 하우징(10)의 벽면(10a)의 간극에 배치되어, 양자 사이를 액밀하게 밀봉하고 있다.
오일 공급 장치(70)는, 공간 S1 내에 배치되어 있으며, 도시하지 않는 리저버와, 펌프와, 공급관을 구비한다(예를 들면, 일본국 공개특허 특개2015-107709호 공보를 참조). 리저버에는 윤활 오일이 모여 있다. 펌프는, 모터(20)가 정회전 방향으로 회전함으로써 윤활 오일을 퍼올린다. 퍼올려진 윤활 오일은, 공급관을 통하여 모터(20), 구동 기어(32), 종동 기어(34) 및 볼베어링(80, 82)으로 공급된다. 이에 따라, 모터(20)가 냉각됨과 함께, 구동 기어(32), 종동 기어(34) 및 볼베어링(80, 82)이 윤활된다. 오일 공급 장치(70)는, 냉각 후 및 윤활 후의 윤활 오일이 다시 리저버로 되돌려지도록 구성되어 있다. 오일 공급 장치(70)에 의해, 윤활 오일이 공간 S1 내를 순환하고 있다. 오일 시일 부재(50)에 의해, 공간 S1 내의 윤활 오일이 공간 S2에 침입할 가능성을 저감할 수 있다. 또한, O링(60, 62)에 의해, 공간 S1 내의 윤활 오일이 하우징(10)의 외부로 누출될 가능성을 저감할 수 있다.
다음으로, 모터 유닛(1)의 동작에 대해서 설명한다. 스테이터(22)에 전력이 공급되면, 로터(24)에 토크가 작용하여 로터(24)가 회전한다. 로터(24)가 회전하면, 구동축(26)을 개재하여 구동 기어(32)가 로터(24)와 일체 회전한다. 구동 기어(32)가 회전하면, 종동 기어(34)가 구동 기어(32)와 맞물려서 회전한다. 종동 기어(34)가 회전하면, 출력축(36)이 종동 기어(34)와 일체 회전한다. 구동 기어(32), 종동 기어(34) 및 출력축(36)(즉, 감속기(30))에 의해, 로터(24)의 회전 속도가 감속되어 회전력이 증대된다. 증대된 회전력은, 허브 베어링(40)의 허브부(44)에 고정된 휠로 전달되고, 이에 따라, 휠(차륜)이 회전한다.
제 1 실시 형태에 관한 모터 유닛(1)의 작용 효과에 대해서 설명한다. 도 3은, 종래의 모터 유닛(201)의 개략적인 단면도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 종래의 모터 유닛(201)에서는, 하우징(10) 내를 순환하는 오일이, 그리스 충전되어 있는 허브 베어링(240) 내에 침입하는 것을 막기 위해, 허브 베어링(240)은 하우징(10)의 외부에 배치되어 있다.
이에 대하여, 모터 유닛(1)에서는, 허브 베어링(40)의 베어링부(42)의 차축 내측 방향의 일부가, 하우징(10)의 내부에 위치하고 있다. 이 때문에, 도 3의 구성과 비교하여, 차축 방향의 길이를 단축할 수 있다. 게다가, 이 모터 유닛(1)에서는, 허브 베어링(40)의 이너 레이스(40a)와 아우터 레이스(40b)의 간극에는, 전동체군(40c1)보다도 차축 내측 방향에 오일 시일 부재(50)가 배치되어 있다. 오일 시일 부재(50)는, 이너 레이스(40a)와 아우터 레이스(40b)의 간극을 액밀하게 밀봉하고 있으며, 이에 따라, 하우징(10)의 내부를 공간 S1(윤활 오일이 존재하는 공간)과 공간 S2(그리스가 존재하는 공간)으로 구획하고 있다.
상기의 구성에 의하면, 베어링부(42)의 일부가 하우징(10)의 내부에 위치하고 있어도, 오일 시일 부재(50)에 의해, 공간 S1을 순환하는 윤활 오일이 공간 S2에 침입할 가능성을 저감할 수 있다. 이 때문에, 윤활 오일이 공간 S2를 경유하여, 허브 베어링(40)의 허브부(44)에 고정되어 있는 브레이크 로터(90)에 침입할 가능성을 저감할 수 있다. 한편, 공간 S2에 존재하는 그리스는 점도가 상대적으로 높기 때문에 브레이크 로터(90)로 누출되지 않고, 따라서, 브레이크 성능에 영향을 미칠 가능성이 종래와 같이 매우 낮다. 따라서, 이 모터 유닛(1)에서는, 모터 유닛(1)에 사용되는 윤활제(윤활 오일 및 그리스)가 브레이크 성능에 영향을 미칠 가능성을 낮게 유지하면서, 차축 방향의 길이를 단축시킬 수 있다.
또한, 도 3의 모터 유닛(201)에서는, 하우징(10) 내에 볼베어링(286)이 배치하여 설치되고 있으며, 이 볼베어링(286)이, 종동 기어(234)보다도 차축 외측 방향의 부분의 출력축(236)을 하우징(10)에 대하여 회전 가능하게 지지하고 있다.
이에 비하여, 모터 유닛(1)에서는, 종동 기어(34)보다도 차축 외측 방향의 부분의 출력축(36)은, 허브 베어링(40)의 베어링부(42)만으로 하우징(10)에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 즉, 모터 유닛(1)에서는, 허브 베어링(40)이 「출력축(36)을 하우징(10)에 대하여 회전 가능하게 지지하는」역할을 담당하고 있다. 이 때문에, 모터 유닛(1)에서는, 모터 유닛(201)의 볼베어링(286)에 상당하는 베어링을 불필요한 것으로 할 수 있다. 따라서, 불필요한 것으로 한 베어링의 길이만큼 차축 방향의 길이를 더욱 단축시킬 수 있음과 함께, 모터 유닛 전체의 부품 점수를 삭감할 수 있다.
게다가, 도 3의 모터 유닛(201)에서는, 종동 기어(234)의 차축 방향과 직교하는 면은 평탄하고, 오목부는 형성되어 있지 않다. 이에 대하여, 모터 유닛(1)에서는, 종동 기어(34)의 면(34a)에는 제 1 오목부(35a)가 설치되어 있으며, 베어링부(42)의 차축 내측 방향의 일단부는, 제 1 오목부(35a) 내에 위치하고 있다. 이 때문에, 베어링부(42)의 일단부가 제 1 오목부(35a)에 인입되어 있는 길이만큼, 차축 방향의 길이를 더욱 단축시킬 수 있다.
또한, 도 3의 모터 유닛(201)에서는, 출력축(236)은, 종동 기어(234)를 관통하여, 종동 기어(234)보다도 차축 내측 방향까지 연장되어 있다. 종동 기어(234)보다도 차축 내측 방향의 부분의 출력축(236)은, 하우징(10) 내에 배치하여 설치된 볼베어링(287)에 의해 하우징(10)에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 즉, 모터 유닛(201)에서는, 출력축(236)을 종동 기어(234)의 양측으로 지지하는 양팔보 구조가 채용되고 있다.
이에 비하여, 모터 유닛(1)에서는, 출력축(36)을 종동 기어(34)의 일방의 측만으로 지지하는 외팔보 구조가 채용되고 있다. 베어링부(42)는, 2세트의 전동체군(40c1, 40c2)이 차축 방향으로 나란히 배치된 원통 형상을 가지고 있다. 이 때문에, 이너 레이스(40a)가 출력축(36)과 접촉하는 접촉 면적(축 방향 길이)은, 일반적인 베어링(즉, 전동체군을 1세트밖에 가지지 않는 베어링)의 접촉 면적과 비교하여 크다. 따라서, 외팔보 구조라도, 허브 베어링(40)은 출력축(36)을 안정적으로 지지할 수 있고, 출력축(36)의 덜거덕거림의 정도를 억제할 수 있다. 결과적으로, 출력축(36)의 덜거덕거림에 기인하여 발생하는 노이즈 및 진동의 정도를 억제할 수 있다. 게다가, 이 구성에 의하면, 양팔보 구조와 비교하여 출력축(36)을 지지하는 베어링의 개수를 저감할 수 있기 때문에, 당해 베어링의 길이만큼 차축 방향의 길이를 더욱 단축시킬 수 있음과 함께, 베어링의 부품 점수를 삭감할 수 있다.
(제 2 실시 형태)
다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 제 2 실시 형태에 관한 인휠 모터 유닛(101)에 대해서 설명한다. 이하에서는, 제 1 실시 형태에 관한 인휠 모터 유닛(1)과 동일한 구성을 가지는 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2에 나타나는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 출력축(136)이 종동 기어(34)를 관통하여, 종동 기어(34)보다도 차축 내측 방향까지 연장되어 있다. 출력축(136)의 차축 내측 방향의 단면은, 종동 기어(34)의 면(34b)보다도 차축 내측 방향에 위치하고 있다. 출력축(136)은, 종동 기어(34)보다도 차축 내측 방향에 있어서, 테이퍼 롤러 베어링(184)에 의해 하우징(10)에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 테이퍼 롤러 베어링(184)은, 전동체로서 원뿔대 형상인 롤러(테이퍼 롤러)를 이용한 베어링이다. 테이퍼 롤러 베어링(184)에는 예압이 부여되어 있다. 테이퍼 롤러 베어링(184)의 차축 외측 방향의 일단부는, 종동 기어(34)의 제 2 오목부(35b)의 내부에 위치하고 있다. 테이퍼 롤러 베어링(184)은, 오일 공급 장치(70)에 의해 윤활된다.
제 2 실시 형태에 관한 모터 유닛(101)도, 「모터 유닛(101)에 사용되는 윤활제가 브레이크 성능에 영향을 미칠 가능성을 낮게 유지하면서, 차축 방향의 길이를 단축시킬 수 있다」라는 특유의 효과를 가져올 수 있다. 또한, 이 모터 유닛(101)에서는, 종동 기어(34)보다도 차축 내측 방향의 부분의 출력축(136)은, 테이퍼 롤러 베어링(184)에 의해 지지되어 있다. 종동 기어(34)보다도 차축 내측 방향에 있어서 출력축(136)을 지지하는 베어링의 종류가 볼베어링의 경우에는, 동작중에 출력축(136)이 축 방향으로 움직여버려, 덜거덕거림을 일으키는 경우가 있다. 그러나, 이 모터 유닛(101)에서는, 출력축(136)을 지지하는 베어링의 종류를 테이퍼 롤러 베어링으로 하고 있다. 이 때문에, 출력축(136)이 축 방향으로 움직이는 정도를 억제할 수 있고, 결과적으로, 출력축의 덜거덕거림의 정도, 및 덜거덕거림에 기인하는 노이즈 및 진동의 정도를 억제할 수 있다. 게다가, 테이퍼 롤러 베어링(184)에 예압을 부여함으로써, 출력축(136)의 회전 진동의 정도를 억제할 수 있다.
특히, 본 실시 형태에서는, 종동 기어(34)의 면(34b)에 제 2 오목부(35b)가 설치되어 있으며, 테이퍼 롤러 베어링(184)의 차축 외측 방향의 일단부는, 제 2 오목부(35b) 내에 위치하고 있다. 일반적으로, 테이퍼 롤러 베어링의 쪽이 볼베어링보다도 축 방향의 길이가 길다. 그러나, 상기의 구성에서는, 테이퍼 롤러 베어링(184)의 일단부가 제 2 오목부(35b) 내에 인입되어 있다. 이 때문에, 당해 일단부가 제 2 오목부(35b) 내에 인입되어 있는 길이만큼 차축 방향의 길이를 단축시킬 수 있다. 따라서, 테이퍼 롤러 베어링(184)을 이용하는 것에 기인하여 모터 유닛(101)이 차축 방향으로 길어지는 것을 방지할 수 있다. 결과적으로, 출력축(136)의 덜거덕거림의 정도를 억제하는 것과, 모터 유닛(101)이 차축 방향으로 길어지는 것을 방지하는 것을 양립할 수 있다.
이상, 실시 형태의 인휠 모터 유닛에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 일탈하지 않는 한에 있어서 여러가지 변경이 가능하다.
예를 들면, 허브 베어링(40)의 전동체군(40c)은, 3세트 이상이 나란히 배치되어 있어도 된다. 또한, 전동체군(40c)을 구성하는 전동체의 종류로서는 롤러가 선택되도 된다.
상기 실시 형태에서는, 종동 기어(34)의 면(34a), 면(34b)의 각각에 제 1 오목부(35a), 제 2 오목부(35b)가 설치되었지만, 이 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 제 1, 제 2 오목부(35a, 35b) 중 일방이 설치되지 않는 구성이라도 되고, 양쪽 모두 설치되지 않는 구성이라도 된다.
상기 실시 형태에서는, 허브 베어링(40)의 이너 레이스(40a)의 통부(40a1)는 출력축(36)과는 상이한 부재였지만, 양자가 일체화되어 있어도 된다. 예를 들면, 통부(40a1)와 출력축(36)은, 용접 또는 깍아냄에 의해 일체화되어 있어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 감속기(30)는 1단계의 감속을 실현하는 감속 기구밖에 가지고 있지 않았지만, 이 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 감속기(30)는, 유성 톱니 바퀴에 의한 감속 기구를 추가로 가짐으로써, 2단계의 감속을 실현하는 감속 기구를 가지고 있어도 되고, 다단계의 감속을 실현하는 감속 기구를 가지고 있어도 된다. 또는, 상기 실시 형태의 감속기(30)의 감속 기구 대신에, 유성 톱니바퀴에 의한 감속 기구가 이용되도 된다.
1 : 인휠 모터 유닛
10 : 하우징
20 : 모터
22 : 스테이터
24 : 로터
26 : 구동축
30 : 감속기
32 : 구동 기어
34 : 종동 기어
34a, 34b : 면
35a : 제 1 오목부
35b : 제 2 오목부
36 : 출력축
40 : 허브 베어링
40a : 이너 레이스
40b : 아우터 레이스
40c : 전동체군
42 : 베어링부
44 : 허브부
50 : 오일 시일 부재
52 : 베어링 시일
60, 62 : O링
70 : 오일 공급 장치
80, 82 : 볼베어링
90 : 브레이크 로터

Claims (5)

  1. 차체에 지지되고, 차량의 휠 내에 배치되는 하우징과,
    상기 하우징에 지지되고, 상기 하우징의 내부에 수용되는 모터와,
    상기 하우징 내부에 있어서 상기 모터에 의해 회전되어, 윤활 오일에 의해 윤활되는 원통 형상의 회전체와, 상기 회전체에 고정 또는 일체화되어, 상기 하우징의 벽면에 설치된 개구를 관통하여 상기 하우징의 외부에 차축 외측 방향으로 연장되어 있는 출력축을 가지는 감속기와,
    상기 회전체보다도 차축 외측 방향의 부분의 상기 출력축에 설치되고, 차량중량을 지지하면서 상기 휠의 회전을 허용하고, 둘레 방향으로 배치된 복수개의 전동체로 이루어지는 전동체군을 가지는 허브 베어링으로서, 상기 윤활 오일보다도 높은 점도를 가지는 그리스에 의해 윤활되는 베어링부와, 상기 하우징의 외부에 배치된 브레이크 로터가 고정된 허브부가 일체화된 허브 베어링을 구비하고,
    상기 모터의 회전력을 상기 감속기 및 상기 허브 베어링을 개재하여 상기 휠로 전달하여 상기 휠을 회전시키는 인휠 모터 유닛으로서,
    상기 베어링부는 상기 개구를 개재하여 상기 벽면을 관통하고 있고, 또한, 상기 전동체군의 적어도 일부는 상기 하우징의 내부에 위치하고 있음으로써, 상기 베어링부의 일부는, 상기 개구를 개재하여 상기 하우징의 내부에 위치하고 있으며,
    상기 출력축은, 상기 회전체보다도 차축 외측 방향의 부분에 있어서는, 상기 베어링부만으로 상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있으며,
    또한, 상기 베어링부의 상기 일부의 내부에 배치되어 있으며, 상기 허브 베어링의 상기 전동체군보다도 차축 내측 방향에 있어서 상기 허브 베어링의 이너 레이스와 아우터 레이스의 간극을 액밀(液密)하게 밀봉하는 제 1 시일 부재이고, 상기 하우징의 내부를, 상기 모터 및 상기 회전체가 배치되어 있는 제 1 공간과, 상기 이너 레이스와, 상기 아우터 레이스와, 상기 제 1 시일 부재와, 상기 하우징의 상기 개구를 포함하는 가상 평면에 의해 둘러싸이는 제 2 공간으로 구획하는 제 1 시일 부재를 구비하는 인휠 모터 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전체의 차축 외측 방향의 일단면에는, 차축 내측 방향으로 오목하게 되어 있는 제 1 오목부가 설치되어 있으며,
    상기 베어링부의 차축 내측 방향의 일단부는, 상기 제 1 오목부 내에 위치하고 있는, 인휠 모터 유닛.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 베어링부는, 적어도 2세트 이상의 상기 전동체군이 차축 방향으로 나란히 배치된 원통 형상을 가지고 있으며,
    상기 출력축은, 상기 허브 베어링만으로 지지되어 있으며, 상기 회전체보다도 차축 내측 방향에서는, 베어링에 의해 지지되어 있지 않은, 인휠 모터 유닛.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 출력축은, 상기 회전체보다도 차축 내측 방향에 있어서, 테이퍼 롤러 베어링에 의해, 상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있는, 인휠 모터 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회전체의 차축 내측 방향의 타단면에는, 차축 외측 방향으로 오목하게 되어 있는 제 2 오목부가 설치되어 있으며,
    상기 테이퍼 롤러 베어링의 차축 외측 방향의 일단부는, 상기 제 2 오목부 내에 위치하고 있는, 인휠 모터 유닛.
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