WO2016043012A1

WO2016043012A1 - インホイールモータ駆動装置

Info

Publication number: WO2016043012A1
Application number: PCT/JP2015/074255
Authority: WO
Inventors: 鈴木　稔; 朋久魚住
Original assignee: Ntn株式会社; 鈴木　稔; 朋久魚住
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2016-03-24
Also published as: JP2016061375A

Abstract

　減速部（Ｂ）が、偏心部（２５ａ，２５ｂ）を有し、モータ部（Ａ）により回転駆動される減速機入力軸（２５）と、転がり軸受（４０）を介して偏心部（２５ａ，２５ｂ）の外周に回転自在に保持された曲線板（２６ａ，２６ｂ）と、公転運動中の曲線板（２６ａ，２６ｂ）に生じた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備え、転がり軸受（４０）が、円筒ころ（４４）と、円筒ころ（４４）の軸方向外側に隣接配置された円環状の鍔部（４６，４６）とを有するインホイールモータ駆動装置（２１）において、軸方向で対向する円筒ころ（４４）の端面（４４ａ）と鍔部（４６）の端面（４６ａ）の少なくとも一方の表面粗さをＲａ０．２５μｍ以下に設定する。

Description

インホイールモータ駆動装置

　本発明は、インホイールモータ駆動装置に関する。

　周知のように、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。このため、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、車輪を駆動するために大きなトルクを必要とする。これらの要請を同時に満足すべく、例えば下記の特許文献１には、駆動力を発生させるモータ部に、例えば１５０００ｍｉｎ^－１程度の回転速度で回転する高回転型のモータを採用すると共に、モータ部（モータ）の回転を減速して車輪用軸受部に伝達する減速部に、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たインホイールモータ駆動装置が提案されている。

　サイクロイド減速機を適用した減速部は、主に、偏心部を有し、モータ部の駆動力を受けて回転する減速機入力軸と、転がり軸受を介して偏心部の外周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曲線板と、公転運動中の曲線板に生じた自転運動を、車輪用軸受部に連結された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。このような構成を有する減速部では、モータ部が駆動されると、減速機入力軸が上記のような回転速度で高速回転し、また、曲線板等を介して大きな荷重（主にラジアル荷重）が上記の転がり軸受に繰り返し負荷される。このため、上記の転がり軸受としては、高速回転に対応することができ、かつ荷重負荷能力に優れた円筒ころ軸受が好適に使用される。

特開２０１２－１４８７２５号公報

　本願発明者らは、インホイールモータ駆動装置の軽量・コンパクト化を実現するための技術手段の検討過程で、減速部の構成部品の小型化を検討し、特に曲線板を回転自在に支持する転がり軸受（円筒ころ軸受）に着目した。すなわち、減速機入力軸の高速回転に伴う軸受内部での発熱量を抑え、焼付き等の発生を可及的に防止するには、円筒ころ軸受は小径化するのが好ましいからである。しかしながら、前述したように、曲線板を回転自在に支持する円筒ころ軸受には、減速機入力軸の回転に伴って、曲線板から大きな荷重が繰り返し負荷される。そのため、必要とされる荷重負荷能力を考慮すると、円筒ころ軸受（特に、転動体としての円筒ころ）を小径化することは難しく、むしろ比較的大径の円筒ころを使用する必要がある。

　ところで、上記の円筒ころ軸受において、円筒ころの軸方向外側には、円筒ころへの偏荷重が原因で発生する誘起スラスト荷重を受け、ころ位置を転走面上に保持するために円環状の鍔部が設けられる。鍔部の径方向寸法は主に円筒ころの径方向寸法に応じて設定されるため、上記のように比較的大径の円筒ころを用いる必要がある場合には、鍔部の径方向寸法も大きくする必要が生じる。しかしながら、円筒ころが大径化するほど円筒ころの外径部における周速度が速まるため、円筒ころと鍔部の摺動接触に伴って無視できないような異音・振動が生じることが判明した。このような異音・振動は、インホイールモータ駆動装置を搭載した車両のＮＶＨ特性を低下させる一因となる。

　上記の実情に鑑み、本発明の課題は、サイクロイド減速機を適用した減速部における異音・振動の発生を可及的に防止し、これを通じて、静粛で耐久性に優れたインホイールモータ駆動装置を実現することにある。

　上記の課題を解決するために創案された本発明は、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、偏心部を有し、モータ部により回転駆動される減速機入力軸と、転がり軸受を介して偏心部の外周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曲線板と、公転運動中の曲線板に生じた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、上記転がり軸受が、内側軌道面および外側軌道面と、両軌道面間に介在する円筒ころと、円筒ころの軸方向外側に隣接配置された円環状の鍔部とを有するインホイールモータ駆動装置において、円筒ころと鍔部の対向二面の少なくとも一方の表面粗さをＲａ０．２５μｍ以下にしたことを特徴とする。なお、本発明でいう「表面粗さ」とは、ＪＩＳ　Ｂ００３１に規定の算術平均粗さを意味する。

　このような構成によれば、減速機入力軸の回転に伴って、軸方向で対向する円筒ころの端面と鍔部の端面とが摺動接触した場合でも、両者間の接触抵抗を効果的に減じることができるため、減速部における異音・振動の発生を効果的に防止することができる。これにより、静粛で耐久性に優れたインホイールモータ駆動装置を実現することができる。

　コスト面を考慮すると、上記対向二面の何れか一方の表面粗さをＲａ０．２５μｍ以下とするのが好ましいが、上記対向二面の双方の表面粗さをＲａ０．２５μｍ以下とすれば、減速部における異音・振動の発生を一層効果的に防止することができる。

　上記構成において、曲線板の内径面に外側軌道面を形成すれば、転がり軸受の外輪が実質的に省略されるので、減速部の軽量・コンパクト化を図ることができる。

　上記転がり軸受の組み付け性（円筒ころの組込み性）を考慮すると、鍔部は、内側軌道面を有する内輪に一体的に設けるのが好ましい。

　偏心部（および転がり軸受を介して偏心部に回転自在に保持される曲線板）は、軸方向の複数箇所に設けることができる。この場合、各偏心部は、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。

　以上より、本発明によれば、サイクロイド減速機を適用した減速部における異音・振動の発生を可及的に防止することができる。これにより、静粛で耐久性に優れたインホイールモータ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インホイールモータ駆動装置を示す図である。図１に示すインホイールモータ駆動装置の減速部の拡大図である。図１のＺ－Ｚ線矢視断面図である曲線板に作用する荷重を示す説明図である。回転ポンプの横断面図である。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。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。なお、本実施形態のケーシング２２は、モータ部Ａを収容した部分と、減速部Ｂを収容した部分とをボルトで締結して構成されている。

　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程度の回転速度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（図示例は、深溝玉軸受）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。

　車輪用軸受部Ｃは、中空構造のハブ輪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、減速部Ｂを構成する減速機出力軸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。従って、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。

　減速部Ｂは、図２にも拡大して示すように、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る。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のハブ輪３２に伝達する。

　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。

　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が設けられており、本実施形態ではこれら２つの偏心部２５ａ，２５ｂが減速機入力軸２５と一体に設けられている。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、軸方向の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。一方の転がり軸受３７ａは、減速機入力軸２５の軸方向略中央部を支持し、他方の転がり軸受３７ｂは、減速機入力軸２５のアウトボード側の端部を支持している。

　減速機出力軸２８は、軸部２８ｂとフランジ部２８ａとを有する。フランジ部２８ａ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た孔部（図示例は貫通孔）を有し、孔部は、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。減速機出力軸２８は、軸方向の二箇所に離間して配置された転がり軸受４８，４８を介して外ピンハウジング６０に回転自在に支持されている。

　減速機構（サイクロイド減速機）は、転がり軸受４０，４０を介して偏心部２５ａ，２５ｂの外周に回転自在に保持され、減速機入力軸２５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曲線板２６ａ，２６ｂと、外ピンハウジング６０の固定位置に保持され、（公転運動中の）曲線板２６ａ，２６ｂの外周部と係合して曲線板２６ａ，２６ｂに自転運動を生じさせる複数の外ピン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、偏心部２５ａ，２５ｂの軸方向外側に隣接配置されたカウンタウェイト２９，２９とを備える。

　図３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（転がり軸受４０）の外周に嵌合される。

　転がり軸受４０は、図２中の拡大図および図３にも示すように、外径面に内側軌道面４２を有し、偏心部２５ａの外径面に嵌合した内輪４１と、曲線板２６ａの内径面（貫通孔３０ｂを画成する内壁面）に直接形成された外側軌道面４３と、内側軌道面４２と外側軌道面４３の間に介在する複数の円筒ころ４４と、円筒ころ４４を保持する保持器４５（図３では省略）と、内輪４１に一体的に設けられ、円筒ころ４４の軸方向外側に隣接配置された円環状の鍔部４６，４６とを備える円筒ころ軸受である。

　本実施形態の転がり軸受４０では、曲線板２６ａに転がり軸受４０の外輪を構成する部分を一体的に設け、曲線板２６ａの内径面に外側軌道面４３を直接形成すると共に、偏心部２５ａとは別体に設けた内輪４１に内側軌道面４２を形成しているが、例えば、偏心部２５ａの外径面に内側軌道面４２を直接形成することで内輪４１を省略してもよい。このようにすれば、転がり軸受４０、ひいては減速部Ｂを軽量・コンパクト化することができる。なお、詳細な説明は省略するが、曲線板２６ｂは、曲線板２６ａと同様の構造を有しており、かつ曲線板２６ａを支持する転がり軸受４０と同様の転がり軸受４０を介して偏心部２５ｂに対して回転自在に支持されている。

　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３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。減速機入力軸２５が回転するのに伴って曲線板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、その軸方向両端部に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、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損傷を防止するためである。

　図２および図３に示すように、本実施形態の運動変換機構は、複数の内ピン３１と、曲線板２６ａ，２６ｂに設けられた複数の貫通孔３０ａとで構成される。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ている。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配置されており、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、曲線板２６ａ，２６ｂの貫通孔３０ａに挿入された内ピン３１の外周には針状ころ軸受３１ａが設けられている。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。

　図２に示すように、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の内径面からインボード側に延びる円筒部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、モータ部Ａの駆動時（減速機入力軸２５の回転時）に曲線板２６ａ，２６ｂから一部の内ピン３１に負荷される荷重はフランジ部２８ａおよびスタビライザ３１ｂを介して全ての内ピン３１によって支持される。

　ここで、モータ部Ａの駆動時に、曲線板２６ａ、さらには減速機入力軸２５に作用する荷重の状態を図４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の外周には転がり軸受４０を介して曲線板２６ａが保持され、偏心部２５ａ（転がり軸受４０）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４において、モータ部Ａが駆動されて減速機入力軸２５が紙面上で反時計周りに回転すると、偏心部２５ａおよびその外周に保持された曲線板２６ａは軸心Ｏを中心とする公転運動を行うので、曲線板２６ａの外周部に形成された凹部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）と同軸配置された減速機出力軸２８に対して固定的に設けられた内ピン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、自転している曲線板２６ａの貫通孔３０ａの内壁面と摺動接触することによって曲線板２６ａの自転運動を取り出し、減速機出力軸２８を回転させる（減速機出力軸２８の回転運動に変換する）。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の外周部の形状や凹部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４の状態になり、これを繰り返す。

　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および図２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と、スタビライザ３１ｂに設けた潤滑油路（図示せず）と、内ピン３１に設けた潤滑油路（図示せず）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４９と、ケーシング２２内に配置され、潤滑油をケーシング２２の循環油路４９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、図示例の潤滑油路２５ｄ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。なお、径方向に延びる潤滑油路２５ｄ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４９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４９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４９は、ケーシング２２の内部を軸方向に延びる軸方向油路４９ａと、軸方向油路４９ａ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４９ｂ，４９ｃとで構成される。

　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４９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５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４９の径方向油路４９ｂ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とは異なる回転中心ｃ_２を中心として回転する。そのため、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４９の径方向油路４９ｂ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、図１に示すように、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、主に、ケーシング２２の循環油路４９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の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の開口部から減速部Ｂの内部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。そして、ケーシング２２の内壁面に到達した潤滑油は、図１に示すように、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２に示すように、減速部Ｂにおいて曲線板２６ａ，２６ｂを回転自在に保持した転がり軸受（円筒ころ軸受）４０のうち、軸方向で互いに対向する円筒ころ４４の端面４４ａと鍔部４６の端面４６ａの少なくとも一方の表面粗さはＲａ０．２５μｍ以下、より好ましくはＲａ０．１３μｍ以下に設定されており、本実施形態では上記の対向二面４４ａ，４６ａの双方の表面粗さが、Ｒａ０．２５μｍ以下に設定されている。なお、上記端面４４ａ，４６ａの表面粗さをＲａ０．２５μｍ以下にすることは、特定の加工条件によって旋削することにより十分達成可能である。

　このように、対向二面４４ａ，４６ａの双方の表面粗さをＲａ０．２５μｍ以下に設定すれば、上述したように、転がり軸受４０が高速回転する減速機入力軸２５（の偏心部２５ａ，２５ｂ）の外周に嵌合された状態で使用されること、減速機入力軸２５の回転に伴って転がり軸受４０に曲線板２６ａ，２６ｂから大きな荷重が繰り返し負荷されること、などに鑑みて、転がり軸受４０として比較的大径の円筒ころ４４を転動体とした円筒ころ軸受を用いざるを得ないような場合でも、円筒ころ４４と鍔部４６の摺動接触に伴う異音・振動の発生を可及的に防止することができる。これにより、静粛で耐久性に優れた減速部Ｂ、ひいては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ので、インホイールモータ駆動装置２１を搭載した車両の乗員が異音・振動等を感じる可能性が減じられる。

　なお、円筒ころ４４は、軸受鋼からなり、浸炭窒化処理が施され、かつ表層部の残留オーステナイト量が２０～３５％であることが好ましい。内輪４１は、軸受鋼からなり、浸炭窒化処理が施され、表層の残留オーステナイト量が２５～５０％であり、且つ、芯部の残留オーステナイト量が１５～２０％であることが好ましい。このようにすれば、転動疲労寿命を向上させることができると共に残留オーステナイトによるクラックの発生およびその進展を抑制することができるので、転がり軸受４０、ひいてはインホイールモータ駆動装置２１の耐久性向上（長寿命化）を図ることができる。また、同程度の寿命を確保する上では、上記構成を具備しない軌道輪（内輪および外輪）を採用する場合に比べ、軌道輪の薄肉化を実現することができる。従って、転がり軸受４０の径方向への小型化等を通じて、インホイールモータ駆動装置２１を小型・軽量化することができる。

　また、詳細な図示は省略するが、曲線板２６ａ，２６ｂは、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４２０等の肌焼き鋼で形成し、これに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（表面硬化層）を有するものとするのが好ましい。

　このようにすれば、転がり軸受４０を構成する外輪を曲線板２６ａに一体的に設け、曲線板２６ａの内径面に転がり軸受４０の外側軌道面４３を直接形成した本実施形態においても、円筒ころ４４が外側軌道面４３上を転送することによる摩耗や損傷を可及的に防止することができる。また、曲線板２６ａ，２６ｂの表層部に浸炭焼入れ焼戻しに伴う硬化層が形成されていれば、曲線板２６ａ，２６ｂの外周部が、外ピン２７から負荷される荷重によって変形したり、外ピン２７との摺動に伴って摩耗したりするのを、また、曲線板２６ａ，２６ｂに設けられた貫通孔３０ａの内壁面が、内ピン３１から負荷される荷重によって変形したり、内ピン３１（針状ころ軸受３１ａ）との摺動に伴って摩耗したりするのを効果的に防止することができる。従って、曲線板２６ａ，２６ｂ、ひいては減速部Ｂの耐久寿命を高めることができる。

　その一方、曲線板２６ａ，２６ｂとして上述のものを採用すれば、曲線板２６ａ，２６ｂの芯部には硬化層が形成されていないことになり、この場合、曲線板２６ａ，２６ｂは靱性を有する。これにより、例えば車両の運転走行時に車輪用軸受部Ｃを介して減速部Ｂに瞬間的な衝撃荷重が入力された場合でも、この衝撃荷重により曲線板２６ａ，２６ｂが変形・破損等する可能性を効果的に減じることができる。また、肌焼き鋼は、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ので、複雑形状の曲線板２６ａ，２６ｂを効率良く作製することができる。しかも、熱処理方法として選択した浸炭焼入れ焼戻しは、形状変更に対する柔軟性を有するので、曲線板２６ａ，２６ｂの新規作製および設計変更の際に必要となるコストは少なくて済む。

　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３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によって減速された上で減速機出力軸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（凹部３４）の数をＺ_Ｂとすると、（Ｚ_Ａ－Ｚ_Ｂ）／Ｚ_Ｂで算出される。図３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、この点からも減速部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、以上では、曲線板２６ａ，２６ｂを回転自在に保持する転がり軸受（円筒ころ軸受）４０に設けるべき円環状の鍔部４６を内輪４１に一体的に設けているが、鍔部４６は、転がり軸受４０の外輪に一体的に設けても良い。

　また、以上では、潤滑機構を構成する回転ポンプ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、偏心部の設置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、主に、曲線板２６ａ，２６ｂに設けた貫通孔３０ａと、貫通孔３０ａの内壁面と摺動可能に減速機出力軸２８のフランジ部２８ａに固定された内ピン３１とで運動変換機構を構成したが、運動変換機構は、これに限らず、曲線板２６ａ，２６ｂの自転運動を車輪用軸受部Ｃのハブ輪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２１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、燃料電池車等をも含む。

　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
２５　　　　減速機入力軸
２５ａ，２５ｂ　偏心部
２６ａ，２６ｂ　曲線板
２７　　　　外ピン
２８　　　　減速機出力軸
４０　　　　転がり軸受
４１　　　　内輪
４２　　　　内側軌道面
４３　　　　外側軌道面
４４　　　　円筒ころ
４４ａ　　　端面
４６　　　　鍔部
４６ａ　　　端面
Ａ　　　　　モータ部
Ｂ　　　　　減速部
Ｃ　　　　　車輪用軸受部

Claims

　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、偏心部を有し、前記モータ部により回転駆動される減速機入力軸と、転がり軸受を介して前記偏心部の外周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曲線板と、公転運動中の前記曲線板に生じた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、前記転がり軸受が、内側軌道面および外側軌道面と、両軌道面間に介在する円筒ころと、該円筒ころの軸方向外側に隣接配置された円環状の鍔部とを有するインホイールモータ駆動装置において、
　前記円筒ころと前記鍔部の対向二面の少なくとも一方の表面粗さをＲａ０．２５μｍ以下に設定したことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
　前記円筒ころと前記鍔部の対向二面の双方の表面粗さをＲａ０．２５μｍ以下に設定した請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
　前記曲線板の内径面に前記外側軌道面が形成された請求項１又は２に記載のインホイールモータ駆動装置。
　前記鍔部を、前記内側軌道面を有する内輪に一体的に設けた請求項１～３の何れか一項に記載のインホイールモータ駆動装置。
　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。