WO2018070055A1 - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

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wheel motor
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真也 太向
四郎 田村
朋久 魚住
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an in-wheel motor drive device in which an output shaft of an electric motor unit and a wheel bearing unit are connected via a reduction gear unit.
  • the in-wheel motor drive device is housed inside the wheel, and thus becomes the unsprung weight of the vehicle. Since an increase in unsprung weight deteriorates the ride comfort of the vehicle, a reduction in size and weight of the in-wheel motor drive device is an important requirement. Since the output torque of the electric motor is proportional to the size and weight of the electric motor, a large motor is required to generate the torque necessary for driving the vehicle with the motor alone. Therefore, a means for reducing the size by using the electric motor in combination with the reduction gear is used.
  • the electric motor, the speed reducer, and the wheel bearing are arranged in series, the amount of overhang of the in-wheel motor drive device from the wheel to the inboard side increases.
  • the space of the wheel housing is the same as that of the vehicle of the internal combustion engine, when the vehicle turns and moves up and down, interference between the vehicle body and the in-wheel motor drive device occurs. Therefore, it is necessary to reduce the tire movable range or to modify the vehicle body exclusively for the in-wheel motor drive device.
  • an in-wheel motor drive device the rotation of an electric motor is decelerated and transmitted from an output shaft of a speed reduction mechanism to a drive wheel.
  • the speed reduction mechanism is composed of a parallel shaft gear train.
  • Patent Document 1 An arrangement in which a rotation axis is offset above the vertical direction of a vehicle.
  • the rotational axis of the electric motor is offset in the radial direction with respect to the axis of the wheel bearing, so that the connection point with the suspension mechanism can be installed in the space not occupied by the electric motor in the wheel.
  • a brake caliper mounting portion or the like can be provided. Further, since the entire in-wheel motor drive device can be made small, it is easy to avoid interference with the vehicle body and suspension parts due to the turning motion by the steering mechanism and the vertical motion by the suspension mechanism.
  • an object of the present invention is to reduce the size of an in-wheel motor drive device equipped with a parallel shaft gear reducer, particularly to reduce the size in the axial direction, and to improve the vehicle mountability.
  • the present invention comprises an electric motor portion, a reduction gear portion, and a wheel bearing portion, and includes a casing, and the reduction gear portion is a parallel shaft gear.
  • the parallel shaft gear is composed of one or a plurality of intermediate shafts having an input side intermediate gear and an output side intermediate gear, and an output shaft having a final output gear.
  • the both ends of the intermediate shaft and the output shaft are rotatably supported by rolling bearings, and among the rolling bearings, a rolling bearing adjacent to the input-side intermediate gear and a rolling bearing adjacent to the final output gear are provided. At least one is arranged in the inner diameter side recess of the adjacent gear.
  • At least one of the rolling bearings described above is a rolling bearing that is close to the input side intermediate gear, and is disposed in the inner diameter side recess of the input side intermediate gear.
  • the support structure of the intermediate shaft provided with the input side intermediate gear can be shortened in the axial direction.
  • the at least one rolling bearing is a rolling bearing close to the final output gear, and is disposed in the inner diameter side recess of the final output gear of the output shaft connected to the wheel bearing portion.
  • the support structure of the output shaft provided with the final output gear can be shortened in the axial direction.
  • a hollow portion is provided in the inner diameter side width surface of the inner diameter side recess of the final output gear, and a hub ring caulking portion for fixing the inner ring of the wheel bearing portion is accommodated in the recess portion.
  • the axial dimension can be efficiently shortened by forming the hollow portion of the final output gear and the concave portion on the inner diameter side so as to overlap in the radial direction.
  • the hollowed portion and the reinforcing rib are formed in the inner diameter side concave portion, the weight of the input side intermediate gear and the final output gear can be reduced and the strength and rigidity can be ensured.
  • the inter-axis distance between the intermediate shaft and the output shaft is set to be smaller than a total dimension of both pitch circle radii of the input-side intermediate gear and the final output gear.
  • the above-described reduction gear structure is composed of two-stage parallel shaft gears, so that the number of parts can be reduced and both a high reduction ratio and a reduction in size can be achieved.
  • an in-wheel motor drive device equipped with a parallel shaft gear reducer it is possible to reduce the size of an in-wheel motor drive device equipped with a parallel shaft gear reducer, particularly to reduce the size in the axial direction, and to improve vehicle mountability.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the in-wheel motor drive device according to the embodiment of the present invention, taken along the line PP in FIG. 2.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the in-wheel motor drive device taken along the line QQ in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a transverse cross-sectional view of the in-wheel motor drive device taken along the line RR in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a perspective view of an input side intermediate gear in FIG. 1. It is a top view which shows schematic structure of the electric vehicle carrying an in-wheel motor drive device.
  • FIG. 6 is a rear sectional view showing the electric vehicle of FIG. 5.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of the electric vehicle 11 on which the in-wheel motor drive device 21 is mounted
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the electric vehicle 11 as viewed from the rear.
  • the electric vehicle 11 includes a chassis 12, a front wheel 13 as a steering wheel, a rear wheel 14 as a driving wheel, and an in-wheel motor driving device 21 that transmits driving force to the rear wheel 14.
  • the rear wheel 14 is accommodated in a wheel housing 15 of the chassis 12 and fixed to the lower portion of the chassis 12 via a suspension device (suspension) 16.
  • the suspension device 16 supports the rear wheel 14 by a suspension arm extending left and right, and suppresses vibration of the chassis 12 by absorbing vibration received by the rear wheel 14 from the ground by a strut including a coil spring and a shock absorber.
  • a stabilizer that suppresses the inclination of the vehicle body during turning or the like is provided at a connecting portion of the left and right suspension arms.
  • the suspension device 16 is an independent suspension type in which the left and right wheels are independently moved up and down in order to improve the followability to the road surface unevenness and efficiently transmit the driving force of the rear wheel 14 to the road surface.
  • the in-wheel motor drive device 21 that drives the left and right rear wheels 14 is provided inside the wheel housing 15, thereby eliminating the need to provide a motor, a drive shaft, a differential gear mechanism, and the like on the chassis 12. Therefore, there is an advantage that a wide cabin space can be secured and the rotation of the left and right rear wheels 14 can be controlled.
  • the overall configuration of the in-wheel motor drive device 21 will be described with reference to FIGS.
  • the side closer to the outside of the vehicle is referred to as the outboard side
  • the side closer to the center is referred to as the inboard side.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the in-wheel motor driving device taken along line PP in FIG. 2, and FIG. 2 is a transverse sectional view of the in-wheel motor driving device taken along line QQ in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the in-wheel motor drive device taken along the line RR in FIG.
  • the in-wheel motor drive device 21 includes an electric motor part A that generates a driving force, a speed reducer part B that decelerates and outputs the rotation of the electric motor part A, and a speed reducer part B. And a wheel bearing portion C for transmitting output to a rear wheel as a drive wheel.
  • the electric motor part A, the speed reducer part B, and the wheel bearing part C are accommodated or attached to the casing 22, respectively.
  • the casing 22 may have a monolithic structure or a separable structure.
  • the electric motor part A is integrated with the rotor 24, the stator 23 fixed to the casing 22, the rotor 24 arranged so as to face the inner side in the radial direction of the stator 23 with a gap, and the rotor 24 arranged on the inner side in the radial direction of the rotor 24.
  • a radial gap type electric motor 26 provided with a rotating motor rotating shaft 25 is constituted.
  • the motor rotating shaft 25 can rotate at a high speed of about 10,000 to 1000 rotations per minute.
  • the stator 23 is configured by winding a coil around a magnetic core, and the rotor 24 is configured by a permanent magnet or the like.
  • the motor rotating shaft 25 has an end on the one side in the axial direction (left side in FIG. 1) with a rolling bearing 40 and an end on the other side in the axial direction (right side in FIG. 1) with respect to the casing 22 by a rolling bearing 41. Each is supported rotatably.
  • the reduction gear section B has an input gear 30, an input side intermediate gear 31 and an output side intermediate gear 32 as intermediate gears, and a final output gear 35.
  • the input gear 30 has an input shaft 30a integrally, and the input shaft 30a is coaxially connected to the motor rotating shaft 25 by spline fitting (including serration fitting, the same applies hereinafter).
  • the intermediate shaft S1 including the input side intermediate gear 31 and the output side intermediate gear 32 is formed integrally with both the intermediate gears 31 and 32.
  • the output shaft 36 including the final output gear 35 is formed integrally with the final output gear 35.
  • the input shaft 30a, the intermediate shaft S1, and the output shaft 36 are arranged in parallel to each other.
  • the input shaft 30a is rotatably supported by the rolling bearings 42 and 43
  • the intermediate shaft S1 is rotatably supported by the rolling bearings 44 and 45
  • the output gear shaft 36 is rotatably supported by the rolling bearings 48 and 49.
  • the both end portions of the intermediate shaft S1 and the output shaft 36 are not limited to the respective shaft end portions.
  • FIG. It is a concept that includes a midway position on the outboard side. In short, it means that the intermediate shaft S1 and the output shaft 36 are both supported by the rolling bearings 44, 45, 48, 49.
  • both ends of the intermediate shaft and the output shaft are used in the above meaning.
  • the center of the intermediate shaft S1 is between the center O1 of the input shaft 30a of the speed reducer part B (which is also the center of the motor rotating shaft 25) and the center O3 of the wheel bearing part C.
  • O2 is arranged, and straight lines connecting the respective centers O1, O2, and O3 are formed in a triangular shape, and the outer contour of the in-wheel motor drive device 21 is reduced in size. Thereby, it can mount in the wheel 70 of the vehicle of the existing internal combustion engine.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line QQ in FIG. 1, that is, viewed from the outboard side.
  • the rolling bearing 49 that supports the outboard side of the output shaft 36 includes a final output gear 35. Is disposed in the inner diameter side recess 47.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line RR in FIG. 1, that is, viewed from the inboard side.
  • the rolling bearing 44 that supports the inboard side of the intermediate shaft S1 is provided on the input side.
  • the intermediate gear 31 is disposed in the inner diameter side recess 33. Details will be described later.
  • the input gear 30 and the input-side intermediate gear 31 are engaged, and the output-side intermediate gear 32 and the final output gear 35 are engaged.
  • the number of teeth of the input side intermediate gear 31 is larger than the number of teeth of the input gear 30 and the output side intermediate gear 32
  • the number of teeth of the final output gear 35 is larger than the number of teeth of the output side intermediate gear 32.
  • helical gears are used as the input gear 30, the input-side intermediate gear 31, the output-side intermediate gear 32, and the final output gear 35 that constitute the speed reducer 39.
  • Helical gears are effective in that the number of teeth engaged simultaneously increases and the tooth contact is dispersed, so that the sound is quiet and torque fluctuation is small.
  • the wheel bearing portion C is composed of an inner ring rotation type wheel bearing 50.
  • the wheel bearing 50 is a double-row angular contact ball bearing mainly composed of an inner member 61 composed of a hub ring 60 and an inner ring 52, an outer ring 53, a ball 56 and a cage (not shown).
  • a flange portion 60a for wheel attachment is formed on the outer periphery of the hub wheel 60 on the outboard side, and the inner ring 52 is fitted and fixed to the small diameter step portion on the inboard side by caulking.
  • the crimping portion 60 b fixes the inner ring 52 and applies a preload to the wheel bearing 50.
  • An inner raceway surface 54 on the outboard side is formed on the outer periphery of the hub wheel 60, and an inner raceway surface 54 on the inboard side is formed on the outer periphery of the inner ring 52. Although illustration is omitted, a brake disc and a wheel are attached to the flange portion 60a for wheel attachment.
  • a double-row outer raceway surface 55 is formed on the inner circumference of the outer ring 53 corresponding to the inner raceway surface 54 of the hub ring 60 and the inner raceway surface 54 of the inner ring 52.
  • a flange portion is formed on the outer periphery of the outer ring 53, and is fastened and fixed to the casing 22 with bolts via an attachment 46.
  • the output shaft 36 is spline-fitted to the hub wheel 60 and connected to be able to transmit torque.
  • lubricating oil is supplied to each part by a rotary pump (not shown).
  • the inside of the wheel bearing 50 is lubricated with grease.
  • the in-wheel motor drive device 21 Since the in-wheel motor drive device 21 is housed in the wheel housing 15 (see FIG. 6) and becomes an unsprung load, it is essential to reduce the size and weight.
  • the parallel shaft gear reducer 39 having the above-described configuration With the electric motor 26, it is possible to use a small electric motor 26 having a low torque and a high rotation type.
  • the electric motor 26 can be reduced in size by using the electric motor 26 that rotates at a high speed of about ten thousand rotations per minute. Thereby, the compact in-wheel motor drive device 21 can be realized, and the electric vehicle 11 excellent in running stability and NVH characteristics can be obtained while suppressing the unsprung weight.
  • the overall configuration of the in-wheel motor drive device 21 of the present embodiment is as described above. Next, a characteristic configuration will be described.
  • the in-wheel motor drive device 21 of the present embodiment uses at least one of the rolling bearing 44 close to the input side intermediate gear 31 and the rolling bearing 49 close to the final output gear 35 as the adjacent gear. It arrange
  • an intermediate shaft S1 having an input side intermediate gear 31 and an output side intermediate gear 32 is rotatably supported on the housing 22 by rolling bearings 44 and 45 at both ends.
  • the input side intermediate gear 31 has a large diameter, and an inner diameter side recess 33 is formed in the inboard side width surface 31a.
  • a mounting surface 33 a into which the inner ring of the rolling bearing 44 is fitted is formed in the inner diameter side recess 33.
  • a counterbore portion 33b is formed further on the inner diameter side of the inner diameter side concave portion 33, and the input side intermediate gear 31 is reduced in weight.
  • FIG. 4 is a perspective view of the input-side intermediate gear 31 (including the intermediate shaft S1) viewed from the inboard side.
  • An inner diameter side concave portion 33 is formed on the inboard side width surface 31 a of the input side intermediate gear 31, and a mounting surface 33 a of the rolling bearing 44 (see FIG. 1) is formed on the outer peripheral surface of the inner diameter side concave portion 33.
  • a counterbore 33b is formed on the inner diameter side of the mounting surface 33a.
  • a thinned portion 33c and a reinforcing rib 33d are formed at the bottom of the inner diameter side concave portion 33 to reduce the weight of the input side intermediate gear 31 and ensure strength and rigidity.
  • the rolling bearing 44 that supports the end of the intermediate shaft S1 on the inboard side in other words, the rolling bearing 44 adjacent to the input side intermediate gear 31 is connected to the input side.
  • the intermediate gear 31 can be incorporated into the mounting surface 33a of the inner diameter side concave portion 33, and the axial dimension of this portion can be shortened as much as possible.
  • the output shaft 36 including the final output gear 35 is rotatably supported with respect to the housing 22 by rolling bearings 48 and 49 at both ends.
  • the final output gear 35 also has a large diameter, and an inner diameter side recess 47 is formed in the width surface 35a on the outboard side.
  • a mounting surface 47 a into which the inner ring of the rolling bearing 49 is fitted is formed in the inner diameter side concave portion 47.
  • a thinned portion 35c and a reinforcing rib 35d are formed in the inner diameter side concave portion 47 of the final output gear 35.
  • the hollow part 35b is provided in the inner diameter side width surface of the mounting surface 47a of the inner diameter side recess 47.
  • a caulking portion 60b of the hub wheel 60 of the wheel / wheel bearing 50 is accommodated in the hollow portion 35b.
  • the rolling bearing 49 that supports the end of the output shaft 36 on the outboard side in other words, the rolling bearing 49 adjacent to the final output gear 35 is used as the final output gear 35.
  • the input side intermediate gear 31 and the final output gear 35 are both formed with the inner diameter side recesses 33 and 47.
  • the present invention is not limited to this, and either the input side intermediate gear 31 or the final output gear 35 is used.
  • An inner diameter side recess may be formed only in one of these, and a rolling bearing may be incorporated on the mounting surface of the inner diameter side recess.
  • a hollow part and a reinforcement rib are formed only in one inner diameter side recessed part. In addition, it may be one that does not provide the lightening part and the reinforcing rib.
  • the in-wheel motor drive device 21 of the present embodiment is also downsized in the radial direction. As described above with reference to FIGS. 2 and 3, between the center O1 of the input shaft 30a of the speed reducer part B (which is also the center of the motor rotating shaft 25) and the center O3 of the wheel bearing part C, A center O2 is arranged, and a straight line connecting the centers O1, O2, and O3 is formed in a triangular shape, and the outer contour of the in-wheel motor drive device 21 is reduced in size.
  • the radial dimension of the outer peripheral contour of the in-wheel motor drive device 21 is made extremely small.
  • the inter-axis distance L between the intermediate shaft S1 and the output shaft 36 is determined from the sum of the pitch circle radius PCR2 of the input side intermediate gear 31 and the pitch circle radius PCR3 of the final output gear 35. It is set small.
  • the ultimate downsizing of the outer peripheral contour of the in-wheel motor drive device 21 is achieved. It was possible to attach to.
  • the in-wheel motor drive device 21 provided with the parallel shaft gear reducer according to the present embodiment improves the vehicle mountability by reducing the size of the entire device, particularly in the axial direction. is there.
  • speed reducer part B of the in-wheel motor drive device 21 of the above embodiment illustrated the thing using the parallel shaft gear speed reducer 39 of 2 step

Abstract

電動モータ部Ａと、減速機部Ｂと、車輪用軸受部Ｃとから構成され、ケーシング２２を備えており、減速機部Ｂが平行軸歯車による減速構造を有するインホイールモータ駆動装置２１において、平行軸歯車は、入力側中間歯車３１と出力側中間歯車３２を備えた１つ又は複数の中間軸Ｓ１と最終出力歯車３５を備えた出力軸３６とから構成され、中間軸Ｓ１と出力軸３６のそれぞれの両端部が転がり軸受４４、４５、４８、４９によって回転自在に支持され、転がり軸受４４、４５、４８、４９のうち、入力側中間歯車３１に近接する転がり軸受４４と最終出力歯車３５に近接する転がり軸受４８の少なくとも一方が、近接する歯車３１、３５の内径側凹部３３、４７に配置されていることを特徴とする。

Description

インホイールモータ駆動装置
　本発明は、電動モータ部の出力軸と車輪用軸受部とを減速機部を介して連結したインホイールモータ駆動装置に関する。
　インホイールモータ駆動装置は、ホイールの内部に収められるため、車両のばね下重量となる。ばね下重量の増加は車両の乗り心地を悪化させるため、インホイールモータ駆動装置の小型軽量化は重要な要件である。電動モータの出力トルクは、電動モータのサイズおよび重量に比例するため、モータ単体で車両の駆動に必要なトルクを発生させようとすると、大型のモータが必要になる。そのため、電動モータを減速機と組み合わせて使用することで、小型化する手段が用いられる。
　しかし、電動モータ、減速機、車輪用軸受を直列に並べると、ホイールからインボード側へのインホイールモータ駆動装置の張り出し量が大きくなる。ホイールハウジングのスペースが内燃機関の車両と同じである場合、車両が転舵、上下動した際、車体とインホイールモータ駆動装置との干渉が発生する。そのため、タイヤ可動範囲を減らすか、インホイールモータ駆動装置専用に車体を改造する必要がある。
　従来技術として、インホイールモータ駆動装置において、電動モータの回転を減速して減速機構の出力軸から駆動輪に伝達し、減速機構が平行軸歯車列からなり、この平行軸歯車列により電動モータの回転軸が車両の垂直方向の上方にオフセットされて配置したものが提案されている（特許文献１）。このインホイールモータ駆動装置では、電動モータの回転軸を車輪用軸受の軸心に対して径方向にオフセットさせることにより、ホイール内の電動モータが占有していない空間に懸架機構との接続点やブレーキキャリパ取付部等を設けることができる。また、インホイールモータ駆動装置全体を小さくすることができるので、転舵機構による旋回運動や懸架機構による上下運動に伴う車体や懸架部品との干渉を回避しやすくしている。
特開２０１３－２０９０１６号公報
　特許文献１に記載のインホイールモータ駆動装置では、平行軸歯車減速機を適用することで、電動モータのオフセット配置と小型化を図っている。しかし、減速機構の最終段歯車軸と車輪用軸受とは同軸上に、ある程度の距離をもって配置されている。減速比を大きくする等の対策をして減速機構と電動モータを小型化し、モータの一部又は全部をホイール内周の円筒状の空間に収めることができたとしても、最低限３つの構成要素である（１）車輪用軸受、（２）減速機最終段歯車軸の支持軸受、（３）減速機最終段歯車が車軸と同軸上に並ぶことになり、小型化、特に軸方向寸法を短くすることにおいて大きな障害になることが分かった。
　その結果として、懸架部品の形状に制限が加わることで、懸架部品の重量増加や強度低下、最低地上高さの減少などの悪影響が生じたり、干渉を回避するために、車体側の設計変更が必要になることで車両の運動性能が低下したり、車体の共通化にコストメリットが失われるという問題に突き当たった。この問題に着目したのが本発明である。
　本発明は、上記の問題に鑑み、平行軸歯車減速機を備えたインホイールモータ駆動装置の小型化、特に軸方向の小型化を図り、車両搭載性を向上させることを目的とする。
　前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、電動モータ部と、減速機部と、車輪用軸受部とから構成され、ケーシングを備えており、前記減速機部が平行軸歯車による減速構造を有するインホイールモータ駆動装置において、前記平行軸歯車は、入力側中間歯車と出力側中間歯車を備えた１つ又は複数の中間軸と最終出力歯車を備えた出力軸とから構成され、前記中間軸と前記出力軸のそれぞれの両端部が転がり軸受によって回転自在に支持され、前記転がり軸受のうち、前記入力側中間歯車に近接する転がり軸受と前記最終出力歯車に近接する転がり軸受の少なくとも一方が、前記近接する歯車の内径側凹部に配置されていることを特徴とする。
　上記の構成により、平行軸歯車減速機を備えたインホイールモータ駆動装置の小型化、特に軸方向の小型化を図り、車両搭載性を向上させることができる。
　具体的には、上記の少なくとも一方の転がり軸受が、入力側中間歯車に近接する転がり軸受であり、入力側中間歯車の内径側凹部に配置されていることが好ましい。これにより、入力側中間歯車を備えた中間軸の支持構造を軸方向に短縮することができる。
　上記の少なくとも一方の転がり軸受が、最終出力歯車に近接する転がり軸受であり、車輪用軸受部に連結される出力軸の最終出力歯車の内径側凹部に配置されていることが好ましい。これにより、最終出力歯車を備えた出力軸の支持構造を軸方向に短縮することができる。
　上記の最終出力歯車の内径側凹部の内径側幅面に窪み部が設けられ、この窪み部に車輪用軸受部の内輪を固定するためのハブ輪の加締め部が収容されていることが好ましい。これにより、軸方向寸法の短縮を促進できる。
　上記の最終出力歯車の窪み部と内径側凹部とが半径方向に重畳して形成されていることにより、効率的に軸方向寸法を短縮することができる。
　上記の内径側凹部に肉抜き部と補強リブが形成されていることにより、入力側中間歯車や最終出力歯車の軽量化を図ると共に強度、剛性を確保することができる。
　上記の中間軸と出力軸との軸間距離が、入力側中間歯車と最終出力歯車の両ピッチ円半径を合計した寸法より小さく設定されていることが好ましい。これにより、インホイールモータ駆動装置の外周輪郭の小型化が図れ、既存の内燃機関の車両のホイール内に装着することを可能にできる。
　上記の減速構造が２段の平行軸歯車で構成されていることにより、部品点数を抑え、高減速比と小型化を両立させることができる。
　本発明によれば、平行軸歯車減速機を備えたインホイールモータ駆動装置の小型化、特に軸方向の小型化を図り、車両搭載性を向上させることができる。
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し、図２のＰ－Ｐ線で矢視した縦断面図である。 図１のＱ－Ｑ線で矢視したインホイールモータ駆動装置の横断面図である。 図１のＲ－Ｒ線で矢視したインホイールモータ駆動装置の横断面図である。 図１の入力側中間歯車の斜視図である。 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構成を示す平面図である。 図５の電気自動車を示す後方断面図である。
　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図１～図６に基づいて説明する。まず、本実施形態のインホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車を図５、図６に基づいて説明する。図５は、インホイールモータ駆動装置２１を搭載した電気自動車１１の概略平面図、図６は、電気自動車１１を後方から見た概略断面図である。
　電気自動車１１は、図５に示すように、シャシー１２と、操舵輪としての前輪１３と、駆動輪としての後輪１４と、後輪１４に駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置２１とを装備する。後輪１４は、図６に示すように、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（サスペンション）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り後輪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り、後輪１４が地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。左右のサスペンションアームの連結部分には、旋回時などの車体の傾きを抑制するスタビライザが設けられている。懸架装置１６は、路面の凹凸に対する追従性を向上させ、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としている。
　電気自動車１１は、ホイールハウジング１５の内部に、左右それぞれの後輪１４を駆動するインホイールモータ駆動装置２１を設けることによって、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などを設ける必要がなくなるので、客室スペースを広く確保でき、かつ、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。
　この実施形態の特徴的な構成を説明する前にインホイールモータ駆動装置２１の全体構成を図１～図３に基づいて説明する。以下の説明では、インホイールモータ駆動装置２１を車両に搭載した状態で、車両の外側寄りとなる側をアウトボード側と称し、中央寄りとなる側をインボード側と称する。
　図１は、図２のＰ－Ｐ線で矢視したインホイールモータ駆動装置の縦断面図で、図２は、図１のＱ－Ｑ線で矢視したインホイールモータ駆動装置の横断面図で、図３は、図１のＲ－Ｒ線で矢視したインホイールモータ駆動装置の横断面図である。
　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からの出力を駆動輪としての後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、減速機部Ｂ、および車輪用軸受部Ｃは、それぞれケーシング２２に収容あるいは取り付けられる。ケーシング２２は図１に示すように一体構造とする他、分割可能な構造にすることもできる。
　電動モータ部Ａは、ケーシング２２に固定されたステータ２３と、ステータ２３の径方向内側に隙間をもって対向するように配置されたロータ２４と、ロータ２４の径方向内側に配置されてロータ２４と一体回転するモータ回転軸２５とを備えたラジアルギャップ型の電動モータ２６で構成されている。モータ回転軸２５は、毎分一万数千回転程度で高速回転可能である。ステータ２３は磁性体コアにコイルを巻回することによって構成され、ロータ２４は永久磁石等で構成されている。
　モータ回転軸２５は、その軸方向一方側の端部（図１の左側）が転がり軸受４０により、軸方向他方側の端部（図１の右側）が転がり軸受４１により、ケーシング２２に対してそれぞれ回転自在に支持されている。
　減速機部Ｂは、入力歯車３０と、中間歯車としての入力側中間歯車３１および出力側中間歯車３２と、最終出力歯車３５とを有する。入力歯車３０は入力軸３０ａを一体に有しており、この入力軸３０ａはスプライン嵌合（セレーション嵌合を含む。以下、同じ）によってモータ回転軸２５と同軸に連結されている。入力側中間歯車３１および出力側中間歯車３２を備える中間軸Ｓ１は、両中間歯車３１、３２と一体に形成されている。最終出力歯車３５を備える出力軸３６は、最終出力歯車３５と一体に形成されている。
　入力軸３０ａ、中間軸Ｓ１および出力軸３６は互いに平行に配置されている。入力軸３０ａは転がり軸受４２、４３によって、中間軸Ｓ１は転がり軸受４４、４５によって、出力歯車軸３６は転がり軸受４８、４９によって、それぞれ、両端部がケーシング２２に対して回転自在に支持されている。ここで、中間軸Ｓ１および出力軸３６の両端部とは、それぞれの軸端部のみに限定されるものではなく、例えば、図１に示すように、出力軸３６の最終出力歯車３５の外側（アウトボード側）の途中位置を含む概念のものである。要は、中間軸Ｓ１および出力軸３６が、転がり軸受４４、４５、４８、４９によって、両持ちで支持されることを意味する。本明細書および請求の範囲において、中間軸と出力軸の両端部は上記の意味で用いる。
　図２および図３に示すように、減速機部Ｂの入力軸３０ａの中心Ｏ１（モータ回転軸２５の中心でもある）と車輪用軸受部Ｃの中心Ｏ３との間に、中間軸Ｓ１の中心Ｏ２が配置され、各中心Ｏ１、Ｏ２およびＯ３を結ぶ直線が三角状をなすように構成され、インホイールモータ駆動装置２１の外周輪郭の小型化を図っている。これにより、既存の内燃機関の車両のホイール７０内に装着することができる。
　図２は、図１のＱ－Ｑ線で矢視した、すなわち、アウトボード側から見た横断面図であるが、出力軸３６のアウトボード側を支持する転がり軸受４９が、最終出力歯車３５の内径側凹部４７に配置されている。また、図３は、図１のＲ－Ｒ線で矢視した、すなわち、インボード側から見た横断面図であるが、中間軸Ｓ１のインボード側を支持する転がり軸受４４が、入力側中間歯車３１の内径側凹部３３に配置されている。詳細は後述する。
　図１に示すように、減速機部Ｂでは、入力歯車３０と入力側中間歯車３１とが噛合し、出力側中間歯車３２と最終出力歯車３５とが噛合している。入力側中間歯車３１の歯数は、入力歯車３０および出力側中間歯車３２の歯数よりも多く、最終出力歯車３５の歯数は出力側中間歯車３２の歯数よりも多い。以上の構成から、モータ回転軸２５の回転運動を２段階に減速する平行軸歯車減速機３９が構成される。２段の平行軸歯車からなる減速機構は、部品点数が比較的少なく、かつ、後述する平行軸歯車と支持軸受の配置構造とが相俟って、高減速比と小型化を両立させることができる。
　本実施形態では、減速機３９を構成する入力歯車３０、入力側中間歯車３１、出力側中間歯車３２および最終出力歯車３５として、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増え、歯当たりが分散されるので音が静かで、トルク変動が少ない点で有効である。歯車のかみあい率や限界の回転数などを考慮して、各歯車のモジュールは１～３程度に設定するのが好ましい。
　車輪用軸受部Ｃは、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６０と内輪５２とからなる内方部材６１と、外輪５３と、玉５６および保持器（図示省略）を主な構成とする複列アンギュラ玉軸受である。ハブ輪６０のアウトボード側の外周に車輪取り付け用のフランジ部６０ａが形成され、インボード側の小径段部に内輪５２が嵌合され加締め固定されている。加締め部６０ｂは、車輪用軸受５０の組み立て後、内輪５２を固定すると共に車輪用軸受５０に予圧を付与している。ハブ輪６０の外周にアウトボード側の内側軌道面５４が形成され、内輪５２の外周にインボード側の内側軌道面５４が形成されている。図示は省略するが、車輪取り付け用のフランジ部６０ａには、ブレーキディスクおよびホイールが取り付けられる。
　外輪５３の内周には、ハブ輪６０の内側軌道面５４および内輪５２の内側軌道面５４に対応して複列の外側軌道面５５が形成されている。外輪５３の外周にフランジ部が形成され、アタッチメント４６を介してケーシング２２にボルトで締結固定されている。出力軸３６は、ハブ輪６０にスプライン嵌合し、トルク伝達可能に連結されている。
　インホイールモータ駆動装置２１では、電動モータ２６の冷却や減速機３９の潤滑および冷却のため、図示しない回転ポンプで潤滑油が各部に供給される。車輪用軸受５０の軸受内部はグリースにより潤滑される。
　インホイールモータ駆動装置２１は、ホイールハウジング１５（図６参照）の内部に収められ、ばね下荷重となるため、小型軽量化が必須である。前述した構成の平行軸歯車減速機３９を電動モータ２６と組み合わせることで、低トルクかつ高回転型の小型電動モータ２６を使用することが可能となる。例えば、減速比１１の平行軸歯車減速機３９を用いた場合、毎分一万数千回転程度の高速回転の電動モータ２６を使用することにより電動モータ２６を小型化することができる。これにより、コンパクトなインホイールモータ駆動装置２１を実現することができ、ばね下重量を抑えて走行安定性およびＮＶＨ特性に優れた電気自動車１１を得ることができる。
　本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１の全体構成は以上のとおりである。次に特徴的な構成を説明する。
　インホイールモータ駆動装置２１を小型軽量化するには、平行軸歯車減速機３９の１段あたりの減速比を大きくすることが有効である。平行軸歯車減速機３９の１段あたりの減速比を大きくすると、必然的に入力側中間歯車３１や最終出力歯車３５の直径が大きくなる。これを有効活用して、本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、入力側中間歯車３１に近接する転がり軸受４４と最終出力歯車３５に近接する転がり軸受４９の少なくとも一方を、近接する歯車の内径側凹部に配置し、装置の軸方向寸法を可及的に短縮したことを特徴的な構成とする。
　図1に示すように、入力側中間歯車３１と出力側中間歯車３２を備えた中間軸Ｓ１は、両端部を転がり軸受４４、４５によって、ハウジング２２に対して回転自在に支持されている。入力側中間歯車３１は大きな直径を有し、インボード側の幅面３１ａに内径側凹部３３が形成されている。この内径側凹部３３に転がり軸受４４の内輪が嵌合する装着面３３ａが形成されている。内径側凹部３３のさらに内径側には座ぐり部３３ｂが形成され、入力側中間歯車３１の軽量化を図っている。
　入力側中間歯車３１の内径側凹部３３の詳細を図４に基づいて説明する。図４は、入力側中間歯車３１（中間軸Ｓ１を含む）をインボード側から見た斜視図である。入力側中間歯車３１のインボード側の幅面３１ａに内径側凹部３３が形成され、この内径側凹部３３の外周面に転がり軸受４４（図１参照）の装着面３３ａが形成されている。装着面３３ａの内径側に座ぐり部３３ｂが形成されている。内径側凹部３３の底部に肉抜き部３３ｃと補強リブ３３ｄが形成されており、入力側中間歯車３１の軽量化を図ると共に強度、剛性を確保している。
　入力側中間歯車３１が上記の構造になっているので、中間軸Ｓ１のインボード側の端部を支持する転がり軸受４４、換言すれば、入力側中間歯車３１に近接する転がり軸受４４を入力側中間歯車３１の内径側凹部３３の装着面３３ａに組込むことができ、この部分の軸方向寸法を可及的に短縮することができる。
　次に、最終出力歯車３５の構造を図１に基づいて説明する。最終出力歯車３５を備えた出力軸３６は、両端部を転がり軸受４８、４９によって、ハウジング２２に対して回転自在に支持されている。最終出力歯車３５も大きな直径を有し、アウトボード側の幅面３５ａに内径側凹部４７が形成されている。この内径側凹部４７に転がり軸受４９の内輪が嵌合する装着面４７ａが形成されている。最終出力歯車３５の内径側凹部４７にも、前述した入力側中間歯車３１と同様に肉抜き部３５ｃと補強リブ３５ｄが形成されている。
　内径側凹部４７の装着面４７ａのさらに内径側幅面に窪み部３５ｂが設けられている。この窪み部３５ｂに車輪輪用軸受５０のハブ輪６０の加締め部６０ｂが収容されている。窪み部３５ｂを設けたことにより、軸方向寸法の短縮を促進できる。また、窪み部３５ｂと内径側凹部４７の装着面４７ａとが半径方向に重畳して形成されているので、この部分の軸方向寸法を効率的に短縮することができる。
　最終出力歯車３５が上記の構造になっているので、出力軸３６のアウトボード側の端部を支持する転がり軸受４９、換言すれば、最終出力歯車３５に近接する転がり軸受４９を最終出力歯車３５の内径側凹部４７の装着面４７ａに組込むことができる。これと相俟って、車輪輪用軸受５０のハブ輪６０の加締め部６０ｂが窪み部３５ｂに収容されるので、この部分の軸方向寸法を一層短縮することができる。
　本実施形態では、入力側中間歯車３１と最終出力歯車３５の両方に内径側凹部３３、４７を形成したものを例示したが、これに限られず、入力側中間歯車３１と最終出力歯車３５のどちらか一方にだけ内径側凹部を形成し、この内径側凹部の装着面にころがり軸受を組み込んだものであってもよい。また、内径側凹部３３、４３の両方に肉抜き部と補強リブを形成したものを例示したが、これに限られず、どちらか一方の内径側凹部にだけ肉抜き部と補強リブを形成してもよく、さらには、肉抜き部と補強リブを設けないものであってもよい。
　本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、径方向にも小型化を図っている。図２、図３において前述したように、減速機部Ｂの入力軸３０ａの中心Ｏ１（モータ回転軸２５の中心でもある）と車輪用軸受部Ｃの中心Ｏ３との間に、中間軸Ｓ１の中心Ｏ２が配置され、各中心Ｏ１、Ｏ２およびＯ３を結ぶ直線が三角状をなすように構成され、インホイールモータ駆動装置２１の外周輪郭の小型化を図っている。
　上記の各中心Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３の三角状の配置構成に当たって、インホイールモータ駆動装置２１の外周輪郭の径方向寸法を極限まで小さくしている。具体的には、図１に示すように、中間軸Ｓ１と出力軸３６の軸間距離Ｌを入力側中間歯車３１のピッチ円半径ＰＣＲ２と最終出力歯車３５のピッチ円半径ＰＣＲ３を合計した寸法より小さく設定している。これにより、各中心Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３の三角状の配置構成と相俟って、インホイールモータ駆動装置２１の外周輪郭の究極の小型化が達成され、既存の内燃機関の車両のホイール７０内に装着することを可能にした。
　以上説明したように、本実施形態の平行軸歯車減速機を備えたインホイールモータ駆動装置２１は、装置全体の小型化、特に軸方向の小型化を図り、車両搭載性を向上させたものである。
　以上の実施形態のインホイールモータ駆動装置２１の減速機部Ｂは、２段減速の平行軸歯車減速機３９を用いたものを例示したが、これに限定されるものではなく、１段減速や３段減速以上のものにしてもよい。
　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、請求の範囲によって示され、さらに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。
２１　　　　　インホイールモータ駆動装置
２２　　　　　ケーシング
２５　　　　　モータ回転軸
２６　　　　　電動モータ
３０　　　　　入力歯車
３０ａ　　　　入力軸
３１　　　　　入力側中間歯車
３２　　　　　出力側中間歯車
３３　　　　　内径側凹部
３３ａ　　　　装着面
３３ｃ　　　　肉抜き部
３３ｄ　　　　補強リブ
３５　　　　　出力歯車
３５ｂ　　　　窪み部
３５ｃ　　　　肉抜き部
３５ｄ　　　　補強リブ
３６　　　　　出力軸
３９　　　　　減速機
４４　　　　　転がり軸受
４７　　　　　内径側凹部
４９　　　　　転がり軸受
５０　　　　　車輪用軸受
５２　　　　　内輪
５３　　　　　外輪
６０　　　　　ハブ輪
６０ｂ　　　　加締め部
Ａ　　　　　　電動モータ部
Ｂ　　　　　　減速機部
Ｃ　　　　　　車輪用軸受部
Ｌ　　　　　　軸間距離
ＰＣＲ２　　　ピッチ円半径
ＰＣＲ３　　　ピッチ円半径
Ｓ１　　　　　中間軸

Claims (8)

  1. 　電動モータ部と、減速機部と、車輪用軸受部とから構成され、ケーシングを備えており、前記減速機部が平行軸歯車による減速構造を有するインホイールモータ駆動装置において、
    　前記平行軸歯車は、入力側中間歯車と出力側中間歯車を備えた１つ又は複数の中間軸と最終出力歯車を備えた出力軸とから構成され、前記中間軸と前記出力軸のそれぞれの両端部が転がり軸受によって回転自在に支持され、
    　前記転がり軸受のうち、前記入力側中間歯車に近接する転がり軸受と前記最終出力歯車に近接する転がり軸受の少なくとも一方が、前記近接する歯車の内径側凹部に配置されていることを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
  2. 　前記少なくとも一方の転がり軸受が、前記入力側中間歯車に近接する転がり軸受であり、前記入力側中間歯車の内径側凹部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
  3. 　前記少なくとも一方の転がり軸受が、前記最終出力歯車に近接する転がり軸受であり、前記車輪用軸受部に連結される前記出力軸の最終出力歯車の内径側凹部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
  4. 　前記最終出力歯車の前記内径側凹部の内径側幅面に窪み部が設けられ、この窪み部に前記車輪用軸受部の内輪を固定するためのハブ輪の加締め部が収容されていることを特徴とする請求項３に記載のインホイールモータ駆動装置。
  5. 　前記最終出力歯車の窪み部と前記内径側凹部とが半径方向に重畳して形成されていることを特徴とする請求項４に記載のインホイールモータ駆動装置。
  6. 　前記内径側凹部に肉抜き部と補強リブが形成されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のインホイールモータ駆動装置。
  7. 　前記中間軸と前記出力軸との軸間距離が、前記入力側中間歯車と前記最終出力歯車の両ピッチ円半径を合計した寸法より小さく設定されていることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のインホイールモータ駆動装置。
  8. 　前記減速構造が２段の平行軸歯車で構成されていることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載のインホイールモータ駆動装置。
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