インホイールモータ駆動装置
【課題】軸受のスペース効率を高めて負荷容量を増大させて耐久性を向上させると共に、組立・分解性を向上させてメンテナンス性に優れたインホイールモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】車輪用軸受装置Ｃが連結部材１１を介して減速部Ｂに結合され、内周に複列の外側転走面２２ａ、２２ｂが形成された外方部材２２と、一端部に車輪取付フランジ２６を一体に有し、外周に内側転走面２５ａが形成されたハブ輪２５、およびこのハブ輪２５に嵌合される円筒状の軸部１７を一体に有し、外周に内側転走面１６ａが形成された内輪部材１６からなる内方部材２４と、両部材間に収容された複列の転動体２３と、外方部材２２に装着されたシール３０、３１とを備えると共に、連結部材１１と内輪部材１６が、クラウニング形状に形成されたセレーション１１ａ、１６ｂを介してトルク伝達可能に、かつ、分離可能に結合されている。
【解決手段】車輪用軸受装置Ｃが連結部材１１を介して減速部Ｂに結合され、内周に複列の外側転走面２２ａ、２２ｂが形成された外方部材２２と、一端部に車輪取付フランジ２６を一体に有し、外周に内側転走面２５ａが形成されたハブ輪２５、およびこのハブ輪２５に嵌合される円筒状の軸部１７を一体に有し、外周に内側転走面１６ａが形成された内輪部材１６からなる内方部材２４と、両部材間に収容された複列の転動体２３と、外方部材２２に装着されたシール３０、３１とを備えると共に、連結部材１１と内輪部材１６が、クラウニング形状に形成されたセレーション１１ａ、１６ｂを介してトルク伝達可能に、かつ、分離可能に結合されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のダイレクトドライブホイールを駆動輪とする車両に用いられたインホイールモータ駆動装置、特に、電動モータの出力軸と車輪のハブとが減速機を介して同軸状に連結されたインホイールモータ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車等モータによって駆動される車両においては、モータを車輪に内蔵するインホイールモータシステムが採用されつつある。ここで、従来のインホイールモータ駆動装置５０は、例えば、特開２００６−２５８２８９号公報（特許文献１）に記載されている。このインホイールモータ駆動装置５０は、図７に示すように、車体５１に取り付けられるケーシング５２の内部に駆動力を発生させるモータ部５３と、車輪５４が取り付けられる車輪用軸受装置５５と、モータ部５３の回転を減速して車輪用軸受装置５５のハブ輪５６に伝達する減速部５７とを備えている。
【０００３】
ここで、装置の軽量・コンパクト化の観点からモータ部５３には低トルクで高回転のモータが採用されると共に、車輪５４を駆動するのに大きなトルクが必要となるため、減速部５７には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が採用されている。
【０００４】
この減速部５７は、偏心部５８ａ、５８ｂを有するモータ側回転部材５８と、偏心部５８ａ、５８ｂに配設される曲線板５９ａ、５９ｂと、曲線板５９ａ、５９ｂをモータ側回転部材５８に対して回転自在に支承する転がり軸受６０ａ、６０ｂと、曲線板５９ａ、５９ｂの外周面に係合して曲線板５９ａ、５９ｂに自転運動を生じさせる複数の外ピン６１と、曲線板５９ａ、５９ｂの自転運動を内方部材（車輪側回転部材）６２に伝達する複数の内ピン６３とを備えている。
【０００５】
また、車輪用軸受装置５５は、外周にケーシング５２に取り付けられるための取付フランジ６４ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面６４ａ、６４ａが一体に形成された外方部材６４と、一端部に車輪５４を取り付けるための車輪取付フランジ６７を一体に有し、外周に複列の外側転走面６４ａ、６４ａの一方に対向する内側転走面５６ａと、この内側転走面５６ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部５６ｂが形成されたハブ輪５６、およびこのハブ輪５６の小径段部５６ｂに圧入固定され、外周に複列の外側転走面６４ａ、６４ａの他方に対向する内側転走面６５ａが形成された内輪６５からなる内方部材６２と、この内方部材６２と外方部材６４の両転走面間に転動自在に収容された複列のボール６６とを備えている。
【特許文献１】特開２００６−２５８２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来のインホイールモータ駆動装置５０では、モータ側回転部材５８の一端部が車輪側回転部材６２の内径部に回転自在に支承されている。すなわち、車輪側回転部材６２が車輪取付フランジ６７を介して車輪５４から負荷されるラジアル荷重やモーメント荷重によって傾くと、モータ側回転部材５８も共に傾いてしまう。これにより、減速部５７の各構成部品間のすきまを変化させて、各構成部品間に過大な荷重が作用したり、構成部品を損傷したりする要因となる。
【０００７】
このような問題を解消するために、車輪用軸受装置５５には車輪５４から受ける荷重を適切に支持可能な負荷容量が要求される。しかし、一般的に軸受の負荷容量を増加させると、軸受の大型化や重量・コストの増大等の問題が発生するため好ましくない。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、軸受のスペース効率を高めて負荷容量を増大させて耐久性を向上させると共に、組立・分解性を向上させてメンテナンス性に優れた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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ケーシングと、このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成されたモータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、前記モータ側回転部材の回転を減速する減速部と、この減速部に連結され、車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、前記車輪用軸受装置が連結部材を介して前記減速部に結合され、当該車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合される円筒状の軸部を一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪部材からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、前記ケーシングに装着されたオイルシールによって前記車輪用軸受装置が前記減速部と遮断され、軸受内部に封入されたグリースによって潤滑されると共に、前記連結部材と内輪部材がセレーションを介してトルク伝達可能に、かつ、分離可能に結合されている。
【００１０】
このように、ケーシング内に配設されたモータ部と減速部、およびこの減速部に連結された車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、車輪用軸受装置が連結部材を介して減速部に結合され、当該車輪用軸受装置が、外周にケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合される円筒状の軸部を一体に有し、外周に複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪部材からなる内方部材と、この内方部材と外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、ケーシングに装着されたオイルシールによって車輪用軸受装置が減速部と遮断され、軸受内部に封入されたグリースによって潤滑されると共に、連結部材と内輪部材がセレーションを介してトルク伝達可能に、かつ、分離可能に結合されているので、減速部の潤滑油内に混入した金属摩耗粉等の異物が軸受内部に侵入して剥離寿命が低下するのを防止し、潤滑油の清浄度の影響を受けずに所望の剥離寿命を確保することができると共に、組立・分解性が向上してメンテナンス性に優れたインホイールモータ駆動装置を提供することができる。
【００１１】
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記セレーションの歯面のうち少なくとも一方の歯面がクラウニング形状に形成されていれば、車輪取付フランジを介して車輪から負荷されるラジアル荷重やモーメント荷重によって内輪部材が傾いても、このセレーションによってその傾きは許容され、連結部材が共に傾くのを防止することができる。したがって、減速部の各構成部品間に過大な荷重が作用したり、構成部品を損傷したりするのを防止し、耐久性と信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明のように、前記複列の転動体列のうちインナー側の転動体列の基本定格荷重がアウター側の転動体列の基本定格荷重よりも大きく設定されていれば、インナー側の転動体列部分に加わる荷重がアウター側の転動体列部分に加わる荷重よりも大きくなっても寿命をそれ以上にすることができ、強度・耐久性を向上させることができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明のように、前記インナー側の転動体のピッチ円直径が前記アウター側の転動体のピッチ円直径よりも大径に設定されると共に、当該インナー側の転動体列における転動体個数が前記アウター側の転動体列の転動体個数よりも多く設定されていれば、インナー側の転動体列部分の剛性が高くなると共に、基本定格荷重がアウター側の転動体列部分の基本定格荷重よりも大きくなり、軸受のスペース効率を高めて無駄のない設計を実現することができ、強度・耐久性を向上させることができる。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明のように、前記ハブ輪の内周に硬化した凹凸部が形成されると共に、前記軸部の嵌合部を拡径して凹凸部に食い込ませて加締めることにより、ハブ輪と内輪部材が一体に塑性結合されていれば、軽量・コンパクト化が図れると共に、結合部の緩みを防止して長期間に亙って初期に設定された予圧を維持することができ、耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るインホイールモータ駆動装置は、ケーシングと、このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成されたモータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、前記モータ側回転部材の回転を減速する減速部と、この減速部に連結され、車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、前記車輪用軸受装置が連結部材を介して前記減速部に結合され、当該車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合される円筒状の軸部を一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪部材からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、前記ケーシングに装着されたオイルシールによって前記車輪用軸受装置が前記減速部と遮断され、軸受内部に封入されたグリースによって潤滑されると共に、前記連結部材と内輪部材がセレーションを介してトルク伝達可能に、かつ、分離可能に結合されているので、減速部の潤滑油内に混入した金属摩耗粉等の異物が軸受内部に侵入して剥離寿命が低下するのを防止し、潤滑油の清浄度の影響を受けずに所望の剥離寿命を確保することができると共に、組立・分解性が向上してメンテナンス性に優れたインホイールモータ駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ケーシングと、このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成されたモータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、前記モータ側回転部材の回転を減速する減速部と、この減速部に連結され、車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、前記車輪用軸受装置が連結部材を介して前記減速部に結合され、当該車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合される円筒状の軸部を一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪部材からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、前記ケーシングに装着されたオイルシールによって前記車輪用軸受装置が前記減速部と遮断され、軸受内部に封入されたグリースによって潤滑されると共に、前記連結部材と内輪部材がセレーションを介してトルク伝達可能に、かつ、分離可能に結合され、これらセレーションの歯面がクラウニング形状に形成されている。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るインホイールモータ駆動装置の一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図、図３は、図２の要部拡大図、図４は図１の偏心部を示す要部拡大図、図５は、図１の車輪用軸受装置を示す拡大図、図６は、図５の連結部を示す要部拡大図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側（図面左側）、中央寄り側をインナー側（図面右側）という。
【００１８】
このインホイールモータ駆動装置１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からの出力を車輪（図示せず）に伝達する車輪用軸受装置Ｃとを備えている。
【００１９】
モータ部Ａは、ケーシング２に固定されるステータ３と、ステータ３の内側にアキシアルギャップ（軸方向の隙間）を設けて配置されるロータ４と、ロータ４の内側に嵌合してロータ４と一体に回転するモータ側回転部材５とを備えたアキシアルギャップモータで構成されている。また、モータ部Ａのインナー側の開口部には、モータ部Ａの内部への塵埃の混入等を防止するためのエンドキャップ６が装着されている。
【００２０】
ロータ４は、内周にスプライン（またはセレーション）が形成された中空状の円筒部４ａと、この円筒部４ａから径方向外方に延びる円板状のフランジ部４ｂを有し、アンギュラ玉軸受からなる複列の転がり軸受７、７によってケーシング２に対して回転自在に支承されている。また、ケーシング２とロータ４との間には、減速部Ｂに封入された潤滑油のモータ部Ａへの浸入を防止するためのオイルシール８が装着されている。
【００２１】
なお、ここでは、モータ部Ａにアキシアルギャップモータを採用したものを例示したが、これに限らず、任意の構成のモータが適用可能であり、例えば、図示はしないが、ケーシングの内周に固定されるステータと、このステータの内径側にラジアルギャップを介して対向するロータとを備えるラジアルギャップモータであっても良い。
【００２２】
モータ側回転部材５は、モータ部Ａの駆動力を減速部Ｂに伝達するためにモータ部Ａから減速部Ｂに亙って配設され、減速部Ｂ内に偏心部５ａ、５ｂが一体に形成されている。このモータ側回転部材５は、インナー側の端部がロータ４の円筒部４ａにスプライン嵌合されると共に、減速部Ｂの両側で一対のアンギュラ玉軸受からなる転がり軸受９、１０によって、ケーシング２および連結部材１１に対して回転自在に支承されている。さらに、２つの偏心部５ａ、５ｂは、偏心運動による遠心力を互いに相殺するように１８０°位相を変えて形成されている。
【００２３】
減速部Ｂは、偏心部５ａ、５ｂに回転自在に保持される公転部材となる曲線板１２ａ、１２ｂと、ケーシング２上の固定位置に保持され、曲線板１２ａ、１２ｂの外周部に係合する外周係合部材となる複数の外ピン１３、１３と、曲線板１２ａ、１２ｂの自転運動を連結部材１１に伝達する運動変換機構１４と、モータ側回転部材５に装着された２つのカウンタウェイト１５、１５とを備えている。これらのカウンタウェイト１５、１５は円板状に形成され、曲線板１２ａ、１２ｂの回転によって生じる不釣合い慣性偶力を相殺するために、各偏心部５ａ、５ｂに隣接する位置に偏心部５ａ、５ｂと１８０°位相を変えて配置されている。
【００２４】
連結部材１１は、インナー側の端部に、この連結部材１１の回転軸心を中心とする円周上の等間隔に複数の内ピン１８、１８が固着されると共に、アウター側の端部に、後述する車輪用軸受装置Ｃを構成する内方部材２４に分離可能に連結される雌セレーション（またはスプライン）１１ａが形成されている。この連結部材１１はＳＣＲ４３０等の浸炭鋼からなり、雌セレーション１１ａをはじめ、表面が５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。なお、浸炭鋼に限らず、例えば、連結部材１１をＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成し、高周波焼入れによって表面に硬化層を形成するようにしても良い。
【００２５】
次に、図２を用いて運動変換機構１４を説明する。曲線板１２ａは、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し、複数の貫通孔１９、１９と軸受孔２０が形成されている。貫通孔１９は、曲線板１２ａの自転軸心を中心とする円周上に等間隔に複数個形成され、後述する内ピン１８が嵌挿される。また、軸受孔２０は、曲線板１２ａの中心に形成され、偏心部５ａに嵌合されている。そして、曲線板１２ａは深溝玉軸受からなる転がり軸受２１によって偏心部５ａに対して回転自在に支承されている。
【００２６】
外ピン１３は、モータ側回転部材５の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられている。これらの外ピン１３は曲線板１２ａ、１２ｂの公転軌道と一致しているため、曲線板１２ａ、１２ｂが公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン１３とが係合して、曲線板１２ａ、１２ｂに自転運動を生じさせる。また、曲線板１２ａ、１２ｂとの摩擦抵抗を低減するために、曲線板１２ａ、１２ｂの外周面に転接する位置に針状ころ軸受１３ａが装着されている（図３参照）。
【００２７】
ここで、図４に示すように、２枚の曲線板１２ａ、１２ｂ間の中心点をＧとすると、この中心点Ｇのインナー側について、中心点Ｇと曲線板１２ａの中心との距離をＬ１、曲線板１２ａの質量をｍ１、曲線板１２ａの重心の回転軸心からの偏心量をε１とし、中心点Ｇとカウンタウェイト１５との距離をＬ２、カウンタウェイト１５の質量をｍ２、カウンタウェイト１５の重心の回転軸心からの偏心量をε２とすると、Ｌ１×ｍ１×ε１＝Ｌ２×ｍ２×ε２を満足する関係となっている。また、中心点Ｇのアウター側の曲線板１２ｂとカウンタウェイト１５との間にも同様の関係が成立する。
【００２８】
運動変換機構１４は、図２に示すように、連結部材１１に保持された複数の内ピン１８、１８と曲線板１２ａ、１２ｂに設けられた貫通孔１９とを備えている。内ピン１８は、貫通孔１９との摩擦抵抗を低減するために、貫通孔１９の内周面に転接する位置に針状ころ軸受１８ａが装着されている。一方、貫通孔１９は、複数の内ピン１８それぞれに対応する位置に形成され、貫通孔１９の内径寸法は、針状ころ軸受１８ａを含む内ピン１８の外径寸法より所定量大径に設定されている（図３参照）。
【００２９】
次に、図１を用いて本発明に係るインホイールモータ駆動装置１の作動原理について説明する。
モータ部Ａは、ステータ３のコイル３ａ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、フランジ部４ｂに永久磁石（または磁性体）４ｃが固定されたロータ４が回転する。この時、コイル３ａに高周波数の電圧を印加するほどロータ４は高速回転する。これにより、ロータ４に接続されたモータ側回転部材５が回転し、曲線板１２ａ、１２ｂがモータ側回転部材５の回転軸心を中心として公転運動する。この時、外ピン１３が、曲線板１２ａ、１２ｂの曲線形状の波形と係合して、曲線板１２ａ、１２ｂをモータ側回転部材５の回転とは逆方向に自転運動させる。
【００３０】
貫通孔１９に挿通された内ピン１８は、曲線板１２ａ、１２ｂの自転運動に伴って貫通孔１９の内周面に転接し、曲線板１２ａ、１２ｂの公転運動が内ピン１８には伝わらずに曲線板１２ａ、１２ｂの自転運動のみが連結部材１１を介してハブ輪２５に伝達される。このように、モータ側回転部材５の回転が減速部Ｂによって減速されて連結部材１１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、車輪に必要なトルクを伝達することが可能となる。
【００３１】
なお、減速部Ｂの減速比は、外ピン１３の本数をＺａ、曲線板１２ａ、１２ｂの波形の数をＺｂとすると、（Ｚａ−Ｚｂ）／Ｚｂで算出される。例えば、Ｚａ＝１２、Ｚｂ＝１１では、減速比は１／１１となり、多段構成とすることなくコンパクトな構成であっても極めて大きな減速比を得ることができる。
【００３２】
車輪用軸受装置Ｃは、図５に拡大して示すように、外方部材２２と、この外方部材２２に複列の転動体（ボール）２３、２３を介して内挿された内方部材２４とを備えている。外方部材２２は、外周にケーシング２に取り付けられるための取付フランジ２２ｃを一体に有し、内周に複列の外側転走面２２ａ、２２ｂが形成されている。この外方部材２２はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、少なくとも複列の外側転走面２２ａ、２２ｂが高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。
【００３３】
内方部材２４は、ハブ輪２５と、このハブ輪２５に塑性結合された内輪部材１６とからなる。ハブ輪２５は、アウター側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ２６を一体に有し、外周に複列の外側転走面２２ａ、２２ｂの一方（アウター側）に対向する内側転走面２５ａと、この内側転走面２５ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部２５ｂが形成されている。車輪取付フランジ２６の円周等配に車輪を固定するためのハブボルト２６ａが植設されている。また、ハブ輪２５はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、内側転走面２５ａをはじめ、後述するアウター側のシール３０のシールランド部となる車輪取付フランジ２６の基部２６ｂから小径段部２５ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。
【００３４】
ここで、ハブ輪２５の内周には高周波焼入れによって硬化された凹凸部２７が形成されている。この凹凸部２７はアヤメローレット状に形成され、旋削等により独立して形成された複数の環状溝と、ブローチ加工等により形成された複数の軸方向溝とを略直交させて構成した交叉溝、あるいは、互いに傾斜した螺旋溝で構成した交叉溝からなる。また、凹凸部２７の凸部は良好な食い込み性を確保するために、その先端部が三角形状等の尖塔形状に形成されている。
【００３５】
内輪部材１６は円筒状に形成され、外周に前記外方部材２２の複列の外側転走面２２ａ、２２ｂの他方（インナー側）に対向する内側転走面１６ａと、この内側転走面１６ａから軸方向に延びる軸部１７が一体に形成されている。この軸部１７には、ハブ輪２５の小径段部２５ｂに所定のシメシロを介して円筒嵌合するインロウ部１７ａと、このインロウ部１７ａの端部に嵌合部１７ｂがそれぞれ形成されている。また、内輪部材１６のインナー側の端部には連結部材１１のセレーション１１ａに係合する雄セレーション（またはスプライン）１６ｂが形成されている。
【００３６】
内輪部材１６はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、雄セレーション１６ｂの外周面からインロウ部１７ａに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。なお、嵌合部１７ｂは鍛造後の表面硬さのままとされている。
【００３７】
外方部材２２と内方部材２４のそれぞれの転走面２２ａ、２５ａと２２ｂ、１６ａ間には複列の転動体２３、２３が収容され、保持器２８、２８ａによりこれら複列の転動体２３、２３が転動自在にそれぞれ保持されている。そして、ハブ輪２５と内輪部材１６の一体化は、ハブ輪２５に内輪部材１６の軸部１７が所定のシメシロで圧入され、小径段部２５ｂの端面に内輪部材１６の肩部１６ｃが衝合された状態で、嵌合部１７ｂの内径にマンドレル等の拡径治具をアウター側に押し込んで嵌合部１７ｂが拡径することにより行われる。すなわち、嵌合部１７ｂを塑性変形させてハブ輪２５の凹凸部２７に食い込ませて加締めることにより、ハブ輪２５と内輪部材１６が塑性結合されて一体化される。これにより、軽量・コンパクト化が図れると共に、結合部の緩みを防止して長期間に亙って初期に設定された予圧を維持することができ、耐久性を向上させることができる。符号２９は、ハブ輪２５の開口部に装着されたエンドキャップで、外部から内方部材２４の内部に雨水やダスト等の異物が侵入するのを防止している。
【００３８】
ここで、本実施形態では、複列の転動体２３のうちインナー側の転動体２３のピッチ円直径がアウター側の転動体２３のピッチ円直径よりも大径に設定されている。さらに、このピッチ円直径の差違に伴って、インナー側の転動体２３列における転動体個数がアウター側の転動体２３列の転動体個数よりも多く設定されている。したがって、インナー側の転動体２３列部分の剛性が高くなると共に、基本定格荷重がアウター側の転動体２３列部分の基本定格荷重よりも大きくなり、インナー側の転動体２３列部分に加わる荷重がアウター側の転動体２３列部分に加わる荷重よりも大きくなっても寿命をそれ以上にすることができる。すなわち、軸受のスペース効率を高めて無駄のない設計を実現することができ、強度・耐久性を向上させた車輪用軸受装置Ｃを提供することができる。
【００３９】
なお、ここでは、インナー側の転動体２３のピッチ円直径をアウター側の転動体２３のピッチ円直径よりも大径に設定すると共に、インナー側の転動体２３列における転動体個数をアウター側の転動体２３列の転動体個数よりも多く設定することにより、インナー側の転動体２３列部分の負荷容量を増大させているが、これに限らず、例えば、図示はしないが、インナー側の転動体のサイズをアウター側の転動体のサイズよりも大きくすることにより負荷容量を増大させても良いし、また、複列の転動体のうちアウター側の転動体をボールとし、インナー側の転動体を円錐ころとしてインナー側の転動体列部分の負荷容量を増大させても良い。
【００４０】
また、外方部材２２と内方部材２４との間に形成される環状空間の開口部を密封するシール３０、３１が装着されている。また、ケーシング２のアウター側の端部にオイルシール３２が装着され、ケーシング２と連結部材１１の間に形成される環状空間の開口部が密封されている。このオイルシール３２はガータスプリング３２ａを有し、軸受部と減速部Ｂとを遮断し、減速部Ｂを潤滑する潤滑油が軸受内部に浸入するのを防止している。すなわち、減速部Ｂの潤滑油内に混入した金属摩耗粉等の異物が軸受内部に侵入して剥離寿命が低下するのを防止している。そして、軸受部はシール３０、３１によって内部に封入されたグリースによって潤滑されている。これにより、軸受部は、減速部Ｂ内を潤滑する潤滑油の清浄度の影響を受けずに所望の剥離寿命を確保することができる。
【００４１】
次に、図６を用いて、連結部材１１と内輪部材１６の連結構造について説明する。
連結部材１１と内輪部材１６は、セレーション１１ａ、１６ｂを介してトルク伝達可能に連結されている。これにより、減速部Ｂと車輪用軸受装置Ｃとが分離可能となり、組立・分解性が向上してメンテナンス性に優れたインホイールモータ駆動装置を提供することができる。
【００４２】
さらに、連結部材１１の雌セレーション１１ａと内輪部材１６の雄セレーション１６ｂのうち少なくとも一方の歯面が太鼓状のクラウニング形状に形成されている。これにより、車輪取付フランジ２６を介して車輪から負荷されるラジアル荷重やモーメント荷重によって内輪部材１６が傾いても、これらセレーション１１ａ、１６ｂによってその傾きは許容され、連結部材１１が共に傾くのを防止することができる。したがって、減速部Ｂの各構成部品間に過大な荷重が作用したり、構成部品を損傷したりするのを防止し、耐久性と信頼性を向上させることができる。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、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、特許請求の範囲の記載によって示され、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。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係るインホイールモータ駆動装置は、モータ部と、車輪が取り付けられた車輪用軸受装置と、モータ部の回転を減速して車輪用軸受装置に伝達する減速部とを備え、これらが同軸状に配設されたインホイールモータ駆動装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るインホイールモータ駆動装置の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】図１の偏心部を示す要部拡大図である。
【図５】図１の車輪用軸受装置を示す拡大図である。
【図６】図５の連結部を示す要部拡大図である。
【図７】従来のインホイールモータ駆動装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・・・・・・・・・インホイールモータ駆動装置
２・・・・・・・・・・・ケーシング
３・・・・・・・・・・・ステータ
３ａ・・・・・・・・・・コイル
４・・・・・・・・・・・ロータ
４ａ・・・・・・・・・・円筒部
４ｂ・・・・・・・・・・フランジ部
４ｃ・・・・・・・・・・永久磁石
５・・・・・・・・・・・モータ側回転部材
５ａ、５ｂ・・・・・・・偏心部
６、２９・・・・・・・・エンドキャップ
７、９、１０、２１・・・転がり軸受
８、３２・・・・・・・・オイルシール
１１・・・・・・・・・・連結部材
１１ａ・・・・・・・・・雌セレーション
１２ａ、１２ｂ・・・・・曲線板
１３・・・・・・・・・・外ピン
１３ａ、１８ａ・・・・・針状ころ軸受
１４・・・・・・・・・・運動変換機構
１５・・・・・・・・・・カウンタウェイト
１６・・・・・・・・・・内輪部材
１６ａ、２５ａ・・・・・内側転走面
１６ｂ・・・・・・・・・雄セレーション
１６ｃ・・・・・・・・・肩部
１７・・・・・・・・・・軸部
１７ａ・・・・・・・・・インロウ部
１７ｂ・・・・・・・・・嵌合部
１８・・・・・・・・・・内ピン
１９・・・・・・・・・・貫通孔
２０・・・・・・・・・・軸受孔
２２・・・・・・・・・・外方部材
２２ａ、２２ｂ・・・・・外側転走面
２２ｃ・・・・・・・・・取付フランジ
２３・・・・・・・・・・転動体
２４・・・・・・・・・・内方部材
２５・・・・・・・・・・ハブ輪
２５ｂ・・・・・・・・・小径段部
２６・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
２６ａ・・・・・・・・・ハブボルト
２７・・・・・・・・・・凹凸部
２８、２８ａ・・・・・・保持器
３０・・・・・・・・・・アウター側のシール
３１・・・・・・・・・・インナー側のシール
３２ａ・・・・・・・・・ガータスプリング
５０・・・・・・・・・・インホイールモータ駆動装置
５１・・・・・・・・・・車体
５２・・・・・・・・・・ケーシング
５３・・・・・・・・・・モータ部
５４・・・・・・・・・・車輪
５５・・・・・・・・・・車輪用軸受装置
５６・・・・・・・・・・ハブ輪
５６ａ、６５ａ・・・・・内側転走面
５６ｂ・・・・・・・・・小径段部
５７・・・・・・・・・・減速部
５８・・・・・・・・・・モータ側回転部材
５８ａ、５８ｂ・・・・・偏心部
５９ａ、５９ｂ・・・・・曲線板
６０ａ、６０ｂ・・・・・転がり軸受
６１・・・・・・・・・・外ピン
６２・・・・・・・・・・内方部材
６３・・・・・・・・・・内ピン
６４・・・・・・・・・・外方部材
６４ａ・・・・・・・・・外側転走面
６４ｂ・・・・・・・・・取付フランジ
６５・・・・・・・・・・内輪
６６・・・・・・・・・・ボール
６７・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
Ａ・・・・・・・・・・・モータ部
Ｂ・・・・・・・・・・・減速部
Ｃ・・・・・・・・・・・車輪用軸受装置
Ｇ・・・・・・・・・・・曲線板間の中心点
Ｌ１・・・・・・・・・・中心点と曲線板の中心との距離
Ｌ２・・・・・・・・・・中心点とカウンタウェイトの中心との距離
ｍ１・・・・・・・・・・曲線板の質量
ｍ２・・・・・・・・・・カウンタウェイトの質量
Ｚａ・・・・・・・・・・外ピンの本数
Ｚｂ・・・・・・・・・・曲線板の波形の数
ε１・・・・・・・・・・曲線板の重心の回転軸心からの偏心量
ε２・・・・・・・・・・カウンタウェイトの重心の回転軸心からの偏心量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のダイレクトドライブホイールを駆動輪とする車両に用いられたインホイールモータ駆動装置、特に、電動モータの出力軸と車輪のハブとが減速機を介して同軸状に連結されたインホイールモータ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車等モータによって駆動される車両においては、モータを車輪に内蔵するインホイールモータシステムが採用されつつある。ここで、従来のインホイールモータ駆動装置５０は、例えば、特開２００６−２５８２８９号公報（特許文献１）に記載されている。このインホイールモータ駆動装置５０は、図７に示すように、車体５１に取り付けられるケーシング５２の内部に駆動力を発生させるモータ部５３と、車輪５４が取り付けられる車輪用軸受装置５５と、モータ部５３の回転を減速して車輪用軸受装置５５のハブ輪５６に伝達する減速部５７とを備えている。
【０００３】
ここで、装置の軽量・コンパクト化の観点からモータ部５３には低トルクで高回転のモータが採用されると共に、車輪５４を駆動するのに大きなトルクが必要となるため、減速部５７には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が採用されている。
【０００４】
この減速部５７は、偏心部５８ａ、５８ｂを有するモータ側回転部材５８と、偏心部５８ａ、５８ｂに配設される曲線板５９ａ、５９ｂと、曲線板５９ａ、５９ｂをモータ側回転部材５８に対して回転自在に支承する転がり軸受６０ａ、６０ｂと、曲線板５９ａ、５９ｂの外周面に係合して曲線板５９ａ、５９ｂに自転運動を生じさせる複数の外ピン６１と、曲線板５９ａ、５９ｂの自転運動を内方部材（車輪側回転部材）６２に伝達する複数の内ピン６３とを備えている。
【０００５】
また、車輪用軸受装置５５は、外周にケーシング５２に取り付けられるための取付フランジ６４ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面６４ａ、６４ａが一体に形成された外方部材６４と、一端部に車輪５４を取り付けるための車輪取付フランジ６７を一体に有し、外周に複列の外側転走面６４ａ、６４ａの一方に対向する内側転走面５６ａと、この内側転走面５６ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部５６ｂが形成されたハブ輪５６、およびこのハブ輪５６の小径段部５６ｂに圧入固定され、外周に複列の外側転走面６４ａ、６４ａの他方に対向する内側転走面６５ａが形成された内輪６５からなる内方部材６２と、この内方部材６２と外方部材６４の両転走面間に転動自在に収容された複列のボール６６とを備えている。
【特許文献１】特開２００６−２５８２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来のインホイールモータ駆動装置５０では、モータ側回転部材５８の一端部が車輪側回転部材６２の内径部に回転自在に支承されている。すなわち、車輪側回転部材６２が車輪取付フランジ６７を介して車輪５４から負荷されるラジアル荷重やモーメント荷重によって傾くと、モータ側回転部材５８も共に傾いてしまう。これにより、減速部５７の各構成部品間のすきまを変化させて、各構成部品間に過大な荷重が作用したり、構成部品を損傷したりする要因となる。
【０００７】
このような問題を解消するために、車輪用軸受装置５５には車輪５４から受ける荷重を適切に支持可能な負荷容量が要求される。しかし、一般的に軸受の負荷容量を増加させると、軸受の大型化や重量・コストの増大等の問題が発生するため好ましくない。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、軸受のスペース効率を高めて負荷容量を増大させて耐久性を向上させると共に、組立・分解性を向上させてメンテナンス性に優れた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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ケーシングと、このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成されたモータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、前記モータ側回転部材の回転を減速する減速部と、この減速部に連結され、車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、前記車輪用軸受装置が連結部材を介して前記減速部に結合され、当該車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合される円筒状の軸部を一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪部材からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、前記ケーシングに装着されたオイルシールによって前記車輪用軸受装置が前記減速部と遮断され、軸受内部に封入されたグリースによって潤滑されると共に、前記連結部材と内輪部材がセレーションを介してトルク伝達可能に、かつ、分離可能に結合されている。
【００１０】
このように、ケーシング内に配設されたモータ部と減速部、およびこの減速部に連結された車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、車輪用軸受装置が連結部材を介して減速部に結合され、当該車輪用軸受装置が、外周にケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合される円筒状の軸部を一体に有し、外周に複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪部材からなる内方部材と、この内方部材と外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、ケーシングに装着されたオイルシールによって車輪用軸受装置が減速部と遮断され、軸受内部に封入されたグリースによって潤滑されると共に、連結部材と内輪部材がセレーションを介してトルク伝達可能に、かつ、分離可能に結合されているので、減速部の潤滑油内に混入した金属摩耗粉等の異物が軸受内部に侵入して剥離寿命が低下するのを防止し、潤滑油の清浄度の影響を受けずに所望の剥離寿命を確保することができると共に、組立・分解性が向上してメンテナンス性に優れたインホイールモータ駆動装置を提供することができる。
【００１１】
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記セレーションの歯面のうち少なくとも一方の歯面がクラウニング形状に形成されていれば、車輪取付フランジを介して車輪から負荷されるラジアル荷重やモーメント荷重によって内輪部材が傾いても、このセレーションによってその傾きは許容され、連結部材が共に傾くのを防止することができる。したがって、減速部の各構成部品間に過大な荷重が作用したり、構成部品を損傷したりするのを防止し、耐久性と信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明のように、前記複列の転動体列のうちインナー側の転動体列の基本定格荷重がアウター側の転動体列の基本定格荷重よりも大きく設定されていれば、インナー側の転動体列部分に加わる荷重がアウター側の転動体列部分に加わる荷重よりも大きくなっても寿命をそれ以上にすることができ、強度・耐久性を向上させることができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明のように、前記インナー側の転動体のピッチ円直径が前記アウター側の転動体のピッチ円直径よりも大径に設定されると共に、当該インナー側の転動体列における転動体個数が前記アウター側の転動体列の転動体個数よりも多く設定されていれば、インナー側の転動体列部分の剛性が高くなると共に、基本定格荷重がアウター側の転動体列部分の基本定格荷重よりも大きくなり、軸受のスペース効率を高めて無駄のない設計を実現することができ、強度・耐久性を向上させることができる。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明のように、前記ハブ輪の内周に硬化した凹凸部が形成されると共に、前記軸部の嵌合部を拡径して凹凸部に食い込ませて加締めることにより、ハブ輪と内輪部材が一体に塑性結合されていれば、軽量・コンパクト化が図れると共に、結合部の緩みを防止して長期間に亙って初期に設定された予圧を維持することができ、耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るインホイールモータ駆動装置は、ケーシングと、このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成されたモータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、前記モータ側回転部材の回転を減速する減速部と、この減速部に連結され、車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、前記車輪用軸受装置が連結部材を介して前記減速部に結合され、当該車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合される円筒状の軸部を一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪部材からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、前記ケーシングに装着されたオイルシールによって前記車輪用軸受装置が前記減速部と遮断され、軸受内部に封入されたグリースによって潤滑されると共に、前記連結部材と内輪部材がセレーションを介してトルク伝達可能に、かつ、分離可能に結合されているので、減速部の潤滑油内に混入した金属摩耗粉等の異物が軸受内部に侵入して剥離寿命が低下するのを防止し、潤滑油の清浄度の影響を受けずに所望の剥離寿命を確保することができると共に、組立・分解性が向上してメンテナンス性に優れたインホイールモータ駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ケーシングと、このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成されたモータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、前記モータ側回転部材の回転を減速する減速部と、この減速部に連結され、車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、前記車輪用軸受装置が連結部材を介して前記減速部に結合され、当該車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合される円筒状の軸部を一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪部材からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、前記ケーシングに装着されたオイルシールによって前記車輪用軸受装置が前記減速部と遮断され、軸受内部に封入されたグリースによって潤滑されると共に、前記連結部材と内輪部材がセレーションを介してトルク伝達可能に、かつ、分離可能に結合され、これらセレーションの歯面がクラウニング形状に形成されている。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るインホイールモータ駆動装置の一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図、図３は、図２の要部拡大図、図４は図１の偏心部を示す要部拡大図、図５は、図１の車輪用軸受装置を示す拡大図、図６は、図５の連結部を示す要部拡大図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側（図面左側）、中央寄り側をインナー側（図面右側）という。
【００１８】
このインホイールモータ駆動装置１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からの出力を車輪（図示せず）に伝達する車輪用軸受装置Ｃとを備えている。
【００１９】
モータ部Ａは、ケーシング２に固定されるステータ３と、ステータ３の内側にアキシアルギャップ（軸方向の隙間）を設けて配置されるロータ４と、ロータ４の内側に嵌合してロータ４と一体に回転するモータ側回転部材５とを備えたアキシアルギャップモータで構成されている。また、モータ部Ａのインナー側の開口部には、モータ部Ａの内部への塵埃の混入等を防止するためのエンドキャップ６が装着されている。
【００２０】
ロータ４は、内周にスプライン（またはセレーション）が形成された中空状の円筒部４ａと、この円筒部４ａから径方向外方に延びる円板状のフランジ部４ｂを有し、アンギュラ玉軸受からなる複列の転がり軸受７、７によってケーシング２に対して回転自在に支承されている。また、ケーシング２とロータ４との間には、減速部Ｂに封入された潤滑油のモータ部Ａへの浸入を防止するためのオイルシール８が装着されている。
【００２１】
なお、ここでは、モータ部Ａにアキシアルギャップモータを採用したものを例示したが、これに限らず、任意の構成のモータが適用可能であり、例えば、図示はしないが、ケーシングの内周に固定されるステータと、このステータの内径側にラジアルギャップを介して対向するロータとを備えるラジアルギャップモータであっても良い。
【００２２】
モータ側回転部材５は、モータ部Ａの駆動力を減速部Ｂに伝達するためにモータ部Ａから減速部Ｂに亙って配設され、減速部Ｂ内に偏心部５ａ、５ｂが一体に形成されている。このモータ側回転部材５は、インナー側の端部がロータ４の円筒部４ａにスプライン嵌合されると共に、減速部Ｂの両側で一対のアンギュラ玉軸受からなる転がり軸受９、１０によって、ケーシング２および連結部材１１に対して回転自在に支承されている。さらに、２つの偏心部５ａ、５ｂは、偏心運動による遠心力を互いに相殺するように１８０°位相を変えて形成されている。
【００２３】
減速部Ｂは、偏心部５ａ、５ｂに回転自在に保持される公転部材となる曲線板１２ａ、１２ｂと、ケーシング２上の固定位置に保持され、曲線板１２ａ、１２ｂの外周部に係合する外周係合部材となる複数の外ピン１３、１３と、曲線板１２ａ、１２ｂの自転運動を連結部材１１に伝達する運動変換機構１４と、モータ側回転部材５に装着された２つのカウンタウェイト１５、１５とを備えている。これらのカウンタウェイト１５、１５は円板状に形成され、曲線板１２ａ、１２ｂの回転によって生じる不釣合い慣性偶力を相殺するために、各偏心部５ａ、５ｂに隣接する位置に偏心部５ａ、５ｂと１８０°位相を変えて配置されている。
【００２４】
連結部材１１は、インナー側の端部に、この連結部材１１の回転軸心を中心とする円周上の等間隔に複数の内ピン１８、１８が固着されると共に、アウター側の端部に、後述する車輪用軸受装置Ｃを構成する内方部材２４に分離可能に連結される雌セレーション（またはスプライン）１１ａが形成されている。この連結部材１１はＳＣＲ４３０等の浸炭鋼からなり、雌セレーション１１ａをはじめ、表面が５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。なお、浸炭鋼に限らず、例えば、連結部材１１をＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成し、高周波焼入れによって表面に硬化層を形成するようにしても良い。
【００２５】
次に、図２を用いて運動変換機構１４を説明する。曲線板１２ａは、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し、複数の貫通孔１９、１９と軸受孔２０が形成されている。貫通孔１９は、曲線板１２ａの自転軸心を中心とする円周上に等間隔に複数個形成され、後述する内ピン１８が嵌挿される。また、軸受孔２０は、曲線板１２ａの中心に形成され、偏心部５ａに嵌合されている。そして、曲線板１２ａは深溝玉軸受からなる転がり軸受２１によって偏心部５ａに対して回転自在に支承されている。
【００２６】
外ピン１３は、モータ側回転部材５の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられている。これらの外ピン１３は曲線板１２ａ、１２ｂの公転軌道と一致しているため、曲線板１２ａ、１２ｂが公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン１３とが係合して、曲線板１２ａ、１２ｂに自転運動を生じさせる。また、曲線板１２ａ、１２ｂとの摩擦抵抗を低減するために、曲線板１２ａ、１２ｂの外周面に転接する位置に針状ころ軸受１３ａが装着されている（図３参照）。
【００２７】
ここで、図４に示すように、２枚の曲線板１２ａ、１２ｂ間の中心点をＧとすると、この中心点Ｇのインナー側について、中心点Ｇと曲線板１２ａの中心との距離をＬ１、曲線板１２ａの質量をｍ１、曲線板１２ａの重心の回転軸心からの偏心量をε１とし、中心点Ｇとカウンタウェイト１５との距離をＬ２、カウンタウェイト１５の質量をｍ２、カウンタウェイト１５の重心の回転軸心からの偏心量をε２とすると、Ｌ１×ｍ１×ε１＝Ｌ２×ｍ２×ε２を満足する関係となっている。また、中心点Ｇのアウター側の曲線板１２ｂとカウンタウェイト１５との間にも同様の関係が成立する。
【００２８】
運動変換機構１４は、図２に示すように、連結部材１１に保持された複数の内ピン１８、１８と曲線板１２ａ、１２ｂに設けられた貫通孔１９とを備えている。内ピン１８は、貫通孔１９との摩擦抵抗を低減するために、貫通孔１９の内周面に転接する位置に針状ころ軸受１８ａが装着されている。一方、貫通孔１９は、複数の内ピン１８それぞれに対応する位置に形成され、貫通孔１９の内径寸法は、針状ころ軸受１８ａを含む内ピン１８の外径寸法より所定量大径に設定されている（図３参照）。
【００２９】
次に、図１を用いて本発明に係るインホイールモータ駆動装置１の作動原理について説明する。
モータ部Ａは、ステータ３のコイル３ａ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、フランジ部４ｂに永久磁石（または磁性体）４ｃが固定されたロータ４が回転する。この時、コイル３ａに高周波数の電圧を印加するほどロータ４は高速回転する。これにより、ロータ４に接続されたモータ側回転部材５が回転し、曲線板１２ａ、１２ｂがモータ側回転部材５の回転軸心を中心として公転運動する。この時、外ピン１３が、曲線板１２ａ、１２ｂの曲線形状の波形と係合して、曲線板１２ａ、１２ｂをモータ側回転部材５の回転とは逆方向に自転運動させる。
【００３０】
貫通孔１９に挿通された内ピン１８は、曲線板１２ａ、１２ｂの自転運動に伴って貫通孔１９の内周面に転接し、曲線板１２ａ、１２ｂの公転運動が内ピン１８には伝わらずに曲線板１２ａ、１２ｂの自転運動のみが連結部材１１を介してハブ輪２５に伝達される。このように、モータ側回転部材５の回転が減速部Ｂによって減速されて連結部材１１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、車輪に必要なトルクを伝達することが可能となる。
【００３１】
なお、減速部Ｂの減速比は、外ピン１３の本数をＺａ、曲線板１２ａ、１２ｂの波形の数をＺｂとすると、（Ｚａ−Ｚｂ）／Ｚｂで算出される。例えば、Ｚａ＝１２、Ｚｂ＝１１では、減速比は１／１１となり、多段構成とすることなくコンパクトな構成であっても極めて大きな減速比を得ることができる。
【００３２】
車輪用軸受装置Ｃは、図５に拡大して示すように、外方部材２２と、この外方部材２２に複列の転動体（ボール）２３、２３を介して内挿された内方部材２４とを備えている。外方部材２２は、外周にケーシング２に取り付けられるための取付フランジ２２ｃを一体に有し、内周に複列の外側転走面２２ａ、２２ｂが形成されている。この外方部材２２はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、少なくとも複列の外側転走面２２ａ、２２ｂが高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。
【００３３】
内方部材２４は、ハブ輪２５と、このハブ輪２５に塑性結合された内輪部材１６とからなる。ハブ輪２５は、アウター側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ２６を一体に有し、外周に複列の外側転走面２２ａ、２２ｂの一方（アウター側）に対向する内側転走面２５ａと、この内側転走面２５ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部２５ｂが形成されている。車輪取付フランジ２６の円周等配に車輪を固定するためのハブボルト２６ａが植設されている。また、ハブ輪２５はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、内側転走面２５ａをはじめ、後述するアウター側のシール３０のシールランド部となる車輪取付フランジ２６の基部２６ｂから小径段部２５ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。
【００３４】
ここで、ハブ輪２５の内周には高周波焼入れによって硬化された凹凸部２７が形成されている。この凹凸部２７はアヤメローレット状に形成され、旋削等により独立して形成された複数の環状溝と、ブローチ加工等により形成された複数の軸方向溝とを略直交させて構成した交叉溝、あるいは、互いに傾斜した螺旋溝で構成した交叉溝からなる。また、凹凸部２７の凸部は良好な食い込み性を確保するために、その先端部が三角形状等の尖塔形状に形成されている。
【００３５】
内輪部材１６は円筒状に形成され、外周に前記外方部材２２の複列の外側転走面２２ａ、２２ｂの他方（インナー側）に対向する内側転走面１６ａと、この内側転走面１６ａから軸方向に延びる軸部１７が一体に形成されている。この軸部１７には、ハブ輪２５の小径段部２５ｂに所定のシメシロを介して円筒嵌合するインロウ部１７ａと、このインロウ部１７ａの端部に嵌合部１７ｂがそれぞれ形成されている。また、内輪部材１６のインナー側の端部には連結部材１１のセレーション１１ａに係合する雄セレーション（またはスプライン）１６ｂが形成されている。
【００３６】
内輪部材１６はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、雄セレーション１６ｂの外周面からインロウ部１７ａに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。なお、嵌合部１７ｂは鍛造後の表面硬さのままとされている。
【００３７】
外方部材２２と内方部材２４のそれぞれの転走面２２ａ、２５ａと２２ｂ、１６ａ間には複列の転動体２３、２３が収容され、保持器２８、２８ａによりこれら複列の転動体２３、２３が転動自在にそれぞれ保持されている。そして、ハブ輪２５と内輪部材１６の一体化は、ハブ輪２５に内輪部材１６の軸部１７が所定のシメシロで圧入され、小径段部２５ｂの端面に内輪部材１６の肩部１６ｃが衝合された状態で、嵌合部１７ｂの内径にマンドレル等の拡径治具をアウター側に押し込んで嵌合部１７ｂが拡径することにより行われる。すなわち、嵌合部１７ｂを塑性変形させてハブ輪２５の凹凸部２７に食い込ませて加締めることにより、ハブ輪２５と内輪部材１６が塑性結合されて一体化される。これにより、軽量・コンパクト化が図れると共に、結合部の緩みを防止して長期間に亙って初期に設定された予圧を維持することができ、耐久性を向上させることができる。符号２９は、ハブ輪２５の開口部に装着されたエンドキャップで、外部から内方部材２４の内部に雨水やダスト等の異物が侵入するのを防止している。
【００３８】
ここで、本実施形態では、複列の転動体２３のうちインナー側の転動体２３のピッチ円直径がアウター側の転動体２３のピッチ円直径よりも大径に設定されている。さらに、このピッチ円直径の差違に伴って、インナー側の転動体２３列における転動体個数がアウター側の転動体２３列の転動体個数よりも多く設定されている。したがって、インナー側の転動体２３列部分の剛性が高くなると共に、基本定格荷重がアウター側の転動体２３列部分の基本定格荷重よりも大きくなり、インナー側の転動体２３列部分に加わる荷重がアウター側の転動体２３列部分に加わる荷重よりも大きくなっても寿命をそれ以上にすることができる。すなわち、軸受のスペース効率を高めて無駄のない設計を実現することができ、強度・耐久性を向上させた車輪用軸受装置Ｃを提供することができる。
【００３９】
なお、ここでは、インナー側の転動体２３のピッチ円直径をアウター側の転動体２３のピッチ円直径よりも大径に設定すると共に、インナー側の転動体２３列における転動体個数をアウター側の転動体２３列の転動体個数よりも多く設定することにより、インナー側の転動体２３列部分の負荷容量を増大させているが、これに限らず、例えば、図示はしないが、インナー側の転動体のサイズをアウター側の転動体のサイズよりも大きくすることにより負荷容量を増大させても良いし、また、複列の転動体のうちアウター側の転動体をボールとし、インナー側の転動体を円錐ころとしてインナー側の転動体列部分の負荷容量を増大させても良い。
【００４０】
また、外方部材２２と内方部材２４との間に形成される環状空間の開口部を密封するシール３０、３１が装着されている。また、ケーシング２のアウター側の端部にオイルシール３２が装着され、ケーシング２と連結部材１１の間に形成される環状空間の開口部が密封されている。このオイルシール３２はガータスプリング３２ａを有し、軸受部と減速部Ｂとを遮断し、減速部Ｂを潤滑する潤滑油が軸受内部に浸入するのを防止している。すなわち、減速部Ｂの潤滑油内に混入した金属摩耗粉等の異物が軸受内部に侵入して剥離寿命が低下するのを防止している。そして、軸受部はシール３０、３１によって内部に封入されたグリースによって潤滑されている。これにより、軸受部は、減速部Ｂ内を潤滑する潤滑油の清浄度の影響を受けずに所望の剥離寿命を確保することができる。
【００４１】
次に、図６を用いて、連結部材１１と内輪部材１６の連結構造について説明する。
連結部材１１と内輪部材１６は、セレーション１１ａ、１６ｂを介してトルク伝達可能に連結されている。これにより、減速部Ｂと車輪用軸受装置Ｃとが分離可能となり、組立・分解性が向上してメンテナンス性に優れたインホイールモータ駆動装置を提供することができる。
【００４２】
さらに、連結部材１１の雌セレーション１１ａと内輪部材１６の雄セレーション１６ｂのうち少なくとも一方の歯面が太鼓状のクラウニング形状に形成されている。これにより、車輪取付フランジ２６を介して車輪から負荷されるラジアル荷重やモーメント荷重によって内輪部材１６が傾いても、これらセレーション１１ａ、１６ｂによってその傾きは許容され、連結部材１１が共に傾くのを防止することができる。したがって、減速部Ｂの各構成部品間に過大な荷重が作用したり、構成部品を損傷したりするのを防止し、耐久性と信頼性を向上させることができる。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、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、特許請求の範囲の記載によって示され、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。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係るインホイールモータ駆動装置は、モータ部と、車輪が取り付けられた車輪用軸受装置と、モータ部の回転を減速して車輪用軸受装置に伝達する減速部とを備え、これらが同軸状に配設されたインホイールモータ駆動装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るインホイールモータ駆動装置の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】図１の偏心部を示す要部拡大図である。
【図５】図１の車輪用軸受装置を示す拡大図である。
【図６】図５の連結部を示す要部拡大図である。
【図７】従来のインホイールモータ駆動装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・・・・・・・・・インホイールモータ駆動装置
２・・・・・・・・・・・ケーシング
３・・・・・・・・・・・ステータ
３ａ・・・・・・・・・・コイル
４・・・・・・・・・・・ロータ
４ａ・・・・・・・・・・円筒部
４ｂ・・・・・・・・・・フランジ部
４ｃ・・・・・・・・・・永久磁石
５・・・・・・・・・・・モータ側回転部材
５ａ、５ｂ・・・・・・・偏心部
６、２９・・・・・・・・エンドキャップ
７、９、１０、２１・・・転がり軸受
８、３２・・・・・・・・オイルシール
１１・・・・・・・・・・連結部材
１１ａ・・・・・・・・・雌セレーション
１２ａ、１２ｂ・・・・・曲線板
１３・・・・・・・・・・外ピン
１３ａ、１８ａ・・・・・針状ころ軸受
１４・・・・・・・・・・運動変換機構
１５・・・・・・・・・・カウンタウェイト
１６・・・・・・・・・・内輪部材
１６ａ、２５ａ・・・・・内側転走面
１６ｂ・・・・・・・・・雄セレーション
１６ｃ・・・・・・・・・肩部
１７・・・・・・・・・・軸部
１７ａ・・・・・・・・・インロウ部
１７ｂ・・・・・・・・・嵌合部
１８・・・・・・・・・・内ピン
１９・・・・・・・・・・貫通孔
２０・・・・・・・・・・軸受孔
２２・・・・・・・・・・外方部材
２２ａ、２２ｂ・・・・・外側転走面
２２ｃ・・・・・・・・・取付フランジ
２３・・・・・・・・・・転動体
２４・・・・・・・・・・内方部材
２５・・・・・・・・・・ハブ輪
２５ｂ・・・・・・・・・小径段部
２６・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
２６ａ・・・・・・・・・ハブボルト
２７・・・・・・・・・・凹凸部
２８、２８ａ・・・・・・保持器
３０・・・・・・・・・・アウター側のシール
３１・・・・・・・・・・インナー側のシール
３２ａ・・・・・・・・・ガータスプリング
５０・・・・・・・・・・インホイールモータ駆動装置
５１・・・・・・・・・・車体
５２・・・・・・・・・・ケーシング
５３・・・・・・・・・・モータ部
５４・・・・・・・・・・車輪
５５・・・・・・・・・・車輪用軸受装置
５６・・・・・・・・・・ハブ輪
５６ａ、６５ａ・・・・・内側転走面
５６ｂ・・・・・・・・・小径段部
５７・・・・・・・・・・減速部
５８・・・・・・・・・・モータ側回転部材
５８ａ、５８ｂ・・・・・偏心部
５９ａ、５９ｂ・・・・・曲線板
６０ａ、６０ｂ・・・・・転がり軸受
６１・・・・・・・・・・外ピン
６２・・・・・・・・・・内方部材
６３・・・・・・・・・・内ピン
６４・・・・・・・・・・外方部材
６４ａ・・・・・・・・・外側転走面
６４ｂ・・・・・・・・・取付フランジ
６５・・・・・・・・・・内輪
６６・・・・・・・・・・ボール
６７・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
Ａ・・・・・・・・・・・モータ部
Ｂ・・・・・・・・・・・減速部
Ｃ・・・・・・・・・・・車輪用軸受装置
Ｇ・・・・・・・・・・・曲線板間の中心点
Ｌ１・・・・・・・・・・中心点と曲線板の中心との距離
Ｌ２・・・・・・・・・・中心点とカウンタウェイトの中心との距離
ｍ１・・・・・・・・・・曲線板の質量
ｍ２・・・・・・・・・・カウンタウェイトの質量
Ｚａ・・・・・・・・・・外ピンの本数
Ｚｂ・・・・・・・・・・曲線板の波形の数
ε１・・・・・・・・・・曲線板の重心の回転軸心からの偏心量
ε２・・・・・・・・・・カウンタウェイトの重心の回転軸心からの偏心量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成されたモータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、
前記モータ側回転部材の回転を減速する減速部と、
この減速部に連結され、車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、
前記車輪用軸受装置が連結部材を介して前記減速部に結合され、当該車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、
一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合される円筒状の軸部を一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪部材からなる内方部材と、
この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、
前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、
前記ケーシングに装着されたオイルシールによって前記車輪用軸受装置が前記減速部と遮断され、軸受内部に封入されたグリースによって潤滑されると共に、
前記連結部材と内輪部材がセレーションを介してトルク伝達可能に、かつ、分離可能に結合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。
【請求項２】
前記セレーションの歯面のうち少なくとも一方の歯面がクラウニング形状に形成されている請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項３】
前記複列の転動体列のうちインナー側の転動体列の基本定格荷重がアウター側の転動体列の基本定格荷重よりも大きく設定されている請求項１または２に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項４】
前記インナー側の転動体のピッチ円直径が前記アウター側の転動体のピッチ円直径よりも大径に設定されると共に、当該インナー側の転動体列における転動体個数が前記アウター側の転動体列の転動体個数よりも多く設定されている請求項３に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項５】
前記ハブ輪の内周に硬化した凹凸部が形成されると共に、前記軸部の嵌合部を拡径して凹凸部に食い込ませて加締めることにより、ハブ輪と内輪部材が一体に塑性結合されている請求項１乃至４いずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項１】
ケーシングと、
このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成されたモータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、
前記モータ側回転部材の回転を減速する減速部と、
この減速部に連結され、車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、
前記車輪用軸受装置が連結部材を介して前記減速部に結合され、当該車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、
一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合される円筒状の軸部を一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪部材からなる内方部材と、
この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、
前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、
前記ケーシングに装着されたオイルシールによって前記車輪用軸受装置が前記減速部と遮断され、軸受内部に封入されたグリースによって潤滑されると共に、
前記連結部材と内輪部材がセレーションを介してトルク伝達可能に、かつ、分離可能に結合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。
【請求項２】
前記セレーションの歯面のうち少なくとも一方の歯面がクラウニング形状に形成されている請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項３】
前記複列の転動体列のうちインナー側の転動体列の基本定格荷重がアウター側の転動体列の基本定格荷重よりも大きく設定されている請求項１または２に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項４】
前記インナー側の転動体のピッチ円直径が前記アウター側の転動体のピッチ円直径よりも大径に設定されると共に、当該インナー側の転動体列における転動体個数が前記アウター側の転動体列の転動体個数よりも多く設定されている請求項３に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項５】
前記ハブ輪の内周に硬化した凹凸部が形成されると共に、前記軸部の嵌合部を拡径して凹凸部に食い込ませて加締めることにより、ハブ輪と内輪部材が一体に塑性結合されている請求項１乃至４いずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１８９１８７（Ｐ２００８−１８９１８７Ａ）
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６９８０（Ｐ２００７−２６９８０）
【出願日】平成１９年２月６日（２００７．２．６）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月６日（２００７．２．６）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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