インホイールモータ駆動装置
【課題】インホイールモータ駆動装置におけるモータ部のモータ側出力軸を、減速部Ｂ側に配置した軸受によってハウジング部材に対して片持ち支持する構造において、軸方向寸法を短縮する。
【解決手段】モータ部Ａのモータ側出力軸２５を、減速部Ｂ側に配置した軸受３６ａ、３６ｂによってハウジング部材２２ｃに対して片持ち支持し、減速部と逆の方向に位置するモータ側出力軸２５の端部に、ロックナット６２を螺合し、このロックナット６２の拘束力により、軸受３６ａ、３６ｂに直接予圧を与えるようにした。
【解決手段】モータ部Ａのモータ側出力軸２５を、減速部Ｂ側に配置した軸受３６ａ、３６ｂによってハウジング部材２２ｃに対して片持ち支持し、減速部と逆の方向に位置するモータ側出力軸２５の端部に、ロックナット６２を螺合し、このロックナット６２の拘束力により、軸受３６ａ、３６ｂに直接予圧を与えるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータの出力軸と車輪のハブとを減速機を介して同軸上に連結し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】
従来のインホイールモータ駆動装置１０１は、例えば、特開２００９−５２６３０号公報（特許文献１）、特開２００９−１７４５９２号公報（特許文献２）に記載されている。
【０００３】
これらのインホイールモータ駆動装置１０１は、図１０、図１１に示すように、車体に取り付けられるハウジング１０２の内部に駆動力を発生させるモータ部１０３と、車輪に接続される車輪ハブ軸受部１０４と、モータ部１０３の回転を減速して車輪ハブ軸受部１０４に伝達する減速部１０５とを備える。
【０００４】
上記構成のインホイールモータ駆動装置１０１において、装置のコンパクト化の観点からモータ部１０３には低トルクで高回転のモータが採用される。一方、車輪ハブ軸受部１０４には、車輪を駆動するために大きなトルクが必要となる。このため、減速部１０５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を採用することが多い。
【０００５】
サイクロイド減速機を適用した減速部１０５は、偏心部１０６ａ、１０６ｂを有する入力軸１０６と、偏心部１０６ａ、１０６ｂに配置される曲線板１０７ａ、１０７ｂと、曲線板１０７ａ、１０７ｂを入力軸１０６に対して回転自在に支持する転がり軸受１０６ｃと、曲線板１０７ａ、１０７ｂの外周面に係合して曲線板１０７ａ、１０７ｂに自転運動を生じさせる複数の外周係合部材１０８と、曲線板１０７ａ、１０７ｂの自転運動を車輪側回転部材１１０に伝達する複数の内ピン１０９とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−５２６３０号公報
【特許文献２】特開２００９−１７４５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１０、図１１に示すインホイールモータ駆動装置１０１のモータ部１０３は、モータ部ハウジング１０２ｂのハウジング部材１０２ｅに固定されるステータ１１１と、ステータ１１１の内側に径方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータ１１２と、ロータ１１２の内側に固定連結されてロータ１１２と一体回転するモータ側出力軸１１３とを備えるラジアルギャップモータである。ロータ１１２のモータ側出力軸１１３は、フランジ形状のロータ部１１３ａと円筒形状の中空部１１３ｂとを有し、転がり軸受１１４ａ、１１４ｂによってモータ部ハウジング１０２ｂのハウジング部材１０２ｅに対して回転自在に支持されている。
【０００８】
モータ側出力軸１１３の中空部１１３ｂは、モータ部１０３の駆動力を減速部１０５に伝達するためにモータ部１０３から減速部１０５にかけて配置され、中空部１１３ｂ内に嵌合固定された入力軸１０６が減速部１０５の中心に挿通されてモータ側出力軸１１３の中空部１１３ｂと一体に回転する。減速部１０５内の入力軸１０６は、偏心部１０６ａ、１０６ｂを有する。さらに、２つの偏心部１０６ａ、１０６ｂは、偏心運動による遠心力を互いに打ち消し合うために、１８０°位相を変えて設けられている。
【０００９】
車輪ハブ軸受部１０４、減速部１０５、モータ部１０３が軸方向に並んで配置されるインホイールモータ駆動装置においては、軸方向寸法の短縮は必須の課題である。このため、ホイールからはみ出す部分が自ずと少なくなり、車両に対してインホイールモータ駆動装置を支持する部分は、減速部１０５のハウジング１０２ａではなく、モータ部１０３のハウジング１０２ｂにならざるを得ない場合が多い。
【００１０】
そして、図１１に示すインホイールモータ駆動装置においては、ロータ１１２のモータ側出力軸１１３を、フランジ形状のロータ部１１３ａの左右両側に転がり軸受１１４ａ、１１４ｂを配置して、モータ部１０３のハウジング１０２ｂに対して回転自在に支持する構造を採用している。
【００１１】
かかる支持構造では、左右両側の転がり軸受１１４ａ、１１４ｂに剛性を付与するために、左右両側の転がり軸受１１４ａ、１１４ｂの間に、ばね１１５を配置し、左右両側の転がり軸受１１４ａ、１１４ｂに定圧予圧を与えている。
【００１２】
上記図１１に示すモータ側出力軸１１３のハウジング１０２ｂに対する支持構造では、ハウジング１０２ｂが、左右のハウジング部材１０２ｅ、１０２ｆに分割されているため、ロータ部１１２ａの左右両側に配置される転がり軸受１１４ａ、１１４ｂが、それぞれ別個のハウジング部材１０２ｅ、１０２ｆに固定されることになる。
【００１３】
ところが、左右の転がり軸受１１４ａ、１１４ｂを別個のハウジング部材１０２ｅ、１０２ｆに固定した場合、ハウジング部材１０２ｅ、１０２ｆにそれぞれ異なる荷重が入力されると、左右の転がり軸受１１４ａ、１１４ｂ間において軸ずれが生じ、場合によっては偏摩耗が発生する。また、軸ずれが大きい場合には、ロータ１１２とステータ１１１とが干渉して最悪の場合には、ショートしてしまう恐れがある。
【００１４】
一方、図１０に示すインホイールモータ駆動装置においては、フランジ形状のロータ部１１３ａの片側に転がり軸受１１４ａ、１１４ｂを配置している。
【００１５】
このように転がり軸受１１４ａ、１１４ｂをロータ部１１２ａの片側で支持した場合、転がり軸受１１４ａ、１１４ｂが同じハウジング部材１０２ｅに支持されるので、軸ずれの発生を最小限に収めることができる。
【００１６】
転がり軸受１１４ａ、１１４ｂをロータ部１１３ａの片側で支持した場合、軸受剛性を持たせるためには、予圧が必須となる。
【００１７】
しかしながら、モータ部１０３と減速部１０５との間にはオイルポンプ等を設けることが多く、そのような場合には、定位置予圧をするためのスペースが十分に取れない。
【００１８】
このため、転がり軸受１１４ａ、１１４ｂをロータ部１１２ａの片側で支持する構造を採用した場合、軸方向寸法を長くして、定位置予圧をするためのスペースを確保しなければならないという問題があった。
【００１９】
そこで、この発明は、ロータ部の片側に転がり軸受を配置して、軸ずれの発生を最小限に収めることができるロータ部の片持ち支持構造で、軸方向寸法の短縮を行うことを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記の課題を解決するために、この発明は、車体に取り付けられるハウジングの内部に駆動力を発生させるモータ部と、車輪に接続される車輪ハブ軸受部と、モータ部の回転を減速して車輪ハブ軸受部に伝達する減速部とを備え、モータ部のモータ側出力軸を、減速部側に配置した軸受によってハウジングに対して片持ち支持し、前記モータ側出力軸を減速部と逆の方向から軸方向に拘束したことを特徴とする。
【００２１】
前記モータ側出力軸を軸方向に拘束する手段としては、減速部と逆の方向に位置するモータ側出力軸の端部に螺合するロックナットを採用することができ、このロックナットの拘束力により減速部側に配置した軸受に直接予圧を与えることができる。
【００２２】
前記ロックナットとモータ側出力軸間に座金を配置し、座金を介してモータ側出力軸を軸方向に拘束するようにしてもよい。
【００２３】
前記軸受としては、アンギュラ軸受、深溝玉軸受又はテーパローラ軸受を使用することができる。
【００２４】
前記モータ側出力軸を、フランジ形状のロータ部と円筒形状の中空部とによって構成し、前記ロータ部と中空部との回り止め手段としては、キー又はスプラインを使用することができる。
【００２５】
前記減速部と逆の方向に位置するモータ側出力軸の端部と、モータ部のハウジングとの間に、角度センサを配置してもよい。
【００２６】
角度センサとしては、レゾルバ、ホールセンサを用いたセンサ、絶対角度検出センサを使用することができる。
【００２７】
前記減速部としては、サイクロイド減速機を使用することができる。
【発明の効果】
【００２８】
この発明は、以上のように、前記減速部と逆の方向に位置するモータ側出力軸の端部を、軸方向に拘束することにより、減速部側に配置した軸受に直接予圧を与えることができるので、インホイールモータ駆動装置の軸方向寸法を短縮することができる。
この構造にすることで、従来軸受支持構造が図１１のように、左右に分かれていた時にはそれぞれの軸受ハウジング（モータハウジング２２ｃとその蓋２２ｄ）の精度、特に同軸度が求められていたが、減速部側に配置されたハウジング側２２ｃに軸受を配置するため、ハウジング精度が出しやすい。
更に、２２ｄは軸受ハウジンを配置しなくなるため、従来より加工精度を求められない、即ち、加工が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。
【図２】図１のモータ部の拡大図である。
【図３】図１の減速部の拡大図である。
【図４】図１の車輪ハブ軸受部の拡大図である。
【図５】図１のV−V線の断面図である。
【図６】図１のインホイールモータ駆動装置を有する電気自動車の概略平面図である。
【図７】図６の車両後方から見た図である。
【図８】この発明の他の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置のモータ部の拡大図である。
【図９】この発明の他の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置のモータ部の拡大図である。
【図１０】従来のインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。
【図１１】従来のインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この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備えた電気自動車１１は、図６に示すように、シャーシ１２と、操舵輪としての前輪１３と、駆動輪としての後輪１４と、左右の後輪１４それぞれに駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置２１とを備える。後輪１４は、図７に示すように、シャーシ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を介してシャーシ１２の下部に固定されている。
【００３１】
懸架装置１２ｂは、左右に伸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が地面から受ける振動を吸収してシャーシ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、旋回時等に車体の傾きを抑制するスタビライザーが設けられる。なお、懸架装置１２ｂは、路面の凹凸に対する追従性を向上し、駆動輪の駆動力を効率良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。
【００３２】
この電気自動車１１は、ホイールハウジング１２ａ内部に、左右の後輪１４それぞれ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、シャーシ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ので、客室スペースを広く確保でき、かつ、左右の駆動輪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。
【００３３】
一方、この電気自動車１１の走行安定性を向上するために、ばね下重量を抑える必要がある。また、さらに広い客室スペースを確保するために、インホイールモータ駆動装置２１の小型・軽量化が求められる。
【００３４】
インホイールモータ駆動装置２１は、図１に示すように、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からの出力を駆動輪１４に伝える車輪ハブ軸受部Ｃとを備え、モータ部Ａと減速部Ｂとは、モータ部ハウジング２２ａと減速部ハウジング２２ｂに収納されて、図６に示すように電気自動車１１のホイールハウジング１２ａ内に取り付けられる。
【００３５】
モータ部Ａは、図２に示すように、モータ部ハウジング２２ａのハウジング部材２２ｃに固定されるステータ２３と、ステータ２３の内側に径方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータ２４と、ロータ２４の内側に固定連結されてロータ２４と一体回転するモータ側出力軸２５とを備えるラジアルギャップモータである。モータ側出力軸２５は、フランジ形状のロータ部２５ａと円筒形状の中空部２５ｂとを有し、ロータ部２５ａの減速部Ｂ側の片側に配置された転がり軸受３６ａ、３６ｂによって、モータ部ハウジング２２ａのハウジング部材２２ｃに対して片持ち支持されている。
【００３６】
このようにロータ部２５ａの片側を転がり軸受３６ａ、３６ｂで支持した場合、転がり軸受３６ａ、３６ｂが同じハウジング部材２２ｃに支持されるので、軸ずれの発生を最小限に収めることができる。
【００３７】
転がり軸受３６ａ、３６ｂは、アンギュラ軸受を使用しているが、深溝玉軸受又はテーパローラ軸受を使用することもできる。
【００３８】
前記のように、転がり軸受３６ａ、３６ｂをロータ部２５ａの片側で支持した場合、軸受剛性を持たせるために予圧が必須となる。このため、次のようにして転がり軸受３６ａ、３６ｂに予圧を与えている。
【００３９】
円筒形状の中空部２５ｂの減速部Ｂと逆側の端部の外周面に雄ねじ６１を形成し、この雄ねじ６１にロックナット６２を螺合して、中空部２５ｂの減速部Ｂと逆側の端部を軸方向に拘束して、転がり軸受３６ａ、３６ｂに直接予圧がかかるようにしている。
【００４０】
このロックナット６２と中空部２５ｂの減速部Ｂと逆側の端部との間には、座金６３を配置して、座金６３を介してモータ側出力軸２５を軸方向に拘束するようにしている。
【００４１】
図８及び図９の実施形態では、前記中空部２５ｂの減速部Ｂと逆側の端部と、モータ部Ａのハウジング２２ａとの間に、角度センサ６４を配置している。
【００４２】
角度センサ６４としては、図８に示すようなレゾルバ６４ａ、図９に示すようなホールセンサ６４ｂを使用したものの他、図示は省略するが、特開２００８−２３３０６９号に開示されている絶対角度検出センサを使用することができる。
【００４３】
レゾルバ６４ａは、ハウジング部材２２ｄに固定されたレゾルバステータと、モータ側出力軸の端部に固定されたレゾルバロータとからなり、レゾルバステータは絶縁材を介してステータ巻線を巻回して構成される。
【００４４】
また、絶対角度検出センサは、同心のリング状に設けられた互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサとを備え、前記各磁気センサは磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有する回転検出装置であり、前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段と、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出する角度算出手段とを設けたものである。
【００４５】
モータ側出力軸２５は、前記のように、フランジ形状のロータ部２５ａと円筒形状の中空部２５ｂとを有し、フランジ形状のロータ部２５ａと円筒形状の中空部２５ｂとは、キー６５によって回り止めされ、一体に回転する。フランジ形状のロータ部２５ａと円筒形状の中空部２５ｂとの回り止め手段は、スプラインでもよいが、ロータ２４のバランス取りを考えた場合、ガタのあるスプラインよりも、キー６５による回り止めの方が好ましい。
【００４６】
モータ側出力軸２５の中空部２５ｂ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にかけて配置され、中空部２５ｂ内に嵌合固定された入力軸２６が減速部Ｂの中心に挿通されてモータ側出力軸２５の中空部２５ｂと一体に回転する。減速部Ｂ内の入力軸２６は、偏心部２６ａ、２６ｂを有する。さらに、２つの偏心部２６ａ、２６ｂは、偏心運動による遠心力を互いに打ち消し合うために、１８０°位相を変えて設けられている。
【００４７】
減速部Ｂは、図３に示すように、偏心部２６ａ、２６ｂに回転自在に保持される公転部材としての曲線板２７ａ、２７ｂと、減速部ハウジング２２ｂ上の固定位置に保持され、曲線板２７ａ、２７ｂの外周部に係合する外周係合部材としての複数の外ピン２９と、曲線板２７ａ、２７ｂの自転運動を車輪側回転部材２８に伝達する運動変換機構と、偏心部２６ａ、２６ｂに隣接する位置にカウンタウェイト３０とを備える。また、減速部Ｂには、減速部Ｂに潤滑油を供給する減速部潤滑機構が設けられている。
【００４８】
車輪側回転部材２８は、フランジ部２８ａと軸部２８ｂとを有する。フランジ部２８ａの端面には、車輪側回転部材２８の回転軸心を中心とする円周上の等間隔に内ピン３１を固定する穴が形成されている。また、軸部２８ｂは車輪ハブ３２に嵌合固定され、減速部Ｂの出力を車輪１４に伝達する。車輪側回転部材２８のフランジ部２８ａとモータ側入力軸２６とは、転がり軸受３６ｃによって回転自在に支持されている。
【００４９】
曲線板２７ａ、２７ｂは、図５に示すように、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、一方側端面から他方側端面に貫通する複数の貫通孔３０ａ、３０ｂを有する。貫通孔３０ａ、３０ｂは、曲線板２７ａ、２７ｂの自転軸心を中心とする円周上に等間隔に複数個設けられており、後述する内ピン３１を受入れる。また、貫通孔３０ｃは、曲線板２７ａ、２７ｂの中心に設けられており、偏心部２６ａ、２６ｂに嵌合する。
【００５０】
曲線板２７ａ、２７ｂは、転がり軸受４１によって偏心部２６ａ、２６ｂに対して回転自在に支持されている。この転がり軸受４１は、偏心部２６ａ、２６ｂの外径面に嵌合し、その外径面に内側軌道面を有する内輪部材と、曲線板２７ａ、２７ｂの貫通孔３０ｃの内径面に直接形成された外側軌道面と、内側軌道面および外側軌道面の間に配置される複数の円筒ころ４４と、隣接する円筒ころ４４の間隔を保持する保持器（図示省略）とを備える円筒ころ軸受である。
【００５１】
外ピン２９は、モータ側出力軸２６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る。曲線板２７ａ、２７ｂが公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン２９とが係合して、曲線板２７ａ、２７ｂに自転運動を生じさせる。ここで、外ピン２９は、針状ころ軸受によって減速部ハウジング２２ｂに対して回転自在に支持されている。これにより、曲線板２７ａ、２７ｂとの間の接触抵抗を低減することができる。
【００５２】
カウンタウェイト３０は、円板状で、中心から外れた位置に入力軸２６と嵌合する貫通孔を有し、曲線板２７ａ、２７ｂ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、各偏心部２６ａ、２６ｂに隣接する位置に偏心部と１８０°位相を変えて配置される。
【００５３】
運動変換機構は、車輪側回転部材２８に保持された複数の内ピン３１と、曲線板２７ａ、２７ｂに設けられた貫通孔３０ａ、３０ｂとで構成される。内ピン３１は、車輪側回転部材２８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おり、その軸方向一方側端部が車輪側回転部材２８に固定されている。また、曲線板２７ａ、２７ｂとの摩擦抵抗を低減するために、曲線板２７ａ、２７ｂの貫通孔３０ａ、３０ｂの内壁面に当接する位置に針状ころ軸受が設けられている。
【００５４】
貫通孔３０ａ、３０ｂは、複数の内ピン３１それぞれに対応する位置に設けられ、貫通孔３０ａ、３０ｂの内径寸法は、内ピン３１の外径寸法（「針状ころ軸受を含む最大外径」を指す。以下同じ。）より所定分大きく設定されている。
【００５５】
減速部潤滑機構は、減速部Ｂに潤滑油を供給するものであって、潤滑油給油口２６ｄと、潤滑油排出口２２ｅと、潤滑油貯留部２２ｆと、回転ポンプ５１と、循環油路４５とを備える。
【００５６】
潤滑油路４５は、モータ側入力軸２６の内部を軸線方向に沿って延びている。また、潤滑油供給口２６ｄは、潤滑油路４５からモータ側入力軸２６の外径面に向かって延びている。なお、この実施形態において、潤滑油供給口２６ｄは、偏心部２６ａ、２６ｂに設けられている。
【００５７】
また、減速部Ｂの位置における減速部ハウジング２２ｂの少なくとも１箇所には、減速部Ｂ内部の潤滑油を排出する潤滑油排出口２２ｅが設けられている。また、循環油路４５がモータ部ハウジング２２ａの内部に設けられている。そして、潤滑油排出口２２ｅから排出された潤滑油は、循環油路４５を経由して還流する。
【００５８】
車輪ハブ軸受部Ｃは、図４に示すように、車輪側回転部材２８に固定連結された車輪ハブ３２と、車輪ハブ３２を減速部ハウジング２２ｂに対して回転自在に保持する車輪ハブ軸受３３とを備える。車輪ハブ３２は、円筒形状の中空部３２ａとフランジ部３２ｂとを有する。フランジ部３２ｂにはボルト３２ｃによって駆動輪１４が固定連結される。また、車輪側回転部材２８の軸部２８ｂの外径面にはスプラインおよび雄ねじが形成されている。また、車輪ハブ３２の中空部３２ａの内径面にはスプライン穴が形成されている。そして、車輪ハブ３２の内径面に車輪側回転部材２８を螺合し、先端をナット３２ｄでとめることによって、両者を締結している。
【００５９】
車輪ハブ軸受３３は、車輪ハブ３２の中空部３２ａの車両アウター側の外径面に一体形成されたアウター側軌道面と車輪ハブ３２の中空部３２ａの車両インナー側の外径面に嵌合された外面にインナー側軌道面を有する内輪３３ｂとからなる内方部材３３ａと、この内方部材３３ａのアウター側軌道面とインナー側軌道面に配置される複列の玉３３ｃと、内方部材３３ａのアウター側軌道面とインナー側軌道面に対向するアウター側軌道面とインナー側軌道面を内周面に有する外方部材３３ｄと、隣接する玉３３ｃの間隔を保持する保持器３３ｅと、車輪ハブ軸受３３の軸方向両端部を密封する密封部材３３ｆ、３３ｇとを備える複列アンギュラ玉軸受である。
【００６０】
車輪ハブ軸受３３の外方部材３３ｄは、減速部ハウジング２２ｂに対して締結ボルト６１によって固定される。
【００６１】
車輪ハブ軸受３３の外方部材３３ｄには、外径部にフランジ部３３ｈが設けられ、減速部Ｂ側に円筒部３３ｉが設けられている。
【００６２】
以下、インホイールモータ駆動装置２１の作動原理について説明する。
モータ部Ａは、例えば、ステータ２３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、永久磁石または磁性体によって構成されるロータ２４が回転する。これにより、ロータ２４に接続されたモータ側出力軸２５が回転すると、曲線板２７ａ、２７ｂはモータ側出力軸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２９が、曲線板２７ａ、２７ｂの曲線形状の波形と係合して、曲線板２７ａ、２７ｂをモータ側出力軸２５の回転とは逆向きに自転運動させる。
【００６３】
貫通孔３０ａ、３０ｂに挿通する内ピン３１は、曲線板２７ａ、２７ｂの自転運動に伴って貫通孔３０ａ、３０ｂの内壁面と当接する。これにより、曲線板２７ａ、２７ｂの公転運動が内ピン３１に伝わらず、曲線板２７ａ、２７ｂの自転運動のみが車輪側回転部材２８を介して車輪ハブ軸受部Ｃに伝達される。
【００６４】
このとき、モータ側出力軸２５の回転が減速部Ｂによって減速されて車輪側回転部材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１４に必要なトルクを伝達することが可能となる。
【００６５】
なお、上記構成の減速部Ｂの減速比は、外ピン２９の数をＺＡ、曲線板２７ａ、２７ｂの波形の数をＺＢとすると、（ＺＡ−ＺＢ）／ＺＢで算出される。図５に示す実施形態では、ＺＡ＝１２、ＺＢ＝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。
【００６６】
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２９および内ピン３１に針状ころ軸受を設けたことにより、曲線板２７ａ、２７ｂとの間の摩擦抵抗が低減されるので、減速部Ｂの伝達効率が向上する。
【００６７】
上記の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を電気自動車１１に採用することにより、ばね下重量を抑えることができる。その結果、走行安定性に優れた電気自動車１１を得ることができる。
【００６８】
また、上記の実施形態においては、減速部Ｂの曲線板２６ａ、２６ｂを１８０°位相を変えて２枚設けたが、この曲線板の枚数は任意に設定することができ、例えば、曲線板を３枚設ける場合は、１２０°位相を変えて設けるとよい。
【００６９】
また、上記の実施形態における運動変換機構は、車輪側回転部材２８に固定された内ピン３１と、曲線板２７ａ、２７ｂに設けられた貫通孔３０ａ、３０ｂとで構成される例を示したが、これに限ることなく、減速部Ｂの回転を車輪ハブ３２に伝達可能な任意の構成とすることができる。例えば、曲線板に固定された内ピンと、車輪側回転部材に形成された穴とで構成される運動変換機構であってもよい。
【００７０】
なお、上記の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から駆動輪に伝達される。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。
【００７１】
また、上記の実施形態における作動の説明では、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からの動力を駆動輪１４に伝達させたが、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、駆動輪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で発電しても良い。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、後でモータ部Ａを駆動させたり、車両に備えられた他の電動機器等の作動に用いたりしてもよい。
【００７２】
さらに、上記の実施形態の構成にブレーキを加えることもできる。例えば、図１の構成において、ハウジング２２ａを軸方向に延長してロータ２４の図中右側に空間を形成し、ロータ２４と一体的に回転する回転部材と、ハウジング２２に回転不能にかつ軸方向に移動可能なピストンと、このピストンを作動させるシリンダとを配置して、車両停止時にピストンと回転部材とを嵌合させてロータ２４をロックするパーキングブレーキであってもよい。
【００７３】
または、ロータ２４と一体的に回転する回転部材の一部に形成されたフランジおよびハウジング２２ａ側に設置された摩擦板をハウジング２２ａ側に設置されたシリンダで挟むディスクブレーキであってもよい。さらに、この回転部材の一部にドラムを形成すると共に、ハウジング２２側にブレーキシューを固定し、摩擦係合およびセルフエンゲージ作用で回転部材をロックするドラムブレーキを用いることができる。
【００７４】
また、上記の実施形態において、曲線板２６ａ、２６ｂを支持する軸受として円筒ころ軸受の例を示したが、これに限ることなく、例えば、すべり軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受等、すべり軸受であるか転がり軸受であるかを問わず、転動体がころであるか玉であるかを問わず、さらには複列か単列かを問わず、あらゆる軸受を適用することができる。また、その他の場所に配置される軸受についても、同様に任意の形態の軸受を採用することができる。
【００７５】
ただし、深溝玉軸受は、円筒ころ軸受と比較して許容限界回転数は高い反面、負荷容量が低い。そのため、必要な負荷容量を得るためには、大型の深溝玉軸受を採用しなければならない。したがって、インホイールモータ駆動装置２１のコンパクト化の観点からは、転がり軸受４１には円筒ころ軸受が好適である。
【００７６】
また、上記の各実施形態においては、モータ部Ａにラジアルギャップモータを採用した例を示したが、これに限ることなく、任意の構成のモータを適用可能である。例えばハウジングに固定されるステータと、ステータの内側に軸方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータとを備えるアキシアルギャップモータであってもよい。
【００７７】
さらに、図６に示した電気自動車１１は、後輪１４を駆動輪とした例を示したが、これに限ることなく、前輪１３を駆動輪としてもよく、４輪駆動車であってもよい。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、ハイブリッドカー等をも含むものとして理解すべきである。
【００７８】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１１ 電気自動車
１２ シャーシ
１２ａ ホイールハウジング
１２ｂ 懸架装置
１３ 前輪
１４ 後輪
２２ａ モータ部ハウジング
２２ｂ 減速部ハウジング
２２ｃ、２２ｄ ハウジング部材
２３ ステータ
２４ ロータ
２５ モータ側出力軸
２５ａ ロータ部
２５ｂ 中空部
２６ 入力軸
２６ａ、２６ｂ 偏心部
２７ａ、２７ｂ 曲線板
２９ 外ピン
３０ カウンタウェイト
３１ 内ピン
３６ａ、３６ｂ 転がり軸受
６１ 雄ねじ
６２ ロックナット
６３ 座金
６４ 角度センサ
６４ａ レゾルバ
６４ｂ ホールセンサ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータの出力軸と車輪のハブとを減速機を介して同軸上に連結し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】
従来のインホイールモータ駆動装置１０１は、例えば、特開２００９−５２６３０号公報（特許文献１）、特開２００９−１７４５９２号公報（特許文献２）に記載されている。
【０００３】
これらのインホイールモータ駆動装置１０１は、図１０、図１１に示すように、車体に取り付けられるハウジング１０２の内部に駆動力を発生させるモータ部１０３と、車輪に接続される車輪ハブ軸受部１０４と、モータ部１０３の回転を減速して車輪ハブ軸受部１０４に伝達する減速部１０５とを備える。
【０００４】
上記構成のインホイールモータ駆動装置１０１において、装置のコンパクト化の観点からモータ部１０３には低トルクで高回転のモータが採用される。一方、車輪ハブ軸受部１０４には、車輪を駆動するために大きなトルクが必要となる。このため、減速部１０５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を採用することが多い。
【０００５】
サイクロイド減速機を適用した減速部１０５は、偏心部１０６ａ、１０６ｂを有する入力軸１０６と、偏心部１０６ａ、１０６ｂに配置される曲線板１０７ａ、１０７ｂと、曲線板１０７ａ、１０７ｂを入力軸１０６に対して回転自在に支持する転がり軸受１０６ｃと、曲線板１０７ａ、１０７ｂの外周面に係合して曲線板１０７ａ、１０７ｂに自転運動を生じさせる複数の外周係合部材１０８と、曲線板１０７ａ、１０７ｂの自転運動を車輪側回転部材１１０に伝達する複数の内ピン１０９とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−５２６３０号公報
【特許文献２】特開２００９−１７４５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１０、図１１に示すインホイールモータ駆動装置１０１のモータ部１０３は、モータ部ハウジング１０２ｂのハウジング部材１０２ｅに固定されるステータ１１１と、ステータ１１１の内側に径方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータ１１２と、ロータ１１２の内側に固定連結されてロータ１１２と一体回転するモータ側出力軸１１３とを備えるラジアルギャップモータである。ロータ１１２のモータ側出力軸１１３は、フランジ形状のロータ部１１３ａと円筒形状の中空部１１３ｂとを有し、転がり軸受１１４ａ、１１４ｂによってモータ部ハウジング１０２ｂのハウジング部材１０２ｅに対して回転自在に支持されている。
【０００８】
モータ側出力軸１１３の中空部１１３ｂは、モータ部１０３の駆動力を減速部１０５に伝達するためにモータ部１０３から減速部１０５にかけて配置され、中空部１１３ｂ内に嵌合固定された入力軸１０６が減速部１０５の中心に挿通されてモータ側出力軸１１３の中空部１１３ｂと一体に回転する。減速部１０５内の入力軸１０６は、偏心部１０６ａ、１０６ｂを有する。さらに、２つの偏心部１０６ａ、１０６ｂは、偏心運動による遠心力を互いに打ち消し合うために、１８０°位相を変えて設けられている。
【０００９】
車輪ハブ軸受部１０４、減速部１０５、モータ部１０３が軸方向に並んで配置されるインホイールモータ駆動装置においては、軸方向寸法の短縮は必須の課題である。このため、ホイールからはみ出す部分が自ずと少なくなり、車両に対してインホイールモータ駆動装置を支持する部分は、減速部１０５のハウジング１０２ａではなく、モータ部１０３のハウジング１０２ｂにならざるを得ない場合が多い。
【００１０】
そして、図１１に示すインホイールモータ駆動装置においては、ロータ１１２のモータ側出力軸１１３を、フランジ形状のロータ部１１３ａの左右両側に転がり軸受１１４ａ、１１４ｂを配置して、モータ部１０３のハウジング１０２ｂに対して回転自在に支持する構造を採用している。
【００１１】
かかる支持構造では、左右両側の転がり軸受１１４ａ、１１４ｂに剛性を付与するために、左右両側の転がり軸受１１４ａ、１１４ｂの間に、ばね１１５を配置し、左右両側の転がり軸受１１４ａ、１１４ｂに定圧予圧を与えている。
【００１２】
上記図１１に示すモータ側出力軸１１３のハウジング１０２ｂに対する支持構造では、ハウジング１０２ｂが、左右のハウジング部材１０２ｅ、１０２ｆに分割されているため、ロータ部１１２ａの左右両側に配置される転がり軸受１１４ａ、１１４ｂが、それぞれ別個のハウジング部材１０２ｅ、１０２ｆに固定されることになる。
【００１３】
ところが、左右の転がり軸受１１４ａ、１１４ｂを別個のハウジング部材１０２ｅ、１０２ｆに固定した場合、ハウジング部材１０２ｅ、１０２ｆにそれぞれ異なる荷重が入力されると、左右の転がり軸受１１４ａ、１１４ｂ間において軸ずれが生じ、場合によっては偏摩耗が発生する。また、軸ずれが大きい場合には、ロータ１１２とステータ１１１とが干渉して最悪の場合には、ショートしてしまう恐れがある。
【００１４】
一方、図１０に示すインホイールモータ駆動装置においては、フランジ形状のロータ部１１３ａの片側に転がり軸受１１４ａ、１１４ｂを配置している。
【００１５】
このように転がり軸受１１４ａ、１１４ｂをロータ部１１２ａの片側で支持した場合、転がり軸受１１４ａ、１１４ｂが同じハウジング部材１０２ｅに支持されるので、軸ずれの発生を最小限に収めることができる。
【００１６】
転がり軸受１１４ａ、１１４ｂをロータ部１１３ａの片側で支持した場合、軸受剛性を持たせるためには、予圧が必須となる。
【００１７】
しかしながら、モータ部１０３と減速部１０５との間にはオイルポンプ等を設けることが多く、そのような場合には、定位置予圧をするためのスペースが十分に取れない。
【００１８】
このため、転がり軸受１１４ａ、１１４ｂをロータ部１１２ａの片側で支持する構造を採用した場合、軸方向寸法を長くして、定位置予圧をするためのスペースを確保しなければならないという問題があった。
【００１９】
そこで、この発明は、ロータ部の片側に転がり軸受を配置して、軸ずれの発生を最小限に収めることができるロータ部の片持ち支持構造で、軸方向寸法の短縮を行うことを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記の課題を解決するために、この発明は、車体に取り付けられるハウジングの内部に駆動力を発生させるモータ部と、車輪に接続される車輪ハブ軸受部と、モータ部の回転を減速して車輪ハブ軸受部に伝達する減速部とを備え、モータ部のモータ側出力軸を、減速部側に配置した軸受によってハウジングに対して片持ち支持し、前記モータ側出力軸を減速部と逆の方向から軸方向に拘束したことを特徴とする。
【００２１】
前記モータ側出力軸を軸方向に拘束する手段としては、減速部と逆の方向に位置するモータ側出力軸の端部に螺合するロックナットを採用することができ、このロックナットの拘束力により減速部側に配置した軸受に直接予圧を与えることができる。
【００２２】
前記ロックナットとモータ側出力軸間に座金を配置し、座金を介してモータ側出力軸を軸方向に拘束するようにしてもよい。
【００２３】
前記軸受としては、アンギュラ軸受、深溝玉軸受又はテーパローラ軸受を使用することができる。
【００２４】
前記モータ側出力軸を、フランジ形状のロータ部と円筒形状の中空部とによって構成し、前記ロータ部と中空部との回り止め手段としては、キー又はスプラインを使用することができる。
【００２５】
前記減速部と逆の方向に位置するモータ側出力軸の端部と、モータ部のハウジングとの間に、角度センサを配置してもよい。
【００２６】
角度センサとしては、レゾルバ、ホールセンサを用いたセンサ、絶対角度検出センサを使用することができる。
【００２７】
前記減速部としては、サイクロイド減速機を使用することができる。
【発明の効果】
【００２８】
この発明は、以上のように、前記減速部と逆の方向に位置するモータ側出力軸の端部を、軸方向に拘束することにより、減速部側に配置した軸受に直接予圧を与えることができるので、インホイールモータ駆動装置の軸方向寸法を短縮することができる。
この構造にすることで、従来軸受支持構造が図１１のように、左右に分かれていた時にはそれぞれの軸受ハウジング（モータハウジング２２ｃとその蓋２２ｄ）の精度、特に同軸度が求められていたが、減速部側に配置されたハウジング側２２ｃに軸受を配置するため、ハウジング精度が出しやすい。
更に、２２ｄは軸受ハウジンを配置しなくなるため、従来より加工精度を求められない、即ち、加工が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。
【図２】図１のモータ部の拡大図である。
【図３】図１の減速部の拡大図である。
【図４】図１の車輪ハブ軸受部の拡大図である。
【図５】図１のV−V線の断面図である。
【図６】図１のインホイールモータ駆動装置を有する電気自動車の概略平面図である。
【図７】図６の車両後方から見た図である。
【図８】この発明の他の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置のモータ部の拡大図である。
【図９】この発明の他の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置のモータ部の拡大図である。
【図１０】従来のインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。
【図１１】従来のインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この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備えた電気自動車１１は、図６に示すように、シャーシ１２と、操舵輪としての前輪１３と、駆動輪としての後輪１４と、左右の後輪１４それぞれに駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置２１とを備える。後輪１４は、図７に示すように、シャーシ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を介してシャーシ１２の下部に固定されている。
【００３１】
懸架装置１２ｂは、左右に伸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が地面から受ける振動を吸収してシャーシ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、旋回時等に車体の傾きを抑制するスタビライザーが設けられる。なお、懸架装置１２ｂは、路面の凹凸に対する追従性を向上し、駆動輪の駆動力を効率良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。
【００３２】
この電気自動車１１は、ホイールハウジング１２ａ内部に、左右の後輪１４それぞれ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、シャーシ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ので、客室スペースを広く確保でき、かつ、左右の駆動輪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。
【００３３】
一方、この電気自動車１１の走行安定性を向上するために、ばね下重量を抑える必要がある。また、さらに広い客室スペースを確保するために、インホイールモータ駆動装置２１の小型・軽量化が求められる。
【００３４】
インホイールモータ駆動装置２１は、図１に示すように、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からの出力を駆動輪１４に伝える車輪ハブ軸受部Ｃとを備え、モータ部Ａと減速部Ｂとは、モータ部ハウジング２２ａと減速部ハウジング２２ｂに収納されて、図６に示すように電気自動車１１のホイールハウジング１２ａ内に取り付けられる。
【００３５】
モータ部Ａは、図２に示すように、モータ部ハウジング２２ａのハウジング部材２２ｃに固定されるステータ２３と、ステータ２３の内側に径方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータ２４と、ロータ２４の内側に固定連結されてロータ２４と一体回転するモータ側出力軸２５とを備えるラジアルギャップモータである。モータ側出力軸２５は、フランジ形状のロータ部２５ａと円筒形状の中空部２５ｂとを有し、ロータ部２５ａの減速部Ｂ側の片側に配置された転がり軸受３６ａ、３６ｂによって、モータ部ハウジング２２ａのハウジング部材２２ｃに対して片持ち支持されている。
【００３６】
このようにロータ部２５ａの片側を転がり軸受３６ａ、３６ｂで支持した場合、転がり軸受３６ａ、３６ｂが同じハウジング部材２２ｃに支持されるので、軸ずれの発生を最小限に収めることができる。
【００３７】
転がり軸受３６ａ、３６ｂは、アンギュラ軸受を使用しているが、深溝玉軸受又はテーパローラ軸受を使用することもできる。
【００３８】
前記のように、転がり軸受３６ａ、３６ｂをロータ部２５ａの片側で支持した場合、軸受剛性を持たせるために予圧が必須となる。このため、次のようにして転がり軸受３６ａ、３６ｂに予圧を与えている。
【００３９】
円筒形状の中空部２５ｂの減速部Ｂと逆側の端部の外周面に雄ねじ６１を形成し、この雄ねじ６１にロックナット６２を螺合して、中空部２５ｂの減速部Ｂと逆側の端部を軸方向に拘束して、転がり軸受３６ａ、３６ｂに直接予圧がかかるようにしている。
【００４０】
このロックナット６２と中空部２５ｂの減速部Ｂと逆側の端部との間には、座金６３を配置して、座金６３を介してモータ側出力軸２５を軸方向に拘束するようにしている。
【００４１】
図８及び図９の実施形態では、前記中空部２５ｂの減速部Ｂと逆側の端部と、モータ部Ａのハウジング２２ａとの間に、角度センサ６４を配置している。
【００４２】
角度センサ６４としては、図８に示すようなレゾルバ６４ａ、図９に示すようなホールセンサ６４ｂを使用したものの他、図示は省略するが、特開２００８−２３３０６９号に開示されている絶対角度検出センサを使用することができる。
【００４３】
レゾルバ６４ａは、ハウジング部材２２ｄに固定されたレゾルバステータと、モータ側出力軸の端部に固定されたレゾルバロータとからなり、レゾルバステータは絶縁材を介してステータ巻線を巻回して構成される。
【００４４】
また、絶対角度検出センサは、同心のリング状に設けられた互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサとを備え、前記各磁気センサは磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有する回転検出装置であり、前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段と、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出する角度算出手段とを設けたものである。
【００４５】
モータ側出力軸２５は、前記のように、フランジ形状のロータ部２５ａと円筒形状の中空部２５ｂとを有し、フランジ形状のロータ部２５ａと円筒形状の中空部２５ｂとは、キー６５によって回り止めされ、一体に回転する。フランジ形状のロータ部２５ａと円筒形状の中空部２５ｂとの回り止め手段は、スプラインでもよいが、ロータ２４のバランス取りを考えた場合、ガタのあるスプラインよりも、キー６５による回り止めの方が好ましい。
【００４６】
モータ側出力軸２５の中空部２５ｂ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にかけて配置され、中空部２５ｂ内に嵌合固定された入力軸２６が減速部Ｂの中心に挿通されてモータ側出力軸２５の中空部２５ｂと一体に回転する。減速部Ｂ内の入力軸２６は、偏心部２６ａ、２６ｂを有する。さらに、２つの偏心部２６ａ、２６ｂは、偏心運動による遠心力を互いに打ち消し合うために、１８０°位相を変えて設けられている。
【００４７】
減速部Ｂは、図３に示すように、偏心部２６ａ、２６ｂに回転自在に保持される公転部材としての曲線板２７ａ、２７ｂと、減速部ハウジング２２ｂ上の固定位置に保持され、曲線板２７ａ、２７ｂの外周部に係合する外周係合部材としての複数の外ピン２９と、曲線板２７ａ、２７ｂの自転運動を車輪側回転部材２８に伝達する運動変換機構と、偏心部２６ａ、２６ｂに隣接する位置にカウンタウェイト３０とを備える。また、減速部Ｂには、減速部Ｂに潤滑油を供給する減速部潤滑機構が設けられている。
【００４８】
車輪側回転部材２８は、フランジ部２８ａと軸部２８ｂとを有する。フランジ部２８ａの端面には、車輪側回転部材２８の回転軸心を中心とする円周上の等間隔に内ピン３１を固定する穴が形成されている。また、軸部２８ｂは車輪ハブ３２に嵌合固定され、減速部Ｂの出力を車輪１４に伝達する。車輪側回転部材２８のフランジ部２８ａとモータ側入力軸２６とは、転がり軸受３６ｃによって回転自在に支持されている。
【００４９】
曲線板２７ａ、２７ｂは、図５に示すように、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、一方側端面から他方側端面に貫通する複数の貫通孔３０ａ、３０ｂを有する。貫通孔３０ａ、３０ｂは、曲線板２７ａ、２７ｂの自転軸心を中心とする円周上に等間隔に複数個設けられており、後述する内ピン３１を受入れる。また、貫通孔３０ｃは、曲線板２７ａ、２７ｂの中心に設けられており、偏心部２６ａ、２６ｂに嵌合する。
【００５０】
曲線板２７ａ、２７ｂは、転がり軸受４１によって偏心部２６ａ、２６ｂに対して回転自在に支持されている。この転がり軸受４１は、偏心部２６ａ、２６ｂの外径面に嵌合し、その外径面に内側軌道面を有する内輪部材と、曲線板２７ａ、２７ｂの貫通孔３０ｃの内径面に直接形成された外側軌道面と、内側軌道面および外側軌道面の間に配置される複数の円筒ころ４４と、隣接する円筒ころ４４の間隔を保持する保持器（図示省略）とを備える円筒ころ軸受である。
【００５１】
外ピン２９は、モータ側出力軸２６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る。曲線板２７ａ、２７ｂが公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン２９とが係合して、曲線板２７ａ、２７ｂに自転運動を生じさせる。ここで、外ピン２９は、針状ころ軸受によって減速部ハウジング２２ｂに対して回転自在に支持されている。これにより、曲線板２７ａ、２７ｂとの間の接触抵抗を低減することができる。
【００５２】
カウンタウェイト３０は、円板状で、中心から外れた位置に入力軸２６と嵌合する貫通孔を有し、曲線板２７ａ、２７ｂ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、各偏心部２６ａ、２６ｂに隣接する位置に偏心部と１８０°位相を変えて配置される。
【００５３】
運動変換機構は、車輪側回転部材２８に保持された複数の内ピン３１と、曲線板２７ａ、２７ｂに設けられた貫通孔３０ａ、３０ｂとで構成される。内ピン３１は、車輪側回転部材２８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おり、その軸方向一方側端部が車輪側回転部材２８に固定されている。また、曲線板２７ａ、２７ｂとの摩擦抵抗を低減するために、曲線板２７ａ、２７ｂの貫通孔３０ａ、３０ｂの内壁面に当接する位置に針状ころ軸受が設けられている。
【００５４】
貫通孔３０ａ、３０ｂは、複数の内ピン３１それぞれに対応する位置に設けられ、貫通孔３０ａ、３０ｂの内径寸法は、内ピン３１の外径寸法（「針状ころ軸受を含む最大外径」を指す。以下同じ。）より所定分大きく設定されている。
【００５５】
減速部潤滑機構は、減速部Ｂに潤滑油を供給するものであって、潤滑油給油口２６ｄと、潤滑油排出口２２ｅと、潤滑油貯留部２２ｆと、回転ポンプ５１と、循環油路４５とを備える。
【００５６】
潤滑油路４５は、モータ側入力軸２６の内部を軸線方向に沿って延びている。また、潤滑油供給口２６ｄは、潤滑油路４５からモータ側入力軸２６の外径面に向かって延びている。なお、この実施形態において、潤滑油供給口２６ｄは、偏心部２６ａ、２６ｂに設けられている。
【００５７】
また、減速部Ｂの位置における減速部ハウジング２２ｂの少なくとも１箇所には、減速部Ｂ内部の潤滑油を排出する潤滑油排出口２２ｅが設けられている。また、循環油路４５がモータ部ハウジング２２ａの内部に設けられている。そして、潤滑油排出口２２ｅから排出された潤滑油は、循環油路４５を経由して還流する。
【００５８】
車輪ハブ軸受部Ｃは、図４に示すように、車輪側回転部材２８に固定連結された車輪ハブ３２と、車輪ハブ３２を減速部ハウジング２２ｂに対して回転自在に保持する車輪ハブ軸受３３とを備える。車輪ハブ３２は、円筒形状の中空部３２ａとフランジ部３２ｂとを有する。フランジ部３２ｂにはボルト３２ｃによって駆動輪１４が固定連結される。また、車輪側回転部材２８の軸部２８ｂの外径面にはスプラインおよび雄ねじが形成されている。また、車輪ハブ３２の中空部３２ａの内径面にはスプライン穴が形成されている。そして、車輪ハブ３２の内径面に車輪側回転部材２８を螺合し、先端をナット３２ｄでとめることによって、両者を締結している。
【００５９】
車輪ハブ軸受３３は、車輪ハブ３２の中空部３２ａの車両アウター側の外径面に一体形成されたアウター側軌道面と車輪ハブ３２の中空部３２ａの車両インナー側の外径面に嵌合された外面にインナー側軌道面を有する内輪３３ｂとからなる内方部材３３ａと、この内方部材３３ａのアウター側軌道面とインナー側軌道面に配置される複列の玉３３ｃと、内方部材３３ａのアウター側軌道面とインナー側軌道面に対向するアウター側軌道面とインナー側軌道面を内周面に有する外方部材３３ｄと、隣接する玉３３ｃの間隔を保持する保持器３３ｅと、車輪ハブ軸受３３の軸方向両端部を密封する密封部材３３ｆ、３３ｇとを備える複列アンギュラ玉軸受である。
【００６０】
車輪ハブ軸受３３の外方部材３３ｄは、減速部ハウジング２２ｂに対して締結ボルト６１によって固定される。
【００６１】
車輪ハブ軸受３３の外方部材３３ｄには、外径部にフランジ部３３ｈが設けられ、減速部Ｂ側に円筒部３３ｉが設けられている。
【００６２】
以下、インホイールモータ駆動装置２１の作動原理について説明する。
モータ部Ａは、例えば、ステータ２３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、永久磁石または磁性体によって構成されるロータ２４が回転する。これにより、ロータ２４に接続されたモータ側出力軸２５が回転すると、曲線板２７ａ、２７ｂはモータ側出力軸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２９が、曲線板２７ａ、２７ｂの曲線形状の波形と係合して、曲線板２７ａ、２７ｂをモータ側出力軸２５の回転とは逆向きに自転運動させる。
【００６３】
貫通孔３０ａ、３０ｂに挿通する内ピン３１は、曲線板２７ａ、２７ｂの自転運動に伴って貫通孔３０ａ、３０ｂの内壁面と当接する。これにより、曲線板２７ａ、２７ｂの公転運動が内ピン３１に伝わらず、曲線板２７ａ、２７ｂの自転運動のみが車輪側回転部材２８を介して車輪ハブ軸受部Ｃに伝達される。
【００６４】
このとき、モータ側出力軸２５の回転が減速部Ｂによって減速されて車輪側回転部材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１４に必要なトルクを伝達することが可能となる。
【００６５】
なお、上記構成の減速部Ｂの減速比は、外ピン２９の数をＺＡ、曲線板２７ａ、２７ｂの波形の数をＺＢとすると、（ＺＡ−ＺＢ）／ＺＢで算出される。図５に示す実施形態では、ＺＡ＝１２、ＺＢ＝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。
【００６６】
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２９および内ピン３１に針状ころ軸受を設けたことにより、曲線板２７ａ、２７ｂとの間の摩擦抵抗が低減されるので、減速部Ｂの伝達効率が向上する。
【００６７】
上記の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を電気自動車１１に採用することにより、ばね下重量を抑えることができる。その結果、走行安定性に優れた電気自動車１１を得ることができる。
【００６８】
また、上記の実施形態においては、減速部Ｂの曲線板２６ａ、２６ｂを１８０°位相を変えて２枚設けたが、この曲線板の枚数は任意に設定することができ、例えば、曲線板を３枚設ける場合は、１２０°位相を変えて設けるとよい。
【００６９】
また、上記の実施形態における運動変換機構は、車輪側回転部材２８に固定された内ピン３１と、曲線板２７ａ、２７ｂに設けられた貫通孔３０ａ、３０ｂとで構成される例を示したが、これに限ることなく、減速部Ｂの回転を車輪ハブ３２に伝達可能な任意の構成とすることができる。例えば、曲線板に固定された内ピンと、車輪側回転部材に形成された穴とで構成される運動変換機構であってもよい。
【００７０】
なお、上記の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から駆動輪に伝達される。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。
【００７１】
また、上記の実施形態における作動の説明では、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からの動力を駆動輪１４に伝達させたが、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、駆動輪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で発電しても良い。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、後でモータ部Ａを駆動させたり、車両に備えられた他の電動機器等の作動に用いたりしてもよい。
【００７２】
さらに、上記の実施形態の構成にブレーキを加えることもできる。例えば、図１の構成において、ハウジング２２ａを軸方向に延長してロータ２４の図中右側に空間を形成し、ロータ２４と一体的に回転する回転部材と、ハウジング２２に回転不能にかつ軸方向に移動可能なピストンと、このピストンを作動させるシリンダとを配置して、車両停止時にピストンと回転部材とを嵌合させてロータ２４をロックするパーキングブレーキであってもよい。
【００７３】
または、ロータ２４と一体的に回転する回転部材の一部に形成されたフランジおよびハウジング２２ａ側に設置された摩擦板をハウジング２２ａ側に設置されたシリンダで挟むディスクブレーキであってもよい。さらに、この回転部材の一部にドラムを形成すると共に、ハウジング２２側にブレーキシューを固定し、摩擦係合およびセルフエンゲージ作用で回転部材をロックするドラムブレーキを用いることができる。
【００７４】
また、上記の実施形態において、曲線板２６ａ、２６ｂを支持する軸受として円筒ころ軸受の例を示したが、これに限ることなく、例えば、すべり軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受等、すべり軸受であるか転がり軸受であるかを問わず、転動体がころであるか玉であるかを問わず、さらには複列か単列かを問わず、あらゆる軸受を適用することができる。また、その他の場所に配置される軸受についても、同様に任意の形態の軸受を採用することができる。
【００７５】
ただし、深溝玉軸受は、円筒ころ軸受と比較して許容限界回転数は高い反面、負荷容量が低い。そのため、必要な負荷容量を得るためには、大型の深溝玉軸受を採用しなければならない。したがって、インホイールモータ駆動装置２１のコンパクト化の観点からは、転がり軸受４１には円筒ころ軸受が好適である。
【００７６】
また、上記の各実施形態においては、モータ部Ａにラジアルギャップモータを採用した例を示したが、これに限ることなく、任意の構成のモータを適用可能である。例えばハウジングに固定されるステータと、ステータの内側に軸方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータとを備えるアキシアルギャップモータであってもよい。
【００７７】
さらに、図６に示した電気自動車１１は、後輪１４を駆動輪とした例を示したが、これに限ることなく、前輪１３を駆動輪としてもよく、４輪駆動車であってもよい。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、ハイブリッドカー等をも含むものとして理解すべきである。
【００７８】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１１ 電気自動車
１２ シャーシ
１２ａ ホイールハウジング
１２ｂ 懸架装置
１３ 前輪
１４ 後輪
２２ａ モータ部ハウジング
２２ｂ 減速部ハウジング
２２ｃ、２２ｄ ハウジング部材
２３ ステータ
２４ ロータ
２５ モータ側出力軸
２５ａ ロータ部
２５ｂ 中空部
２６ 入力軸
２６ａ、２６ｂ 偏心部
２７ａ、２７ｂ 曲線板
２９ 外ピン
３０ カウンタウェイト
３１ 内ピン
３６ａ、３６ｂ 転がり軸受
６１ 雄ねじ
６２ ロックナット
６３ 座金
６４ 角度センサ
６４ａ レゾルバ
６４ｂ ホールセンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に取り付けられるハウジングの内部に駆動力を発生させるモータ部と、車輪に接続される車輪ハブ軸受部と、モータ部の回転を減速して車輪ハブ軸受部に伝達する減速部とを備え、モータ部のモータ側出力軸を、減速部側に配置したハウジングに対して軸受によって片持ち支持し、前記モータ側出力軸を減速部と逆の方向から軸方向に拘束した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】
モータ側出力軸を減速部と逆の方向から軸方向に拘束する手段が、モータ側出力軸の端部に螺合するロックナットである請求項１記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項３】
前記軸受が、座金を介して軸方向に拘束している請求項２記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項４】
前記モータ側出力軸を、フランジ形状のロータ部と円筒形状の中空部とによって構成し、前記ロータ部と中空部との回り止め手段として、キーを使用する請求項１〜３のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項５】
前記モータ側出力軸を、フランジ形状のロータ部と円筒形状の中空部とによって構成し、前記ロータ部と中空部との回り止め手段として、スプラインを使用する請求項１〜３のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項６】
前記軸受が、アンギュラ軸受、深溝玉軸受又はテーパローラ軸受であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項７】
前記減速部と逆の方向に位置するモータ側出力軸の端部と、モータ部のハウジングとの間に、角度センサを配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項８】
前記角度センサがレゾルバである請求項７に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項９】
前記角度センサがホールセンサを用いたセンサである請求項７に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項１０】
前記角度センサが、絶対角度検出センサである請求項７に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項１１】
前記減速部がサイクロイド減速機からなる請求項１〜１０の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】
車体に取り付けられるハウジングの内部に駆動力を発生させるモータ部と、車輪に接続される車輪ハブ軸受部と、モータ部の回転を減速して車輪ハブ軸受部に伝達する減速部とを備え、モータ部のモータ側出力軸を、減速部側に配置したハウジングに対して軸受によって片持ち支持し、前記モータ側出力軸を減速部と逆の方向から軸方向に拘束した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】
モータ側出力軸を減速部と逆の方向から軸方向に拘束する手段が、モータ側出力軸の端部に螺合するロックナットである請求項１記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項３】
前記軸受が、座金を介して軸方向に拘束している請求項２記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項４】
前記モータ側出力軸を、フランジ形状のロータ部と円筒形状の中空部とによって構成し、前記ロータ部と中空部との回り止め手段として、キーを使用する請求項１〜３のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項５】
前記モータ側出力軸を、フランジ形状のロータ部と円筒形状の中空部とによって構成し、前記ロータ部と中空部との回り止め手段として、スプラインを使用する請求項１〜３のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項６】
前記軸受が、アンギュラ軸受、深溝玉軸受又はテーパローラ軸受であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項７】
前記減速部と逆の方向に位置するモータ側出力軸の端部と、モータ部のハウジングとの間に、角度センサを配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項８】
前記角度センサがレゾルバである請求項７に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項９】
前記角度センサがホールセンサを用いたセンサである請求項７に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項１０】
前記角度センサが、絶対角度検出センサである請求項７に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項１１】
前記減速部がサイクロイド減速機からなる請求項１〜１０の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８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１８９９２０（Ｐ２０１１−１８９９２０Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６０１８３（Ｐ２０１０−６０１８３）
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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