モータ駆動装置およびインホイールモータ駆動装置
【課題】車輪に作用する荷重をモータ部に伝達しない構造とすることによって、信頼性の高いモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動装置は、モータ側回転部材２５を回転駆動するモータ部Ａと、モータ側回転部材２５の回転を減速して出力側回転部材２８に伝達する減速部Ｂと、モータ側回転部材２５を回転自在に支持する第１〜第３の軸受３６ａ，３６ｂ，３６ｃとを備える。そして、モータ側回転部材２５は、モータ部Ａ内で第１および第２の軸受３６ａ，３６ｂによって回転自在に支持される中空のモータ回転軸２４ａと、軸方向一方側端部が第２の軸受３６ｂの位置でモータ回転軸２４ａの内側に嵌合固定され、軸方向他方側端部が減速部Ｂ内で第３の軸受３６ｃによって回転自在に支持される減速機入力軸２４ｃとを含む。
【解決手段】モータ駆動装置は、モータ側回転部材２５を回転駆動するモータ部Ａと、モータ側回転部材２５の回転を減速して出力側回転部材２８に伝達する減速部Ｂと、モータ側回転部材２５を回転自在に支持する第１〜第３の軸受３６ａ，３６ｂ，３６ｃとを備える。そして、モータ側回転部材２５は、モータ部Ａ内で第１および第２の軸受３６ａ，３６ｂによって回転自在に支持される中空のモータ回転軸２４ａと、軸方向一方側端部が第２の軸受３６ｂの位置でモータ回転軸２４ａの内側に嵌合固定され、軸方向他方側端部が減速部Ｂ内で第３の軸受３６ｃによって回転自在に支持される減速機入力軸２４ｃとを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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を減速機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２００６−２５８２８９号公報（特許文献１）に記載されている。図１１を参照して、インホイールモータ駆動装置１０１は、車体に取り付けられるケーシング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。
【０００３】
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。そこで、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が採用されることがある。
【０００４】
また、従来のサイクロイド減速機を適用した減速部１０５は、偏心部１０６ａ，１０６ｂを有するモータ側回転部材１０６と、偏心部１０６ａ，１０６ｂに配置される曲線板１０７ａ，１０７ｂと、曲線板１０７ａ，１０７ｂをモータ側回転部材１０６に対して回転自在に支持する転がり軸受１１１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ピン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。
【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】
【０００５】
上記構成のインホイールモータ駆動装置において、モータ側回転部材１０６は、その軸方向一方側端部（図１１中の右側）でロータに連結され、軸方向他方側端部（図１１中の左側）で曲線板１０７ａ，１０７ｂを支持している。したがって、車輪に作用する荷重によってモータ側回転部材１０６が傾くと、ロータとステータとの間隔が変化してモータ部１０３の回転不良を生じたり、両者が接触して破損したりするおそれがある。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、車輪に作用する荷重をモータ部に伝達しない構造とすることによって、信頼性の高いモータ駆動装置およびインホイールモータ駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るモータ駆動装置は、モータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、モータ側回転部材の回転を減速して出力側回転部材に伝達する減速部と、モータ側回転部材を回転自在に支持する第１〜第３の軸受とを備える。そして、モータ側回転部材は、モータ部内で第１および第２の軸受によって回転自在に支持される中空のモータ回転軸と、軸方向一方側端部が第２の軸受の位置でモータ回転軸の内側に嵌合固定され、軸方向他方側端部が減速部内で第３の軸受によって回転自在に支持される減速機入力軸とを含む。
【０００８】
上記構成のように、モータ回転軸と減速機入力軸との嵌合位置を第２の軸受で支持することにより、減速機入力軸に作用するモーメント荷重がモータ回転軸に伝達されるのを有効に防止することができる。その結果、信頼性の高いモータ駆動装置を得ることができる。
【０００９】
好ましくは、第２の軸受の位置より減速部側において、モータ回転軸の内径面と減速機入力軸の外径面との間には径方向隙間が形成されている。これにより、減速機入力軸がある程度傾いても、モータ回転軸への影響を極小化することができる。
【００１０】
一実施形態として、第１〜第３の軸受は玉軸受である。他の実施形態として、第１〜第３の軸受は、軌道面にクラウニング加工を施した円筒ころを有する円筒ころ軸受である。このような軸受を採用することにより、３つの軸受の軸心ズレを吸収することができる。
【００１１】
好ましくは、モータ側回転部材は偏心部を有する。そして、減速部は、偏心部を挿通する貫通孔を有し、モータ側回転部材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公転部材と、ケーシングに固定され、公転部材の外周部に係合して公転部材の自転運動を生じさせる外周係合部材と、車輪側回転部材に設けられた内ピン、および公転部材に形成され、内ピンの外径より所定分だけ径が大きく内ピンを受入れる穴を有し、公転部材の自転運動をモータ側回転部材の回転軸心を中心とする回転運動に変換して車輪側回転部材に伝達する運動変換機構とを含む。上記構成のような、いわゆるサイクロイド減速機を採用することにより、コンパクトで高減速比を得ることができる。
【００１２】
この発明に係るインホイールモータ駆動装置は、上記のいずれかに記載のモータ駆動装置と、出力側回転部材としての車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブとを備える。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、モータ回転軸と減速機入力軸との嵌合位置を第２の軸受で支持することにより、減速機入力軸に作用するモーメント荷重がモータ回転軸に伝達されるのを有効に防止することができる。その結果、信頼性の高いモータ駆動装置およびインホイールモータ駆動装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１〜図１０を参照して、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２１について説明する。
【００１５】
図９は、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２１を採用した電気自動車１１の概略図であって、図１０は、電気自動車１１を後方から見た概略図である。図９を参照して、電気自動車１１は、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。図１０を参照して、後輪１４は、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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の小型化が求められる。そこで、図１に示すような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２１を採用する。
【００１９】
図１〜図８を参照して、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２１を説明する。なお、図１はインホイールモータ駆動装置２１の概略断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図、図３は偏心部２５ａ，２５ｂ周辺の拡大図、図４はモータ回転軸２４ａと減速機入力軸２４ｂとの嵌合部分の拡大図、図５は図１のＶ−Ｖにおける断面図、図６は図１のＶＩ−ＶＩにおける断面図、図７は図１のＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面図、図８は回転ポンプ５１の断面図である。
【００２０】
まず、図１を参照して、車両減速部の一例としての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とはケーシング２２に収納されて、図１０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。
【００２１】
モータ部Ａは、ケーシング２２に固定されるステータ２３ａと、ステータ２３ａ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２３ｂと、ロータ２３ｂの内側に固定連結されてロータ２３ｂと一体回転するモータ側回転部材２５とを備えるラジアルギャップモータである。
【００２２】
モータ側回転部材２５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、第１〜第３の軸受３６ａ，３６ｂ，３６ｃによって回転自在に支持されている。より具体的には、モータ側回転部材２５は、中空構造のモータ回転軸２４ａと、減速機入力軸２４ｂとで構成されている。
【００２３】
モータ回転軸２４ａは、ロータ２３ｂの内径面に嵌合固定されて一体回転すると共に、モータ部Ａ内で軸方向一方側端部（図１中の右側）を第１の軸受３６ａに、軸方向他方側端部（図１中の左側）を第２の軸受３６ｂによって回転自在に支持されている。
【００２４】
減速機入力軸２４ｂは、その軸方向一方側端部（図１中の右側）がモータ回転軸２４ａの内径面に嵌まり込み、軸方向他方側端部（図１中の左側）が減速部Ｂ内で第３の軸受３６ｃによって出力側回転部材２８に対して回転自在に支持されている。また、減速機入力軸２４ｂは、減速部Ｂ内に偏心部２５ａ，２５ｂを有する。さらに、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、１８０°位相を変えて設けられている。
【００２５】
図４を参照して、モータ回転軸２４ａと減速機入力軸２４ｂとは、第２の軸受３６ｂの位置、および第２の軸受３６ｂよりモータ部Ａ側（図１中の右側）で嵌合固定されている。なお、この実施形態においては、両者はセレーション嵌合によって嵌合固定されている。このように、モータ回転軸２４ａと減速機入力軸２４ｂとの嵌合位置を第２の軸受３６ｂで支持することにより、減速機入力軸２４ｂに作用するモーメント荷重がモータ回転軸２４ａに伝達されるのを有効に防止することができる。
【００２６】
また、第２の軸受３６ｂの位置より減速部Ｂ側（図１中の左側）においては、モータ回転軸２４ａの内径面と減速機入力軸２４ｂの外径面との間に径方向隙間２４ｃが形成されている。これにより、減速機入力軸２４ｂがある程度傾いても、モータ回転軸２４ａへの影響を極小化することができる。
【００２７】
さらに、モータ回転軸２４ａを直接支持している軸受は第１および第２の軸受３６ａ，３６ｂであり、どちらもモータ部Ａに配置されている。一方、減速機入力軸２４ｂを直接支持している軸受は第３の軸受３６ｃのみであり、減速部Ｂに配置されている。すなわち、モータ部Ａと減速部Ｂとはそれぞれ独立して組み立てることができ、最後にモータ回転軸２４ａと減速機入力軸２４ｂとをセレーション嵌合すれば、この発明に係るモータ駆動装置を得ることができる。
【００２８】
なお、第１〜第３の軸受３６ａ，３６ｂ，３６ｃの種類は問わないが、図１に示すように玉軸受を採用するのが望ましい。これにより、３つの軸受の軸心ズレ（「３つの軸受の軸受中心がずれていること」を指す）を許容することができる。または、軌道面にクラウニング加工を施した円筒ころを有する円筒ころ軸受を採用しても、同様の効果が期待できる。
【００２９】
減速部Ｂは、偏心部２５ａ，２５ｂに回転自在に保持される公転部材としての曲線板２６ａ，２６ｂと、ケーシング２２上の固定位置に保持され、曲線板２６ａ，２６ｂ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２７と、曲線板２６ａ，２６ｂ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２５ａ，２５ｂに隣接する位置にカウンタウェイト２９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。
【００３０】
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。
【００３１】
図２および図３を参照して、曲線板２６ａ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、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は、曲線板２６ａ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３０ｂは、曲線板２６ａの中心に設けられており、偏心部２５ａに嵌合する。
【００３２】
曲線板２６ａは、転がり軸受４１によって偏心部２５ａに対して回転自在に支持されている。図３を参照して、この転がり軸受４１は、偏心部２５ａの外径面に嵌合し、その外径面に内側軌道面４２ａを有する内輪部材４２と、曲線板２６ａの貫通孔３０ｂの内径面に直接形成された外側軌道面４３と、内側軌道面４２ａおよび外側軌道面４３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。また、内輪部材４２は、内側軌道面４２ａの軸方向両端部から径方向外側に突出する鍔部４２ｂを有する。
【００３３】
外ピン２７は、モータ側回転部材２５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２６ａ，２６ｂが公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン２７とが係合して、曲線板２６ａ，２６ｂに自転運動を生じさせる。ここで、外ピン２７は、針状ころ軸受２７ａ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。これにより、曲線板２６ａ，２６ｂとの間の接触抵抗を低減することができる。
【００３４】
カウンタウェイト２９は、円板状で、中心から外れた位置にモータ側回転部材２５と嵌合する貫通孔を有し、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、各偏心部２５ａ，２５ｂに隣接する位置に偏心部と１８０°位相を変えて配置される。
【００３５】
ここで、図３を参照して、２枚の曲線板２６ａ，２６ｂ間の中心点をＧとすると、図３の中心点Ｇの右側について、中心点Ｇと曲線板２６ａの中心との距離をＬ１、曲線板２６ａ、転がり軸受４１、および偏心部２５ａの質量の和をｍ１、曲線板２６ａ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２９との距離をＬ２、カウンタウェイト２９の質量をｍ２、カウンタウェイト２９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を満たす関係となっている。また、図３の中心点Ｇの左側の曲線板２６ｂとカウンタウェイト２９との間にも同様の関係が成立する。
【００３６】
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２６ａ，２６ｂに設けられた貫通孔３０ａ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２６ａ，２６ｂとの摩擦抵抗を低減するために、曲線板２６ａ，２６ｂの貫通孔３０ａの内壁面に当接する位置に針状ころ軸受３１ａが設けられている。
【００３７】
また、内ピン３１の軸方向端部には、スタビライザ３１ｂが設けられている。スタビライザ３１ｂは、円環形状の円環部３１ｃと、円環部３１ｃの内径面から軸方向に延びる円筒部３１ｄとを含む。複数の内ピン３１の軸方向他方側端部は、円環部３１ｃにボルトによって締結されている。曲線板２６ａ、２６ｂから一部の内ピン３１に負荷される荷重はスタビライザ３１ｂを介して全ての内ピン３１によって支持されるため、内ピン３１に作用する応力を低減させ耐久性を向上させることができる。
【００３８】
一方、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、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。）より所定分大きく設定されている。
【００３９】
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、潤滑油路２５ｃと、潤滑油給油口２５ｄと、潤滑油排出口２２ｂと、潤滑油貯留部２２ｄと、回転ポンプ５１と、循環油路４５とを備える。
【００４０】
潤滑油路２５ｃは、モータ側回転部材２５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２５ｄは、潤滑油路２５ｃからモータ側回転部材２５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２５ｄは、偏心部２５ａ，２５ｂに設けられている。
【００４１】
また、減速部Ｂの位置におけるケーシング２２の少なくとも１箇所には、減速部Ｂ内部の潤滑油を排出する潤滑油排出口２２ｂが設けられている。また、潤滑油排出口２２ｂと潤滑油路２５ｃとを接続する循環油路４５がケーシング２２の内部に設けられている。そして、潤滑油排出口２２ｂから排出された潤滑油は、循環油路４５を経由して潤滑油路２５ｃに還流する。
【００４２】
循環油路４５は、ケーシング２２の内部を軸方向に延びる油路４６ａ〜４６ｙ（総称して「軸方向油路４６」という）と、軸方向油路４６の軸方向両端部に接続されて円周方向に延びる油路４７ａ〜４７ｆ（総称して「周方向油路４７」という）と、周方向油路４７ａ，４７ｆに接続されて径方向に延びる油路４８ａ，４８ｂ（総称して「径方向油路４８」という）とで構成される。
【００４３】
軸方向油路４６は、潤滑油が一方方向（図１中の左から右）に流れる第１の軸方向油路４６ａ〜４６ｅ，４６ｋ〜４６ｏ，４６ｕ〜４６ｙと、潤滑油が他方方向（図１中の右から左）に流れる第２の軸方向油路４６ｆ〜４６ｊ，４６ｐ〜４６ｔに分類される。つまり、循環油路４５は、ケーシング２２の内部を軸方向に往復している。
【００４４】
周方向油路４７は、軸方向油路４６同士、または軸方向油路４６と径方向油路４８とを接続する。具体的には、周方向油路４７ａは、径方向油路４８ａから流出した潤滑油を軸方向油路４６ａ〜４６ｅに分配する。同様に、周方向油路４７ｂは軸方向油路４６ａ〜４６ｅから流出した潤滑油を軸方向油路４６ｆ〜４６ｊに、周方向油路４７ｃは軸方向油路４６ｆ〜４６ｊから流出した潤滑油を軸方向油路４６ｋ〜４６ｏに、周方向油路４７ｄは軸方向油路４６ｋ〜４６ｏから流出した潤滑油を軸方向油路４６ｐ〜４６ｔに、周方向油路４７ｅは軸方向油路４６ｐ〜４６ｔから流出した潤滑油を軸方向油路４６ｕ〜４６ｙに分配する。さらに、周方向油路４７ｆは、軸方向油路４６ｕ〜４６ｙから流出した潤滑油を径方向油路４８ｂに供給する。
【００４５】
径方向油路４８ａは回転ポンプ５１から圧送された潤滑油を周方向油路４７ａに、径方向油路４８ｂは周方向油路４７ｆから流出した潤滑油を循環油路２５ｃに供給する。
【００４６】
ここで、潤滑油排出口２２ｂと循環油路４５との間には、回転ポンプ５１が設けられており、潤滑油を強制的に循環させている。図８を参照して、回転ポンプ５１は、車輪側回転部材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、ポンプ室５４と、潤滑油排出口２２ｂに連通する吸入口５５と、循環油路２２ｃ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。
【００４７】
インナーロータ５２は、外径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。具体的には、歯先部分５２ａの形状がエピサイクロイド曲線、歯溝部分５２ｂの形状がハイポサイクロイド曲線となっている。このインナーロータ５２は、スタビライザ３１ｂの円筒部３１ｄの外径面に嵌合して内ピン３１（車輪側回転部材２８）と一体回転する。
【００４８】
アウターロータ５３は、内径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。具体的
には、歯先部分５３ａの形状がハイポサイクロイド曲線、歯溝部分５３ｂの形状がエピサイクロイド曲線となっている。このアウターロータ５３は、ケーシング２２に回転自在に支持されている。
【００４９】
インナーロータ５２は、回転中心ｃ１を中心として回転する。一方、アウターロータ５３は、インナーロータの回転中心ｃ１と異なる回転中心ｃ２を中心として回転する。また、インナーロータ５２の歯数をｎとすると、アウターロータ５３の歯数は（ｎ＋１）となる。なお、この実施形態においては、ｎ＝５としている。
【００５０】
インナーロータ５２とアウターロータ５３との間の空間には、複数のポンプ室５４が設けられている。そして、インナーロータ５２が車輪側回転部材２８の回転を利用して回転すると、アウターロータ５３は従動回転する。このとき、インナーロータ５２およびアウターロータ５３はそれぞれ異なる回転中心ｃ１，ｃ２を中心として回転するので、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から流入した潤滑油が吐出口５６から径方向油路４８ａに圧送される。
【００５１】
なお、上記構成の回転ポンプ５１の回転中にインナーロータ５２が傾くと、ポンプ室５４の容積が変化して潤滑油を適切に圧送することができなかったり、インナーロータ５２とアウターロータ５３とが接触して破損したりするおそれがある。そこで、図１を参照して、インナーロータ５２には、段付部５２ｃが設けられている。この段付部５２ｃは、その外径面（案内面）がケーシング２２の内径面に当接して、車輪１４からのラジアル荷重によってインナーロータ５２が傾くのを防止している。
【００５２】
さらに、潤滑油排出口２２ｂと回転ポンプ５１との間には、潤滑油を一時的に貯留する潤滑油貯留部２２ｄが設けられている。これにより、高速回転時においては、回転ポンプ５１によって排出しきれない潤滑油を一時的に潤滑油貯留部２２ｄに貯留しておくことができる。その結果、減速部Ｂのトルク損失の増加を防止することができる。一方、低速回転時においては、潤滑油排出口２２ｂに到達する潤滑油量が少なくなっても、潤滑油貯留部２２ｄに貯留されている潤滑油を潤滑油路２５ｃに還流することができる。その結果、減速部Ｂに安定して潤滑油を供給することができる。
【００５３】
なお、減速部Ｂ内部の潤滑油は、遠心力に加えて重力によって外側に移動する。したがって、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。
【００５４】
さらに、減速部潤滑機構は、循環油路４５を通過する潤滑油を冷却する冷却手段をさらに有する。この実施形態における冷却手段は、ケーシング２２に設けられた冷却水路２２ｅと、冷却水路２２ｅ内の空気を排出する空気抜きプラグ２２ｆとを含む。なお、これらの冷却手段は、潤滑油のみならず、モータ部Ａの冷却にも寄与する。
【００５５】
冷却水路２２ｅは、ケーシング２２の内部の径方向油路４６に接する位置に設けられている。そして、径方向油路４６と冷却水路２２ｅとの間には、両者を分離する仕切り部材４９が配置されている。仕切り部材４９は、円筒状部材であって、ケーシング２２を構成する材料より熱伝導率の高い材料で形成されている。具体的には、黄銅、銅、アルミニウム等が該当する。空気抜きプラグ２２ｆは、冷却水路２２ｅ中に含まれる空気を外部に排出する。これにより、冷却水路２２ｅには空気溜りが無くなり、冷却効率が向上する。
【００５６】
上記構成の減速部Ｂにおける潤滑油の流れを説明する。まず、潤滑油路２５ｃを流れる潤滑油は、モータ側回転部材２５の回転に伴う遠心力によって潤滑油供給口２５ｄおよび内輪部材４２を貫通する開口部４２ｃから減速部Ｂに流出する。
【００５７】
減速部Ｂ内部の潤滑油にはさらに遠心力が作用するので、内側軌道面４２ａ、外側軌道面４３、曲線板２６ａ，２６ｂと内ピン３１との当接部分、および曲線板２６ａ，２６ｂと外ピン２７との当接部分等を潤滑しながら径方向外側に移動する。
【００５８】
ケーシング２２の内壁面に到達した潤滑油は、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。潤滑油貯留部２２ｄに貯留された潤滑油は、ケーシング２２内の流路を通って吸入口５５から回転ポンプ５１に供給され、吐出口５６から循環油路４５に圧送される。
【００５９】
吐出口５６から排出された潤滑油は、径方向油路４８ａを経由し、周方向油路４７ａで複数の軸方向油路４６ａ〜４６ｅに分配される。次に、軸方向油路４６ａ〜４６ｅを通過（図１中の左から右）した潤滑油は、周方向油路４７ｂで複数の軸方向油路４６ｆ〜４６ｊに分配される。同様に、軸方向油路４６ｆ〜４６ｊ（図１中の右から左）、周方向油路４７ｃ、軸方向油路４６ｋ〜４６ｏ（図１中の左から右）、周方向油路４７ｄ、軸方向油路４６ｐ〜４６ｔ（図１中の右から左）、周方向油路４７ｅ、軸方向油路４６ｕ〜４６ｙ（図１中の左から右）、周方向油路４７ｆ、および径方向油路４８ｂを経由して潤滑油路２５ｃに還流する。
【００６０】
ここで、潤滑油排出口２２ｂからの潤滑油の排出量は、モータ側回転部材２５の回転数に比例して多くなる。一方、インナーロータ５２は車輪側回転部材２８と一体回転するので、回転ポンプ５１の排出量は、車輪側回転部材２８の回転数に比例して多くなる。また、潤滑油排出口２２ｂから減速部Ｂに供給される潤滑油量は、回転ポンプ５１の排出量に比例して多くなる。すなわち、減速部Ｂへの潤滑油の供給量および排出量は、いずれもインホイールモータ駆動装置２１の回転数によって変化するので、常にスムーズに潤滑油を循環させることができる。
【００６１】
さらに、循環油路４５を流れる潤滑油の一部は、ケーシング２２とモータ側回転部材２５との間から転がり軸受３６ａを潤滑すると共に、モータ部Ａを冷却する冷却液としても機能する。また、転がり軸受３６ｂは、回転ポンプ５１の段付部５２ｃとケーシング２２の間からの潤滑油により潤滑される。
【００６２】
このように、モータ側回転部材２５から減速部Ｂに潤滑油を供給することにより、モータ側回転部材２５周辺の潤滑油量不足を解消することができる。また、回転ポンプ５１によって強制的に潤滑油を排出することによって、攪拌抵抗を抑えて減速部Ｂのトルク損失を低減することができる。さらに、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全体としての大型化を防止することができる。
【００６３】
また、ケーシング２２の内部を軸方向に往復（この実施形態では２．５往復）する循環油路４５を設けることによって、冷却水路２２ｅと接する機会が増加する。その結果、潤滑油を十分に冷却してから径方向油路４８ｂに還流することができる。なお、循環油路４５の往復回数（２．５往復）や軸方向油路４６の本数（２５本）は、任意に設定することが可能である。また、冷却水路２２ｅには、水に限らずあらゆる冷却液を流すことができる。
【００６４】
車輪ハブ軸受部Ｃは、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をケーシング２２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。
【００６５】
車輪ハブ軸受３３は、車輪ハブ３２の外径面に嵌合固定される内輪３３ａと、ケーシング２２の内径面に嵌合固定される外輪３３ｂと、内輪３３ａおよび外輪３３ｂの間に配置される転動体としての複数の玉３３ｃと、隣接する玉３３ｃの間隔を保持する保持器３３ｄと、車輪ハブ軸受３３の軸方向両端部を密封する密封部材３３ｅとを備える複列アンギュラ玉軸受である。
【００６６】
さらに、モータ部Ａと軸方向に隣接する位置（減速部Ｂと反対側）には、第２のケーシングとしての端子ボックス６１が取り付けられている。端子ボックス６１は、モータ部Ａに電力を供給するための動力線（図示省略）と、ケーシング２２の内部と連通する連通孔（図示省略）と、径方向を向く壁面に内圧調整手段とを備える。
【００６７】
動力線は、一端がステータ２３ａのコイルに、他端がインバータを介して電源にそれぞれ接続されており、モータ部Ａを回転させるためにステータ２３ａに所定の周波数の電圧を印加する。連通孔は、動力線をケーシング２２の内部に通すと共に、ケーシング２２と端子ボックス６１との間で潤滑油や空気の移動を可能としている。内圧調整手段は、端子ボックス６１の径方向を向く壁面に設けられた給油口（図示省略）と、給油口に着脱自在に挿入されたエアブリーザ６６とで構成される。
【００６８】
上記構成のように、ケーシング２２に隣接する端子ボックス６１に内圧調整手段を設けることにより、ケーシング２２の内圧を一定に保持することができると共に、回転部材を含むケーシング２２に内圧調整手段を直接設けた場合と比較して、潤滑油の漏洩を抑制することができる。なお、給油作業を容易にするために、給油口がインホイールモータ駆動装置２１の上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。
【００６９】
上記構成のインホイールモータ駆動装置２１の作動原理を詳しく説明する。
【００７０】
モータ部Ａ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、永久磁石または磁性体によって構成されるロータ２３ｂが回転する。これにより、ロータ２３ｂに接続されたモータ側回転部材２５が回転すると、曲線板２６ａ，２６ｂはモータ側回転部材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が、曲線板２６ａ，２６ｂの曲線形状の波形と係合して、曲線板２６ａ，２６ｂをモータ側回転部材２５の回転とは逆向きに自転運動させる。
【００７１】
貫通孔３０ａに挿通する内ピン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。
【００７２】
このとき、モータ側回転部材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。
【００７３】
なお、上記構成の減速部Ｂの減速比は、外ピン２７の数をＺＡ、曲線板２６ａ，２６ｂの波形の数をＺＢとすると、（ＺＡ−ＺＢ）／ＺＢで算出される。図２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。
【００７４】
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に針状ころ軸受２７ａ，３１ａを設けたことにより、曲線板２６ａ，２６ｂ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。
【００７５】
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。
【００７６】
また、上記の実施形態においては、潤滑油供給口２５ｄを偏心部２５ａ，２５ｂに設けた例を示したが、これに限ることなく、モータ側回転部材２５の任意の位置に設けることができる。ただし、転がり軸受４１に安定して潤滑油を供給する観点からは、潤滑油供給口２５ｄは偏心部２５ａ，２５ｂに設けるのが望ましい。
【００７７】
また、上記の実施形態においては、回転ポンプ５１を車輪側回転部材２８の回転を利用して駆動した例を示したが、回転ポンプ５１はモータ側回転部材２５の回転を利用して駆動することもできる。しかし、モータ側回転部材２５の回転数は車輪側回転部材２８と比較して大きい（上記の実施形態では１１倍）ので、回転ポンプ５１の耐久性が低下するおそれがある。また、車輪側回転部材２８に接続しても十分な排出量を確保することができる。これらの観点から、回転ポンプ５１は車輪側回転部材２８の回転を利用して駆動するのが望ましい。
【００７８】
また、上記の実施形態においては、回転ポンプ５１としてサイクロイドポンプの例を示したが、これに限ることなく、車輪側回転部材２８の回転を利用して駆動するあらゆる回転型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。
【００７９】
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。
【００８０】
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２６ａ，２６ｂに設けられた貫通孔３０ａ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。
【００８１】
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。
【００８２】
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てもよい。
【００８３】
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、ケーシング２２を軸方向に延長してロータ２３ｂの図中右側に空間を形成し、ロータ２３ｂと一体的に回転する回転部材と、ケーシング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２３ｂをロックするパーキングブレーキであってもよい。
【００８４】
または、ロータ２３ｂ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ケーシング２２側に設置された摩擦板をケーシング２２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、ケーシング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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。例えばケーシ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。
【００８８】
また、上記の各実施形態においては、減速部Ｂにサイクロイド減速機構を採用したインホイールモータ駆動装置２１の例を示したが、これに限ることなく、任意の減速機構を採用することができる。例えば、遊星歯車減速機構や平行軸歯車減速機構等が該当する。
【００８９】
さらに、図９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。
【００９０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【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を示す図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。
【図３】図１の偏心部周辺の拡大図である。
【図４】図１のモータ回転軸と減速機入力軸との嵌合部分の拡大図である。
【図５】図１のＶ−Ｖにおける断面図である。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩにおける断面図である。
【図７】図１のＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面図である。
【図８】図１の回転ポンプの断面図である。
【図９】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平面図である。
【図１０】図９の電気自動車の後方断面図である。
【図１１】従来のインホイールモータ駆動装置を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
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、２１，１０１ インホイールモータ駆動装置、２２，１０２ ケーシング、２２ａ 外方部材、２２ｂ 潤滑油排出口、２２ｄ 潤滑油貯留部、２２ｅ 冷却水路、２２ｆ 空気抜きプラグ、２３ａ ステータ、２３ｂ ロータ、２４ａ モータ回転軸、２４ｂ 減速機入力軸、２４ｃ 径方向隙間、２８ａ，３２ｂ フランジ部、３２ａ 中空部、２８ｂ 軸部、２５，１０６ モータ側回転部材、２５ａ，２５ｂ，１０６ａ，１０６ｂ 偏心部、２５ｃ 潤滑油路、２５ｄ 潤滑油供給口、２６ａ，２６ｂ，１０７ａ，１０７ｂ 曲線板、２７，１０８ 外ピン、２７ａ，３１ａ 針状ころ軸受、２８，１１０ 車輪側回転部材、２９ カウンタウェイト、３０ａ，３０ｂ 貫通孔、３１，１０９ 内ピン、３１ｂ スタビライザ、３１ｃ 円環部、３１ｄ 円筒部、３２ 車輪ハブ、３２ｄ ナット、３３ 車輪ハブ軸受、３３ａ 内輪、３３ｂ 外輪、３３ｃ 玉、３３ｄ 保持器、３３ｅ 密封部材、４２ａ 内側軌道面、４２ｂ 鍔部、４２ｃ 開口部、４３ 外側軌道面、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，４１，１１１ 転がり軸受、４２ 内輪部材、４４ 円筒ころ、４５ 循環油路、４６ａ〜４６ｙ 軸方向油路、４７ａ〜４７ｆ 周方向油路、４８ａ、４８ｂ 径方向油路、４９ 仕切り部材、５１ 回転ポンプ、５２ インナーロータ、５２ａ，５３ａ 歯先部分、５２ｂ，５３ｂ 歯溝部分、５２ｃ 段付部、５４ ポンプ室、５５ 吸入口、５６ 吐出口、６１ 端子ボックス、６６ エアブリーザ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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を減速機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２００６−２５８２８９号公報（特許文献１）に記載されている。図１１を参照して、インホイールモータ駆動装置１０１は、車体に取り付けられるケーシング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。
【０００３】
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。そこで、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が採用されることがある。
【０００４】
また、従来のサイクロイド減速機を適用した減速部１０５は、偏心部１０６ａ，１０６ｂを有するモータ側回転部材１０６と、偏心部１０６ａ，１０６ｂに配置される曲線板１０７ａ，１０７ｂと、曲線板１０７ａ，１０７ｂをモータ側回転部材１０６に対して回転自在に支持する転がり軸受１１１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ピン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。
【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】
【０００５】
上記構成のインホイールモータ駆動装置において、モータ側回転部材１０６は、その軸方向一方側端部（図１１中の右側）でロータに連結され、軸方向他方側端部（図１１中の左側）で曲線板１０７ａ，１０７ｂを支持している。したがって、車輪に作用する荷重によってモータ側回転部材１０６が傾くと、ロータとステータとの間隔が変化してモータ部１０３の回転不良を生じたり、両者が接触して破損したりするおそれがある。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、車輪に作用する荷重をモータ部に伝達しない構造とすることによって、信頼性の高いモータ駆動装置およびインホイールモータ駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るモータ駆動装置は、モータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、モータ側回転部材の回転を減速して出力側回転部材に伝達する減速部と、モータ側回転部材を回転自在に支持する第１〜第３の軸受とを備える。そして、モータ側回転部材は、モータ部内で第１および第２の軸受によって回転自在に支持される中空のモータ回転軸と、軸方向一方側端部が第２の軸受の位置でモータ回転軸の内側に嵌合固定され、軸方向他方側端部が減速部内で第３の軸受によって回転自在に支持される減速機入力軸とを含む。
【０００８】
上記構成のように、モータ回転軸と減速機入力軸との嵌合位置を第２の軸受で支持することにより、減速機入力軸に作用するモーメント荷重がモータ回転軸に伝達されるのを有効に防止することができる。その結果、信頼性の高いモータ駆動装置を得ることができる。
【０００９】
好ましくは、第２の軸受の位置より減速部側において、モータ回転軸の内径面と減速機入力軸の外径面との間には径方向隙間が形成されている。これにより、減速機入力軸がある程度傾いても、モータ回転軸への影響を極小化することができる。
【００１０】
一実施形態として、第１〜第３の軸受は玉軸受である。他の実施形態として、第１〜第３の軸受は、軌道面にクラウニング加工を施した円筒ころを有する円筒ころ軸受である。このような軸受を採用することにより、３つの軸受の軸心ズレを吸収することができる。
【００１１】
好ましくは、モータ側回転部材は偏心部を有する。そして、減速部は、偏心部を挿通する貫通孔を有し、モータ側回転部材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公転部材と、ケーシングに固定され、公転部材の外周部に係合して公転部材の自転運動を生じさせる外周係合部材と、車輪側回転部材に設けられた内ピン、および公転部材に形成され、内ピンの外径より所定分だけ径が大きく内ピンを受入れる穴を有し、公転部材の自転運動をモータ側回転部材の回転軸心を中心とする回転運動に変換して車輪側回転部材に伝達する運動変換機構とを含む。上記構成のような、いわゆるサイクロイド減速機を採用することにより、コンパクトで高減速比を得ることができる。
【００１２】
この発明に係るインホイールモータ駆動装置は、上記のいずれかに記載のモータ駆動装置と、出力側回転部材としての車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブとを備える。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、モータ回転軸と減速機入力軸との嵌合位置を第２の軸受で支持することにより、減速機入力軸に作用するモーメント荷重がモータ回転軸に伝達されるのを有効に防止することができる。その結果、信頼性の高いモータ駆動装置およびインホイールモータ駆動装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１〜図１０を参照して、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２１について説明する。
【００１５】
図９は、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２１を採用した電気自動車１１の概略図であって、図１０は、電気自動車１１を後方から見た概略図である。図９を参照して、電気自動車１１は、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。図１０を参照して、後輪１４は、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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の小型化が求められる。そこで、図１に示すような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２１を採用する。
【００１９】
図１〜図８を参照して、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２１を説明する。なお、図１はインホイールモータ駆動装置２１の概略断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図、図３は偏心部２５ａ，２５ｂ周辺の拡大図、図４はモータ回転軸２４ａと減速機入力軸２４ｂとの嵌合部分の拡大図、図５は図１のＶ−Ｖにおける断面図、図６は図１のＶＩ−ＶＩにおける断面図、図７は図１のＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面図、図８は回転ポンプ５１の断面図である。
【００２０】
まず、図１を参照して、車両減速部の一例としての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とはケーシング２２に収納されて、図１０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。
【００２１】
モータ部Ａは、ケーシング２２に固定されるステータ２３ａと、ステータ２３ａ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２３ｂと、ロータ２３ｂの内側に固定連結されてロータ２３ｂと一体回転するモータ側回転部材２５とを備えるラジアルギャップモータである。
【００２２】
モータ側回転部材２５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、第１〜第３の軸受３６ａ，３６ｂ，３６ｃによって回転自在に支持されている。より具体的には、モータ側回転部材２５は、中空構造のモータ回転軸２４ａと、減速機入力軸２４ｂとで構成されている。
【００２３】
モータ回転軸２４ａは、ロータ２３ｂの内径面に嵌合固定されて一体回転すると共に、モータ部Ａ内で軸方向一方側端部（図１中の右側）を第１の軸受３６ａに、軸方向他方側端部（図１中の左側）を第２の軸受３６ｂによって回転自在に支持されている。
【００２４】
減速機入力軸２４ｂは、その軸方向一方側端部（図１中の右側）がモータ回転軸２４ａの内径面に嵌まり込み、軸方向他方側端部（図１中の左側）が減速部Ｂ内で第３の軸受３６ｃによって出力側回転部材２８に対して回転自在に支持されている。また、減速機入力軸２４ｂは、減速部Ｂ内に偏心部２５ａ，２５ｂを有する。さらに、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、１８０°位相を変えて設けられている。
【００２５】
図４を参照して、モータ回転軸２４ａと減速機入力軸２４ｂとは、第２の軸受３６ｂの位置、および第２の軸受３６ｂよりモータ部Ａ側（図１中の右側）で嵌合固定されている。なお、この実施形態においては、両者はセレーション嵌合によって嵌合固定されている。このように、モータ回転軸２４ａと減速機入力軸２４ｂとの嵌合位置を第２の軸受３６ｂで支持することにより、減速機入力軸２４ｂに作用するモーメント荷重がモータ回転軸２４ａに伝達されるのを有効に防止することができる。
【００２６】
また、第２の軸受３６ｂの位置より減速部Ｂ側（図１中の左側）においては、モータ回転軸２４ａの内径面と減速機入力軸２４ｂの外径面との間に径方向隙間２４ｃが形成されている。これにより、減速機入力軸２４ｂがある程度傾いても、モータ回転軸２４ａへの影響を極小化することができる。
【００２７】
さらに、モータ回転軸２４ａを直接支持している軸受は第１および第２の軸受３６ａ，３６ｂであり、どちらもモータ部Ａに配置されている。一方、減速機入力軸２４ｂを直接支持している軸受は第３の軸受３６ｃのみであり、減速部Ｂに配置されている。すなわち、モータ部Ａと減速部Ｂとはそれぞれ独立して組み立てることができ、最後にモータ回転軸２４ａと減速機入力軸２４ｂとをセレーション嵌合すれば、この発明に係るモータ駆動装置を得ることができる。
【００２８】
なお、第１〜第３の軸受３６ａ，３６ｂ，３６ｃの種類は問わないが、図１に示すように玉軸受を採用するのが望ましい。これにより、３つの軸受の軸心ズレ（「３つの軸受の軸受中心がずれていること」を指す）を許容することができる。または、軌道面にクラウニング加工を施した円筒ころを有する円筒ころ軸受を採用しても、同様の効果が期待できる。
【００２９】
減速部Ｂは、偏心部２５ａ，２５ｂに回転自在に保持される公転部材としての曲線板２６ａ，２６ｂと、ケーシング２２上の固定位置に保持され、曲線板２６ａ，２６ｂ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２７と、曲線板２６ａ，２６ｂ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２５ａ，２５ｂに隣接する位置にカウンタウェイト２９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。
【００３０】
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。
【００３１】
図２および図３を参照して、曲線板２６ａ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、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は、曲線板２６ａ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３０ｂは、曲線板２６ａの中心に設けられており、偏心部２５ａに嵌合する。
【００３２】
曲線板２６ａは、転がり軸受４１によって偏心部２５ａに対して回転自在に支持されている。図３を参照して、この転がり軸受４１は、偏心部２５ａの外径面に嵌合し、その外径面に内側軌道面４２ａを有する内輪部材４２と、曲線板２６ａの貫通孔３０ｂの内径面に直接形成された外側軌道面４３と、内側軌道面４２ａおよび外側軌道面４３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。また、内輪部材４２は、内側軌道面４２ａの軸方向両端部から径方向外側に突出する鍔部４２ｂを有する。
【００３３】
外ピン２７は、モータ側回転部材２５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２６ａ，２６ｂが公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン２７とが係合して、曲線板２６ａ，２６ｂに自転運動を生じさせる。ここで、外ピン２７は、針状ころ軸受２７ａ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。これにより、曲線板２６ａ，２６ｂとの間の接触抵抗を低減することができる。
【００３４】
カウンタウェイト２９は、円板状で、中心から外れた位置にモータ側回転部材２５と嵌合する貫通孔を有し、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、各偏心部２５ａ，２５ｂに隣接する位置に偏心部と１８０°位相を変えて配置される。
【００３５】
ここで、図３を参照して、２枚の曲線板２６ａ，２６ｂ間の中心点をＧとすると、図３の中心点Ｇの右側について、中心点Ｇと曲線板２６ａの中心との距離をＬ１、曲線板２６ａ、転がり軸受４１、および偏心部２５ａの質量の和をｍ１、曲線板２６ａ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２９との距離をＬ２、カウンタウェイト２９の質量をｍ２、カウンタウェイト２９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を満たす関係となっている。また、図３の中心点Ｇの左側の曲線板２６ｂとカウンタウェイト２９との間にも同様の関係が成立する。
【００３６】
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２６ａ，２６ｂに設けられた貫通孔３０ａ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２６ａ，２６ｂとの摩擦抵抗を低減するために、曲線板２６ａ，２６ｂの貫通孔３０ａの内壁面に当接する位置に針状ころ軸受３１ａが設けられている。
【００３７】
また、内ピン３１の軸方向端部には、スタビライザ３１ｂが設けられている。スタビライザ３１ｂは、円環形状の円環部３１ｃと、円環部３１ｃの内径面から軸方向に延びる円筒部３１ｄとを含む。複数の内ピン３１の軸方向他方側端部は、円環部３１ｃにボルトによって締結されている。曲線板２６ａ、２６ｂから一部の内ピン３１に負荷される荷重はスタビライザ３１ｂを介して全ての内ピン３１によって支持されるため、内ピン３１に作用する応力を低減させ耐久性を向上させることができる。
【００３８】
一方、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、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。）より所定分大きく設定されている。
【００３９】
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、潤滑油路２５ｃと、潤滑油給油口２５ｄと、潤滑油排出口２２ｂと、潤滑油貯留部２２ｄと、回転ポンプ５１と、循環油路４５とを備える。
【００４０】
潤滑油路２５ｃは、モータ側回転部材２５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２５ｄは、潤滑油路２５ｃからモータ側回転部材２５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２５ｄは、偏心部２５ａ，２５ｂに設けられている。
【００４１】
また、減速部Ｂの位置におけるケーシング２２の少なくとも１箇所には、減速部Ｂ内部の潤滑油を排出する潤滑油排出口２２ｂが設けられている。また、潤滑油排出口２２ｂと潤滑油路２５ｃとを接続する循環油路４５がケーシング２２の内部に設けられている。そして、潤滑油排出口２２ｂから排出された潤滑油は、循環油路４５を経由して潤滑油路２５ｃに還流する。
【００４２】
循環油路４５は、ケーシング２２の内部を軸方向に延びる油路４６ａ〜４６ｙ（総称して「軸方向油路４６」という）と、軸方向油路４６の軸方向両端部に接続されて円周方向に延びる油路４７ａ〜４７ｆ（総称して「周方向油路４７」という）と、周方向油路４７ａ，４７ｆに接続されて径方向に延びる油路４８ａ，４８ｂ（総称して「径方向油路４８」という）とで構成される。
【００４３】
軸方向油路４６は、潤滑油が一方方向（図１中の左から右）に流れる第１の軸方向油路４６ａ〜４６ｅ，４６ｋ〜４６ｏ，４６ｕ〜４６ｙと、潤滑油が他方方向（図１中の右から左）に流れる第２の軸方向油路４６ｆ〜４６ｊ，４６ｐ〜４６ｔに分類される。つまり、循環油路４５は、ケーシング２２の内部を軸方向に往復している。
【００４４】
周方向油路４７は、軸方向油路４６同士、または軸方向油路４６と径方向油路４８とを接続する。具体的には、周方向油路４７ａは、径方向油路４８ａから流出した潤滑油を軸方向油路４６ａ〜４６ｅに分配する。同様に、周方向油路４７ｂは軸方向油路４６ａ〜４６ｅから流出した潤滑油を軸方向油路４６ｆ〜４６ｊに、周方向油路４７ｃは軸方向油路４６ｆ〜４６ｊから流出した潤滑油を軸方向油路４６ｋ〜４６ｏに、周方向油路４７ｄは軸方向油路４６ｋ〜４６ｏから流出した潤滑油を軸方向油路４６ｐ〜４６ｔに、周方向油路４７ｅは軸方向油路４６ｐ〜４６ｔから流出した潤滑油を軸方向油路４６ｕ〜４６ｙに分配する。さらに、周方向油路４７ｆは、軸方向油路４６ｕ〜４６ｙから流出した潤滑油を径方向油路４８ｂに供給する。
【００４５】
径方向油路４８ａは回転ポンプ５１から圧送された潤滑油を周方向油路４７ａに、径方向油路４８ｂは周方向油路４７ｆから流出した潤滑油を循環油路２５ｃに供給する。
【００４６】
ここで、潤滑油排出口２２ｂと循環油路４５との間には、回転ポンプ５１が設けられており、潤滑油を強制的に循環させている。図８を参照して、回転ポンプ５１は、車輪側回転部材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、ポンプ室５４と、潤滑油排出口２２ｂに連通する吸入口５５と、循環油路２２ｃ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。
【００４７】
インナーロータ５２は、外径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。具体的には、歯先部分５２ａの形状がエピサイクロイド曲線、歯溝部分５２ｂの形状がハイポサイクロイド曲線となっている。このインナーロータ５２は、スタビライザ３１ｂの円筒部３１ｄの外径面に嵌合して内ピン３１（車輪側回転部材２８）と一体回転する。
【００４８】
アウターロータ５３は、内径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。具体的
には、歯先部分５３ａの形状がハイポサイクロイド曲線、歯溝部分５３ｂの形状がエピサイクロイド曲線となっている。このアウターロータ５３は、ケーシング２２に回転自在に支持されている。
【００４９】
インナーロータ５２は、回転中心ｃ１を中心として回転する。一方、アウターロータ５３は、インナーロータの回転中心ｃ１と異なる回転中心ｃ２を中心として回転する。また、インナーロータ５２の歯数をｎとすると、アウターロータ５３の歯数は（ｎ＋１）となる。なお、この実施形態においては、ｎ＝５としている。
【００５０】
インナーロータ５２とアウターロータ５３との間の空間には、複数のポンプ室５４が設けられている。そして、インナーロータ５２が車輪側回転部材２８の回転を利用して回転すると、アウターロータ５３は従動回転する。このとき、インナーロータ５２およびアウターロータ５３はそれぞれ異なる回転中心ｃ１，ｃ２を中心として回転するので、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から流入した潤滑油が吐出口５６から径方向油路４８ａに圧送される。
【００５１】
なお、上記構成の回転ポンプ５１の回転中にインナーロータ５２が傾くと、ポンプ室５４の容積が変化して潤滑油を適切に圧送することができなかったり、インナーロータ５２とアウターロータ５３とが接触して破損したりするおそれがある。そこで、図１を参照して、インナーロータ５２には、段付部５２ｃが設けられている。この段付部５２ｃは、その外径面（案内面）がケーシング２２の内径面に当接して、車輪１４からのラジアル荷重によってインナーロータ５２が傾くのを防止している。
【００５２】
さらに、潤滑油排出口２２ｂと回転ポンプ５１との間には、潤滑油を一時的に貯留する潤滑油貯留部２２ｄが設けられている。これにより、高速回転時においては、回転ポンプ５１によって排出しきれない潤滑油を一時的に潤滑油貯留部２２ｄに貯留しておくことができる。その結果、減速部Ｂのトルク損失の増加を防止することができる。一方、低速回転時においては、潤滑油排出口２２ｂに到達する潤滑油量が少なくなっても、潤滑油貯留部２２ｄに貯留されている潤滑油を潤滑油路２５ｃに還流することができる。その結果、減速部Ｂに安定して潤滑油を供給することができる。
【００５３】
なお、減速部Ｂ内部の潤滑油は、遠心力に加えて重力によって外側に移動する。したがって、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。
【００５４】
さらに、減速部潤滑機構は、循環油路４５を通過する潤滑油を冷却する冷却手段をさらに有する。この実施形態における冷却手段は、ケーシング２２に設けられた冷却水路２２ｅと、冷却水路２２ｅ内の空気を排出する空気抜きプラグ２２ｆとを含む。なお、これらの冷却手段は、潤滑油のみならず、モータ部Ａの冷却にも寄与する。
【００５５】
冷却水路２２ｅは、ケーシング２２の内部の径方向油路４６に接する位置に設けられている。そして、径方向油路４６と冷却水路２２ｅとの間には、両者を分離する仕切り部材４９が配置されている。仕切り部材４９は、円筒状部材であって、ケーシング２２を構成する材料より熱伝導率の高い材料で形成されている。具体的には、黄銅、銅、アルミニウム等が該当する。空気抜きプラグ２２ｆは、冷却水路２２ｅ中に含まれる空気を外部に排出する。これにより、冷却水路２２ｅには空気溜りが無くなり、冷却効率が向上する。
【００５６】
上記構成の減速部Ｂにおける潤滑油の流れを説明する。まず、潤滑油路２５ｃを流れる潤滑油は、モータ側回転部材２５の回転に伴う遠心力によって潤滑油供給口２５ｄおよび内輪部材４２を貫通する開口部４２ｃから減速部Ｂに流出する。
【００５７】
減速部Ｂ内部の潤滑油にはさらに遠心力が作用するので、内側軌道面４２ａ、外側軌道面４３、曲線板２６ａ，２６ｂと内ピン３１との当接部分、および曲線板２６ａ，２６ｂと外ピン２７との当接部分等を潤滑しながら径方向外側に移動する。
【００５８】
ケーシング２２の内壁面に到達した潤滑油は、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。潤滑油貯留部２２ｄに貯留された潤滑油は、ケーシング２２内の流路を通って吸入口５５から回転ポンプ５１に供給され、吐出口５６から循環油路４５に圧送される。
【００５９】
吐出口５６から排出された潤滑油は、径方向油路４８ａを経由し、周方向油路４７ａで複数の軸方向油路４６ａ〜４６ｅに分配される。次に、軸方向油路４６ａ〜４６ｅを通過（図１中の左から右）した潤滑油は、周方向油路４７ｂで複数の軸方向油路４６ｆ〜４６ｊに分配される。同様に、軸方向油路４６ｆ〜４６ｊ（図１中の右から左）、周方向油路４７ｃ、軸方向油路４６ｋ〜４６ｏ（図１中の左から右）、周方向油路４７ｄ、軸方向油路４６ｐ〜４６ｔ（図１中の右から左）、周方向油路４７ｅ、軸方向油路４６ｕ〜４６ｙ（図１中の左から右）、周方向油路４７ｆ、および径方向油路４８ｂを経由して潤滑油路２５ｃに還流する。
【００６０】
ここで、潤滑油排出口２２ｂからの潤滑油の排出量は、モータ側回転部材２５の回転数に比例して多くなる。一方、インナーロータ５２は車輪側回転部材２８と一体回転するので、回転ポンプ５１の排出量は、車輪側回転部材２８の回転数に比例して多くなる。また、潤滑油排出口２２ｂから減速部Ｂに供給される潤滑油量は、回転ポンプ５１の排出量に比例して多くなる。すなわち、減速部Ｂへの潤滑油の供給量および排出量は、いずれもインホイールモータ駆動装置２１の回転数によって変化するので、常にスムーズに潤滑油を循環させることができる。
【００６１】
さらに、循環油路４５を流れる潤滑油の一部は、ケーシング２２とモータ側回転部材２５との間から転がり軸受３６ａを潤滑すると共に、モータ部Ａを冷却する冷却液としても機能する。また、転がり軸受３６ｂは、回転ポンプ５１の段付部５２ｃとケーシング２２の間からの潤滑油により潤滑される。
【００６２】
このように、モータ側回転部材２５から減速部Ｂに潤滑油を供給することにより、モータ側回転部材２５周辺の潤滑油量不足を解消することができる。また、回転ポンプ５１によって強制的に潤滑油を排出することによって、攪拌抵抗を抑えて減速部Ｂのトルク損失を低減することができる。さらに、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全体としての大型化を防止することができる。
【００６３】
また、ケーシング２２の内部を軸方向に往復（この実施形態では２．５往復）する循環油路４５を設けることによって、冷却水路２２ｅと接する機会が増加する。その結果、潤滑油を十分に冷却してから径方向油路４８ｂに還流することができる。なお、循環油路４５の往復回数（２．５往復）や軸方向油路４６の本数（２５本）は、任意に設定することが可能である。また、冷却水路２２ｅには、水に限らずあらゆる冷却液を流すことができる。
【００６４】
車輪ハブ軸受部Ｃは、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をケーシング２２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。
【００６５】
車輪ハブ軸受３３は、車輪ハブ３２の外径面に嵌合固定される内輪３３ａと、ケーシング２２の内径面に嵌合固定される外輪３３ｂと、内輪３３ａおよび外輪３３ｂの間に配置される転動体としての複数の玉３３ｃと、隣接する玉３３ｃの間隔を保持する保持器３３ｄと、車輪ハブ軸受３３の軸方向両端部を密封する密封部材３３ｅとを備える複列アンギュラ玉軸受である。
【００６６】
さらに、モータ部Ａと軸方向に隣接する位置（減速部Ｂと反対側）には、第２のケーシングとしての端子ボックス６１が取り付けられている。端子ボックス６１は、モータ部Ａに電力を供給するための動力線（図示省略）と、ケーシング２２の内部と連通する連通孔（図示省略）と、径方向を向く壁面に内圧調整手段とを備える。
【００６７】
動力線は、一端がステータ２３ａのコイルに、他端がインバータを介して電源にそれぞれ接続されており、モータ部Ａを回転させるためにステータ２３ａに所定の周波数の電圧を印加する。連通孔は、動力線をケーシング２２の内部に通すと共に、ケーシング２２と端子ボックス６１との間で潤滑油や空気の移動を可能としている。内圧調整手段は、端子ボックス６１の径方向を向く壁面に設けられた給油口（図示省略）と、給油口に着脱自在に挿入されたエアブリーザ６６とで構成される。
【００６８】
上記構成のように、ケーシング２２に隣接する端子ボックス６１に内圧調整手段を設けることにより、ケーシング２２の内圧を一定に保持することができると共に、回転部材を含むケーシング２２に内圧調整手段を直接設けた場合と比較して、潤滑油の漏洩を抑制することができる。なお、給油作業を容易にするために、給油口がインホイールモータ駆動装置２１の上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。
【００６９】
上記構成のインホイールモータ駆動装置２１の作動原理を詳しく説明する。
【００７０】
モータ部Ａ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、永久磁石または磁性体によって構成されるロータ２３ｂが回転する。これにより、ロータ２３ｂに接続されたモータ側回転部材２５が回転すると、曲線板２６ａ，２６ｂはモータ側回転部材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が、曲線板２６ａ，２６ｂの曲線形状の波形と係合して、曲線板２６ａ，２６ｂをモータ側回転部材２５の回転とは逆向きに自転運動させる。
【００７１】
貫通孔３０ａに挿通する内ピン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。
【００７２】
このとき、モータ側回転部材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。
【００７３】
なお、上記構成の減速部Ｂの減速比は、外ピン２７の数をＺＡ、曲線板２６ａ，２６ｂの波形の数をＺＢとすると、（ＺＡ−ＺＢ）／ＺＢで算出される。図２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。
【００７４】
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に針状ころ軸受２７ａ，３１ａを設けたことにより、曲線板２６ａ，２６ｂ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。
【００７５】
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。
【００７６】
また、上記の実施形態においては、潤滑油供給口２５ｄを偏心部２５ａ，２５ｂに設けた例を示したが、これに限ることなく、モータ側回転部材２５の任意の位置に設けることができる。ただし、転がり軸受４１に安定して潤滑油を供給する観点からは、潤滑油供給口２５ｄは偏心部２５ａ，２５ｂに設けるのが望ましい。
【００７７】
また、上記の実施形態においては、回転ポンプ５１を車輪側回転部材２８の回転を利用して駆動した例を示したが、回転ポンプ５１はモータ側回転部材２５の回転を利用して駆動することもできる。しかし、モータ側回転部材２５の回転数は車輪側回転部材２８と比較して大きい（上記の実施形態では１１倍）ので、回転ポンプ５１の耐久性が低下するおそれがある。また、車輪側回転部材２８に接続しても十分な排出量を確保することができる。これらの観点から、回転ポンプ５１は車輪側回転部材２８の回転を利用して駆動するのが望ましい。
【００７８】
また、上記の実施形態においては、回転ポンプ５１としてサイクロイドポンプの例を示したが、これに限ることなく、車輪側回転部材２８の回転を利用して駆動するあらゆる回転型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。
【００７９】
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。
【００８０】
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２６ａ，２６ｂに設けられた貫通孔３０ａ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。
【００８１】
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。
【００８２】
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てもよい。
【００８３】
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、ケーシング２２を軸方向に延長してロータ２３ｂの図中右側に空間を形成し、ロータ２３ｂと一体的に回転する回転部材と、ケーシング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２３ｂをロックするパーキングブレーキであってもよい。
【００８４】
または、ロータ２３ｂ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ケーシング２２側に設置された摩擦板をケーシング２２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、ケーシング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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。例えばケーシ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。
【００８８】
また、上記の各実施形態においては、減速部Ｂにサイクロイド減速機構を採用したインホイールモータ駆動装置２１の例を示したが、これに限ることなく、任意の減速機構を採用することができる。例えば、遊星歯車減速機構や平行軸歯車減速機構等が該当する。
【００８９】
さらに、図９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。
【００９０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【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を示す図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。
【図３】図１の偏心部周辺の拡大図である。
【図４】図１のモータ回転軸と減速機入力軸との嵌合部分の拡大図である。
【図５】図１のＶ−Ｖにおける断面図である。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩにおける断面図である。
【図７】図１のＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面図である。
【図８】図１の回転ポンプの断面図である。
【図９】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平面図である。
【図１０】図９の電気自動車の後方断面図である。
【図１１】従来のインホイールモータ駆動装置を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
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、２１，１０１ インホイールモータ駆動装置、２２，１０２ ケーシング、２２ａ 外方部材、２２ｂ 潤滑油排出口、２２ｄ 潤滑油貯留部、２２ｅ 冷却水路、２２ｆ 空気抜きプラグ、２３ａ ステータ、２３ｂ ロータ、２４ａ モータ回転軸、２４ｂ 減速機入力軸、２４ｃ 径方向隙間、２８ａ，３２ｂ フランジ部、３２ａ 中空部、２８ｂ 軸部、２５，１０６ モータ側回転部材、２５ａ，２５ｂ，１０６ａ，１０６ｂ 偏心部、２５ｃ 潤滑油路、２５ｄ 潤滑油供給口、２６ａ，２６ｂ，１０７ａ，１０７ｂ 曲線板、２７，１０８ 外ピン、２７ａ，３１ａ 針状ころ軸受、２８，１１０ 車輪側回転部材、２９ カウンタウェイト、３０ａ，３０ｂ 貫通孔、３１，１０９ 内ピン、３１ｂ スタビライザ、３１ｃ 円環部、３１ｄ 円筒部、３２ 車輪ハブ、３２ｄ ナット、３３ 車輪ハブ軸受、３３ａ 内輪、３３ｂ 外輪、３３ｃ 玉、３３ｄ 保持器、３３ｅ 密封部材、４２ａ 内側軌道面、４２ｂ 鍔部、４２ｃ 開口部、４３ 外側軌道面、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，４１，１１１ 転がり軸受、４２ 内輪部材、４４ 円筒ころ、４５ 循環油路、４６ａ〜４６ｙ 軸方向油路、４７ａ〜４７ｆ 周方向油路、４８ａ、４８ｂ 径方向油路、４９ 仕切り部材、５１ 回転ポンプ、５２ インナーロータ、５２ａ，５３ａ 歯先部分、５２ｂ，５３ｂ 歯溝部分、５２ｃ 段付部、５４ ポンプ室、５５ 吸入口、５６ 吐出口、６１ 端子ボックス、６６ エアブリーザ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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して出力側回転部材に伝達する減速部と、
前記モータ側回転部材を回転自在に支持する第１〜第３の軸受とを備え、
前記モータ側回転部材は、
前記モータ部内で前記第１および第２の軸受によって回転自在に支持される中空のモータ回転軸と、
軸方向一方側端部が前記第２の軸受の位置で前記モータ回転軸の内側に嵌合固定され、軸方向他方側端部が前記減速部内で前記第３の軸受によって回転自在に支持される減速機入力軸とを含む、モータ駆動装置。
【請求項２】
前記第２の軸受の位置より前記減速部側において、前記モータ回転軸の内径面と前記減速機入力軸の外径面との間には、径方向隙間が形成されている、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記第１〜第３の軸受は、玉軸受である、請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記第１〜第３の軸受は、軌道面にクラウニング加工を施した円筒ころを有する円筒ころ軸受である、請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記モータ側回転部材は、偏心部を有し、
前記減速部は、
前記偏心部を挿通する貫通孔を有し、前記モータ側回転部材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公転部材と、
前記公転部材の外周部に係合して前記公転部材の自転運動を生じさせる外周係合部材と、
前記出力側回転部材に設けられた内ピン、および前記公転部材に形成され、前記内ピンの外径より所定分だけ径が大きく前記内ピンを受入れる穴を有し、前記公転部材の自転運動を前記モータ側回転部材の回転軸心を中心とする回転運動に変換して前記出力側回転部材に伝達する運動変換機構とを含む、請求項１〜４のいずれかに記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のモータ駆動装置と、
前記出力側回転部材としての車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブとを備える、インホイールモータ駆動装置。
【請求項１】
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して出力側回転部材に伝達する減速部と、
前記モータ側回転部材を回転自在に支持する第１〜第３の軸受とを備え、
前記モータ側回転部材は、
前記モータ部内で前記第１および第２の軸受によって回転自在に支持される中空のモータ回転軸と、
軸方向一方側端部が前記第２の軸受の位置で前記モータ回転軸の内側に嵌合固定され、軸方向他方側端部が前記減速部内で前記第３の軸受によって回転自在に支持される減速機入力軸とを含む、モータ駆動装置。
【請求項２】
前記第２の軸受の位置より前記減速部側において、前記モータ回転軸の内径面と前記減速機入力軸の外径面との間には、径方向隙間が形成されている、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記第１〜第３の軸受は、玉軸受である、請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記第１〜第３の軸受は、軌道面にクラウニング加工を施した円筒ころを有する円筒ころ軸受である、請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記モータ側回転部材は、偏心部を有し、
前記減速部は、
前記偏心部を挿通する貫通孔を有し、前記モータ側回転部材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公転部材と、
前記公転部材の外周部に係合して前記公転部材の自転運動を生じさせる外周係合部材と、
前記出力側回転部材に設けられた内ピン、および前記公転部材に形成され、前記内ピンの外径より所定分だけ径が大きく前記内ピンを受入れる穴を有し、前記公転部材の自転運動を前記モータ側回転部材の回転軸心を中心とする回転運動に変換して前記出力側回転部材に伝達する運動変換機構とを含む、請求項１〜４のいずれかに記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のモータ駆動装置と、
前記出力側回転部材としての車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブとを備える、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２００９−２６２６１６（Ｐ２００９−２６２６１６Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１１３３４（Ｐ２００８−１１１３３４）
【出願日】平成２０年４月２２日（２００８．４．２２）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【出願人】（０００００２０８２）スズキ株式会社 (3,196)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２２日（２００８．４．２２）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【出願人】（０００００２０８２）スズキ株式会社 (3,196)
【Ｆターム（参考）】
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