JP4918051B2 - モータ駆動装置およびインホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータと減速機とを同軸上に配置したモータ駆動装置、特に車輪ハブを接続したインホイールモータ駆動装置に関するものである。

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。

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。

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。
特開２００６−２５８２８９号公報

上記構成のインホイールモータ駆動装置１０１において、減速部１０５の内部には潤滑油が封入されており、曲線板１０７ａ，１０７ｂと外ピン１０８および内ピン１０９との接触部分や転がり軸受１１１の軌道面等に供給される。

この潤滑油は、モータ側回転部材１０６や曲線板１０７ａ，１０７ｂの回転に伴う遠心力によって径方向外側に移動する。したがって、曲線板１０７ａ，１０７ｂや内ピン１０９の周辺には、常に新しい潤滑油が供給される。一方、最も外側に位置する外ピン１０８の周辺では潤滑油が滞留しやすく、温度上昇を招きやすい。これは、インホイールモータ駆動装置１０１の耐久性を低下させる原因となり得る。

そこで、この発明の目的は、減速部全域で潤滑油の流動性を向上させることにより、耐久性に優れ、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。

この発明に係るモータ駆動装置は、偏心部を有する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、モータ部および減速部を保持するケーシングとを備える。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複数の外周係合部材と、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出力側回転部材に伝達する運動変換機構と、複数の外周係合部材の軸方向両端部をケーシングに対して回転自在に支持する複数の転がり軸受と、複数の転がり軸受と軸方向に対面する位置に、複数の転がり軸受の軸受内部空間を連通する一対の潤滑油溝とを含む。

上記構成とすることにより、潤滑油が潤滑油溝を経由して外周係合部材を支持する転がり軸受の間をスムーズに移動することができる。その結果、外周係合部材周辺での潤滑油の流動性が向上し、耐久性に優れ、信頼性の高いモータ駆動装置を得ることができる。

一実施形態として、ケーシングは、ケーシングの内径面に嵌合固定される円筒部、円筒部の軸方向両端部から径方向内側に延びる一対のリング部、および一対のリング部の互いに対面する位置に、モータ側回転部材の回転軸心と平行に延びて、転がり軸受を受け入れる一対の外周係合部材保持孔を有する外周係合部材保持部と、外周係合部材保持部の軸方向両側に外周係合部材保持孔の少なくとも一部を閉鎖するように配置される一対のサイドプレートとを有する。そして、潤滑油溝は、サイドプレートの外周係合部材保持孔に対面する壁面に設けられている。

好ましくは、外周係合部材保持部は、円筒部を軸方向に貫通して一対の潤滑油溝を連通する連通孔をさらに有する。これにより、潤滑油の流動性がさらに向上する。

好ましくは、モータ側回転部材の内部に設けられる潤滑油路と、潤滑油路からモータ側回転部材の外径面に向かって延びる潤滑油供給口と、ケーシングに設けられ、減速部から潤滑油を排出する潤滑油排出口と、潤滑油排出口と潤滑油路とを接続し、潤滑油排出口から排出された潤滑油を潤滑油路に還流する循環油路と、循環油路から分岐して、潤滑油溝に潤滑油を供給する分岐油路とを含む減速部潤滑機構をさらに備える。上記構成のように、潤滑油を循環させる油路を設けることにより、減速部の全域に安定して潤滑油を供給することができると共に、攪拌抵抗の上昇を防止することができる。

さらに好ましくは、ケーシング内に配置され、出力側回転部材の回転を利用して潤滑油を循環させる回転ポンプをさらに備える。回転ポンプによって強制的に潤滑油を循環させることにより、減速部の全域にさらに安定して潤滑油を供給することができる。

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。

この発明によれば、外周係合部材を支持する複数の軸受を接続する潤滑油溝を設けることにより、潤滑油の流動性が向上する。その結果、潤滑油の滞留に伴う温度上昇を抑制することができるので、耐久性に優れ、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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および図５は外ピン保持部４５を示す図、図６および図７はサイドプレート４９を示す図、図８は回転ポンプ５１を軸方向から見た図である。

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。

モータ部Ａは、ケーシング２２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回転部材２５とを備えるラジアルギャップモータである。ロータ２４は、フランジ形状のロータ部２４ａと円筒形状の中空部２４ｂとを有し、転がり軸受３６ａ，３６ｂ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。

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、減速部Ｂ内に偏心部２５ａ，２５ｂを有する。このモータ側回転部材２５は、一端がロータ２４と嵌合すると共に、減速部Ｂ内で転がり軸受３６ｃによって支持される。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。

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。

出力側回転部材としての車輪側回転部材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。軸部２８ｂは中空構造であり、その外径面には、車輪ハブ軸受３３の第１内側軌道面３３ｃが形成されている。

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。

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とを備える円筒ころ軸受である。

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。

なお、外ピン２７は、ケーシング２２に直接保持されているわけではなく、ケーシング２２の内径面に嵌合固定されている外周係合部材保持部（外ピン保持部）４５に保持されている。図４および図５を参照して、外ピン保持部４５は、円筒部４６と、円筒部４６の軸方向両端部から径方向内側に延びる一対のリング部４７，４８とを備える。

円筒部４６には、軸方向に貫通して潤滑油溝４９ａ，５０ａを連通する連通孔４６ａが設けられている。また、円筒部４６の円周上の少なくとも一箇所には、曲線板２６ａ，２６ｂを挿入するために径方向に貫通する曲線板挿入孔４６ｂが形成されている。これにより、曲線板２６ａ，２６ｂを外ピン保持部４５の径方向から組み込むことが可能になる。

リング部４７，４８には、それぞれ厚み方向に貫通する複数の貫通孔４７ａ，４８ａが設けられている。そして、外ピン２７は、貫通孔４７ａ，４８ａに固定された針状ころ軸受２７ａによって回転自在に支持されている。このように、外ピン２７を外ピン保持部４５に回転自在とすることにより、曲線板２６ａ，２６ｂとの係合による接触抵抗を低減することができる。

なお、貫通孔４７ａ，４８ａは、それぞれモータ側回転部材２５の回転軸心と平行な方向に延びている。また、対応する貫通孔４７ａ，４８ａは互いに対面する位置に設けられている。つまり、貫通孔４７ａ，４８ａの中心軸線ｌは一致する。また、外ピン保持部４５をケーシング２２に取り付けると、この中心軸線ｌは、モータ側回転部材２５の回転軸心と平行になる。これにより、外ピン２７をモータ側回転部材２５の回転軸心と平行に保持することができる。なお、貫通孔４７ａ，４８ａは同時に形成することができるので、中心軸線ｌを一致させるのは比較的簡単である。

外ピン保持部４５の軸方向両端部には、複数の針状ころ軸受２７ａの軸受内部空間（「外輪と外ピン２７とで区画された領域」を指す）を連通する潤滑油溝４９ａ，５０ａが設けられている。これにより、外ピン２７を保持する複数の針状ころ軸受２７ａの間で潤滑油の流動性が向上する。その結果、潤滑油の滞留に伴う温度上昇を抑制することができる。

具体的には、外ピン保持部４５の軸方向両側に貫通孔４７ａ，４８ａの少なくとも一部を閉鎖する一対のサイドプレート４９，５０が配置されている。図６および図７を参照して、サイドプレート４９は、リング形状の部材であって、その厚み方向一方側端面に潤滑油溝４９ａとして機能する環状溝が設けられている。一方、サイドプレート５０は、サイドプレート４９より外径寸法の小さいリング形状の部材である。このサイドプレート５０は、貫通孔４８ａの一部のみを閉鎖するように配置され、その径方向外側の領域に潤滑油溝５０ａが形成される。

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。

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Ｌ_１、曲線板２６ａ、転がり軸受４１、および偏心部２５ａの質量の和をｍ_１、曲線板２６ａの重心の回転軸心からの偏心量をε_１とし、中心点Ｇとカウンタウェイト２９との距離をＬ_２、カウンタウェイト２９の質量をｍ_２、カウンタウェイト２９の重心の回転軸心からの偏心量をε_２とすると、Ｌ_１×ｍ_１×ε_１＝Ｌ_２×ｍ_２×ε_２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。

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。

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。スタビライザ３１ｂは、曲線板２６ａ，２６ｂから一部の内ピン３１に負荷された荷重を全ての内ピン３１に均一に分配する。

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。

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２２ｃと、分岐油路２２ｆとを備える。

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。

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２２ｃ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２２ｃを経由して潤滑油路２５ｃに還流する。さらに、分岐油路２２ｆは、循環油路２２ｃから分岐して循環油路２２ｃと潤滑油溝５０ａとを接続する。

ここで、潤滑油排出口２２ｂと循環油路２２ｃ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。

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。

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。

インナーロータ５２は、回転中心ｃ_１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ｃ_１と異なる回転中心ｃ_２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。

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ｃ_１，ｃ_２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から循環流路２２ｃに圧送される。

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。

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。

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。

さらに、減速部潤滑機構は、循環油路２２ｃ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である。なお、この冷却水路２２ｅは、潤滑油のみならず、モータ部Ａの冷却にも寄与する。

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４２ｂから減速部Ｂに流出する。

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。

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２２ｃに圧送される。そして、回転ポンプ５１から排出された潤滑油は、循環油路２２ｃを経由して潤滑油路２５ｃに還流する。

このとき、循環油路２２ｃを通過する潤滑油の一部が、分岐油路２２ｆを通って潤滑油溝５０ａに供給され、その一部がさらに連通孔４６ａを通って潤滑油溝４９ａに供給される。そして、潤滑油溝５０ａに流れ込んだ潤滑油は外ピン２７の一方側端部（図１中の右側）を支持する複数の針状ころ軸受２７ａを、潤滑油溝４９ａに流れ込んだ潤滑油は外ピン２７の他方側端部（図１中の左側）を支持する複数の針状ころ軸受２７ａをそれぞれ潤滑する。

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。

さらに、循環油路２２ｃ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、モータ部Ａ、転がり軸受３６ｂを通って減速部Ｂに到達する。この経路を流れる潤滑油は、転がり軸受３６ａ，３６ｂ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。

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。

また、分岐油路２２ｆから潤滑油の滞留しやすい針状ころ軸受２７ａの周辺に積極的に潤滑油を供給することにより、潤滑油の流動性がさらに向上する。その結果、潤滑油の滞留に伴う温度上昇をさらに有効に抑制することができる。

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、中空部３２ａの開口部分には、インホイールモータ駆動装置２１の内部への塵埃の混入等を防止するために密封部材３２ｄが設けられている。

車輪ハブ軸受３３は、転動体としての玉３３ｅを採用する複列のアンギュラ玉軸受である。玉３３ｅの軌道面としては、第１外側軌道面３３ａ（図中右側）および第２外側軌道面３３ｂ（図中左側）とが外方部材２２ａの内径面に設けられており、第１外側軌道面３３ａに対向する第１内側軌道面３３ｃが車輪側回転部材２８の外径面に、第２外側軌道面３３ｂに対向する第２内側軌道面３３ｄが車輪ハブ３２の外径面にそれぞれ設けられている。そして、玉３３ｅは、第１外側軌道面３３ａと第１内側軌道面３３ｃとの間、および第２外側軌道面３３ｂと第２内側軌道面３３ｄとの間にそれぞれ複数個配置される。また、車輪ハブ軸受３３は、左右の列の玉３３ｅそれぞれを保持する保持器３３ｆと、軸受内部に封入されたグリース等の潤滑剤の漏洩や、外部からの塵埃の混入を防止する密封部材３３ｇとを含む。

車輪ハブ３２と車輪側回転部材２８とは、拡径加締めによって固定される。「拡径加締め」とは、インホイールモータ駆動装置２１を固定した状態で、車輪側回転部材２８の軸部２８ｂの内径より僅かに大きい外径を有する加締め冶具（図示省略）を軸部２８ｂの内径部に圧入することにより、塑性結合部４０で車輪側回転部材２８と車輪ハブ３２とを塑性結合させる。上記方法で車輪側回転部材２８と車輪ハブ３２とを固定連結することにより、嵌め合いで固定する場合と比較して、結合強度を大幅に高めることができる。これにより、車輪ハブ３２を安定して保持することが可能となる。

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。

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。このとき、コイルに高周波数の電圧を印加する程、ロータ２４は高速回転する。

これにより、ロータ２４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。

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。

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。

なお、上記構成の減速部Ｂの減速比は、外ピン２７の数をＺ_Ａ、曲線板２６ａ，２６ｂの波形の数をＺ_Ｂとすると、（Ｚ_Ａ−Ｚ_Ｂ）／Ｚ_Ｂで算出される。図２に示す実施形態では、Ｚ_Ａ＝１２、Ｚ_Ｂ＝１１であるので、減速比は１／１１と、非常に大きな減速比を得ることができる。

このように、多段構成とすることなく大きな減速比を得ることができる減速部Ｂを採用することにより、コンパクトで高減速比のインホイールモータ駆動装置２１を得ることができる。また、外ピン２７および内ピン３１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。

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。

なお、上記の実施形態においては、ケーシング２２の内部に循環油路２２ｃを設けた例を示したが、これに限ることなく、例えば、インホイールモータ駆動装置２１の外側に循環油路を設けてもよい。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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２４をロックするパーキングブレーキであってもよい。

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。

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。

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。

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。

また、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。

さらに、上記構成のインホイールモータ駆動装置２１から車輪ハブ軸受部Ｃを取り外したモータ駆動装置として他の用途に使用することもできる、例えば、鉄道車両の車輪を駆動するモータ駆動装置として使用すること等が考えられる。

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。

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１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。 図１の偏心部周辺の拡大図である。 図１の外周係合部材保持部を示す図である。 図４のＶ−Ｖにおける断面図である。 図１のサイドプレートの正面図である。 図６に示すサイドプレートの断面図である。 図１の回転ポンプを軸方向から見た図である。 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９の電気自動車の後方断面図である。 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

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、２２ｃ 循環油路、２２ｄ 潤滑油貯留部、２２ｅ 冷却水路、２２ｆ 分岐油路、２３ ステータ、２４ ロータ、２４ａ ロータ部、２８ａ，３２ｂ フランジ部、２４ｂ，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，３１ｅ 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，３３ｇ 密封部材、３３ 車輪ハブ軸受、４０ 塑性結合部、３３ａ，３３ｂ，４３ 外側軌道面、３３ｃ，３３ｄ，４２ａ 内側軌道面、４２ｂ 開口部、３３ｅ 玉、３３ｆ 保持器、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，４１，１１１ 転がり軸受、４２ 内輪部材、４４ 円筒ころ、４５ 外ピン保持部、４６ 円筒部、４６ａ 連通孔、４６ｂ 曲線板挿入孔、４７，４８ リング部、４７ａ，４８ａ 貫通孔、４９，５０ サイドプレート、４９ａ，５０ａ 潤滑油溝、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。

Claims (6)

1. 偏心部を有する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、
   前記モータ部および前記減速部を保持するケーシングとを備え、
   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、
   前記ケーシングに固定され、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複数の外周係合部材と、
   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、
   前記複数の外周係合部材の軸方向両端部を前記ケーシングに対して回転自在に支持する複数の転がり軸受と、
   前記複数の転がり軸受と軸方向に対面する位置に、前記複数の転がり軸受の軸受内部空間を連通する一対の潤滑油溝とを含む、モータ駆動装置。
2. 前記ケーシングは、
   前記ケーシングの内径面に嵌合固定される円筒部、前記円筒部の軸方向両端部から径方向内側に延びる一対のリング部、および前記一対のリング部の互いに対面する位置に、前記モータ側回転部材の回転軸心と平行に延びて、前記転がり軸受を受け入れる一対の外周係合部材保持孔を有する外周係合部材保持部と、
   前記外周係合部材保持部の軸方向両側に前記外周係合部材保持孔の少なくとも一部を閉鎖するように配置される一対のサイドプレートとを有し、
   前記潤滑油溝は、前記サイドプレートの前記外周係合部材保持孔に対面する壁面に設けられている、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記外周係合部材保持部は、前記円筒部を軸方向に貫通して前記一対の潤滑油溝を連通する連通孔をさらに有する、請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記モータ側回転部材の内部に設けられる潤滑油路と、
   前記潤滑油路から前記モータ側回転部材の外径面に向かって延びる潤滑油供給口と、
   前記ケーシングに設けられ、前記減速部から潤滑油を排出する潤滑油排出口と、
   前記潤滑油排出口と前記潤滑油路とを接続し、前記潤滑油排出口から排出された潤滑油を前記潤滑油路に還流する循環油路と、
   前記循環油路から分岐して、前記潤滑油溝に潤滑油を供給する分岐油路とを含む減速部潤滑機構をさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載のモータ駆動装置。
5. 前記ケーシング内に配置され、前記出力側回転部材の回転を利用して潤滑油を循環させる回転ポンプをさらに備える、請求項４に記載のモータ駆動装置。
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。
   

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