JP2011135722A - Electrolytic-corrosion preventing unit for wheel driving device, and wheel driving device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車輪を駆動する装置における転がり軸受部の電食を防止するためのユニットであって、特に、インナーロータ型のモータを駆動源とする車輪駆動装置における転がり軸受部の電食を防止するためのユニット及びそれを用いたインナーロータ型のモータを備える車輪駆動装置に関するものである。 The present invention is a unit for preventing electric corrosion of a rolling bearing portion in a device for driving a wheel, and particularly for preventing electric corrosion of a rolling bearing portion in a wheel driving device using an inner rotor type motor as a drive source. The present invention relates to a wheel drive device including a unit for carrying out and an inner rotor type motor using the unit.
近年、車輪の内側若しくは近傍に駆動源としての電動モータを配置して車輪を駆動するタイプの車両の実用化が進みつつある。このような駆動用モータは一般にインホイールモータと呼ばれている。一般的なインホイールモータの構造の一例が特許文献1に開示されている。その構造は、モータ筐体にステータ(固定子)が固定され、ステータの内径側に半径方向に隙間をあけてロータ(回転子)が配置されており、いわゆるインナーロータ型モータとなっている。また、インホイールモータの駆動方式としては、モータの性能や制御性能を考慮し、インバータによって駆動するブラシレスDCモータが多く利用されている。 In recent years, vehicles of a type in which an electric motor as a drive source is disposed inside or in the vicinity of a wheel to drive the wheel are being put into practical use. Such a drive motor is generally called an in-wheel motor. An example of the structure of a general in-wheel motor is disclosed in Patent Document 1. In this structure, a stator (stator) is fixed to a motor housing, and a rotor (rotor) is disposed on the inner diameter side of the stator with a gap in the radial direction, which is a so-called inner rotor type motor. As a driving method for the in-wheel motor, a brushless DC motor driven by an inverter is often used in consideration of motor performance and control performance.
インバータによって駆動する方式では、ステータとロータの間の寄生容量等によってステータとロータ間に電位差が生じる。この電位差により、いわゆる軸電圧・軸電流が発生し、この軸電流がロータを支持している転がり軸受を通過すると、転がり軸受に損傷を与える場合がある。すなわち、一般的に「電食」と呼ばれる現象が生じる。具体的には、転がり軸受の外輪・内輪の転走面と転動体の接触部に局部的に電流が流れ、軌道面もしくは転動面が融解等して凹凸を生じ、これにより軸受の転走面や転動体表面が荒れてしまうので、騒音や振動の原因となるばかりでなく、過度の電食が発生すると軸受の寿命にも影響がある。 In the system driven by an inverter, a potential difference is generated between the stator and the rotor due to parasitic capacitance between the stator and the rotor. Due to this potential difference, so-called shaft voltage / shaft current is generated, and when this shaft current passes through the rolling bearing supporting the rotor, the rolling bearing may be damaged. That is, a phenomenon generally called “electric corrosion” occurs. Specifically, a current flows locally at the contact surface between the rolling surface of the outer and inner rings of the rolling bearing and the rolling element, and the raceway surface or rolling surface is melted to create irregularities, which causes the rolling of the bearing. Since the surface and the rolling element surface are roughened, it not only causes noise and vibration, but also excessive galvanic corrosion affects the bearing life.
転がり軸受部の電食を防止する目的の先行技術としては、特許文献2等に開示されている技術がある。これらは、軸受の外輪、内輪、転動体のいずれかを絶縁体で形成して軸受を絶縁する方法を開示している。 As a prior art for the purpose of preventing electric corrosion of the rolling bearing portion, there is a technology disclosed in Patent Document 2 and the like. These disclose a method of insulating a bearing by forming an outer ring, an inner ring, or a rolling element of the bearing with an insulator.
しかし、転がり軸受の構成要素である外輪、内輪、転動体に適用できる絶縁体、絶縁材料として、現実的に使用できる材料は樹脂もしくはセラミックに限定されてしまう。樹脂では転がり軸受に基本的に求められる強度が、金属材料によるものに比べて劣ってしまう。またセラミックは高価であるという問題がある。 However, the material that can be practically used as the insulator and insulating material that can be applied to the outer ring, inner ring, and rolling element, which are components of the rolling bearing, is limited to resin or ceramic. With resin, the strength required for a rolling bearing is inferior to that of a metal material. In addition, there is a problem that ceramic is expensive.
そこで、本発明は、転がり軸受には特段の変更が必要なく通常のものが使用される態様においても、軸電圧・軸電流による転がり軸受の電食の発生を簡便な手段で効果的に防止できる車輪駆動装置の電食防止ユニットを提供することを課題とする。併せて、当該電食防止ユニットを備え転がり軸受の電食の発生が防止された車輪駆動装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can effectively prevent the occurrence of electrolytic corrosion of the rolling bearing due to the shaft voltage / shaft current even in an aspect where a rolling bearing does not require any particular change and is used normally. It is an object of the present invention to provide an electrolytic corrosion prevention unit for a wheel drive device. In addition, an object of the present invention is to provide a wheel drive device that includes the electrolytic corrosion prevention unit and prevents the occurrence of electrolytic corrosion of a rolling bearing.
本発明の第一の発明は、車輪駆動装置用電食防止ユニットであり、モータのロータと電気的に導通させるための接触体であって、その先端部の少なくとも一部が、円形の断面形状を有する円錐面もしくは球面であるものと、接触体をロータ側へ押圧するための弾性体と、接触体と弾性体とを収容する収納部であって、モータ筐体に設けられ、モータ筐体を介してステータと電気的に導通しているものと、一方がロータ軸端に固定し、他方が接触体先端部と接触可能な中空円筒状端部を有する導電部材と、を備え、接触体と弾性体と収納部が導電性の材料で作られていることを特徴とするものである。これにより、接触体と弾性体とは、収納体に収容されるユニット化した構造となっているので、ユニット全体としての取り付け・交換を容易に行うことができる。さらに、ロータ回転の際、導電部材の端部と接触体先端部とは、リング状に線接触することができ、ロータ回転による接触体の磨耗が発生しても長時間に安定な接触状態を維持することができる。 A first aspect of the present invention is an electric corrosion prevention unit for a wheel drive device, which is a contact body for electrically conducting with a rotor of a motor, and at least a part of a tip portion thereof has a circular cross-sectional shape. A conical surface or a spherical surface, an elastic body for pressing the contact body toward the rotor, and a storage section for housing the contact body and the elastic body, the motor housing being provided in the motor housing And a conductive member having a hollow cylindrical end that is fixed to the rotor shaft end and that can be brought into contact with the tip of the contact body. The elastic body and the storage portion are made of a conductive material. Thereby, since the contact body and the elastic body have a unitized structure accommodated in the storage body, the attachment and exchange as the whole unit can be easily performed. Furthermore, when the rotor rotates, the end of the conductive member and the tip of the contact body can be in line contact with each other in a ring shape, and a stable contact state can be obtained for a long time even if the contact body wears due to rotor rotation. Can be maintained.
本発明の導電部材は、その内径が、接触体先端部の外径の最も大きい部分より小さいことが好ましい。これにより、ロータ回転中、導電部材の被接触部と接触体の柱状外径面とは接触しまうことを防止でき、接触体の先端部との接触状態を確保することができる。 The conductive member of the present invention preferably has an inner diameter smaller than a portion having the largest outer diameter of the contact body tip. Thereby, it can prevent that the to-be-contacted part of an electrically-conductive member and the columnar outer diameter surface of a contact body contact during a rotor rotation, and can ensure the contact state with the front-end | tip part of a contact body.
また、導電部材の外径面には、接触体の磨耗屑を排出可能な開口部を備えることが好ましい。これにより、接触体の磨耗粉や磨耗破片のような磨耗屑は、接触体と導電部材の相対運動による遠心力で常に開口部から排出でき、磨耗屑の付着又は滞留による接触不良の発生を抑制できる。 Moreover, it is preferable to provide the opening part which can discharge | emit the abrasion waste of a contact body in the outer-diameter surface of an electrically-conductive member. As a result, wear debris such as contact powder and wear debris can always be discharged from the opening by centrifugal force due to the relative movement of the contact body and the conductive member, and the occurrence of poor contact due to the attachment or retention of wear debris is suppressed. it can.
本発明の第二の発明は、前記第一の発明の電食防止ユニットを備える車輪駆動装置である。すなわち、第二の発明に係る車輪駆動装置は第一の発明の電食防止ユニットを備え、電食防止ユニットの一方が導電部材によりモータのロータと電気的に導通し、他方が収納体によりモータのステータと電気的に導通することを特徴とする車輪駆動装置である。 2nd invention of this invention is a wheel drive device provided with the electrolytic corrosion prevention unit of said 1st invention. That is, the wheel drive device according to the second invention includes the electrolytic corrosion prevention unit of the first invention, one of the electrolytic corrosion prevention units is electrically connected to the rotor of the motor by the conductive member, and the other is the motor by the housing. The wheel drive device is electrically connected to the stator of the wheel.
さらに、本発明の車輪駆動装置の構造の好ましい一例として、モータ筐体と、モータ筐体内部に固定されるステータと、ステータの内周面に設けられるロータと、ロータ30と同心に連結されており軸受で回転自在に支持されている中空シャフト40と、中空シャフト40の内径側に配置される遊星減速機50と、中空シャフトと前記減速装置のサンギアとを連結し、車輪取り付け側の反対側へ延伸している軸を有する連結部材と、を備え、電食防止ユニットは一方がロータ軸端の連結部材に固定し、他方がモータ筐体に固定することで、ロータとステータを電気的に導通する形態が挙げられる。
Furthermore, as a preferable example of the structure of the wheel drive device of the present invention, a motor housing, a stator fixed inside the motor housing, a rotor provided on the inner peripheral surface of the stator, and the
電食防止ユニットを上述のようにモータ内に配置すると、モータや減速機が配置される空間と電食防止ユニットが配置される空間を隔離することができ、電食防止ユニット交換の際、モータ全体を分解することなく、容易に交換作業を行うことができる。 When the electric corrosion prevention unit is arranged in the motor as described above, the space where the motor and the speed reducer are arranged can be separated from the space where the electric corrosion prevention unit is arranged. The replacement work can be easily performed without disassembling the whole.
本発明の第一の発明に係る電食防止ユニットによれば、ロータとステータが電食防止ユニットを介して電気的に導通することにより、車両駆動装置の回転軸を支持するころがり軸受に軸電流が流れることが抑制されるため、転がり軸受に発生する電食を防止することができる。接触体と弾性体とは、収納体に収容されるユニット化した構造となっているので、ユニット全体としての取り付け・交換を容易に行うことができる。さらに、電食防止ユニットの接触体と、導電部材とは、リング状に線接触することができ、ロータ回転による接触体の磨耗が発生しても長時間に安定な接触状態を維持することができる。本発明の第二の発明に係る車輪駆動装置によれば、電食による軸受の損傷が抑制された車輪駆動装置を得ることができる。 According to the electrolytic corrosion preventing unit of the first aspect of the present invention, the rotor and the stator are electrically connected via the electrolytic corrosion preventing unit, whereby the shaft current is applied to the rolling bearing that supports the rotating shaft of the vehicle drive device. Therefore, it is possible to prevent electrolytic corrosion generated in the rolling bearing. Since the contact body and the elastic body have a unitized structure that is housed in the housing body, the attachment and replacement of the entire unit can be easily performed. Furthermore, the contact body of the electrolytic corrosion prevention unit and the conductive member can be in line contact with each other in a ring shape, and can maintain a stable contact state for a long time even if wear of the contact body due to rotor rotation occurs. it can. With the wheel drive device according to the second aspect of the present invention, it is possible to obtain a wheel drive device in which damage to the bearing due to electrolytic corrosion is suppressed.
先ず、本発明の第一の発明に係る電食防止ユニット100の構造について、図1を参照して説明する。電食防止ユニット100は、プラグ状の収納体110と、弾性体120と、接触体130と、導電部材140により構成されている。収納体110と弾性体120と接触体130と導電部材140のいずれも導電材料で作られている。特に、接触体130は、接触する相手の接触部を傷つけないように、摺動性に優れ、ある程度の柔軟性を有するカーボンのような導電性材料で作られることが好ましい。
First, the structure of the electrolytic
弾性体120は、完全に止まり穴111に収容されるよう、伸縮しない自然長の状態では、止まり穴111の深さよりも短い。本実施形態の弾性体120は、コイルばねを利用しているが、それ以外のばね、たとえば板ばね、皿ばね等、又は導電性ゴム等の弾性部材を利用することができる。
The
接触体130は、その末端部が弾性体120に付勢されるとともに、円錐状の先端部131が止まり穴111に露出するよう挿入され、収納体110の軸方向に進退できる。接触体130の先端部131は図1に示すような円錐面となっている。また、接触体130の先端部が導電部材140と接触する部分のみ円錐状であってよい。その他、接触体130の先端部又はその一部が、縦断面円形の曲面状、たとえば球面状であってもよい。
The
収納体110は、弾性体120と接触体130を収納するものである。その外径面に、モータへ取り付けるための図示しないおねじが形成されており、その内径面の一端から止まり穴111(収納部)が形成されている。
The
接触体130と収納体110の形状についは、本実施形態では、接触体130は、円錐台状先端部を有する円柱状となっており、収納体110の内径面に形成される止まり穴111もそれに対応する円筒状となっている。
Regarding the shapes of the
さらに、止まり穴111と接触体130との径方向の間に、接触体130がなめらかに押圧方向に摺動可能な程度のわずかな隙間を設定されており、接触体130が軸を回転中心として回転可能となっている。
Further, a slight gap is set between the
その他、本実施形態の収納体110と接触体130は一体化の構造にしてもよい。この場合、収納体110と接触体130の中心軸を一致する必要がある。
In addition, the
導電部材140の一方がロータ軸端に固定する取付け部141を有し、取付け部141におねじを備えている。導電部材140の他方が、接触体130の先端部131と接触する端部142を有する。端部142は中空円筒状となっており、その内径が接触体130の外径のもっとも大きい部分より小さい。これにより、中空円筒状端部142の内径面が接触体中部の柱状外径面に当たらず、端部142と先端部131は線接触することができるので、回転中に接触体の柱状外径面が磨耗され外径が小さくなり接触不良になることを防止できる。特に限定しないが、本実施形態では、端部142の内径大きさは、接触体130の円錐面先端部131大径の75%程度に設計している。
One of the
さらに、端部142の縁部は、接触体130の円錐の開き角と同じ角度で面取りされることが好ましい。このようにすると、接触体130の磨耗を低減することができる。そのほか、導電部材140の中間部には、レゾルバロータ軸端と接触する押圧部143を配設してもよい。押圧部143があると、レゾルバロータ軸端との摩擦を増大し、ロータ回転による導電部材140の脱落を抑制できる。
Furthermore, the edge of the
そのほか、ロータ回転の際、接触体130の先端部が磨耗され、磨耗屑を生じるので、中空円筒の外径面には、磨耗屑を排出する為の孔144を設けることが好ましい。
In addition, when the rotor rotates, the tip of the
なお、本実施形態では、接触体130が弾性体120の押圧方向の一端と一体に接続されている形となっているが、接触体130と弾性体120を別体にしてもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態によれば、電食防止ユニットは、一方が導電部材によりモータ回転軸と接触し、他方が収容体によりモータ筐体に取付けられることで、モータのロータとモータ筐体を電気的に導通させ、回転軸を支持する軸受の電食を防止できる。また、接触体と弾性体とは、収納体に収容されるユニット化した構造となっているので、ユニット全体としての取り付け・交換を容易に行うことができる。 According to this embodiment, one of the electrolytic corrosion prevention units is in contact with the motor rotation shaft by the conductive member, and the other is attached to the motor casing by the container, so that the motor rotor and the motor casing are electrically connected. It is possible to prevent electrical corrosion of the bearing supporting the rotating shaft. Further, since the contact body and the elastic body have a unitized structure accommodated in the storage body, the attachment and replacement as the entire unit can be easily performed.
次に、本発明の第二の発明に係る電食防止ユニット100を備えるインホイールモータ1000について、図2、3を参照して説明する。
Next, an in-
図2に示すように、本実施形態のインホイールモータ1000は、インナーロータ型ラジアルギャップ式のものである。インホイールモータ1000は、モータ筐体部分に該当するモータケース10と、モータケース10内部に固定されるステータ20(固定子)と、ステータ20の内周面側に設けられるロータ30(回転子)と、ロータ30と同心に連結されており軸受で回転自在に支持されている中空シャフト40と、中空シャフト40の内径側に配置される遊星減速機50と、中空シャフト40と遊星減速機50のサンギア51軸とを連結する連結部材41と、を備える。
As shown in FIG. 2, the in-
まず、本実施形態における車輪駆動装置の各部品の取り付け位置、およびそれらの役割について、説明する。 First, the attachment position of each component of the wheel drive device in this embodiment and their role will be described.
モータケース10a,10b,10c3つの部分からに構成されているモータケース10は、図示しないボルトによって締結されおり、Oリングにより外界からモータ内部を密封している。
The
ロータ30は、冷しばめや焼きばめのような収縮締結方法で、中空シャフト40に取り付けられている。
The
遊星減速機50は、中空シャフト40の内径部分に配置され、ロータの回転を減速して駆動軸70を回転させる。遊星減速機50のリングギヤ52は減速機ケース15に取り付けられる。
The
ホイール側フランジ310と、モータ側フランジ320を備えるハブ軸受300は、減速機ケース15の内径部に、複数のハブボルト500により締結されている。ホイール側フランジ310は、ハブボルト340と、図示しないホイールナットにて、図示しないブレーキディスクと、図示しないホイールと締結される。また、ホイール側フランジ310と、図示しないブレーキディスクと、図示しないホイールは、複列の鋼球(転動体)を介して、インホイールモータ1000に対して回転自在に支持される。
The
中空シャフト40の回転角と回転角速度とは、レゾルバ60によって検出される。検出された中空シャフト40の回転角と回転角速度は、モータドライバで利用される。
The rotation angle and the rotation angular velocity of the
レゾルバ60は、レゾルバケース65によって、外界とモータ内部との両側から密封されている。また、レゾルバケース65には、電食防止ユニット100を取り付けるためのねじ穴が形成されており、電食防止ユニット100をモータ回転軸の軸中心に取り付ける為に、該ねじ穴の中心軸の位置は、ロータ30の回転軸と一致している。
The
オイルパン90は、インホイールモータ1000の冷却油兼潤滑油を一定量保持し、図示しないオイルの戻り流路に空気が入らないようになっている。オイルパン90には、内部の潤滑油兼冷却油を抜き取るためのドレンプラグ95が取付けられており、メインテナンスする際に、簡単にインホイールモータ1000内部の油を抜き取ることが出来る。
The
次に、電食防止ユニット100の取り付け、およびインホイールモータ1000の内部における電食防止ユニット100による電食防止構造について、図3を参照しながら説明する。
Next, the attachment of the electrolytic
電食防止ユニット100は、一方に前述した収納体110にて、レゾルバケース65bの前述のねじ穴に取り付けられており、他方に前述した導電部材140にて、連結部材41の軸端に固定されている。電食防止ユニット100の各部品は導電性材料で作られるので、電食防止ユニット100をモータ1000に取り付けると、ロータ30およびモータ筐体(レゾルバケース65とモータケース10)は電気的導通状態となり、ステータ20とロータ30が導電して等電位になるので、ロータ30を支持するアンギュラ玉軸受61に電流が流れず、アンギュラ玉軸受61の電食発生を防止することができる。
The electrolytic
また、電食防止ユニット100はその導電機能を働く為、インホイールモータ1000が回転中、接触体130の先端部131と導電部材140の端部142との接触状態を維持する必要がある。しかし、接触体130は、前述のように消耗部品なので、導電部材140と接触体130が接触の状態でモータ回転し続けると、接触体130が磨耗され、導電部材140と接触できない状態となる。そこで、本発明は、弾性体120を用いて、接触体130を導電部材140に押し付け、接触状態を長時間に維持できる。
In addition, since the electric
接触体130の磨耗がさらに進行した時は、電食防止ユニット100全体もしくは接触体130を交換することになる。電食防止ユニット100はモータ筐体部分に該当するレゾルバケース65にねじで連結されているので、容易に取り外し、交換が可能である。
When the wear of the
さらに、連結部材41の軸がレゾルバケース65を貫通する部分には、密封部材であるシールを設けている。これにより、接触体130の磨耗粉がモータや減速機の配置されている空間に侵入するのを防ぐことができる。
Further, a seal as a sealing member is provided at a portion where the shaft of the connecting
その他、本実施形態では、中空シャフト40と連結部材41と導電部材140とは、別体となっているが、上述3つの部品のいずれか二つ若しくはすべてが一体の部品となってもよい。
In addition, in this embodiment, although the
本実施形態によれば、電食防止ユニット100は、一方、接触体130が導電部材140と接触することで、ロータ30と電気的に導通し、他方、収納体110がレゾルバケース65を介してステータ20と電気的導通する。これにより、ステータ20とロータ30が導電して等電位となり、アンギュラ玉軸受61の電食発生を防止する。また、電食防止ユニット100はレゾルバケース65近傍に固定されるので、接触体を交換する際に、インホイールモータ1000から電食防止ユニットの取り外しが容易となり、接触体の交換作業が簡単である。
According to the present embodiment, the electrolytic
なお、本発明の電食防止ユニットは、本実施形態の上述モータ構造のみに用いることに限定されず、各種のインナーロータ式ブラシレスDCモータへの転用についても、本発明の権利範囲に属するものである。 The electrolytic corrosion prevention unit of the present invention is not limited to use only in the above-described motor structure of the present embodiment, and diversion to various inner rotor type brushless DC motors also belongs to the scope of the present invention. is there.
その他、本発明は上述の第1,2実施形態に限定するものではなく、本発明の技術的思想から、脱逸しない転用・改良された技術内容についても、本発明の権利範囲に属するものである。 In addition, the present invention is not limited to the first and second embodiments described above, and diverted and improved technical contents that do not escape from the technical idea of the present invention belong to the scope of the right of the present invention. is there.
本発明の車輪駆動装置用電食防止ユニットもしくは車輪駆動装置は、各種の車両、特に、電動スクーター、電気自動車、ハイブリッド自動車、四輪あるいはそれ以上の多輪駆動車両等に好適に使用できる。 The electric corrosion prevention unit for a wheel drive device or the wheel drive device of the present invention can be suitably used for various vehicles, in particular, electric scooters, electric vehicles, hybrid vehicles, four-wheel or more multi-wheel drive vehicles, and the like.
10 モータ
20 ステータ(固定子)
30 ロータ(回転子)
40 中空シャフト
41 連結部材
411 フランジ部
412 中空部
50 遊星減速機
51 サンギア
52 リングギア
61 アンギュラ玉軸受
70 駆動軸
100 電食防止ユニット
110 収納体
111 レゾルバケース取り付け部
111 止まり穴(収納部)
120 弾性体
130 接触体
131 先端部
140 導電部材
141 取り付け部
142 端部
143 押圧部
144 孔(開口部)
10
30 Rotor
40
120
Claims (4)
前記接触体をロータ側へ押圧するための弾性体と、
前記接触体と前記弾性体とを収容する収納部であって、モータ筐体に設けられ、前記モータ筐体を介してステータと電気的に導通しているものと、
一方がロータ軸端に固定し、他方が前記接触体先端部と接触可能な中空円筒状端部を有する導電部材と、を備え、
前記接触体と、前記弾性体と、前記収納部とが導電性の材料で作られていることを特徴とする車輪駆動装置用電食防止ユニット。 A contact body for electrical conduction with the rotor of the motor, at least a part of the tip of which is a conical surface or a spherical surface having a circular cross-sectional shape;
An elastic body for pressing the contact body toward the rotor;
A housing portion for housing the contact body and the elastic body, provided in a motor housing, and electrically connected to a stator via the motor housing;
A conductive member having one end fixed to the rotor shaft end and the other end having a hollow cylindrical end that can contact the contact body tip;
The electric corrosion prevention unit for a wheel drive device, wherein the contact body, the elastic body, and the storage portion are made of a conductive material.
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