JP2015110382A - 車輪駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で高トルクを出力可能な車輪駆動装置を提供する。
【解決手段】車輪駆動装置１は、モータ２と、モータ２の回転を減速して出力する減速機３とを備える。減速機３は、モータ２の回転軸３３と同軸上に配置される太陽歯車４１と、太陽歯車４１に噛合するとともに周方向に間隔を空けて配置される複数の遊星歯車４２と、各遊星歯車４２を該遊星歯車４２の中心周りで回転可能に支持するキャリヤ４３と、各遊星歯車４２と噛合する内歯車４４とを備える。内歯車４４の内方側端部には、径方向外側に延出された第１リム部７４が形成され、内歯車４４の外方側端部には、径方向外側に延出された第２リム部７５が形成される。そして、タイヤ５は、その内周縁部が第１及び第２リム部７４，７５によって支持されることで、内歯車４４の外周に装着される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輪駆動装置に関する。

従来、車輪を駆動する車輪駆動装置として、タイヤが装着されるホイールの内側に減速機及びモータ（インホイールモータ）を搭載したものがある。こうした車輪駆動装置では、その小型化及び高トルク化が要求されるため、減速機には小型で大きな減速比を得ることのできる遊星歯車機構等が多く用いられている。例えば特許文献１の車輪駆動装置では、内歯車がハウジング内に固定されるとともに、キャリヤがホイールと一体回転可能に連結されており、モータの回転は内歯車と外歯車との歯数差に応じて減速されてキャリヤからホイールに出力（伝達）される。

特開２０１３−１４８１９８号公報

ところで、近年、車輪駆動装置においては、より一層の小型化及び高トルク化が要求されるようになってきている。そのため、上記特許文献１のように遊星歯車機構を用いて減速機を構成してもなお、要求される水準に達しているとは言い切れず、更なる改善が求められていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、小型で高トルクを出力可能な車輪駆動装置を提供することにある。

上記課題を解決する車輪駆動装置は、モータと、前記モータの回転を減速する減速機とを備えたものにおいて、前記減速機は、前記モータの回転軸と同軸上に配置され、該モータの駆動により回転する内歯車を備え、前記内歯車の外周には、タイヤを装着するためのリム部が設けられたことを要旨とする。

上記構成によれば、内歯車の外周にタイヤが装着可能であるため、内歯車がホイールとしても機能することになる。そのため、ホイールの内周にハウジングを配置するとともに該ハウジングの内周に内歯車を設ける場合に比べ、内歯車を大径化することができる。これにより、車輪（ホイール）を大径化せずに、内歯車の歯数を増やして減速比を大きくすることができる。一方、モータ自体の出力を大きくする場合には、モータの大型化が避け難い。この点、上記構成では、モータがホイールとなる内歯車と同軸上に配置されるため、モータが大型化しても、該モータが車輪からはみ出し難くなる。したがって、装置全体の大型化を抑制しつつ、最大出力の大きな大型のモータを用いるとともに減速機の減速比を大きくすることができ、小型で高いトルクが出力可能となる。

上記車輪駆動装置において、前記減速機は、転がり軸受を介して前記内歯車を内周側から回転可能に支持する支持部材と、前記支持部材に固定され、前記転がり軸受の内輪を前記モータと反対側から押さえ付ける押さえ部材とを備え、前記内歯車の内周には、前記転がり軸受の外輪が前記モータと反対側から当接する凸部が形成され、前記内歯車は、前記押さえ部材によって前記転がり軸受を介して前記モータ側に押さえ付けられた状態で前記支持部材に対して回転可能に支持されることが好ましい。

上記構成によれば、例えばタイヤ交換等を行う際には、押さえ部材を支持部材から取り外すことで、減速機を構成する他の歯車から内歯車を取り外せるようになる。このとき、転がり軸受の外輪が内歯車の凸部に引っ掛かることで、内歯車には転がり軸受が組み付けられた状態となる。そのため、内歯車を減速機に取り付ける際には、転がり軸受の内輪を支持部材に嵌合させることで、内歯車がモータの回転軸と同軸上に配置されるように該内歯車の位置合わせを行うことができ、内歯車を容易に着脱できる。

本発明によれば、小型で高いトルクを出力できる。

車輪駆動装置の断面図。 （ａ）〜（ｃ）は車輪駆動装置に内歯車を着脱する様子を示す模式図。

以下、車輪駆動装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車輪駆動装置１は、モータ２と、モータ２の回転を減速して出力する減速機３とを備えており、減速機３を構成する内歯車４４の外周にタイヤ５を装着してなる車輪６を駆動するものである。なお、車輪駆動装置１は、モータ２が車両幅方向の内方側に配置されるとともに、減速機３が外方側に配置されるように車両（図示略）に搭載される。そのため、以下の説明では、図１におけるモータ２が配置された左側を内方側とし、減速機３が配置された右側を外方側とする。

先ず、モータの構成について説明する。
モータ２には、ブラシレスモータが採用されている。モータ２は、モータケース１１と、モータケース１１の内周に固定されたステータ１２と、ステータ１２の内周側に回転可能に配置されたロータ１３とを備えている。

詳しくは、モータケース１１は、有底円筒状のケース本体２１と、ケース本体２１の開口端に固定された円板状のカバー２２とを備えている。ケース本体２１の底部２３の中央には、軸方向に貫通した貫通孔２４が形成されている。カバー２２の中央には、外方側に凹んだ凹部２５が形成されるとともに、凹部２５の中央には、軸方向に貫通した貫通孔２６が形成されている。また、カバー２２の外周縁部には、外方側に突出する円筒状の嵌合筒部２７が形成されている。そして、カバー２２は、嵌合筒部２７がケース本体２１の筒状部２８に嵌合した状態で、ボルト２９によりケース本体２１に固定されている。なお、嵌合筒部２７と筒状部２８との間には、Ｏリング等のシール部材３０が介在されており、これら嵌合筒部２７と筒状部２８との間がシールされている。

ステータ１２は、筒状部２８の内周に固定された円環状のステータコア３１と、ステータコア３１のティースに設けられたコイル３２とを備えている。ロータ１３は、丸棒状の回転軸３３と、回転軸３３の外周に固定された円柱状のロータコア３４と、ロータコア３４の外周に固定された複数の永久磁石３５とを備えている。回転軸３３の外方側端部には、セレーション嵌合等により一体回転可能に円筒状のジョイント部材３６が連結されている。そして、回転軸３３の外方側端部は、ケース本体２１の貫通孔２４に設けられた軸受３７によりジョイント部材３６を介してモータケース１１に対して回転可能に支持されるとともに、回転軸３３の内方側端部は、カバー２２の貫通孔２６に設けられた軸受３８によりモータケース１１に対して回転可能に支持されている。

また、モータ２は、ロータ１３の回転角を検出するレゾルバ１５と、配線基板１６とを備えている。配線基板１６には、レゾルバ１５及びステータ１２のコイル３２を外部の制御装置（図示略）に接続するための各種配線が形成されている。なお、レゾルバ１５は、カバー２２の凹部２５内に収容され、配線基板１６は、モータケース１１内における凹部２５の外周側に設けられている。

次に、減速機の構成について説明する。
減速機３には、遊星歯車機構が採用されている。減速機３は、モータ２の回転軸３３と同軸上に配置される太陽歯車４１と、太陽歯車４１に噛合するとともに周方向に間隔を空けて配置される複数の遊星歯車４２と、各遊星歯車４２を該遊星歯車４２の中心周りで回転可能に支持するキャリヤ４３と、各遊星歯車４２と噛合する内歯車４４とを備えている。また、減速機３は、キャリヤ４３に固定されて内歯車４４の離脱を規制する押さえ部材４５と、内歯車４４に固定される支持リング４６と、支持リング４６に固定されて内歯車４４の内部への異物の侵入を抑制するホイールキャップ４７とを備えている。

詳しくは、キャリヤ４３は、内方側に配置された円板状の第１プレート５１と、外方側に配置された円板状の第２プレート５２と、第１プレート５１と第２プレート５２との間に周方向に間隔を空けて配置される複数の支柱５３とを備えている。

第１プレート５１の中央には、軸方向に貫通した貫通孔５４が形成されている。また、第１プレート５１の内方側端部には、径方向外側に延出された円環状のフランジ部５５が形成されるとともに、フランジ部５５の外周縁部には、内方側に延出された円筒状の収容筒部５６が形成されている。収容筒部５６内には、モータケース１１の筒状部２８が嵌合する態様で収容されており、ボルト５７によってモータ２が第１プレート５１に固定されている。なお、筒状部２８と収容筒部５６との間には、Ｏリング等のシール部材５８が介在されており、これら筒状部２８と収容筒部５６との間がシールされている。また、収容筒部５６の開口端には、径方向外側に延出された取付部５９が形成されており、車輪駆動装置１は、取付部５９がボルト等により車体（ともに図示略）に締結されることで車両に固定されるようになっている。

第２プレート５２は、図示しないボルトにより第１プレート５１に固定されている。第２プレート５２の中央には、内方側に開口する丸穴状の支持穴６１が形成されている。各支柱５３は、円柱状に形成されている。そして、各支柱５３は、太陽歯車４１を中心とする同心円上に配置されており、その内方側端部が第１プレート５１に固定され、その外方側端部が第２プレート５２に固定されている。

押さえ部材４５は、第２プレート５２よりも大きな外径を有する円板状に形成されている。そして、押さえ部材４５は、ボルト６２によって第２プレート５２の外方側の側面に該第２プレート５２と同軸上で固定されている。これにより、押さえ部材４５の外周縁部は、第２プレート５２の外周面よりも径方向外側に突出している。

太陽歯車４１は、丸棒状に形成されている。太陽歯車４１の軸方向中央部には、径方向外側に突出する複数の外歯４１ａが形成されている。なお、各外歯４１ａは、太陽歯車４１と一体で形成されていても、別体で形成されていてもよい。太陽歯車４１の内方側端部は、上記回転軸３３が連結されたジョイント部材３６に対してセレーション嵌合等により一体回転可能に連結されている。これにより、太陽歯車４１は、回転軸３３と同軸上で一体回転可能となっている。そして、太陽歯車４１は、第１プレート５１の貫通孔５４に設けられた軸受６５、及び第２プレート５２の支持穴６１に設けられた軸受６６によりキャリヤ４３に対して回転可能に支持されている。

各遊星歯車４２は、円環状に形成されている。各遊星歯車４２には、径方向外側に突出する複数の外歯４２ａが形成されている。なお、各外歯４２ａは、遊星歯車４２と一体で形成されていても、別体で形成されていてもよい。そして、各遊星歯車４２は、キャリヤ４３の支柱５３の外周に軸受６７を介して相対回転可能に支持されており、その外歯４２ａが太陽歯車４１の外歯４１ａと噛合している。

内歯車４４は、円筒状に形成されている。内歯車４４の軸方向中央部には、径方向内側に突出して遊星歯車４２の外歯４２ａと噛合する複数の内歯４４ａが形成されている。なお、各内歯４４ａは、内歯車４４と一体で形成されていても、別体で形成されていてもよい。そして、内歯車４４は、各内歯４４ａの軸方向両側に設けられた転がり軸受（ハブベアリング）７１，７２により、モータ２の回転軸３３と同軸上でキャリヤ４３に対して回転可能に支持されている。

より詳しくは、転がり軸受７１の外輪７１ａは、内歯車４４の内周に直接嵌合して各内歯４４ａの内方側端部に当接し、内輪７１ｂは、第１プレート５１の外周に嵌合してそのフランジ部５５に当接している。転がり軸受７２の外輪７２ａは、内歯車４４の内周に直接嵌合して各内歯４４ａの外方側端部に当接し、内輪７２ｂは、第２プレート５２の外周に嵌合して押さえ部材４５の外周縁部に当接している。なお、本実施形態の内輪７２ｂの内径は、第２プレート５２の外径よりも僅かに大きく設定されており、内輪７２ｂは第２プレート５２の外周に隙間嵌めされている。つまり、本実施形態では、第１プレート５１が転がり軸受７２を介して内歯車４４を内周側から回転可能に支持する支持部材に相当し、各内歯４４ａが凸部に相当する。

これにより、内歯車４４は、押さえ部材４５によって転がり軸受７２を介して外方側（モータ２と反対側）から押さえ付けられる一方、転がり軸受７１を介して第１プレート５１によって内方側（モータ２側）から支持されており、軸方向に移動して減速機３から離脱することが規制された状態で、キャリヤ４３に回転可能に支持されている。すなわち、内歯車４４は、転がり軸受７１，７２によって軸方向両側から挟み込まれることにより軸方向への移動が規制された状態で、該転がり軸受７１，７２によりキャリヤ４３に対して回転可能に支持されている。なお、内歯車４４と第１プレート５１のフランジ部５５との間には、リップシール等のシール部材７３が介在されており、これら内歯車４４と第１プレート５１との間がシールされている。

内歯車４４の内方側端部には、径方向外側に延出された第１リム部７４が形成され、内歯車４４の外方側端部には、径方向外側に延出された第２リム部７５が形成されている。第１リム部７４は、円環状に形成されるとともに、第１リム部７４の外周縁部は、内方側に膨出する断面Ｌ字状に湾曲している。第２リム部７５は、円環状に形成されるとともに、第２リム部７５の外周縁部は、外方側に膨出する断面Ｌ字状に湾曲している。そして、タイヤ５は、その内周縁部が第１及び第２リム部７４，７５のＬ字状に湾曲した部分に支持されることで、内歯車４４の外周に装着されている。つまり、本実施形態では、第１及び第２リム部７４，７５によりリム部が構成されており、内歯車４４は、ホイールとしても機能している。換言すると、本実施形態の車輪駆動装置１では、ホイールの内周に内歯４４ａが形成され、該ホイールが内歯車４４としても機能している。

また、第２リム部７５には、タイヤ５に空気を注入するためのタイヤバルブ７８が設けられている。なお、タイヤバルブ７８は、第２リム部７５から径方向内側に延出された後に外方側に折れ曲がったＬ字状に形成されている。そして、タイヤバルブ７８は、その先端部（軸方向に延びた部分）が転がり軸受７２の外輪７２ａよりも径方向内側に突出しないように第２リム部７５に設けられている。

支持リング４６は、円筒状の固定筒部８１、及び固定筒部８１の外方側端部から径方向内側に延出された円環状のリング部８２を有している。支持リング４６は、固定筒部８１が第２リム部７５の内周に嵌合した状態で、溶接等により内歯車４４に固定されている。なお、固定筒部８１と第２リム部７５との間には、コーキング剤８３が充填されており、これら固定筒部８１と第２リム部７５との間がシールされている。リング部８２の内径は、転がり軸受７２の外輪７２ａの外径よりも大きく設定されている。そして、リング部８２には、ボルト８４によって円板状のホイールキャップ４７が固定されており、内歯車４４内への異物の侵入が抑制されている。なお、リング部８２とホイールキャップ４７との間には、円環状のパッキン８５が介在されており、これらリング部８２とホイールキャップ４７との間がシールされている。また、タイヤバルブ７８の先端は、支持リング４６及びホイールキャップ４７に形成された図示しない開口から外部に露出しており、タイヤバルブ７８と支持リング４６との間は、Ｏリング等のシール部材８６によりシールされている。

このように構成された車輪駆動装置１では、モータ２の駆動により回転軸３３から太陽歯車４１に回転が入力されると、各遊星歯車４２が支柱５３周りに自転することで、内歯車４４に回転が伝達される。これにより、車輪６は、太陽歯車４１に入力された回転を外歯４１ａと内歯４４ａとの歯数比に応じて減速した回転数で駆動される。

次に、内歯車の着脱について説明する。
タイヤ交換等を行うために内歯車４４を取り外す際には、図２（ａ）に示すように、先ずボルト８４を外してホイールキャップ４７を取り外す。続いて、図２（ｂ）に示すように、ボルト６２を外して押さえ部材４５を取り外す。そして、図２（ｃ）に示すように、内歯車４４を減速機３（各遊星歯車４２）から取り外す。このとき、転がり軸受７２の外輪７２ａが内歯車４４の各内歯４４ａに引っ掛かることで、内歯車４４には転がり軸受７２が組み付けられた状態となる。

一方、内歯車４４を取り付ける際には、図２（ｃ）に示す状態の減速機３に対して、先ず転がり軸受７２の内輪７２ｂを第２プレート５２に嵌合させる。これにより、内歯車４４がモータ２の回転軸３３と同軸上に位置合わせされるため、各内歯４４ａと各外歯４２ａとの周方向位置を合わせるのみで内歯車４４と各遊星歯車４２とを噛合させることが可能になる。そして、内歯車４４を各遊星歯車４２に噛合させた後に、押さえ部材４５をキャリヤ４３に固定し、ホイールキャップ４７を支持リング４６に固定することで、内歯車４４の取り付けが完了する。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）内歯車４４の外周には、タイヤ５を装着するための第１及び第２リム部７４，７５を形成し、内歯車４４がホイールとしても機能するようにしたため、ホイールの内周にハウジングを配置するとともに該ハウジングの内周に内歯車を設ける場合に比べ、内歯車４４を大径化することができる。これにより、車輪６を大径化せずに、内歯車４４の歯数を増やして減速比を大きくすることができる。一方、モータ自体の出力を大きくする場合には、モータ２の大型化が避け難い。この点、本実施形態では、モータ２を内歯車４４と同軸上に配置するため、モータ２を大型化しても、該モータ２が内歯車４４（車輪６）からはみ出し難くなる。したがって、車輪駆動装置１全体の大型化を抑制しつつ、最大出力の大きな大型のモータ２を用いるとともに減速機３の減速比を大きくすることができ、小型で高いトルクが出力可能となる。

（２）内歯車４４を減速機３から取り外したときに転がり軸受７２が組み付けられた状態となるようにした。そのため、内歯車４４を減速機３に取り付ける際には、転がり軸受７２の内輪７２ｂをキャリヤ４３の第２プレート５２に嵌合させることで、内歯車４４がモータ２の回転軸３３と同軸上に配置されるように位置合わせを行うことができ、内歯車４４を容易に着脱できる。

（３）内歯車４４をその内周に直接嵌合された転がり軸受７１，７２により回転可能に支持したため、転がり軸受７１，７２を大径化でき、例えば車輪６の支持剛性を向上させることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、内歯車４４の内周に転がり軸受７１，７２を直接嵌合させたが、これに限らず、内歯車４４と転がり軸受７１，７２との間に環状のスペーサ等を設け、転がり軸受７１，７２がスペーサを介して内歯車４４を支持するようにしてもよい。

・上記実施形態では、転がり軸受７２の外輪７２ａが内歯４４ａに当接するようにしたが、これに限らず、内歯車４４の内周に外輪７２ａが当接する凸部を内歯４４ａとは別に形成してもよい。

・上記実施形態において、減速機３を、例えば偏心揺動型（ハイポサイクロイド型）の遊星歯車機構や波動歯車機構等、内歯車を有する他の歯車機構を用いて構成してもよい。
次に、上記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。

（イ）前記内歯車は、その内周に直接嵌合された転がり軸受により回転可能に支持されたことを特徴とする車輪駆動装置。上記構成によれば、ホイールとなる内歯車を支持する転がり軸受を大径化できるため、例えば車輪の支持剛性を向上させることができる。

１…車輪駆動装置、２…モータ、３…減速機、５…タイヤ、６…車輪、２９，５７，６２，８４…ボルト、３３…回転軸、４１…太陽歯車、４１ａ，４２ａ…外歯、４２…遊星歯車、４３…キャリヤ、４４…内歯車、４４ａ…内歯（凸部）、４５…押さえ部材、４６…支持リング、４７…ホイールキャップ、５２…第２プレート（支持部材）、７１，７２…転がり軸受、７１ａ，７２ａ…外輪、７１ｂ，７２ｂ…内輪、７４…第１リム部（リム部）、７５…第２リム部（リム部）。

Claims (2)

1. モータと、
   前記モータの回転を減速する減速機とを備えた車輪駆動装置において、
   前記減速機は、前記モータの回転軸と同軸上に配置され、該モータの駆動により回転する内歯車を備え、
   前記内歯車の外周には、タイヤを装着するためのリム部が設けられたことを特徴とする車輪駆動装置。
2. 請求項１に記載の車輪駆動装置において、
   前記減速機は、
   転がり軸受を介して前記内歯車を内周側から回転可能に支持する支持部材と、
   前記支持部材に固定され、前記転がり軸受の内輪を前記モータと反対側から押さえ付ける押さえ部材とを備え、
   前記内歯車の内周には、前記転がり軸受の外輪が前記モータと反対側から当接する凸部が形成され、
   前記内歯車は、前記押さえ部材によって前記転がり軸受を介して前記モータ側に押さえ付けられた状態で前記支持部材に対して回転可能に支持されたことを特徴とする車輪駆動装置。