JP2015116864A - インホイールモータ駆動装置とホイールとの組立て構造 - Google Patents

インホイールモータ駆動装置とホイールとの組立て構造 Download PDF

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Katsunori Sato
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Abstract

【課題】 ユニットの大型化を招くことなく、冷却が行えるインホイールモータ駆動装置とホイールとの組立て構造を提供する。
【解決手段】 車体に取り付けられるユニットハウジング11がホイール70の内側空間部分に設置され、前記ユニットハウジング11の内部に、駆動力を発生させる電動モータが収容され、前記電動モータの回転を車輪に伝達する車輪ハブを有するインホイールモータ駆動装置と、車輪ハブと連結されたホイールとからなるインホイールモータ駆動装置とホイールとの組立て構造において、前記ホイール70の内側に車輪の回転によって車幅方向内側へ向かう風を発生させる送風用ダクト75を設けることにより、ホイール70の内側に熱気が籠らず、ホイール70内に設置されるユニットハウジング11を効果的に空冷するようにした。
【選択図】 図2

Description

この発明は、冷却システムを備えるインホイールモータ駆動装置とホイールとの組立て構造に関するものである。
インホイールモータ駆動装置は、自動車のホイールの内側空間部分に設置されるものであり、車体に取り付けられるユニットハウジングの内部に駆動力を発生させる電動モータと電動モータの回転を減速して車輪ハブに伝達する減速機とを備える。
インホイールモータ駆動装置を高負荷状態又は高速回転状態で運転した場合、ユニットハウジング内部の温度の上昇により、電動モータの効率の低下や潤滑油の粘度低下に伴い内部部品が損傷するおそれがある。
このため、走行中に加熱したインホイールモータ駆動装置を効率的に冷却するシステムが必要となる。
従来、風冷によってユニットハウジングを冷却することが行われているが、車体のホイールハウス内では気流の乱れが発生するため、風冷のみで効率的にインホイールモータ駆動装置のユニットハウジングを冷却することは難しい。また、ユニットハウジング内に冷媒を通して行う冷却方法は、ユニットハウジングが大型化するという問題がある。
また、従来、ユニットハウジングに空気取り入れ口を設け、走行風を空気取り入れ口からユニットハウジング内に取り入れて、ユニットハウジングを効果的に冷却しようとする技術が特許文献1に開示されている。
特開2008−213777号公報
ところが、ユニットハウジングに空気取り入れ口を設ける特許文献1の冷却システムは、ユニットハウジングの外周面に、空気取り入れ口を別部材として取り付けるため、部品点数の増加、バネ下重量の増加、ユニットの大型化を招くデメリットがある。
そこで、この発明は、ユニットの大型化を招くことなく、効果的な冷却が行えるインホイールモータ駆動装置とホイールとの組立て構造を提供することを課題とするものである。
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ユニットハウジングがホイールの内側空間部分に設置され、前記ユニットハウジングの内部に、駆動力を発生させる電動モータが収容され、前記電動モータの回転を車輪に伝達する車輪ハブを有するインホイールモータ駆動装置と、車輪ハブと連結されたホイールとからなるインホイールモータ駆動装置とホイールとの組立て構造において、前記ホイールの内側に、車輪の回転によって車幅方向内側へ向かう風を発生させる送風用ダクトを設けたことを特徴とする。
前記送風用ダクトに設けられた吸入口と排出口のうち、排出口を吸入口よりも小さくすると、ベンチュリ効果によって排気の流速を上げて、負圧を生じさせることができるので、周囲の空気の巻き込み気流を効果的に発生させることができる。
前記ホイールの内側に、前記送風用ダクトの吸入口に向かう気流を形成するフィンを設けることが望ましい。
前記ホイールの内周面に、円形気流を発生させる翼型傾斜部を形成してもよい。
前記送風用ダクトは、ホイールのハブ部の外周から放射状に突出するスポーク部の内面に沿って設けられた溝部と、この溝部に脱着可能に嵌め合わされるカバー部とによって形成することができる。
前記カバー部は、硬質合成樹脂によって形成することができる。
以上のように、この発明によれば、インホイールモータ駆動装置が設置されるホイールの内側に、車輪の回転によって車幅方向内側へ向かう風を発生させる送風用ダクトを設けているので、ホイールの内側に熱気が籠らず、ホイール内に設置されるユニットハウジングを効果的に空冷することができる。
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。 ホイールハウス内にインホイールモータ駆動装置を設置した状態を示す概略図である。 図2の部分拡大図である。 この発明に係るインホイールモータ駆動装置に使用するホイールの一実施形態を内面側から見た斜視図である。 図4の2点鎖線で囲んだ部分の拡大図である。 図4のホイールに設けられた送風用ダクトのうちの一つの送風用ダクトのカバー部を取り外した状態を示す斜視図である。 この発明に係るインホイールモータ駆動装置に使用するホイールの他の実施形態を内面側から見た斜視図である。 図7の2点鎖線で囲んだ部分の拡大図である。 図7のホイールに設けられた送風用ダクトのうちの一つの送風用ダクトのカバー部を取り外した状態を示す斜視図である。 インホイールモータ駆動装置の実施形態を示す縦断面図である。 図10の回転ポンプを軸方向から見た図である。 図10のインホイールモータ駆動装置の減速機の拡大図である。 図10のXIII−XIII線に沿った断面図である。
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1は、図1に示すように、シャーシ2と、操舵輪としての前輪3と、駆動輪4(後輪)と、左右の駆動輪4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Aとを備える。駆動輪4は、図2に示すように、シャーシ2のホイールハウス2aの内部に収容され、懸架装置(サスペンション)5を介してシャーシ2に支持されている。インホイールモータ駆動装置Aの搭載形態としては、図1に示す後輪駆動方式の他に、前輪駆動方式でも四輪駆動方式のいずれでも構わない。
懸架装置5は、左右に伸びるサスペンションアーム5aによって駆動輪4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5bによって、駆動輪4が地面から受ける振動を吸収してシャーシ2への振動の伝達を抑制している。懸架装置5は、路面の凹凸に対する追従性を向上し、駆動輪4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1は、ホイールハウス2a内部に、左右の駆動輪4それぞれを駆動するインホイールモータ駆動装置Aを収容することによって、シャーシ2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。
インホイールモータ駆動装置Aは、図10に示すように、駆動力を発生させる電動モータ10と、電動モータ10の回転を減速して出力する減速機20と、減速機20からの出力を駆動輪4(図2参照)に伝える車輪ハブ軸受部30とを備える。
上記電動モータ10および減速機20は、ユニットハウジング11内に収容されている。ユニットハウジング11は、電動モータ10側のハウジング11aと、減速機20側のハウジング11bとからなり、ハウジング11aとハウジング11bとは、ボルト21によって軸方向に接続されている。
駆動輪4は、図2に示すように、ホイール70とタイヤ71とからなる。
ホイール70は、車輪ハブ軸受部30のフランジ部35にボルト36によって装着されるハブ部72と、このハブ部72の外周から外径方向に向かって放射状に突設された複数本のスポーク部73と、このスポーク部73の外端面に設けられた円環状のリム部74とからなり、リム部74の外周面にタイヤ71が装着されている。
ホイール70のスポーク部73の内面側には、図4〜図6に示すように、ハブ部72からリム部74に向かって延びる送風用ダクト75が設けられている。
送風用ダクト75は、図6に示すように、スポーク部73の内面に沿って設けられた溝部76と、この溝部76に脱着可能に嵌め合わされるカバー部77とによって形成され、ハブ部72側に吸入口78、リム部74側に排出口79が設けられている。
カバー部77は、硬質合成樹脂によって形成され、溝部76に嵌め合わされている。
送風用ダクト75の吸入口78と排出口79は、図2及び図3に示すように、排出口79が吸入口78よりも細く小さく形成されている。このように、排出口79が吸入口78よりも細く小さく形成すると、ベンチュリ効果によって排気の流速を上げて、負圧を生じさせることができるので、周囲の空気の巻き込み気流を効果的に発生させることができる。図2及び図3には、気流の流れを細い矢印で示している。
上記のように、ホイール70のスポーク部73の内面に沿って送風用ダクト75を設けると、車輪の回転によって空気が送風用ダクト75のハブ部72側の吸入口78からリム部74側の排出口79に向かって空気が流れて、車幅方向内側へ向かう風が発生するので、ホイール70の内側に熱気が籠らず、ホイール70内に設置されるインホイールモータ駆動装置Aのユニットハウジング11が効果的に空冷される。
図7〜図9の実施形態は、ホイール70のハブ部72の外周面にフィン80を設け、このフィン80によって送風用ダクト75の吸入口78に向かう気流を作って、空冷効果を高めた例を示している。
また、ホイール70のリム部74の内周面に翼型傾斜部を形成し、円形気流によって空冷効果を高めるようにしてもよい。
ホイール70のハブ部72と車輪ハブ軸受部30のフランジ部35との間には、図2に示すように、ブレーキロータ82を装着し、このブレーキロータ82のブレーキキャリパー83をホイール70内に設置している。この発明では、ホイール70内の気流が良好であるため、ブレーキ装置の冷却にも効果がある。
電動モータ10は、図10に示すように、例えば、ハウジング11aの内周面にステータ12を設け、このステータ12の内周に間隔をおいてロータ13を設けたラジアルギャップタイプのものを使用している。
ロータ13は、モータ軸14を中心部に有し、そのモータ軸14は減速機20の入力軸22と接続して減速機20のハウジング11b内に挿入され、軸受15によってハウジング11aに対して回転自在に支持されている。
減速機20のハウジング11bには、下部に潤滑油のオイルタンク41が設けられ、オイルタンク41内の潤滑油をオイルポンプ61によって吸い込み、電動モータ10と減速機20に潤滑油を供給し、潤滑と冷却を行っている。
潤滑油は、電動モータ10の回転により駆動されるオイルポンプ61の吐出口66からハウジング11aの内側に沿って後方に延びる給油通路43と、モータ軸14の後端部からその内部通路44と、減速機20の入力軸22の内部通路45を経て減速機20の内部に供給される。
潤滑油の帰還通路48は、減速機20のハウジング11bの底部に設けられた排出口49、オイルタンク41を経てオイルポンプ61の吸入口に至る通路により構成される。
ここで、オイルポンプ61は、図11に示すように、電動モータ10のモータ軸14によって駆動された減速機20の出力回転を利用して回転するインナーロータ62と、インナーロータ62の回転に伴って従動回転するアウターロータ63と、ポンプ室64と、帰還通路48に連通する吸入口65と、給油通路43に連通する吐出口66とを備えるサイクロイドポンプである。
インナーロータ62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62aの形状がエピサイクロイド曲線、歯溝部分62b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62は、出力軸26と一体回転する(図10参照)。
アウターロータ63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63aの形状がハイポサイクロイド曲線、歯溝部分63b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63は、ポンプケース67に回転自在に支持されている。
インナーロータ62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63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62の歯数をnとすると、アウターロータ63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62とアウターロータ63との間の空間には、複数のポンプ室64が設けられている。そして、インナーロータ62がモータ軸14の回転を利用して回転すると、アウターロータ63は従動回転する。このとき、インナーロータ62およびアウターロータ63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64の容積は連続的に変化する。これにより、吸入口65から流入した潤滑油が吐出口66から給油通路43に圧送される。
減速機20は、図12及び図13に示すように、サイクロイド式を採用している。この減速機20は、入力軸22の2箇所に設けられた偏心軸部23によって2枚の曲線板24を回転自在に支持し、その曲線板24の外周に形成された波形歯形24aを減速機20のハウジング11bの内側に配設された外ピン25に噛合し、上記入力軸22の回転により曲線板24を偏心揺動運動させ、その曲線板24の自転を入力軸22と同軸上に配置された出力軸26から出力し、車輪ハブ31を回転させている(図10参照)。
減速機20のハウジング11bの内側に配設された外ピン25の数は、曲線板24の外周の波形歯形24aより多い。
外ピン25は、減速機20のハウジング11bの内径面に隙間を介してフローティング状態に支持された外ピンハウジング50に設けられている。
入力軸22は、その一端部がスプライン嵌合により電動モータ10のモータ軸14に接続されて電動モータ10により回転駆動されるようになっており(図10参照)、その他端部の2箇所に偏心軸部23が設けられている。
2箇所の偏心軸部23は、それぞれ入力軸22の軸方向に一対設けられている。その一対の偏心軸部23は、円筒状外径面の中心が周方向に180°位相がずれるようにして設けられ、その一対の偏心軸部23のそれぞれの外径面に転がり軸受28が嵌合されている。
一対の偏心軸部23を設けた入力軸22には、一対の偏心軸部23を挟むように一対のカウンタウェイト55を、周方向に180°位相をずらして設けている。
曲線板24は、転がり軸受28によって入力軸22に回転自在に支持され、その外周に形成された波形歯形24aはトロコイド曲線歯形とされている。図13に示すように、曲線板24には、回転軸心を中心とする一つの円上に複数のピン孔24bが等間隔に形成され、軸方向に並ぶ一対のピン孔24bのそれぞれに内ピン29が余裕をもって挿入され、その内ピン29に回転自在に支持された針状ころ軸受29aの外周一部がピン孔24bの内周一部に接触している。
減速機20は、図12に示すように、一対の偏心軸部23に回転自在に保持される公転部材としての一対の曲線板24と、曲線板24の外周部の波形歯形24aに係合する複数の外ピン25と、曲線板24の自転運動を出力する出力軸26と、一対の曲線板24の隙間に取り付けられてこれら曲線板24の端面に当接して曲線板の傾きを防止するセンターカラー24cとを備える。
出力軸26は、フランジ部26aと軸部26bとを有する。フランジ部26aには、出力軸26の回転軸線Oを中心とする円周上に、内ピン29が等間隔に固定されている。軸部26bの外径面には、車輪ハブ31が固定されている(図10参照)。
外ピン25は、図13に示すように、入力軸22の回転軸線Oの円周軌道上に等間隔に設けられる。そして、曲線板24が公転運動すると、外周の波形歯形24aと外ピン25とが係合して、曲線板24に自転運動を生じさせる。
ハウジング11bに配設された外ピン25は、ハウジング11bに直接保持されているわけではなく、図12に示すように、ハウジング11bの内壁に対してフローティング状態に支持された外ピンハウジング50に保持されている。より具体的には、外ピン25は、軸方向両端部が外ピンハウジング50に対して針状ころ軸受51によって回転自在に支持されている。このように、外ピン25を外ピンハウジング50に対して回転自在にすることにより、曲線板24との係合による接触抵抗を低減することができる。
外ピンハウジング50は、円筒部50aと、円筒部50a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50bとを備えている。
外ピンハウジング50の一対のリング部50bの内周には、出力軸26が軸受52を介して回転自在に支持されている。また、出力軸26のフランジ部26aの内径面と入力軸22の外径面とは、軸受53を介して相対的に回転可能に支持されている。
曲線板24は、出力軸26の対向するフランジ部26a間に組み込まれている。また、出力軸26の対向するフランジ部26aには、組み込まれた曲線板24のピン孔24bを貫通する内ピン29の両端が支持されている。
出力軸26の対向するフランジ部26aに支持された複数の内ピン29は、入力軸22の回転軸線Oを中心とする円周軌道上に等間隔に設けられ、曲線板24との摩擦抵抗を低減するために、曲線板24のピン孔24bの内壁面に当接する位置に針状ころ軸受29aが設けられている。ピン孔24bの内径寸法は、内ピン29の外径寸法(「針状ころ軸受29a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。
外ピンハウジング50の径方向内側に延びる一対のリング部50bには、それぞれ厚み方向に貫通する複数の外ピン保持孔50cが設けられている。外ピン保持孔50cは、それぞれ入力軸22の回転軸線Oと平行な方向に延びて、針状ころ軸受51の外輪51aを保持している。また、一対のリング部50bの対応する外ピン保持孔50cは、周方向の同位置に設けられて互いに対面している。即ち、1対の外ピン保持孔50cの中心軸線は一致し、外ピンハウジング50をハウジング11bに取り付けると、この外ピン保持孔50cの中心軸線は、入力軸22の回転軸線Oと平行になる。
これにより、外ピン25を入力軸22の回転軸線Oと平行に保持することができる。なお、外ピン保持孔50cは同時加工で同時に形成することができるので、対向する外ピン保持孔50cの中心軸線を比較的簡単に一致させることができる。
また、インホイールモータ駆動装置Aの軽量化の観点から、ハウジング11a、11bは、アルミ合金やマグネシウム合金等の軽金属で形成する。一方、高い強度が求められる外ピンハウジング50は、炭素鋼で形成するのが望ましい。
図12に示すように、外ピンハウジング50のリング部50bの側面には、外ピン25の軸方向の抜け出しを防止するために、外ピンスラストプレート50dが固定されている。
図10に示すように、車輪ハブ軸受部30は、出力軸26の軸部26bの外径面に固定連結された内輪部材32と、内輪部材32をハウジング11bに対して回転自在に保持する外輪部材33とを備える。内輪部材32と外輪部材33とは複列アンギュラ玉軸受を構成し、内輪部材32と外輪部材33の間に複列の転動体34を設置している。内輪部材32には、フランジ部35が一体に設けられ、フランジ部35にはボルト36によって駆動輪4が固定連結される(図2参照)。
また、前記の実施形態における作動の説明では、電動モータ10に電力を供給して電動モータ10を駆動させ、電動モータ10からの動力を駆動輪に伝達させたが、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、駆動輪側からの動力を減速機20で高回転低トルクの回転に変換して電動モータ10に伝達し、電動モータ10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、後で電動モータ10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。
また、前記の実施形態においては、電動モータ10にハウジング11aに固定されるステータ12と、ステータ12の内側に径方向の隙間を空けて対面する位置に配置されるロータ13とを備える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。例えばステータとロータとが軸方向に開いた隙間を介して対向配置されるアキシアルギャップモータであってもよい。
さらに、この発明に係るインホイールモータ駆動装置Aにおいては、サイクロイド式の減速機を採用した例を示したが、これに限ることなく、遊星減速機、2軸並行減速機、その他の減速機を適用可能であり、また、減速機を採用しない、所謂ダイレクトモータタイプであってもよい。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、インホイールモータ駆動装置Aと内燃機関とを併用した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。
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。
1 電気自動車
2 シャーシ
2a ホイールハウス
3 前輪
4 駆動輪
5 懸架装置
5a サスペンションアーム
5b ストラット
10 電動モータ
11 ユニットハウジング
11a ハウジング
11b ハウジング
12 ステータ
13 ロータ
14 モータ軸
15 軸受
20 減速機
21 ボルト
22 入力軸
23 偏心軸部
24 曲線板
24a 波形歯形
24b ピン孔
24c センターカラー
25 外ピン
26 出力軸
26a フランジ部
26b 軸部
28 転がり軸受
29 内ピン
29a 軸受
30 車輪ハブ軸受部
31 車輪ハブ
32 内輪部材
33 外輪部材
34 転動体
35 フランジ部
36 ボルト
41 オイルタンク
43 給油通路
44 内部通路
45 内部通路
48 帰還通路
49 排出口
50 外ピンハウジング
50a 円筒部
50b リング部
50c 外ピン保持孔
50d 外ピンスラストプレート
51 軸受
51a 外輪
52 軸受
53 軸受
55 カウンタウェイト
61 オイルポンプ
62 インナーロータ
62a 歯先部分
62b 歯溝部分
63 アウターロータ
63a 歯先部分
63b 歯溝部分
64 ポンプ室
65 吸入口
66 吐出口
67 ポンプケース
70 ホイール
71 タイヤ
72 ハブ部
73 スポーク部
74 リム部
75 送風用ダクト
76 溝部
77 カバー部
78 吸入口
79 排出口
80 フィン
82 ブレーキロータ
83 ブレーキキャリパー
A インホイールモータ駆動装置
O 回転軸線
c1 回転中心
c2 回転中心

Claims (7)

  1. 車体に取り付けられるユニットハウジングがホイールの内側空間部分に設置され、前記ユニットハウジングの内部に、駆動力を発生させる電動モータが収容され、前記電動モータの回転をホイールに伝達する車輪ハブを有するインホイールモータ駆動装置と、車輪ハブと連結されたホイールとからなるインホイールモータ駆動装置とホイールとの組立て構造において、前記ホイールの内側に、車輪の回転によって車幅方向内側へ向かう風を発生させる送風用ダクトを設けたことを特徴とするインホイールモータ駆動装置とホイールとの組立て構造。
  2. 前記送風用ダクトに設けられた吸入口と排出口のうち、排出口が吸入口よりも小さいことを特徴とする請求項1記載のインホイールモータ駆動装置とホイールとの組立て構造。
  3. 前記ホイールの内側に、前記送風用ダクトの吸入口に向かう気流を形成するフィンを設けたことを特徴とする請求項2記載のインホイールモータ駆動装置とホイールとの組立て構造。
  4. 前記ホイールの内周面に、円形気流を発生させる翼型傾斜部が形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載のインホイールモータ駆動装置とホイールとの組立て構造。
  5. 前記送風用ダクトが、ホイールのハブ部の外周から放射状に突出するスポーク部の内面に沿って設けられた溝部と、この溝部に脱着可能に嵌め合わされるカバー部とからなる請求項1〜4のいずれかの項に記載のインホイールモータ駆動装置とホイールとの組立て構造。
  6. 前記カバー部が硬質合成樹脂からなる請求項1〜5のいずれかの項に記載のインホイールモータ駆動装置とホイールとの組立て構造。
  7. 請求項1〜6のいずれかの項に記載のホイール。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017185912A (ja) * 2016-04-06 2017-10-12 Ntn株式会社 インホイールモータ動力線の配線構造およびインホイールモータ駆動装置

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