JP2016070294A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 減速機部で発生する振動や騒音を低減し、静粛性および耐久性に優れたインホイールモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】 モータ部Ａ、減速機部Ｂおよび車輪用軸受部Ｃを構成されたインホイールモータ駆動装置２１であって、減速機部Ｂは、偏心部２５ａ，２５ｂを有し、モータ部Ａにより回転駆動される減速機入力軸２５と、偏心部２５ａ，２５ｂの外周に円筒ころ軸受４１を介して回転自在に保持され、減速機入力軸２５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曲線板２６ａ，２６ｂと、公転運転中の曲線板２６ａ，２６ｂに生じる自転運動を減速機出力軸２８の回転運動に変換する運動変換機構とを備え、円筒ころ軸受４１を構成する円筒ころ４４は、その外周面にクラウニングが施されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、電動モータの出力軸と車輪用軸受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。

従来のインホイールモータ駆動装置は、例えば、特許文献１に開示された構造のものがある。この特許文献１に開示されたインホイールモータ駆動装置は、懸架装置（サスペンション）を介して車体に取り付けられるケーシングの内部で駆動力を発生させるモータ部と、車輪に接続される車輪用軸受部と、モータ部と車輪用軸受部との間に配置され、モータ部の回転を減速して車輪用軸受部に伝達する減速機部とを備えている。

前述の構成からなるインホイールモータ駆動装置において、装置のコンパクト化の観点から、モータ部には低トルクで高速回転の小型モータが採用されている。一方、車輪用軸受部で車輪を駆動するために大きなトルクが必要となることから、減速機部には、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ている。

このサイクロイド減速機を採用した減速機部は、一対の偏心部を有し、モータ部により回転駆動される減速機入力軸と、この減速機入力軸の偏心部の外周に転がり軸受を介して回転自在に保持された一対の曲線板と、その曲線板の外周面に係合して曲線板に自転運動を生じさせる複数の外ピンと、曲線板の貫通孔の内周面に係合して曲線板の自転運動を減速機出力軸に伝達する複数の内ピンとで主要部が構成されている。

このインホイールモータ駆動装置を構成する減速機部では、モータ部により減速機入力軸が高速回転で駆動し、また、曲線板などを介して大きな荷重（ラジアル荷重やモーメント荷重）が転がり軸受に繰り返し負荷される。そのため、転がり軸受としては、高速回転に対応することができ、かつ、荷重負荷能力に優れた円筒ころ軸受が採用されている。

特開２０１２−１４８７２５号公報

本出願人は、インホイールモータ駆動装置の軽量コンパクト化を実現するため、減速機部の構成部品の小型化を図る上で、特に、曲線板を回転自在に保持する転がり軸受（円筒ころ軸受）に着目した。すなわち、減速機入力軸の高速回転に伴う軸受内部での発熱量を抑え、焼付き等の発生を可及的に防止するには、円筒ころ軸受を小型化することが好ましいからである。

しかしながら、曲線板を回転自在に支持する円筒ころ軸受には、減速機入力軸の回転に伴って曲線板から大きな荷重が繰り返し負荷される。つまり、曲線板をスムーズに公転運動および自転運動させるため、その曲線板には１．５ｍｍ程度の軸方向ガタが設けられている。この軸方向ガタにより曲線板に傾き等のミスアライメントが発生することがある。

その場合、円筒ころ軸受は、曲線板からラジアル荷重やモーメント荷重が負荷されて過大応力が発生し易い状況下にある。このような状況下において、円筒ころ軸受の端部には、局所的な過大荷重が負荷される。その結果、軸受寿命が低下すると共に、曲線板と円筒ころ軸受との当たりによる音および振動が発生する。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、減速機部で発生する振動や騒音を低減し、静粛性および耐久性に優れたインホイールモータ駆動装置を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、モータ部、減速機部および車輪用軸受部を構成されたインホイールモータ駆動装置であって、減速機部は、偏心部を有し、モータ部により回転駆動される減速機入力軸と、偏心部の外周に転がり軸受を介して回転自在に保持され、減速機入力軸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曲線板と、公転運転中の曲線板に生じる自転運動を減速機出力軸の回転運動に変換する運動変換機構とを備え、転がり軸受を構成するころは、その外周面にクラウニングが施されていることを特徴とする。

本発明では、曲線板を回転自在に保持する転がり軸受のころの外周面にクラウニングを施したことにより、曲線板の傾き等のミスアライメントにより、ラジアル荷重やモーメント荷重が負荷されて過大応力が発生し易い状況下にあっても、ころ端部における局所的な過大荷重が発生し難くなる。また、曲線板ところとの当たりによる音および振動を抑制することができ、ころの破損を未然に防止して軸受寿命を確保することができる。その結果、減速機部で発生する振動や騒音を低減でき、静粛性および耐久性に優れたインホイールモータ駆動装置を実現できる。

本発明におけるころは、その端面から軸方向内側へ１．５ｍｍの位置にある測定点で２〜１５μｍの径方向変位量を持つクラウニングが施されていることが望ましい。このようにすれば、最適なクラウニングを持つころを実現することができる。その結果、ころ端部において、曲線板のミスアライメントに基づく局所的な過大荷重の発生を確実に抑制することができる。また、曲線板ところとの当たりによる音および振動も確実に抑制することができ、軸受寿命の向上が図れる。

本発明における転がり軸受としては、減速機入力軸の外周に装着した内輪の外周に形成された内側軌道面と、曲線板の内周に形成された外側軌道面と、両軌道面間に介在する複数の円筒ころと、円筒ころを保持する保持器とで構成された円筒ころ軸受が好適である。

本発明によれば、曲線板の傾き等のミスアライメントにより、ラジアル荷重やモーメント荷重が負荷されて過大応力が発生し易い状況下にあっても、ころ端部における局所的な過大荷重が発生し難くなる。また、曲線板ところとの当たりによる音および振動を抑制することができ、ころの破損を未然に防止して軸受寿命を確保することができる。その結果、減速機部で発生する振動や騒音を低減でき、静粛性および耐久性に優れたインホイールモータ駆動装置を実現できる。

本発明の実施形態で、インホイールモータ駆動装置の全体構成を示す縦断面図である。 図１のＰ−Ｐ線に沿う断面図である。 図１の減速機部を示す要部拡大断面図である。 図１の曲線板に作用する荷重を示す説明図である。 図１の回転ポンプを示す横断面図である。 図１の曲線板を回転自在に保持する円筒ころ軸受を示す要部拡大断面図である。 図６の円筒ころ軸受における円筒ころを示す要部拡大断面図である。 インホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車の概略構成を示す平面図である。 図８の電気自動車を示す後方断面図である。

本発明に係るインホイールモータ駆動装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。

図８は、インホイールモータ駆動装置２１を搭載した電気自動車１１の概略平面図、図９は、電気自動車１１を後方から見た概略断面図である。図８に示すように、電気自動車１１は、シャシー１２と、操舵輪としての前輪１３と、駆動輪としての後輪１４と、後輪１４に駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置２１とを装備する。図９に示すように、後輪１４は、シャシー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を介してシャシー１２の下部に固定されている。

懸架装置１２ｂは、左右に延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シー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、旋回時などの車体の傾きを抑制するスタビライザが設けられている。懸架装置１２ｂは、路面の凹凸に対する追従性を向上させ、後輪１４の駆動力を効率よ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している。

電気自動車１１は、ホイールハウジング１２ａの内部に、左右それぞれの後輪１４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、シャシー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などを設ける必要がなくなる。その結果、客室スペースを広く確保でき、かつ、左右の後輪１４の回転をそれぞれ制御することができるという利点を有する。電気自動車１１の走行安定性およびＮＶＨ特性を向上させるためにばね下重量を抑える必要がある。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、この実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、以下の構造を具備する。図１はインホイールモータ駆動装置２１の概略構成を示す縦断面図、図２は図１のＰ−Ｐ線に沿う断面図、図３は減速機部Ｂを示す拡大断面図、図４は曲線板２６ａに作用する荷重を示す説明図、図５は回転ポンプ５１を示す横断面図である。なお、この実施形態の特徴的な構成を説明する前にインホイールモータ駆動装置２１の全体構成を説明する。

図１に示すように、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機部Ｂと、減速機部Ｂからの出力を駆動輪としての後輪１４（図８および図９参照）に伝達する車輪用軸受部Ｃとを備えている。モータ部Ａと減速機部Ｂはケーシング２２に収納されて、電気自動車１１のホイールハウジング１２ａ（図９参照）内に取り付けられる。ケーシング２２は、モータ部Ａが収容されたモータハウジングと減速機部Ｂが収容された減速機ハウジングとからなる分割構造で、ボルトにより締結一体化されている。

モータ部Ａは、ケーシング２２に固定されたステータ２３ａと、ステータ２３ａの径方向内側に隙間をもって対向するように配置されたロータ２３ｂと、ロータ２３ｂの径方向内側に配置されてロータ２３ｂと一体回転するモータ回転軸２４とを備えたラジアルギャップモータである。ステータ２３ａは磁性体コア２３ｃの外周にコイル２３ｄを巻回することによって構成され、ロータ２３ｂは永久磁石または磁性体で構成されている。

モータ回転軸２４は、径方向外側へ一体的に延びるホルダ部２４ｄによりロータ２３ｂが保持されている。このホルダ部２４ｄは、ロータ２３ｂが嵌め込み固定された凹溝を環状に形成した構成としている。モータ回転軸２４は、その軸方向一方側端部（図１の右側）が転がり軸受３６ａに、軸方向他方側端部（図１の左側）が転がり軸受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。

減速機入力軸２５は、その軸方向一方側略中央部（図１の右側）が転がり軸受３７ａに、軸方向他方側端部（図１の左側）が転がり軸受３７ｂによって、減速機出力軸２８に対して回転自在に支持されている。この減速機入力軸２５は、減速機部Ｂ内に偏心部２５ａ，２５ｂを有する。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°位相をずらして設けられている。減速機入力軸２５と前述のモータ回転軸２４とは、スプライン嵌合によって連結されてモータ部Ａの駆動力が減速機部Ｂに伝達される。

減速機部Ｂは、減速機入力軸２５の偏心部２５ａ，２５ｂに回転自在に保持される曲線板２６ａ，２６ｂと、その曲線板２６ａ，２６ｂの外周部に係合する複数の外ピン２７と、曲線板２６ａ，２６ｂの自転運動を減速機出力軸２８に伝達する運動変換機構と、偏心部２５ａ，２５ｂに隣接して減速機入力軸２５に設けられたカウンタウェイト２９とを備える。

減速機出力軸２８は、フランジ部２８ａと軸部２８ｂとを有する。フランジ部２８ａには、減速機出力軸２８の回転軸心を中心とする円周上に複数の内ピン３１が等間隔に固定されている。また、軸部２８ｂは、車輪用軸受部Ｃの内方部材としてのハブ輪３２にスプライン嵌合によってトルク伝達可能に連結され、減速機部Ｂの出力を後輪１４に伝達する。この減速機出力軸２８は、転がり軸受４６によって外ピンハウジング６０に回転自在に支持されている。

図２および図３に示すように、曲線板２６ａ，２６ｂ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貫通孔３０ａ，３０ｂを有する。貫通孔３０ａは、曲線板２６ａ，２６ｂ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、前述の内ピン３１を受け入れる。また、貫通孔３０ｂは、曲線板２６ａ，２６ｂの中心に設けられており、偏心部２５ａ，２５ｂに嵌合する。この曲線板２６ａ，２６ｂは、転がり軸受である円筒ころ軸受４１によって偏心部２５ａ，２５ｂに対して回転自在に支持されている。

外ピン２７は、減速機入力軸２５の回転軸心を中心とする円周上に等間隔に設けられている。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。外ピン２７は、針状ころ軸受２７ａによって外ピンハウジング６０に回転自在に保持されている。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。この外ピンハウジング６０は、ケーシング２２に対して回り止めされ、かつ、フローティング状態で支持されている。

カウンタウェイト２９は、略扇形状で、図３に示すように、減速機入力軸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、偏心部２５ａ，２５ｂと隣接する位置に偏心部２５ａ，２５ｂと１８０°位相をずらして配置される。２枚の曲線板２６ａ，２６ｂ間の回転軸心方向の中心点をＧとすると、その中心点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。Ｌ₁×ｍ₁×ε₁＝Ｌ₂×ｍ₂×ε₂の関係は、不可避的に生じる誤差を許容する。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、減速機出力軸２８に保持されて軸方向に延びる複数の内ピン３１と、曲線板２６ａ，２６ｂに設けられた貫通孔３０ａとで構成されている。内ピン３１は、減速機出力軸２８の回転軸心を中心とする円周上に等間隔に設けられており、その軸方向一方側端部が減速機出力軸２８のフランジ２８ａ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。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）より大きく設定されている。

内ピン３１の軸方向他方側端部には、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の内周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に固定されている。曲線板２６ａ，２６ｂから一部の内ピン３１に負荷される荷重はフランジ２８ａおよびスタビライザ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。

曲線板２６ａ，２６ｂに作用する荷重の状態を図４に基づいて説明する。偏心部２５ａの軸心Ｏ₂は減速機入力軸２５の軸心Ｏから偏心量ｅだけ偏心している。偏心部２５ａの外周には、曲線板２６ａが取り付けられ、偏心部２５ａは曲線板２６ａを回転自在に支持するので、軸心Ｏ₂は曲線板２６ａの軸心でもある。曲線板２６ａの外周は波形曲線で形成され、径方向に窪んだ波形の凹部２６ｃを周方向等間隔に有する。曲線板２６ａの周囲には、凹部２６ｃと係合する外ピン２７が、軸心Ｏを中心として周方向に複数配設されている。

図４において、減速機入力軸２５と共に偏心部２５ａが紙面上で反時計周りに回転すると、偏心部２５ａは軸心Ｏを中心とする公転運動を行うので、曲線板２６ａの凹部２６ｃが、外ピン２７と周方向に順次当接する。この結果、矢印で示すように、曲線板２６ａは、複数の外ピン２７から荷重Ｆｉを受けて、時計回りに自転する。

また、曲線板２６ａには貫通孔３０ａが軸心Ｏ₂を中心として周方向に複数配設されている。各貫通孔３０ａには、軸心Ｏと同軸に配置された減速機出力軸２８と結合する内ピン３１が挿通する。貫通孔３０ａの内径は、内ピン３１の外径よりも所定寸法大きいため、内ピン３１は曲線板２６ａの公転運動の障害とはならず、内ピン３１は曲線板２６ａの自転運動を取り出して減速機出力軸２８を回転させる。このとき、減速機出力軸２８は、減速機入力軸２５よりも高トルクかつ低回転数になり、図４に矢印で示すように、曲線板２６ａは、複数の内ピン３１から荷重Ｆｊを受ける。これら複数の荷重Ｆｉ，Ｆｊの合力Ｆｓが減速機入力軸２５にかかる。

合力Ｆｓの方向は、曲線板２６ａの波形形状、凹部２６ｃの数などの幾何学的条件や遠心力の影響により変化する。具体的には、自転軸心Ｏ₂と軸心Ｏとを結ぶ直線Ｙと直角であって自転軸心Ｏ₂を通過する基準線Ｘと、合力Ｆｓとの角度αは概ね３０°〜６０°で変動する。複数の荷重Ｆｉ、Ｆｊは、減速機入力軸２５が１回転（３６０°）する間に荷重の方向や大きさが変り、その結果、減速機入力軸２５に作用する合力Ｆｓも荷重の方向や大きさが変動する。減速機入力軸２５が反時計周りに１回転すると、曲線板２６ａの波形の凹部２６ｃが減速されて１ピッチ時計回りに回転して図４の状態になり、これを繰り返す。

図１に示すように、車輪用軸受部Ｃの車輪用軸受３３は、外周面に内側軌道面３３ｆが直接形成されたハブ輪３２と、ハブ輪３２の外周面の小径段部３２ａに嵌合され、外周面に内側軌道面３３ｇが形成された内輪３３ａとで内方部材を構成し、ケーシング２２の内周面に嵌合固定され、内周面に外側軌道面３３ｈ，３３ｉが形成された外輪３３ｂと、ハブ輪３２および内輪３３ａの内側軌道面３３ｆ，３３ｇおよび外輪３３ｂの外側軌道面３３ｈ，３３ｉの間に配置された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、車輪用軸受３３の軸方向両端部を密封するシール部材３３ｅとを備えた複列アンギュラ玉軸受である。この車輪用軸受３３のハブ輪３２にボルト３４で後輪１４（図８および図９参照）が連結固定される。

次に、全体的な潤滑機構を説明する。この潤滑機構は、モータ部Ａを冷却するためにモータ部Ａに潤滑油を供給すると共に減速機部Ｂに潤滑油を供給するものである。潤滑機構は、図１に示すように、回転ポンプ５１と、モータ部Ａに配設された油路２２ａ，２４ａ，２４ｂおよび油孔２４ｃと、減速機部Ｂに配設された油路２５ｃおよび油孔２５ｄ，２５ｅと、ケーシング２２の下方に配置された油タンク２２ｄとを主な構成としている。

ケーシング２２に設けられた油路２２ａは、回転ポンプ５１から径方向外側へ延びて屈曲した上で軸方向に延び、さらに屈曲した上で径方向内側へ延びて油路２４ａに接続される。油路２４ａは、モータ回転軸２４の内部を軸線方向に沿って延びて油路２５ｃに接続される。モータ回転軸２４の油路２４ｂは、軸線方向に沿って延びる油路２４ａと連通し、径方向外側に位置するホルダ部２４ｄに向かって延びて油孔２４ｃと連通する。油孔２４ｃは、ホルダ部２４ｄのインボード側およびアウトボード側の端面に形成され、モータ部Ａの内部に開口する。

油路２５ｃは、減速機入力軸２５の内部を軸線方向に沿って延びている。油孔２５ｄは、軸線方向に沿って延びる油路２５ｃと連通し、減速機入力軸２５の外周面に半径方向に向かって延びて減速機部Ｂの内部に開口する。油孔２５ｅは、軸線方向に沿って延びる油路２５ｃと連通し、減速機入力軸２５の軸端から減速機部Ｂの内部に開口する。

ケーシング２２のモータ部Ａと減速機部Ｂとの間には、モータ部Ａの内部と減速機部Ｂの内部とに連通する油路２２ｂが設けられ、モータ部Ａの位置におけるケーシング２２の底部には、モータ部Ａの内部の潤滑油を油タンク２２ｄに排出するための油路２２ｆが設けられている。また、油タンク２２ｄから回転ポンプ５１へ潤滑油を還流させるための油路２２ｅがケーシング２２に設けられている。潤滑油を強制的に循環させるための回転ポンプ５１は、ケーシング２２の油路２２ｅと油路２２ａとの間に設けられている。

図５に示すように、回転ポンプ５１は、減速機出力軸２８（図１参照）の回転を利用して回転するインナロータ５２と、インナロータ５２の回転に伴って従動回転するアウタロータ５３と、ポンプ室５４と、油路２２ｅに連通する吸入口５５と、油路２２ａ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。この回転ポンプ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の大型化を防止することができる。

インナロータ５２は、外周面にサイクロイド曲線で構成された歯形を有する。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。インナロータ５２は、スタビライザ３１ｂに設けられた円筒部３１ｄ（図１および図３参照）の外周面に嵌合して減速機出力軸２８と一体回転する。アウタロータ５３は、内周面にサイクロイド曲線で構成された歯形を有する。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。アウタロータ５３は、ケーシング２２に回転自在に支持されている。

インナロータ５２は、回転中心ｃ₁を中心として回転し、一方、アウタロータ５３は、回転中心ｃ₂を中心として回転する。インナロータ５２およびアウタロータ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から油路２２ａに圧送される。

前述した構成の潤滑機構による潤滑油の流れを説明する。図１において、潤滑機構内に付した白抜き矢印は潤滑油の流れを示す。モータ部Ａの冷却として、回転ポンプ５１から圧送された潤滑油は油路２２ａ，２４ａを経由し、その一部がモータ回転軸２４の回転に伴う遠心力およびポンプ圧力によって油路２４ｂを経てロータ２３ｂを冷却する。さらに、ホルダ部２４ｄの油孔２４ｃから潤滑油が吐出されてステータ２３ａを冷却する。このようにして、モータ部Ａの冷却が行われる。

一方、減速機部Ｂの潤滑として、回転ポンプ５１から圧送された潤滑油は油路２２ａ，２４ａ，２５ｃを経由し、その一部が減速機入力軸２５の回転に伴う遠心力およびポンプ圧力によって油孔２５ｄ，２５ｅから減速機部Ｂに吐出する。油孔２５ｄから吐出した潤滑油は、曲線板２６ａ，２６ｂを支持する円筒ころ軸受４１の内輪４２に設けた油孔４２ｃ（図３参照）から軸受内部へ供給される。さらに、曲線板２６ａ，２６ｂと内ピン３１および外ピン２７との当接部分などを潤滑しながら、外ピンハウジング６０に設けられた油路６０ａを経由して径方向外側へ移動する。油孔２５ｅから吐出した潤滑油は、減速機入力軸２５を支持する転がり軸受３７ｂなどに供給される。このようにして、減速機部Ｂの潤滑が行われる。

モータ部Ａの冷却および減速機部Ｂの潤滑および冷却を行った潤滑油は、ケーシング２２の内壁面を伝って重力により下部へ移動する。減速機部Ｂの下部へ移動した潤滑油は、油路２２ｂからモータ部Ａへ移動する。また、モータ部Ａの下部へ移動した潤滑油は、減速機部Ｂからの潤滑油と共に、油路２２ｆから排出されて油タンク２２ｄに一時的に貯溜される。このように、油タンク２２ｄが設けられているので、回転ポンプ５１によって排出しきれない潤滑油が一時的に発生しても、油タンク２２ｄに貯溜しておくことができる。その結果、減速機部Ｂのトルク損失の増加を防止することができる。

この実施形態におけるインホイールモータ駆動装置２１の全体構成は、前述のとおりであるが、その特徴的な構成を以下に詳述する。

曲線板２６ａ，２６ｂを回転自在に支持する円筒ころ軸受４１は、図６に示すように、偏心部２５ａ，２５ｂの外周面に嵌合し、外周面に内側軌道面４２ａが形成された内輪４２と、曲線板２６ａ，２６ｂの貫通孔３０ｂの内周面に直接形成された外側軌道面４３（図２および図３参照）と、内側軌道面４２ａと外側軌道面４３の間に配置される複数の円筒ころ４４と、円筒ころ４４を保持する保持器４５とを備えている。内輪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。

この円筒ころ軸受４１は、図７に示すように、円筒ころ４４の外周面４４ａに、ころ端面４４ｂから軸方向内側へ１．５ｍｍ（＝Ｍ）の位置にある測定点ＧＰで２〜１５μｍの径方向変位量Ｎを持つクラウニング（クラウニング長さＣＬ、クラウニング半径ＣＲ）が施されている。なお、この円筒ころ４４の外周面４４ａの軸方向中央部（両端部のクラウニング長さＣＬを除く部位）は、軸方向に平行な平坦面としている。なお、円筒ころ４４の軸方向寸法（例えば１１ｍｍ）は、曲線板２６ａ，２６ｂの軸方向寸法（例えば８ｍｍ）よりも大きく設定されている。

減速機部Ｂにおいて、曲線板２６ａ，２６ｂをスムーズに公転運動および自転運動させるため、その曲線板２６ａ，２６ｂには１．５ｍｍ程度の軸方向ガタが設けられている。この軸方向ガタにより曲線板２６ａ，２６ｂに傾き等のミスアライメントが発生することがある。円筒ころ軸受４１では、曲線板２６ａ，２６ｂの傾き等のミスアライメントにより、ラジアル荷重やモーメント荷重が負荷されて過大応力が発生し易い状況下にあっても、円筒ころ４４の外周面４４ａにクラウニングを施していることにより、ころ端部における局所的な過大荷重が発生し難くなる。また、曲線板２６ａ，２６ｂと円筒ころ４４との当たりによる音および振動を抑制することができ、円筒ころ４４の破損を未然に防止して軸受寿命を確保することができる。その結果、減速機部Ｂで発生する振動や騒音を低減でき、静粛性および耐久性に優れたインホイールモータ駆動装置２１を実現できる。

なお、円筒ころ４４の外周面４４ａのクラウニングにおいて、前述の径方向変位量が２μｍよりも小さいと、曲線板２６ａ，２６ｂの傾き等のミスアライメント負荷時に円筒ころ４４の端部における局所的な過大荷重が発生し易くなる。また逆に、径方向変位量が１５μｍよりも大きいと、円筒ころ４４の姿勢が不安定となって、音および振動の発生につながる。なお、図７では、クラウニングを誇張して示している。

最後に、この実施形態におけるインホイールモータ駆動装置２１の全体的な作動原理を説明する。

図１〜図３に示すように、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、永久磁石又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、モータ回転軸２４に連結された減速機入力軸２５が回転すると、曲線板２６ａ，２６ｂは減速機入力軸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を減速機入力軸２５の回転とは逆向きに自転回転させる。

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の自転運動のみが減速機出力軸２８を介して車輪用軸受部Ｃに伝達される。このとき、減速機入力軸２５の回転が減速機部Ｂによって減速されて減速機出力軸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、後輪１４に必要なトルクを伝達することが可能となる。

この減速機部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機部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（図３参照）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、減速機部Ｂの伝達効率が向上する。

この実施形態においては、油路２４ｂをモータ回転軸２４に設け、油孔２５ｄを偏心部２５ａ，２５ｂに設け、油孔２５ｅを減速機入力軸２５の軸端に設けた場合を例示したが、これに限ることなく、モータ回転軸２４や減速機入力軸２５の任意の位置に設けることができる。また、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、減速機出力軸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、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。

減速機部Ｂの曲線板２６ａ，２６ｂを１８０°位相をずらして２枚設けた例を示したが、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°位相をずらして設けるとよい。運動変換機構は、減速機出力軸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とで構成された例を示したが、これに限ることなく、減速機部Ｂの回転をハブ輪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２６ａ，２６ｂに固定された内ピンと減速機出力軸２８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。

こ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から後輪１４に伝達される。したがって、前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、モータ部Ａに電力を供給してモータ部を駆動させ、モータ部Ａからの動力を後輪１４に伝達させる場合を示したが、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、後輪１４側からの動力を減速機部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で発電してもよい。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などの作動に用いてもよい。

この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、ステータの内側の軸方向の隙間を開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ャルギャップモータであってもよい。さらに、図８および図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。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

２１ インホイールモータ駆動装置
２５ 減速機入力軸
２５ａ，２５ｂ 偏心部
２６ａ，２６ｂ 曲線板
２８ 減速機出力軸
４１ 転がり軸受（円筒ころ軸受）
４２ 内輪
４２ａ 内側軌道面
４３ 外側軌道面
４４ ころ（円筒ころ）
４４ａ 外周面
４５ 保持器
Ａ モータ部
Ｂ 減速機部
Ｃ 車輪用軸受部

Claims (3)

1. モータ部、減速機部および車輪用軸受部を構成されたインホイールモータ駆動装置であって、
   前記減速機部は、偏心部を有し、前記モータ部により回転駆動される減速機入力軸と、前記偏心部の外周に転がり軸受を介して回転自在に保持され、前記減速機入力軸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曲線板と、公転運転中の曲線板に生じる自転運動を減速機出力軸の回転運動に変換する運動変換機構とを備え、
   前記転がり軸受を構成するころは、その外周面にクラウニングが施されていることを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
2. 前記ころは、その端面から軸方向内側へ１．５ｍｍの位置にある測定点で２〜１５μｍの径方向変位量を持つクラウニングが施されている請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
3. 前記転がり軸受は、前記減速機入力軸の外周に装着した内輪の外周に形成された内側軌道面と、前記曲線板の内周に形成された外側軌道面と、両軌道面間に介在する複数の円筒ころと、前記円筒ころを保持する保持器とで構成されている請求項１又は２に記載のインホイールモータ駆動装置。

Images