JP2018030465A - 転舵輪用インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】転舵角が犠牲にならず、またホイールハウスを広くする必要がない、転舵輪のためのインホイールモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】転舵輪用インホイールモータ駆動装置(110)のモータ部(121)は、モータ部の軸線(M)方向一方側の外郭をなす円筒状の第1ケーシング(125)、モータ部の軸線方向他方側の外郭をなし軸線方向他方端(128)の外径が軸線方向一方端の外径よりも小さい第2ケーシング(126)、第1ケーシングの軸線方向他方端および第2ケーシングの軸線方向一方端にそれぞれ設けられて互いに突き合される突合面(125f,126f)、および軸線方向に延びて一方端が第1ケーシングの内部に設置されるとともに他方端が第2ケーシングの内部に設置されるステータ(124)を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、転舵する車輪の内空領域に配置されて当該車輪を駆動するインホイールモータ駆動装置に関し、特にモータケーシングに関する。
車輪の内部に配置されて当該車輪を駆動するインホイールモータとしては従来、例えば、特開2014−76755号公報(特許文献1)に記載のごときものが知られている。特許文献1に記載のインホイールモータは、軸線方向一方に配置されるハブユニット軸受と、軸線方向中央に配置される減速機構と、軸線方向他方に配置される電動モータとを備える。
電動モータは、円筒形状のハウジングと、ハウジングの内部に収容されるステータと、ステータよりも内径側に設けられるロータと、ハウジングの端部と結合する円板形状のカバーとを有する。ハウジングの外径寸法および内径寸法は軸線方向一方で小さく、軸線方向他方で大きく形成される。カバーはハウジングの他方端を閉塞する。このためカバーの外径寸法はハウジング他方端の外径と同じにされる。
特開2014−76755号公報
以下に電動車両の車体およびインホイールモータの位置関係を説明する。図9および図10は、従来のインホイールモータ200を示す模式的な断面図であり、上下方向にみた状態を表す。概略説明するとインホイールモータ200は、車幅方向外側に配置されるハブユニット軸受201と、車幅方向内側に配置される電動モータ202とを備える。電動モータ202はハブユニット軸受201よりも大径であり、ロータ203、ステータ204、円筒形状のハウジング205、および円板形状のカバー206を含む。ハウジング205の車幅方向内側端はカバー206で閉塞される。ハウジング205の突合面205fとカバー206の突合面206fは、インホイールモータ200の車幅方向内側端部に配置される。また突合面205f,206fは、ロータ203およびステータ204よりも車幅方向内側に配置される。
カバー206はインホイールモータ200中、最大の外径寸法を有する。カバー206の外縁208がステータ204の外径よりも大きい理由として、インホイールモータ200の組み立てにおいて、ハウジング205の車幅方向内側端の開口をステータ204よりも僅かに大きいか略同じ寸法に形成し、ハウジング205の車幅方向内側端の開口からステータ204を差し込み、ステータ204をハウジング205の内周面に取付固定するためと考えられる。
インホイールモータ200は、二点鎖線で示す車輪とともに、車体のホイールハウス210に収容される。ホイールハウス210は車体の車幅方向両側に形成される。電動車両が直進走行する際、インホイールモータ200のカバー206は、図9に示すようにホイールハウス210の壁材211と所定のクリアランスClで対面する。
上記従来のようなインホイールモータを、電動車両の左右方向に転舵する転舵輪に設ける場合がある。転舵輪の車輪ホイールWには図示しないタイヤが装着される。走行安定性のため、転舵軸線Kは転舵輪のホイールセンタWcに近い程良い。ところが図9に示すように転舵軸線Kを転舵輪のホイールセンタWcよりも車幅方向外側かつホイールセンタWcに近い位置に設定し、インホイールモータ200を転舵軸線K回りに揺動させる場合、以下に説明するような問題を生ずることを本発明者は見いだした。
つまり図10を参照して、インホイールモータ200が転舵する際、転舵角が大きいほどカバー206の外縁208がホイールハウス210の壁材211に接近する。このためインホイールモータ200と壁材211の干渉を回避するため転舵角を大きくすることができない。
また電動車両の製造コストを抑制するため、内燃機関を搭載する一般的な車体を電動車両に流用することが望まれる。一般的な車体のホイールハウス210は、インホイールモータ200を収容し、さらにインホイールモータ200の変位を吸収するほど十分に広いわけではない。このため一般的な車体の壁材211がインホイールモータ200に近くなってしまい、上述した干渉および転舵角の問題が顕在化する。
本発明は、上述の実情に鑑み、転舵角が犠牲にならず、またホイールハウスを広くする必要がない、転舵輪のためのインホイールモータ駆動装置を提供することを目的とする。
この目的のため本発明による転舵輪用インホイールモータ駆動装置は、転舵輪と結合する車輪ハブを回転自在に支持する車輪ハブ軸受部と、車輪ハブを駆動するモータ部とを備え、モータ部は、モータ部の軸線方向一方側の外郭をなす筒状の第1ケーシング、モータ部の軸線方向他方側の外郭をなし軸線方向他方端の外径が軸線方向一方端の外径よりも小さい筒状の第2ケーシング、第1ケーシングの軸線方向他方端および第2ケーシングの軸線方向一方端にそれぞれ設けられて互いに突き合される突合面、および軸線方向に延びて一方端が第1ケーシングの内部に設置されるとともに他方端が第2ケーシングの内部に設置されるステータを有する。
かかる本発明によれば、軸線方向に延びるステータの一方端が第1ケーシングに収容され、ステータの他方端が第2ケーシングに収容され、突合面がステータの軸線方向中央領域に配置される。したがってモータ部を組み立てる際、ステータを第1ケーシングの開口から内部へ差し込み、第2ケーシングで第1ケーシングの開口を覆うことができる。しかも第2ケーシングの軸線方向他方端の外径を軸線方向一方端の外径よりも小さくすることができる。これによりインホイールモータ駆動装置が転舵しても、第2ケーシングの軸線方向他方端部とホイールハウスの壁材との干渉を少なくして、インホイールモータ駆動装置の最大転舵角を大きくすることができる。
第1および第2ケーシングは、互いに突き合されてモータケーシングを構成することから、同じ壁厚寸法であるのが好ましいし、また同じ材質であるのが好ましい。ステータは第1ケーシングに固定されることにより、第1ケーシングはステータを支持する。ここでステータは、第1ケーシングのみに支持されてもよいし、あるいは第1および第2ケーシングに支持されてもよい。一実施形態として第2ケーシングは、モータ部のロータを回転自在に支持する。具体的には第2ケーシングは、ロータ中心に設けられるモータ回転軸の軸線方向他方端部を、転がり軸受を介して支持し、第1ケーシングはモータ回転軸の軸線方向一方端部を、転がり軸受を介して支持する。あるいは第2ケーシングの中心部に円筒部を立設し、当該円筒部にモータ回転軸を通し、円筒部およびモータ回転軸間の環状隙間に複数の転がり軸受を配置してもよい。複数の転がり軸受を軸線方向に間隔を空けて配置することにより、ロータ(モータ回転軸)は第2ケーシングのみに支持される。他の実施形態としてロータ(モータ回転軸)は第1ケーシングのみに支持される。
本発明の一実施形態としてステータは、ステータコアおよびステータコアに巻回されるステータコイルを含み、ステータコアの軸線方向一方端部が第1ケーシングの内部に設置され、ステータコアの軸線方向他方端部が第2ケーシングの内部に設置される。あるいは本発明の他の実施形態として、ステータコアの軸線方向両端部およびステータコイルの軸線方向一方端部が第1ケーシングの内部に設置され、ステータコイルの軸線方向他方端部が第2ケーシングの内部に設置される。
本発明の好ましい実施形態として、ステータの外周面が第1ケーシングの内周面に嵌合する。かかる実施形態によれば、ステータをモータ部の軸線と同軸に位置決めすることができる。具体的には、第1ケーシングの内周面は、軸線方向に亘って一定半径であり、ステータコアの軸線方向一方領域の外周面と嵌合する。より好ましくは、第2ケーシングの軸線方向一方端領域の内周面は、軸線方向に亘って一定半径であり、ステータコアの軸線方向他方領域の外周面と嵌合する。他の実施形態として、第2ケーシングの内周面は、ステータコアの外周面から離隔してもよい。
本発明のさらに好ましい実施形態として第1ケーシングの内部には、軸線方向他方へ指向してステータと当接する段差が設けられる。かかる実施形態によれば、ステータを所定の軸線方向位置に位置決めすることができる。段差は、第1ケーシングの内周に一体形成されることが好ましい。あるいは段差は、第1ケーシングあるいはモータ部の内部に取り付けられる別部材である。
本発明の一実施形態として第1ケーシングの軸線方向一方端は、軸受を介してロータを回転自在に支持する。具体的には、ロータの中心はモータ回転軸と結合し、モータ回転軸が転がり軸受を介して第1および第2ケーシングに支持されることが好ましい。他の実施形態として、ロータは第2ケーシングのみによって回転自在に支持される。参考例として、ロータは第1ケーシングのみによって回転自在に支持される。
本発明の一実施形態として車輪ハブはロータの軸線と平行に延びるように配置され、ロータと結合する入力歯車、および車輪ハブと結合する出力歯車を有し、ロータからの入力回転を減速して車輪ハブに出力する平行軸式歯車減速機構をさらに備える。係る実施形態によれば、モータ部を車輪ハブ軸受部の軸線から直角方向にオフセット配置するがために転舵時にモータ部がホイールハウスの壁材に一層接近してしまう場合において、モータ部と壁材との干渉を回避できるという実益がある。他の実施形態として、車輪ハブおよびロータが同軸に配列されてもよい。
このように本発明によれば、インホイールモータ駆動装置の最大転舵角を従来よりも大きくすることができ、インホイールモータ駆動装置および転舵輪を収容するホイールハウスを、エンジン自動車のホイールハウスと同じ寸法にしても、インホイールモータ駆動装置および転舵輪の転舵角が犠牲にならない。つまりインホイールモータ駆動装置および転舵輪を収容するホイールハウスをエンジン自動車のホイールハウスよりも広くすることなく、十分な最大転舵角を確保することができる。
本発明のインホイールモータ駆動装置を示す模式的な縦断面図である。 本発明のインホイールモータ駆動装置を示す模式的な縦断面図である。 本発明のインホイールモータ駆動装置の組立途中状態を示す模式的な縦断面図である。 本発明の変形例になるインホイールモータ駆動装置を示す模式的な縦断面図である。 本発明の別な変形例になるインホイールモータ駆動装置を示す模式的な縦断面図である。 本発明の具体的な実施形態になるインホイールモータ駆動装置を、車幅方向外側からみた状態を表す図である。 同実施形態のインホイールモータ駆動装置を示す横断面図である。 同実施形態のインホイールモータ駆動装置を示す展開断面図である。 従来のインホイールモータ駆動装置を示す模式的な縦断面図である。 従来のインホイールモータ駆動装置を示す模式的な縦断面図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。図1は、本発明のインホイールモータ駆動装置を示す模式的な縦断面図であり、転舵していない直進走行状態を表す。図2は、本発明のインホイールモータ駆動装置を示す模式的な縦断面図であり、最大転舵角の旋回走行状態を表す。図3は、本発明のインホイールモータ駆動装置の組立途中状態を示す模式的な縦断面図である。図1〜図3は上下方向にみた状態を表す。インホイールモータ駆動装置110は、車輪ハブ軸受部111、モータ部121、および減速部131を備え、電動車両のホイールハウス140に配置される。
電動車両は例えば車体の前後左右にホイールハウスおよび車輪を備える。左右1対の前輪および/または後輪は転舵輪である。このホイールハウスは、エンジンを搭載する車体に設けられるホイールハウスと同じ寸法であってもよい。
車輪ハブ軸受部111の軸線Oは、電動車両の車幅方向に延びる車軸になる。車輪ハブ軸受部111はインホイールモータ駆動装置110の軸線O方向一方に配置される。モータ部121はインホイールモータ駆動装置110の軸線O方向他方に配置される。減速部131は車輪ハブ軸受部111とモータ部121の間に配置される。そして軸線O方向一方を車幅方向外側(アウトボード側)とし、軸線O方向他方を車幅方向内側(インボード側)とする。以下の説明において、単に軸線方向一方あるいは他方という。
車輪ハブ軸受部111は、内径側の車輪ハブ112と、転がり軸受114と、外径側の固定部材115とを備える。車輪ハブ112は、軸線Oに沿って延び、固定部材115に形成される貫通孔に通される。転がり軸受114は車輪ハブ112と固定部材115の環状隙間に設けられる。車輪ハブ112の軸線O方向一方端は、インホイールモータ駆動装置110の外部へ突出し、転舵輪の車輪ホイールWと結合する。固定部材115は、本体ケーシング43の軸線O方向一方端と接続する。本体ケーシング43は減速部131の外郭をなす。固定部材115は減速部131の軸線O方向一方端面をなす。
電動車両の直進走行状態で軸線Oは車幅方向と平行に延びる。このとき転舵輪(車輪ホイールW)およびインホイールモータ駆動装置110は、図1に示すように転舵しない。これに対し電動車両の旋回走行状態で、転舵輪(車輪ホイールW)およびインホイールモータ駆動装置110は図2に示すように転舵軸線Kを中心として転舵する。このとき軸線Oは車幅方向に対し斜めに延びる。
モータ部121は、ロータ123と、ステータ124と、第1ケーシング125と、第2ケーシング126とを有する。ロータ123はモータ軸線M(単に軸線Mともいう)に沿って延び、ロータ123の中心にはモータ回転軸122が設けられる。モータ回転軸122は、ロータ123の両端面から軸線M方向に突出する。モータ軸線Mは車軸となる軸線Oと一致してもよく、この場合モータ部121は車輪ハブ軸受部111と同軸に配置される。あるいは後述する他の実施形態のようにモータ軸線Mは軸線Oと間隔を空けて平行に延びてもよく、この場合モータ部121は車輪ハブ軸受部111から軸線O直角方向にオフセット配置される。
モータ回転軸122の軸線M方向一方端は、軸受129aを介して、第1ケーシング125の仕切壁125wに回転自在に支持される。モータ回転軸122の軸線M方向他方端は、軸受129bを介して、第2ケーシング126に回転自在に支持される。つまりロータ123は第1ケーシング125および第2ケーシング126に回転自在に両持ち支持される。あるいは図示しない変形例としてロータ123は、第1ケーシング125のみに回転自在に片持ち支持されてもよいし、あるいは第2ケーシング126のみに回転自在に片持ち支持されてもよい。
ステータ124は、ロータ123よりも外径側に配置されて、半径方向に開いた隙間を介してロータ123の外周面と対面する。ステータ124は、ステータコア124bおよびステータコイル124cを含む。ステータコア124bには凹凸が周方向に繰り返し形成され、各凸部にステータコイル124cが巻回される。ステータコア124bの端部は、第1ケーシング125の内部に設けられる段差125gと当接する。段差125gは軸線M方向他方へ指向し、ステータコア124bと当接することによってステータ124の軸線M方向位置を位置決めする。
第1ケーシング125および第2ケーシング126は、モータ部121の外郭を軸線方向一方および他方に2分割した部材であり、ステータ124およびロータ123を収容する。第1ケーシング125は軸線M方向一方に配置され、第2ケーシング126は軸線M方向他方に配置される。
第1ケーシング125は、軸線M方向に亘って内径一定の円筒状であって、第1ケーシング125の軸線M方向一方端が減速部131の本体ケーシング43と接続する。また第1ケーシング125の軸線M方向他方端が図3に示すように開口Op1とされる。なお開口Op1は第2ケーシング126で覆われる。第1ケーシング125の軸線M方向他方端および第2ケーシング126の軸線M方向一方端は、互いに突き合される突合面125f,126fとなる。突合面125f,126fは帯状に周回して延びる平坦面である。あるいは図示しない変形例として突合面125f,126fは外側および内側を凹凸のインローに形成されてもよい。突合面125f,126fは軸線Mに直角な平坦面である。第1ケーシング125の突合面125fは、第1ケーシング125の軸線M方向他方端で開口Op1を区画する。第2ケーシング126の突合面126fは、図3に示すように第2ケーシング126の軸線M方向一方端で開口Op2を区画する。
本体ケーシング43、第1ケーシング125、および第2ケーシング126は、同一材質である。これらケーシングは、樹脂製の単なるカバーと異なり、剛性を確保される。このため本体ケーシング43、第1ケーシング125、および第2ケーシング126は、金属製である。インホイールモータ駆動装置110の軽量化のため、アルミニウムを主成分とする軽金属製である。第1ケーシング125の円筒部分の径方向壁厚と、第2ケーシング126の円筒部分の径方向壁厚は同一寸法である。円状の突合面125f,126fは、同じ径方向寸法であってもよいし、異なる径方向寸法であってもよい。
第1ケーシング125の軸線M方向他方端には、外径側へ突出する突出部125pが設けられ、第2ケーシング126の軸線M方向一方端には、外径側へ突出する突出部126pが複数設けられる。突出部125pには軸線M方向に延びる雌ねじ穴が形成され、突出部126pには軸線M方向に延びる貫通孔が形成される。
突出部125pは第1ケーシング125の周方向に間隔を空けて複数設けられ、突合面125fに隣接配置される。各突出部126pも同様に設けられ、各突出部125pと接触する。各突出部126pの貫通孔には軸線M方向他方からボルト127が通され、ボルト127の雄ねじが突出部126pの雌ねじ穴と螺合する。これにより第1ケーシング125と第2ケーシング126は互いに連結固定される。
ステータ124は軸線M方向に延び、ステータ124の一方端が第1ケーシング125の内部に設置され、ステータ124の他方端が第1ケーシング125の突合面125fから突出する。第1ケーシング125の開口Op1を開放し、第1ケーシング125の内部にステータ124を差し込み固定した状態で、ステータ124の他方端が第1ケーシング125の開口Op1から突出する。軸線Mに関し、突合面125f,126fの軸線M方向位置は、図1に示すようにステータ124の中央部と一致する。
第2ケーシング126は、軸線M方向一方端が円柱状であり軸線M方向他方端が一方端よりも小径に形成される。このため軸線M方向他方端の外径が軸線M方向一方端の外径よりも小さい。第2ケーシング126は、ロータ123の他方端部およびステータ124の他方端部を収容する。具体的には第2ケーシング126は、ステータコア124bの軸線M方向他方端部およびステータコイル124cの軸線M方向他方端のコイルエンドを収容する。
第2ケーシング126の軸線M方向他方端部の外周は椀状であり、円柱面ではない。このため、第2ケーシング126の軸線M方向他方端の外径縁部128は角張っておらず、図1に示すように丸められている。あるいは図示しない変形例として外径縁部128は円錐面等の面取りに形成されてもよい。
第1ケーシング125は、円筒壁であり、ステータコア124bの軸線M方向一方端部およびステータコイル124cの軸線M方向一方端のコイルエンドを収容する。第1ケーシング125の内周壁面125nはステータコア124bの外周面と嵌合する。これによりステータ124は軸線Mと同軸となるよう位置決めされる。内周壁面125nの軸線M方向一方端は段差125gと接続し、内周壁面125nの軸線M方向一方端は突合面125fと接続する。
段差125gよりも軸線M方向一方には仕切壁125wが形成される。仕切壁125wは、例えば平坦な円板であって、モータ部121の内部空間と減速部131の内部空間を区画する。仕切壁125wにはモータ回転軸122が貫通するための孔が形成される。モータ回転軸122の一方端は、減速部131の内部まで延び、減速部131にモータ回転を入力する。第1ケーシング125の仕切壁125wと、モータ回転軸122との間には軸受129aが介在する。
第2ケーシング126の軸線M方向一方側に形成される内周壁面126nは、軸線M方向に亘って一定の内径を有する。内周壁面126nはステータコア124bの外周面と嵌合する。図1に示す実施形態によれば、ステータコア124bの軸線M方向一方領域が第1ケーシング125と嵌合し、ステータコア124bの軸線M方向他方領域が第2ケーシング126と嵌合し、第1ケーシング125および第1ケーシング126でステータ124を支持する。
変形例として図4に示すように、内周壁面126nとステータコア124bの外周面の間に隙間Sを設け、第1ケーシング125のみでステータ124を支持してもよい。この場合、ステータコア124bの軸線M方向一方領域が第1ケーシング125と嵌合する。
あるいは別な変形例として図5に示すように、第1ケーシング125の突合面125fから円筒壁125cを延出させ、円筒壁125cの内周壁面にステータコア124bの外周壁面を嵌合させてもよい。この場合、ステータコア124bの軸線M方向一方端から他方端までが第1ケーシング125と嵌合する。また円筒壁125cの外周面は、第2ケーシング126の内周壁面126nと嵌合する。つまり別な変形例では、第1ケーシング125の軸線M方向他方端部と第2ケーシング126の軸線M方向一方端部が、インローで嵌合する。これにより第2ケーシング126は、軸線Mと同軸になるよう位置決めされる。
ところで図1に示す実施形態によれば、モータ部121の軸線M方向一方側の外郭をなす円筒状の第1ケーシング125、モータ部121の軸線M方向他方側の外郭をなし軸線M方向他方端の外径縁部128の外径が軸線M方向一方端の外径よりも小さい第2ケーシング126、第1ケーシング125の軸線M方向他方端および第2ケーシング126の軸線M方向一方端にそれぞれ設けられて互いに突き合される突合面125f,126f、軸線M方向に延びて一方端が第1ケーシング125の内部に設置されるとともに他方端が第2ケーシング126の内部に設置されるステータ124を有することから、図1に示すように転舵角0で第2ケーシング126とホイールハウスの壁材141とのクリアランスClを確保する場合において、図2に示すように最大転舵角α1を得ることができる。
本実施形態の効果につき、図9に示す従来例と対比説明する。図9に示す従来例のインホイールモータ200は、モータ部202の軸線O方向一方側の外郭をなす円筒状のハウジング205、モータ部202の軸線O方向他方側の外郭をなし軸線O方向に厚みを有する外径一定の円板であるカバー206、ハウジング205の軸線O方向他方端およびカバー206の軸線O方向一方端面にそれぞれ設けられて互いに突き合される突合面205f,206f、軸線O方向に延びて全体がハウジング205の内部に設置されるとともに他方端がカバー206の軸線O方向一方端面と所定のクリアランスで対面するステータ204を有する。図1に示す実施形態および図9に示す従来例は、同一の軸線方向寸法および同一の外径寸法を有する。かかる従来例によれば、図9に示すように転舵角0でカバー206とホイールハウスの壁材211とのクリアランスClを確保する場合において、図10に示すように転舵角α1でカバー206の外縁208が壁材211と干渉する。つまり従来例の最大転舵角は、図2に示す実施形態の最大転舵角α1よりも小さくなってしまう。
また本実施形態によれば図1に示すようにステータ124は、ステータコア124bおよびステータコア124bに巻回されるステータコイル124cを含み、ステータコア124bの軸線M方向一方端部が第1ケーシング125の内部に設置され、ステータコア124bの軸線M方向他方端部が第2ケーシング126の内部に設置される。さらに本実施形態によれば、ステータ124の外周面が第1ケーシング125の内周壁面125nに嵌合する。これによりステータ124を軸線Mと同軸になるよう位置決めできる。
また本実施形態によれば第1ケーシング125の内部には、軸線M方向他方端へ指向してステータ124と当接する段差125gが設けられる。これによりステータ124を所定の軸線M方向位置に位置決めできる。
また本実施形態によれば、第1ケーシング125の軸線方向一方端に円形の平坦な仕切壁125wが設けられ、仕切壁125wは、軸受129aを介してロータ123を回転自在に支持する。
次に本発明の他の実施形態を説明する。図6は、本発明の他の実施形態になるインホイールモータ駆動装置を示す模式図である。図7は、他の実施形態のインホイールモータ駆動装置を模式的に示す横断面図である。図6および図7は、車幅方向外側からみた状態を表す。図7中、減速部内部の各歯車は歯先円で表され、個々の歯を図略する。図8は、他の実施形態のインホイールモータ駆動装置を模式的に示す展開断面図である。図8で表される切断面は、図7に示す軸線Mおよび軸線Nfを含む平面と、軸線Nfおよび軸線Nlを含む平面と、軸線Nlおよび軸線Oを含む平面を、この順序で接続した展開平面である。
インホイールモータ駆動装置10は、車輪ハブ軸受部11と、モータ部21と、モータ部21の回転を減速して車輪ハブ軸受部11に伝達する減速部31を備え、電動車両(図示せず)の車幅方向左右両側に対称配置される。このとき図8に示すように、車輪ハブ軸受部11は車幅方向外側に配置され、モータ部21は車幅方向内側に配置される。
インホイールモータ駆動装置10は、図6に仮想線で表される車輪ホイールWの内空領域に配置されるとともに、図8に仮想線で表される車輪ホイールWの中心と連結し、車輪の車輪ホイールWを駆動する。
各インホイールモータ駆動装置10は、図示しないサスペンション装置を介して電動車両の車体と連結される。インホイールモータ駆動装置10は、公道で電動車両を時速0〜180km/hで走行させることができる。
モータ部21および減速部31は、図6および図7に示すように車輪ハブ軸受部11の軸線Oと同軸に配置されず、図8に示すように車輪ハブ軸受部11の軸線Oからオフセットして配置される。つまりインホイールモータ駆動装置10は、詳しくは後述するが、車両の前向きに配置される部位と、車両の後ろ向きに配置される部位と、上方に配置される部位と、下方に配置される部位とを含む。
車輪ハブ軸受部11は、図8に示すように車輪ホイールWと結合する車輪ハブとしての外輪12と、外輪12の中心孔に通される内側固定部材13と、外輪12と内側固定部材13との環状隙間に配置される複数の転動体14を有し、車軸を構成する。内側固定部材13は、非回転の固定軸15と、1対のインナーレース16と、抜け止めナット17と、キャリア18とを含む。固定軸15は根元部15rが先端部15eよりも大径に形成される。インナーレース16は、根元部15rと先端部15eの間で、固定軸15の外周に嵌合する。抜け止めナット17は固定軸15の先端部15eに螺合して、抜け止めナット17と根元部15rの間にインナーレース16を固定する。
固定軸15は軸線Oに沿って延び、減速部31の外郭をなす本体ケーシング43を貫通する。固定軸15の先端部15eは、本体ケーシング43の正面部分43fに形成される開口43pを貫通し、正面部分43fよりも車幅方向外側へ突出する。固定軸15の根元部15rは、本体ケーシング43の背面部分43bよりも車幅方向内側から、背面部分43bに形成される開口43qを貫通する。なお正面部分43fと背面部分43bは軸線O方向に間隔を空けて互いに向き合うケーシング壁部分である。根元部15rにはキャリア18が取付固定される。キャリア18は本体ケーシング43の外部で図示しないサスペンション装置およびタイロッドと連結する。
転動体14は、軸線O方向に離隔して複列に配置される。軸線O方向一方のインナーレース16の外周面は、第1列の転動体14の内側軌道面を構成し、外輪12の軸線O方向一方の内周面と対面する。軸線O方向他方のインナーレース16の外周面は、第2列の転動体14の内側軌道面を構成し、外輪12の軸線O方向他方の内周面と対面する。以下の説明において、車幅方向外側(アウトボード側)を軸線O方向一方ともいい、車幅方向内側(インボード側)を軸線O方向他方ともいう。図8の紙面左右方向は、車幅方向に対応する。外輪12の内周面は転動体14の外側軌道面を構成する。
外輪12の軸線O方向一方端にはフランジ部12fが形成される。フランジ部12fはブレーキディスクBDおよび車輪ホイールWのスポーク部Wsと同軸に結合するための結合座部を構成する。外輪12はフランジ部12fでブレーキディスクBDおよび車輪ホイールWと結合して、車輪ホイールWと一体回転する。なお図示しない変形例として、フランジ部12fは周方向に間隔を空けて外径側へ突出する突出部であってもよい。
モータ部21は図8に示すように、モータ回転軸22、ロータ23、ステータ24、およびモータケーシング25cを有し、この順序でモータ部21の軸線Mから外径側へ順次配置される。モータケーシング25cは筒状であり、モータ部21のモータケーシングカバー25vは、モータケーシング25cのうち軸線M方向他方の開口を覆う。モータ部21は、径方向隙間を介して対面する内径側のロータおよび外径側のステータを有することから、ラジアルギャップモータであるが、他の形式であってもよい。例えば図示しなかったがモータ部21はアキシャルギャップモータであってもよい。ステータ24は、車体側から延びる動力線(図示せず)と接続する。モータ部21は、車体側から動力線を介して電力を供給されて、力行運転し、あるいは外輪12の回転を電力に変換し動力線を介して車体側へ供給する回生運転を行う。
円筒形状のステータ24は、ステータコア24bおよびステータコイル24cを含む。ステータコイル24cはステータコア24bの軸線M方向両端に少なくとも設けられる。本実施形態のモータ部21は三相交流回転電機である。
筒状のモータケーシング25cは、軸線Mを中心として延び、軸線M方向一方端から他方端まで一定半径の内周面25dと、内周面25dの軸線M方向一方端に形成される段差25gと、軸線M方向他方端面になる突合面25fとを有する。突合面25fは環状の平坦面である。またモータケーシングカバー25vの軸線M方向一方端面も同一形状の突合面25fを構成する。軸線M方向一方のモータケーシング25cと軸線M方向他方のモータケーシングカバー25vはこれら突合面25f,25f同士で突き合されて、図8に示すように結合する。モータケーシングカバー25vの軸線M方向他方端における外径縁部128は、円筒形状ではなく、軸線M方向他方に向かってすぼまるよう形成される。例えば外径縁部128には面取りが形成される。あるいは外径縁部128は椀状に丸められる。
モータ部21の組み立て作業においてステータ24は、軸線方向他方からモータケーシング25cの軸線M方向他方の開口に差し込まれ、ステータコア24bが段差25gに当接してステータ24の軸線M方向位置が位置決めされる。
ステータコア24bの外周面は、モータケーシング25cの内周面25dと嵌合する。ステータ24は軸線Mと同軸に位置決めされる。ここで付言すると、ステータコア24bの軸線M方向一方領域はモータケーシング25cの内周面と嵌合し、ステータコア24bの軸線M方向他方領域はモータケーシングカバー25vの内周面と嵌合する。モータケーシング25cは図1〜図3に示す第1ケーシング125に相当する。モータケーシングカバー25vは第2ケーシング126に相当する。ステータコア24bはステータコア124bに相当し、ステータコイル24cはステータコイル124cに相当する。
モータ回転軸22およびロータ23の回転中心になる軸線Mは、車輪ハブ軸受部11の軸線Oと平行に延びる。つまりモータ部21は、車輪ハブ軸受部11の軸線Oから離れるようオフセットして配置される。モータ回転軸22の先端部を除いたモータ部21の大部分の軸線方向位置は、図8に示すように内側固定部材13の軸線方向位置と重ならない。円筒状のモータケーシング25cは、軸線M方向一方端で本体ケーシング43の背面部分43bと結合し、背面部分43bから連続して面一で広がるケーシング壁部分で覆われる。かかるケーシング壁部分の中心には、軸線Mに沿って貫通孔が形成される。この貫通孔にはモータ回転軸22の端部22eが通される。また円筒状のモータケーシング25cは、軸線M方向他方端で椀状のモータケーシングカバー25vに封止される。モータ回転軸22の両端部は、転がり軸受27,28を介して、モータケーシング25cおよびモータケーシングカバー25vに回転自在に支持される。モータ部21は外輪12(つまり車輪)と、ポンプ軸51(図7)を駆動する。転がり軸受27,28は図1〜図3に示す軸受129a,129bに相当する。背面部分43bは仕切壁125wに相当する。
減速部31は、入力軸32、入力歯車33、中間歯車34、中間軸35、中間歯車36、中間歯車37、中間軸38、中間歯車39、出力歯車40、出力軸41、および本体ケーシング43を有する。入力軸32は、モータ回転軸22の先端部22eよりも大径の筒状体であって、モータ部21の軸線Mに沿って延びる。先端部22eは入力軸32の軸線M方向他方端部の中心孔に受け入れられて、入力軸32はモータ回転軸22と同軸に結合する。入力軸32の両端は転がり軸受42a,42bを介して、本体ケーシング43に支持される。入力歯車33は、モータ部21よりも小径の外歯歯車であり、入力軸32と同軸に結合する。具体的には入力歯車33は、入力軸32の軸線M方向中央部の外周に一体形成される。
出力軸41は、外輪12の円筒部分よりも大径の筒状体であって、車輪ハブ軸受部11の軸線Oに沿って延びる。外輪12の軸線O方向他方端は、出力軸41の軸線O方向一方端の中心孔に受け入れられて、出力軸41は外輪12と同軸に結合する。出力歯車40は外歯歯車であり、出力軸41と同軸に結合する。具体的には出力歯車40は出力軸41の軸線O方向他方端の外周に一体形成される。出力軸41の軸線O方向両端部には転がり軸受44,46が配置される。
転がり軸受44は出力歯車40よりも軸線O方向一方に配置され、出力軸41の外周面および開口43pの内周面間に設けられる。また転がり軸受44は、外輪12よりも外径側で外輪12の軸線O方向位置と重なるように配置される。
転がり軸受46は外輪12よりも軸線O方向他方に配置され、出力軸41の内周面および固定軸15の外周面間に設けられる。また転がり軸受46は、出力歯車40の内径側で出力歯車40の軸線O方向位置と重なるように配置される。
軸線O方向位置に関し、転がり軸受44は外輪12の軸線O方向他方領域と重なるよう配置されるが、転がり軸受46は外輪12よりも軸線O方向他方側に配置されて外輪12と重ならない。転がり軸受46は出力歯車40の歯よりも内径側に配置され、転がり軸受46の軸線O方向位置は、出力歯車40の軸線O方向位置と重なる。
2本の中間軸35,38は入力軸32および出力軸41と平行に延びる。つまり減速部31は四軸の平行軸式歯車減速機であり、出力軸41の軸線Oと、中間軸35の軸線Nfと、中間軸38の軸線Nlと、入力軸32の軸線Mは互いに平行に延び、換言すると車幅方向に延びる。
各軸の車両前後方向位置につき説明すると、図7に示すように入力軸32の軸線Mは出力軸41の軸線Oよりも車両前方に配置される。また中間軸35の軸線Nfは入力軸32の軸線Mよりも車両前方に配置される。中間軸38の軸線Nlは出力軸41の軸線Oよりも車両前方かつ入力軸32の軸線Mよりも車両後方に配置される。図示しない変形例として入力軸32の軸線Mと、中間軸35の軸線Nfと、中間軸38の軸線Nlと、出力軸41の軸線Oが、この順序で車両前後方向に配置されてもよい。この順序は駆動力の伝達順序でもある。
各軸の上下方向位置につき説明すると、入力軸32は、入力軸32の上下方向位置が出力軸41の上下方向位置と重なるよう配置される。中間軸35の軸線Nfは入力軸32の軸線Mよりも上方に配置される。中間軸38の軸線Nlは中間軸35の軸線Nfよりも上方に配置される。なお複数の中間軸35,38は、入力軸32および出力軸41よりも上方に配置されれば足り、図示しない変形例として中間軸35が中間軸38よりも上方に配置されてもよい。あるいは図示しない変形例として出力軸41が入力軸32よりも上方に配置されてもよい。
中間歯車34および中間歯車36は外歯歯車であり、図8に示すように中間軸35の軸線Nf方向中央領域と同軸に結合する。中間軸35の両端部は、転がり軸受45a,45bを介して、本体ケーシング43に支持される。中間歯車37および中間歯車39は外歯歯車であり、中間軸38の軸線Nl方向中央領域と同軸に結合する。中間軸38の両端部は、転がり軸受48a,48bを介して、本体ケーシング43に支持される。
本体ケーシング43は、減速部31および車輪ハブ軸受部11の外郭をなし、筒状に形成されて、図7に示すように軸線O、Nf、Nl、Mを取り囲む。また本体ケーシング43は、図8に示すように車輪ホイールWの内空領域に収容される。車輪ホイールWの内空領域はリム部Wrの内周面と、リム部Wrの軸線O方向一方端と結合するスポーク部Wsとによって区画される。そして車輪ハブ軸受部11、減速部31、およびモータ部21の軸線方向一方領域が車輪ホイールWの内空領域に収容される。またモータ部21の軸線方向他方領域が車輪ホイールWから軸線方向他方へはみ出す。このように車輪ホイールWはインホイールモータ駆動装置10の大部分を収容する。
図7を参照して本体ケーシング43は、軸線Oの真下部分43cと、出力歯車40の軸線Oから車両前後方向に離れた位置、具体的には入力歯車33の軸線Mの真下で、下方へ突出する部分とを有する。この突出する部分はオイルタンク47を形成し、真下部分43cよりも下方に位置する。
本体ケーシング43は、筒状であり、図8に示すように入力軸32、入力歯車33、中間歯車34、中間軸35、中間歯車36、中間歯車37、中間軸38、中間歯車39、出力歯車40、出力軸41、および車輪ハブ軸受部11の軸線O方向中央部を収容する。本体ケーシング43の内部には潤滑油が封入され、減速部31は潤滑される。入力歯車33、中間歯車34、中間歯車36、中間歯車37、中間歯車39、出力歯車40ははすば歯車である。
本体ケーシング43は、図7に示すように真下部分43cおよびオイルタンク47を含み一群の歯車33,34,36,37,39,40を囲繞する筒状部分と、図8に示すように減速部31の筒状部分の軸線方向一方側を覆う略平坦な正面部分43fと、減速部31の筒状部分の軸線方向他方側を覆う略平坦な背面部分43bを有する。背面部分43bは、モータケーシング25cと結合する。また背面部分43bは、固定軸15と結合する。
正面部分43fには外輪12が貫通するための開口43pが形成される。開口43pと出力軸41との環状隙間にはシール材43sが設けられる。シール材43sは、転がり軸受44よりも軸線O方向一方に配置されて環状隙間を封止する。回転体になる外輪12は、軸線O方向一方端部を除いて本体ケーシング43に収容される。
小径の入力歯車33と大径の中間歯車34は、減速部31の軸線方向一方側(フランジ部12f側)に配置されて互いに噛合する。小径の中間歯車36と大径の中間歯車37は、減速部31の軸線方向他方側(モータ部21側)に配置されて互いに噛合する。小径の中間歯車39と大径の出力歯車40は、減速部31の軸線方向一方側(フランジ部12f側)に配置されて互いに噛合する。このようにして入力歯車33と複数の中間歯車34、36,37,39と出力歯車40は、互いに噛合し、入力歯車33から複数の中間歯車34、36,37,39を経て出力歯車40に至る駆動伝達経路を構成する。そして上述した駆動側小径歯車および従動側大径歯車の噛合により、入力軸32の回転は中間軸35で減速され、中間軸35の回転は中間軸38で減速され、中間軸38の回転は出力軸41で減速される。これにより減速部31は減速比を十分に確保する。複数の中間歯車のうち中間歯車34は、駆動伝達経路の入力側に位置する第1中間歯車となる。複数の中間歯車のうち中間歯車39は、駆動伝達経路の出力側に位置する最終中間歯車となる。
図7に示すように、出力軸41、中間軸38、および入力軸32は、この順序で車両前後方向に間隔を空けて配置される。さらに中間軸35および中間軸38は、入力軸32および出力軸41よりも上方に配置される。かかる第1実施形態によれば、車輪ハブになる外輪12の上方に中間軸を配置し得て、外輪12の下方にオイルタンク47の配置スペースを確保したり、外輪12の真下にサスペンション装置のボールジョイント(図示せず)を受け入れる空間を確保したりすることができる。したがって当該ボールジョイントを通過して上下方向に延びる転舵軸線を車輪ハブ軸受部11に交差して設けることができ、車輪ホイールWおよびインホイールモータ駆動装置10を、転舵軸線を中心として好適に転舵させることができる。
本体ケーシング43は、図7に示すようにポンプ軸51をさらに収容する。ポンプ軸51の軸線Pは、出力軸41の軸線Oと平行に延びる。またポンプ軸51は、図7に示すように出力軸41から車両前後方向に離れて配置され、軸線P方向両端側で、図示しない転がり軸受を介して回転自在に支持され、ポンプギヤ53と同軸に結合する。ポンプギヤ53ははずば歯車であり、出力歯車40と噛合する。出力歯車40はポンプ軸51を駆動する。
ポンプ軸51の軸線P方向端部には図示しないオイルポンプが配置される。オイルポンプは図7に示す吸入油路59iおよび吐出油路59oと接続する。吸入油路59iはオイルポンプから下方へ延びてオイルタンク47に達し、吸入油路59i下端の吸入口59jはオイルタンク47の底壁近傍に配置される。吐出油路59oはオイルポンプから上方へ延び、吐出油路59o上端の吐出口59pは中間歯車37よりも高い位置に配置される。
ポンプ軸51が出力歯車40に駆動されることにより、図示しないオイルポンプは吸入口59jからオイルタンク47の潤滑油を吸入し、吸入した潤滑油を吐出口59pで吐出する。吐出口59pはすべての歯車(入力歯車33、中間歯車34,36,37,39、および出力歯車40)よりも高い位置にあり、上方からこれら歯車に潤滑油を供給する。また潤滑油は、吐出油路59oからモータ部21内部に噴射される。これによりモータ部21および減速部31は潤滑および冷却される。
図7を参照して本実施形態のポンプ軸51は入力軸32よりも下方に配置され、オイルタンク47はポンプ軸51よりも下方に配置される。オイルポンプは、例えばポンプ軸51と略同軸に配置されるサイクロイドポンプであり、オイルタンク47に貯留した潤滑油を、オイルタンク47の直上へ汲み上げる。またポンプ軸51およびオイルタンク47は、出力軸41よりも車両前方に配置される。車輪ホイールWがインホイールモータ駆動装置10に駆動されて車両が走行すると、オイルタンク47は車両前方から走行風を受けて、空気冷却される。
図6〜図8に示す実施形態のインホイールモータ駆動装置10によれば、モータ部21の軸線M方向一方側の外郭をなす円筒状のモータケーシング25c、モータ部21の軸線M方向他方側の外郭をなし軸線M方向他方端の外径縁部128の外径が軸線M方向一方端の外径よりも小さいモータケーシングカバー25v、第1ケーシング125の軸線M方向他方端および第2ケーシング126の軸線M方向一方端にそれぞれ設けられて互いに突き合される突合面25f、軸線M方向に延びて一方端がモータケーシング25cの内部に設置されるとともに他方端がモータケーシングカバー25vの内部に設置されるステータ24を有する。これによりモータケーシングカバー25vが外径縁部128のように面取りされない場合と対比して、最大転舵角を大きくすることができる。
また図6〜図8に示す実施形態のインホイールモータ駆動装置10によれば、車輪ハブとしての外輪12がロータ23の軸線Mと平行に延びるように配置され、ロータ23と結合する入力歯車33、および外輪12と結合する出力歯車40を有し、ロータ23からの入力回転を減速して外輪12に出力する平行軸式歯車減速機構として、減速部31をさらに備える。かかる実施形態によれば、図7に示すようにモータ部21が車輪の中心(軸線O)からみて車両前後方向に偏心して配置されるインホイールモータ駆動装置において、最大転舵角が犠牲にならないようにすることができる。
以上、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、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。
この発明になる転舵輪用インホイールモータ駆動装置は、電気自動車およびハイブリッド車両において有利に利用される。
110 インホイールモータ駆動装置、 111 車輪ハブ軸受部、
112 車輪ハブ、 121 モータ部、 123 ロータ、
124 ステータ、 124b ステータコア、
124c ステータコイル、 125f,126f 突合面、
125g 段差、 128 外径縁部、
129a,129b 軸受、 131 減速部、
140 ホイールハウス、 141 壁材。

Claims (7)

  1. 転舵輪と結合する車輪ハブを回転自在に支持する車輪ハブ軸受部と、前記車輪ハブを駆動するモータ部とを備え、
    前記モータ部は、前記モータ部の軸線方向一方側の外郭をなす筒状の第1ケーシング、前記モータ部の軸線方向他方側の外郭をなし軸線方向他方端の外径が軸線方向一方端の外径よりも小さい筒状の第2ケーシング、前記第1ケーシングの軸線方向他方端および前記第2ケーシングの軸線方向一方端にそれぞれ設けられて互いに突き合される突合面、および軸線方向に延びて一方端が前記第1ケーシングの内部に設置されるとともに他方端が前記第2ケーシングの内部に設置されるステータ有する、転舵輪用インホイールモータ駆動装置。
  2. 前記第2ケーシングは、前記モータ部のロータを回転自在に支持する、請求項1に記載の転舵輪用インホイールモータ駆動装置。
  3. 前記ステータは、ステータコアおよび前記ステータコアに巻回されるステータコイルを含み、
    前記ステータコアの軸線方向一方端部が前記第1ケーシングの内部に設置され、前記ステータコアの軸線方向他方端部が前記第2ケーシングの内部に設置される、請求項1または2に記載の転舵輪用インホイールモータ駆動装置。
  4. 前記ステータの外周面が前記第1ケーシングの内周面に嵌合する、請求項1〜3のいずれかに記載の転舵輪用インホイールモータ駆動装置。
  5. 前記第1ケーシングの内部には、軸線方向他方へ指向して前記ステータと当接する段差が設けられる、請求項1〜4のいずれかに記載の転舵輪用インホイールモータ駆動装置。
  6. 前記第1ケーシングの軸線方向一方端は、軸受を介して前記ロータを回転自在に支持する、請求項1〜5のいずれかに記載の転舵輪用インホイールモータ駆動装置。
  7. 前記車輪ハブは前記ロータの軸線と平行に延びるように配置され、
    前記ロータと結合する入力歯車、および前記車輪ハブと結合する出力歯車を有し、前記ロータからの入力回転を減速して前記車輪ハブに出力する平行軸式歯車減速機構をさらに備える、請求項1〜6のいずれかに記載の転舵輪用インホイールモータ駆動装置。
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