JP2018118546A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車両への搭載性を考慮しつつ、インホイールモータと車輪との間の動力伝達経路中に変速比を変更可能な無段変速機を設けること。
【解決手段】インホイールモータ２を搭載した車両Ｖｅにおいて、インホイールモータ２と車輪１との間の動力伝達経路中に無段変速機１００を備え、無段変速機１００は、ロータ２２と一体回転する入力部材１１０と、駆動軸１１と一体回転する出力部材１２０と、入力部材１１０と出力部材１２０との間でトルクを伝達する遊星ボール１５０と、遊星ボール１５０を回転自在に支持する支持軸と、支持軸の両端部の径方向位置を変位させて遊星ボール１５０を傾転可能なキャリア１４０と、を有し、キャリア１４０によって遊星ボール１５０の傾転角を変化させることにより変速比を変更可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に関する。

特許文献１には、車輪の内側に走行用動力となるインホイールモータを配置した車両が記載されている。その車両では、インホイールモータから出力された動力が減速ギヤ機構を介して車輪に伝達されるように構成されている。

特開２００９−２１３２２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された車両では、減速ギヤ機構のギヤ比が固定されているので走行中に変速比を変更できず、十分な動力特性を発揮できない虞がある。また、インホイールモータを備えた車両では、搭載性の問題から、従来の自動変速機やベルト式無段変速機などをインホイールモータと車輪との間の動力伝達経路中に設けることが困難である。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、車両への搭載性を考慮しつつ、インホイールモータと車輪との間の動力伝達経路中に無段変速機が設けられた車両を提供することを目的とする。

本発明は、車輪の内側に配置されたロータおよびステータを有するインホイールモータを搭載した車両において、前記インホイールモータと前記車輪との間の動力伝達経路中に、変速比を無段階に変更可能な無段変速機、を備え、前記無段変速機は、前記ロータと一体回転する円環状の入力部材と、前記車輪の駆動軸と一体回転する円環状の出力部材と、前記駆動軸の軸方向に対向して配置された前記入力部材および前記出力部材に挟まれた状態で、前記入力部材と前記出力部材との間でトルクを伝達する遊星ボールと、両端部が前記遊星ボールから突出し、前記駆動軸とは異なる回転中心で前記遊星ボールを回転自在に支持する支持軸と、前記遊星ボールの重心位置を変位させずに前記支持軸における前記両端部の位置を前記駆動軸の径方向に沿って変位させて、前記遊星ボールを傾転させることが可能なキャリアと、を有し、前記変速比は、前記遊星ボールの傾転角を変化させることにより変更可能であることを特徴とする。

上記発明によれば、インホイールモータを備えた車両において、インホイールモータと車輪との間の動力伝達経路中に、変速比が可変の無段変速機を設けることができる。これにより、走行中に変速比を変更でき、十分な動力特性を発揮することが可能になる。さらに、回生制動時にも変速比を変更できるので、インホイールモータによる回生量（発電量）を増やすこともできる。また、無段変速機は、遊星ボールの傾転角を変更することによって変速比を変更できるので、従来の自動変速機やベルト式無段変速機に比べて小型な構造を有する。そのため、搭載性の問題を解決できる。

本発明は、上記発明において、前記無段変速機は、前記車輪のうち操舵輪ではない主駆動輪のみに連結されていることが好ましい。

上記発明によれば、操舵輪に無段変速機が連結されていないので、無段変速機の重量によって操舵輪の操作性が低下することを抑制できる。すなわち、操舵輪が軽くなり、操作性を確保できる。さらに、操舵輪に無段変速機を設けないことにより、製造コストを低減できる。また、主駆動輪には無段変速機が連結されているので、十分な動力特性を発揮することが可能である。

本発明は、上記発明において、前記車輪は、前記主駆動輪となる後輪と、前記操舵輪となる前輪と、を有し、前記無段変速機は、前記後輪のみに設けられていることが好ましい。

上記発明によれば、前輪を操舵輪とし、後輪を主駆動輪とすることにより、旋回時などに車両姿勢を安定させ易くなる。

本発明は、上記発明において、前記インホイールモータは、インナーロータ式により構成され、前記無段変速機は、前記ステータの径方向内側に配置されていることが好ましい。

上記発明によれば、無段変速機およびインホイールモータの構造は、軸方向長さを短く構成することができる。これにより、より小型化を図れて搭載性が向上する。

本発明によれば、インホイールモータと車輪との間の動力伝達経路中に、搭載性を考慮しつつ、変速比が可変の無段変速機を設けることができる。これにより、走行中に変速比を変更できるようになり、インホイールモータを搭載した車両において十分な動力特性を発揮できるようになる。

図１は、第１実施形態の車両を模式的に示すスケルトン図である。 図２は、インホイールモータおよび無段変速機の内部構造を模式的に示す図である。 図３は、図２に示す無段変速機の拡大図である。 図４は、第２実施形態におけるインホイールモータおよび無段変速機の内部構造を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における車両について具体的に説明する。

［第１実施形態］
［１．車両］
図１は、第１実施形態の車両を模式的に示すスケルトン図である。図１に示すように、車両Ｖｅは、車輪１の内側に走行用動力源であるインホイールモータ２が配置された電気自動車である。図１に示す例は、前後左右に四つの車輪１を有する車両Ｖｅであり、各車輪１にインホイールモータ２が設けられている。車両Ｖｅには車輪１と同数のインホイールモータ２が搭載されている。

車輪１は、対応するインホイールモータ２から出力された動力によって駆動される。インホイールモータ２は、走行用動力源として機能する電動モータである。各インホイールモータ２には、それぞれにインバータ３が設けられている。各インバータ３はバッテリ４と電気的に接続されている。この車両Ｖｅには、インホイールモータ２の駆動制御を実施するＥＣＵ５が搭載されている。

ＥＣＵ５は、車両Ｖｅに搭載されているアクセルセンサ６、ブレーキセンサ７、および舵角センサ８から入力される信号に基づいて、インホイールモータ２についての各種制御（駆動制御、制動制御、旋回制御）を実施する。アクセルセンサ６は、アクセルペダルの踏み込み操作量（アクセル操作量）を検出するセンサである。ブレーキセンサ７は、ブレーキペダルの踏み込み操作量（ブレーキ操作量）を検出するセンサである。舵角センサ８は、ステアリングの舵角を検出するセンサである。

インホイールモータ２の駆動制御時、ＥＣＵ５はアクセルセンサ６から入力された信号（アクセル操作量）に基づいて、各インホイールモータ２におけるモータトルク指令値を演算し、そのモータトルク指令値を示す信号（トルク指令）を各インバータ３に出力する。インバータ３はＥＣＵ５から入力されたトルク指令に基づいて所定の電流（励磁電流）をインホイールモータ２に流す。また、制動制御時には、ＥＣＵ５はブレーキセンサ７から入力された信号（ブレーキ操作量）に基づいて、インホイールモータ２を発電機として機能させて回生制動を行う。その際、インホイールモータ２で発電した電力をバッテリ４に充電することができる。さらに、旋回制御時には、旋回中の車両Ｖｅの姿勢を安定させるために、ＥＣＵ５は舵角センサ８から入力された信号（ステアリングの舵角）に基づいて、前後左右の各インホイールモータ２の出力バランスを変化させる。これにより、車両Ｖｅの旋回をアシストすることができる。

また、車両Ｖｅには、車輪１とインホイールモータ２との間の動力伝達経路中に、変速比を無段階に変更可能な無段変速機１００（図２に示す）が搭載されている。無段変速機１００は、いわゆるボールプラネタリ式無段変速機（ＣＶＰ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｐｌａｎｅｔａｒｙ）により構成されている。さらに、車両Ｖｅには、ＥＣＵ５の制御に応じて作動する変速用アクチュエータ（図示せず）が搭載されている。その変速用アクチュエータが作動することによって、無段変速機１００は変速動作する。なお、無段変速機１００の詳細構成は、図２および図３を参照して後述する。

無段変速機１００は、車輪１のうちの主駆動輪１Ａのみに設けられており、操舵輪１Ｂには設けられていない。主駆動輪１Ａとは、操舵輪１Ｂではない車輪１のことをいう。また、車両Ｖｅは全ての車輪１が駆動輪である四輪駆動車であるため、操舵輪１Ｂを副駆動輪ということができる。

図１に示す車両Ｖｅは、前輪が操舵輪１Ｂ、かつ後輪が主駆動輪１Ａに構成されている。この場合、無段変速機１００は後輪（主駆動輪１Ａ）のみに設けられているため、後輪（主駆動輪１Ａ）には無段変速機１００を介してインホイールモータ２の動力が伝達される。一方、前輪（操舵輪１Ｂ）は無段変速機１００と連結されていないため、前輪（操舵輪１Ｂ）には無段変速機１００を介さずにインホイールモータ２の動力が伝達される。

［２．詳細構成］
次に、図２，３を参照して、インホイールモータ２および無段変速機１００について説明する。図２は、インホイールモータ２および無段変速機１００の内部構造を模式的に示す図である。図３は、図２に示す無段変速機１００の拡大図である。なお、図２に示すインホイールモータ２は、主駆動輪１Ａに設けられたインホイールモータ２である。操舵輪１Ｂに設けられたインホイールモータ２は、従来構成でよいため、図示を省略する。

［２−１．車輪］
まず、主駆動輪１Ａと操舵輪１Ｂとに共通する車輪１の構成を説明する。車輪１は、駆動軸１１と一体回転するように連結されている。駆動軸１１は、インホイールモータ２の動力によって駆動される。駆動軸１１には、タイヤ１２を装着したホイール１３が一体回転するように連結されている。また、駆動軸１１にはハブホイール１４が一体化されており、そのハブホイール１４がハブナット１５によってホイール１３に固定されている。さらに、駆動軸１１は、インホイールモータ２のモータハウジング２１からホイール１３側に突出している。

主駆動輪１Ａでは、インホイールモータ２と無段変速機１００とが軸方向に並んで配置され、駆動軸１１が無段変速機１００を介してインホイールモータ２と動力伝達可能に連結されている。一方、操舵輪１Ｂでは、駆動軸１１がインホイールモータ２のロータ２２と一体回転するように構成されている。

なお、この説明では、駆動軸１１の回転中心軸線のことを「第１軸線Ｒ１」と記載する。加えて、第１軸線Ｒ１とは異なる回転中心軸線として、後述する遊星ボール１５０の回転中心軸線のことを「第２軸線Ｒ２」と記載する。また、単に「軸方向」、「周方向」、「径方向」と記載する場合には、駆動軸１１を基準にした方向のことを意味する。さらに、「一体回転する」と記載する場合には、回転部材の回転中心軸線が同一軸線上であることを意味する。

［２−２．インホイールモータ］
主駆動輪１Ａと操舵輪１Ｂとに共通するインホイールモータ２の構成として、モータハウジング２１の内部に、ロータ２２およびステータ２３が収納されている。図２に示すように、インホイールモータ２は、インナーロータ式に構成され、モータハウジング２１の外径がホイール１３のリム部１３ａよりも小径に形成されている。モータハウジング２１は、ホイール１３のリム部１３ａの径方向内側に配置され、サスペンション（図示せず）を介して車体に支持されている。モータハウジング２１の内壁面には、環状のステータ２３が固定されている。そのステータ２３の径方向内側に、ロータ２２が配置されている。ロータ２２は、ロータコアの外周面に複数の永久磁石２２ａが周方向に等間隔を空けて配列された中空構造を有し、第１軸線Ｒ１を回転中心とするように駆動軸１１上に配置されている。ステータ２３は、環状の電磁鋼板が複数積層され、径方向内側に向けて突出するティース部を複数有する。ステータ２３にはティース部とスロット部とが周方向に交互に形成されており、各ティース部に三相の電磁コイル２４が巻き付けられている。電磁コイル２４は、対応するインバータ３に接続されている。

インホイールモータ２の駆動時、ＥＣＵ５からインバータ３にトルク指令（モータトルク指令値を示す信号）が入力されると、インバータ３は電磁コイル２４に所定の電流（三相交流）を流し、ステータ２３に回転磁界を発生させる。そして、ＥＣＵ５によって各相の電磁コイル２４に順次所定のタイミングで電流を流して、ステータ２３で発生する回転磁界を周方向に移動させることにより、永久磁石２２ａの吸引作用および反発作用が繰り返される。これにより、ロータ２２を所望の回転速度で回転させることができ、車輪１を所望の回転方向および回転速度に駆動させることができる。

［２−２−１．主駆動輪のインホイールモータ］
主駆動輪１Ａのインホイールモータ２では、モータハウジング２１と変速機ケース１０１とが軸方向に並んで配置されている。変速機ケース１０１の内部には無段変速機１００が収納されている。モータハウジング２１および変速機ケース３１は、回転不能に固定された状態で車体に取り付けられている。図２に示す例では、変速機ケース１０１は、ホイール側壁部がモータハウジング２１の車体側壁部に接触した状態で固定されている。

さらに、インホイールモータ２には、円筒状のロータ２２と一体回転する中空軸のロータ軸２２ｂが設けられている。ロータ軸２２ｂは、ロータ２２から車体側に延びてモータハウジング２１の外部（車体側）に突出し、先端部が変速機ケース１０１の内部に位置している。モータハウジング２１にはロータ軸２２ｂが貫通する貫通孔が形成されており、その貫通孔の内周面には、ロータ軸２２ｂを支持する軸受が設けられている。ロータ軸２２ｂは軸受を介してモータハウジング２１に回転自在に支持されている。そして、ロータ軸２２ｂは、無段変速機１００の入力部材１１０と一体回転するように連結されている。

また、ロータ２２およびロータ軸２２ｂの内側に、駆動軸１１が配置されている。駆動軸１１は、ロータ２２およびロータ軸２２ｂの内周面に取り付けられた軸受によって相対回転可能に支持されているとともに、モータハウジング２１の壁部（ホイール側）に取り付けられた軸受によって回転自在に支持されている。図２に示す例では、駆動軸１１は、モータハウジング２１の内部を貫通し、車体側の先端部が変速機ケース１０１の内部に位置している。そして、駆動軸１１は、無段変速機１００の出力部材１２０と一体回転するように連結されている。

［２−２−２．操舵輪のインホイールモータ］
操舵輪１Ｂのインホイールモータ２では、ロータ２２が駆動軸１１と一体回転するように連結されている。操舵輪１Ｂでは、駆動軸１１がインホイールモータ２のロータ軸として機能する。この場合、駆動軸１１はモータハウジング２１からホイール１３側のみに突出している。

［２−３．無段変速機］
無段変速機１００は、第１軸線Ｒ１を共通の回転中心とする四つの回転要素として、入力部材１１０、出力部材１２０、サンローラ１３０、キャリア１４０を備えている。さらに、無段変速機１００は、第２軸線Ｒ２を回転中心とする回転要素として、遊星ボール１５０を複数備えている。

遊星ボール１５０は、入力部材１１０と出力部材１２０との間でトルクを伝達する部材である。無段変速機１００では、入力部材１１０と遊星ボール１５０とが摩擦接触し、かつ出力部材１２０と遊星ボール１５０とが摩擦接触することによってトルク伝達可能に構成されている。また、上述した五つの回転要素（入力部材１１０、出力部材１２０、サンローラ１３０、キャリア１４０、遊星ボール１５０）は、それぞれに相対回転可能である。例えば、トルク伝達時、遊星ボール１５０はサンローラ１３０の外周面１３１上を転動する。

無段変速機１００では、遊星ボール１５０の傾転角を変化させることによって、変速比を無段階に変更可能である。遊星ボール１５０の傾転角とは、遊星ボール１５０の回転中心軸線（第２軸線Ｒ２）が第１軸線Ｒ１に対して傾斜している角度のことをいう。図３に示すように、遊星ボール１５０は、入力部材１１０と出力部材１２０とに挟み込まれた状態で、キャリア１４０によって傾転可能に保持されている。無段変速機１００では、キャリア１４０によって遊星ボール１５０の回転中心軸線（第２軸線Ｒ２）を第１軸線Ｒ１に対して傾斜させて、遊星ボール１５０を傾転させることができる。キャリア１４０は、遊星ボール１５０を傾転させるための回転要素、すなわち無段変速機１００の変速比を変化させるための回転要素である。

具体的には、キャリア１４０は変速用アクチュエータによって回転するように構成されている。キャリア１４０が回転することにより遊星ボール１５０の傾転角を変化させることができる。図３に示すように、遊星ボール１５０の回転中心軸線（第２軸線Ｒ２）が第１軸線Ｒ１と平行な状態（傾転角＝０°）から、キャリア１４０が回転することにより、遊星ボール１５０の回転中心軸線（第２軸線Ｒ２）が第１軸線Ｒ１に対して傾斜する状態（傾転角≠０°）に変化させることができる。遊星ボール１５０の傾転角が０°の場合、無段変速機１００の変速比は「γ＝１」になる。一方、遊星ボール１５０の傾転角が０°以外の場合（傾転状態）には、無段変速機１００の変速比は「γ＜１」または「１＜γ」になる。なお、図２および図３には、遊星ボール１５０の回転中心軸線（第２軸線Ｒ２）が第１軸線Ｒ１と平行な基準状態が示されている。

さらに、無段変速機１００では、入力部材１１０と遊星ボール１５０との間の接触面、および出力部材１２０と遊星ボール１５０との間の接触面に、適切な摩擦力（トラクション力）を発生させてトルク伝達を可能にしている。図３に示すように、入力部材１１０および出力部材１２０は、軸方向に対向して配置され、複数の遊星ボール１５０を挟み込んだ状態で互いに相対回転可能である。そのため、無段変速機１００は、トルクカムによって入力部材１１０および出力部材１２０のうちの少なくとも一方を遊星ボール１５０に押し付け、トルク伝達時に適切な摩擦力を発生させるように構成されている。

［２−３−１．入力部材］
入力部材１１０は、ロータ２２（ロータ軸２２ｂ）と一体回転するように連結されている。図３に示すように、入力部材１１０には、入力側トルクカム１１１を介して中空状の入力軸１１２が一体回転するように連結されている。入力側トルクカム１１１は、トルクが作用することによって入力部材１１０を遊星ボール１５０に押し付ける力を発生する機構（押圧機構）である。入力軸１１２は、一方端側（ホイール側）の内周部がロータ軸２２ｂの外周部とスプライン嵌合し、他方端側（車体側）が入力側トルクカム１１１を介して入力部材１１０に連結されている。つまり、入力軸１１２はロータ２２と一体回転する。

例えば、ロータ２２から入力軸１１２にトルクが伝達されると、入力軸１１２から入力側トルクカム１１１、入力部材１１０、遊星ボール１５０、出力部材１２０、出力側トルクカム１２１、出力軸１２２を介して駆動軸１１にトルクが伝達される。このとき、入力部材１１０の回転に伴い、入力部材１１０と遊星ボール１５０との間の接触面に摩擦力が発生し、遊星ボール１５０は回転（自転）する。そして、遊星ボール１５０と出力部材１２０との間の接触面、および遊星ボール１５０とサンローラ１３０との間の接触面にも摩擦力が発生するため、出力部材１２０およびサンローラ１３０も回転する。

さらに、中空状の入力軸１１２は、無段変速機１００を構成する回転部材のうちで最も外径が大きい大径軸部１１２ａを有する部材である。図３に示すように、大径軸部１１２ａの径方向内側には、入力部材１１０と入力側トルクカム１１１と出力部材１２０とが配置されている。入力側トルクカム１１１と大径軸部１１２ａとは、連結部材１１３によって一体回転するように連結されている。連結部材１１３は、円環状の部材であり、大径軸部１１２ａの端部（車体側の端部）から径方向内側に延びている。

また、入力側トルクカム１１１は、連結部材１１３を第１カム部材とし、かつ入力部材１１０を第２カム部材とすることができる。この場合、連結部材１１３には入力側カム面が形成され、入力部材１１０には出力側カム面が形成されており、各カム面同士が軸方向に対向して配置されている。

［２−３−２．出力部材］
出力部材１２０は、車輪１（駆動軸１１）と一体回転するように連結されている。図３に示すように、出力部材１２０には、出力側トルクカム１２１を介して中空状の出力軸１２２が一体回転するように連結されている。出力側トルクカム１２１は、トルクが作用することによって出力部材１２０を遊星ボール１５０に押し付ける力を発生する機構（押圧機構）である。出力軸１２２は、一方端側（ホイール側）の内周部が駆動軸１１の外周部とスプライン嵌合し、他方端側（車体側）が出力側トルクカム１２１を介して出力部材１２０に連結されている。つまり、出力軸１２２は駆動軸１１と一体回転する。さらに、出力軸１２２は、入力軸１１２およびロータ軸２２ｂに対して相対回転可能である。

例えば、回生制動時、車輪１から出力軸１２２にトルクが伝達されると、出力軸１２２から出力側トルクカム１２１、出力部材１２０、遊星ボール１５０、入力部材１１０、入力側トルクカム１１１、入力軸１１２を介してロータ２２にトルクが伝達される。このとき、出力部材１２０の回転に伴い、出力部材１２０と遊星ボール１５０との間の接触面に摩擦力が発生し、遊星ボール１５０は回転（自転）する。そして、遊星ボール１５０と入力部材１１０との間の接触面、および遊星ボール１５０とサンローラ１３０との間の接触面にも摩擦力が発生するため、入力部材１１０およびサンローラ１３０も回転する。

［２−３−３．接触面］
入力部材１１０は、遊星ボール１５０と接触する入力接触面１１０ａを有する。同様に、出力部材１２０は、遊星ボール１５０と接触する出力接触面１２０ａを有する。入力接触面１１０ａと出力接触面１２０ａとは、遊星ボール１５０を挟む位置（径方向位置）で軸方向に対向して配置されている。

図３に示すように、各接触面１１０ａ，１２０ａは、遊星ボール１５０の表面のうち第１軸線Ｒ１の径方向外側に位置する外周曲面と接触する。例えば、各接触面１１０ａ，１２０ａは、遊星ボール１５０の外周曲面の曲率と同じ曲率の凹円弧面に形成されている。この場合、遊星ボール１５０と各接触面１１０ａ，１２０ａとは面接触する。

なお、各接触面１１０ａ，１２０ａは、遊星ボール１５０の外周曲面の曲率とは異なる曲率の凹円弧面や、凸円弧面や、平面などの形状を形成されてもよい。この場合には、遊星ボール１５０と各接触面１１０ａ，１２０ａとは点接触する。

また、各接触面１１０ａ，１２０ａの径方向位置は、遊星ボール１５０の傾転角が０°となる基準状態で第１軸線Ｒ１から遊星ボール１５０との接触部分までの距離が同じ長さになる位置である。これにより、入力部材１１０の遊星ボール１５０に対する接触角θと、出力部材１２０の遊星ボール１５０に対する接触角θとが、同じ角度になる。接触角θとは、第１軸線Ｒ１および第２軸線Ｒ２を含む平面上で、遊星ボール１５０の重心位置を通過し径方向に沿って延びる基準線に対する接触線の角度のことをいう。その接触線とは、その平面上で遊星ボール１５０の重心位置から各接触面１１０ａ，１２０ａとの接触部分まで延びる線のことをいう。

そして、各トルクカム１１１，１２１によって入力部材１１０および出力部材１２０から遊星ボール１５０に軸方向の力が作用する際、各接触面１１０ａ，１２０ａから遊星ボール１５０には径方向内側に作用する力も加わる。その径方向内側に作用する力は、遊星ボール１５０を介してサンローラ１３０に作用する。これにより、遊星ボール１５０とサンローラ１３０との間の接触面に摩擦力が発生する。

［２−３−４．遊星ボール］
遊星ボール１５０は、第２軸線Ｒ２を回転中心として自転するように、支持軸１５１によって回転自在に支持されている。図３に示すように、遊星ボール１５０は、支持軸１５１の回転中心軸線である第２軸線Ｒ２上を回転可能であり、支持軸１５１を介してキャリア１４０によって傾転自在に保持されている。

また、遊星ボール１５０は、第１軸線Ｒ１を中心位置とする同一円上で、周方向に所定間隔を空けて複数配置されている。図３に示すように、遊星ボール１５０は、重心位置を含む断面形状が真円となる球体に形成されている。なお、遊星ボール１５０は、少なくとも転動可能な球体であればよく、例えばラグビーボールのような楕円形状の球体であってもよい。

支持軸１５１は、遊星ボール１５０の重心位置を貫通した状態で両端部１５１ａ，１５１ｂが遊星ボール１５０から突出している。支持軸１５１の一方端部１５１ａは、遊星ボール１５０から軸方向でホイール側に突出しており、後述する固定キャリア１４１によって保持されている。支持軸１５１の他方端部１５１ｂは、遊星ボール１５０から軸方向で車体側に突出しており、後述する回転キャリア１４２によって保持されている。

［２−３−５．サンローラ］
サンローラ１３０は、外周面１３１が遊星ボール１５０の転動面として機能する円筒状の回転部材であり、各遊星ボール１５０が外周面１３１上を転動することに伴い回転する。図３に示すように、サンローラ１３０は、遊星ボール１５０の径方向内側に配置され、軸受を介して固定軸１６０上に設けられている。なお、サンローラ１３０は、一つの円筒状部材により構成されてもよく、あるいは複数の円筒状部材により構成されてもよい。

固定軸１６０は、第１軸線Ｒ１上で配置され、一方端部（ホイール側端部）が変速機ケース１０１の内部に位置し、他方端部（車体側端部）が変速機ケース１０１の外部（車体側）に突出している。その固定軸１６０上には、キャリア１４０も設けられている。

［２−３−６．キャリア］
キャリア１４０は、いずれも第１軸線Ｒ１を中心とする円盤板状の部材として、回転不能な固定キャリア１４１と、回転可能な回転キャリア１４２と、回転不能なプレート１４３とを有する。キャリア１４０では、回転キャリア１４２、プレート１４３、固定キャリア１４１の順に軸方向に並んで配置されている。固定キャリア１４１と回転キャリア１４２とは、プレート１４３を挟んで、遊星ボール１５０の軸方向両側に配置されている。そして、遊星ボール１５０は、傾転動作が可能な状態でキャリア１４０によって保持されている。

固定キャリア１４１は、支持軸１５１の一方端部１５１ａを保持する固定部材である。図３に示すように、固定キャリア１４１は、軸方向で遊星ボール１５０よりもホイール側（図３では右側）に配置され、径方向では出力側トルクカム１２１の内側に配置されている。また、固定キャリア１４１は、径方向内側の部分がボルト等によって固定軸１６０のフランジ部に固定されている。

回転キャリア１４２は、支持軸１５１の他方端部１５１ｂを保持する回転部材である。図３に示すように、回転キャリア１４２は、軸方向で遊星ボール１５０よりも車体側（図３では左側）に配置され、径方向では入力側トルクカム１１１の内側に配置されている。また、回転キャリア１４２は、固定軸１６０の外周部に相対回転可能に取り付けられている。

この回転キャリア１４２は、変速動作時、変速用アクチュエータによって回転する。変速用アクチュエータは、電動モータなどの駆動装置を有し、その電動モータと回転キャリア１４２との間をトルク伝達可能に連結する伝達部材（例えばウォームギアなど）を有する。そして、その電動モータから出力されたトルクが伝達部材を介して回転キャリア１４２に伝達されることにより、回転キャリア１４２は固定キャリア１４１に対して相対回転する。なお、回転キャリア１４２は、所定の角度範囲内で両方向に回転可能である。

プレート１４３は、固定キャリア１４１と回転キャリア１４２との間で、支持軸１５１の軸部１５１ｃを保持する固定部材である。支持軸１５１はプレート１４３を貫通している。図３に示すように、プレート１４３は、軸方向で遊星ボール１５０と回転キャリア１４２との間に配置され、複数の連結軸（図示せず）を介して固定キャリア１４１に固定されている。固定キャリア１４１およびプレート１４３は、その連結軸によって一体的に連結されており、全体として遊星ボール１５０を覆う籠状の構造を有する。

このように、プレート１４３が支持軸１５１の軸部１５１ｃを保持しているとともに、固定キャリア１４１および回転キャリア１４２が支持軸１５１の両端部１５１ａ，１５１ｂを保持していることにより、回転キャリア１４２が回転すると、支持軸１５１を第１軸線Ｒ１に対して傾斜させる力が発生する。その力が支持軸１５１に付与されることで両端部１５１ａ，１５１ｂの位置が径方向に変位して、遊星ボール１５０を傾転させることができる。

その傾転動作のために、キャリア１４０の各構成要素には、変速時に支持軸１５１を径方向に移動（案内）するためのガイド部が設けられている。そのガイド部によって、支持軸１５１は傾転動作が可能な状態でキャリア１４０に保持されている。

［２−３−７．支持軸のガイド部］
固定キャリア１４１には、支持軸１５１の一方端部１５１ａを径方向に案内するための固定ガイド部１４１ａが形成されている。固定ガイド部１４１ａは、径方向に沿って直線状に延びる溝部であり、固定キャリア１４１のうち遊星ボール１５０と対向する面に複数形成されている。例えば、固定ガイド部１４１ａは、第１軸線Ｒ１を中心にして放射状に形成されている。

回転キャリア１４２には、支持軸１５１の他方端部１５１ｂを径方向に案内するための回転ガイド部１４２ａが形成されている。回転ガイド部１４２ａは、径方向に対して傾斜した方向に直線状に延びる溝部であり、回転キャリア１４２のうち遊星ボール１５０と対向する面に複数形成されている。また、軸方向から回転キャリア１４２を見た場合、回転ガイド部１４２ａは、径方向に対して傾斜する一対の溝壁面を有する。そのため、支持軸１５１の両端部１５１ａ，１５１ｂの径方向位置は、回転ガイド部１４２ａの溝壁面によって位置決めされている。なお、回転ガイド部１４２ａは、直線状に限らず、曲線状に延びる溝部であってもよい。例えば、第１軸線Ｒ１を中心とする螺旋状に複数の回転ガイド部１４２ａが形成されてもよい。

プレート１４３には、支持軸１５１の軸部１５１ｃを径方向に案内するためのスリット部１４３ａが形成されている。スリット部１４３ａは、径方向に沿って直線状に延び、第１軸線Ｒ１を中心にして放射状に複数形成されている。軸方向からキャリア１４０を見た場合、スリット部１４３ａは、固定ガイド部１４１ａと同じ位置および形状に形成されている。

そして、軸方向からキャリア１４０の全体を見た場合、回転ガイド部１４２ａは、固定ガイド部１４１ａと交差するように形成されている。この交差関係は、回転キャリア１４２が回転可能な角度範囲内において常に成立する。さらに、スリット部１４３ａは固定ガイド部１４１ａと同じ位置および形状に形成されているので、変速動作時に回転キャリア１４２が回転すると、回転ガイド部１４２ａとスリット部１４３ａとの交差位置は径方向に沿って変位する。これにより、変速動作時、支持軸１５１の両端部１５１ａ，１５１ｂは、捩じれの位置に変位せず、径方向に沿って所定の径方向位置に変位することが可能になる。

［３．変速動作］
変速動作時には、遊星ボール１５０を傾転させる力がキャリア１４０から支持軸１５１に付与されることにより、遊星ボール１５０が傾転動作する。具体的には、回転キャリア１４２が回転すると、回転ガイド部１４２ａから支持軸１５１の他方端部１５１ｂには径方向の力が付与される。その他方端部１５１ｂが径方向外側に移動され、または径方向内側に移動されることに伴い、支持軸１５１の一方端部１５１ａは、固定ガイド部１４１ａに沿って径方向内側に移動され、または径方向外側に移動される。このように、支持軸１５１の両端部１５１ａ，１５１ｂの位置は径方向で異なる位置に変位して、遊星ボール１５０の傾転角が変化する。この傾転角は、第１軸線Ｒ１および第２軸線Ｒ２を含む平面内で、遊星ボール１５０の中心（重心位置）を支点にして変化する。すなわち、遊星ボール１５０の重心位置を変位させずに、遊星ボール１５０の傾転角を変更可能に構成されている。

以上説明した通り、第１実施形態によれば、車輪１とインホイールモータ２との間の動力伝達経路中に、無段変速機１００を設けることができる。これにより、走行中に無段変速機１００の変速比を変更可能になり、インホイールモータ２を搭載した車両Ｖｅにおいて、十分な駆動特性を発揮することができる。また、回生制動時にも変速比を変更できるので、インホイールモータ２による回生量（発電量）を増やすこともできる。

さらに、無段変速機１００は、遊星ボール１５０を傾転させることにより変速比を無段階に変更可能であるため、従来の自動変速機やベルト式無段変速機に比べて小型かつ軽量である。そのため、無段変速機１００によれば、インホイールモータ２を備えた車両Ｖｅへの搭載性を解決できる。

また、無段変速機１００は、主駆動輪１Ａのみに設けられており、操舵輪１Ｂには設けられていない。これにより、主駆動輪１Ａによる駆動性能を向上しつつ、操舵輪１Ｂによる操作性を確保できる。これは、仮に操舵輪１Ｂに無段変速機１００が連結された場合には、無段変速機１００の重量によって操舵輪１Ｂの操作性が低下する虞があるためである。さらに、全ての車輪１に無段変速機１００を設置しなくてもよいので、製造コストも低減できる。

［第２実施形態］
次に、図４を参照して、第２実施形態の車両Ｖｅについて説明する。図４は、第２実施形態におけるインホイールモータ２および無段変速機１００の内部構造を模式的に示す図である。第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、ステータ２３の径方向内側に無段変速機１００が配置されている。なお、第２実施形態の説明では、上述した第１実施形態と同様の構成については説明を省略し、その参照符号を引用する。

図４に示すように、第２実施形態の無段変速機１００は、モータハウジング２１の内部に収納されている。さらに、インホイールモータ２は、第１実施形態の入力軸１１２として機能する中空状のロータ２２を備えている。ロータ２２は、外周面に永久磁石２２ａが配列された筒状ロータコア２２ｃを有する。筒状ロータコア２２ｃの径方向内側に、入力側トルクカム１１１、入力部材１１０、遊星ボール１５０、出力部材１２０、出力側トルクカム１２１、出力軸１２２が配置されている。つまり、無段変速機１００を構成する回転部材は、ロータ２２が配置されている軸方向位置と重なる位置に設けられている。また、無段変速機１００の固定軸１６０は、一方端部（ホイール側端部）がモータハウジング２１の内部に位置し、他方端部（車体側端部）がモータハウジング２１の外部に突出している。

以上説明した通り、第２実施形態によれば、ステータ２３の径方向内側に無段変速機１００が配置されているので、無段変速機１００を搭載する際に軸方向長さが長くなることを抑制できる。このように、軸方向長さを短くできることにより、無段変速機１００の搭載性を解決することができる。

また、第２実施形態では、第１実施形態の変速機ケース１０１を有さないため、第１実施形態に比べて、小型かつ軽量に構成することができる。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

例えば、無段変速機１００は、トラクションドライブ方式の無段変速機（ＣＶＰ）により構成されてもよい。無段変速機１００の回転要素同士の接触面の間に、伝達油（トラクション油）を介在させて、その伝達油によって動力を伝達する。この無段変速機１００では、回転要素間に介在している伝達油を回転要素の回転力によりせん断することによって、伝達油による抵抗力（トラクション力）を回転要素間で発生させる。この抵抗力によって回転要素間での動力伝達を可能にしている。

さらに、固定軸１６０の内部には油路が形成されており、その油路は変速機ケース１０１およびモータハウジング２１の外部に設けられた油圧回路（図示せず）と接続されている。これにより、固定軸１６０の油路を介して変速機ケース１０１およびモータハウジング２１の内部に油が供給される。駆動軸１１の内部にも油路が設けられており、その油路は固定軸１６０の油路に接続されている。つまり、変速機ケース１０１の内部には伝達油としての油が供給されるとともに、モータハウジング２１の内部には冷却油としての油が供給される。これにより、油路構造が簡素になり、無段変速機１００およびインホイールモータ２の構造を小型化できる。また、変速機ケース１０１は、ケース内部に供給される伝達油がケース外部に漏れることを抑制するためにシールされている。

また、無段変速機１００は、キャリア１４０が回転することにより傾転動作を実施する構成に限定されない。例えば、キャリアは、支持軸１５１の両端部１５１ａ，１５１ｂを保持する傾転用アームを有し、傾転用アームを径方向に移動させることによって遊星ボール１５０を傾転させるように構成されてもよい。この場合、変速用アクチュエータは、傾転用アームを径方向に移動させるように構成されている。具体的には、傾転用アームは、軸方向に移動可能なシフト軸と連結されており、その連結部がテーパ面により構成されている。シフト軸は、固定軸１６０上を軸方向にスライドすることができる。そして、シフト軸が軸方向に移動すると、連結部のテーパ面を介して傾転用アームを径方向に移動させる力が発生する。この場合、変速用アクチュエータは、シフト軸を軸方向に移動させる力を発生するように構成されている。

また、車両Ｖｅは、四輪駆動車に限定されない。例えば、車輪１を四つ以上有する車両Ｖｅであってもよい。この場合も、無段変速機１００は主駆動輪１Ａとしての後輪のみに設けられている。一例として、車両Ｖｅが六輪駆動車の場合、前方二輪は操舵輪１Ｂであり、後方四輪が主駆動輪１Ａであり、無段変速機１００は後輪となる四つの車輪１に設けられている。

さらに、車両Ｖｅは、車輪１を六つ以上備える場合には、電気自動車に限定されず、エンジンを走行用動力源として搭載したハイブリッド車両であってもよい。この場合、前方二輪を除く四つ以上の車輪１が主駆動輪１Ａとして機能することができる。例えば、六輪駆動の車両Ｖｅの場合、四つの主駆動輪１Ａのうち、二つの主駆動輪１Ａにはインホイールモータ２の動力が伝達されるように構成され、残りの二つの主駆動輪１Ａにはエンジンの動力が伝達されるように構成することができる。

１ 車輪
２ インホイールモータ
２１ モータハウジング
２２ ロータ
２３ ステータ
１００ 無段変速機
１０１ 変速機ケース
１１０ 入力部材
１２０ 出力部材
１３０ サンローラ
１４０ キャリア
１４１ 固定キャリア
１４２ 回転キャリア
１４３ プレート
１５０ 遊星ボール
１５１ 支持軸
１６０ 固定軸
Ｒ１ 第１軸線（回転中心軸線）
Ｒ２ 第２軸線（回転中心軸線）

Claims (4)

1. 車輪の内側に配置されたロータおよびステータを有するインホイールモータを搭載した車両において、
   前記インホイールモータと前記車輪との間の動力伝達経路中に、変速比を無段階に変更可能な無段変速機、を備え、
   前記無段変速機は、
   前記ロータと一体回転する円環状の入力部材と、
   前記車輪の駆動軸と一体回転する円環状の出力部材と、
   前記駆動軸の軸方向に対向して配置された前記入力部材および前記出力部材に挟まれた状態で、前記入力部材と前記出力部材との間でトルクを伝達する遊星ボールと、
   両端部が前記遊星ボールから突出し、前記駆動軸とは異なる回転中心で前記遊星ボールを回転自在に支持する支持軸と、
   前記遊星ボールの重心位置を変位させずに前記支持軸における前記両端部の位置を前記駆動軸の径方向に沿って変位させて、前記遊星ボールを傾転させることが可能なキャリアと、
   を有し、
   前記変速比は、前記遊星ボールの傾転角を変化させることにより変更可能である
   ことを特徴とする車両。
2. 前記無段変速機は、前記車輪のうち操舵輪ではない主駆動輪のみに連結されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両。
3. 前記車輪は、前記主駆動輪となる後輪と、前記操舵輪となる前輪と、を有し、
   前記無段変速機は、前記後輪のみに設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載の車両。
4. 前記インホイールモータは、インナーロータ式により構成され、
   前記無段変速機は、前記ステータの径方向内側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車両。