JP2019123496A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速部の最終歯車（出力歯車）にはすば歯車を適用した場合に、歯車噛合い部に生じるアキシアル荷重の影響による出力軸の傾きを抑制すること。【解決手段】インホイールモータ駆動装置の減速部は、車輪ハブ軸受部（１１）の回転輪（１２）と結合された出力軸（３８）と、出力軸と同軸に結合されたはすば歯車である出力歯車（３７）と、出力軸を回転自在に支持する第１軸受（３８ｂ）および第２軸受（３８ａ）とを含み、第２軸受の剛性は第１軸受の剛性よりも高い。このインホイールモータ駆動装置は、正転駆動時において出力歯車（３７）の噛合い部に生じるアキシアル荷重（Ｆａ）の向きが出力軸（３８）の軸線方向一方側である場合、出力歯車（３７）よりも軸線方向一方側の位置に第２軸受（３８ａ）を配置し、出力歯車よりも軸線方向他方側の位置に第１軸受（３８ｂ）を配置したことを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、複数の歯車を有する歯車式の減速部を備えたインホイールモータ駆動装置であって、特に、減速部の最終歯車（出力歯車）をはすば歯車としたインホイールモータ駆動装置に関する。

車輪の内部に配置されるインホイールモータ駆動装置は、車輪を駆動するモータ部と、車輪が取り付けられる車輪ハブ軸受部と、モータ部の回転を減速して車輪ハブ軸受部に伝達する減速部とを備える。減速部における減速機構としては、従来から、複数の歯車を有する平行軸歯車減速機構が採用されている。

特開２０１７−１６５３９２号公報（特許文献１）には、インホイールモータ駆動装置の減速部が、モータ部のモータ回転軸と結合する入力軸、入力軸と結合する入力歯車、車輪ハブ軸受部の回転輪と結合する出力軸、出力軸と結合する出力歯車（最終歯車）、入力軸および出力軸と平行に延びる中間軸、中間軸と結合する中間歯車を含み、出力軸の両端が、第１軸受および第２軸受によってそれぞれ回転支持される構成が開示されている。また、特許文献１には、減速部の歯車をはすば歯車とすることで、歯当たりを良くすることも開示されている。

特開２０１７−１６５３９２号公報

上記特許文献１に開示された出力軸の支持構造によれば、第１軸受および第２軸受によって出力軸を安定して両持ち支持することができるため、車輪ホイールから車輪ハブ軸受部の回転輪に外力が付与されても、出力軸の変位を抑制して、減速部の歯車の偏摩耗等を防止できるという効果が得られる。また、特許文献１では、減速部の歯車としてはすば歯車が適用されているため、高い静寂性が見込まれる。

しかしながら、はすば歯車は、歯スジのねじれ方向に応じて噛合い部にアキシアル荷重（軸方向力）が発生するという特性がある。そのため、出力軸が２つの軸受によって回転支持されているというだけでは、出力軸に結合された出力歯車に作用するアキシアル荷重の影響によって出力軸が傾くおそれがある。このような場合、出力軸と中間軸の相対的な傾きが増加することで、出力歯車の噛合い部に発生する振動が増え、この振動の固体伝播により、車内に騒音が発生する懸念があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、減速部の最終歯車にはすば歯車を適用した場合に、歯車噛合い部に生じるアキシアル荷重の影響による出力軸の傾きを抑制することのできる、インホイールモータ駆動装置を提供することである。

この発明のある局面に従うインホイールモータ駆動装置は、車輪が取り付けられる回転輪を有する車輪ハブ軸受部と、減速部とを備えている。減速部は、車輪ハブ軸受部の回転輪と結合された出力軸と、出力軸と同軸に結合されたはすば歯車である出力歯車と、出力軸を回転自在に支持する第１軸受と、出力軸を回転自在に支持し、第１軸受よりも剛性が高い第２軸受とを含む。このインホイールモータ駆動装置は、正転駆動時において出力歯車の噛合い部に生じるアキシアル荷重の向きが出力軸の軸線方向一方側である場合、出力歯車よりも軸線方向一方側の位置に第２軸受を配置し、出力歯車よりも軸線方向他方側の位置に第１軸受を配置したことを特徴とする。なお、この場合、出力歯車の歯先は、上方から見て軸線方向他方側が一方側よりも車両前方となるように傾斜している。

好ましくは、第２軸受のピッチ円が、第１軸受のピッチ円よりも大きい。

また、第２軸受の転動体の直径が、第１軸受の転動体の直径よりも小さいことも望ましい。これにより、第２軸受の剛性をより高めることができる。

好ましくは、インホイールモータ駆動装置は減速部を収容するケーシングをさらに備えており、第１および第２軸受は、出力軸の外径面とケーシングに形成された円筒面との間に配置されている。

好ましくは、車輪ハブ軸受部の回転輪は内輪である。

車輪ハブ軸受部は、回転輪と同軸に配置される固定輪、および、回転輪と固定輪との環状隙間に配置される複数の転動体を含んでいる。この場合、第２軸受のピッチ円は、車輪ハブ軸受部の転動体のピッチ円よりも大きく、第１軸受のピッチ円は、車輪ハブ軸受部の転動体のピッチ円以下の大きさであってもよい。

好ましくは、減速部は、モータ回転軸と結合された入力軸と、入力軸に設けられた入力歯車と、入力歯車と噛合する第１中間歯車と、出力歯車と噛合する第２中間歯車と、第１中間歯車および第２中間歯車と一体的に設けられた中間軸と、第１中間歯車よりも軸線方向一方側に位置して中間軸を回転自在に支持する第１中間軸受と、第２中間歯車よりも軸線方向他方側に位置して中間軸を回転自在に支持する第２中間軸受とを含む。この場合、第２中間軸受のピッチ円が、第１中間軸受のピッチ円よりも大きいことが、さらに望ましい。

好ましくは、軸線方向一方側が車幅方向外側であり、軸線方向他方側が車幅方向内側である。

本発明によれば、正転駆動時に出力歯車の噛合い部にアキシアル荷重が作用する方向に、比較的高剛性の第２軸受が配置される。これにより、使用頻度の高い正転駆動時に、出力軸の傾きを抑制することができる。その結果、車両駆動時の大半において出力歯車の噛合い部における振動を抑制できるため、騒音を防止または低減することが可能となる。

本発明の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を所定の平面で切断し、展開して示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の減速部の内部構造を模式的に示す横断面図である。 本発明の実施の形態における出力歯車を斜め上から見た状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態において出力歯車と中間歯車との噛合状態を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態において、正転駆動時、逆転駆動時それぞれにおける出力歯車および中間歯車の回転方向を示す図である。 （Ａ）は、正転駆動時において出力歯車に生じるアキシアル荷重を概念的に示す図であり、（Ｂ）は、正転駆動時において２つの転がり軸受にそれぞれ生じるラジアル荷重を概念的に示す図である （Ａ）は、逆転駆動時において出力歯車に生じるアキシアル荷重を概念的に示す図であり、（Ｂ）は、逆転駆動時において２つの転がり軸受にそれぞれ生じるラジアル荷重を概念的に示す図である。 本発明の実施の形態における減速部の詳細な構成例を示す図であり、インホイールモータ駆動装置を所定の平面で切断し、展開して示す縦断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図８に示す減速部の入力軸ユニットの分解斜視図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図８に示す減速部の中間軸ユニットの分解斜視図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図８に示す減速部の出力軸ユニットの分解斜視図である。 図８に示す減速部の内部構造を示す横断面図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

＜基本構成例について＞
はじめに、図１および図２を参照して、本発明の実施の形態に係るインホイールモータ駆動装置１の基本構成例について説明する。インホイールモータ駆動装置１は、電気自動車およびハイブリッド車両などの乗用自動車に搭載される。

図１は、本発明の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置１を所定の平面で切断し、展開して示す縦断面図である。図２は、インホイールモータ駆動装置１の減速部３１の内部構造を示す横断面図であり、車幅方向外側からみた状態を模式的に表す。なお、図１で表される所定の平面は、図２に示す軸線Ｍおよび軸線Ｎを含む平面と、軸線Ｎおよび軸線Ｏを含む平面とを、この順序で接続した展開平面である。図１中、紙面左側は車幅方向外側（アウトボード側）を表し、紙面右側は車幅方向内側（インボード側）を表す。図２中、減速部３１の内部の各歯車は歯先円で表され、個々の歯を図略する。

インホイールモータ駆動装置１は、車輪ホイールＷの中心に設けられる車輪ハブ軸受部１１と、車輪を駆動するモータ部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とを備える。

モータ部２１および減速部３１は、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。軸線Ｏは車幅方向に延び、車軸に一致する。本実施の形態においては、軸線Ｏ方向一方側がアウトボード側であり、軸線Ｏ方向他方側がインボード側であるものとする。

軸線Ｏ方向位置に関し、車輪ハブ軸受部１１はインホイールモータ駆動装置１の軸線方向一方に配置され、モータ部２１はインホイールモータ駆動装置１の軸線方向他方に配置され、減速部３１はモータ部２１よりも軸線方向一方に配置され、減速部３１の軸線方向位置が車輪ハブ軸受部１１の軸線方向位置と重なる。

インホイールモータ駆動装置１は、電動車両の車輪を駆動する車両用モータ駆動装置である。インホイールモータ駆動装置１は、図示しない車体に連結される。インホイールモータ駆動装置１は、電動車両を時速０〜１８０ｋｍ／ｈで走行させることができる。

車輪ハブ軸受部１１は、回転内輪・固定外輪とされ、車輪ホイールＷと結合する回転輪（ハブ輪）としての内輪１２と、内輪１２の外径側に同軸に配置される固定輪としての外輪１３と、内輪１２と外輪１３との間の環状空間に配置される複数の転動体１４を有する。内輪１２の回転中心は、車輪ハブ軸受部１１の中心を通る軸線Ｏに一致する。

外輪１３は、本体ケーシング３９の正面部分３９ｆを貫通するとともに、この正面部分３９ｆに連結固定される。正面部分３９ｆは、本体ケーシング３９のうち減速部３１の軸線Ｏ方向一方端を覆うケーシング壁部である。たとえば、外輪１３の外周面には周方向で異なる位置に、外径方向に突出する複数の外輪突出部が立設され、各外輪突出部に設けられた貫通孔に対し、軸線Ｏ方向一方側からボルトが通される。各ボルトの軸部は、本体ケーシング３９の正面部分３９ｆに穿設される雌ねじ孔と螺合する。

外輪１３には、キャリア部材６１が連結固定される。外輪１３の外周面には、周方向で異なる位置に、外径方向に突出する複数の外輪突出部１３ｇが設けられている。キャリア部材６１は、外輪突出部１３ｇの軸線Ｏ方向他方側に位置し、軸線Ｏ方向一方側から、外輪突出部１３ｇの貫通孔およびキャリア部材６１の雌ねじ孔にボルト６２が通される。キャリア部材６１は、本体ケーシング３９に対し、軸線Ｏ方向他方側から通されたボルト６３によって固定されている。

内輪１２は、外輪１３よりも長い筒状体であり、外輪１３の中心孔に通される。外輪１３から外部（アウトボード側）へ突出する内輪１２の軸線Ｏ方向一方端部には、結合部１２ｆが形成される。結合部１２ｆはフランジであり、ブレーキロータＢＤおよび車輪と同軸に結合するための結合部を構成する。内輪１２は、結合部１２ｆで車輪ホイールＷと結合し、車輪と一体回転する。

内輪１２および外輪１３間の環状空間には、複数列の転動体１４が配置される。内輪１２の軸線Ｏ方向中央部の外周面は、第１列に配置される複数の転動体１４の内側軌道面を構成する。内輪１２の軸線Ｏ方向他方端部外周には内側軌道輪１２ｒが嵌合する。内側軌道輪１２ｒの外周面は、第２列に配置される複数の転動体１４の内側軌道面を構成する。外輪１３の軸線Ｏ方向一方端部の内周面は、第１列の転動体１４の外側軌道面を構成する。外輪１３の軸線Ｏ方向他方端部の内周面は、第２列の転動体１４の外側軌道面を構成する。内輪１２および外輪１３間の環状空間には、シール材１６がさらに介在する。シール材１６は環状空間の両端を封止して、塵埃および異物の侵入を阻止する。内輪１２の軸線Ｏ方向他方端の中心孔には減速部３１の出力軸３８が差し込まれてスプライン嵌合あるいはセレーション嵌合する。

モータ部２１は、モータ回転軸２２、ロータ２３、およびステータ２４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。モータ部２１は、インナロータ、アウタステータ形式の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はアキシアルギャップモータであってもよい。

モータ部２１はモータケーシング２９に収容されている。モータケーシング２９はステータ２４の外周を包囲する。モータケーシング２９の軸線Ｍ方向一方端は本体ケーシング３９の背面部分３９ｂと結合する。モータケーシング２９の軸線Ｍ方向他方端は、板状のモータケーシングカバー２９ｖで封止される。背面部分３９ｂは、本体ケーシング３９のうち減速部３１の軸線Ｍ方向（軸線Ｏ方向）他方端を覆うケーシング壁部である。

本体ケーシング３９、モータケーシング２９、およびモータケーシングカバー（リヤカバー）２９ｖは、インホイールモータ駆動装置１の外郭をなすケーシング１０を構成する。

ステータ２４は円筒形状のステータコア２５と、該ステータコア２５に巻回されたコイル２６を含む。ステータコア２５はリング状の鋼板を軸線Ｍ方向に積層してなる。

モータ回転軸２２の両端部は、転がり軸受２７，２８を介して、本体ケーシング３９の背面部分３９ｂと、モータケーシングカバー２９ｖに回転自在に支持される。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。例えば図２に示すようにモータ部２１の軸線Ｍは、軸線Ｏから車両前後方向にオフセットして、具体的には軸線Ｏよりも車両前方に配置される。

減速部３１は、モータ部２１のモータ回転軸２２と同軸に結合する入力軸３２と、入力軸３２の外周面に同軸に設けられる入力歯車３３と、複数の中間歯車３４，３６と、これら中間歯車３４，３６の中心と結合する中間軸３５と、車輪ハブ軸受部１１の内輪１２と同軸に結合する出力軸３８と、出力軸３８の外周面に同軸に設けられる出力歯車３７とを有する。減速部３１のこれら複数の歯車および回転軸は、本体ケーシング３９に収容される。本体ケーシング３９は減速部３１の外郭をなすことから減速部ケーシングともいう。

入力歯車３３は外歯のはすば歯車である。入力軸３２は中空構造であり、入力軸３２の中空部３２ｈにモータ回転軸２２の軸線方向一方端部が差し込まれる。これにより、モータ回転軸２２は、入力軸３２に相対回転不可能にスプライン嵌合（またはセレーション嵌合）する。入力軸３２は入力歯車３３の両端側で、転がり軸受３２ａ，３２ｂを介して、本体ケーシング３９の正面部分３９ｆおよび背面部分３９ｂに回転自在に支持される。

減速部３１の中間軸３５の回転中心になる軸線Ｎは軸線Ｏと平行に延びる。中間軸３５の両端は、軸受３５ａ，３５ｂを介して、本体ケーシング３９の正面部分３９ｆおよび背面部分３９ｂに回転自在に支持される。中間軸３５の中央部には、第１中間歯車３４および第２中間歯車３６が、中間軸３５の軸線Ｎと同軸に設けられる。第１中間歯車３４および第２中間歯車３６は、外歯のはすば歯車であり、第１中間歯車３４の径が第２中間歯車３６の径よりも大きい。大径の第１中間歯車３４は、第２中間歯車３６よりも軸線Ｎ方向他方側に配置されて、小径の入力歯車３３と噛合する。小径の第２中間歯車３６は、第１中間歯車３４よりも軸線Ｎ方向一方側に配置されて、大径の出力歯車３７と噛合する。

中間軸３５の軸線Ｎは、図１に示すように、軸線Ｏおよび軸線Ｍよりも上方に配置される。また中間軸３５の軸線Ｎは、軸線Ｏよりも車両前方、軸線Ｍよりも車両後方に配置される。減速部３１は、車両前後方向に間隔を空けて配置されて互いに平行に延びる軸線Ｏ，Ｎ，Ｍを有する３軸の平行軸歯車減速機である。

出力歯車３７は外歯のはすば歯車であり、出力軸３８の中央部に同軸に設けられる。出力軸３８は軸線Ｏに沿って延びる。出力軸３８の軸線Ｏ方向一方端部は、内輪１２の中心孔に差し込まれて相対回転不可能に嵌合する。かかる嵌合は、スプライン嵌合あるいはセレーション嵌合である。出力軸３８の軸線Ｏ方向中央部（一方端側）は、転がり軸受３８ａを介して、本体ケーシング３９の正面部分３９ｆに回転自在に支持される。出力軸３８の軸線Ｏ方向他方端部（他方端側）は、転がり軸受３８ｂを介して、本体ケーシング３９の背面部分３９ｂに回転自在に支持される。

転がり軸受３８ａは、出力歯車３７よりもアウトボード側に位置し、転がり軸受３８ｂは、出力歯車３７よりもインボード側に位置している。各転がり軸受３８ａ，３８ｂは、出力軸３８の外径面と本体ケーシング３９に形成された円筒面との間に配置されている。具体的には、本体ケーシング３９の正面部分３９ｆに形成された円筒面に、転がり軸受３８ａの外輪が固定され、本体ケーシング３９の背面部分３９ｂに形成された円筒面に、転がり軸受３８ｂの外輪が固定されている。

減速部３１は、小径の駆動歯車と大径の従動歯車の噛合、即ち入力歯車３３と第１中間歯車３４の噛合、および、第２中間歯車３６と出力歯車３７の噛合により、入力軸３２の回転を減速して出力軸３８に伝達する。減速部３１の入力軸３２から出力軸３８までの回転要素は、モータ部２１の回転を内輪１２に伝達する駆動伝達経路を構成する。入力軸３２と、中間軸３５と、出力軸３８は、上述した転がり軸受によって両持ち支持される。これらの転がり軸受３２ａ，３５ａ，３８ａ，３２ｂ，３５ｂ，３８ｂはラジアル軸受である。

本体ケーシング３９は、筒状部分と、当該筒状部分の両端を覆う板状の正面部分３９ｆおよび背面部分３９ｂを含む。筒状部分は、互いに平行に延びる軸線Ｏ、Ｎ、Ｍを取り囲むように減速部３１の内部部品を覆う。板状の正面部分３９ｆは、減速部３１の内部部品を軸線方向一方側から覆う。板状の背面部分３９ｂは、減速部３１の内部部品を軸線方向他方側から覆う。図２に示されるように、本体ケーシング３９の下部には、潤滑油が貯留されるオイルタンク４０が設けられている。

本体ケーシング３９の背面部分３９ｂは、モータケーシング２９と結合し、減速部３１の内部空間およびモータ部２１の内部空間を仕切る隔壁でもある。モータケーシング２９は本体ケーシング３９に支持されて、本体ケーシング３９から軸線方向他方側へ突出する。

インホイールモータ駆動装置１の外部からモータ部２１のステータ２４に電力が供給されると、モータ部２１のロータ２３が回転し、モータ回転軸２２から減速部３１に回転を出力する。減速部３１はモータ部２１から入力軸３２に入力された回転を減速し、出力軸３８から車輪ハブ軸受部１１へ出力する。車輪ハブ軸受部１１の内輪１２は、出力軸３８と同じ回転数で回転し、内輪１２に取付固定される図示しない車輪を駆動する。

＜出力軸の回転支持構造について＞
次に、本実施の形態に係るインホイールモータ駆動装置１の出力軸３８の回転支持構造について説明する。

上述のように、出力軸３８は、軸線方向位置が異なる２つの転がり軸受３８ａ，３８ｂによって両持ち支持されている。これにより、出力軸３８が安定的に回転支持されるため、出力軸３８と結合された車輪ハブ軸受部１１の内輪１２が、旋回荷重に伴う外力によって多少変位（変形）したとしても、出力軸３８の変位（傾き）を極力抑制することができる。

ここで、本実施の形態では、図３および図４に示すように、出力軸３８と同軸に結合された出力歯車３７として、はすば歯車が適用されている。はすば歯車とは、歯スジがつるまき線状に形成された円筒歯車である。図３には、出力歯車３７を斜め上から見た状態が示され、図４には、出力歯車３７と中間歯車３６との噛合状態が模式的に示されている。このように、出力歯車３７および中間歯車３６がはすば歯車である場合、歯車噛合い部における歯当たりが良くなるため、（理想的には）高い静寂性を得ることができる。

その一方で、車両の走行時、すなわち車輪駆動時には、出力歯車３７の噛合い部（中間歯車３６との噛合い部）において、はすば歯車に特有のアキシアル荷重が生じる。そのため、出力歯車３７の噛合い部に作用するアキシアル荷重の影響によって、出力軸３８を支持する転がり軸受３８ａ，３８ｂの一方が他方よりも高い荷重を受けることになる。したがって、出力軸３８が２つの転がり軸受３８ａ，３８ｂによって両持ち支持されているというだけでは、一方の軸受に荷重が偏り、出力軸３８が傾くおそれがある。

このことについて、図５〜図７を参照して詳細に説明する。図５は、正転駆動時、逆転駆動時のそれぞれにおける、出力歯車３７および中間歯車３６の回転方向を示す図である。図６（Ａ）は、正転駆動時において出力歯車３７に生じるアキシアル荷重を概念的に示す図であり、図６（Ｂ）は、正転駆動時において２つの転がり軸受３８ａ，３８ｂにそれぞれ生じるラジアル荷重を概念的に示す図である。図７（Ａ）は、逆転駆動時において出力歯車３７に生じるアキシアル荷重を概念的に示す図であり、図７（Ｂ）は、逆転駆動時において２つの転がり軸受３８ａ，３８ｂにそれぞれ生じるラジアル荷重を概念的に示す図である。なお、図５には、歯車３６，３７をアウトボード側から見た状態が示されており、図６（Ａ）および図７（Ａ）には、図５に示す歯車３６，３７を上から見た状態が示されている。また、図６（Ｂ）および図７（Ｂ）には、図１の縦断面図の一部が拡大して示されている。

実施の形態における出力歯車３７の歯スジのねじれ方向はいわゆる右ねじれ方向であり、出力歯車３７の歯先３７ａは、図３に示されるように、インボード側（軸線方向他方側）がアウトボード側（軸線方向一方側）よりも車両前方となるように傾斜している。図６（Ａ），（Ｂ）に示されるように、出力歯車３７の噛合い部に発生する荷重には、ラジアル成分Ｆｒ（ｇ）とアキシアル成分Ｆａとがあり、この荷重は、アウトボード側の転がり軸受３８ａとインボード側の転がり軸受３８ｂとで分担される。

歯車噛合い部で発生した歯車ラジアル成分Ｆｒ（ｇ）は、転がり軸受３８ａ，３８ｂにおいて、歯車ラジアル成分Ｆｒ（ｇ）と同一方向の軸受ラジアル成分Ｆｒ（ｂ）として働く。ラジアル成分Ｆｒ（ｇ）およびＦｒ（ｂ）は径方向内側に向かう半径方向力を表わしている。この軸受ラジアル成分Ｆｒ（ｂ）を第１の軸受ラジアル成分Ｆｒ（ｂ）という。

これに対し、歯車噛合い部で発生した歯車アキシアル成分Ｆａは、転がり軸受３８ａ，３８ｂにおいて、互いに逆向きの軸受ラジアル成分Ｆａｒとして働く。出力歯車３７の軸心（軸線Ｏ）と噛合い部とが径方向にオフセットしていることから、軸線Ｏを中心とする軸直周りのモーメントが生じ、そのモーメントを２つの転がり軸受３８ａ，３８ｂが軸受ラジアル成分として受けるためである。この軸受ラジアル成分Ｆａｒを第２の軸受ラジアル成分Ｆａｒという。

具体的には、第２の軸受ラジアル成分Ｆａｒの向きは、アウトボード側の転がり軸受３８ａとインボード側の転がり軸受３８ｂとで逆向きとなる。そのため、一方の軸受では、第１の軸受ラジアル成分Ｆｒ（ｂ）と第２の軸受ラジアル成分Ｆａｒとが互いに打ち消されるが、他方の軸受では、第１の軸受ラジアル成分Ｆｒ（ｂ）と第２の軸受ラジアル成分Ｆａｒとが足されることになる。したがって、出力歯車３７をはすば歯車とした場合、出力軸３８を回転支持する２つの転がり軸受３８ａ，３８ｂのうちの一方にのみ大きい荷重が掛かる。

より具体的には、図６（Ａ）に示されるように、正転駆動時において出力歯車３７の噛合い部に発生するアキシアル荷重Ｆａの向きは、アウトボード側である。なお、図６（Ａ）には、正転駆動時において出力歯車３７の噛合い部に発生する接線力の向きが、点線で示されている。

この場合、図６（Ｂ）に示されるように、アウトボード側の転がり軸受３８ａに作用する第２の軸受ラジアル荷重Ｆａｒの向きは径方向内側であり、インボード側の転がり軸受３８ｂに作用する第２の軸受ラジアル荷重Ｆａｒの向きは径方向外側である。そのため、正転駆動時においては、アウトボード側の転がり軸受３８ａが、インボード側の転がり軸受３８ｂよりも高いラジアル荷重を受けることになる。

一方、図７（Ａ）に示されるように、逆転駆動時において出力歯車３７の噛合い部に発生するアキシアル荷重Ｆａの向きは、インボード側である。なお、図７（Ａ）には、逆転駆動時において出力歯車３７の噛合い部に発生する接線力の向きが、点線で示されている。

この場合、図７（Ｂ）に示されるように、アウトボード側の転がり軸受３８ａに作用する第２の軸受ラジアル荷重Ｆａｒの向きは径方向外側であり、インボード側の転がり軸受３８ｂに作用する第２の軸受ラジアル荷重Ｆａｒの向きは径方向内側である。そのため、逆転駆動時においては、インボード側の転がり軸受３８ｂが、アウトボード側の転がり軸受３８ａよりも高いラジアル荷重を受けることになる。

このように、出力歯車３７をはすば歯車とした場合、正転駆動時と逆転駆動時とにおいて、出力軸３８を回転支持する２つの転がり軸受３８ａ，３８ｂに掛かるラジアル荷重の大小関係が逆転する。

ここで、本実施の形態では、正転駆動時に比較的高い荷重を受けるアウトボード側の転がり軸受３８ａの剛性を、インボード側の転がり軸受３８ｂの剛性よりも高く設定している。正転駆動時において、出力歯車３７の噛合い部にアウトボード向きのアキシアル荷重Ｆａが掛かる場合における、転がり軸受３８ａ，３８ｂの軸受荷重の大小および剛性の高低の関係は、次の通りである。

本実施の形態では、アウトボード（ＯＢ）側の転がり軸受３８ａのピッチ円を、インボード（ＩＢ）側の転がり軸受３８ｂのピッチ円よりも大きくすることで、アウトボード側の転がり軸受３８ａの剛性をインボード側の転がり軸受３８ｂの剛性よりも高くしている。つまり、図１に示されるように、アウトボード側の転がり軸受３８ａのＰＣＤ（ピッチ円直径Ｄ１）が、インボード側の転がり軸受３８ｂのＰＣＤ（ピッチ円直径Ｄ２）よりも大きい。これにより、アウトボード側の転がり軸受３８ａの転動体の数を、インボード側の転がり軸受３８ｂの転動体の数よりも多くしたり、アウトボード側の転がり軸受３８ａの転動体を、インボード側の転がり軸受３８ｂの転動体よりも大きくしたりできるため、アウトボード側の転がり軸受３８ａの剛性がインボード側の転がり軸受３８ｂの剛性よりも高くなる。

このように２つの転がり軸受３８ａ，３８ｂのピッチ円の大きさを異ならせるために、たとえば、図１に示されるように、インボード側の転がり軸受３８ｂが、出力軸３８のインボード側端部に設けられた段差部分３８ｄに設けられていてもよい。具体的には、転がり軸受３８ｂの内輪が、出力軸３８の段差部分３８ｄに嵌め入れられている。これにより、モータ部２１側（インボード側）の転がり軸受３８ｂを比較的小型にできるとともに、アウトボード側の転がり軸受３８ａのピッチ円の大きさを必要以上に大きくしなくてもよくなるため、インホイールモータ駆動装置１の径方向寸法を小さく抑えることができる。

なお、図１に示す形態においては、アウトボード側の転がり軸受３８ａのピッチ円が、車輪ハブ軸受部１１の転動体１４のピッチ円よりも大きく、インボード側の転がり軸受３８ｂのピッチ円が、車輪ハブ軸受部１１の転動体１４のピッチ円以下となっている。

また、アウトボード側の転がり軸受３８ａは、出力歯車３７の軸線Ｏ方向一方端面に立設された環状凸部３７ｂの外周面と、本体ケーシング３９の正面部分３９ｆに形成された円筒面との間に配置されていてもよい。正面部分３９ｆの円筒面は、正面部分３９ｆの内壁面に立設された環状凸部３９ｉの内周面により構成される。この場合、出力歯車３７の環状凸部３７ｂの内径側の空間に、内輪１２および外輪１３の軸線Ｏ方向他方端部が収容されていてもよい。

このように、転がり軸受３８ａは、出力軸３８を回転支持できるように配置されていればよく、出力軸３８の外周面を直接支持する構成でなくてもよい。なお、図１等に示されるように、転がり軸受３８ａ（の転動体）は、軸線Ｏ方向位置に関し、出力歯車３７と中間歯車３６との噛合い部の位置（つまり、出力歯車３７の歯幅）とは重ならない位置に設けられていることが望ましい。

上記のような配置形態とすることで、アウトボード側の転がり軸受３８ａのＰＣＤ（ピッチ円直径Ｄ１）を、インボード側の転がり軸受３８ｂのＰＣＤ（ピッチ円直径Ｄ２）の１．５倍以上、より望ましくは２倍以上とすることもできる。

以上説明したように、アウトボード側の転がり軸受３８ａを、インボード側の転がり軸受３８ｂよりも高剛性とすることで、正転駆動時における出力軸３８の傾きを抑制することができる。正転駆動は、逆転駆動よりも使用頻度が圧倒的に高く、かつ高速回転する。したがって、正転駆動時に出力軸３８の傾きを抑制することにより、車両の走行時における、歯車噛合い部の振動に伴う騒音の発生を防止または抑制することが可能となる。

＜減速部の詳細な構成例について＞
以上説明したような３軸の平行軸式歯車減速機により構成される減速部の詳細な構成例を、図８〜図１２に示す。図８は、図１に対応する図であり、本発明の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置１Ａを所定の平面で切断し、展開して示す縦断面図である。図９（Ａ），（Ｂ）は、減速部３１Ａの入力軸ユニットの分解斜視図である。図１０（Ａ），（Ｂ）は、減速部３１Ａの中間軸ユニットの分解斜視図である。図１１（Ａ），（Ｂ）は、減速部３１Ａの出力軸ユニットの分解斜視図である。図１２は、図２に対応する図であり、インホイールモータ駆動装置１Ａの減速部３１Ａの内部構造を示す横断面図であり、車幅方向外側からみた状態を模式的に表す。なお、図９〜図１１のそれぞれにおいて、（Ａ）は、車幅方向外側から各軸ユニットを見た斜視図を表わし、（Ｂ）は、車幅方向内側から各軸ユニットを見た斜視図を表わしている。

図８に示すインホイールモータ駆動装置１Ａの基本構成自体は、図１および図２に示したインホイールモータ駆動装置１と同様である。インホイールモータ駆動装置１Ａの減速部３１Ａも、上記と同様に、入力軸３２と、中間軸３５と、出力軸３８と、入力軸３２に設けられた入力歯車３３と、中間軸３５に設けられた中間歯車３４，３６と、出力軸３８に設けられた出力歯車３７と、これらの軸３２，３５，３８を支持する転がり軸受３２ａ，３５ａ，３８ａ，３２ｂ，３５ｂ，３８ｂとを含む。以下の説明において、軸線Ｍ，Ｎ，Ｏに沿う方向を「軸方向」という。

図８および図９を参照して、入力軸ユニットは、入力軸３２と、入力軸３２と一体的に設けられた入力歯車３３と、入力軸３２を回転自在に支持する一対の転がり軸受３２ａ，３２ｂとで構成されている。入力歯車３３は、入力軸３２と一体形成されている。入力歯車３３は、入力軸３２の軸方向中央部に設けられている。入力軸３２の軸方向両端部７１，７２の外周面に、転がり軸受３２ａ，３２ｂがそれぞれ嵌め入れられている。転がり軸受３２ａ，３２ｂの内輪は、それぞれ、入力歯車３３の軸方向一方端面および他方端面と接していてもよい。

入力軸３２の両端部７１，７２の外径寸法は互いに等しい。この場合、転がり軸受３２ａ，３２ｂは、同一の規格の軸受で構成されることが望ましい。すなわち、転がり軸受３２ａ，３２ｂのＰＣＤ、内径寸法、外径寸法、転動体の直径および個数は、互いに等しいことが望ましい。これにより、入力軸３２の支持構造に関して部品を共通化できるため、製造コストを低減できる。

図８および図１０を参照して、中間軸ユニットは、中間軸３５と、中間軸３５と一体的に設けられた２つの中間歯車３４，３６と、中間軸３５を回転可能に支持する一対の転がり軸受３５ａ，３５ｂとで構成されている。大径の中間歯車３４は、中間軸３５と一体形成されている。これに対し、小径の中間歯車３６は、中間軸３５とは別体であり、中間軸３５にスプライン嵌合（圧入）されている。具体的には、中間軸３５は、外周面に繰り返し凹凸が設けられたスプライン部８３を含み、このスプライン部８３に、中間歯車３６の内周面８５に設けられたスプライン溝が嵌め合わされている。これにより、中間歯車３６が中間軸３５に一体的に結合される。

なお、中間軸３５は、中空構造であってもよい。つまり、中間軸３５は、軸方向に貫通する中空穴８６を有していてもよい。これにより、中空穴８６を潤滑油の通路にできるため、減速部３１Ａの潤滑性能が向上する。

中間軸３５の軸方向両端部８１，８２の外周面上に、転がり軸受３５ａ，３５ｂがそれぞれ嵌め入れられている。中間軸３５の一方端部８１は、スプライン部８３に隣接して配置されている。中間軸３５の他方端部８２の軸方向位置は、中間歯車３８の軸方向位置と部分的に重なっていてもよい。つまり、インボード側の転がり軸受３５ｂは、大径の中間歯車３４の軸方向他方端面に設けられた環状凹部８７に配置されていてもよい。これにより、中間軸３５の軸方向寸法を短縮できる。

中間軸３５の他方端部８２の外径寸法は、一方端部８１の外径寸法よりも大きい。そのため、インボード側の転がり軸受３５ｂのＰＣＤ（ピッチ円直径Ｄ３）は、アウトボード側の転がり軸受３５ａのＰＣＤ（ピッチ円直径Ｄ４）よりも大きい。インホイールモータ駆動装置１Ａにおいては、軸方向寸法の小型化の要請から歯車軸（入力軸３２、中間軸３５、出力軸３８）の軸受スパンが短いため、径方向変位に対する歯車軸の傾きの増加量が相対的に大きい。正転駆動時には、後段側の中間歯車３６の噛合い部にはインボード側に向かってアキシアル荷重が発生し、前段側の中間歯車３４の噛合い部にはアウトボード側に向かってアキシアル荷重が発生する。後段ほどトルクが高くなるため、中間軸３５においては、インボード側へ向かうアキシアル荷重の方が相対的に大きい。

そこで、上記のように、インボード側の転がり軸受３５ｂの方をアウトボード側の転がり軸受３５ａよりも大径とすることで、転がり軸受３５ｂの剛性を確保できる。具体的には、両軸受３５ａ，３５ｂの転動体（鋼球）の直径が同一である場合でも、転がり軸受３５ｂの転動体８９ｂの個数を、転がり軸受３５ａの転動体８９ａの個数よりも増やすことができる。これにより、正転駆動時に、中間軸３５の傾きを抑制できるため、歯面接触のミスアライメントが減少する。その結果、中間歯車３４と入力歯車３３との噛合い部、および、中間歯車３６と出力歯車３７との噛合い部に、振動が発生することを抑制することができる。

なお、インボード側の転がり軸受３５ｂの転動体８９ｂの直径を、アウトボード側の転がり軸受３５ａの転動体８９ａよりも小径とすることで、転がり軸受３５ｂの転動体８９ｂの個数をさらに増やしてもよい。これにより、転がり軸受３５ｂの定格荷重を大きくできるため、転がり軸受３５ｂの剛性を高められる。また、インボード側の転がり軸受３５ｂの幅寸法をアウトボード側の転がり軸受３５ａの幅寸法よりも小さくできるため、中間軸３５の軸方向寸法を短縮できる。

中間歯車３６は、転がり軸受３５ａと大径の中間歯車３４との間に位置している。図８に示されるように、転がり軸受３５ａの内輪８８の外径寸法Ｄ５は、中間軸３５のスプライン部８３の（最大）外径寸法Ｄ６よりも大きいことが望ましい。これにより、転がり軸受３５ａの内輪８８と中間歯車３６の軸方向一方端面とが接触するため、振動等によって中間歯車３６が中間軸３５から抜けるのを防止できる。逆転駆動時において、中間歯車３６の噛合い部にアウトボード方向のアキシアル荷重が発生する場合にも、転がり軸受３５ａの内輪８８が中間歯車３６の抜け止めとして作用する。

なお、中間歯車３６の一方端部８１に設けられた溝８１ａに嵌め入れられたリング状の弾性部材８４によって、転がり軸受３５ａの内輪８８の軸方向一方側への移動が規制されている。

図８および図１１を参照して、出力軸ユニットは、出力軸３８と、出力軸３８と一体的に設けられた出力歯車３７と、出力軸３８を回転可能に支持する一対の転がり軸受３８ａ，３８ｂとで構成されている。出力歯車３７は、出力軸３８と一体形成されている。出力歯車３７は、出力軸３８の軸方向中央部に設けられている。出力軸３８の軸方向一方端部の外周面には、車輪ハブ軸受部１１の内輪１２とスプライン嵌合するためのスプライン部９３が設けられている。

アウトボード側の転がり軸受３８ａは、上述のように、出力歯車３７の軸方向一方端面に立設された環状凸部３７ｂの外周面上に嵌め入れられている。環状凸部３７ｂは、軸方向位置に関し、出力歯車３７と重なることなく隣り合っており、車輪ハブ軸受部１１の内輪１２の軸方向他方端部と重なっている。インボード側の転がり軸受３８ｂは、出力軸３８の軸方向他方端部９２の外周面上に嵌め入れられている。なお、中間軸３５のアウトボード側の転がり軸受３５ａは、転がり軸受３８ａとほぼ同じ軸方向位置に配置されている。中間軸３５のインボード側の転がり軸受３５ｂは、転がり軸受３８ｂよりもアウトボード側（軸方向一方側）に位置していてもよい。

出力軸３８は、インボード側の転がり軸受３８ｂとの嵌合部よりもさらにインボード側（軸方向他方側）に突出する突出部９４を有し、この突出部９４にオイルポンプ６３が取り付けられていてもよい。この場合、インボード側の転がり軸受３８ｂの外径寸法（外輪の外周面の直径）Ｄ７が、オイルポンプ６３の外径寸法Ｄ８よりも大きいことが望ましい。

アウトボード側の転がり軸受３８ａは正転駆動時にアキシアル荷重の影響を受けるため、図１にも示したように、アウトボード側の転がり軸受３８ａのＰＣＤ（ピッチ円直径Ｄ１）は、インボード側の転がり軸受３８ｂのＰＣＤ（ピッチ円直径Ｄ２）よりも大きい。加えて、アウトボード側の転がり軸受３８ａの転動体９９ａの直径を、インボード側の転がり軸受３８ｂの転動体９９ｂよりも小径とし、転がり軸受３８ａの転動体９９ａの個数をさらに増やすことも望ましい。これにより、転がり軸受３８ａの定格荷重が大きくなるため、転がり軸受３８ａの剛性がさらに高められる。この場合、アウトボード側の転がり軸受３８ａの幅寸法をインボード側の転がり軸受３８ｂの幅寸法よりも小さくできるため、出力軸３８の軸方向寸法を短縮することもできる。

以上説明したように、減速部３１Ａは、次のような特徴を備えていてもよい。

・入力軸３２のアウトボード側の転がり軸受３２ａとインボード側の転がり軸受３２ｂとは、同一の軸受により構成されている。

・中間軸３５のアウトボード側の転がり軸受３５ａの内輪８８の外径寸法が、中間軸３３にスプライン嵌合された中間歯車３６のスプライン部８３の外径寸法よりも大径である。

（変形例１）
上記実施の形態では、出力歯車３７の歯スジが右方向にねじれていることとしたが、出力歯車の歯スジは左方向にねじれていてもよい。つまり、出力歯車の歯先は、アウトボード側（軸線方向一方側）がインボード側（軸線方向他方側）よりも車両前方となるように傾斜していてもよい。この場合、正転駆動時に出力歯車の噛合い部に生じるアキシアル荷重の向きはインボード側となるため、上記実施の形態とは逆に、インボード側の転がり軸受を、アウトボード側の転がり軸受よりも高剛性とすればよい。つまり、この場合、インボード側の転がり軸受のピッチ円を、アウトボード側の転がり軸受のピッチ円よりも大きくしてもよい。

このように、正転駆動時において、出力歯車の噛合部に生じるアキシアル荷重の向きを「軸線方向一方側」とした場合、出力歯車よりも軸線方向一方側の位置に比較的高剛性の転がり軸受（第２軸受）が配置され、出力歯車よりも軸線方向他方側の位置に比較的低剛性の転がり軸受（第１軸受）が配置されていればよい。

（変形例２）
上記実施の形態では、車輪ハブ軸受部１１の回転輪が内輪であることとしたが、回転輪は外輪であってもよい。つまり、回転外輪・固定内輪タイプの車輪ハブ軸受部を備えたインホイールモータ駆動装置にも、上述のような出力軸の回転支持構造を適用することができる。

（変形例３）
上記実施の形態では、減速部３１が３軸の平行軸式歯車減速機である例を示したが、減速部はたとえば４軸の平行軸式歯車減速機など、他種の歯車減速機であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ インホイールモータ駆動装置、１０ ケーシング、１１ 車輪ハブ軸受部、１２ 内輪、１３ 外輪、１４ 転動体、２１ モータ部、２２ モータ回転軸、２３ ロータ、２４ ステータ、２５ ステータコア、２６ コイル、２７，２８，３２ａ，３２ｂ，３５ａ，３５ｂ，３８ａ，３８ｂ 転がり軸受、２９ モータケーシング、２９ｖ モータケーシングカバー、３１，３１Ａ 減速部、３２ 入力軸、３３ 入力歯車、３４，３６ 中間歯車、３５ 中間軸、３７ 出力歯車、３８ 出力軸、３９ 本体ケーシング、Ｍ，Ｎ，Ｏ 軸線、Ｗ 車輪ホイール。

Claims (8)

1. 車輪が取り付けられる回転輪を有する車輪ハブ軸受部と、
   前記車輪ハブ軸受部の前記回転輪と結合された出力軸と、前記出力軸と同軸に結合されたはすば歯車である出力歯車と、前記出力軸を回転自在に支持する第１軸受と、前記出力軸を回転自在に支持し、前記第１軸受よりも剛性が高い第２軸受とを含む減速部とを備え、
   正転駆動時において、前記出力歯車の噛合い部に生じるアキシアル荷重の向きが、前記出力軸の軸線方向一方側である場合、前記出力歯車よりも軸線方向一方側の位置に前記第２軸受を配置し、前記出力歯車よりも軸線方向他方側の位置に前記第１軸受を配置したことを特徴とする、インホイールモータ駆動装置。
2. 前記第２軸受のピッチ円が、前記第１軸受のピッチ円よりも大きい、請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
3. 前記第２軸受の転動体の直径が、前記第１軸受の転動体の直径よりも小さい、請求項２に記載のインホイールモータ駆動装置。
4. 前記減速部を収容するケーシングをさらに備え、
   前記第１および第２軸受は、前記出力軸の外径面と前記ケーシングに形成された円筒面との間に配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
5. 前記車輪ハブ軸受部の前記回転輪は内輪である、請求項１〜４のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
6. 前記車輪ハブ軸受部は、前記回転輪と同軸に配置される固定輪、および、前記回転輪と前記固定輪との環状隙間に配置される複数の転動体を含んでおり、
   前記第２軸受のピッチ円は、前記車輪ハブ軸受部の転動体のピッチ円よりも大きく、前記第１軸受のピッチ円は、前記車輪ハブ軸受部の転動体のピッチ円以下の大きさである、請求項５に記載のインホイールモータ駆動装置。
7. 前記減速部は、モータ回転軸と結合された入力軸と、前記入力軸に設けられた入力歯車と、前記入力歯車と噛合する第１中間歯車と、前記出力歯車と噛合する第２中間歯車と、前記第１中間歯車および前記第２中間歯車と一体的に設けられた中間軸と、前記第１中間歯車よりも軸線方向一方側に位置して前記中間軸を回転自在に支持する第１中間軸受と、前記第２中間歯車よりも軸線方向他方側に位置して前記中間軸を回転自在に支持する第２中間軸受とを含み、
   前記第２中間軸受のピッチ円が、前記第１中間軸受のピッチ円よりも大きい、請求項１〜６のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
8. 前記軸線方向一方側が車幅方向外側であり、前記軸線方向他方側が車幅方向内側である、請求項１〜７のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。

Images