JP2016014445A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型・軽量で、潤滑性能に優れ、耐久性を向上させ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と、減速部Ｂと、車輪用軸受部Ｃと、を備えたインホイールモータ駆動装置において、モータ回転軸２４のトルク伝達部の内周に、減速機入力軸２５のトルク伝達部の外周が嵌合し、潤滑機構の一部を構成する潤滑油路２４ａ、２５ｃが、モータ回転軸２４と減速機入力軸２５のそれぞれの内部に形成されており、モータ回転軸２４に潤滑油路２４ａを形成する中空パイプ部材８０、８０’が嵌装されている。【選択図】図１

Description

本発明は、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、特開２０１１−１８９９１９号公報（特許文献１）に記載されている。同公報に記載されているインホイールモータ駆動装置は、駆動力を発生させるモータ部と、車輪に接続する車輪用軸受部と、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部とを備えている。

上記のインホイールモータ駆動装置は、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回転型のモータが採用されている。一方、車輪用軸受部には車輪を駆動するために大きなトルクが必要となるため、減速部には、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。

モータ部は、ケーシングに固定されたステータと、ステータの内側に径方向の隙間をもって対向する位置に配置されるロータと、ロータの内側に連結固定されてロータと一体回転するモータ回転軸とを備えるラジアルギャップモータである。中空構造のモータ回転軸は、軸方向両端部を一対の転がり軸受によって回転自在にケーシングに支持されている。

サイクロイド減速機を適用した減速部は、一対の偏心部を有する減速機入力軸と、偏心部に配置される一対の曲線板と、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周係合部材と、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を主な構成とする。前述したモータ回転軸は、減速機入力軸にスプラインで連結されている。

このインホイールモータ駆動装置は、モータ部と減速部の冷却および潤滑のために潤滑油を供給する潤滑機構を備えている。この潤滑機構は、循環油路、潤滑油供給口、潤滑油排出口、潤滑油貯留部および回転ポンプを主な構成とし、モータ回転軸および減速機入力軸のそれぞれの軸心に潤滑油路が形成されている。

特開２０１１−１８９９１９号公報

ところで、上記のインホイールモータ駆動装置では、潤滑油路が形成されたモータ回転軸と減速機入力軸とがスプライン嵌合し、トルク伝達が行われる。モータ回転軸の軸端から流入した潤滑油は、モータ回転軸の軸心の潤滑油路から潤滑油供給口を経てモータロータを冷却し、ステータへ噴出する経路と、減速機入力軸の軸心の潤滑油路に流入し、減速部を潤滑および冷却する経路とに分流する。

減速機入力軸は、外径にスプライン（セレーションを含む。以下同じ。）を形成することから、入力軸の肉厚を薄くすることは難しい。また、モータ回転軸にもスプラインを形成するため、製造上、スプライン大径以上の孔径で貫通させた構造とせざるを得ず、そのため、モータ回転軸と減速機入力軸の潤滑油路の孔径は大きく異なり、接続部には段差が生じる。この結果、モータ回転軸に流入した潤滑油は、減速機入力軸の軸心の潤滑油路に流入する前段で堰き止められる。そのため、低回転域では、減速機側に潤滑油が供給され難いという問題が判明した。

一方、トルク伝達部（スプライン）の構造の変更として、モータ回転軸側を雄スプラインとし、減速機入力軸側を雌スプラインとする構造も考えられるが、部品点数の多い減速機側の径寸法の拡大には限界があるため難しいことが分かった。

本発明は、上記の問題に鑑みて提案されたものであって、小型・軽量で、潤滑性能に優れ、耐久性を向上させた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。

前述した目的を達成するための技術的手段として、本発明は、モータ部と、減速部と、車輪用軸受部と、ケーシングとを備え、前記モータ部が、前記ケーシングに固定されたステータと、複数の転がり軸受を介して前記ケーシングに回転自在に支持されるモータ回転軸と、このモータ回転軸に装着されたロータとからなり、前記モータ部のモータ回転軸が前記減速部の減速機入力軸を回転駆動し、この減速機入力軸の回転を減速して減速機出力軸に伝達し、前記車輪用軸受部が前記減速機出力軸に連結され、内部に潤滑機構を備えたインホイールモータ駆動装置において、前記モータ回転軸のトルク伝達部の内周に、前記減速機入力軸のトルク伝達部の外周が嵌合し、前記潤滑機構の一部を構成する潤滑油路が、前記モータ回転軸と前記減速機入力軸のそれぞれの内部に形成されており、前記モータ回転軸に前記潤滑油路を形成する中空パイプ部材が嵌装されていることを特徴とする。

上記の構成により、小型・軽量で、潤滑性能に優れ、耐久性を向上させたインホイールモータ駆動装置を実現することができる。特に、低回転域でも、中空パイプ部材によって、モータ回転軸の潤滑油路から供給される潤滑油を減速機に効果的に流入させることができる。

具体的には、上記の中空パイプ部材の内径と減速機入力軸の潤滑油路の内径とを略同一寸法に設定することが好ましい。これにより、モータ回転軸の潤滑油路を形成する中空パイプ部材の内径と減速機入力軸の潤滑油路との段差をなくし、低回転域でも、モータ回転軸の潤滑油路から減速機入力軸の潤滑油路へ潤滑油を効果的に流入させることができる。

上記の中空パイプ部材に潤滑油供給口を径方向に形成すると共にモータ回転軸にも潤滑油供給口を径方向に形成することにより、モータ部のロータやステータを冷却するために潤滑油を効果的に供給することができる。

上記の中空パイプ部材の潤滑油供給口の外周部に周方向の溝を形成することが好ましい。これにより、中空パイプ部材の潤滑油供給口とモータ回転軸の潤滑油供給口の位相がずれた場合にも、潤滑油の供給が妨げられない連通構造にすることができる。

また、上記の中空パイプ部材の潤滑油供給口とモータ回転軸の潤滑油供給口のいずれか一方を他方よりも大きくすることにより、中空パイプ部材の潤滑油供給口とモータ回転軸の潤滑油供給口の位相がずれた場合にも、潤滑油の供給が妨げられない連通構造にすることができる。

上記の中空パイプ部材の潤滑油供給口とモータ回転軸の潤滑油供給口の位相を一致させること、また、そのために、中空パイプ部材とモータ回転軸との間に位相合わせ用係合部を設けることが好ましい。これにより、モータ部のロータやステータを冷却するための潤滑油をスムーズに供給することができる。

上記の中空パイプ部材とモータ回転軸は軸端に締め代を有する嵌合構造とすることが好ましい。これにより、中空パイプ部材とモータ回転軸の嵌合組立性を容易にすることができる。

本発明のインホイールモータ駆動装置によれば、小型・軽量で、潤滑性能に優れ、耐久性を向上させたインホイールモータ駆動装置を実現することができる。特に、低回転域でも、中空パイプ部材によって、モータ回転軸の潤滑油路から供給される潤滑油を減速機に効果的に流入させることができる。

本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示す図である。 図１のＯ−Ｏにおける横断面図である。 図１の曲線板に作用する荷重を示す説明図である。 図１の回転ポンプの横断面図である。 図１の減速機入力軸とモータ回転軸のトルク伝達部の周辺部分を拡大した縦断面図である。 （ａ）図は、中空パイプ部材を嵌装したモータ回転軸を拡大した縦断面図、（ｂ）図は、（ａ）図のＤ部を拡大した図である。 中空パイプ部材を拡大した縦断面図である。 中空パイプ部材の変形例を示す縦断面図である。 図１のインホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車の平面図である。 図９の電気自動車の後方断面図である。

図９は、本発明の一実施形態に係る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の概略平面図であって、図１０は、電気自動車１１を後方から見た概略断面図である。図９に示すように、電気自動車１１は、シャーシ１２と、操舵輪としての前輪１３と、駆動輪としての後輪１４と、左右の後輪１４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２１とを備える。図１０に示すように、後輪１４は、シャーシ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を介してシャーシ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ーシ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、旋回時等の車体の傾きを抑制するスタビライザが設けられる。懸架装置１２ｂは、路面の凹凸に対する追従性を向上し、駆動輪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するのが望ましい。

この電気自動車１１は、ホイールハウジング１２ａ内部に、左右の後輪１４それぞれ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、シャーシ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。

電気自動車１１の走行安定性およびＮＶＨ特性を向上するために、ばね下重量を抑える必要がある。また、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、図１に示すように、本実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を採用する。

本発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を図１〜図７に基づいて説明する。図１はインホイールモータ駆動装置２１の概略縦断面図、図２は図１のＯ−Ｏにおける横断面図、図３は曲線板に作用する荷重を示す説明図、図４は回転ポンプの横断面図、図５は減速機入力軸とモータ回転軸のトルク伝達部の周辺部分を拡大した縦断面図、図６（ａ）は中空パイプ部材を嵌装したモータ回転軸を拡大した縦断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＤ部を拡大した図、図７は中空パイプ部材を拡大した縦断面図である。本実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の特徴的な構成を説明する前に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部Ｂと、減速部Ｂからの出力を駆動輪１４（図１０参照）に伝達する車輪用軸受部Ｃとを備え、モータ部Ａと減速部Ｂはケーシング２２に収納されて、図９、１０に示すように電気自動車１１のホイールハウジング１２ａ内に取り付けられる。本実施形態では、ケーシング２２は、モータ部Ａと減速部Ｂとで分割可能な構造とし、ボルトで締結されている。本明細書および特許請求の範囲において、ケーシング２２とは、モータ部Ａが収容されたケーシング部分と減速部Ｂが収容されたケーシング部分の両方を指すものとする。

モータ部Ａは、ケーシング２２に固定されているステータ２３ａと、ステータ２３ａの内側に径方向の隙間をもって対向する位置に配置されるロータ２３ｂと、ロータ２３ｂの内側に連結固定されてロータ２３ｂと一体回転するモータ回転軸２４とを備えるラジアルギャップモータである。

中空構造のモータ回転軸２４は、ロータ２３ｂの内径面に嵌合固定されて一体回転すると共に、モータ部Ａ内で軸方向一方側端部（図１の右側）を転がり軸受３６ａに、軸方向他方側端部（図１の左側）を転がり軸受３６ｂによっ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）を転がり軸受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。減速機入力軸２５は、減速部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°位相を変えて設けられている。

モータ回転軸２４と減速機入力軸２５とは、スプライン（セレーションを含む。以下同じ。）嵌合によって連結され、モータ部Ａの駆動力が減速部Ｂに伝達される。このスプライン嵌合部は、減速機入力軸２５がある程度傾いても、モータ回転軸２４への影響を抑制するように構成されている。本明細書および特許請求の範囲において、トルク伝達部とは、スプライン（セレーションを含む。）嵌合部を意味する。

減速部Ｂは、偏心部２５ａ、２５ｂに回転自在に保持される公転部材としての曲線板２６ａ、２６ｂと、曲線板２６ａ、２６ｂの外周部に係合する外周係合部材としての複数の外ピン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に隣接する位置にカウンタウェイト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等間隔に内ピン３１を固定する孔が形成されている。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連結され、減速部Ｂの出力を車輪１４（図１０参照）に伝達する。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に示すように、曲線板２６ａ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複数の貫通孔３０ａと、貫通孔３０ｂを有する。貫通孔３０ａは、曲線板２６ａ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、後述する内ピン３１を受け入れる。また、貫通孔３０ｂは、曲線板２６ａの中心に設けられており、偏心部２５ａに嵌合する。

曲線板２６ａは、転がり軸受４１によって偏心部２５ａに対して回転自在に支持されている。図２に示すように、転がり軸受４１は、偏心部２５ａの外径面に嵌合し、外径面に内側軌道面４２ａを有する内輪４２と、曲線板２６ａの貫通孔３０ｂの内径面に直接形成された外側軌道面４３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（図示省略）とを備える円筒ころ軸受である。また、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を有する。

図２に示すように、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（図１参照）に回転自在に支持されている。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。

カウンタウェイト２９（図１参照）は、略扇形状で、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、各偏心部２５ａ、２５ｂに隣接する位置に偏心部２５ａ、２５ｂと１８０°位相を変えて配置される。

図１に示すように、運動変換機構は、減速機出力軸２８に保持された複数の内ピン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（図２参照）、その軸方向一方側端部が減速機出力軸２８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。

図１に示すように、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の内径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。

図２に示すように、貫通孔３０ａは、複数の内ピン３１の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」を指す。以下同じ。）より所定寸法大きく設定されている。

曲線板２６ａ、２６ｂに作用する荷重の状態を図３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３４を周方向等間隔に有する。曲線板２６ａの周囲には、凹部３４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３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３４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（図１参照）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３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。これらの複数の荷重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３４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。

上記の複数の荷重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。そして、減速機入力軸２５が１回転すると、曲線板２６ａの波形の凹部３４が減速されて１ピッチ時計回りに回転し、図３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、ハブ輪３２の外径面に直接形成した内側軌道面３３ｆと外径面の小径段部に嵌合された内輪３３ａとで内方部材を形成し、ケーシング２２の内径面に嵌合固定された外輪３３ｂと、内側軌道面３３ｆ、内輪３３ａおよび外輪３３ｂ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。

次に、潤滑機構を説明する。この潤滑機構は、モータ部Ａの冷却のために潤滑油を供給すると共に減速部Ｂに潤滑油を供給するもので、詳細は後述するが、この潤滑機構が本実施形態の特徴的な構成に関係する。図１に示す潤滑油路２４ａ、２５ｃ、潤滑油供給口２４ｂ、２４ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、潤滑油排出口２２ｂ、潤滑油貯留部２２ｄ、潤滑油路２２ｅ、回転ポンプ５１および循環油路４５を主な構成とする。潤滑機構内に付した白抜き矢印は潤滑油の流れる方向を示す。

モータ回転軸２４の潤滑油路２４ａに接続された潤滑油路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。潤滑油供給口２５ｄ、２５ｅは、潤滑油路２５ｃから減速機入力軸２５の外径面に向って半径方向に延び、潤滑油供給口２５ｆは、減速機入力軸２５の軸端部から回転軸心方向に軸端面に向って延びている。

減速部Ｂの位置におけるケーシング２２の少なくとも１箇所には、減速部Ｂ内部の潤滑油を排出する潤滑油排出口２２ｂが設けられ、吐出された潤滑油を一時的に貯留する潤滑油貯留部２２ｄが設けられている。

図１に示すように、循環油路４５は、ケーシング２２の内部を軸方向に延びる軸方向油路４５ａと、軸方向油路４５ａの軸方向一端部（図１の右側）に接続されて径方向に延びる径方向油路４５ｃと、軸方向油路４５ａの軸方向他端部（図１の左側）に接続されて径方向に延びる径方向油路４５ｂとで構成される。

潤滑油を強制的に循環させるために、潤滑油貯留部２２ｄに接続する潤滑油路２２ｅと循環油路４５との間に回転ポンプ５１が設けられている。径方向油路４５ｂは回転ポンプ５１から圧送された潤滑油を軸方向油路４５ａに供給し、軸方向油路４５ａから径方向油路４５ｃを経て潤滑油を潤滑油路２４ａ、２５ｃに供給する。

図４に示すように、回転ポンプ５１は、減速機出力軸２８の回転を利用して回転するインナーロータ５２と、インナーロータ５２の回転に伴って従動回転するアウターロータ５３と、ポンプ室５４と、潤滑油路２２ｅに連通する吸入口５５と、循環油路４５の径方向油路４５ｂ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。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全体としての大型化を防止することができる。

インナーロータ５２は、回転中心ｃ₁を中心として回転し、一方、アウターロータ５３は、回転中心ｃ₂を中心として回転する。インナーロータ５２およびアウターロータ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から径方向油路４５ｂに圧送される。

モータ部Ａの冷却として、図１に示すように、循環油路４５から潤滑油路２４ａに還流された潤滑油の一部が、遠心力によって潤滑油供給口２４ｃ、２４ｂからロータ２３ｂを冷却し、その後、潤滑油が飛散してステータ２３ａを冷却する。この経路と後述する減速部Ｂを潤滑および冷却する経路とに潤滑油が分流する。

減速部Ｂの潤滑として、潤滑油路２５ｃの潤滑油は、減速機入力軸２５の回転に伴う遠心力および圧力によって潤滑油供給口２５ｄ、２５ｅから減速部Ｂに流出する。潤滑油供給口２５ｄから流出した潤滑油は、曲線板２６ａ、２６ｂを支持する円筒ころ軸受４１（図２参照）、さらに、遠心力により、曲線板２６ａ、２６ｂと内ピン３１との当接部分および曲線板２６ａ、２６ｂと外ピン２７との当接部分等を潤滑しながら径方向外側に移動する。潤滑油供給口２５ｅ、２５ｆから流出した潤滑油は、減速機入力軸２５を支持する深溝玉軸受３７ａ、３７ｂ、さらに、内部の軸受や当接部分に供給される。このように、減速部Ｂは、潤滑が必要な多数の軸受や当接部分から構成されており、内蔵した回転ポンプ５１により、効率よく潤滑油を供給する必要がある。

ケーシング２２の内壁面に到達した潤滑油は、潤滑油排出口２２ｂから排出されて潤滑油貯留部２２ｄに貯留される。潤滑油吐出口２２ｂと回転ポンプ５１との間に潤滑油貯留部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、潤滑油貯留部２２ｄに貯留しておくことができる。その結果、減速部Ｂのトルク損失の増加を防止することができる。一方、潤滑油排出口２２ｂに到達する潤滑油量が少なくなっても、回転ポンプ５１は、潤滑油貯留部２２ｄに貯留されている潤滑油を潤滑油路２４ａ、２５ｃに還流することができる。潤滑油は、遠心力に加えて重力によって移動する。したがって、潤滑油貯留部２２ｄがインホイールモータ駆動装置２１の下部に位置するように、電気自動車１１に取り付けるのが望ましい。

本実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１の全体構成は、前述したとおりであるが、次に、本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１の特徴的な構成を説明する。要約すると、前述した潤滑機構の一部を構成する潤滑油路２４ａ、２５ｃが、モータ回転軸２４と減速機入力軸２５のそれぞれの内部（軸心）に形成されており、モータ回転軸２４に潤滑油路２４ａを形成する中空パイプ部材８０が嵌装されていることを特徴とする。中空パイプ部材８０の潤滑油路２４ａと減速機入力軸２５の潤滑油路２５ｃが連携して、モータ部Ａのロータ２３ｂを冷却しステータ２３ａへ噴出する経路と、減速部Ｂを潤滑および冷却する経路とに効率よく分流させることができる。

図５は、図１の減速機入力軸２５とモータ回転軸２４のトルク伝達部の周辺部分を拡大した縦断面図で、図６は中空パイプ部材８０が嵌装されたモータ回転軸２４を拡大して示し、図６（ａ）は縦断面図で、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＤ部を拡大した図である。また、図７に中空パイプ部材８０の単体を示す。

図６（ａ）に示すように、モータ回転軸２４は、軸方向の略中央部に大径外径部６１が形成され、この大径外径部６１にロータ２３ｂが嵌合固定されている。モータ回転軸２４の一端部の外径に転がり軸受３６ａ（図１参照）の装着面６５が形成され、他端部の外径に転がり軸受３６ｂ（図１参照）の装着面６６が形成されている。

モータ回転軸２４の他端部〔図６（ａ）の左側〕内径には雌スプライン６７が形成されている。雌スプライン６７をブローチ加工するために、雌スプライン６７の大径よりも若干大きな直径の貫通孔６８を形成する必要がある。このため、貫通孔６８は、図５に示す減速機入力軸２５の潤滑油路２５ｃの内径Ｆとは大きく異なる。貫通孔６８を潤滑油路とした従来技術の場合には、減速機入力軸２５の潤滑油路２５ｃの内径Ｆとの接続部に段差が生じ、この結果、モータ回転軸２４に流入した潤滑油は、減速機入力軸２５の潤滑油路２５ｃに流入する前段で堰き止められる。そのため、前述した全体的な潤滑機構において、低回転域では、減速部Ｂ側に潤滑油が供給され難いという問題が判明した。この問題を解決したのが本実施形態である。

図６（ａ）に示すように、モータ回転軸２４には、貫通孔６８から大径外径部６１へ連通する潤滑油供給口２４ｂが半径方向に形成され、貫通孔６８に中空パイプ部材８０が嵌装されている。中空パイプ部材８０には、軸心を貫通する潤滑油路２４ａが形成され、モータ回転軸２４の潤滑油供給口２４ｂに対応する軸方向位置に潤滑油供給口２４ｃが半径方向に複数（本実施形態では４本）設けられている。潤滑油供給口２４ｃの外周部には周方向の溝２４ｄが設けられている。

図７に示すように、中空パイプ部材８０は、一端部（図７の右側）に嵌合部８０ｂが形成され、他端部（図７の左側）に小径段部８０ａが形成されている。両端部の小径段部８０ａと嵌合部８０ｂとの間の外径部分８０ｄは、モータ回転軸２４の貫通孔６８の内径より小径に形成されている。中空パイプ部材８０の軸心に形成された潤滑油路２４ａは内径Ｅを有する。嵌合部８０ｂの端部に位相合わせ用の突起８０ｃが形成されている。

次に、図６（ａ）を参照して、中空パイプ部材８０をモータ回転軸２４に装着する要領を説明する。まず、中空パイプ部材８０をモータ回転軸２４の貫通孔６８に挿入し、端部に設けられた小径段部８０ａをモータ回転軸２４の雌スプライン６７の小径部分にすきま嵌めで嵌合させて芯出しする。この状態で中空パイプ部材８０の嵌合部８０ｂをモータ回転軸２４の貫通孔６８に圧入する。このとき、図６（ｂ）に示すように、嵌合部８０ｂの端部に形成された突起８０ｃは、モータ回転軸２４の貫通孔６８の端部に形成された溝６８ａに係合し、位相が合わせられる。本明細書および特許請求の範囲において、位相合わせ用係合部とは、突起８０ｃと溝６８ａを意味し、後述する変形例では、突起８０ｃ’と溝６８ａを意味する。

中空パイプ部材８０の両端の小径段部８０ａと嵌合部８０ｂとの間の外径部分８０ｄは、モータ回転軸２４の貫通孔６８の内径より小径に形成されているので、中空パイプ部材８０をモータ回転軸２４に嵌装する際、中空パイプ部材８０の軸長の全域で圧入することなく挿入でき、嵌合部８０ｂのみが貫通孔６８に圧入される。このため、組立作業を容易にすることができる。

また、小径段部８０ａを雌スプライン６７の小径部分に嵌合させて芯出状態で、中空パイプ部材８０の嵌合部８０ｂをモータ回転軸２４の貫通孔６８に圧入するので、回転精度を向上させることができる。

また、中空パイプ部材８０の突起８０ｃをモータ回転軸２４の溝６８ａに係合させて位相合わせるので、中空パイプ部材８０の潤滑油供給口２４ｃとモータ回転軸２４の潤滑油供給口２４ｂの位相を一致させることができる。しかし、本実施形態では、中空パイプ部材８０の潤滑油供給口２４ｃの外周部に周方向の溝２４ｄを形成したので、位相合わせは特に必要はない。したがって、突起８０ｃと溝６８ａとの位相合わせ構造又は周方向の溝２４ｄのどちらかを省略してもよい。

また、図示は省略するが、中空パイプ部材８０の潤滑油供給口２４ｃとモータ回転軸２４の潤滑油供給口２４ｂのいずれか一方の孔径を他方の孔径より十分に大きくすることにより、中空パイプ部材８０の潤滑油供給口２４ｃとモータ回転軸２４の潤滑油供給口２４ｂの位相がずれた場合にも、潤滑油の供給が妨げられない連通構造にすることができる。
この場合には、前述した突起８０ｃと溝６８ａとの位相合わせ構造や周方向の溝２４ｄを省略することができる。

中空パイプ部材８０の材料として鉄系金属を用いた。中空パイプ部材８０の材料として、樹脂材も使用可能であるが、熱膨張率の影響により、使用環境の全領域において締め代を確保することは難しい。また、Ｏリングによる固定方法も考えられるが、１５０００ｍｉｎ^-1程度で高速回転するモータ回転軸２４にアンバランスを誘因する固定方法は好ましくなく、また、回り止め効果についても確実性に欠ける。

以上のように、モータ回転軸２４に、潤滑油路２４ａを形成した中空パイプ部材８０を嵌装する構成にしたので、図５に示すように、中空パイプ部材８０の軸心に形成された潤滑油路２４ａの内径Ｅは、減速機入力軸２５の軸心に形成された潤滑油路２５ｃの内径Ｆと略同一寸法に設定される。これにより、モータ回転軸２４の潤滑油路２４ａと減速機入力軸２５の潤滑油路２５ｃとの段差がなく、低回転域でも、モータ回転軸２４の潤滑油路２４ａから減速機入力軸２５の潤滑油路２５ｃへ潤滑油を効果的に流入させることができる。

次に、中空パイプ部材の変形例を図８に示す。この中空パイプ部材８０’は、鋼管からスウェージング加工により縮径加工したものである。中空パイプ部材８０’は、その一端部（図８の左側）が、前述した実施形態の中空パイプ部材８０と同様に、モータ回転軸２４の雌スプライン６７の小径部に嵌合する小径部８０ａ’と、他端部（図８の右側）にモータ回転軸２４の貫通孔６８に圧入嵌合される嵌合部８０ｂ’が形成されている。大径の嵌合部８０ｂ’からテーパ状に縮径され、小径部８０ａ’に接続されている。小径部８０ａ’は、軸方向の大半にわたって形成されている。

中空パイプ部材８０’には、軸心を貫通する潤滑油路２４ａ’が形成され、モータ回転軸２４の潤滑油供給口２４ｂに対応する軸方向位置に潤滑油供給口２４ｃ’が半径方向に複数（本変形例では４本）設けられている。中空パイプ部材８０’の嵌合部８０ｂ’の端部に位相合わせ用の突起８０ｃ’が設けられている。前述した実施形態とは異なって、潤滑油供給口２４ｃ’の外周部には周方向の溝は設けられていないが、中空パイプ部材８０’の潤滑油供給口２４ｃ’は、モータ回転軸２４の潤滑油供給口２４ｂと位相が一致しているので、潤滑油が効果的に供給される。

本変形例の中空パイプ部材８０’の潤滑油路２４ａ’の内径Ｅも、減速機入力軸２５の軸心に形成された潤滑油路２５ｃの内径Ｆと略同一寸法に設定されている。したがって、前述した実施形態と同様の作用効果を有する。

本変形例の中空パイプ部材８０’は、鋼管を縮径加工したものであるので、肉厚の変化が少なく、製造コストの抑制と共に軽量化が図れる。縮径加工はスウェージング加工の他にプレス加工を行ってもよい。その他の構成や作用効果については、前述した実施形態の内容を準用する。

上記構成の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および図２を参照して、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、駆動輪１４に必要なトルクを伝達することが可能となる。

上記構成の減速部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、減速部Ｂの伝達効率が向上する。

本実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を電気自動車１１に搭載することにより、ばね下重量を抑えることができる。その結果、走行安定性およびＮＶＨ特性に優れた電気自動車１１を得ることができる。

本実施形態および変形例においては、潤滑油供給口２４ｂをモータ回転軸２４の軸方向略中央部に設け、潤滑油供給口２５ｅを転がり軸受３７ａの近くに設け、潤滑油供給口２５ｄを偏心部２５ａ、２５ｂに設け、潤滑油供給口２５ｆを減速機入力軸２５の軸端に設けた例を示したが、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。

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。さらには、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。

減速部Ｂの曲線板２６ａ、２６ｂを１８０°位相を変えて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°位相を変えて設けるとよい。

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、曲線板に固定された内ピンと減速機出力軸に形成された孔とで構成される運動変換機構であってもよい。

本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から駆動輪１４に伝達される。したがって、上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からの動力を駆動輪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、駆動輪１４側からの動力を減速部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等の作動に用いてもよい。

本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。

本実施形態および変形例では、減速部にサイクロイド減速機を適用したものを例示したが、これに限られず、遊星歯車減速機等、他の形式の減速機を適用してもよい。

さらに、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、さらに種々の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。

１１ 電気自動車、１２ シャーシ、１２ａ ホイールハウジング、１２ｂ 懸架装置、１３ 前輪、１４ 後輪、２１ インホイールモータ駆動装置、２２ ケーシング、２２ａ 軸受装着面、２２ｂ 潤滑油排出口、２２ｄ 潤滑油貯留部、２２ｅ 潤滑油路、２３ａ ステータ、２３ｂ ロータ、２４ モータ回転軸、２４ｂ 潤滑油路、２４ｃ 潤滑油供給口、２４ｄ 溝、２５ 減速機入力軸、２５ａ 偏心部、２５ｂ 偏心部、２５ｃ 潤滑油路、２５ｄ 潤滑油供給口、２５ｅ 潤滑油供給口、２６ａ 曲線板、２６ｂ 曲線板、２７ 外ピン、２７ａ 針状ころ軸受、２８ 減速機出力軸、２９ カウンタウェイト、３０ｂ 貫通孔、３１ 内ピン、３１ａ 針状ころ軸受、３１ｂ スタビライザ、３１ｃ 円環部、３１ｄ 円筒部、３２ ハブ輪、３３ 車輪用軸受、３３ａ 内輪、３３ｂ 外輪、３３ｃ 玉、３３ｄ 保持器、３３ｅ シール部材、３３ｆ 内側軌道面、３６ａ 転がり軸受、３６ｂ 転がり軸受、３７ａ 転がり軸受、３７ｂ 転がり軸受、４１ 転がり軸受、４２ 内輪、４３ 外側軌道面、４４ 円筒ころ、４５ 循環油路、４５ａ 軸方向油路、４５ｂ 径方向油路、４５ｃ 径方向油路、４６ 転がり軸受、５１ 回転ポンプ、５２ インナーロータ、５３ アウターロータ、５４ ポンプ室、５５ 吸入口、５６ 吐出口、６０ 外ピンハウジング、６１ 大径外径部、６２ 鍔部、６２ａ 外側面、６３ 挟持部材、６５ 軸受装着面、６６ 軸受装着面、６７ 雌スプライン、６８ 貫通孔、６８ａ 溝、８０、８０’ 中空パイプ部材、８０ｂ、８０ｂ’ 嵌合部、８０ｃ、８０ｃ’ 突起、Ｅ 内径、Ｆ 内径

Claims (8)

1. モータ部と、減速部と、車輪用軸受部と、ケーシングとを備え、前記モータ部が、前記ケーシングに固定されたステータと、複数の転がり軸受を介して前記ケーシングに回転自在に支持されるモータ回転軸と、このモータ回転軸に装着されたロータとからなり、前記モータ部のモータ回転軸が前記減速部の減速機入力軸を回転駆動し、この減速機入力軸の回転を減速して減速機出力軸に伝達し、前記車輪用軸受部が前記減速機出力軸に連結され、内部に潤滑機構を備えたインホイールモータ駆動装置において、
   前記モータ回転軸のトルク伝達部の内周に、前記減速機入力軸のトルク伝達部の外周が嵌合し、前記潤滑機構の一部を構成する潤滑油路が、前記モータ回転軸と前記減速機入力軸のそれぞれの内部に形成されており、前記モータ回転軸に前記潤滑油路を形成する中空パイプ部材が嵌装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. 前記中空パイプ部材の内径と前記減速機入力軸の潤滑油路の内径とが略同一寸法に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
3. 前記中空パイプ部材に潤滑油供給口が径方向に形成されると共に前記モータ回転軸にも潤滑油供給口が径方向に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインホイールモータ駆動装置。
4. 前記中空パイプ部材の潤滑油供給口の外周部に周方向の溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のインホイールモータ駆動装置。
5. 前記中空パイプ部材の潤滑油供給口と前記モータ回転軸の潤滑油供給口のいずれか一方を他方よりも大きくしたことを特徴とする請求項３に記載のインホイールモータ駆動装置。
6. 前記中空パイプ部材の潤滑油供給口と前記モータ回転軸の潤滑油供給口の位相を一致させたことを特徴とする請求項３又は請求項５に記載のインホイールモータ駆動装置。
7. 前記中空パイプ部材の潤滑油供給口と前記モータ回転軸の潤滑油供給口の位相を一致させるために、前記中空パイプ部材と前記モータ回転軸との間に位相合わせ用係合部を設けたことを特徴とする請求項３、５、６のいずれか一項に記載のインホイールモータ駆動装置。
8. 前記中空パイプ部材と前記モータ回転軸は軸端に締め代を有する嵌合構造であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のインホイールモータ駆動装置。

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