JP2016160980A - 車両用モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速部の転がり軸受の潤滑油の供給を確保し、潤滑油供給構造の低コスト化が図れ、転がり軸受の組み付け作業が容易で、組み間違いのないサイクロイド減速機を有する車両用モータ駆動装置の提供。【解決手段】減速機入力軸２５に軸線方向に延びる潤滑油路２５ｃが形成され、この油路から分岐して偏心部２５ａの外径面２５ｇまで延びる潤滑油供給口２５ｄが形成され、偏心部の外径面に取り付けられた転がり軸受４１の内輪４２に内径面から内側軌道面４２ａまで貫通する油孔４２ｂが形成され、潤滑油路から潤滑油供給口、油孔を経て内側軌道面に潤滑油を供給するものにおいて、偏心部の外径面の無荷重範囲を含む位置に外径面を周方向に一部分除去した部分溝２５ｈを形成しこの部分溝に潤滑油供給口を開口させると共に、内輪の油孔を１個所とし、この油孔が無荷重範囲内に配置されかつ部分溝に連通していることを特徴とする車両用モータ駆動装置。【選択図】図７

Description

本発明は、車両用モータ駆動装置に関する。

従来の車両用モータ駆動装置の一例であるインホイールモータ駆動装置は、例えば、特許第５３７４２１５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、車輪を駆動する大きなトルクが必要となるため、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。減速部を構成する曲線板は偏心しながら回転しているため、減速機入力軸の偏心部に取り付けられて曲線板を支持する転がり軸受は、大きな変動荷重を受ける。この転がり軸受の転動疲労寿命を長くするためには、十分な潤滑油の供給が必要となる。

特許文献１には、減速機入力軸の偏心部に圧入等で固定される転がり軸受の内輪において、転動体と内輪の軌道面との接触面圧を増加させることなく、潤滑油を供給する方法が記載されている。具体的には、減速機入力軸に軸線に沿って潤滑油路が設けられ、減速機入力軸の偏心部に前記潤滑油路から分岐して偏心部の外周まで延びる潤滑油供給口が設けられている。そして、偏心部の外周には周方向に延在する環状溝が設けられている。偏心部の外周に取り付けられた転がり軸受の内輪には内径面から外周軌道面まで貫通する油孔が設けられている。この油孔は、無荷重範囲に複数個所（３個所）設けられ、偏心部の外周に設けられた環状溝を介して潤滑供給口に連通している。軌道面に油孔を設けた場合、転動体と軌道面との接触面積が減少して、接触面圧の増加を招く可能性があるが、無荷重範囲に油孔を設ければ、接触面圧を増加させることはない。

特許第５３７４２１５号公報

ところで、減速部を構成する曲線板は、複数の外周係合部材と係合しながら自転運動を生じるが、回転方向が反転すると、曲線板の外周面が外周係合部材から受ける荷重の方向も反転する。これに伴い、曲線板を支持する転がり軸受が受ける荷重の方向も、曲線板の回転方向すなわち入力軸の回転方向によって異なる。具体的には、車両の前進、後進によって軸受荷重の方向は異なり、同様に、車両の右側および左側の駆動装置として使用した場合も軸受荷重の方向が異なることから、特許文献１のように、偏心部の外周に設けられた環状溝に対応して内輪に複数の油孔を設ける場合には、内輪の油孔の位置を右側駆動用と左側駆動用にそれぞれ異ならせて配置する必要がある。この場合、部品が左右で専用になって共通化できないために製造コストの低減が図れず、また、組み間違いを招く可能性があるという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みて提案されたものであって、減速部の曲線板を支持する転がり軸受の潤滑油の供給を確保し、潤滑油供給構造の低コスト化が図れ、前記転がり軸受の組み付け作業が容易で、かつ組み間違いのないサイクロイド減速機を有する車両用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、モータ部の回転駆動力を減速部に入力し回転数を減速して車輪側に伝達する車両用モータ駆動装置であって、前記減速部がサイクロイド減速機構を有し、減速機入力軸が偏心部を有し、この偏心部に、前記サイクロイド減速機構の公転部材としての曲線板を転がり軸受を介して回転自在に支持し、前記減速機入力軸が前記モータ部のモータ回転軸に連結されており、潤滑油供給構造として、前記減速機入力軸に軸線方向に延びる潤滑油路が形成され、この潤滑油路から分岐して偏心部の外径面まで延びる潤滑油供給口が形成され、前記偏心部の外径面に取り付けられた前記転がり軸受の内輪に内径面から内側軌道面まで貫通する油孔が形成され、前記潤滑油路から前記潤滑油供給口、前記油孔を経て、前記内側軌道面に潤滑油を供給するものにおいて、前記偏心部の外径面の無荷重範囲を含む位置に前記外径面を周方向に一部分除去した部分溝を形成し、この部分溝に前記潤滑油供給口を開口させると共に、前記内輪の油孔を１個所とし、この油孔が、無荷重範囲内に配置され、かつ前記部分溝に連通していることを特徴とする。

上記の構成により、減速部の曲線板を支持する転がり軸受の潤滑油の供給を確保し、潤滑油供給構造の低コスト化が図れ、前記転がり軸受の組み付け作業が容易で、かつ組み間違いのないサイクロイド減速機を有する車両用モータ駆動装置を実現することができる。

上記の車両用モータ駆動装置は、インホイールモータ駆動装置として好適である。

上記の車両用モータ駆動装置は、そのモータ部と減速部を車体に搭載し、減速部からドライブシャフトを介して車輪に回転駆動力を伝達するオンボードタイプの車両用モータ駆動装置として好適である。

本発明によれば、減速部の曲線板を支持する転がり軸受の潤滑油の供給を確保し、潤滑油供給構造の低コスト化が図れ、前記転がり軸受の組み付け作業が容易かつ組み間違いのないサイクロイド減速機を有する車両用モータ駆動装置を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る車両用モータ駆動装置を示す図である。 図１のＴ−Ｔにおける横断面図である。 図１の回転ポンプの横断面図である。 図１の曲線板に作用する荷重を示す説明図である。 図１の曲線板に作用する荷重を示す説明図である。 図５の転がり軸受の軸受荷重の分布を示す模式図である。 （ａ）は、図２の偏心部に装着した転がり軸受の拡大した横断面図で、（ｂ）は縦断面図である。 図７（ａ）の転がり軸受の装着状態の一例を示す横断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る車両用モータ駆動装置を示す図である。 図９の減速部周辺を拡大した縦断面図である。 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１１の電気自動車の後方断面図である。

図１１は、本発明の第１の実施形態に係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２１を搭載した電気自動車１１の概略平面図であって、図１２は、電気自動車を後方から見た概略断面図である。図１１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１２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２１を採用する。

本発明の第１の実施形態に係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２１を図１〜図８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Ｔ−Ｔにおける横断面図、図３は回転ポンプの横断面図、図４および図５は曲線板に作用する荷重を示す説明図、図６は転がり軸受の荷重分布を示す模式図、図７（ａ）は偏心部に装着した転がり軸受の拡大した横断面図、図７（ｂ）は縦断面図、図８は転がり軸受の装着状態の一例を示す横断面図である。本実施形態に係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１２参照）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１２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。

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１２参照）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、中心部に貫通孔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（図１参照）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。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。

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。

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ある。図１に示す潤滑油路２４ａ、２５ｃ、潤滑油供給口２４ｂ、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から分岐し減速機入力軸２５の外径面に向って延び、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３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。

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を支持する転がり軸受３７ａ、３７ｂ、さらに、内部の軸受や当接部分に供給される。

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によって圧送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。

次に、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。図４は、図１２の左側後輪１４に駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置２１の場合を示し、図１の左右方向の向きで使用される。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４において、電気自動車１１が前進走行で力行運転時に、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。以降、曲線板２６ａについて説明するが、曲線板２６ｂも同様である。

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。これらの複数の荷重Ｆｉ、Ｆｊの合力Ｆｓが減速機入力軸２５にかかり、この合力Ｆｓが軸受荷重となる。このため、以降の説明では軸受荷重Ｆｓともいう。

軸受荷重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、軸受荷重Ｆｓとの角度αは概ね３０°〜６０°で変動する。角度αの代表値は中央値４５°が適切である。

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、軸受荷重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４の状態になり、これを繰り返す。

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、その特徴的な構成を以下に説明する。

図４に示したように、曲線板２６ａから転がり軸受４１に軸受荷重Ｆｓが作用する。この軸受荷重Ｆｓを分担する転がり軸受４１の荷重分布を図６に模式的に示す。転がり軸受４１の荷重分布を複数の短い矢印で示し、この矢印の根元を結んだ線Ｐが荷重分布の状態を示す。図６において、自転軸心Ｏ₂と軸心Ｏとを結ぶ直線Ｙを基準にして略左側半分が、軸受荷重Ｆｓとこれを分担する転がり軸受４１の荷重分布である。転がり軸受４１の軸受内部すきま（半径方向すきま）が０の場合は、図示のように、転がり軸受４１に作用する荷重分布は１８０°の範囲となり、軸受荷重Ｆｓを分担しない無荷重範囲は１８０°となる。実際には、偏心部２５ａや転がり軸受４１、曲線板２６ａの材質や温度、回転速度などの運転条件を受ける運転時の軸受内部すきまが０よりも若干大きい正の値のすきまを有するように設定する。この場合には、転がり軸受４１の荷重分布の範囲は１８０°よりは小さく、無荷重範囲は１８０°よりも大きくなる。

ところが、インホイールモータ駆動装置２１は、駆動装置として、前述した力行運転の他、回生ブレーキとして回生運転する場合もあり、後進走行もあり得る。このような使用状態では、図５に示すように、自転軸心Ｏ₂と軸心Ｏとを結ぶ直線Ｙを基準として左側半分に示す合力Ｆｒが減速機入力軸２５にかかり、この合力Ｆｒが軸受荷重となる。軸受荷重Ｆｒの方向と前述した軸受荷重Ｆｓの方向は、基準線Ｙに関して対称となる。

また、インホイールモータ駆動装置２１は、前述したように左右の駆動車輪１４（図１２参照）をそれぞれ駆動する。前述したように、図１に示すインホイールモータ駆動装置２１は、左側の車輪１４を駆動する向きである。これに対して、右側の車輪１４を駆動するインホイールモータ駆動装置２１は、図１に示す状態とは左右が逆になり、モータの回転方向は逆方向となる。このため、右側の車輪１４を駆動するインホイールモータ駆動装置２１では、図５の基準線Ｙの左側半分に示す軸受荷重Ｆｓ’が減速機入力軸２５にかかり、この合力Ｆｓ’が軸受荷重となる。

軸受荷重Ｆｒ、Ｆｓ’を分担する転がり軸受４１の荷重分布を、図６の基準線Ｙの略右側半分に示し、荷重分布を示す複数の短い矢印の根元を結んだ線Ｐ’が荷重分布の状態を示す。軸受荷重Ｆｒ、Ｆｓ’に対しても、転がり軸受４１の軸受内部すきま（半径方向すきま）が０の場合は、転がり軸受４１に作用する荷重分布は１８０°の範囲となり、軸受荷重Ｆｒ、Ｆｓ’を分担しない無荷重範囲は１８０°となる。また、軸受内部すきまが０よりも若干大きい正の値のすきまを有する場合には、転がり軸受４１の荷重分布の範囲は１８０°よりは小さくなり、無荷重範囲は１８０°より大きくなる。

次に、軸受荷重Ｆｓ、ＦｒおよびＦｓ’を考慮した無荷重範囲を説明する。ここでは、軸受内部すきまを０として説明を簡略化する。また、基準線Ｘと、軸受荷重Ｆｓ、Ｆｒ、Ｆｓ’との角度αを４５°とする。この場合は、図６に示すように、基準線Ｘの下側で基準線Ｙの両側の角度γの範囲が無荷重範囲となり、角度γの代表値は４５°となる。本明細書および特許請求の範囲において、無荷重範囲とは角度γの範囲を意味する。この無荷重範囲であれば、力行運転、回生運転、後進走行および左右の駆動輪において、曲線板２６ａの回転方向に違いのあるいずれの場合でも、転がり軸受４１が軸受荷重を分担しないことに着目し、本実施形態に至った。

図７に、本実施形態の潤滑油供給構造の特徴的な構成を示す。図７（ａ）は、偏心部２５ａに装着した転がり軸受４１の拡大した横断面図であり、図７（ｂ）は縦断面図である。転がり軸受４１の内輪４２は偏心部２５ａに圧入等で組み付けられている。転動体としての円筒ころ４４の外接円で示す２点鎖線が曲線板２６ａの貫通孔３０ｂの内径面に直接形成された外側軌道面４３である（図２参照）。外側軌道面４３と内輪４２の内側軌道面４２ａの間に複数の円筒ころ４４が配置され、図示しない保持器により周方向に所定間隔で保持されている。

減速機入力軸２５の軸心に潤滑油路２５ｃが軸線方向に設けられている。この潤滑油路２５ｃを軸心油路ともいう。潤滑油路２５ｃは、前述したように、モータ回転軸２４の潤滑油路２４ａ（図１参照）に接続される。潤滑油路２５ｃから分岐して偏心部２５ａの外径面２５ｇまで延びる潤滑油供給口２５ｄが形成されている。本実施形態の潤滑油供給構造では、潤滑油供給口２５ｄは、自転軸心Ｏ₂と軸心Ｏとを結ぶ基準線Ｙ上で、かつ基準線Ｙと直角であって軸心Ｏ₂を通過する基準線Ｘの下側に設けられている。

偏心部２５ａの外径面２５ｇには、この外径面２５ｇを周方向に一部分平面状に除去した部分溝２５ｈが形成されている。部分溝２５ｈは、図６において前述した無荷重範囲を含む位置に形成される。部分溝２５ｈに潤滑油供給口２５ｄが開口している。

転がり軸受４１の内輪４２には、内径面から内側軌道面４２ａまで貫通する油孔４２ｂが形成されている。油孔４２ｂは１個所に設けられ、偏心部２５ａの外径面２５ｇの部分溝２５ｈに連通している。すなわち、油孔４２ｂが部分溝２５ｈに連通するように内輪４２が偏心部２５ａに組み付けられている。図７（ａ）、図７（ｂ）では、潤滑油供給口２５ｄと油孔４２ｂの周方向の位相を一致させて、内輪４２を偏心部２５ａに組み付けた状態を示す。内輪４２の油孔４２ｂは、無荷重範囲に配置されているので、円筒ころ４４と内側軌道面４２ａとの接触面圧を増加させることはない。

上記の構成により、減速機入力軸２５の軸心に形成された潤滑油路２５ｃから潤滑油供給口２５ｄ、部分溝２５ｈ、油孔４２ｂを経て、内輪４２の内側軌道面４２ａに潤滑油が供給される。

図８は、潤滑油供給口２５ｄと油孔４２ｂの周方向の位相がずれた状態で、内輪４２を偏心部２５ａに組み付けた場合を示す。偏心部２５ａの外径面２５ｇに部分溝２５ｈが設けられているので、内輪４２を偏心部２５ａに組付ける際、潤滑油供給口２５ｄと油孔４２ｂの位相が多少ずれた場合（角度α）でも、油路を確保することができる。角度αは基準線Ｙから反時計回りの方向のものを示したが、逆に時計回りの方向であってもよい。角度αは、前述した無荷重範囲を考慮して、４５°以下、好ましくは３０°以下とする。角度αに対応して、部分溝２５ｈは、無荷重範囲を含む位置であれば、その周方向の長さは適宜設定することができる。また、本実施形態では、部分溝２５ｈとして、外径面２５ｇを周方向に一部分平面状に除去したものを例示したが、これに限られず、部分溝２５ｈの底面を湾曲した形状に形成してもよい。

本実施形態の潤滑油路は、偏心部２５ａの外径面２５ｇの無荷重範囲を含む位置に部分溝２５ｈを設け、この部分溝２５ｈに、減速機入力軸２５の軸心の潤滑油路（軸心油路）２５ｃから分岐した潤滑油供給口２５ｄを開口させ、内輪４２の１個所に設けた油孔４２ｂを無荷重範囲内に配置し、かつ部分溝２５ｈに連通させた構成にしたので、力行運転、回生運転、後進走行および左右の駆動輪において、曲線板２６ａの回転方向に違いのあるいずれの場合にも、円筒ころ４４と内側軌道面４２ａとの接触面圧を増加させることなく、潤滑油供給構造を形成することができる。潤滑油供給構造を共通化することにより低コスト化が図れ、転がり軸受４１の組み付け作業が容易となり、かつ組み間違いを防止することができる。

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。

本実施形態においては、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穴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。

さらに、図１１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。

次に、本発明の第２の実施形態に係る車両用モータ駆動装置を図９および図１０に基づいて説明する。図９は車両用モータ駆動装置の縦断面図で、図１０は減速部の周辺を拡大した縦断面図である。本実施形態の車両用モータ駆動装置７１はオンボードタイプと呼ばれるもので、車両用モータ駆動装置７１は車体に搭載される。図９に示すように、車両用モータ駆動装置７１は、左右のドライブシャフト１００を介して駆動車輪１４を駆動する。車両用モータ駆動装置７１は、サイクロイド減速機構を有する減速部Ｂと、減速部Ｂを回転駆動するモータ部Ａを備えている。

車両用モータ駆動装置７１は左右にモータ部Ａと減速部Ｂとをそれぞれ２個ずつ備える。２個のモータ部Ａは、同軸に背中合わせで隣接して配設されている。また、減速部Ｂはモータ部と同軸に配設されている。左右のモータ部Ａ、減速部Ｂおよびドライブシャフト１００は同じであるので、左側のモータ部Ａ、減速部Ｂおよびドライブシャフト１００について説明する。

モータ部Ａは、ケーシング７２に固定されたステータ７３ａと、ステータ７３ａ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７３ｂと、ロータ７３ｂの内側に連結固定されてロータ７３ｂと一体回転するモータ回転軸７４とを備えるラジアルギャップモータである。モータ回転軸７４は、その両端を転がり軸受１０６ａ、１０６ｂによって回転自在に支持されている。

図１０に示すように、減速部Ｂの減速機入力軸７５は、軸方向一方側端部がモータ回転軸７４とスプライン嵌合しトルク伝達可能に連結されている。減速機入力軸７５の軸方向他端部は転がり軸受８７によって、減速機出力軸７８に対して回転自在に支持されている。減速機入力軸７５は、偏心部７５ａ、７５ｂを有する。第１の実施形態と同様に、２つの偏心部７５ａ、７５ｂ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。

減速部Ｂは、偏心部７５ａ、７５ｂに転がり軸受９１を介して回転自在に保持される曲線板７６ａ、７６ｂと、曲線板７６ａ、７６ｂの外周に係合する外ピン７７と、曲線板７６ａ、７６ｂの自転運動を減速機出力軸７８に伝達する内ピン８１と、偏心部７５ａ、７５ｂに隣接する位置にカウンタウェイト７９とを備える。減速機出力軸７８は転がり軸受９６によってケーシング２２に回転自在に支持されている。

図９に示すように、ドライブシャフト１００は、駆動車輪１４側の固定式等速自在継手１０１と減速機側の摺動式等速自在継手１０２と、両等速自在継手１０１、１０２間を連結する中間シャフト１０３を主な構成とする。減速機出力軸７８は、摺動式等速自在継手１０１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に伝達する。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、偏心部７５ａの外径面７５ｋの無荷重範囲を含む位置に部分溝７５ｈが形成され、この部分溝７５ｈに、減速機入力軸７５の軸心の潤滑油路（軸心油路）７５ｃから分岐した潤滑油供給口７５ｄが開口している。転がり軸受９１の内輪９２には内径面から内側軌道面９２ａまで貫通する油孔９２ｂが設けられている。内輪９２の１個所に設けた油孔９２ｂが無荷重範囲に配置され、かつ部分溝７５ｈに連通している。このような潤滑油供給構造にしたので、力行運転、回生運転、後進走行および左右の駆動輪において、曲線板の回転方向に違いのあるいずれの場合にも、円筒ころ９３と内側軌道面９２aとの接触面圧を増加させることなく、潤滑油供給構造を形成することができる。潤滑油供給構造を共通化することにより低コスト化が図れ、転がり軸受９１の組み付け作業が容易となり、かつ組み間違いを防止することができる。

減速部Ｂの作動や、曲線板７６ａ、７６ｂに作用する荷重の状態、軸受荷重およびこれを分担する転がり軸受９１の荷重分布は、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態で説明した内容を準用し、重複説明を省略する。

第２の実施形態の車両用モータ駆動装置７１は、左右の車輪をそれぞれ駆動するモータ部Ａ、減速部Ｂをそれぞれ２個ずつ配設したものを示したが、これに限られず、１個のモータ部と１個の減速部Ｂからなる車両用モータ駆動装置により左右の車輪を駆動するものにも適宜適用することができる。

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、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、２５ｈ 部分溝、２５ｇ 外径面、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、４２ｂ 油孔、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、７１ 車両用モータ駆動装置、７４ モータ回転軸、７５ 減速機入力軸、７５ａ、７５ｂ 偏心部、７５ｃ 潤滑油路、７５ｄ 潤滑油供給口、７５ｈ 部分溝、７５ｋ 外径面、７６ａ、７６ｂ 曲線板、９１ 転がり軸受、９２ 内輪、９２ａ 内側軌道面、９２ 油孔、９３ 円筒ころ、１００ ドライブシャフト

Claims (3)

1. モータ部の回転駆動力を減速部に入力し回転数を減速して車輪側に伝達する車両用モータ駆動装置であって、前記減速部がサイクロイド減速機構を有し、減速機入力軸が偏心部を有し、この偏心部に、前記サイクロイド減速機構の公転部材としての曲線板を転がり軸受を介して回転自在に支持し、前記減速機入力軸が前記モータ部のモータ回転軸に連結されており、潤滑油路構成として、前記減速機入力軸に軸線方向に延びる潤滑油路が形成され、この潤滑油路から分岐して偏心部の外径面まで延びる潤滑油供給口が形成され、前記偏心部の外径面に取り付けられた前記転がり軸受の内輪に内径面から内側軌道面まで貫通する油孔が形成され、前記潤滑油路から前記潤滑油供給口、前記油孔を経て、前記内側軌道面に潤滑油を供給するものにおいて、
   前記偏心部の外径面の無荷重範囲を含む位置に前記外径面を周方向に一部分除去した部分溝を形成し、この部分溝に前記潤滑油供給口を開口させると共に、前記内輪の油孔を１個所とし、この油孔が、無荷重範囲内に配置され、かつ前記部分溝に連通していることを特徴とする車両用モータ駆動装置。
2. 前記車両用モータ駆動装置がインホイールモータであることを特徴とする請求項１に記載の車両用モータ駆動装置。
3. 前記車両用モータ駆動装置のモータ部と減速部が車体に搭載され、減速部からドライブシャフトを介して車輪に回転駆動力を伝達することを特徴とする請求項１に記載の車両用モータ駆動装置。

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