JP2019059394A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータ部のインボード側の突出量を可及的に低減し、車両の懸架装置との干渉を防止する。【解決手段】インホイールモータ駆動装置２１は、モータ回転軸２５を有する電動モータ部Ａと、電動モータ部Ａの回転を減速して出力する減速機部Ｂと、減速機部Ｂからの出力を駆動輪１４に伝達する車輪用軸受部Ｃとを備える。減速機部Ｂは、モータ回転軸２５の回転数を検出する検出装置３７を備える。検出装置３７は、電動モータ部Ａよりもアウトボード側に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータ部と車輪用軸受部とを減速機部を介して連結したインホイールモータ駆動装置に関する。

インホイールモータ駆動装置は、ホイールの内部に収められるため、車両のばね下重量となる。ばね下重量の増加は車両の乗り心地を悪化させるため、インホイールモータ駆動装置の小型軽量化は重要な要件である。電動モータの出力トルクは、電動モータのサイズおよび重量に比例するため、モータ単体で車両の駆動に必要なトルクを発生させようとすると、大型のモータが必要になる。そのため、電動モータを減速機と組み合わせて使用することで、小型化する手段が用いられる。

特許文献１には、ロータ軸を有する電動モータ部（モータ）と、減速機構（減速ギヤ機構及び減速プラネタリギヤ）と、出力軸を有する車輪用軸受部とをケーシング内に収容してなるインホイールモータ駆動装置が開示される。このインホイールモータ駆動装置は、ロータ軸の回転位置を検出する検出装置（レゾルバ装置）を備える。検出装置は、モータにおけるインボード側（車両の中央側）の位置に設けられている（同文献の図５及び段落００６４、００６５参照）。

特許第５６０１２６０号公報

従来のインホイールモータ駆動装置では、検出装置をモータのインボード側に有するため、モータがホイール幅より大きく突出し、車体側に侵出する。この場合、モータが車両の懸架装置と干渉する恐れがあり、これを回避する必要がある。しかしながら、干渉回避のための新たな専用懸架装置を開発しようとすると、車両設計を含め大幅なコストアップを招いてしまう。したがって、電動モータ部のインボード側へとの突出を可及的に低減するようにインホイールモータ駆動装置を構成することが望ましい。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、電動モータ部のインボード側の突出量を可及的に低減し、車両の懸架装置との干渉を防止できる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。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、モータ回転軸を有する電動モータ部と、前記電動モータ部の回転を減速して出力する減速機部と、前記減速機部からの出力を駆動輪に伝達する車輪用軸受部とを備えるインホイールモータ駆動装置において、前記減速機部は、前記モータ回転軸の回転数を検出する検出装置を備え、前記検出装置は、前記電動モータ部よりもアウトボード側に配置されることを特徴とする。

かかる構成によれば、検出装置を電動モータ部よりもアウトボード側に配置することにより、インボード側に配置される場合と比較して、電動モータ部のインボード側への突出量を低減できる。これにより、電動モータ部と車両の懸架装置との干渉を効果的に防止できる。

上記のインホイールモータ駆動装置において、前記減速機部は、前記電動モータ部のアウトボード側で前記モータ回転軸に同軸状に一体化される入力軸を備え、前記検出装置は、前記入力軸におけるアウトボード側端部に同軸状に設けられることが望ましい。

かかる構成によれば、減速機部の入力軸は、モータ回転軸に一体化されることから、入力軸の回転数を検出装置で検出することで、モータ回転軸の回転数を検出できる。また、検出装置を入力軸のアウトボード側端部に設けることで、電動モータ部のインボード側への突出量を増加させることもない。

上記構成のインホイールモータ駆動装置において、前記入力軸は、前記検出装置と前記電動モータ部との間に入力歯車を備えることが望ましい。かかる構成によれば、入力歯車よりもアウトボード側に検出装置を配置するための空間を確保できる。

上記構成のインホイールモータ駆動装置において、前記減速機部は、前記車輪用軸受部と前記入力歯車との間に中間軸を備え、前記中間軸は、前記入力歯車に係合する入力側中間歯車と、前記車輪用軸受部に係合する出力側中間歯車とを備え、前記入力側中間歯車は、前記出力側中間歯車よりもインボード側に配置されることが望ましい。

入力側中間歯車を出力側中間歯車よりもアウトボード側に配置すると、この入力側中間歯車に係合する入力歯車も位置の制約を受けることになり、これにより検出装置の配置空間も制約を受ける。本発明では、入力側中間歯車を出力側中間歯車よりもインボード側に配置することで、当該入力側中間歯車による制約を受けることなく、入力歯車のアウトボード側に検出装置を配置するための空間を確保できる。

また、本発明に係るインホイールモータ駆動装置は、前記電動モータ部と、前記減速機部と、前記車輪用軸受部と、前記検出装置とが収容されるケーシングを備え、前記ケーシングは、前記検出装置を内部に収容するための開口部と、前記開口部を閉塞する蓋体とを備えることが望ましい。

かかる構成によれば、ケーシングに検出装置用の開口部を形成することにより、検出装置の組付作業及び調整作業を容易に行うことができる。また、開口部を蓋体により閉塞することで、外部からの異物の衝突による検出装置の損傷を確実に防止できる。

本発明によれば、電動モータ部のインボード側の突出量を可及的に低減し、車両の懸架装置との干渉を防止できる。

第一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を示す断面図である。 インホイールモータ駆動装置の要部を示す拡大断面図である。 第二実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を示す断面図である。 インホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車の概略構成を示す平面図である。 図４の電気自動車を示す後方断面図である。

本発明の第一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を図１、図２、図４および図５に基づいて説明する。まず、本実施形態のインホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車を図４、図５に基づいて説明する。図４は、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、図５は、電気自動車１１を後方から見た概略断面図である。

電気自動車１１は、図４に示すように、シャシー１２と、操舵輪としての前輪１３と、駆動輪としての後輪１４と、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とを装備する。後輪１４は、図５に示すように、シャシー１２のホイールハウジング１５の内部に収容され、懸架装置（サスペンション）１６を介してシャシー１２の下部に固定されている。

懸架装置１６は、左右に延びるサスペンションアームにより後輪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り、後輪１４が地面から受ける振動を吸収してシャシー１２の振動を抑制する。左右のサスペンションアームの連結部分には、旋回時などの車体の傾きを抑制するスタビライザが設けられている。懸架装置１６は、路面の凹凸に対する追従性を向上させ、後輪１４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独立懸架式としている。

電気自動車１１は、ホイールハウジング１５の内部に、左右それぞれの後輪１４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、シャシー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など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、左右の後輪１４の回転をそれぞれ制御することができるという利点を有する。

次に、インホイールモータ駆動装置２１の構成を図１及び図２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の断面図を示す。図２は、インホイールモータ駆動装置２１の要部拡大断面図である。なお、以下の説明では、インホイールモータ駆動装置２１を車両に搭載した状態で、車両の外側寄りとなる側をアウトボード側と称し、中央寄りとなる側をインボード側と称する。

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電動モータ部Ａと、電動モータ部Ａの回転を減速して出力する減速機部Ｂと、減速機部Ｂからの出力を駆動輪としての後輪１４に伝達する車輪用軸受部Ｃとを備える。電動モータ部Ａ、減速機部Ｂ、および車輪用軸受部Ｃは、それぞれケーシング２２に収容あるいは取り付けられる。ケーシング２２は図１に示すように一体構造とする他、分割可能な構造にすることもできる。

電動モータ部Ａは、ケーシング２２に固定されたステータ２３と、ステータ２３の径方向内側に隙間をもって対向するように配置されたロータ２４と、ロータ２４の径方向内側に配置されてロータ２４と一体回転するモータ回転軸２５とを備えたラジアルギャップ型の電動モータで構成されている。モータ回転軸２５は、毎分一万数千回転程度で高速回転可能である。ステータ２３は磁性体コア２３ａにコイル２３ｂを巻回することによって構成され、ロータ２４は永久磁石等で構成されている。モータ回転軸２５は、その軸方向一方側の端部（図１の右側）が転がり軸受４１によりケーシング２２に対して回転自在に支持されている。

減速機部Ｂは、入力歯車２９と、中間歯車としての入力側中間歯車３１および出力側中間歯車３２と、最終出力歯車３４とを有する。入力歯車２９は入力軸３０を一体に有する。入力軸３０は、モータ回転軸２５と同軸状に一体化されてなる。本実施形態において、入力軸３０とモータ回転軸２５とは、単一の軸部材により一体に構成される。すなわち、単一の軸部材におけるインボード側の部分にモータ回転軸２５が構成され、アウトボード側の部分に入力軸３０が構成される。入力側中間歯車３１および出力側中間歯車３２は、中間軸３３を一体に有する。入力側中間歯車３１は、出力側中間歯車３２よりもインボード側に配置される。最終出力歯車３４は、出力軸３５を一体に有する。

入力軸３０、中間軸３３および出力軸３５は互いに平行となるようにオフセットされている。入力軸３０は転がり軸受４２によって、中間軸３３は転がり軸受４３，４４によって、出力軸３５は転がり軸受４５、４６によって、ケーシング２２に対して回転自在に支持（両持ち支持）されている。

図１に示すように、減速機部Ｂでは、入力歯車２９と入力側中間歯車３１とが係合（噛合）し、出力側中間歯車３２と最終出力歯車３４とが係合（噛合）している。入力側中間歯車３１の歯数は、入力歯車２９および出力側中間歯車３２の歯数よりも多く、最終出力歯車３４の歯数は出力側中間歯車３２の歯数よりも多い。以上の構成から、モータ回転軸２５の回転運動を２段階に減速する平行軸歯車減速機が構成される。インホイールモータ駆動装置２１は、ホイールハウジング１５（図５参照）の内部に収められ、ばね下荷重となるため、小型軽量化が必須である。平行軸歯車減速機を電動モータと組み合わせることで、低トルクかつ高回転型の小型電動モータを使用することが可能となる。例えば、減速比１１の平行軸歯車減速機を用いた場合、毎分一万数千回転程度の高速回転の電動モータを使用することにより電動モータを小型化することができる。これにより、コンパクトなインホイールモータ駆動装置２１を実現することができ、ばね下重量を抑えて走行安定性およびＮＶＨ特性に優れた電気自動車１１を得ることができる。

なお、本実施形態では、入力歯車２９、入力側中間歯車３１、出力側中間歯車３２および最終出力歯車３４として、はすば歯車を用いている。はすば歯車は、同時に噛合う歯数が増え、歯当たりが分散されるので音が静かで、トルク変動が少ない点で有効である。歯車のかみあい率や限界の回転数などを考慮して、各歯車のモジュールは１〜３程度に設定するのが好ましい。

減速機部Ｂは、電動モータ部Ａにおけるモータ回転軸２５の回転数を検出する検出装置３７を備える。検出装置３７は、電動モータ部Ａよりもアウトボード側、より具体的には、入力軸３０の入力歯車２９よりもアウトボード側に配置される。換言すれば、入力歯車２９は、電動モータ部Ａと検出装置３７との間に配置される。

検出装置３７は、入力軸３０のアウトボード側端部に配置される。検出装置３７は、入力軸３０のアウトボード側端部に形成された小径部３０ａに固定されるロータ３８と、ケーシング２２の内部に固定されるとともに、径方向隙間を介してロータ３８の外周に対向配置されるステータ３９とを備えたレゾルバで構成される。ロータ３８は、入力軸３０と一体に回転するように、小径部３０ａの外周面に嵌合されたロータリングである。ロータ３８は、例えばキー嵌合によって入力軸３０の小径部３０ａに対して回り止めされている。なお、検出装置３７は、電動モータ部Ａと同軸上のアウトボード側であれば、任意の位置に配置することができる。

また、ロータ３８は、入力軸３０に形成される肩面３０ｂと、ロータ３８の軸方向一方側に配置された固定手段４０とで軸方向両側から挟持されることにより、入力軸３０の小径部３０ａに対して軸方向で位置決めされている。固定手段４０は、ロータ３８の端面に接触する押え部材４０ａと、押え部材４０ａを入力軸３０に固定するボルト４０ｂとを備える。押え部材４０ａは、例えば円板状に構成されるとともに、ボルト４０ｂの軸部を挿通可能な孔４０ｃを有する。ボルト４０ｂの軸部は、押え部材４０ａの孔４０ｃに挿通されるとともに、入力軸３０の小径部３０ａに形成されるねじ孔３０ｃに螺合することにより、当該押え部材４０ａを入力軸３０に固定する。これにより、ロータ３８は、押え部材４０ａの一方の面と、入力軸３０の肩面３０ｂとによって挟時される。

ステータ３９は、コア３９ａと、このコア３９ａの外周面に巻回されるコイル３９ｂとを備える。コア３９ａは、例えば周方向に離間した複数箇所に配置された固定ピンにより、ケーシング２２の内周面に回り止め状態で固定される。コイル３９ｂは、コア３９ａに装着された絶縁用ボビンを介して当該コア３９ａに巻回されている。

ケーシング２２は、検出装置３７よりもアウトボード側の一部に、開口部２２ａと、この開口部２２ａを閉塞する蓋体２２ｂとを有する。開口部２２ａは、インホイールモータ駆動装置２１の組み立て作業を行う場合の収容口として機能し、或いはインホイールモータ駆動装置２１の組み立て後に、検出装置３７の調整作業を行うための点検口として機能する。開口部２２ａは、アウトボード側に向かって開口するようにケーシング２２に形成されている。蓋体２２ｂは、ボルトその他の固定手段２２ｃにより、開口部２２ａに対して着脱自在に固定される。蓋体２２ｂは、固定手段２２ｃを挿通可能な孔２２ｄを有する。

車輪用軸受部Ｃは、内輪回転タイプの車輪用軸受５１で構成される。車輪用軸受５１は、ハブ輪６０、内輪５２、外輪５３、玉５６および保持器（図示省略）を主な構成とする複列アンギュラ玉軸受である。

ハブ輪６０のアウトボード側の外周に車輪取り付け用のフランジ部６０ａが形成され、インボード側の小径段部に内輪５２が嵌合され加締め固定されている。加締め部６０ｂは、車輪用軸受５１の組み立て後、内輪５２を固定すると共に車輪用軸受５１に予圧を付与する。ハブ輪６０の外周にアウトボード側の内側軌道面５４が形成され、内輪５２の外周にインボード側の内側軌道面５４が形成されている。車輪取り付け用のフランジ部６０ａには、ボルト７０を介してブレーキディスク６２及びホイール（図示省略）が取り付けられる。ブレーキディスク６２は、ケーシング２２の蓋体２２ｂを覆うように、その周縁部が当該蓋体２２ｂのアウトボード側に位置している。外輪５３の内周には、ハブ輪６０の内側軌道面５４および内輪５２の内側軌道面５４に対応して複列の外側軌道面５５が形成されている。出力軸３５は、ハブ輪６０にスプライン嵌合し、トルク伝達可能に連結されている。

車輪用軸受５１及びケーシング２２は、アタッチメント４７によって結合される。アタッチメント４７は、その一部がボルト７１によってケーシング２２に締結固定され、他の一部が、外輪５３の外周に形成されるフランジ部に固定される（図示省略）。アタッチメント４７は、懸架装置１６のブラケットにボルトで締結固定される（図示省略）。

インホイールモータ駆動装置２１では、電動モータの冷却や減速機の潤滑および冷却のため、図示しない回転ポンプで潤滑油が各部に供給される。車輪用軸受５１の軸受内部はグリースにより潤滑される。

以上説明した本実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１によれば、検出装置３７を電動モータ部Ａよりもアウトボード側に配置することにより、当該検出装置３７がモータ回転軸２５のインボード側端部に配置される場合と比較して、当該電動モータ部Ａのインボード側への突出量を可及的に低減できる。さらには、検出装置３７は入力歯車２９とブレーキディスク６２の間の領域に配置されることから、この領域を有効に利用することで、インホイールモータ駆動装置２１は、その軸方向長さを増加させることなく構成される。

減速機部Ｂの入力軸３０は、電動モータ部Ａのアウトボード側でモータ回転軸２５に同軸状に一体化されることから、入力軸３０の回転数を検出装置３７で検出することで、モータ回転軸２５の回転数を検出できる。また、検出装置３７を入力軸３０のアウトボード側端部に設けることで、電動モータ部Ａのインボード側への突出量を増加させることもない。しかも、入力軸３０は、検出装置３７と電動モータ部Ａとの間に入力歯車２９を備えることから、入力歯車２９よりもアウトボード側に検出装置３７を配置するための空間を確保できる。

また、入力側中間歯車３１を出力側中間歯車３２よりもアウトボード側に配置すると、この入力側中間歯車３１に係合する入力歯車２９の位置も制約を受けることになり、これにより検出装置３７の配置空間も制約を受ける。しかし、本実施形態では、入力側中間歯車３１を出力側中間歯車３２よりもインボード側に配置することで、当該入力側中間歯車３１による制約を受けることなく、入力歯車２９のアウトボード側に検出装置３７を配置するための空間を確保できる。

また、ケーシング２２に検出装置３７のための開口部２２ａを形成することにより、検出装置３７の組付作業及びメンテナンス作業を容易に行うことができる。特に、インホイールモータ駆動装置２１の組み立て後において、蓋体２２ｂを取り外し、開口部２２ａを介して検出装置３７におけるロータ３８の位相調整作業を効率良く行うことができる。さらに、検出装置３７は、開口部２２ａを蓋体２２ｂにより閉塞することで、当該蓋体２２ｂに保護される。加えて、検出装置３７は、ブレーキディスク６２にも覆われることになり、これによって外部からの飛び石などの衝突による損傷を確実に防止できる。

図３は、インホイールモータ駆動装置の第二実施形態を示す断面図である。上記した第一実施形態では、電動モータ部Ａのモータ回転軸２５と、減速機部Ｂの入力軸３０とが単一の軸部材によって一体化されていたが、本実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１では、モータ回転軸２５と入力軸３０とが別個の軸部材を連結することで、モータ回転軸２５と入力軸３０とが同軸状に一体化される。すなわち、入力軸３０は、スプライン嵌合（セレーション嵌合を含む）による連結部５８を介して、モータ回転軸２５と同軸状に連結されている。

モータ回転軸２５は、その両端部が転がり軸受４１，４８によって両持ち支持されている。また、入力軸３０は、その両端部が転がり軸受４２，４９によって両持ち支持されている。本実施形態におけるその他の構成は、第一実施形態と同じである。本実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１は、第一実施形態と同様の作用効果を奏する。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態では、検出装置３７としてレゾルバを例示したが、本発明はこれに限らず、ホール素子その他のセンサを検出装置３７に使用できる。また、検出装置３７は、ロータ３８に磁気エンコーダ等を用いた形態のものであってもよい。また、ステータ３９は、半導体の磁気センサであっても良い。

上記の実施形態では、一本の中間軸３３を有する減速機部Ｂ（平行軸歯車減速機）を例示したが、これに限らず、二本以上の複数の中間軸及び対応する入力側中間歯車及び出力側中間歯車によって減速機部Ｂを構成してもよい。

２１ インホイールモータ駆動装置
２２ ケーシング
２２ａ 開口部
２２ｂ 蓋体
２５ モータ回転軸
２９ 入力歯車
３０ 入力軸
３１ 入力側中間歯車
３２ 出力側中間歯車
３３ 中間軸
３７ 検出装置
Ａ 電動モータ部
Ｂ 減速機部
Ｃ 車輪用軸受部

Claims (5)

1. モータ回転軸を有する電動モータ部と、前記電動モータ部の回転を減速して出力する減速機部と、前記減速機部からの出力を駆動輪に伝達する車輪用軸受部とを備えるインホイールモータ駆動装置において、
   前記減速機部は、前記モータ回転軸の回転数を検出する検出装置を備え、
   前記検出装置は、前記電動モータ部よりもアウトボード側に配置されることを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
2. 前記減速機部は、前記電動モータ部のアウトボード側で前記モータ回転軸に同軸状に一体化される入力軸を備え、
   前記検出装置は、前記入力軸におけるアウトボード側端部に同軸状に設けられる請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
3. 前記入力軸は、前記検出装置と前記電動モータ部との間に入力歯車を備える請求項２に記載のインホイールモータ駆動装置。
4. 前記減速機部は、前記車輪用軸受部と前記入力歯車との間に中間軸を備え、
   前記中間軸は、前記入力歯車に係合する入力側中間歯車と、前記車輪用軸受部に係合する出力側中間歯車とを備え、
   前記入力側中間歯車は、前記出力側中間歯車よりもインボード側に配置される請求項３に記載のインホイールモータ駆動装置。
5. 前記電動モータ部と、前記減速機部と、前記車輪用軸受部と、前記検出装置とが収容されるケーシングを備え、
   前記ケーシングは、前記検出装置を内部に収容するための開口部と、前記開口部を閉塞する蓋体とを備える請求項１から４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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