JP2008189212A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分解・組立作業を容易にしてメンテナンス性を向上させると共に、連結部の周方向ガタをなくして信頼性と操縦安定性を図ったインホイールモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】車輪用軸受装置Ｃが連結部材１１を介して減速部Ｂに結合され、内周に複列の外側転走面２２ａが形成された外方部材２２と、一端部に車輪取付フランジ２６を一体に有し、外周に内側転走面２５ａと小径段部２５ｂが形成されたハブ輪２５、および小径段部２５ｂに嵌合され、外周に内側転走面２７ａが形成された内輪２７からなる内方部材２４と、両部材間に収容された複列の転動体２３とを備え、連結部材１１に分離可能に結合されると共に、この結合部が、連結部材１１の軸部１７の外周に凸歯２８ａが複数形成された嵌合プロファイル２８と、ハブ輪２５の内周に断面アリ溝状の凹溝３０ａが形成された嵌合プロファイル３０で構成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動車等のダイレクトドライブホイールを駆動輪とする車両に用いられたインホイールモータ駆動装置、特に、電動モータの出力軸と車輪のハブとが減速機を介して同軸状に連結されたインホイールモータ駆動装置に関するものである。

近年、電気自動車等モータによって駆動される車両においては、モータを車輪に内蔵するインホイールモータシステムが採用されつつある。ここで、従来のインホイールモータ駆動装置５０は、例えば、特開２００６−２５８２８９号公報（特許文献１）に記載されている。このインホイールモータ駆動装置５０は、図１０に示すように、車体５１に取り付けられるケーシング５２の内部に駆動力を発生させるモータ部５３と、車輪５４が取り付けられる車輪用軸受装置５５と、モータ部５３の回転を減速して車輪用軸受装置５５のハブ輪５６に伝達する減速部５７とを備えている。

ここで、装置の軽量・コンパクト化の観点からモータ部５３には低トルクで高回転のモータが採用されると共に、車輪５４を駆動するのに大きなトルクが必要となるため、減速部５７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。

この減速部５７は、偏心部５８ａ、５８ｂを有するモータ側回転部材５８と、偏心部５８ａ、５８ｂに配設される曲線板５９ａ、５９ｂと、曲線板５９ａ、５９ｂをモータ側回転部材５８に対して回転自在に支承する転がり軸受６０ａ、６０ｂと、曲線板５９ａ、５９ｂの外周面に係合して曲線板５９ａ、５９ｂに自転運動を生じさせる複数の外ピン６１と、曲線板５９ａ、５９ｂの自転運動を内方部材（車輪側回転部材）６２に伝達する複数の内ピン６３とを備えている。

また、車輪用軸受装置５５は、外周にケーシング５２に取り付けられるための取付フランジ６４ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面６４ａ、６４ａが一体に形成された外方部材６４と、一端部に車輪５４を取り付けるための車輪取付フランジ６７を一体に有し、外周に複列の外側転走面６４ａ、６４ａの一方に対向する内側転走面５６ａと、この内側転走面５６ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部５６ｂが形成されたハブ輪５６、およびこのハブ輪５６の小径段部５６ｂに圧入固定され、外周に複列の外側転走面６４ａ、６４ａの他方に対向する内側転走面６５ａが形成された内輪６５からなる内方部材６２と、この内方部材６２と外方部材６４の両転走面間に転動自在に収容された複列のボール６６とを備えている。
特開２００６−２５８２８９号公報

然しながら、このような従来のインホイールモータ駆動装置５０では、車輪用軸受装置５５と減速部５７が一体に固定されているため、例えば、補修市場における分解作業が難しく、メンテナンス性の面で課題があった。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、分解・組立作業を容易にしてメンテナンス性を向上させると共に、連結部の周方向ガタをなくして信頼性と操縦安定性を図っ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。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ケーシングと、このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成されたモータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、前記モータ側回転部材の回転を減速する減速部と、この減速部にトルク伝達可能に連結され、車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、前記車輪用軸受装置が連結部材を介して前記減速部に結合され、当該車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部のうち少なくともアウター側の開口部に装着されたシールとを備え、前記連結部材が、径方向外方に延びるフランジ部と、このフランジ部から軸方向に突設された軸部とを一体に有し、当該連結部材と前記ハブ輪がねじ手段を介して軸方向に分離可能に結合されると共に、
この結合部が、前記連結部材の軸部の外周に凸歯が複数等配されて形成された嵌合プロファイルと、この嵌合プロファイルに対応し、前記ハブ輪の内周に、前記凸歯に係合する断面アリ溝状の凹溝が複数等配されて形成された嵌合プロファイルとで構成され、前記凸歯が所定の負の圧力角を有する断面略台形に形成され、その歯面に軸心に対し軸方向に所定の傾斜角が形成されている。

このように、ケーシング内に配設されたモータ部と減速部、およびこの減速部に連結された車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、車輪用軸受装置が連結部材を介して減速部に結合され、当該車輪用軸受装置が、外周にケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材と外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部のうち少なくともアウター側の開口部に装着されたシールとを備え、連結部材が、径方向外方に延びるフランジ部と、このフランジ部から軸方向に突設された軸部とを一体に有し、当該連結部材とハブ輪がねじ手段を介して軸方向に分離可能に結合されると共に、この結合部が、連結部材の軸部の外周に凸歯が複数等配されて形成された嵌合プロファイルと、この嵌合プロファイルに対応し、ハブ輪の内周に、凸歯に係合する断面アリ溝状の凹溝が複数等配されて形成された嵌合プロファイルとで構成され、凸歯が所定の負の圧力角を有する断面略台形に形成され、その歯面に軸心に対し軸方向に所定の傾斜角が形成されているので、分解・組立作業を容易にしてメンテナンス性を向上させると共に、連結部の周方向ガタをなくして信頼性と操縦安定性を図ったインホイールモータ駆動装置を提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により、所定の軸受予圧が付与された状態で前記ハブ輪に対して前記内輪が軸方向に固定されると共に、前記連結部材の肩部と前記加締部の端面との間に所定の軸方向すきまが介在するように前記連結部材とハブ輪が結合されていれば、ねじ手段を強固に緊締することなく軸受予圧を長期間維持することができるセルフリテイン構造を提供することができると共に、連結部材に大きなトルクが負荷され捩じれが生じても、スティックスリップ音が発生することはない。

また、請求項３に記載の発明のように、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部にシールが装着され、軸受部がグリース潤滑されると共に、前記ケーシングのアウター側の端部にオイルシールが装着され、前記ケーシングと連結部材の間に形成される環状空間の開口部が密封されていれば、このオイルシールによって軸受部と減速部が遮断され、減速部を潤滑する潤滑油が軸受内部に浸入するのを防止し、減速部の潤滑油内に混入した金属摩耗粉等の異物が軸受内部に侵入して剥離寿命が低下するのを防止することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記ハブ輪の外周に複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面が直接形成され、前記車輪取付フランジのインナー側の基部が円弧状に形成されると共に、前記アウター側のシールが、前記基部に摺接するサイドリップと、軸受内方側に傾斜するグリースリップとを有していれば、密封性の高いコンパクトなシールが得られるので、軸受スパンを最大限に大きくすることができ、車輪用軸受装置の耐久性を向上させることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記減速部が、外周にトロコイド系曲線で構成される複数の波形を有し、前記偏心部を挿通する複数の貫通孔が形成され、前記モータ側回転部材の回転に伴ってその回転軸心を中心とする公転運動を行う曲線板と、この曲線板の外周部に針状ころ軸受を介して転接されて自転運動を生じさせる複数の外ピンと、前記連結部材のフランジ部に固着され、前記貫通孔の内周に針状ころ軸受を介して転接される内ピンとを備え、前記曲線板の自転運動を、前記モータ側回転部材の回転軸心を中心とする回転運動に変換して前記連結部材に伝達するサイクロイド減速機構で構成されていれば、多段構成とすることなくコンパクトな構成であっても極めて大きな減速比を得ることができ、高回転、低トルク型のモータ部を採用した場合であっても、車輪に充分な回転トルクを伝達することができる。

本発明に係るインホイールモータ駆動装置は、ケーシングと、このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成されたモータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、前記モータ側回転部材の回転を減速する減速部と、この減速部にトルク伝達可能に連結され、車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、前記車輪用軸受装置が連結部材を介して前記減速部に結合され、当該車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部のうち少なくともアウター側の開口部に装着されたシールとを備え、前記連結部材が、径方向外方に延びるフランジ部と、このフランジ部から軸方向に突設された軸部とを一体に有し、当該連結部材と前記ハブ輪がねじ手段を介して軸方向に分離可能に結合されると共に、この結合部が、前記連結部材の軸部の外周に凸歯が複数等配されて形成された嵌合プロファイルと、この嵌合プロファイルに対応し、前記ハブ輪の内周に、前記凸歯に係合する断面アリ溝状の凹溝が複数等配されて形成された嵌合プロファイルとで構成され、前記凸歯が所定の負の圧力角を有する断面略台形に形成され、その歯面に軸心に対し軸方向に所定の傾斜角が形成されているので、分解・組立作業を容易にしてメンテナンス性を向上させると共に、過度の圧入力を必要とせず、容易に挿入の最終段階で周方向のガタがない強固な嵌合状態を得ることができ、耳障りな歯打ち音の発生を長期間に亘って防止することができる。また、トルク伝達時に凸歯および凹溝の係合部に発生する径方向外方の分力を抑制することができ、ハブ輪の膨張によって軸受すきまに悪影響を及ぼすことはない。

ケーシングと、このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成されたモータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、前記モータ側回転部材の回転を減速する減速部と、この減速部にトルク伝達可能に連結され、車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、前記車輪用軸受装置が連結部材を介して前記減速部に結合され、当該車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により、所定の軸受予圧が付与された状態で前記ハブ輪に対して前記内輪が軸方向に固定され、前記連結部材が、径方向外方に延びるフランジ部と、このフランジ部から軸方向に突設された軸部とを一体に有し、当該連結部材と前記ハブ輪がねじ手段を介して軸方向に分離可能に結合されると共に、この結合部が、前記連結部材の軸部の外周に凸歯が複数等配されて形成された嵌合プロファイルと、この嵌合プロファイルに対応し、前記ハブ輪の内周に、前記凸歯に係合する断面アリ溝状の凹溝が複数等配されて形成された嵌合プロファイルとで構成され、前記凸歯が所定の負の圧力角を有する断面略台形に形成され、その歯面に軸心に対し軸方向に所定の傾斜角が形成されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るインホイールモータ駆動装置の一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図、図３は、図２の要部拡大図、図４は図１の偏心部を示す要部拡大図、図５は、図１の車輪用軸受装置を示す拡大図、図６（ａ）は、図５の連結部材における軸部の嵌合プロファイルを示す正面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿った横断面図、（ｃ）は、嵌合プロファイルの圧力角が負の場合と正の場合の形状の違いを示す説明図、図７（ａ）は、嵌合プロファイルの製造方法を示す正面図、（ｂ）は、ＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った横断面図、図８は、圧力角に対するハブ輪の膨張量と係合部に発生する離反力を示すグラフ、図９は、傾斜角に対するハブ輪の膨張量と係合部に発生する離反力を示すグラフである。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側（図面左側）、中央寄り側をインナー側（図面右側）という。

このインホイールモータ駆動装置１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からの出力を車輪（図示せず）に伝達する車輪用軸受装置Ｃとを備えている。

モータ部Ａは、ケーシング２に固定されるステータ３と、ステータ３の内側にアキシアルギャップ（軸方向の隙間）を設けて配置されるロータ４と、ロータ４の内側に嵌合してロータ４と一体に回転するモータ側回転部材５とを備えたアキシアルギャップモータで構成されている。また、モータ部Ａのインナー側の開口部には、モータ部Ａの内部への塵埃の混入等を防止するためのエンドキャップ６が装着されている。

ロータ４は、内周にスプライン（またはセレーション）が形成された中空状の円筒部４ａと、この円筒部４ａから径方向外方に延びる円板状のフランジ部４ｂを有し、アンギュラ玉軸受からなる複列の転がり軸受７、７によってケーシング２に対して回転自在に支承されている。また、ケーシング２とロータ４との間には、減速部Ｂに封入された潤滑油のモータ部Ａへの浸入を防止するためのオイルシール８が装着されている。

なお、ここでは、モータ部Ａにアキシアルギャップモータを採用したものを例示したが、これに限らず、任意の構成のモータが適用可能であり、例えば、図示はしないが、ケーシングの内周に固定されるステータと、このステータの内径側にラジアルギャップを介して対向するロータとを備えるラジアルギャップモータであっても良い。

モータ側回転部材５は、モータ部Ａの駆動力を減速部Ｂに伝達するためにモータ部Ａから減速部Ｂに亙って配設され、減速部Ｂ内に偏心部５ａ、５ｂが一体に形成されている。このモータ側回転部材５は、インナー側の端部がロータ４の円筒部４ａにスプライン嵌合されると共に、減速部Ｂの両側で一対のアンギュラ玉軸受からなる転がり軸受９、１０によって、ケーシング２および連結部材１１に対して回転自在に支承されている。さらに、２つの偏心部５ａ、５ｂは、偏心運動による遠心力を互いに相殺するように１８０°位相を変えて形成されている。

減速部Ｂは、偏心部５ａ、５ｂに回転自在に保持される公転部材となる曲線板１２ａ、１２ｂと、ケーシング２上の固定位置に保持され、曲線板１２ａ、１２ｂの外周部に係合する外周係合部材となる複数の外ピン１３、１３と、曲線板１２ａ、１２ｂの自転運動を連結部材１１に伝達する運動変換機構１４と、モータ側回転部材５に装着された２つのカウンタウェイト１５、１５とを備えている。これらのカウンタウェイト１５、１５は円板状に形成され、曲線板１２ａ、１２ｂの回転によって生じる不釣合い慣性偶力を相殺するために、各偏心部５ａ、５ｂに隣接する位置に偏心部５ａ、５ｂと１８０°位相を変えて配置されている。

連結部材１１はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、インナー側の端部に径方向外方に延びるフランジ部１６と、このフランジ部１６から軸方向に突設された軸部１７とが一体に形成されている。フランジ部１６には、この連結部材１１の回転軸心を中心とする円周上の等間隔に複数の内ピン１８、１８が固着されると共に、軸部１７には、後述する車輪用軸受装置Ｃを構成する内方部材２４に分離可能に連結される嵌合プロファイル２８と、この嵌合プロファイル２８の端部に雄ねじ１７ａが形成されている。

次に、図２を用いて運動変換機構１４を説明する。曲線板１２ａ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、複数の貫通孔１９、１９と軸受孔２０が形成されている。貫通孔１９は、曲線板１２ａの自転軸心を中心とする円周上に等間隔に複数個形成され、後述する内ピン１８が嵌挿される。また、軸受孔２０は、曲線板１２ａの中心に形成され、偏心部５ａに嵌合されている。そして、曲線板１２ａは深溝玉軸受からなる転がり軸受２１によって偏心部５ａに対して回転自在に支承されている。

外ピン１３は、モータ側回転部材５の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられている。これらの外ピン１３は曲線板１２ａ、１２ｂの公転軌道と一致しているため、曲線板１２ａ、１２ｂが公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン１３とが係合して、曲線板１２ａ、１２ｂに自転運動を生じさせる。また、曲線板１２ａ、１２ｂとの摩擦抵抗を低減するために、曲線板１２ａ、１２ｂの外周面に転接する位置に針状ころ軸受１３ａが装着されている（図３参照）。

ここで、図４に示すように、２枚の曲線板１２ａ、１２ｂ間の中心点をＧとすると、この中心点Ｇのインナー側について、中心点Ｇと曲線板１２ａの中心との距離をＬ１、曲線板１２ａの質量をｍ１、曲線板１２ａの重心の回転軸心からの偏心量をε１とし、中心点Ｇとカウンタウェイト１５との距離をＬ２、カウンタウェイト１５の質量をｍ２、カウンタウェイト１５の重心の回転軸心からの偏心量をε２とすると、Ｌ１×ｍ１×ε１＝Ｌ２×ｍ２×ε２を満足する関係となっている。また、中心点Ｇのアウター側の曲線板１２ｂとカウンタウェイト１５との間にも同様の関係が成立する。

運動変換機構１４は、図２に示すように、連結部材１１に保持された複数の内ピン１８、１８と曲線板１２ａ、１２ｂに設けられた貫通孔１９とを備えている。内ピン１８は、貫通孔１９との摩擦抵抗を低減するために、貫通孔１９の内周面に転接する位置に針状ころ軸受１８ａが装着されている。一方、貫通孔１９は、複数の内ピン１８それぞれに対応する位置に形成され、貫通孔１９の内径寸法は、針状ころ軸受１８ａを含む内ピン１８の外径寸法より所定量大径に設定されている（図３参照）。

次に、図１を用いて本発明に係るインホイールモータ駆動装置１の作動原理について説明する。
モータ部Ａは、ステータ３のコイル３ａ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、フランジ部４ｂに永久磁石（または磁性体）４ｃが固定されたロータ４が回転する。この時、コイル３ａに高周波数の電圧を印加するほどロータ４は高速回転する。これにより、ロータ４に接続されたモータ側回転部材５が回転し、曲線板１２ａ、１２ｂがモータ側回転部材５の回転軸心を中心として公転運動する。この時、外ピン１３が、曲線板１２ａ、１２ｂの曲線形状の波形と係合して、曲線板１２ａ、１２ｂをモータ側回転部材５の回転とは逆方向に自転運動させる。

貫通孔１９に挿通された内ピン１８は、曲線板１２ａ、１２ｂの自転運動に伴って貫通孔１９の内周面に転接し、曲線板１２ａ、１２ｂの公転運動が内ピン１８には伝わらずに曲線板１２ａ、１２ｂの自転運動のみが連結部材１１を介してハブ輪２５に伝達される。このように、モータ側回転部材５の回転が減速部Ｂによって減速されて連結部材１１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、車輪に必要なトルクを伝達することが可能となる。

なお、減速部Ｂの減速比は、外ピン１３の本数をＺａ、曲線板１２ａ、１２ｂの波形の数をＺｂとすると、（Ｚａ−Ｚｂ）／Ｚｂで算出される。例えば、Ｚａ＝１２、Ｚｂ＝１１では、減速比は１／１１となり、多段構成とすることなくコンパクトな構成であっても極めて大きな減速比を得ることができる。

車輪用軸受装置Ｃは、図５に拡大して示すように、外方部材２２と、この外方部材２２に複列の転動体（ボール）２３、２３を介して内挿された内方部材２４とを備えている。外方部材２２は、外周にケーシング２に取り付けられるための取付フランジ２２ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面２２ａ、２２ａが形成されている。この外方部材２２はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、少なくとも複列の外側転走面２２ａ、２２ａが高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。

内方部材２４は、ハブ輪２５と、このハブ輪２５に固定された内輪２７とからなる。ハブ輪２５は、アウター側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ２６を一体に有し、外周に複列の外側転走面２２ａ、２２ａの一方（アウター側）に対向する内側転走面２５ａと、この内側転走面２５ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部２５ｂが形成されている。車輪取付フランジ２６の円周等配に車輪を固定するためのハブボルト２６ａが植設されている。

一方、内輪２７は、外周に複列の外側転走面２２ａ、２２ａの他方（インナー側）に対向する内側転走面２７ａが形成され、ハブ輪２５の小径段部２５ｂに所定のシメシロを介して圧入されている。そして、小径段部２５ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部２５ｃによって軸方向に固定されている。

ハブ輪２５はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、内側転走面２５ａをはじめ、後述するアウター側のシール３０のシールランド部となる車輪取付フランジ２６の基部２６ｂから小径段部２５ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。内輪２７および転動体２３はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

ここで、連結部材１１の軸部１７が短軸で構成され、端部に雄ねじ１７ａが形成されると共に、外周には、図６に示すような嵌合プロファイル２８が形成されている。この嵌合プロファイル２８は、外周に凸歯２８ａが複数（３〜１０）等配に形成されている。この凸歯２８ａは、図７に示すように、先端が所定の傾斜角（圧力角α）に成形されたエンドミル２９を軸線（矢印）方向にトラバースさせることによって断面が略台形に形成され、所定の圧力角αを有すると共に、その歯面には軸心に対し軸方向に所定の傾斜角βが形成されている。ここで、圧力角αは、図６（ｃ）に示すように、凸歯２８ａが周方向外方に向かい、歯幅が増加する状態を負（α＜０）とし、逆に歯幅が減少する状態を正（α＞０）と定義する。

一方、ハブ輪２５の内周には、この嵌合プロファイル２８に対応した凹溝３０ａが複数等配された嵌合プロファイル３０が形成されている。この凹溝３０ａは、鍛造加工によって断面がアリ溝状に形成され、凸歯２８ａに対応して所定の圧力角αを有すると共に、その歯面には軸心に対し軸方向に所定の傾斜角βが形成されている。

図８に示すグラフは、軸力およびトルクを一定として、トルク伝達時における圧力角αに対するハブ輪２５の膨張量と係合部に発生する離反力を示しているが、これらの凸歯２８ａおよび凹溝３０ａの圧力角αは、膨張量と離反力が共に増大しない±３０°の範囲に設定されている。好ましくは、圧力角αが負の領域、すなわち、０〜−３０°の範囲に設定されていれば、ハブ輪２５における凹溝３０ａの断面形状がアリ溝状になり、ハブ輪２５の膨張を効果的に抑制することができる。

また、図９に示すグラフは、軸力およびトルクを一定として、トルク伝達時における傾斜角βに対するハブ輪２５の膨張量と係合部に発生する離反力を示しているが、凸歯２８ａおよび凹溝３０ａの傾斜角βは、膨張量と離反力が共に増大しない２〜７°、好ましくは、３〜６°の範囲に設定されている。この傾斜角βは、小さくなるにしたがって凸歯２８ａおよび凹溝３０ａの組合せ公差幅が拡大するが、β＝２〜７°に設定することにより、組合せ公差幅を±１ｍｍ以下に抑えることができ、後述する連結部材１１の肩部１６ａと加締部２５ｃの端面との軸方向すきまδを確保することができる。なお、ここでは、凸歯２８ａおよび凹溝３０ａの強度と経済面を考慮してモジュールｍが３〜１０に設定されている（概略歯数３〜１０）。ここで、ｍ＝ｄ／ｚ（ｄ：嵌合プロファイルの軸方向径方向共の平均径、ｚ：歯数または溝数）。また、凸歯２８ａおよび凹溝３０ａのうち少なくとも凸歯２８ａは高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。

そして、図５に示すように、連結部材１１の肩部１６ａと加締部２５ｃの端面との間に所定の軸方向すきまδが介在するように連結部材１１の軸部１７がこれら嵌合プロファイル２８、３０を介してハブ輪２５に嵌合されると共に、軸部１７の雄ねじ１７ａに固定ナット３１が締結され、ハブ輪２５と連結部材１１とが軸方向に分離可能に結合されている。なお、ここでは、軸方向すきまδは、凸歯２８ａおよび凹溝３０ａの組合せ公差幅から１ｍｍ以上に設定されている。

このように、ハブ輪２５と連結部材１１が嵌合プロファイル２８、３０を介してトルク伝達可能に連結されているので、減速部Ｂと車輪用軸受装置Ｃとが分離可能となり、組立・分解性が向上してメンテナンス性に優れたインホイールモータ駆動装置を提供することができる。

さらに、嵌合プロファイル２８、３０が所定の圧力角αを有し、軸心に対し軸方向に所定の傾斜角βが形成された凸歯２８ａおよび凹溝３０ａでそれぞれ構成されているため、過度の圧入力を必要とせず、容易に挿入の最終段階で周方向のガタがない強固な嵌合状態を得ることができると共に、トルク伝達時に凸歯２８ａおよび凹溝３０ａの係合部に発生する径方向外方の分力を抑制することができ、ハブ輪２５の膨張によって軸受すきまに悪影響を及ぼすことはない。したがって、ガタのない強固な結合が実現でき、耳障りな歯打ち音の発生を長期間に亘って防止することができる。

また、肩部１６ａと加締部２５ｃとの間に軸方向すきまδが形成されているので、固定ナット３１を強固に緊締することなく軸受予圧を長期間維持することができるセルフリテイン構造を提供することができると共に、連結部材１１に大きなトルクが負荷され捩じれが生じても、加締部２５ｃとの金属接触によって発生する異音、所謂スティックスリップ音の発生を防止することができる。

なお、ハブ輪２５のアウター側の端部にはエンドキャップ３２が装着され、ハブ輪２５のアウター側の開口端部が閉塞されている。これにより、凸歯２８ａおよび凹溝３０ａの係合部に雨水やダスト等の異物が侵入するのを防止して係合部の発錆を長期間に亘って防止することができる。

また、外方部材２２と内方部材２４の両転走面間には複列の転動体２３、２３が保持器３３、３３を介して転動自在に収容されると共に、外方部材２２と内方部材２４との間に形成される環状空間の開口部を密封するシール３４、３５が装着されている。これらシール３４、３５のうちアウター側のシール３４が、前記基部２６ｂに摺接する一対のサイドリップと、軸受内方側に傾斜するグリースリップとを有している。これにより、密封性の高いコンパクトなシールが得られ、軸受スパンを最大限に大きくすることができので、車輪用軸受装置Ｃの耐久性を向上させることができる。

また、ケーシング２のアウター側の端部にオイルシール３６が装着され、ケーシング２と連結部材１１の間に形成される環状空間の開口部が密封されている。このオイルシール３６はガータスプリング３６ａを有し、軸受部と減速部Ｂとを遮断し、減速部Ｂを潤滑する潤滑油が軸受内部に浸入するのを防止している。すなわち、減速部Ｂの潤滑油内に混入した金属摩耗粉等の異物が軸受内部に侵入して剥離寿命が低下するのを防止している。そして、軸受部は内部に封入されたグリースによって潤滑されている。これにより、軸受部は、減速部Ｂ内を潤滑する潤滑油の清浄度の影響を受けずに所望の剥離寿命を確保することができる。

なお、ここでは、ハブ輪２５の外周に内側転走面２５ａが直接形成された第３世代構造を例示したが、これに限らず、図示はしないが、ハブ輪に一対の内輪が圧入された第１または第２世代構造であっても良い。また、転動体２３にボールを使用した複列のアンギュラ玉軸受からなる構成を例示したが、転動体に円錐ころを使用した複列の円錐ころ軸受であっても良い。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる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、特許請求の範囲の記載によって示され、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。

本発明に係るインホイールモータ駆動装置は、モータ部と、車輪が取り付けられた車輪用軸受装置と、モータ部の回転を減速して車輪用軸受装置に伝達する減速部とを備え、これらが同軸状に配設されたインホイールモータ駆動装置に適用できる。

本発明に係るインホイールモータ駆動装置の一実施形態を示す縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図である。 図２の要部拡大図である。 図１の偏心部を示す要部拡大図である。 図１の車輪用軸受装置を示す拡大図である。 （ａ）は、図５の連結部材における軸部の嵌合プロファイルを示す正面図である。 （ｂ）は、（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿った横断面図である。 （ｃ）は、嵌合プロファイルの圧力角が負の場合と正の場合の形状の違いを示す説明図である。 （ａ）は、嵌合プロファイルの製造方法を示す正面図である。 （ｂ）は、ＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った横断面図である。 嵌合プロファイルの圧力角に対するハブ輪の膨張量と係合部に発生する離反力を示すグラフである。 嵌合プロファイルの傾斜角に対するハブ輪の膨張量と係合部に発生する離反力を示すグラフである。 従来のインホイールモータ駆動装置を示す縦断面図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・・インホイールモータ駆動装置
２・・・・・・・・・・・ケーシング
３・・・・・・・・・・・ステータ
３ａ・・・・・・・・・・コイル
４・・・・・・・・・・・ロータ
４ａ・・・・・・・・・・円筒部
４ｂ、１６・・・・・・・フランジ部
４ｃ・・・・・・・・・・永久磁石
５・・・・・・・・・・・モータ側回転部材
５ａ、５ｂ・・・・・・・偏心部
６、３２・・・・・・・・エンドキャップ
７、９、１０、２１・・・転がり軸受
８、３６・・・・・・・・オイルシール
１１・・・・・・・・・・連結部材
１２ａ、１２ｂ・・・・・曲線板
１３・・・・・・・・・・外ピン
１３ａ、１８ａ・・・・・針状ころ軸受
１４・・・・・・・・・・運動変換機構
１５・・・・・・・・・・カウンタウェイト
１６ａ・・・・・・・・・肩部
１７・・・・・・・・・・軸部
１７ａ・・・・・・・・・雄ねじ
１８・・・・・・・・・・内ピン
１９・・・・・・・・・・貫通孔
２０・・・・・・・・・・軸受孔
２２・・・・・・・・・・外方部材
２２ａ・・・・・・・・・外側転走面
２２ｂ・・・・・・・・・取付フランジ
２３・・・・・・・・・・転動体
２４・・・・・・・・・・内方部材
２５・・・・・・・・・・ハブ輪
２５ａ、２７ａ・・・・・内側転走面
２５ｂ・・・・・・・・・小径段部
２５ｃ・・・・・・・・・加締部
２６・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
２６ａ・・・・・・・・・ハブボルト
２６ｂ・・・・・・・・・基部
２７・・・・・・・・・・内輪
２８、３０・・・・・・・嵌合プロファイル
２９・・・・・・・・・・エンドミル
３１・・・・・・・・・・固定ナット
３３・・・・・・・・・・保持器
３４・・・・・・・・・・アウター側のシール
３５・・・・・・・・・・インナー側のシール
３２ａ・・・・・・・・・ガータスプリング
５０・・・・・・・・・・インホイールモータ駆動装置
５１・・・・・・・・・・車体
５２・・・・・・・・・・ケーシング
５３・・・・・・・・・・モータ部
５４・・・・・・・・・・車輪
５５・・・・・・・・・・車輪用軸受装置
５６・・・・・・・・・・ハブ輪
５６ａ、６５ａ・・・・・内側転走面
５６ｂ・・・・・・・・・小径段部
５７・・・・・・・・・・減速部
５８・・・・・・・・・・モータ側回転部材
５８ａ、５８ｂ・・・・・偏心部
５９ａ、５９ｂ・・・・・曲線板
６０ａ、６０ｂ・・・・・転がり軸受
６１・・・・・・・・・・外ピン
６２・・・・・・・・・・内方部材
６３・・・・・・・・・・内ピン
６４・・・・・・・・・・外方部材
６４ａ・・・・・・・・・外側転走面
６４ｂ・・・・・・・・・取付フランジ
６５・・・・・・・・・・内輪
６６・・・・・・・・・・ボール
６７・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
Ａ・・・・・・・・・・・モータ部
Ｂ・・・・・・・・・・・減速部
Ｃ・・・・・・・・・・・車輪用軸受装置
ｄ・・・・・・・・・・・嵌合プロファイルの平均径
Ｇ・・・・・・・・・・・曲線板間の中心点
Ｌ１・・・・・・・・・・中心点と曲線板の中心との距離
Ｌ２・・・・・・・・・・中心点とカウンタウェイトの中心との距離
ｍ・・・・・・・・・・・モジュール
ｍ１・・・・・・・・・・曲線板の質量
ｍ２・・・・・・・・・・カウンタウェイトの質量
ｚ・・・・・・・・・・・歯数または溝数
Ｚａ・・・・・・・・・・外ピンの本数
Ｚｂ・・・・・・・・・・曲線板の波形の数
α・・・・・・・・・・・圧力角
β・・・・・・・・・・・傾斜角
δ・・・・・・・・・・・軸方向すきま
ε１・・・・・・・・・・曲線板の重心の回転軸心からの偏心量
ε２・・・・・・・・・・カウンタウェイトの重心の回転軸心からの偏心量

Claims (5)

1. ケーシングと、
   このケーシング内に配設され、偏心部が一体に形成されたモータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、
   前記モータ側回転部材の回転を減速する減速部と、
   この減速部にトルク伝達可能に連結され、車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置とを備えたインホイールモータ駆動装置において、
   前記車輪用軸受装置が連結部材を介して前記減速部に結合され、当該車輪用軸受装置が、外周に前記ケーシングに取り付けられるための取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、
   一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、
   この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、
   前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部のうち少なくともアウター側の開口部に装着されたシールとを備え、前記連結部材が、径方向外方に延びるフランジ部と、このフランジ部から軸方向に突設された軸部とを一体に有し、当該連結部材と前記ハブ輪がねじ手段を介して軸方向に分離可能に結合されると共に、
   この結合部が、前記連結部材の軸部の外周に凸歯が複数等配されて形成された嵌合プロファイルと、この嵌合プロファイルに対応し、前記ハブ輪の内周に、前記凸歯に係合する断面アリ溝状の凹溝が複数等配されて形成された嵌合プロファイルとで構成され、
   前記凸歯が所定の負の圧力角を有する断面略台形に形成され、その歯面に軸心に対し軸方向に所定の傾斜角が形成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. 前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により、所定の軸受予圧が付与された状態で前記ハブ輪に対して前記内輪が軸方向に固定されると共に、前記連結部材の肩部と前記加締部の端面との間に所定の軸方向すきまが介在するように前記連結部材とハブ輪が結合されている請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
3. 前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部にシールが装着され、軸受部がグリース潤滑されると共に、前記ケーシングのアウター側の端部にオイルシールが装着され、前記ケーシングと連結部材の間に形成される環状空間の開口部が密封されている請求項１または２に記載のインホイールモータ駆動装置。
4. 前記ハブ輪の外周に複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面が直接形成され、前記車輪取付フランジのインナー側の基部が円弧状に形成されると共に、前記アウター側のシールが、前記基部に摺接するサイドリップと、軸受内方側に傾斜するグリースリップとを有している請求項１乃至３いずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
5. 前記減速部が、外周にトロコイド系曲線で構成される複数の波形を有し、前記偏心部を挿通する複数の貫通孔が形成され、前記モータ側回転部材の回転に伴ってその回転軸心を中心とする公転運動を行う曲線板と、この曲線板の外周部に針状ころ軸受を介して転接されて自転運動を生じさせる複数の外ピンと、前記連結部材のフランジ部に固着され、前記貫通孔の内周に針状ころ軸受を介して転接される内ピンとを備え、前記曲線板の自転運動を、前記モータ側回転部材の回転軸心を中心とする回転運動に変換して前記連結部材に伝達するサイクロイド減速機構で構成されている請求項１乃至４いずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。

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