JP2015231275A

JP2015231275A - インホイールモータ駆動装置

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Publication number: JP2015231275A
Application number: JP2014115845A
Authority: JP
Inventors: 雪島　良; Makoto Yukishima; 良雪島; 鈴木　稔; Minoru Suzuki; 稔鈴木; 朋久魚住; Tomohisa Uozumi
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2015-12-21
Also published as: WO2015186466A1; US20170197502A1; EP3154170A4; CN106464087A; EP3154170A1

Abstract

【課題】モータ部での潤滑性能を改善することにより、高品質で耐久性に優れ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、減速機部Ｂと、車輪用軸受部Ｃと、ケーシング２２と、モータ部Ａおよび減速機部Ｂに潤滑油を供給する潤滑機構とを備え、モータ部Ａのモータ回転軸２４が偏心部２５ａ，２５ｂを有する減速機入力軸２５を回転駆動し、減速機部Ｂが減速機入力軸２５の回転を減速して減速機出力軸２８に伝達し、車輪用軸受部Ｃが減速機出力軸２８に連結されたインホイールモータ駆動装置２１であって、モータ部Ａは、ケーシング２２に固定されたステータ２３ａと、モータ回転軸２４に設けられたロータ２３ｂとで構成され、ロータ２３ｂの回転により発生する潤滑油の撹拌抵抗を低減する遮蔽板７０をモータ部Ａに設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電動モータの出力軸と車輪用軸受とを減速機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。

従来のインホイールモータ駆動装置は、例えば、特許文献１に開示された構造のものがある。この特許文献１に開示されたインホイールモータ駆動装置１０１は、図１１に示すように、懸架装置（サスペンション）を介して車体に取り付けられるケーシング１０２の内部で駆動力を発生させるモータ部１０３と、車輪に接続される車輪用軸受部１０４と、モータ部１０３と車輪用軸受部１０４との間に配置され、モータ部１０３の回転を減速して車輪用軸受部１０４に伝達する減速機部１０５とを備えている。

前述の構成からなるインホイールモータ駆動装置１０１において、装置のコンパクト化の観点から、モータ部１０３には低トルクで高回転の小型モータが採用されている。このモータ部１０３は、ケーシング１０２に固定されたステータ１０６と、そのステータ１０６の径方向内側に隙間をもって対向配置されたロータ１０７と、そのロータ１０７の径方向内側に配置されてロータ１０７と一体回転するモータ回転軸１０８とを備えるラジアルギャップモータである。

一方、車輪用軸受部１０４で車輪を駆動するために大きなトルクが必要となることから、減速機部１０５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。サイクロイド減速機は、一対の偏心部１０９ａ，１０９ｂを有する減速機入力軸１１０と、減速機入力軸１１０の偏心部１０９ａ，１０９ｂに配置される一対の曲線板１１１ａ，１１１ｂと、曲線板１１１ａ，１１１ｂの外周面に係合して曲線板１１１ａ，１１１ｂに自転運動を生じさせる複数の外ピン１１２と、曲線板１１１ａ，１１１ｂの貫通孔の内周面に係合して曲線板１１１ａ，１１１ｂの自転運動を減速機出力軸１１３に伝達する複数の内ピン１１４とで主要部が構成されている。

特許文献１で開示されたインホイールモータ駆動装置１０１では、モータ部１０３および減速機部１０５に潤滑油を供給する潤滑機構が設けられている。潤滑機構は、潤滑油を圧送するための回転ポンプ１１５を備え、潤滑油がモータ部１０３および減速機部１０５の内部を循環する構造を有する。回転ポンプ１１５からモータ部１０３の内部を循環する潤滑機構は、回転ポンプ１１５、ケーシング上部の油路１１６、モータ回転軸１０８の油路１１７、ロータ１０７の油孔１１８、ケーシング下部の油路１１９、油タンク１２０およびケーシング下部の油路１２１を主な構成としている。潤滑機構内に付した白抜き矢印は潤滑油の流れを示す。

前記構成からなる潤滑機構では、回転ポンプ１１５が回転すると、油タンク１２０に貯溜した潤滑油が、ケーシング下部の油路１２１から回転ポンプ１１５に吸い込まれてモータ部１０３の内部に供給される。回転ポンプ１１５から圧送された潤滑油は、ケーシング上部の油路１１６およびモータ回転軸１０８の油路１１７を通り、ポンプ圧力および遠心力でもってロータ１０７の油孔１１８から吐出してステータ１０６を冷却する。ステータ１０６の冷却後、ロータ１０７の油孔１１８から吐出した潤滑油は、ケーシング１０２の内壁面を伝ってケーシング下部の油路１１９から油タンク１２０へ排出される。

特開２０１１−１８９９１９号公報

ところで、前述した従来のインホイールモータ駆動装置１０１は、車両のホイール内部に収めなければならず、また、ばね下重量を押さえる必要があり、さらに、広い客室スペースを確保するために、小型化が必須の要件となる。このようなインホイールモータ駆動装置自体の小型化のため、ケーシング１０２の下方に配置された油タンク１２０について十分な容積を確保することが困難であることから、モータ部１０３の内部に潤滑油が貯溜することになる。

ここで、モータ部１０３および減速機部１０５で必要な潤滑油量を確保するため、潤滑油の封入量を多くすると、図１１に示すように、モータ部１０３の内部に貯溜する潤滑油の油面Ｍが高くなってロータ１０７の一部が潤滑油に浸漬することになる。また、回転ポンプ１１５は減速機出力軸１１３と同期して回転するため、モータ起動直後、モータ回転速度の増加と共に回転ポンプ１１５の回転速度も増加し、回転ポンプ１１５から吐出する潤滑油量も増加する。そのため、ロータ１０７の油孔１１８から吐出する潤滑油量も増加する。

また、潤滑油は粘性のある流体であり、しかも、ロータ１０７が１５，０００ｍｉｎ^-1以上の高速で回転するため、図１２に示すように、ロータ１０７に接触する潤滑油（図中の網掛け領域αにある潤滑油）は、ロータ１０７の回転方向に引き摺られて掻き上げられる。また、ロータ１０７の回転速度が増加すると、ロータ１０７に接触する潤滑油量が増加すると共に、潤滑油の粘性によりロータ１０７と潤滑油との間に作用する荷重も増加するため、潤滑油の撹拌抵抗が増加する。

この撹拌抵抗の増加により、図１３に示すように、モータ部１０３の内部に貯溜する潤滑油は、ロータ１０７の回転方向（図中の実線矢印参照）に掻き上げられて油面Ｍが水平よりも大きく傾くことになる。ここで、ケーシング１０２の下方に配置された油タンク１２０は、車両のサスペンション構成や、車両の加速および減速時の慣性による潤滑油の偏り、登坂時の油面変化に対応するため、車両進行方向の後方（図中の右側寄り）に配置されている。このことから、前述したように潤滑油の油面Ｍが大きく傾くと、潤滑油が油タンク１２０に流れ込み難くなる。

このように、モータ部１０３の内部に貯溜する潤滑油が油タンク１２０に流れ込み難くなると、回転ポンプ１１５の回転に伴って油タンク１２０での潤滑油量が減少することになる。その結果、回転ポンプ１１５から吐出される潤滑油量が減少し、回転ポンプ１１５は、モータ部１０３および減速機部１０５で必要な潤滑油量を吐出することが困難となる可能性がある。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、モータ部での潤滑性能を改善することにより、高品質で耐久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にある。

前述の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、車輪用軸受部と、ケーシングと、モータ部に潤滑油を供給する潤滑機構とを備えたインホイールモータ駆動装置であって、モータ部は、ケーシングに固定されたステータと、モータ回転軸に設けられたロータとで構成され、ロータの回転により発生する潤滑油の撹拌抵抗を低減する遮蔽板をモータ部に設けたことを特徴とする。

本発明では、モータ部に設けられた遮蔽板により、ロータに接触する潤滑油の引き摺りを低減することができるので、ロータの回転で発生する潤滑油の撹拌抵抗を低減することができる。このように、潤滑油の撹拌抵抗を低減することにより、モータ部の内部に貯溜する潤滑油の油面の傾きも小さくできるので、モータ部の内部に貯溜する潤滑油が油タンクに流れ込み易くなり、回転ポンプの吐出量を確保でき、インホイールモータ駆動装置におけるモータ部の潤滑性能を改善することができる。

本発明におけるモータ部は、ステータの径方向内側に隙間をもって対向配置されたロータからなり、そのロータのインボード側およびアウトボード側に、潤滑機構により供給された潤滑油を吐出する油孔を備え、遮蔽板は、ロータの油孔の少なくとも一方と対向するように近接配置された状態でケーシングに固定された構成とすることが望ましい。このようにすれば、ロータの回転で引き摺られる潤滑油量をロータと遮蔽板との間に介在する潤滑油に制限することで、潤滑油の引き摺りを容易に低減させることができる。ここで、インホイールモータ駆動装置を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トボード側、車両の中央寄りとなる側をインボード側と定義する。

本発明における遮蔽板は、多数の小孔が散点状に形成された構成とすることが望ましい。このようにすれば、遮蔽板のロータ側に存在する潤滑油が小孔を介して遮蔽板の反ロータ側へ流れ易くなり、潤滑油の撹拌抵抗をより一層低減させることができる。

本発明における遮蔽板は、ロータの下半分と対向する半ドーナツ状をなす構成とすることが望ましい。このようにすれば、モータ部の内部に貯溜する潤滑油は、ロータの下半分より低い油面となることから、遮蔽板を必要最小限の大きさで構成することができる。

本発明における遮蔽板は、絶縁材料で構成されていることが望ましい。このようにすれば、遮蔽板をロータに近接配置することが容易となる。

本発明における潤滑機構は、潤滑油を圧送するためのポンプと油タンクを有していることが望ましい。このようにすれば、モータ部に潤滑油を容易に供給することができる。

本発明によれば、モータ部に設けられた遮蔽板により、ロータに接触する潤滑油の引き摺りを低減することができるので、ロータの回転で発生する潤滑油の撹拌抵抗を低減することができる。このように、潤滑油の撹拌抵抗を低減することにより、モータ部の内部に貯溜する潤滑油の油面の傾きも小さくできるので、モータ部の内部に貯溜する潤滑油が油タンクに流れ込み易くなり、回転ポンプの吐出量を確保できる。その結果、インホイールモータ駆動装置におけるモータ部の性能を改善することができ、高品質で耐久性に優れ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。

本発明の実施形態で、インホイールモータ駆動装置の全体構成を示す縦断面図である。図１のＰ−Ｐ線に沿う断面図である。図１の減速機部を示す要部拡大断面図である。図１の曲線板に作用する荷重を示す説明図である。図１の回転ポンプを示す横断面図である。図１の遮蔽板を軸方向から見た図である。図１のモータ部の内部を示す要部拡大断面図である。図１のＱ−Ｑ線に沿う断面図である。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９の電気自動車を示す後方断面図である。従来のインホイールモータ駆動装置の全体構成を示す縦断面図である。図１１のモータ部の内部を示す要部拡大断面図である。図１１のＲ−Ｒ線に沿う断面図である。

本発明に係るインホイールモータ駆動装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。

図９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の概略平面図で、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。図１０に示すように、後輪１４は、シャシー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を介してシャシー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シー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１２ｂ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ことができ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１２ａ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。電気自動車１１の走行安定性およびＮＶＨ特性を向上させるためにばね下重量を抑える必要があり、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、この実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、以下の構造を具備する。図１はインホイールモータ駆動装置２１の概略構成を示す縦断面図、図２は図１のＰ−Ｐ線に沿う断面図、図３は減速機部Ｂを示す拡大断面図、図４は曲線板２６ａに作用する荷重を示す説明図、図５は回転ポンプ５１を示す横断面図である。なお、この実施形態の特徴的な構成を説明する前にインホイールモータ駆動装置２１の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（図９および図１０参照）に伝達する車輪用軸受部Ｃとを備え、モータ部Ａと減速機部Ｂはケーシング２２に収納されて、電気自動車１１のホイールハウジング１２ａ（図１０参照）内に取り付けられる。ケーシング２２は、モータ部Ａが収容されたモータハウジングと減速機部Ｂが収容された減速機ハウジングとからなる分割構造で、ボルトにより締結一体化されている。

モータ部Ａは、ケーシング２２に固定されたステータ２３ａと、ステータ２３ａ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２３ｂと、ロータ２３ｂの径方向内側に配置されてロータ２３ｂと一体回転するモータ回転軸２４とを備えたラジアルギャップモータである。ステータ２３ａは磁性体コア２３ｃの外周にコイル２３ｄを巻回することによって構成され、ロータ２３ｂは永久磁石または磁性体で構成されている。ロータ２３ｂは、ステータ２３ａのコイル２３ｄへの通電により１５，０００ｍｉｎ^-1以上の高速で回転する。

モータ回転軸２４は、径方向外側へ一体的に延びるホルダ部２４ｄによりロータ２３ｂが保持されている。このホルダ部２４ｄは、ロータ２３ｂが嵌め込み固定された凹溝を環状に形成した構成としている。モータ回転軸２４は、その軸方向一方側端部（図１の右側）が転がり軸受３６ａに、軸方向他方側端部（図１の左側）が転がり軸受３６ｂによって、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）が転がり軸受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。この減速機入力軸２５は、減速機部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°位相をずらして設けられている。減速機入力軸２５と前述のモータ回転軸２４とは、スプライン嵌合によって連結されてモータ部Ａの駆動力が減速機部Ｂに伝達される。

減速機部Ｂは、減速機入力軸２５の偏心部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に隣接して減速機入力軸２５に設けられたカウンタウェイト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複数の内ピン３１が等間隔に固定されている。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トルク伝達可能に連結され、減速機部Ｂの出力を後輪１４に伝達する。この減速機出力軸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および図３に示すように、曲線板２６ａ，２６ｂ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貫通孔３０ａ，３０ｂを有する。貫通孔３０ａは、曲線板２６ａ，２６ｂ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、前述の内ピン３１を受け入れる。また、貫通孔３０ｂは、曲線板２６ａ，２６ｂの中心に設けられており、偏心部２５ａ，２５ｂに嵌合する。

曲線板２６ａ，２６ｂは、転がり軸受４１によって偏心部２５ａ，２５ｂに対して回転自在に支持されている。転がり軸受４１は、偏心部２５ａ，２５ｂの外周面に嵌合し、外周面に内側軌道面４２ａが形成された内輪４２と、曲線板２６ａ，２６ｂの貫通孔３０ｂの内周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４５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４２ｂを有する。

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に回転自在に保持され、この外ピンハウジング６０がケーシング２２に回り止めされかつ弾性支持されたフローティング状態（図示省略）で取り付けられている。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、偏心部２５ａ，２５ｂと隣接する位置に偏心部２５ａ，２５ｂと１８０°位相をずらして配置される。２枚の曲線板２６ａ，２６ｂ間の回転軸心方向の中心点をＧ（図３参照）とすると、その中心点Ｇの右側について、中心点Ｇと曲線板２６ａの中心との距離をＬ₁、曲線板２６ａ、転がり軸受４１および偏心部２５ａの質量の和をｍ₁、曲線板２６ａ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２９との距離をＬ₂、カウンタウェイト２９の質量をｍ₂、カウンタウェイト２９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を満たす関係となっている。Ｌ₁×ｍ₁×ε₁＝Ｌ₂×ｍ₂×ε₂の関係は、不可避的に生じる誤差を許容する。中心点Ｇの左側の曲線板２６ｂとカウンタウェイト２９との間にも同様の関係が成立する。

運動変換機構は、減速機出力軸２８に保持されて軸方向に延びる複数の内ピン３１と、曲線板２６ａ，２６ｂに設けられた貫通孔３０ａとで構成されている。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、その軸方向一方側端部が減速機出力軸２８のフランジ２８ａ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。貫通孔３０ａは、複数の内ピン３１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）より所定寸法大きく設定されている。

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の内周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フランジ２８ａおよびスタビライザ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。

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。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２６ｃを周方向等間隔に有する。曲線板２６ａの周囲には、凹部２６ｃ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、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２６ｃ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２６ｃ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と直角であって自転軸心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。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。減速機入力軸２５が反時計周りに１回転すると、曲線板２６ａの波形の凹部２６ｃが減速されて１ピッチ時計回りに回転して図４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、外周面に内側軌道面３３ｆが直接形成されたハブ輪３２と、ハブ輪３２の外周面の小径段部３２ａに嵌合され、外周面に内側軌道面３３ｇが形成された内輪３３ａとで内方部材を構成し、ケーシング２２の内周面に嵌合固定され、内周面に外側軌道面３３ｈ、３３ｉが形成された外輪３３ｂと、ハブ輪３２および内輪３３ａの内側軌道面３３ｆ，３３ｇおよび外輪３３ｂの外側軌道面３３ｈ，３３ｉ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。この車輪用軸受３３のハブ輪３２にボルト３４で後輪１４が連結固定される。

次に、全体的な潤滑機構を説明する。この潤滑機構は、モータ部Ａを冷却するためにモータ部Ａに潤滑油を供給すると共に減速機部Ｂに潤滑油を供給するものである。潤滑機構は、図１に示すように、回転ポンプ５１と、モータ部Ａに配設された油路２２ａ，２４ａ，２４ｂおよび油孔２４ｃと、減速機部Ｂに配設された油路２５ｃおよび油孔２５ｄ，２５ｅと、ケーシング２２の下方に配置された油タンク２２ｄとを主な構成としている。前述した回転ポンプ５１の吸入口５５および吐出口５６は、ケーシング２２のモータハウジングに設けられている。また、油タンク２２ｄは、ケーシング２２のモータハウジングに一体的に設けられている。

ケーシング２２に設けられた油路２２ａは、回転ポンプ５１から径方向外側へ延びて屈曲した上で軸方向に延び、さらに屈曲した上で径方向内側へ延びて油路２４ａに接続される。油路２４ａは、モータ回転軸２４の内部を軸線方向に沿って延びて油路２５ｃに接続される。モータ回転軸２４の油路２４ｂは、軸線方向に沿って延びる油路２４ａと連通し、径方向外側に位置するホルダ部２４ｄに向かって延びてロータ２３ｂとの隙間２４ｅに連通する。油孔２４ｃは、ホルダ部２４ｄのインボード側およびアウトボード側の端面に形成され、ホルダ部２４ｄとロータ２３ｂとの間の隙間２４ｅと連通し、モータ部Ａの内部に開口する。

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。油孔２５ｄは、軸線方向に沿って延びる油路２５ｃと連通し、減速機入力軸２５の外周面に向かって延びて減速機部Ｂの内部に開口する。油孔２５ｅは、軸線方向に沿って延びる油路２５ｃと連通し、減速機入力軸２５の軸端から減速機部Ｂの内部に開口する。

ケーシング２２のモータ部Ａと減速機部Ｂとの間には、モータ部Ａの内部と減速機部Ｂの内部とに連通する油路２２ｂが設けられ、モータ部Ａの位置におけるケーシング２２の底部には、モータ部Ａの内部の潤滑油を油タンク２２ｄに排出するための油路２２ｆが設けられている。油タンク２２ｄは、車両のサスペンション構成や、車両の加速および減速時の慣性による潤滑油の偏り、登坂時の油面変化に対応するため、ケーシング２２の下方位置で車両進行方向の後方（図８の右側寄り）に配置されている。また、油タンク２２ｄから回転ポンプ５１へ潤滑油を還流させるための油路２２ｅがケーシング２２に設けられている。潤滑油を強制的に循環させるための回転ポンプ５１は、ケーシング２２の油路２２ｅと油路２２ａとの間に設けられている。

図５に示すように、回転ポンプ５１は、減速機出力軸２８（図１参照）の回転を利用して回転するインナロータ５２と、インナロータ５２の回転に伴って従動回転するアウタロータ５３と、ポンプ室５４と、油路２２ｅに連通する吸入口５５と、油路２２ａ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。この回転ポンプ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の大型化を防止することができる。

インナロータ５２は、外周面にサイクロイド曲線で構成された歯形を有する。具体的には、歯先部分５２ａの形状がエピサイクロイド曲線、歯溝部分５２ｂの形状がハイポサイクロイド曲線となっている。インナロータ５２は、スタビライザ３１ｂに設けられた円筒部３１ｄ（図１および図３参照）の外周面に嵌合して減速機出力軸２８と一体回転する。アウタロータ５３は、内周面にサイクロイド曲線で構成された歯形を有する。具体的には、歯先部分５３ａの形状がハイポサイクロイド曲線、歯溝部分５３ｂの形状がエピサイクロイド曲線となっている。アウタロータ５３は、ケーシング２２に回転自在に支持されている。

インナロータ５２は、回転中心ｃ₁を中心として回転し、一方、アウタロータ５３は、回転中心ｃ₂を中心として回転する。インナロータ５２およびアウタロータ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から油路２２ａに圧送される。

前述した構成の潤滑機構による潤滑油の流れを説明する。図１において、潤滑機構内に付した白抜き矢印は潤滑油の流れを示す。モータ部Ａの冷却として、回転ポンプ５１から圧送された潤滑油は油路２２ａ，２４ａを経由し、その一部がモータ回転軸２４の回転に伴う遠心力およびポンプ圧力によって油路２４ｂおよび隙間２４ｅを経てロータ２３ｂを冷却する。さらに、ホルダ部２４ｄの油孔２４ｃから潤滑油が吐出されてステータ２３ａを冷却する。このようにして、モータ部Ａの冷却が行われる。

一方、減速機部Ｂの潤滑として、回転ポンプ５１から圧送された潤滑油は油路２２ａ，２４ａ，２５ｃを経由し、その一部が減速機入力軸２５の回転に伴う遠心力およびポンプ圧力によって油孔２５ｄ，２５ｅから減速機部Ｂに吐出する。油孔２５ｄから吐出した潤滑油は、曲線板２６ａ，２６ｂを支持する円筒ころ軸受４１の内輪４２に設けた油孔４２ｃ（図３参照）から軸受内部へ供給される。さらに、曲線板２６ａ，２６ｂと内ピン３１および外ピン２７との当接部分などを潤滑しながら、外ピンハウジング６０に設けられた油路６０ａを経由して径方向外側へ移動する。油孔２５ｅから吐出した潤滑油は、減速機入力軸２５を支持する転がり軸受３７ｂなどに供給される。このようにして、減速機部Ｂの潤滑が行われる。

モータ部Ａの冷却および減速機部Ｂの潤滑を行った潤滑油は、ケーシング２２の内壁面を伝って重力により下部へ移動する。減速機部Ｂの下部へ移動した潤滑油は、油路２２ｂからモータ部Ａへ移動する。また、モータ部Ａの下部へ移動した潤滑油は、減速機部Ｂからの潤滑油と共に、油路２２ｆから排出されて油タンク２２ｄに一時的に貯溜される。このように、油タンク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、油タンク２２ｄに貯溜しておくことができる。その結果、減速機部Ｂのトルク損失の増加を防止することができる。

この実施形態におけるインホイールモータ駆動装置２１の全体構成は、前述のとおりであるが、その特徴的な構成を以下に詳述する。

この実施形態のインホイールモータ駆動装置２１では、ロータ２３ｂの回転により発生する潤滑油の撹拌抵抗を低減する遮蔽板７０をモータ部Ａに設けることを着想した。遮蔽板７０は、図６に示すように、半ドーナツ状をなし、その内周部に取付孔７１が設けられ、取り付け部位を除く全面に亘って多数の小孔７２が散点状に形成されている。

遮蔽板７０は、図７および図８に示すように、その内周部の取付孔７１を利用してねじ止めによりケーシング２２の内壁面に固定される。この取り付けにより、遮蔽板７０は、ロータ２３ｂの下半分でホルダ部２４ｄの油孔２４ｃと対向するように近接配置されている。この遮蔽板７０の素材は、非磁性を有する金属あるいは絶縁性を有する樹脂のいずれであってもよい。

また、この実施形態では、ロータ２３ｂのホルダ部２４ｄのインボード側およびアウトボード側の両方に２枚の遮蔽板７０を配置しているが、インボード側あるいはアウトボード側のいずれか一方のみに１枚の遮蔽板７０を配置してもよい。

インホイールモータ駆動装置２１は、車両のホイール内部に収めなければならず、また、ばね下重量を押さえる必要があり、さらに、広い客室スペースを確保するために、小型化が必須の要件となる。このようなインホイールモータ駆動装置自体の小型化のため、ケーシング２２の下方に配置された油タンク２２ｄについて十分な容積を確保することが困難であることから、モータ部Ａの内部に潤滑油が貯溜することになる。

ここで、モータ部Ａおよび減速機部Ｂで必要な潤滑油量を確保するため、潤滑油の封入量を多くすると、図１に示すように、モータ部Ａの内部に貯溜する潤滑油の油面Ｎが高くなってロータ２３ｂの一部が潤滑油に浸漬することになる。また、回転ポンプ５１は減速機出力軸２８と同期して回転するため、モータ起動直後、モータ回転速度の増加と共に回転ポンプ５１の回転速度も増加し、回転ポンプ５１から吐出される潤滑油量も増加する。そのため、ロータ２３ｂのホルダ部２４ｄの油孔２４ｃから吐出する潤滑油量も増加する。

また、潤滑油は粘性のある流体であり、しかも、ロータ２３ｂが１５，０００ｍｉｎ^-1以上の高速で回転するため、ロータ２３ｂのホルダ部２４ｄに接触する潤滑油は、ロータ２３ｂの回転方向に引き摺られて掻き上げられる。この実施形態のインホイールモータ駆動装置２１では、ロータ２３ｂのホルダ部２４ｄに対して遮蔽板７０が近接配置されていることから、ロータ２３ｂの回転で引き摺られる潤滑油量をロータ２３ｂのホルダ部２４ｄと遮蔽板７０との間に介在する潤滑油（図７の網掛け領域βにある潤滑油）に制限し、従来のインホイールモータ駆動装置１０１の場合（図１２参照）よりも少なくすることで、潤滑油の引き摺りを低減させることができる。

このように、潤滑油の引き摺りを低減することができることから、ロータ２３ｂの回転で発生する潤滑油の撹拌抵抗を低減することができる。この潤滑油の撹拌抵抗を低減することにより、図８に示すように、モータ部Ａの内部に貯溜する潤滑油がロータ２３ｂの回転方向（図中の実線矢印方向）に掻き上げられても、その潤滑油の油面Ｎの傾きを従来のインホイールモータ駆動装置１０１の場合（図１３参照）よりも小さくすることができる。その結果、油タンク２２ｄが車両進行方向の後方（図中の右側寄り）に配置されていても、潤滑油は油タンク２２ｄに流れ込み易くなり、その油タンク２２ｄの潤滑油量を十分に確保することで、回転ポンプ５１の吐出量を確保でき、インホイールモータ駆動装置２１におけるモータ部Ａの潤滑性能を改善することができる。

この実施形態の遮蔽板７０は、多数の小孔７２が散点状に形成されていることから、図７に示すように、ロータ２３ｂのホルダ部２４ｄの油孔２４ｃから吐出して遮蔽板７０のロータ側に存在する潤滑油が小孔７２を介して遮蔽板７０の反ロータ側であるモータ部Ａの内部へ流れ易くなる。その結果、ロータ２３ｂのホルダ部２４ｄと遮蔽板７０との間に介在する潤滑油量が増加することはなく、潤滑油の引き摺りの低減および撹拌抵抗の低減に寄与する。

また、モータ部Ａの内部に貯溜する潤滑油は、ロータ２３ｂの下半分より低い油面Ｎとなることから、遮蔽板７０をロータ２３ｂの下半分と対向する半ドーナツ状とすることにより、遮蔽板７０を必要最小限の大きさで構成することができる。

この遮蔽板７０を軸方向でロータ２３ｂのホルダ部２４ｄに近接配置するに際しては、高速で回転するロータ２３ｂの軸方向振れを考慮する必要がある。このロータ２３ｂの軸方向振れによるロータ２３ｂとの干渉を回避できる程度に、ロータ２３ｂのホルダ部２４ｄと遮蔽板７０との間の軸方向すきまを設定すればよい。

また、遮蔽板７０の外周部はステータ２３ａのコイル２３ｄにも近接配置されることになる。遮蔽板７０の素材を非磁性の金属とする場合、ステータ２３ａのコイル２３ｄとの径方向すきまを、遮蔽板７０に電流が流れない最小限寸法に設定する必要がある。このことから、遮蔽板７０の素材を絶縁性の樹脂とすることが有効である。遮蔽板７０を樹脂で構成すれば、遮蔽板７０をステータ２３ａのコイル２３ｄに近接配置することが容易となり、ロータ２３ｂのホルダ部２４ｄと遮蔽板７０との間に介在する潤滑油の制限が確実となる。

最後に、この実施形態における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〜図３に示すように、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の回転が減速機部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、後輪１４に必要なトルクを伝達することが可能となる。

この減速機部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機部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（図３参照）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、減速機部Ｂの伝達効率が向上する。

この実施形態においては、油路２４ｂをモータ回転軸２４に設け、油孔２５ｄを偏心部２５ａ，２５ｂに設け、油孔２５ｅを減速機入力軸２５の軸端に設けた場合を例示したが、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。また、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、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。

減速機部Ｂの曲線板２６ａ，２６ｂを１８０°位相をずらして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°位相をずらして設けるとよい。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、減速機部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２６ａ，２６ｂに固定された内ピンと減速機出力軸２８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。この実施形態のインホイールモータ駆動装置２１においては、サイクロイド式の減速機を採用した例を示したが、これに限ることなく、遊星減速機、２軸並行減速機、その他の減速機を適用可能であり、また、減速機を採用しない、所謂ダイレクトモータタイプであってもよい。

この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から後輪１４に伝達される。したがって、前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からの動力を後輪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、後輪１４側からの動力を減速機部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などの作動に用いてもよい。

この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９および図１０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。

２１インホイールモータ駆動装置
２２ケーシング
２３ａステータ
２３ｂロータ
２４モータ回転軸
２４ｃ油孔
２５減速機入力軸
２５ａ，２５ｂ偏心部
２８減速機出力軸
７０遮蔽板
７２小孔
Ａモータ部
Ｃ車輪用軸受部

Claims

モータ部と、車輪用軸受部と、ケーシングと、前記モータ部に潤滑油を供給する潤滑機構とを備えたインホイールモータ駆動装置であって、
前記モータ部は、ケーシングに固定されたステータと、前記モータ回転軸に設けられたロータとで構成され、前記ロータの回転により発生する潤滑油の撹拌抵抗を低減する遮蔽板を前記モータ部に設けたことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
前記モータ部は、ステータの径方向内側に隙間をもって対向配置されたロータからなり、前記ロータのインボード側およびアウトボード側に、前記潤滑機構により供給された潤滑油を吐出する油孔を備え、前記遮蔽板は、ロータの油孔の少なくとも一方と対向するように近接配置された状態で前記ケーシングに固定されている請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
前記遮蔽板は、多数の小孔が散点状に形成されている請求項１又は２に記載のインホイールモータ駆動装置。
前記遮蔽板は、ロータの下半分と対向する半ドーナツ状をなす請求項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。
前記遮蔽板は、絶縁材料で構成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のインホイールモータ駆動装置。
前記潤滑機構は、潤滑油を圧送するためのポンプと油タンクを有している請求項１〜５のいずれか一項に記載のインホイールモータ駆動装置。