JP6903534B2

JP6903534B2 - インホイールモータ駆動装置

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Publication number: JP6903534B2
Application number: JP2017181317A
Authority: JP
Inventors: 真也太向; 四郎田村
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2037-09-21
Also published as: WO2019059288A1; JP2019055691A

Description

本発明は、例えば、電動モータの回転駆動力を減速機に入力し回転数を減速して車輪用軸受に伝達する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として、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のインホイールモータ駆動装置は、車輪の駆動力を発生させる電動モータと、その電動モータの回転を減速して出力する減速機とを備え、電動モータの回転出力により車輪を回転駆動するように構成されている。

このインホイールモータ駆動装置は、電動モータおよび減速機をケーシングに一体的に収容した構造を具備する。

このケーシングには、電動モータへの電力供給のため、外部電源から延びる動力線を接続する端子ボックスが設けられている。

この端子ボックスは、ケーシングに内蔵された電動モータから延びる引き出し線と、外部電源から延びる動力線とを電気的に接続した構造を具備する。

特開２０１５−１６０５２９号公報

ところで、従来のインホイールモータ駆動装置は、例えば、図７に示すような端子ボックス１５４を具備したものがある。図中の符号Ｍはホイールの内径を示し、ケーシング１２５はホイール空間ｍに収容されている。

端子ボックス１５４は、ケーシング１２５のモータハウジング１５５の外周に一体的に設けられている。この端子ボックス１５４は、モータハウジング１５５に内蔵された電動モータから延びる引き出し線（図示せず）が接続された３個の端子部１５６を有する。この端子部１５６に、外部電源から延びる３本の動力線１５３が電気的に接続されている。

端子ボックス１５４の３個の端子部１５６は、端子部品の共通化および作業性の点から、車両前後方向に沿って一直線上に配設されている。そのため、隣接する端子部１５６同士の沿面距離を確保する必要があることから、端子ボックス１５４が車両前後方向に大きくなる。

ここで、車軸中心１６４の車両上方にはダンパー（図示せず）が配置されているので、端子ボックス１５４を車両後方側（車軸寄り）に大きくすることができない。その結果、端子ボックス１５４を車両前方側に大きくせざるを得ない。

このように、端子ボックス１５４を車両前方側に大きくすると、その端子ボックス１５４に近接するホイールと干渉することになる。このホイールとの干渉を回避するためには、ホイールを大径化する必要がある。

このホイールの大径化は、ばね下重量が増加することになり、車両の走行安定性およびＮＶＨ特性を低下させ、乗り心地の悪化を招くことになる。

そこで、本発明は前述の課題に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、簡易な構造により、端子ボックスのコンパクト化を図り得るインホイールモータ駆動装置を提供することにある。

本発明に係るインホイールモータ駆動装置は、車輪を駆動する電動モータと、その電動モータの回転を減速して出力する減速機と、その減速機の出力を車輪に伝達する車輪用軸受と、電動モータを収容するケーシングとを備え、複数の動力線を電動モータに接続する端子ボックスをケーシングに配設した構造を具備する。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明の端子ボックスは、電動モータからケーシングへ延びる引き出し線に動力線を接続する複数の端子部を有し、その端子部を千鳥状に配置したことを特徴とする。

本発明では、複数の端子部を千鳥状に配置したことにより、隣接する端子部同士の沿面距離を確保した上で端子ボックスのコンパクト化が可能となる。

これにより、ホイールの大径化を回避することができ、ばね下重量の増加を抑制することで、車両の走行安定性およびＮＶＨ特性の低下、乗り心地の悪化を防止することができる。

本発明における端子部は、ケーシングに絶縁性の端子台を取り付け、端子台から導出された引き出し線の接続端部に動力線の接続端部をねじ止めした構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、引き出し線および動力線の両接続端部で構成された複数の端子部において、隣接する端子部同士の沿面距離を確保することが容易となる。

本発明における端子ボックスは、ケーシングの外周部の一部を径方向外側へ一体的に突出させた構造をなし、端子ボックスの軸方向端面に端子部を設けた構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、端子ボックスのコンパクト化により、ホイールの大径化を回避することが容易となる。

本発明によれば、隣接する端子部同士の沿面距離を確保した上で端子ボックスのコンパクト化が可能となる。これにより、ホイールの大径化を回避することができ、ばね下重量の増加を抑制することで、車両の走行安定性およびＮＶＨ特性の低下、乗り心地の悪化を防止することができる。その結果、高性能のインホイールモータ駆動装置を提供することができる。

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断面図である。図１のインホイールモータ駆動装置を車両（インボード）側から見た正面図である。図２の端子ボックスを示す拡大正面図である。本発明の他の実施形態で、端子ボックスを示す拡大正面図である。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５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を車両（インボード）側から見た正面図である。

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５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６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５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６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、独立懸架式の懸架装置（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。

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。その結果、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ている。

そこで、図１に示す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。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を実現し、ばね下重量を抑えることで、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。以下の説明では、インホイールモータ駆動装置２１を車体に搭載した状態で、車体の外側寄りとなる側をアウトボード側（図面左側）と称し、中央寄りとなる側をインボード側（図面右側）と称する。

インホイールモータ駆動装置２１は、図１に示すように、車輪を駆動する電動モータ２２と、その電動モータ２２の回転を減速して出力する平行軸歯車減速機２３と、その平行軸歯車減速機２３の出力を駆動輪である後輪１４（図５および図６参照）に伝達する車輪用軸受２４とを備えている。

なお、この実施形態では、ラジアルギャップ型の電動モータ２２を例示するが、アキシャルギャップ型など他の電動モータであってもよい。また、平行軸歯車減速機２３を例示するが、遊星歯車減速機やサイクロイド減速機など他の減速機であってもよい。

電動モータ２２および平行軸歯車減速機２３は、ケーシング２５に収容されている。電動モータ２２および平行軸歯車減速機２３が収容されたケーシング２５は、電気自動車１１のホイールハウジング１５（図６参照）内に取り付けられる。

電動モータ２２は、ケーシング２５に固定されたステータ２６と、ステータ２６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２７と、ロータ２７の径方向内側に配置されてロータ２７と一体回転するモータ回転軸２８とを備えている。

モータ回転軸２８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２６は、磁性体コアの外周にコイルを巻回することによって構成されている。ロータ２７は、永久磁石または磁性体が内部に配置されている。

モータ回転軸２８は、径方向外側へ一体的に延びるホルダ部２９によりロータ２７を保持している。ホルダ部２９は、ロータ２７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２８は、転がり軸受３０，３１によってケーシング２５に対して回転自在に支持されている。

平行軸歯車減速機２３は、入力歯車３２と、中間歯車３３と、出力歯車３４とで構成されている。中間歯車３３は、インボード側の大径歯部３５とアウトボード側の小径歯部３６とを同軸的に有する。

平行軸歯車減速機２３では、入力歯車３２の歯部３７と中間歯車３３の大径歯部３５とが噛合し、中間歯車３３の小径歯部３６と出力歯車３４の歯部３８とが噛合することにより、電動モータ２２の回転を所定の減速比でもって減速する。

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６参照）の内部に収められ、ばね下重量となるため、小型軽量化が必須である。そのため、大きな減速比を持つ平行軸歯車減速機２３を用いることにより、高速回転の電動モータ２２と組み合わせることで電動モータ２２の小型化が図れ、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を実現する。

入力歯車３２は、モータ回転軸２８にスプライン嵌合により同軸的に取り付けられている。入力歯車３２、中間歯車３３および出力歯車３４は、転がり軸受３９〜４４によってケーシング２５に回転自在に支持されている。出力歯車３４は、車輪用軸受２４のハブ輪４６にスプライン嵌合により同軸的に取り付けられている。

ここで、入力歯車３２、中間歯車３３および出力歯車３４には、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。

このように、平行軸歯車減速機２３にはすば歯車を用いることで、製造が容易でコストの低減が図れ、性能面でも、静粛かつ効率のよいインホイールモータ駆動装置２１を実現することができる。

車輪用軸受２４は、ケーシング２５に固定された外輪４５と、外輪４５の内側に配置されたハブ輪４６およびハブ輪４６に圧入された内輪４７と、ハブ輪４６および内輪４７と外輪４５との間に配置された複数の転動体４８とで主要部が構成されている。

ハブ輪４６のインボード側端部を加締めることにより、車輪用軸受２４に予圧が付与されている。この予圧の付与により、車輪用軸受２４を複列のアンギュラ玉軸受構造としている。

この車輪用軸受２４のハブ輪４６の軸孔４９に、平行軸歯車減速機２３の出力歯車３４からアウトボード側に一体的に延びる軸部５０がスプライン嵌合によりトルク伝達可能に結合されている。

車輪用軸受２４の軸方向両端部には、泥水などの侵入防止およびグリースの漏洩防止のためにシール部材５１が設けられている。

なお、ハブ輪４６のアウトボード側にはフランジ５２が一体的に形成され、このフランジ５２にハブボルト５３で後輪１５（図５および図６参照）が連結される。

以上の構成からなるインホイールモータ駆動装置２１では、電動モータ２２の回転が平行軸歯車減速機２３の入力歯車３２、中間歯車３３および出力歯車３４によって減速され、車輪用軸受２４に伝達される。

このように、電動モータ２２の回転が平行軸歯車減速機２３により減速されて車輪用軸受２４に伝達されるので、低トルクで高速回転型の電動モータ２２を採用した場合でも、後輪１４（図５および図６参照）に必要なトルクを伝達することが可能となる。

このインホイールモータ駆動装置２１では、電動モータ２２を冷却すると共に平行軸歯車減速機２３を冷却および潤滑するための潤滑油がケーシング２５に封入されている。

この潤滑油により、ロータ２７の回転でもって電動モータ２２を冷却すると共に、入力歯車３２、中間歯車３３および出力歯車３４の回転による跳ね掛けでもって平行軸歯車減速機２３を冷却すると共に潤滑する。

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。

図２に示すように、電動モータ２２および平行軸歯車減速機２３（図１参照）を収容したケーシング２５に、電動モータ２２への電力供給のため、外部電源（図示せず）から延びる動力線６３を接続する端子ボックス５４が設けられている。図中の符号Ｍはホイールの内径を示し、ケーシング２５はホイール空間ｍに収容されている。

インホイールモータ駆動装置２１は、車軸中心６４とモータ軸中心６２とが車両前後方向にオフセットされた平行軸歯車減速機２３を備えている。図中の符号６５は、平行軸歯車減速機２３を収容する減速機ハウジングである。

端子ボックス５４は、ケーシング２５のモータハウジング５５の外周上部に径方向外側へ突出するように一体的に設けられている。この端子ボックス５４の軸方向端面に、モータハウジング５５に内蔵された電動モータ２２（図１参照）から延びる引き出し線を導出した３個の端子部５６が設けられている。この端子部５６に、外部電源（図示せず）から延びる３本の動力線６３が電気的に接続されている。

なお、この実施形態では、図２に示すように、端子ボックス５４の端子部５６をモータハウジング５５のインボード側に配設した場合を例示しているが、モータハウジング５５のアウトボード側に配設することも可能である。

端子ボックス５４の３個の端子部５６には、涙滴形状の絶縁性端子台５７が設けられている。この端子台５７の小径部５８は、ケーシング２５にねじ止め等に固定されている。端子台５７の大径部５９には、電動モータ２２から延びる引き出し線の接続端部６０が挿通される小孔が形成されている。この小孔に挿通された引き出し線の接続端部６０は外部に導出されている。

一方、外部電源から延びる動力線６３の接続端部６１には、圧着端子が加締めにより取り付けられている。この圧着端子の先端には、引き出し線の接続端部６０が挿通される小孔が形成されている。引き出し線の接続端部６０には、ねじが刻設されている。

以上の構成からなる端子部５６では、ケーシング２５に取り付けられた端子台５７の小孔から導出された引き出し線の接続端部６０に、動力線６３の接続端部６１の圧着端子を挿通させ、その引き出し線の接続端部６０にナット部材（図示せず）を螺着して締め付け固定する。

これにより、引き出し線の接続端部６０と動力線６３の接続端部６１とが電気的に接続される。このようにして、端子部５６は、引き出し線と動力線６３の両接続端部６０，６１で構成されている。以下、引き出し線と動力線６３の両接続端部６０，６１を端子部５６と称す。

この実施形態の端子ボックス５４は、３個の端子部５６を千鳥状に配置した構造を有する。つまり、図３の拡大図で示すように、中央に位置する端子部５６の端子台５７は、その小径部５８を下にし、かつ、大径部５９を上にした状態で配置されている。これに対して、左右両側に位置する端子部５６の端子台５７は、その小径部５８を上にし、かつ、大径部５９を下にした状態で配置されている。

このような配置とすることで、引き出し線と動力線６３の両接続端部６０，６１である端子部５６が千鳥状（三角形状）に配置される。このように、３個の端子部５６を車両上下方向でずらして千鳥状に配置したことにより、隣接する端子部５６同士の沿面距離を確保した上で端子ボックス５４のコンパクト化が可能となる。

つまり、中央に位置する端子部５６を車両上方側に配置し、左右に位置する端子部５６を車両下方側に配置して千鳥状とすることにより、隣接する端子部５６同士の沿面距離を確保することができる。

特に、左側に位置する端子部５６は、右側に位置する端子部５６よりも車両下方側へ大きくずらすことができる。これは、左側に位置する端子部５６が、モータハウジング５５の外周で、右側に位置する端子部５６よりもモータ軸中心６２から車両前後方向で大きく離隔していることによる。

従って、中央に位置する端子部５６と、左側に位置する端子部５６との沿面距離は、中央に位置する端子部５６と、右側に位置する端子部５６との沿面距離よりも大きくなる。これにより、端子部５６同士の沿面距離の確保が容易となる。

以上のようにして、隣接する端子部５６同士の沿面距離を確保した上で、端子ボックス５４を車両前後方向に小さくすることができる。つまり、端子ボックス５４（図２参照）を車両前方側で従来の端子ボックス１５４（図７参照）よりも小さくすることができる（Ｌ１＜Ｌ２）。

このように、端子ボックス５４を車両前方側で小さくすることにより、端子ボックス５４とホイールとの干渉を回避することができる。これにより、ホイールの大径化を回避することができ、ばね下重量の増加を抑制することで、車両の走行安定性およびＮＶＨ特性の低下、乗り心地の悪化を防止することができる。

以上の実施形態では、３個の端子部５６を三角形状に配置した構造を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、図４に示すように、３個の端子部５６を逆三角形状に配置してもよい。

つまり、図４に示す実施形態の端子ボックス５４では、中央に位置する端子部５６の端子台５７は、その小径部５８を上にし、かつ、大径部５９を下にした状態で配置されている。これに対して、左右両側に位置する端子部５６の端子台５７は、その小径部５８を下にし、かつ、大径部５８を上にした状態で配置されている。

このような配置とすることで、引き出し線と動力線６３の両接続端部６０，６１である端子部５６が千鳥状（逆三角形状）に配置される。このように、３個の端子部５６を車両上下方向でずらして千鳥状に配置したことにより、隣接する端子部５６同士の沿面距離を確保した上で端子ボックス５４のコンパクト化が可能となる。

つまり、中央に位置する端子部５６を車両下方側に配置し、左右に位置する端子部５６を車両上方側に配置して千鳥状とすることにより、隣接する端子部５６同士の沿面距離を確保することができる。

以上のようにして、隣接する端子部５６同士の沿面距離を確保した上で、端子ボックス５４を車両前後方向に小さくすることができる。つまり、端子ボックス５４を車両前方側で小さくことで、端子ボックス５４とホイールとの干渉を回避することができる。

以上の実施形態では、図５および図６に示すように、後輪１４を駆動輪とした電気自動車１１を例示したが、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も含むものである。

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電動モータ
２３減速機（平行軸歯車減速機）
２４車輪用軸受
５４端子ボックス
５５ケーシング（モータハウジング）
５６端子部
５７端子台
６０引き出し線の接続端部
６１動力線の接続端部
６３動力線

Claims

車軸を中心として回転可能な車輪を駆動する電動モータと、前記電動モータの回転を減速して出力する減速機と、前記減速機の出力を車輪に伝達する車輪用軸受と、前記電動モータを収容するケーシングとを備え、複数の動力線を前記電動モータに接続する端子ボックスを前記ケーシングに配設したインホイールモータ駆動装置であって、
前記減速機が平行軸歯車減速機で構成され、
前記端子ボックスは、前記電動モータから前記ケーシングへ延びる引き出し線に前記動力線を接続する複数の端子部を有し、前記複数の端子部を、前記車軸が延びる方向から見て、車両上下方向にずらして千鳥状に配置したことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
前記端子部は、ケーシングに絶縁性の端子台を取り付け、前記端子台から導出された引き出し線の接続端部に動力線の接続端部をねじ止めした構造を有する請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
前記端子ボックスは、ケーシングの外周部の一部を径方向外側へ一体的に突出させた構造をなし、前記端子ボックスの軸方向端面に前記端子部を設けた請求項１又は２に記載のインホイールモータ駆動装置。