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JP2009219271A - モータ駆動装置およびインホイールモータ駆動装置 - Google Patents

モータ駆動装置およびインホイールモータ駆動装置 Download PDF

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JP2009219271A JP2008061217A JP2008061217A JP2009219271A JP 2009219271 A JP2009219271 A JP 2009219271A JP 2008061217 A JP2008061217 A JP 2008061217A JP 2008061217 A JP2008061217 A JP 2008061217A JP 2009219271 A JP2009219271 A JP 2009219271A
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山本  憲
Tomoaki Makino
智昭 牧野
Minoru Suzuki
稔 鈴木
Yoshimasa Iio
能将 飯尾
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Suzuki Motor Corp
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NTN Corp
Suzuki Motor Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

【課題】モータ部に電力を供給する動力線の漏電を防止したインホイールモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動装置は、モータ側回転部材25を回転駆動するモータ部Aと、モータ側回転部材25の回転を減速して車輪側回転部材28に伝達する減速部Bと、モータ部Aおよび減速部Bを保持するケーシング22と、モータ部Aを保持するケーシング22の軸方向の壁面のうち、車輪側回転部材28から遠い側の壁面に配置され、モータ部Aに電力を供給するための動力線62を収容する端子ボックス61とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、電動モータと減速機とを同軸上に配置したモータ駆動装置、特に車輪ハブを接続したインホイールモータ駆動装置に関するものである。
従来のインホイールモータ駆動装置101は、例えば、特開2006−258289号公報(特許文献1)に記載されている。図13を参照して、インホイールモータ駆動装置101は、車体に取り付けられるケーシング102の内部に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ハブ軸受部104と、モータ部103の回転を減速して車輪ハブ軸受部104に伝達する減速部105とを備える。
上記構成の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モータが採用される。一方、車輪ハブ軸受部104には、車輪を駆動するために大きなトルクが必要となる。そこで、減速部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ることがある。
また、従来のサイクロイド減速機を適用した減速部105は、偏心部106a,106bを有するモータ側回転部材106と、偏心部106a,106bに配置される曲線板107a,107bと、曲線板107a,107bをモータ側回転部材106に対して回転自在に支持する転がり軸受111と、曲線板107a,107bの外周面に係合して曲線板107a,107bに自転運動を生じさせる複数の外ピン108と、曲線板107a,107bの自転運動を車輪側回転部材110に伝達する複数の内ピン109とを含む。
特開2006−258289号公報
上記構成のインホイールモータ駆動装置101を動作させるには、モータ部103に所定の周波数の電圧を印加するための動力線が必要となる。この動力線の被覆に亀裂が生じる等して漏電すると、インホイールモータ駆動装置101が正常に動作しないばかりでなく、インホイールモータ駆動装置101を搭載する車両の安全性をも低下させる。
そこで、この発明は、モータ部に電力を供給する動力線の漏電を防止したモータ駆動装置およびインホイールモータ駆動装置を提供することである。
この発明に係るモータ駆動装置は、モータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、モータ側回転部材の回転を減速して出力側回転部材に伝達する減速部と、モータ部および減速部を保持するケーシングと、モータ部を保持するケーシングの軸方向の壁面のうち、出力側回転部材から遠い側の壁面に配置され、モータ部に電力を供給するための動力線を収容する端子ボックスとを備える。
上記構成のように、相対的に振動の少ない側、すなわち出力側回転部材から遠い側に端子ボックスを取り付けたことにより、動力線の破損等に伴う漏電を防止することができる。その結果、安全性に優れ、信頼性の高いモータ駆動装置を得ることができる。
好ましくは、壁面は、モータ側回転部材の回転軸心を通る直線で区画される第1および第2の領域に区分される。そして、第1の領域は端子ボックスを保持し、第2の領域は端子ボックスから延びる動力線を係止する係止部を有する。これにより、動力線を強固に保持することができる。その結果、振動等に伴う動力線の破損やプラグの抜け等を有効に防止することができる。
さらに好ましくは、動力線は、導線と、導線を被覆する弾性部材とを含む。そして、係止部は、弾性部材を圧縮保持する。これにより、動力線をより強固に保持することができる。
この発明に係るインホイールモータ駆動装置は、上記のいずれかに記載のモータ駆動装置と、出力側回転部材としての車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブとを備える。
この発明によれば、端子ボックスを相対的に振動の少ない側に配置したので、動力線の破損等による漏電を有効に防止することができる。その結果、安全性に優れ、信頼性の高いモータ駆動装置およびインホイールモータ駆動装置を得ることができる。
図1〜図12を参照して、この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置21について説明する。
図11は、この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置21を採用した電気自動車11の概略図であって、図12は、電気自動車11を後方から見た概略図である。図11を参照して、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を参照して、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、左右に伸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、旋回時等に車体の傾きを抑制するスタビライザーが設けられる。なお、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良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。
一方、この電気自動車11の走行安定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に示すようなこの発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置21を採用する。
図1〜図9を参照して、この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置21を説明する。なお、図1はインホイールモータ駆動装置21の概略断面図、図2は図1のII−IIにおける断面図、図3は偏心部25a,25b周辺の拡大図、図4は図1のIV−IVにおける断面図、図5は図1のV−Vにおける断面図、図6は図1のVI−VIにおける断面図、図7は回転ポンプ51の断面図、図8は図1の矢印VIIIの方向から見た矢視図、図9は図8のIX−IXにおける断面図、図10は図8のX−Xにおける断面図である。
まず、図1を参照して、車両減速部の一例としての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に伝える車輪ハブ軸受部Cとを備え、モータ部Aと減速部Bとはケーシング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。
モータ部Aは、ケーシング22に固定されるステータ23と、ステータ23の内側に径方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータ24と、ロータ24の内側に固定連結されてロータ24と一体回転するモータ側回転部材25とを備えるラジアルギャップモータである。ロータ24は、フランジ形状のロータ部24aと円筒形状の中空部24bとを有し、転がり軸受36a,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。
モータ側回転部材25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にかけて配置され、減速部B内に偏心部25a,25bを有する。このモータ側回転部材25は、ロータ24の中空部24bに嵌合固定されて、ロータ24と一体回転する。さらに、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。
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、ケーシング22上の固定位置に保持され、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の自転運動を車輪側回転部材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。また、減速部Bには、減速部Bに潤滑油を供給する減速部潤滑機構が設けられている。
車輪側回転部材28は、フランジ部28aと軸部28bとを有する。フランジ部28aの端面には、車輪側回転部材28の回転軸心を中心とする円周上の等間隔に内ピン31を固定する穴が形成されている。また、軸部28bは車輪ハブ32に嵌合固定され、減速部Bの出力を車輪14に伝達する。
図2および図3を参照して、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,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3を参照して、この転がり軸受41は、偏心部25aの外径面に嵌合し、その外径面に内側軌道面42aを有する内輪部材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および外側軌道面43の間に配置される複数の円筒ころ44と、隣接する円筒ころ44の間隔を保持する保持器(図示省略)とを備える円筒ころ軸受である。また、内輪部材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、モータ側回転部材25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。ここで、外ピン27は、針状ころ軸受27a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。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、円板状で、中心から外れた位置にモータ側回転部材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と180°位相を変えて配置される。
ここで、図3を参照して、2枚の曲線板26a,26b間の中心点をGとすると、図3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L、曲線板26a、転がり軸受41、および偏心部25aの質量の和をm、曲線板26aの重心の回転軸心からの偏心量をεとし、中心点Gとカウンタウェイト29との距離をL、カウンタウェイト29の質量をm、カウンタウェイト29の重心の回転軸心からの偏心量をεとすると、L×m×ε=L×m×εを満たす関係となっている。また、図3の中心点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、車輪側回転部材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、車輪側回転部材28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おり、その軸方向一方側端部が車輪側回転部材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。
また、内ピン31の軸方向端部には、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にボルトによって締結されている。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。
一方、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」を指す。以下同じ。)より所定分大きく設定されている。
減速部潤滑機構は、減速部Bに潤滑油を供給するものであって、潤滑油路25cと、潤滑油給油口25dと、潤滑油排出口22bと、潤滑油貯留部22dと、回転ポンプ51と、循環油路45とを備える。
潤滑油路25cは、モータ側回転部材25の内部を軸線方向に沿って延びている。また、潤滑油供給口25dは、潤滑油路25cからモータ側回転部材25の外径面に向かって延びている。なお、この実施形態において、潤滑油供給口25dは、偏心部25a,25bに設けられている。
また、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が設けられている。また、潤滑油排出口22bと潤滑油路25cとを接続する循環油路45がケーシング22の内部に設けられている。そして、潤滑油排出口22bから排出された潤滑油は、循環油路45を経由して潤滑油路25cに還流する。
循環油路45は、ケーシング22の内部を軸方向に延びる油路46a〜46y(総称して「軸方向油路46」という)と、軸方向油路46の軸方向両端部に接続されて円周方向に延びる油路47a〜47f(総称して「周方向油路47」という)と、周方向油路47a,47fに接続されて径方向に延びる油路48a,48b(総称して「径方向油路48」という)とで構成される。
軸方向油路46は、潤滑油が一方方向(図1中の右から左)に流れる第1の軸方向油路46a〜46e,46k〜46o,46u〜46yと、潤滑油が他方方向(図1中の左から右)に流れる第2の軸方向油路46f〜46j,46p〜46tに分類される。つまり、循環油路45は、ケーシング22の内部を軸方向に往復している。
周方向油路47は、軸方向油路46同士、または軸方向油路46と径方向油路48とを接続する。具体的には、周方向油路47aは、径方向油路48aから流出した潤滑油を軸方向油路46a〜46eに分配する。同様に、周方向油路47bは軸方向油路46a〜46eから流出した潤滑油を軸方向油路46f〜46jに、周方向油路47cは軸方向油路46f〜46jから流出した潤滑油を軸方向油路46k〜46oに、周方向油路47dは軸方向油路46k〜46oから流出した潤滑油を軸方向油路46p〜46tに、周方向油路47eは軸方向油路46p〜46tから流出した潤滑油を軸方向油路46u〜46yに分配する。さらに、周方向油路47fは、軸方向油路46u〜46yから流出した潤滑油を径方向油路48bに供給する。
径方向油路48aは回転ポンプ51から圧送された潤滑油を周方向油路47aに、径方向油路48bは周方向油路47fから流出した潤滑油を循環油路25cに供給する。
ここで、潤滑油排出口22bと循環油路45との間には、回転ポンプ51が設けられており、潤滑油を強制的に循環させている。図7を参照して、回転ポンプ51は、車輪側回転部材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、潤滑油排出口22bに連通する吸入口55と、循環油路22c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。
インナーロータ52は、外径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。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。このインナーロータ52は、スタビライザ31bの円筒部31dの外径面に嵌合して内ピン31(車輪側回転部材28)と一体回転する。
アウターロータ53は、内径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。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。このアウターロータ53は、ケーシング22に回転自在に支持されている。
インナーロータ52は、回転中心c1を中心として回転する。一方、アウターロータ53は、インナーロータの回転中心c1と異なる回転中心c2を中心として回転する。また、インナーロータ52の歯数をnとすると、アウターロータ53の歯数は(n+1)となる。なお、この実施形態においては、n=5としている。
インナーロータ52とアウターロータ53との間の空間には、複数のポンプ室54が設けられている。そして、インナーロータ52が車輪側回転部材28の回転を利用して回転すると、アウターロータ53は従動回転する。このとき、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48aに圧送される。
なお、上記構成の回転ポンプ51の回転中にインナーロータ52が傾くと、ポンプ室54の容積が変化して潤滑油を適切に圧送することができなかったり、インナーロータ52とアウターロータ53とが接触して破損したりするおそれがある。そこで、図1を参照して、インナーロータ52には、段付部52cが設けられている。この段付部52cは、その外径面(案内面)がケーシング22の内径面に当接して、車輪14からのラジアル荷重によってインナーロータ52が傾くのを防止している。
さらに、潤滑油排出口22bと回転ポンプ51との間には、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。これにより、高速回転時においては、回転ポンプ51によって排出しきれない潤滑油を一時的に潤滑油貯留部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、低速回転時においては、潤滑油排出口22bに到達する潤滑油量が少なくなっても、潤滑油貯留部22dに貯留されている潤滑油を潤滑油路25cに還流することができる。その結果、減速部Bに安定して潤滑油を供給することができる。
なお、減速部B内部の潤滑油は、遠心力に加えて重力によって外側に移動する。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。
さらに、減速部潤滑機構は、循環油路45を通過する潤滑油を冷却する冷却手段をさらに有する。この実施形態における冷却手段は、ケーシング22に設けられた冷却水路22eと、冷却水路22e内の空気を排出する空気抜きプラグ22fとを含む。なお、これらの冷却手段は、潤滑油のみならず、モータ部Aの冷却にも寄与する。
冷却水路22eは、ケーシング22の内部の径方向油路46に接する位置に設けられている。そして、径方向油路46と冷却水路22eとの間には、両者を分離する仕切り部材49が配置されている。仕切り部材49は、円筒状部材であって、ケーシング22を構成する材料より熱伝導率の高い材料で形成されている。具体的には、黄銅、銅、アルミニウム等が該当する。空気抜きプラグ22fは、冷却水路22e中に含まれる空気を外部に排出する。これにより、冷却水路22eには空気溜りが無くなり、冷却効率が向上する。
上記構成の減速部Bにおける潤滑油の流れを説明する。まず、潤滑油路25cを流れる潤滑油は、モータ側回転部材25の回転に伴う遠心力によって潤滑油供給口25dおよび内輪部材42を貫通する開口部42cから減速部Bに流出する。
減速部B内部の潤滑油にはさらに遠心力が作用するので、内側軌道面42a、外側軌道面43、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。
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。潤滑油貯留部22dに貯留された潤滑油は、ケーシング22内の流路を通って吸入口55から回転ポンプ51に供給され、吐出口56から循環油路45に圧送される。
吐出口56から排出された潤滑油は、径方向油路48aを経由し、周方向油路47aで複数の軸方向油路46a〜46eに分配される。次に、軸方向油路46a〜46eを通過(図1中の右から左)した潤滑油は、周方向油路47bで複数の軸方向油路46f〜46jに分配される。同様に、軸方向油路46f〜46j(図1中の左から右)、周方向油路47c、軸方向油路46k〜46o(図1中の右から左)、周方向油路47d、軸方向油路46p〜46t(図1中の左から右)、周方向油路47e、軸方向油路46u〜46y(図1中の右から左)、周方向油路47f、および径方向油路48bを経由して潤滑油路25cに還流する。
ここで、潤滑油排出口22bからの潤滑油の排出量は、モータ側回転部材25の回転数に比例して多くなる。一方、インナーロータ52は車輪側回転部材28と一体回転するので、回転ポンプ51の排出量は、車輪側回転部材28の回転数に比例して多くなる。また、潤滑油排出口22bから減速部Bに供給される潤滑油量は、回転ポンプ51の排出量に比例して多くなる。すなわち、減速部Bへの潤滑油の供給量および排出量は、いずれもインホイールモータ駆動装置21の回転数によって変化するので、常にスムーズに潤滑油を循環させることができる。
さらに、循環油路45を流れる潤滑油の一部は、ケーシング22とモータ側回転部材25との間から転がり軸受36aを潤滑すると共に、モータ部Aを冷却する冷却液としても機能する。また、転がり軸受36bは、回転ポンプ51の段付部52cとケーシング22の間からの潤滑油により潤滑される。
このように、モータ側回転部材25から減速部Bに潤滑油を供給することにより、モータ側回転部材25周辺の潤滑油量不足を解消することができる。また、回転ポンプ51によって強制的に潤滑油を排出することによって、攪拌抵抗を抑えて減速部Bのトルク損失を低減することができる。さらに、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。
また、ケーシング22の内部を軸方向に往復(この実施形態では2.5往復)する循環油路45を設けることによって、冷却水路22eと接する機会が増加する。その結果、潤滑油を十分に冷却してから径方向油路48bに還流することができる。なお、循環油路45の往復回数(2.5往復)や軸方向油路46の本数(25本)は、任意に設定することが可能である。また、冷却水路22eには、水に限らずあらゆる冷却液を流すことができる。
車輪ハブ軸受部Cは、車輪側回転部材28に固定連結された車輪ハブ32と、車輪ハブ32をケーシング22に対して回転自在に保持する車輪ハブ軸受33とを備える。車輪ハブ32は、円筒形状の中空部32aとフランジ部32bとを有する。フランジ部32bにはボルト32cによって駆動輪14が固定連結される。また、車輪側回転部材28の軸部28bの外径面にはスプラインおよび雄ねじが形成されている。また、車輪ハブ32の中空部32aの内径面にはスプライン穴が形成されている。そして、車輪ハブ32の内径面に車輪側回転部材28を螺合し、先端をナット32dでとめることによって、両者を締結している。
車輪ハブ軸受33は、車輪ハブ32の外径面に嵌合固定される内輪33aと、ケーシング22の内径面に嵌合固定される外輪33bと、内輪33aおよび外輪33bの間に配置される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、車輪ハブ軸受33の軸方向両端部を密封する密封部材33eとを備える複列アンギュラ玉軸受である。
さらに、図1、図8〜図10を参照して、モータ部Aを保持するケーシング22の軸方向の壁面のうち、車輪側回転部材28から遠い側の壁面(図1中左側)には、第2のケーシングとしての端子ボックス61が取り付けられている。端子ボックス61は、モータ部Aに電力を供給するための動力線62と、ケーシング22の内部と連通する連通孔63と、径方向を向く壁面に内圧調整手段64とを備える。
動力線62は、導線と、導線を被覆する弾性部材とで構成されており、一端がステータ23のコイルに、他端がインバータを介して電源にそれぞれ接続されており、モータ部Aを回転させるためにステータ23に所定の周波数の電圧を印加する。連通孔63は、動力線62をケーシング22の内部に通すと共に、ケーシング22と端子ボックス61との間で潤滑油や空気の移動を可能としている。内圧調整手段64は、端子ボックス61の径方向を向く壁面に設けられた給油口65と、給油口65に着脱自在に挿入されたエアブリーザ66とで構成される。
上記構成のように、ケーシング22に隣接する端子ボックス61に内圧調整手段64を設けることにより、ケーシング22の内圧を一定に保持することができると共に、回転部材を含むケーシング22に内圧調整手段を直接設けた場合と比較して、潤滑油の漏洩を抑制することができる。なお、給油作業を容易にするために、給油口65がインホイールモータ駆動装置21の上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。
また、端子ボックス61を相対的に振動の少ない側、すなわち車輪側回転部材28から遠い側に配置したことにより、振動によって動力線62の被覆に亀裂が生じたり、プラグが抜けたりするのを有効に防止することができる。
また、端子ボックス61を保持するケーシング22の壁面には、端子ボックス61から電源に向かって延びる動力線62を係止する係止部67が設けられている。そして、この係止部67は、動力線62の弾性部材を圧縮保持している。これにより、動力線62を強固に保持することができ、プラグ抜け等を有効に防止することができる。
さらに、端子ボックス61を保持するケーシング22の壁面をモータ側回転部材25の回転軸心を通る直線で区画される第1および第2の領域に区分すると、端子ボックス61は第1の領域(図8中左側)に、係止部67は第2の領域(図8中右側)に配置されている。これにより、動力線62をさらに安定して保持することができる。なお、この実施形態においては、ケーシング22の壁面を左右に区分して第1および第2の領域を設定した例を示したが、これに限ることなく、例えば上下方向に区分してもよい。
上記構成のインホイールモータ駆動装置21の作動原理を詳しく説明する。
モータ部Aは、例えば、ステータ23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、永久磁石または磁性体によって構成されるロータ24が回転する。これにより、ロータ24に接続されたモータ側回転部材25が回転すると、曲線板26a,26bはモータ側回転部材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をモータ側回転部材25の回転とは逆向きに自転運動させる。
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の自転運動のみが車輪側回転部材28を介して車輪ハブ軸受部Cに伝達される。
このとき、モータ側回転部材25の回転が減速部Bによって減速されて車輪側回転部材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。
なお、上記構成の減速部Bの減速比は、外ピン27の数をZ、曲線板26a,26bの波形の数をZとすると、(Z−Z)/Zで算出される。図2に示す実施形態では、Z=12、Z=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。
上記の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に採用することにより、ばね下重量を抑えることができる。その結果、走行安定性に優れた電気自動車11を得ることができる。
また、上記の実施形態においては、潤滑油供給口25dを偏心部25a,25bに設けた例を示したが、これに限ることなく、モータ側回転部材25の任意の位置に設けることができる。ただし、転がり軸受41に安定して潤滑油を供給する観点からは、潤滑油供給口25dは偏心部25a,25bに設けるのが望ましい。
また、上記の実施形態においては、回転ポンプ51を車輪側回転部材28の回転を利用して駆動した例を示したが、回転ポンプ51はモータ側回転部材25の回転を利用して駆動することもできる。しかし、モータ側回転部材25の回転数は車輪側回転部材28と比較して大きい(上記の実施形態では11倍)ので、回転ポンプ51の耐久性が低下するおそれがある。また、車輪側回転部材28に接続しても十分な排出量を確保することができる。これらの観点から、回転ポンプ51は車輪側回転部材28の回転を利用して駆動するのが望ましい。
また、上記の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、車輪側回転部材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。または、ポンプをケーシング22の外部に取り付けてもよい。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。
また、上記の実施形態においては、減速部Bの曲線板26a,26bを180°位相を変えて2枚設けたが、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。
また、上記の実施形態における運動変換機構は、車輪側回転部材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とで構成される例を示したが、これに限ることなく、減速部Bの回転を車輪ハブ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、車輪側回転部材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。
なお、上記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から駆動輪に伝達される。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、上記の実施形態における作動の説明では、モータ部Aに電力を供給してモータ部A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で発電しても良い。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。
さらに、上記の実施形態の構成にブレーキを加えることもできる。例えば、図1の構成において、ケーシング22を軸方向に延長してロータ24の図中左側に空間を形成し、ロータ24と一体的に回転する回転部材と、ケーシング22に回転不能にかつ軸方向に移動可能なピストンと、このピストンを作動させるシリンダとを配置して、車両停止時にピストンと回転部材とを嵌合させてロータ24をロックするパーキングブレーキであってもよい。
または、ロータ24と一体的に回転する回転部材の一部に形成されたフランジおよびケーシング22側に設置された摩擦板をケーシング22側に設置されたシリンダで挟むディスクブレーキであってもよい。さらに、この回転部材の一部にドラムを形成すると共に、ケーシング22側にブレーキシューを固定し、摩擦係合およびセルフエンゲージ作用で回転部材をロックするドラムブレーキを用いることができる。
また、上記の実施形態において、曲線板26a,26bを支持する軸受として円筒ころ軸受の例を示したが、これに限ることなく、例えば、すべり軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、4点接触玉軸受等、すべり軸受であるか転がり軸受であるかを問わず、転動体がころであるか玉であるかを問わず、さらには複列か単列かを問わず、あらゆる軸受を適用することができる。また、その他の場所に配置される軸受についても、同様に任意の形態の軸受を採用することができる。
ただし、深溝玉軸受は、円筒ころ軸受と比較して許容限界回転数は高い反面、負荷容量が低い。そのため、必要な負荷容量を得るためには、大型の深溝玉軸受を採用しなければならない。したがって、インホイールモータ駆動装置21のコンパクト化の観点からは、転がり軸受41には円筒ころ軸受が好適である。
また、上記の各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、ステータの内側に軸方向の隙間を空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アルギャップモータであってもよい。
また、上記の各実施形態においては、減速部Bにサイクロイド減速機構を採用したインホイールモータ駆動装置21の例を示したが、これに限ることなく、任意の減速機構を採用することができる。例えば、遊星歯車減速機構や平行軸歯車減速機構等が該当する。
また、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。
さらに、上記構成のインホイールモータ駆動装置21から車輪ハブ軸受部Cを取り外したモータ駆動装置として他の用途に使用することもできる、例えば、鉄道車両の車輪を駆動するモータ駆動装置として使用すること等が考えられる。
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を示す図である。 図1のII−IIにおける断面図である。 図1の偏心部周辺の拡大図である。 図1のIV−IVにおける断面図である。 図1のV−Vにおける断面図である。 図1のVI−VIにおける断面図である。 図1の回転ポンプの断面図である。 図1の矢印VIIIの方向から見た矢視図である。 図8のIX−IXにおける断面図である。 図8のX−Xにおける断面図である。 図1のインホイールモータ駆動装置を有する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。 従来のインホイールモータ駆動装置を示す図である。
符号の説明
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、21,101 インホイールモータ駆動装置、22,102 ケーシング、22a 外方部材、22b 潤滑油排出口、22d 潤滑油貯留部、22e 冷却水路、22f 空気抜きプラグ、23 ステータ、24 ロータ、24a ロータ部、28a,32b フランジ部、24b,32a 中空部、28b 軸部、25,106 モータ側回転部材、25a,25b,106a,106b 偏心部、25c 潤滑油路、25d 潤滑油供給口、26a,26b,107a,107b 曲線板、27,108 外ピン、27a,31a 針状ころ軸受、28,110 車輪側回転部材、29 カウンタウェイト、30a,30b 貫通孔、31,109 内ピン、31b スタビライザ、31c 円環部、31d 円筒部、32 車輪ハブ、32d ナット、33 車輪ハブ軸受、33a 内輪、33b 外輪、33c 玉、33d 保持器、33e 密封部材、42a 内側軌道面、42b 鍔部、42c 開口部、43 外側軌道面、36a,36b,41,111 転がり軸受、42 内輪部材、44 円筒ころ、45 循環油路、46a〜46y 軸方向油路、47a〜47f 周方向油路、48a、48b 径方向油路、49 仕切り部材、51 回転ポンプ、52 インナーロータ、52a,53a 歯先部分、52b,53b 歯溝部分、52c 段付部、54 ポンプ室、55 吸入口、56 吐出口、61 端子ボックス、62 動力線、63 連通孔、64 内圧調整手段、65 給油口、66 エアブリーザ、67 係止部。

Claims (4)

  1. 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して出力側回転部材に伝達する減速部と、
    前記モータ部および前記減速部を保持するケーシングと、
    前記モータ部を保持する前記ケーシングの軸方向の壁面のうち、前記出力側回転部材から遠い側の壁面に配置され、前記モータ部に電力を供給するための動力線を収容する端子ボックスとを備える、モータ駆動装置。
  2. 前記壁面は、前記モータ側回転部材の回転軸心を通る直線で区画される第1および第2の領域に区分され、
    前記第1の領域は、前記端子ボックスを保持し、
    前記第2の領域は、前記端子ボックスから延びる前記動力線を係止する係止部を有する、請求項1に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記動力線は、導線と、前記導線を被覆する弾性部材とを含み、
    前記係止部は、前記弾性部材を圧縮保持する、請求項2に記載のモータ駆動装置。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載のモータ駆動装置と、
    前記出力側回転部材としての車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブとを備える、インホイールモータ駆動装置。
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