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JP2017057970A - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

インホイールモータ駆動装置 Download PDF

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JP2017057970A
JP2017057970A JP2015184969A JP2015184969A JP2017057970A JP 2017057970 A JP2017057970 A JP 2017057970A JP 2015184969 A JP2015184969 A JP 2015184969A JP 2015184969 A JP2015184969 A JP 2015184969A JP 2017057970 A JP2017057970 A JP 2017057970A
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Shiro Tamura
四郎 田村
朋久 魚住
Tomohisa Uozumi
朋久 魚住
真也 太向
Masaya Taiko
真也 太向
貴則 石川
Takanori Ishikawa
貴則 石川
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NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

【課題】インホイールモータ駆動装置の軸線方向寸法を短縮することができる構造を提供する。【解決手段】インホイールモータ駆動装置(11)は、車輪(101)と連結するための連結部(12h)を軸線(O)方向一方側に有する内輪(12)、内輪の外周を包囲する外輪(13)、および内輪と外輪間の環状隙間に配列される複数の転動体(14)を有する車輪用軸受部(11C)と、この車輪用軸受部の軸線方向他方側に配置されて、外輪に固定されるモータ部(11A)と、内輪の内径側に配置される機構であってモータ部の回転を減速して内輪に伝達するサイクロイド減速機(11B)とを備える。【選択図】図3

Description

本発明は、インホイールモータ駆動装置の軸線方向寸法を小さくする技術に関する。
インホイールモータは車輪中(in wheel)に配置されて当該車輪を駆動することから、従来の車両用エンジンのように駆動源を車体に搭載する必要がなく、車体の内部空間を有効利用することができる。また従来の車両用エンジンと比較して、駆動源の小型化・軽量化を図ることができる。かかるインホイールモータとしては従来、例えば、特開2009−174592号公報(特許文献1)に記載されるものが知られている。また車輪用軸受にモータを連結し、この車輪用軸受の中心に遊星減速機をさらに内設した電動式車輪駆動装置として特開2005−231428号公報(特許文献2)に記載されるものが知られている。
特開2009−174592号公報 特開2005−231428号公報
特許文献1のインホイールモータ駆動装置にあっては、車輪ハブ軸受部と、減速部と、モータ部が同軸かつ直列に配置されることから、インホイールモータ駆動装置の軸線方向寸法が大きくなってしまう。そうすると従来一般のエンジン自動車のホイールハウジングに車輪および特許文献1のインホイールモータ駆動装置が収まりきらない。また、特許文献1のインホイールモータ駆動装置を従来一般のエンジン自動車の車体に取り付ける場合に、インホイールモータ駆動装置とエンジン自動車用サスペンション装置が干渉する虞がある。したがってエンジン自動車用車体やエンジン自動車用サスペンション装置の設計変更が必要となり、コスト増の原因となる。
特許文献2の電動式車輪駆動装置にあっては、車輪用軸受が複列の転動体を有するところ、車輪用軸受の外輪が複列の外側軌道面を有する一部材であるのに対し、車輪用軸受の内輪は軸線方向一方の内側軌道面を有するハブ輪と、軸線方向他方の内側軌道面を有する内輪部材に分割されている。そして一方のハブ輪および他方の内輪部材間に遊星減速機が介在する。つまり遊星減速機が内輪の外径よりも大きく、内輪が2分割されているため、複列の車輪用軸受が本来の耐荷重性能を発揮できず、車輪からハブ輪に入力されるスラスト荷重、ラジアル荷重、および曲げモーメント荷重の上限値が限定されてしまう。
本発明は、上述の実情に鑑み、車輪を支持する軸受の耐荷重性能を犠牲にすることなく、インホイールモータ駆動装置の軸線方向寸法を短縮することができる構造を提供することを目的とする。
この目的のため本発明によるインホイールモータ駆動装置は、車輪と連結するための連結部を軸線方向一方側に有する内輪、かかる内輪の外周を包囲する外輪、およびこれら内輪と外輪間の環状隙間に配列される複数の転動体を有する車輪用軸受部と、かかる車輪用軸受部の軸線方向他方側に配置されて、外輪に固定されるモータ部と、内輪の内径側に配置される機構であってモータ部の回転を減速して内輪に伝達する減速部とを備える。
かかる本発明によれば、車輪用軸受部の軸線方向位置と減速部の軸線方向位置が重なり、モータ部、減速部、および車輪用軸受部が直列配置される従来のインホイールモータよりも軸線方向寸法を小さくすることができる。また内輪は、従来のように軸線方向一方と他方に分割されていないため、充分な耐荷重性能を発揮することができる。
また本発明の減速部は、モータ部から回転を入力される入力軸と、入力軸に偏心して設けられる偏心部と、偏心部に相対回転可能に保持され、入力軸の回転に伴って該入力軸の軸線を中心とする公転運動を行う公転部材と、公転部材の外周に係合する外側係合部材と、公転部材に形成された被係合部に係合する内側係合部材とを有し、内側係合部材は外輪に固定される固定部材に支持され、外側係合部材は、内輪に相対回転不能に連結し、公転部材は公転運動中に外側係合部材に軸線を中心とするトルクを付与して外側係合部材を回転させる。かかる実施形態によれば減速部に高減速比で小型のサイクロイド減速機を採用することが可能になり、減速部の軸線方向寸法を小さくして、減速部を内輪の中に完全に収めることができる。
本発明の好ましい実施形態として、外側係合部材は公転部材の外周に係合する外ピンと、外ピンの端部を支持する円筒部材を含み、円筒部材は、外周面にスプライン溝を有し、スプライン溝は内輪の内周面にスプライン嵌合する。かかる実施形態によれば、外側係合部材のスプライン溝が内輪の内周面にスプライン嵌合することから、インホイールモータ駆動装置の組み立ての際、内輪の中に外側係合部材を容易に挿入することができ、組み立て効率が向上する。本発明の他の実施形態として外側係合部材は、ボルト等の連結具や、キーとキー溝等、他の手段によって、内輪に相対回転不能に連結されてもよい。
このように本発明によれば、車輪用軸受部が本来の耐荷重性能を発揮することができる。しかもインホイールモータ駆動装置の軸線方向寸法を従来よりも短縮することができるので、従来一般のエンジン自動車用車体に設けられるホイールハウジングにインホイールモータ駆動装置および車輪を設置しても、これらがホイールハウジングからはみ出ることがない。またインホイールモータ駆動装置の軸線方向寸法を従来よりも短縮することができるので、インホイールモータ駆動装置とサスペンション装置の干渉をなくすことができる。
本発明の一実施形態になるインホイールモータ駆動装置を模式的に示す全体断面図である。 同実施形態を示す正面図である。 図1の上半分を拡大して示す縦断面図である。 同実施形態の減速部を模式的に示す横断面図である。 同実施形態から減速部の円筒部材を取り出して示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態になるインホイールモータ駆動装置を模式的に示す全体断面図である。図2は同実施形態を、車輪用軸受部側からみた示す正面図である。図3は、図1の上半分を拡大して示す縦断面図であり、インホイールモータ駆動装置11の中心を通る軸線Oを境界にして対称な断面のうちの一方断面を表すとともに他方断面を省略する。インホイールモータ駆動装置11は、駆動力を発生させるモータ部11Aと、モータ部11Aの回転を減速して出力する減速部11Bと、減速部11Bからの出力を車輪に伝える車輪用軸受部11Cとを備える。
図1および図3に示すように車輪用軸受部11Cは、インホイールモータ駆動装置11の軸線Oと同軸配置され、回転部材である内輪12と、非回転部材である外輪13と、複数の転動体14を備える複列の転がり軸受である。外輪13は内輪12の外周を包囲し、転動体14は内輪12と外輪13の間に形成される環状隙間に配置される。本実施形態の転動体14は玉であるが、その他の形状であってもよい。
内輪12の軸線O方向一方側には座面12pが形成される。座面12pは軸線Oに対し直角な環状の平坦面である。座面12pにはボルト孔12hが周方向に間隔を空けて複数形成される。各座面12pに車輪101を当接させ、軸線O方向一方から図示しないボルトを車輪101に差し込みつつ各ボルト孔12hに螺合することにより、内輪12の軸線O方向一方側には車輪101が取付固定される。なお車輪101はブレーキディスクを含むものであってもよい。
内輪12の軸線O方向他方側の外周面には環状部材12rが嵌合する。以下の説明では、軸線Oに関し、座面12p側を軸線方向一方側とし、環状部材12r側を軸線方向他方側とする。
内輪12は軸線方向中央部の外周面に内側軌道面12mを有する。これに対し環状部材12rは外周面に第2列の内側軌道面12nを有する。また外輪13は、軸線O方向一方側の外周面に第1列の外側軌道面13mを有し、軸線O方向他方側の外周面に第2列の外側軌道面13nを有する。複数の転動体14は第1列の内外側軌道面と、第2列の内外側軌道面をそれぞれ転走する。また第1列の内外側軌道面と、第2列の内外側軌道面は外向きの関係にされる。車輪用軸受部11Cは、多数の転動体14を2列に有する複列アンギュラ玉軸受である。
モータ部11Aは、車輪用軸受部11Cの軸線O方向他方側に配置され、モータ回転軸31、ロータ32、ステータ33、モータ部ケーシング34、およびモータカバー35を有する。モータ回転軸31は、軸線Oを中心として延びる。ロータ32はモータ回転軸31の外径側に配置されるとともにモータ回転軸31に固定される。ステータ33は、ロータ32よりも外径側に配置され、ロータ32と対面する。
モータ部ケーシング34は円筒形状であり、モータ回転軸31、ロータ32およびステータ33を収容する。モータ部ケーシング34の内周面にはステータ33が固定される。モータ部ケーシング34の軸線O方向一方端は、ボルト等の図示しない連結具によって、外輪13の軸線O方向他方端に連結固定される。モータ部ケーシング34の軸線O方向一方端には、環状の固定部材36が取付固定される。固定部材36はモータ部ケーシング34の内部に配置され、固定部材36の中心孔にモータ回転軸31の軸線O方向一方端部を受け入れる。さらに固定部材36は、転がり軸受38を介して、モータ回転軸31の軸線O方向一方端部を回転自在に支持する。本実施形態の固定部材36はモータ部ケーシング34を介して外輪13に固定されるが、この他にも図示しない変形例として固定部材36は外輪13に直接固定されてもよい。
モータカバー35は中心孔35hを有する円板形状であり、モータ部ケーシング34の軸線O方向他方端開口を覆う。中心孔35hの孔壁面には転がり軸受37が設けられる。転がり軸受37はモータ回転軸31の軸線O方向他方端部を回転自在に支持する。かくしてモータ回転軸31の両端部は、転がり軸受37,38を介して、モータ部ケーシング34の両端部に回転自在に支持される。
減速部11Bはサイクロイド減速機であり、内輪12の内径側に配置される。減速部は、入力軸21、偏心部22、転がり軸受23、公転部材24、外側係合部材25、および内側係合部材27を有する。入力軸21は軸線Oを中心とし、軸線O方向一方端部を転がり軸受26によって回転自在に支持される。入力軸21の軸線O方向他方端部は、モータ回転軸31の中心孔に差し込まれて、モータ回転軸31の軸線O方向一方端部にスプライン嵌合あるいはセレーション嵌合する。このため入力軸21の軸線O方向他方端部は、モータ回転軸31の軸線O方向一方端部とともに、転がり軸受38によって回転自在に支持される。転がり軸受26とモータ回転軸31の軸線O方向一方端部の間には、180°位相を変えて2枚の偏心部22が配置される。各偏心部22は入力軸21の外周面に固定される。
図4を参照して公転部材24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て径方向に窪んだ複数の波形凹部を有することから曲線板ともいう。また公転部材24は、一方側端面から他方側端面に貫通する複数の貫通孔24h,24xを有する。貫通孔24hは、公転部材24の自転軸心Xを中心とする円周上に等間隔に複数個設けられており、内側係合部材27を受入れる被係合部である。また、貫通孔24xは、公転部材24の自転軸心Xに設けられており、公転部材24の内周になる。各公転部材24の内周は、転がり軸受23を介して各偏心部22の外周に相対回転可能に取り付けられる。本実施形態では2枚の公転部材24が設けられるが、図示しない変形として公転部材24は偏心部22とともに1枚であってもよい。
理解を容易にするため図4では転がり軸受23の周方向一部を破断して示す。各転がり軸受23は、外径面に内側軌道面23aを有する環状の内輪部材23bと、内側軌道面23aと外側軌道面になる貫通孔24xの孔壁面との間に配置される複数のころ23rと、周方向で隣り合うころ23r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。あるいは深溝玉軸受であってもよい。内輪部材23bの内径面は偏心部22の外径面に嵌合する。これにより公転部材24は偏心部22に相対回転可能に保持される。
説明を図3に戻すと、外側係合部材25は、外ピン25p、針状ころ軸受25n、外ピン保持部材25d、および円筒部材25cを有する。外ピン25pは軸線Oと平行に延び、軸線Oを中心として周方向等間隔に複数配置される(図4)。各外ピン25pの端部は、針状ころ軸受25nを介して、共通する外ピン保持部材25dに回転自在に支持される。各外ピン25pの中央部は公転部材24外周の波形凹部に係合する。
外ピン保持部材25dは、軸線Oを中心とする円筒形状であり、外ピン保持部材25dの軸線O方向端部には内向きフランジ部分が形成され、該内向きフランジ部分には各針状ころ軸受25nおよび各外ピン25pを受け入れる穴が周方向等間隔に複数形成される。そして外ピン保持部材25dの内向きフランジ部分は、全ての外ピン25pを回転自在に支持する。
外ピン保持部材25dの外周には円筒部材25cが取付固定される。図5は円筒部材25cを取り出して示す斜視図である。図3および図5を参照して、円筒部材25cは軸線Oに沿って延び、軸線O方向両側に内向きフランジ部分を有する。かかる1対のフランジ部分は外ピン25pを軸線方向に移動不能に保持する。さらに円筒部材25cは、外ピン保持部材25dの全周を包囲するとともに支持する。円筒部材25cの外周面にはスプライン溝25sが多数形成される。スプライン溝25sは、図3に示すように内輪12の内周面に多数形成されるスプライン溝12sとスプライン嵌合する。これにより外側係合部材25は、内輪12に相対回転不能に連結され、内輪12とともに回転する。
内側係合部材27は、内ピン27p、針状ころ軸受27n、および外輪部材27gを有する。各内ピン27pは軸線Oと平行に延び、公転部材24の各貫通孔24hに挿通され、各内ピン27pの軸線O方向一方端部は共通する固定部材29に保持される。また各内ピン27pの軸線O方向他方端部は共通する固定部材36に保持される。このため複数の内ピン27pは両端部で、固定部材29,36を介して互いに連結固定されている。
固定部材36はモータ部ケーシング34を介して外輪13に固定されることから、外ピン25pおよび固定部材29は外輪13に回転不能に支持される。固定部材29は円板形状であって減速部11Bの軸線O方向一方端を覆う。減速部11Bと対向する固定部材29の中心部には円形凹部29hが形成される。円形凹部29hは入力軸21の軸線O方向一方端を受け入れる。円形凹部29hの内周面には、入力軸21を回転自在に支持する転がり軸受26が設けられる。
外輪部材27gの中心孔には内ピン27pが通される。外輪部材27gは、一方の公転部材24の貫通孔24hの中と、他方の公転部材24の貫通孔24hの中にそれぞれ設けられる。転がり軸受になる針状ころ軸受27nは、外輪部材27gの内周面および内ピン27pの外周面間に配置され、外輪部材27gを回転自在に支持する。外輪部材27gおよび針状ころ軸受27nは、各内ピン27pに設けられる。外輪部材27gの外径は貫通孔24hの内径よりも十分に小さい。このため公転部材24は自由に公転運動することができる。
減速部11Bの軸線O方向寸法は、円筒部材25cで最も大きい。かかる円筒部材25cの軸線O方向寸法は、内輪12の軸線O方向寸法よりも小さいため、内輪12の両端部が円筒部材25cよりも軸線O方向両側へ突出し、固定部材29,36の軸線O方向位置と重なる。軸線O方向一方側で、内輪12の内周面と固定部材29の外周面の環状隙間には転がり軸受41が設けられる。軸線O方向他方側で、内輪12の内周面と固定部材36の外周面の環状隙間には転がり軸受42が設けられる。これまで説明してきた転がり軸受26,37,38,41,42は深溝玉軸受であるが、円錐ころ軸受等、他の形式の転がり軸受であってもよい。
上記構成のインホイールモータ駆動装置11の作動原理を詳しく説明する。
モータ部11Aは、例えば、ステータ33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32が回転する。
ロータ32に固定されたモータ回転軸31が回転すると、入力軸21にモータ回転軸31の回転が入力され、2枚の公転部材24は入力軸21の軸線Oを中心として公転運動する。各貫通孔24hに挿通される内側係合部材27の外径は、貫通孔24hの内径よりも十分に小さく、公転部材24の公転運動に伴って貫通孔24hの孔壁面を相対的に転がり移動する。厳密にいえば内側係合部材27の内ピン27pは移動不能に固定されており、貫通孔24hが内側係合部材27の周りを転がり移動する。このとき公転部材24は軸線Oを中心とするトルクを生成し、このトルクを、公転部材の外周の波形凹部に係合する外ピン25pに付与する。すると外側係合部材25は入力軸21よりも遥かに低速で回転する。外側係合部材25の回転は入力軸21の回転よりも遥かに低速であり、外側係合部材25のトルクは、モータ回転軸31から入力軸21に入力されるトルクよりも遥かに大きい。
これにより、モータ回転軸31の回転が減速部11Bによって減速されて内輪12に伝達されるので、低トルク、高回転型のモータ部11Aを採用した場合でも、車輪101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11Bの減速比は、外ピン25pの数をZ、公転部材24の波形凹部の数をZとすると、(Z−Z)/Zで算出される。図4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11B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11を得ることができる。また、外ピン25pを外ピン保持部材25dに対して回転自在とし、内側係合部材27のうち公転部材24に接触する位置に針状ころ軸受27nを設けたことにより、摩擦抵抗が低減されるので、減速部11Bの伝達効率が向上する。
本実施形態においては、減速部11Bの公転部材24を180°位相を変えて2枚設けたが、公転部材24の枚数は任意に設定することができ、例えば、公転部材24を3枚設ける場合は、120°位相を変えて設けるとよい。
また、本実施形態における内側係合部材27は、固定部材29,36に固定された内ピン27pを含み、公転部材24に設けられた貫通孔24hに通される例を示したが、これに限ることなく、減速部11Bの回転を内輪12に伝達可能な任意の構成とすることができる。例えば、公転部材24に固定された内ピンが、固定部材29,36に形成された穴に受け入れられる例であってもよい。
本実施形態のインホイールモータ駆動装置11によれば、車輪用軸受部11Cの内輪12が車輪101と連結するための連結部になるボルト孔12hを軸線O方向一方側に有し、車輪用軸受部11Cの外輪13が内輪12の外周を包囲し、車輪用軸受部11Cの転動体が内輪12と外輪13間の環状隙間に複数配列される。モータ部11Aは車輪用軸受部11Cの軸線O方向他方側に配置されて、外輪13に固定される。減速部11Bは、内輪12の内径側に配置される機構であって、モータ部11Aの回転を減速して内輪12に伝達する。これにより車輪用軸受部11Cの軸線方向位置と減速部11Bの軸線方向位置が重なり、モータ部、減速部、および車輪用軸受部が直列配置される従来のインホイールモータよりも軸線方向寸法を小さくすることができる。また内輪12は、従来のように軸線方向一方と他方に分割されていないため、充分な耐荷重性能を発揮することができる。
また本実施形態の減速部11Bは、モータ部11Aから回転を入力される入力軸21と、入力軸21に偏心して設けられる偏心部22と、偏心部22に相対回転可能に保持されて入力軸21の回転に伴って該入力軸21の軸線Oを中心とする公転運動を行う公転部材24と、公転部材24の外周に係合する外側係合部材25と、公転部材24に形成された被係合部になる貫通孔24hに係合する内側係合部材27とを有する。これらのうち内側係合部材27は、外輪13に固定される固定部材29や固定部材36に支持される。また公転部材は、公転運動中に外側係合部材25に軸線Oを中心とするトルクを付与する。そして外側係合部材25は、公転部材24からトルクを付与されて回転し、該回転を内輪12に伝達する。これにより減速部11Bに高減速比で小型のサイクロイド減速機を採用することが可能になり、減速部11Bの軸線O方向寸法を小さくして、減速部11Bを内輪12の中に完全に収まるようにすることができる。
また本実施形態の外側係合部材25は、公転部材の外周に係合する外ピン25pと、外ピン25pの端部を支持する円筒部材25cを含む。そして円筒部材25cは、円筒部材25cの外周面にスプライン溝25sを有し、かかるスプライン溝25sが内輪12の内周面にスプライン嵌合することから、インホイールモータ駆動装置11の組み立ての際、内輪12の中に外側係合部材25を容易に挿入することができ、組み立て効率が向上する。
以上、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、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。
この発明になるインホイールモータ駆動装置は、電気自動車およびハイブリッド車両において有利に利用される。
11 インホイールモータ駆動装置、 11A モータ部、
11B 減速部、 11C 車輪用軸受部、 12 内輪、
12h ボルト孔、 12p 座面(連結部)、 12r 環状部材、
13 外輪、 14 転動体、 21 入力軸、
22 偏心部、 23 転がり軸受、 24 公転部材、
24h,24x 貫通孔、 25 外側係合部材、
25c 円筒部材、 25d 外ピン保持部材、 25p 外ピン、
25s スプライン溝、 26 転がり軸受、 27 内側係合部材、
27g 外輪部材、 27p 内ピン、 29 固定部材、
29h 円形凹部、 31 モータ回転軸、 32 ロータ、
33 ステータ、 34 モータ部ケーシング、
35 モータカバー、 35h 中心孔、 36 固定部材、
37,38,41,42 転がり軸受、 101 車輪、
O 軸線、 X 自転軸心。

Claims (2)

  1. 車輪と連結するための連結部を軸線方向一方側に有する内輪、前記内輪の外周を包囲する外輪、および前記内輪と前記外輪間の環状隙間に配列される複数の転動体を有する車輪用軸受部と、
    前記車輪用軸受部の軸線方向他方側に配置されて、前記外輪に固定されるモータ部と、
    前記内輪の内径側に配置される機構であって、前記モータ部の回転を減速して前記内輪に伝達する減速部とを備え、
    前記減速部は、前記モータ部から回転を入力される入力軸と、前記入力軸に偏心して設けられる偏心部と、前記偏心部に相対回転可能に保持され、前記入力軸の回転に伴って該入力軸の軸線を中心とする公転運動を行う公転部材と、前記公転部材の外周に係合する外側係合部材と、前記公転部材に形成された被係合部に係合する内側係合部材とを有し、
    前記内側係合部材は、前記外輪に固定される固定部材に支持され、
    前記外側係合部材は、前記内輪に相対回転不能に連結し、
    前記公転部材は、前記公転運動中に前記外側係合部材に前記軸線を中心とするトルクを付与して前記外側係合部材を回転させる、インホイールモータ駆動装置。
  2. 前記外側係合部材は、前記公転部材の外周に係合する外ピンと、前記外ピンの端部を支持する円筒部材を含み、
    前記円筒部材は、外周面にスプライン溝を有し、前記スプライン溝は前記内輪の内周面にスプライン嵌合する、請求項1に記載のインホイールモータ駆動装置。
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