(57)【要約】【課題】潤滑油の清浄度の影響を受けず、軸受スペースを確保して剥離寿命を向上させ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、複列の外側転走面３２ａ、３３ａが形成された第１、第２の外方部材２２、３３と、車輪取付フランジ２６を有し、内側転走面２５ａが形成されたハブ輪２５、およびこれに内嵌され、内輪３４が圧入された車輪側回転部材１１からなる内方部材２４とを備え、第２の外方部材３３と内輪３４が、炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％、ケイ素０．１５〜１．１ｗｔ％、マンガン０．３〜１．５ｗｔ％を含む鋼からなり、浸炭窒化により表層が０．６〜１．３ｗｔ％の炭素と０．２５〜０．５ｗｔ％の窒素を含み、圧縮残留応力１５０ＭＰａ以上、残留オーステナイト量２０〜３５体積％、炭窒化物の最大粒径が８μｍ以下および表面硬さが７００Ｈｖ以上に設定されている。【選択図】図５
2008201353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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して車輪側回転部材に伝達する減速部と、
前記車輪側回転部材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、
前記車輪用軸受装置が、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または前記車輪側回転部材に嵌合され、外周に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を備えると共に、
前記外方部材が、内周にアウター側の外側転走面が形成された第１の外方部材と、この第１の外方部材のインナー側に圧入固定され、内周にインナー側の外側転走面が形成された第２の外方部材とからなることを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
【請求項２】
前記内輪および第２の外方部材のうちいずれか一方あるいは両者が、炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％、ケイ素０．１５〜１．１ｗｔ％、マンガン０．３〜１．５ｗｔ％を含む鋼からなり、浸炭窒化によって表面が硬化処理され、浸炭窒化された表層が、０．６〜１．３ｗｔ％の炭素および０．２５〜０．５ｗｔ％の窒素を含み、かつその圧縮残留応力が１５０ＭＰａ以上、残留オーステナイト量が２０〜３５体積％、炭窒化物の最大粒径が８μｍ以下および表面硬さが７００Ｈｖ以上になるように設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。
【請求項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を密封するシールを備え、これらシールのうち前記環状空間と減速部との間に位置するシールがオイルシールで構成され、このシールによって前記減速部の潤滑油が遮断されて軸受部がグリース潤滑されている請求項１または２に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項４】
前記ハブ輪に前記車輪側回転部材が内嵌され、この車輪側回転部材と前記ハブ輪とが一体に塑性結合されている請求項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。
【請求項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車輪側回転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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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８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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【特許文献１】特開２００６−２５８２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来のインホイールモータ駆動装置５０では、ハブ輪５６の車輪取付フランジ６７を介して軸受部に繰り返し曲げモーメントが負荷される。一方、モータ側回転部材５８は、車輪用軸受装置５５の内方部材６２に対して回転自在に支承されているため、この曲げモーメントが負荷されて傾く恐れがある。これにより、減速部５７の各構成部品間のすきまが変化して騒音が発生したり、過大な荷重により構成部品が損傷する要因となる。
【０００７】
この問題を解消するために、軸受部にはこの曲げモーメントを適切に支持可能できる負荷容量が要求される。然しながら、軸受部の負荷容量を増加させるには軸受部が大型化して重量が増大する。このインホイールモータ駆動装置はサスペンションの下部に配置されているため、所謂「ばね下重量」の増加による走行安定性が問題となる。この問題は、近年の自動車全体のコンパクト化に伴ってさらに顕著となることは必至である。
【０００８】
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、車輪用軸受装置の軽量・コンパクト化を図ると共に、曲げモーメントを適切に支持可能して耐久性を向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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して車輪側回転部材に伝達する減速部と、前記車輪側回転部材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、前記車輪用軸受装置が、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または前記車輪側回転部材に嵌合され、外周に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を備えると共に、前記外方部材が、内周にアウター側の外側転走面が形成された第１の外方部材と、この第１の外方部材のインナー側に圧入固定され、内周にインナー側の外側転走面が形成された第２の外方部材とからなる。
【００１０】
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、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または車輪側回転部材に嵌合され、外周に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を備えると共に、外方部材が、内周にアウター側の外側転走面が形成された第１の外方部材と、この第１の外方部材のインナー側に圧入固定され、内周にインナー側の外側転走面が形成された第２の外方部材とからなるので、アウター側に比べ荷重負荷的に厳しいインナー側の別体の内輪および第２の外方部材が、高い転がり疲労寿命および割れ疲労強度を有する材料および熱処理を適用できる、コンパクトで耐久性を向上させ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。
【００１１】
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記内輪および第２の外方部材のうちいずれか一方あるいは両者が、炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％、ケイ素０．１５〜１．１ｗｔ％、マンガン０．３〜１．５ｗｔ％を含む鋼からなり、浸炭窒化によって表面が硬化処理され、浸炭窒化された表層が、０．６〜１．３ｗｔ％の炭素および０．２５〜０．５ｗｔ％の窒素を含み、かつその圧縮残留応力が１５０ＭＰａ以上、残留オーステナイト量が２０〜３５体積％、炭窒化物の最大粒径が８μｍ以下および表面硬さが７００Ｈｖ以上になるように設定されていれば、冷間加工性に優れると共に、車輪用軸受装置の耐久性を一層向上させることができる。
【００１２】
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を密封するシールを備え、これらシールのうち前記環状空間と減速部との間に位置するシールがオイルシールで構成され、このシールによって前記減速部の潤滑油が遮断されて軸受部がグリース潤滑されていれば、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でき、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。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明のように、前記ハブ輪に前記車輪側回転部材が内嵌され、この車輪側回転部材と前記ハブ輪とが一体に塑性結合されていれば、軽量・コンパクト化が図れると共に、結合部の緩みを防止して長期間に亙って初期に設定された予圧を維持することができ、耐久性を向上させることができる。
【００１４】
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車輪側回転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。
【発明の効果】
【００１５】
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して車輪側回転部材に伝達する減速部と、前記車輪側回転部材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、前記車輪用軸受装置が、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または前記車輪側回転部材に嵌合され、外周に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を備えると共に、前記外方部材が、内周にアウター側の外側転走面が形成された第１の外方部材と、この第１の外方部材のインナー側に圧入固定され、内周にインナー側の外側転走面が形成された第２の外方部材とからなるので、アウター側に比べ荷重負荷的に厳しいインナー側の別体の内輪および第２の外方部材が、高い転がり疲労寿命および割れ疲労強度を有する材料および熱処理を適用できる、コンパクトで耐久性を向上させ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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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して車輪側回転部材に伝達する減速部と、前記車輪側回転部材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、前記車輪用軸受装置が、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、および外周に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が圧入固定され、前記ハブ輪の小径段部に内嵌された前記車輪側回転部材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を備え、前記外方部材が、内周にアウター側の外側転走面が形成された第１の外方部材と、この第１の外方部材のインナー側に圧入固定され、内周にインナー側の外側転走面が形成された第２の外方部材とからなると共に、この第２の外方部材と前記内輪が、炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％、ケイ素０．１５〜１．１ｗｔ％、マンガン０．３〜１．５ｗｔ％を含む鋼からなり、浸炭窒化によって表面が硬化処理され、浸炭窒化された表層が、０．６〜１．３ｗｔ％の炭素および０．２５〜０．５ｗｔ％の窒素を含み、かつその圧縮残留応力が１５０ＭＰａ以上、残留オーステナイト量が２０〜３５体積％、炭窒化物の最大粒径が８μｍ以下および表面硬さが７００Ｈｖ以上になるように設定されている。
【実施例１】
【００１７】
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第１の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。
【００１８】
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。
【００１９】
モータ部Ａは、ケーシング２に固定される一対のステータ３、３と、これらのステータ３、３間にアキシアルギャップ（軸方向すきま）を介して挟持された状態で配置されるロータ４と、ロータ４の内側に嵌合されてロータ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。
【００２０】
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フランジ部４ｂとを有し、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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および車輪側回転部材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。
【００２３】
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の自転運動を車輪側回転部材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。
【００２４】
車輪側回転部材１１は、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から小径段部１１ａを介して中空状の軸部１７が一体に突設されている。フランジ部１６には、車輪側回転部材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が固着されている。
【００２５】
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。
【００２６】
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）。
【００２７】
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。
【００２８】
運動変換機構１４は、図２および図３に示すように、車輪側回転部材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。
【００２９】
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。
【００３０】
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の自転運動のみが車輪側回転部材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車輪側回転部材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。
【００３１】
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。
【００３２】
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３２ａを一体に有し、内周に複列の外側転走面３２ａ、３３ａのうち一方（アウター側）の外側転走面３２ａが形成された第１の外方部材３２と、この第１の外方部材３２のインナー側の端部内周に圧入固定され、内周に他方（インナー側）の外側転走面３３ａが形成された第２の外方部材３３とからなる。第１の外方部材３２はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、少なくとも外側転走面３２ａ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。
【００３３】
内方部材２４は、ハブ輪２５と、このハブ輪２５に内嵌され、小径段部１１ａに別体の内輪３４が圧入固定された車輪側回転部材１１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３２ａ、３３ａ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。また、内輪３４は、外周に前記複列の外側転走面３２ａ、３３ａの他方（インナー側）に対向する内側転走面３４ａが形成されている。なお、車輪取付フランジ２６の円周等配には車輪を固定するためのハブボルト２６ａが植設されている。
【００３４】
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。なお、転動体２３はＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなる。
【００３５】
ここで、ハブ輪２５の内周には高周波焼入れによって硬化された凹凸部２７が形成されている。この凹凸部２７はアヤメローレット状に形成され、旋削等により独立して形成された複数の環状溝と、ブローチ加工等により形成された複数の軸方向溝とを略直交させて構成した交叉溝、あるいは、互いに傾斜した螺旋溝で構成した交叉溝からなる。また、凹凸部２７の凸部は良好な食い込み性を確保するために、その先端部が三角形状等の尖塔形状に形成されている。
【００３６】
車輪側回転部材１１の軸部１７には、ハブ輪２５の小径段部２５ｂに所定のシメシロを介して円筒嵌合するインロウ部１７ａと、このインロウ部１７ａの端部に嵌合部１７ｂがそれぞれ形成されている。車輪側回転部材１１はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、フランジ部１６の外周からインロウ部１７ａ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。なお、嵌合部１７ｂは鍛造後の表面硬さのままとされている。
【００３７】
外方部材２２と内方部材２４のそれぞれの転走面３２ａ、２５ａと３３ａ、３４ａ間には複列の転動体２３、２３が収容され、保持器２８、２８によりこれら複列の転動体２３、２３が転動自在にそれぞれ保持されている。そして、車輪用軸受装置Ｃの潤滑は減速部Ｂと共通化されている。すなわち、軸受部は潤滑油によって潤滑されているため、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アウター側の開口部を密封するシール３０はガータスプリング３０ａを有するオイルシールで構成されている。
【００３８】
ハブ輪２５と車輪側回転部材１１との一体化は、ハブ輪２５に車輪側回転部材１１の軸部１７が所定のシメシロで圧入され、小径段部２５ｂの端面に内輪３４の正面側端面が衝合された状態で、嵌合部１７ｂの内径にマンドレル等の拡径治具をアウター側に押し込んで嵌合部１７ｂが拡径することにより行われる。すなわち、嵌合部１７ｂを塑性変形させてハブ輪２５の凹凸部２７に食い込ませて加締めることにより、ハブ輪２５と車輪側回転部材１１が塑性結合されて一体化される。これにより、軽量・コンパクト化が図れると共に、結合部の緩みを防止して長期間に亙って初期に設定された予圧を維持することができ、耐久性を向上させることができる。符号２９は、ハブ輪２５の開口部に装着されたエンドキャップで、外部から内方部材２４の内部に雨水やダスト等の異物が侵入するのを防止している。
【００３９】
ここで、本実施形態では、第２の外方部材３３および内輪３４は、炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％、ケイ素０．１５〜１．１ｗｔ％、マンガン０．３〜１．５ｗｔ％を含む鋼からなり、浸炭窒化によって表面が硬化処理されている。そして、浸炭窒化された表層は、０．６〜１．３ｗｔ％の炭素および０．２５〜０．５ｗｔ％の窒素を含み、かつその圧縮残留応力が１５０ＭＰａ以上、残留オーステナイト量が２０〜３５体積％、炭窒化物の最大粒径が８μｍ以下および表面硬さが７００Ｈｖ以上になるように設定されている。
【００４０】
ここで、炭素の含有率を０．８ｗｔ％以下としたのは、０．８ｗｔ％を超えると浸炭窒化しても表層と内部の硬度差が生じ難くなり、表層に圧縮残留応力が付与され難くなるためである。また、炭窒化物の最大粒径が８μｍを超える可能性が出てくるためである。一方、炭素の含有率を０．４ｗｔ％以上としたのは、０．４ｗｔ％未満では内部硬さが低下し過ぎるためである。
【００４１】
また、鋼にケイ素およびマンガンを添加するのは焼入れ性を向上させるためで、ケイ素およびマンガンの含有率を１．１ｗｔ％以下および１．５ｗｔ％以下としたのは、この範囲を超えると、冷間加工性が大きく低下するためである。また、ケイ素およびマンガンの含有率を０．１５ｗｔ％および０．３ｗｔ％以上としたのは、この範囲未満であれば、焼入れ性が低下し、内部まで充分に焼きが入らないためである。
【００４２】
浸炭窒化された表層部分の炭素の含有率を０．６〜１．３ｗｔ％としたのは、炭素の含有率が１．３ｗｔ％を超えると炭化物が多く生成するため割れ疲労強度が低下する可能性があるからである。また、０．６ｗｔ％以上としたのは、０．６ｗｔ％未満では充分な硬さと残留オーステナイト量が確保できないためである。
【００４３】
窒素の含有率を０．２５〜０．５ｗｔ％としたのは、０．５ｗｔ％を超えると焼入れ性が悪くなって転がり疲労寿命が短くなり、また、窒素が０．２５ｗｔ％未満では充分な耐熱性を得ることができないためである。
【００４４】
残留オーステナイト量を２０〜３５体積％としたのは、２０体積％未満では残留オーステナイトによる寿命向上の効果が充分に得られなく、また、３５体積％を超えると、表層の硬さが低下することにより、反って寿命が短くなるためである。
【００４５】
炭窒化物の最大粒径を８μｍ以下としたのは、８μｍを超えると炭窒化物が割れの起点となり易いからである。そして、表面硬さを７００Ｈｖ以上に設定したのは、７００Ｈｖ未満であれば、表面が摩耗し易くなり、充分な転がり疲労寿命が得られないからである。
【００４６】
さらに、前述した鋼をＡ１変態点を超える浸炭窒化処理温度で浸炭窒化処理した後、Ａ１変態点未満の温度に冷却し、その焼入れ温度７９０〜８３０℃の範囲に再加熱し、焼入れを行うようにしても良い。これにより、オーステナイト結晶粒径が微細化され、一層転がり疲労寿命や割れ疲労強度を高めることができる。
【００４７】
本実施形態では、第２の外方部材３３および内輪３４、すなわち、アウター側に比べ荷重負荷的に厳しいインナー側の軸受部が前述した添加元素の量、残留圧縮応力、残留オーステナイト、炭窒化物の最大粒径および表面硬さが最適化されているため、冷間加工性に優れ、高い転がり疲労寿命および割れ疲労強度を備えているので、車輪用軸受装置Ｃの耐久性が向上する。
【００４８】
なお、ここでは、車輪用軸受装置Ｃとして、外周にアウター側の内側転走面２５ａが形成されたハブ輪２５と、外周にインナー側の内側転走面３４ａが形成された内輪３４が固定された車輪側回転部材１１とを備え、これらハブ輪２５と輪側回転部材１１が一体に塑性結合された、所謂第４世代構造の車輪用軸受装置Ｃを例示したが、これに限らず、図示はしないが、ハブ輪の小径段部に別体の内輪を圧入固定した、所謂第２世代あるいは第３世代構造であっても良い。
【実施例２】
【００４９】
図６は、本発明に係るインホイールモータ駆動装置の第２の実施形態を示す縦断面図、図７（ａ）は、図６の車輪用軸受装置を示す拡大図、（ｂ）は、（ａ）の要部拡大図である。なお、この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態と基本的にモータ部と車輪用軸受装置の構成が異なり、その他第１の実施形態と同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部品部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５０】
このインホイールモータ駆動装置３５は、駆動力を発生させるモータ部Ｄと、モータ部Ｄ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Ｅとを備えている。
【００５１】
モータ部Ｄは、ケーシング２に固定されるステータ３６と、このステータ３６の内側にラジアルギャップ（径方向すきま）を介して対向配置されるロータ３７と、ロータ３７の内側に嵌合されてロータ３７と一体に回転するモータ側回転部材５とを備えたラジアルギャップモータで構成されている。また、モータ部Ｄのインナー側の開口部には、モータ部Ｄ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３８が装着されている。
【００５２】
ロータ３７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から径方向外方にフランジ状に延び、永久磁石３７ｂが固定されたロータ部３７ａとを有し、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。
【００５３】
車輪用軸受装置Ｅは、図７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２３、２３を介して内挿された内方部材３９とを備えている。外方部材２２は、外周に取付フランジ３２ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面３２ａ、３３ａのうち一方（アウター側）の外側転走面３２ａが形成された第１の外方部材３２と、この第１の外方部材３２のインナー側の端部内周に圧入固定され、内周に他方（インナー側）の外側転走面３３ａが形成された第２の外方部材３３とからなる。
【００５４】
内方部材３９は、ハブ輪４０と、このハブ輪４０に内嵌され、小径段部１１ａに別体の内輪３４が圧入固定された車輪側回転部材１１とからなる。ハブ輪４０は、アウター側の端部に車輪取付フランジ２６を一体に有し、外周に複列の外側転走面３２ａ、３３ａ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。
【００５５】
ハブ輪４０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４１のシールランド部となる車輪取付フランジ２６の基部２６ｃ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。
【００５６】
外方部材２２と内方部材３９のそれぞれの転走面３２ａ、２５ａと３３ａ、３４ａ間には複列の転動体２３、２３が収容され、保持器２８、２８によりこれら複列の転動体２３、２３が転動自在にそれぞれ保持されている。本実施形態では、前述した第１の実施形態と同様、第２の外方部材３３および内輪３４が、添加元素の量等、最適化された鋼で構成されているので、中高炭素鋼と比較して剥離寿命面で有利となり、車輪用軸受装置Ｅの耐久性が向上する。また、ハブ輪４０と車輪側回転部材１１が塑性結合されて一体化されているので、軽量・コンパクト化が図れると共に、結合部の緩みを防止して長期間に亙って初期に設定された予圧を維持することができ、耐久性を向上させることができる。
【００５７】
ここで、外方部材２２と内方部材３９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４１、４２が装着されている。これらのシール４１、４２によって軸受部は減速部Ｂと遮断され、内部に封入されたグリースによって潤滑されている。環状空間と減速部Ｂとの間に位置するシール４２は、ガータスプリング４２ａを有するオイルシールで構成され、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。これにより、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でき、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。
【００５８】
アウター側のシール４１は、（ｂ）に拡大して示すように、第１の外方部材３２の端部内周に嵌合された断面が略Ｌ字状の芯金４３と、この芯金４３に加硫接着等で一体に接合されたシール部材４４とからなる。芯金４３は、耐食性を有する鋼板、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）からプレス加工にて形成されている。
【００５９】
一方、シール部材４４は、ニトリルゴム等の弾性部材からなり、円弧状に形成された車輪取付フランジ２６の基部２６ｃに摺接する一対のサイドリップ４４ａ、４４ｂと、内径部に軸受内方側に傾斜して延びるグリースリップ４４ｃとを有している。なお、このグリースリップ４４ｃは基部２６ｃとの間に僅かな径方向すきまが形成され、ラビリンスシールが構成されているので、軸受の低トルク化を達成することができる。
【００６０】
このように、本実施形態では、車輪用軸受装置Ｅにおける軸受部が減速部Ｂとインナー側のシール４２で遮断され、軸受部がグリース潤滑されているので、アウター側のシール４１を従来のオイルシールから密封性の高い３リップからなるコンパクトなシールに変更することができる。したがって、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Ｅの耐久性を一層向上させることができる。
【００６１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
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たインホイールモータ駆動装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係るインホイールモータ駆動装置の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】図１の偏心部を示す要部拡大図である。
【図５】図１の車輪用軸受装置を示す拡大図である。
【図６】本発明に係るインホイールモータ駆動装置の第２の実施形態を示す縦断面図である。
【図７】（ａ）は、図６の車輪用軸受装置を示す拡大図である。  （ｂ）は、（ａ）の要部拡大図である。
【図８】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】
【００６４】
１、３５・・・・・・・・インホイールモータ駆動装置
２・・・・・・・・・・・ケーシング
３、３６・・・・・・・・ステータ
３ａ、３６ａ・・・・・・コイル
４、３７・・・・・・・・ロータ
４ａ・・・・・・・・・・円筒部
４ｂ・・・・・・・・・・フランジ部
４ｃ、３７ｂ・・・・・・永久磁石
５・・・・・・・・・・・モータ側回転部材
５ａ、５ｂ・・・・・・・偏心部
６、２９、３８・・・・・エンドキャップ
７、９、１０、２１・・・転がり軸受
８・・・・・・・・・・・オイルシール
１１・・・・・・・・・・車輪側回転部材
１１ａ、２５ｂ・・・・・小径段部
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
１６・・・・・・・・・・フランジ部
１７・・・・・・・・・・軸部
１７ａ・・・・・・・・・インロウ部
１７ｂ・・・・・・・・・嵌合部
１８・・・・・・・・・・内ピン
１９・・・・・・・・・・貫通孔
２０・・・・・・・・・・軸受孔
２２・・・・・・・・・・外方部材
２３・・・・・・・・・・転動体
２４、３９・・・・・・・内方部材
２５、４０・・・・・・・ハブ輪
２５ａ、３４ａ・・・・・内側転走面
２６・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
２６ａ・・・・・・・・・ハブボルト
２６ｂ、２６ｃ・・・・・基部
２７・・・・・・・・・・凹凸部
２８・・・・・・・・・・保持器
３０、４１・・・・・・・アウター側のシール
３０ａ、４２ａ・・・・・ガータスプリング
３２・・・・・・・・・・第１の外方部材
３２ａ、３３ａ・・・・・外側転走面
３２ｂ・・・・・・・・・取付フランジ
３３・・・・・・・・・・第２の外方部材
３４・・・・・・・・・・内輪
３７ａ・・・・・・・・・ロータ部
４２・・・・・・・・・・インナー側のシール
４３・・・・・・・・・・芯金
４４・・・・・・・・・・シール部材
４４ａ、４４ｂ・・・・・サイドリップ
４４ｃ・・・・・・・・・グリースリップ
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、Ｄ・・・・・・・・・モータ部
Ｂ・・・・・・・・・・・減速部
Ｃ、Ｅ・・・・・・・・・車輪用軸受装置
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
ｍ１・・・・・・・・・・曲線板の質量
ｍ２・・・・・・・・・・カウンタウェイトの質量
Ｚａ・・・・・・・・・・外ピンの本数
Ｚｂ・・・・・・・・・・曲線板の波形の数
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
【図１】
2008201353.tif 000003
【図２】
2008201353.tif 000004
【図３】
2008201353.tif 000005
【図４】
2008201353.tif 000006
【図５】
2008201353.tif 000007
【図６】
2008201353.tif 000008
【図７】
2008201353.tif 000009
【図８】
2008201353.tif 000010