(57)【要約】【課題】インホイールモータ駆動装置の耐久性を向上させると共に、振動や異音の発生を防止する。【解決手段】本発明に係るインホイールモータ駆動装置は、モータ部Ａ、減速部Ｂ、および車輪用軸受部Ｃを備える。減速部Ｂは、偏心部２５ａ，２５ｂを有し、モータ部Ａの回転軸２４に接続された減速機入力軸２５と、車輪用軸受部Ｃに接続された減速機出力軸２８と、減速機入力軸２５の偏心部２５ａ，２５ｂの外周に設けられた転がり軸受４０と、転がり軸受４０を介して偏心部２５ａ，２５ｂの外周に回転自在に保持され、減速機入力軸２５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２６ａ，２６ｂとを備える。本発明では、転がり軸受４０の初期のラジアル内部すきまを１５〜６０μｍとした。【選択図】図２
2016061403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ部、減速部、および車輪用軸受部を備え、前記モータ部の回転駆動力を、前記減速部で減速して前記車輪用軸受部に伝達するインホイールモータ駆動装置であって、
前記減速部は、偏心部を有し、前記モータ部の回転軸に接続された減速機入力軸と、前記車輪用軸受部に接続された減速機出力軸と、前記減速機入力軸の偏心部の外周に設けられた転がり軸受と、前記転がり軸受を介して前記偏心部の外周に回転自在に保持され、前記減速機入力軸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公転部材と、前記公転部材の外周部に係合して前記公転部材に自転運動を生じさせる外周係合部材と、前記公転部材の自転運動を前記減速機出力軸の回転運動に変換する運動変換機構とを備え、
前記転がり軸受の初期のラジアル内部すきまを１５〜６０μｍとした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】
前記転がり軸受の軌道輪が、軸受鋼又は浸炭鋼からなり、浸炭窒化処理が施され、表層の残留オーステナイトが２５〜５０％であり、且つ、芯部の残留オーステナイトが１５〜２０％である請求項１記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項３】
前記軌道輪が、Ｓｉを０．３５ｗｔ％以上、Ｍｎを０．５０ｗｔ％以上含む軸受鋼からなる請求項１又は２に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項４】
前記転がり軸受の転動体が、軸受鋼からなり、浸炭窒化処理が施され、且つ、表層の残留オーステナイトが２０〜３５％である請求項１〜３の何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、インホイールモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インホイールモータ駆動装置は、装置全体がホイールの内部に収容され、あるいはホイール近傍に配置されるため、その大きさは客室スペースの広さに影響を及ぼす。また、インホイールモータ駆動装置は車両のばね下重量となるため、その重量は車両の乗り心地に影響を与える。このため、インホイールモータ駆動装置は、できるだけ軽量・コンパクト化する必要がある。その一方、インホイールモータ駆動装置は、車輪を駆動するために大きなトルクを必要とする。これらの要請を同時に満足すべく、例えば下記の特許文献１には、駆動力を発生させるモータ部に、例えば１５０００ｍｉｎ−１程度の回転速度で回転する高回転型のモータを採用すると共に、モータの回転を減速して車輪用軸受部に伝達する減速部に、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を採用したインホイールモータ駆動装置が提案されている。
【０００３】
サイクロイド減速機を適用した減速部は、主に、偏心部を有し、モータ部の駆動力を受けて回転する減速機入力軸と、転がり軸受を介して偏心部の外周に回転自在に保持され、減速機入力軸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、公転運動中の曲線板に生じた自転運動を、車輪用軸受部に連結された減速機出力軸の回転運動に変換する運動変換機構とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１４８７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような構成を有する減速部では、モータ部が駆動されると、減速機入力軸が上記のような回転速度で高速回転し、これに伴って減速機入力軸と曲線板との間に設けられた転がり軸受も高速で回転する。また、モータ部が駆動されると、曲線板等を介して大きな荷重（主にラジアル荷重）が上記の転がり軸受に繰り返し負荷される。このような過酷な使用環境や、サイクロイド減速機の機構的な特殊性に伴う負荷条件等が絡んで、減速部の内部に組み込まれる軸受には改善すべき点が残されている。
【０００６】
具体的に、本発明者らが、インホイールモータ駆動装置の内部の潤滑機構や冷却機構を含めて種々検討した結果、減速部内に組み込まれる転がり軸受について以下のような知見が得られた。
【０００７】
すなわち、モータ部の出力を受けて減速部の減速機入力軸が回転駆動され、これに伴って曲線板等が回転すると、減速部に潤滑油を供給する潤滑機構を設けていても、減速機入力軸と曲線板との間に設けられた転がり軸受では、軸受全体の温度上昇や、内側軌道面と外側軌道面の温度差が予想以上に大きくなる。このような使用状態では、転がり軸受単体でのラジアル内部すきま（初期すきま）が、減速機入力軸との嵌め合いにより減少する（組付後すきま）だけでなく、前述の温度要因によってすきまがさらに減少する（運転すきま）。この運転すきまが過少となり、特に負すきまになると、異常な昇温が起こり、早期剥離や焼き付きに至る。逆に、運転すきまが過大であると、曲線板の振れ回りによる振動や、曲線板と外ピンや内ピンとの当たりによる音および振動の発生につながる。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑みて提案されたもので、インホイールモータ駆動装置の耐久性を向上させると共に、振動や異音の発生を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の目的を達成するために提案された本発明は、モータ部、減速部、および車輪用軸受部を備え、前記モータ部の回転駆動力を、前記減速部で減速して前記車輪用軸受部に伝達するインホイールモータ駆動装置であって、前記減速部は、偏心部を有し、前記モータ部の回転軸に接続された減速機入力軸と、前記車輪用軸受部に接続された減速機出力軸と、前記減速機入力軸の偏心部の外周に設けられた転がり軸受と、前記転がり軸受を介して前記偏心部の外周に回転自在に保持され、前記減速機入力軸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公転部材と、前記公転部材の外周部に係合して前記公転部材に自転運動を生じさせる外周係合部材と、前記公転部材の自転運動を前記減速機出力軸の回転運動に変換する運動変換機構とを備え、前記転がり軸受の初期のラジアル内部すきまを１５〜６０μｍとしたことを特徴とする。
【００１０】
このように、減速機出力軸の偏心部と公転部材との間に配された転がり軸受において、初期のラジアル内部すきまを１５μｍ以上としたことにより、軸受全体の温度上昇や軸受の内側軌道面と外側軌道面の温度差を考慮しても、運転時におけるラジアル内部すきま（運転すきま）が負すきまになることがなく、早期剥離や焼き付きを防止できる。また、上記の転がり軸受において、初期のラジアル内部すきまを６０μｍ以下としたことにより、過大な正すきまに起因する音および振動の発生を抑制することができる。尚、転がり軸受の初期のラジアル内部すきまとは、他部材を組み付ける前の転がり軸受単体の常温下でのラジアル方向の内部すきま（直径すきま）のことを言う。
【００１１】
上記の転がり軸受を構成する軌道輪（軌道面が形成された部材）は、軸受鋼又は浸炭鋼からなり、浸炭窒化処理が施され、表層の残留オーステナイトが２５〜５０％であり、且つ、芯部の残留オーステナイトが１５〜２０％であることが好ましい。このようにすれば、転動疲労寿命を向上させることができると共に残留オーステナイトによるクラックの発生およびその進展を抑制することができるので、インホイールモータ駆動装置の耐久性向上（長寿命化）を図ることができる。また、同程度の寿命を確保する上では、上記構成を具備しない軌道輪を採用する場合に比べ、軌道輪の薄肉化を実現することができる。従って、上記転がり軸受の径方向への小型化等を通じて、インホイールモータ駆動装置を小型・軽量化することができる。尚、表層とは、軌道輪の表面（軌道面）において転動体の面圧の影響の及ぶ深さに窒化を施した領域であり、芯部とは、表層よりも深く窒化層が形成されていない領域のことを言う。
【００１２】
また、上記の転がり軸受を構成する軌道輪は、Ｓｉを０．３５ｗｔ％以上、Ｍｎを０．５０ｗｔ％以上含む軸受鋼で構成することが好ましい。Ｓｉはオーステナイトの安定性を高めることで、Ｍｎは焼入れ性を確保することで表層部の残留オーステナイト量の向上に寄与する。
【００１３】
また、上記の転がり軸受を構成する転動体は、上記と同様の理由から、軸受鋼からなり、浸炭窒化処理が施され、かつ表層部の残留オーステナイト量が２０〜３５％であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上より、本発明によれば、インホイールモータ駆動装置の耐久性を向上させると共に、振動や異音の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本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断面図である。
【図２】図１に示すインホイールモータ駆動装置の減速部の拡大図である。
【図３】図１のＺ−Ｚ線矢視断面図である
【図４】曲線板に作用する荷重を示す説明図である。
【図５】回転ポンプの断面図である。
【図６】電気自動車の概略平面図である。
【図７】図６の電気自動車を後方から見た概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図６および図７に基づいてインホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車１１の概要を説明する。図６に示すように、電気自動車１１は、シャシー１２と、操舵輪として機能する一対の前輪１３と、駆動輪として機能する一対の後輪１４と、左右の後輪１４のそれぞれを駆動するインホイールモータ駆動装置２１とを備える。図７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。
【００１７】
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が路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、旋回時等の車体の傾きを抑制するスタビライザが設けられる。懸架装置１２ｂは、路面の凹凸に対する追従性を向上し、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するのが望ましい。
【００１８】
この電気自動車１１では、左右のホイールハウジング１２ａの内部に、左右の後輪１４それぞれを回転駆動させるインホイールモータ駆動装置２１が組み込まれるので、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等を設ける必要がなくなる。そのため、この電気自動車１１は、客室スペースを広く確保でき、しかも、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備えている。
【００１９】
電気自動車１１の走行安定性および乗り心地を向上するためには、ばね下重量を抑える必要がある。また、電気自動車１１の客室スペースを拡大するためには、インホイールモータ駆動装置２１を小型化する必要がある。そこで、図１に示すように、本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。
【００２０】
本発明の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を、図１〜図５に基づいて説明する。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部Ｂと、減速部Ｂからの出力を後輪１４（図６，７参照）に伝達する車輪用軸受部Ｃとを備え、これらはケーシング２２に保持されている。詳細は後述するが、このインホイールモータ駆動装置２１は、モータ部Ａおよび減速部Ｂの各所に潤滑油を供給する潤滑機構を有する。モータ部Ａと減速部Ｂはケーシング２２に収納された状態で電気自動車１１のホイールハウジング１２ａ（図７参照）内に取り付けられる。なお、本実施形態のケーシング２２は、モータ部Ａを収容した部分と、減速部Ｂを収容した部分とをボルトで締結して構成されている。
【００２１】
モータ部Ａは、ケーシング２２に固定されているステータ２３ａと、ステータ２３ａの内側に径方向の隙間を介して対向配置されたロータ２３ｂと、外周にロータ２３ｂを装着した中空構造の回転軸（モータ回転軸）２４とを備えるラジアルギャップモータであり、モータ回転軸２４は１５０００ｍｉｎ−１程度の回転速度で回転可能とされている。
【００２２】
モータ回転軸２４は、その軸方向一方側（図１の右側であり、以下「インボード側」ともいう）および他方側（図１の左側であり、以下「アウトボード側」ともいう）の端部にそれぞれ配置された転がり軸受（図示例では深溝玉軸受）３６，３６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。
【００２３】
車輪用軸受部Ｃは、中空構造のハブ輪３２と、ハブ輪３２をケーシング２２に対して回転自在に支持する車輪用軸受３３とを備える。ハブ輪３２は、減速部Ｂを構成する減速機出力軸２８の軸部２８ｂに連結された円筒状の中空部３２ａと、中空部３２ａのアウトボード側の端部から径方向外向きに延びたフランジ部３２ｂとを一体に有する。フランジ部３２ｂにはボルト３２ｃによって後輪１４（図６，７参照）が連結固定される。従って、ハブ輪３２の回転時には後輪１４がハブ輪３２と一体回転する。
【００２４】
車輪用軸受３３は、複列アンギュラ玉軸受である。具体的に、ハブ輪３２の外周面に、一方の内側軌道面３３ｆが直接形成されると共に、ハブ輪３２の外周面の小径段部に嵌合された内輪３３ａの外周面に、他方の内側軌道面が形成される。ケーシング２２の内周面に嵌合固定された外輪３３ｂの内周面に、複列の外側軌道面が形成される。複列の内側軌道面と複列の外側軌道面との間には、複数のボール３３ｃが配される。各列のボール３３ｃは、それぞれ保持器３３ｄで周方向に離間した状態で保持される。車輪用軸受３３の軸方向両端部は、シール部材３３ｅで密封される。
【００２５】
減速部Ｂは、図２にも拡大して示すように、モータ部Ａにより回転駆動される減速機入力軸２５と、減速機入力軸２５の回転を減速する減速機構と、減速機構により減速された減速機入力軸２５の回転を車輪用軸受部Ｃのハブ輪３２に伝達する減速機出力軸２８とを備える。減速機入力軸２５と減速機出力軸２８とは、同軸に配置される。
【００２６】
減速機入力軸２５は、そのインボード側の端部外周に形成したスプライン２５ｇ（セレーションを含む。以下同じ。）を有する。減速機入力軸２５のスプライン２５ｇを、モータ回転軸２４のアウトボード側の端部内周に形成したスプラインに嵌合することで、減速機入力軸２５とモータ回転軸２４とが連結されている。
【００２７】
減速機入力軸２５は、軸方向の二箇所に離間して配置された転がり軸受３７ａ，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。一方の転がり軸受３７ａは、減速機入力軸２５の軸方向略中央部を支持し、他方の転がり軸受３７ｂは、減速機入力軸２５のアウトボード側の端部を支持している。
【００２８】
減速機入力軸２５の軸方向二箇所には、軸心が減速機入力軸２５の回転軸心に対して偏心した偏心部２５ａ，２５ｂが設けられている。本実施形態では、偏心部２５ａ，２５ｂが、減速機入力軸２５の回転中心から中心をオフセットさせた円盤状とされる（図３参照）。本実施形態では、偏心部２５ａ，２５ｂが減速機入力軸２５と一体に設けられる。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。
【００２９】
減速機入力軸２５には、カウンタウェイト２９が固定される（図２参照）。カウンタウェイト２９は、略扇形状をなし、減速機入力軸２５の外周面に固定される。カウンタウェイト２９は、曲線板２６ａ、２６ｂの回転によって生じる不釣合い慣性偶力（アンバランス）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２５ａ、２５ｂと１８０°位相を変えて配置される。
【００３０】
減速機出力軸２８は、軸部２８ｂとフランジ部２８ａとを有する。フランジ部２８ａは、後述する内ピン３１のアウトボード側の端部が嵌合固定された孔部（図示例は貫通孔）を有し、孔部は、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で複数形成されている。軸部２８ｂは、車輪用軸受部Ｃを構成するハブ輪３２にスプライン嵌合によって連結されている。減速機出力軸２８は、軸方向の二箇所に離間して配置された転がり軸受４８，４８を介して外ピンハウジング６０に回転自在に支持されている。
【００３１】
減速機構（サイクロイド減速機）は、減速機入力軸２５の偏心部２５ａ，２５ｂの外周に配された転がり軸受４０，４０と、転がり軸受４０，４０を介して偏心部２５ａ，２５ｂの外周に回転自在に保持された曲線板２６ａ，２６ｂと、外ピンハウジング６０に固定された複数の外ピン２７と、曲線板２６ａ，２６ｂの自転運動を減速機出力軸２８の回転運動に変換する運動変換機構とを備える。
【００３２】
図３に示すように、曲線板２６ａの外周面は、エピトロコイド等のトロコイド系曲線で構成される波形形状を有する。曲線板２６ａには、複数の軸方向の貫通孔３０ａが形成される。複数の貫通孔３０ａは、曲線板２６ａの自転軸心（偏心部２５ａ，２５ｂの中心）を中心とする円周上に等間隔に設けられる。各貫通孔３０ａには、内ピン３１が１本ずつ挿入される。曲線板２６ａの軸心には、軸方向の貫通孔３０ｂが形成される。貫通孔３０ｂの内周には、転がり軸受４０および偏心部２５ａが配される。
【００３３】
転がり軸受４０は、図２の拡大図および図３に示すように、内側軌道面４２と、外側軌道面４３と、両軌道面４２，４３の間に配された転動体としての複数の円筒ころ４４と、複数の円筒ころ４４を保持する保持器４５とを備えた円筒ころ軸受である。図示例では、内側軌道面４２は、偏心部２５ａの外周面に嵌合固定された内輪４１の外周面に形成され、外側軌道面４３は、曲線板２６ａの貫通孔３０ｂの内周面に直接形成される。内輪４１は、内側軌道面４２の軸方向両端部から外径側に突出する鍔部４６，４６を有する。
【００３４】
なお、詳細な説明は省略するが、曲線板２６ｂは、曲線板２６ａと同様の構造を有しており、かつ曲線板２６ａを支持する転がり軸受４０と同様の転がり軸受４０を介して、偏心部２５ｂに回転自在に保持されている。
【００３５】
図３に示すように、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複数設けられている。減速機入力軸２５が回転するのに伴って曲線板２６ａ，２６ｂが公転運動すると、曲線板２６ａ，２６ｂの外周部と外ピン２７とが係合し、曲線板２６ａ，２６ｂに自転運動を生じさせる。各外ピン２７は、図２に示すように、その軸方向両端部に配された一対の針状ころ軸受６１，６１を介して、ケーシング２２に固定された外ピンハウジング６０に回転自在に保持されている。
【００３６】
図２および図３に示すように、運動変換機構は、減速機出力軸２８のフランジ部２８ａに固定された複数の内ピン３１と、曲線板２６ａ、２６ｂに設けられた複数の貫通孔３０ａとで構成される。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配置されており、そのアウトボード側の端部が減速機出力軸２８のフランジ部２８ａに設けた孔部に固定されている。曲線板２６ａ，２６ｂの貫通孔３０ａと内ピン３１とが周方向で係合することで、曲線板２６ａ，２６ｂの自転運動が、減速機出力軸２８の回転運動に変換される。このときの内ピン３１と曲線板２６ａ，２６ｂとの摩擦抵抗を低減するため、内ピン３１の外周には針状ころ軸受３１ａが設けられている。貫通孔３０ａの内径寸法は、曲線板２６ａ，２６ｂの公転運動が内ピン３１により阻害されないように、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。）よりも所定寸法大きく設定されている。
【００３７】
図２に示すように、減速部Ｂは、スタビライザ３１ｂをさらに有する。スタビライザ３１ｂは、円環形状の円環部３１ｃと、円環部３１ｃの内周端からインボード側に延びる円筒部３１ｄとを一体に有する。各内ピン３１のインボード側の端部は、円環部３１ｃに固定されている。これにより、モータ部Ａの駆動時（減速機入力軸２５の回転時）に、曲線板２６ａ，２６ｂから一部の内ピン３１に負荷される荷重が、スタビライザ３１ｂおよびフランジ部２８ａを介して全ての内ピン３１によって支持される。
【００３８】
ここで、モータ部Ａの駆動時に、曲線板２６ａ、転がり軸受４０、および減速機入力軸２５に作用する荷重の状態を、図４に基づいて説明する。なお、モータ部Ａの駆動時には、曲線板２６ｂにも以下の説明と同様の荷重が作用する。
【００３９】
減速機入力軸２５に設けられた偏心部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は、転がり軸受４０を介して曲線板２６ａを回転自在に保持するので、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、内径側に窪んだ波形の凹部３４を周方向等間隔に有する。曲線板２６ａの周囲には、凹部３４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。
【００４０】
図４において、モータ部Ａが駆動されて減速機入力軸２５が紙面上で反時計周りに回転すると、偏心部２５ａおよびその外周に保持された曲線板２６ａは軸心Ｏを中心とする反時計周りの公転運動を行う。これにより、曲線板２６ａの外周の凹部３４が、外ピン２７と周方向に順次係合する。この結果、曲線板２６ａは、複数の外ピン２７から図中矢印で示すような荷重Ｆｉを受けて、時計回りに自転する。このとき、減速機入力軸２５が１回転するのに伴い、曲線板２６ａが一周公転すると共に、凹部３４の１ピッチ分だけ時計回りに自転する。
【００４１】
そして、曲線板２６ａの貫通孔３０ａと内ピン３１とが周方向で係合することで、曲線板２６ａの自転運動が減速機出力軸２８に伝達され、減速機出力軸２８が時計周りに回転する。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、曲線板２６ａは、複数の内ピン３１から図中矢印で示すような荷重Ｆｊを受ける。これらの複数の荷重Ｆｉ、Ｆｊの合力Ｆｓが減速機入力軸２５にかかる。
【００４２】
合力Ｆｓの方向は、曲線板２６ａの外周部の波形形状や凹部３４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と直交し軸心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。上記の荷重Ｆｉ、Ｆｊの方向や大きさは、減速機入力軸２５が１回転（３６０°）する間に変動し、その結果、減速機入力軸２５に作用する合力Ｆｓの方向や大きさも変動する。
【００４３】
このため、モータ部Ａの駆動時、曲線板２６ａ，２６ｂを支持する転がり軸受（円筒ころ軸受）４０には、高速回転に加えて、荷重の方向と大きさが変動するラジアル荷重およびモーメント荷重が負荷されることになる。その結果、転がり軸受４０の温度が大幅に上昇することに加え、転がり軸受４０の内外輪（本実施形態では、内輪４１および曲線板２６ａ，２６ｂ）間の温度差が予想以上に大きくなることが判明した。これに対応するために、転がり軸受４０の初期すきまδ０を設定した場合でも、初期すきまδ０の量が少しでも小さいと、運転すきまが負すきまになり、発熱が起こり、早期はく離や焼き付きに至ることが判明した。
【００４４】
かかる問題が生じるのを回避するためには、転がり軸受４０の初期すきまδ０の値を増加させれば良いが、初期すきまδ０の値が過大であると、減速部Ｂ内に配置される種々の回転体の振れ回りによる振動が発生したり、曲線板２６ａ，２６ｂと外ピン２７および内ピン３１とのかみ合い部等の当たりによる異音や振動が発生したりする。これら異音や振動について、サイクロイド減速機を備えたインホイールモータ駆動装置２１は敏感であることが判明した。また、ばね下重量となるインホイールモータ駆動装置２１という特殊条件が重畳することにより、上記の異音や振動を減衰させることが難しく、ＮＶＨ（Ｎｏｉｓｅ，Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ）特性に悪影響を及ぼし、運転者および搭乗者に不快感を与えることも判明した。
【００４５】
このように、本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１の転がり軸受４０は、種々の要因が絡む特殊な環境で使用される。そこで、本実施形態では、インホイールモータ駆動装置２１の減速部Ｂにおいて、転がり軸受４０の初期のラジアル内部すきま（初期すきまδ０）を１５〜６０μｍ、好ましくは１５〜４５μｍに設定した。これにより、減速機入力軸２５との嵌め合い（圧入）、温度上昇、内外輪の温度差拡大といった状況下でも、転がり軸受４０の発熱や焼き付きを防止することができ、しかも、異音や振動の影響によるＮＶＨ特性の低下を加工可能な範囲で最小限に抑制できる。これにより、ばね下重量となるインホイールモータ駆動装置やサイクロイド減速機という特殊条件にも拘わらず、異音や振動の発生を抑え、ＮＶＨ特性の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。尚、本実施形態では、転がり軸受４０が、外輪（曲線板２６ａ，２６ｂ）、内輪４１、円筒ころ４４、および保持器４５で構成され、内輪４１の内周に減速機入力軸２５を挿入する前の転がり軸受４０単体の常温下でのラジアル内部すきまが、初期すきまδ０となる。
【００４６】
また、本実施形態では、転がり軸受４０の軌道輪（内輪４１および曲線板２６ａ，２６ｂ）を軸受鋼または浸炭鋼で作製した。軸受鋼としては、例えば、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５に規定された高炭素クロム軸受鋼を使用することができ、特に、Ｓｉを０．３５ｗｔ％以上、Ｍｎを０．５０ｗｔ％以上含むＳＵＪ３やＳＵＪ５を好適に使用できる。また、浸炭鋼としては、例えば、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４２０などを使用することができる。本実施形態では、内輪４１および曲線板２６ａ，２６ｂをＳＵＪ３で作製した。
【００４７】
上記のような素材で形成した軌道輪に浸炭窒化処理を施した後、焼入れ焼き戻し処理を施すことにより、軌道輪の表層部（特に軌道面）に窒素を拡散して２５〜５０％の残留オーステナイトを安定保持させた。このとき、軌道輪の芯部の残留オーステナイトは、１５〜２０％とする。
【００４８】
また、本実施形態では、転がり軸受４０の円筒ころ４４を軸受鋼で作製し、これらに浸炭窒化処理を施し、これらの表層部に窒素を拡散して残留オーステナイトを安定保持させた。円筒ころ４４の材料として使用できる軸受鋼の具体例は、上記と同様であるため重複説明を省略する。本実施形態では、円筒ころ４４をＳＵＪ３で作製した。また、円筒ころ４４の浸炭窒化処理後の熱処理条件を、軌道輪の浸炭窒化処理後の熱処理条件と異ならせることで、円筒ころ４４の表層部の残留オーステナイトの割合を若干低め（２０〜３５％）に設定した。
【００４９】
上記の材料および熱処理により、残留オーステナイトが亀裂敏感性を低下させるため、補正定格寿命（ＩＳＯ２８１）を向上させることができ、転がり軸受４０が長寿命となる。逆を言えば、同等の寿命を確保する上では、上記構成を具備しない転がり軸受（軌道輪や転動体）を採用する場合に比べ、軌道輪（内輪４１）を薄肉化し、転がり軸受４０を径方向に小型化することができる。このように、転がり軸受４０の耐久性向上や小型化を通じて、耐久性に富み、しかも小型・軽量な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。特に、軌道輪を、Ｓｉを０．３５ｗｔ％以上、Ｍｎを０．５０ｗｔ％以上含む高炭素クロム軸受鋼で形成することで、焼入れ性が向上するため、残留オーステナイトが得られやすくなる。
【００５０】
なお、転がり軸受４０を構成する内輪４１、曲線板２６ａ，２６ｂ、および円筒ころ４４の材料や熱処理方法は上記に限られない。例えば、円筒ころ４４を、軌道輪と同様の条件で熱処理を施してもよい。また、転がり軸受４０を構成する内輪４１、曲線板２６ａ，２６ｂ、および円筒ころ４４のうちの一部の部材が、軸受鋼からなり、浸炭窒化処理により表層部の残留オーステナイト量が上記範囲とされた構成としてもよい。
【００５１】
次に潤滑機構を説明する。潤滑機構は、モータ部Ａおよび減速部Ｂの各所に潤滑油を供給するものであって、図１および図２に示すように、モータ回転軸２４に設けた潤滑油路２４ａ，２４ｂと、減速機入力軸２５に設けた潤滑油路２５ｃ，２５ｄ，２５ｅと、スタビライザ３１ｂに設けた潤滑油路（図示せず）と、内ピン３１に設けた潤滑油路（図示せず）と、ケーシング２２に設けた潤滑油排出口２２ｂ、潤滑油貯留部２２ｄ、潤滑油路２２ｅおよび潤滑油路４９と、ケーシング２２内に配置され、潤滑油をケーシング２２の潤滑油路４９に圧送する回転ポンプ５１とを主に備える。図１中に示した白抜き矢印は潤滑油の流れる方向を示している。
【００５２】
潤滑油路２４ａは、モータ回転軸２４の内部を軸方向に沿って延びている。潤滑油路２４ａには、減速機入力軸２５の内部を軸方向に沿って延びた潤滑油路２５ｃが接続されている。潤滑油路２５ｄは、潤滑油路２５ｃから減速機入力軸２５の外周面に向かって径方向に延びており、図示例の潤滑油路２５ｄの外径端部は偏心部２５ａ，２５ｂの外周面に開口している。潤滑油路２５ｅは、潤滑油路２５ｃのアウトボード側の端部から軸方向に延び、減速機入力軸２５のアウトボード側の端面に開口している。なお、径方向に延びる潤滑油路２５ｄの形成位置はこれに限らず、減速機入力軸２５の軸方向の任意の位置に設けることができる。
【００５３】
ケーシング２２に設けられた潤滑油排出口２２ｂは、減速部Ｂ内部の潤滑油を排出するものであって、減速部Ｂの位置におけるケーシング２２の少なくとも１箇所に設けられている。潤滑油排出口２２ｂとモータ回転軸２４の潤滑油路２４ａとは、潤滑油貯留部２２ｄ、潤滑油路２２ｅおよび潤滑油路４９を介して接続されている。そのため、潤滑油排出口２２ｂから排出された潤滑油は、潤滑油路２２ｅや潤滑油路４９等を経由してモータ回転軸２４の潤滑油路２４ａに還流する。なお、潤滑油貯留部２２ｄは、潤滑油を一時的に貯留する機能を有する。潤滑油路４９は、ケーシング２２の内部を軸方向に延びる軸方向油路４９ａと、軸方向油路４９ａのアウトボード側およびインボード側の端部にそれぞれ接続されて径方向に延びる径方向油路４９ｂ，４９ｃとで構成される。
【００５４】
回転ポンプ５１は、潤滑油貯留部２２ｄに接続された潤滑油路２２ｅと潤滑油路４９との間に設けられている。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が全体として大型化するのを防止することができる。
【００５５】
図５に示すように、回転ポンプ５１は、減速機出力軸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、両ロータ５２，５３間の空間に設けられた複数のポンプ室５４と、潤滑油路２２ｅに連通する吸入口５５と、潤滑油路４９の径方向油路４９ｂ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、回転中心ｃ１を中心として回転し、アウターロータ５３は、インナーロータ５２の回転中心ｃ１とは異なる回転中心ｃ２を中心として回転する。そのため、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からポンプ室５４に流入した潤滑油は吐出口５６から潤滑油路４９の径方向油路４９ｂに圧送される。
【００５６】
潤滑機構は、主に以上の構成を有しており、以下のようにしてモータ部Ａおよび減速部Ｂの各所を潤滑・冷却する。
【００５７】
まず、図１に示すように、モータ回転軸２４の潤滑油路２４ａを流れる潤滑油の一部が、モータ回転軸２４の回転に伴って生じる遠心力および回転ポンプ５１の圧力の影響を受けて潤滑油路２４ｂの外径側開口部から吐出される。この潤滑油が、モータ部Ａのうち、ロータ２３ｂおよびステータ２３ａに供給される。また、潤滑油路４９を流れる潤滑油の一部が、ケーシング２２とモータ回転軸２４との間から滲み出し、この潤滑油が、モータ回転軸２４のインボード側の端部を支持する転がり軸受３６に供給される。さらに、潤滑油路２４ｂから吐出された潤滑油の一部が、ケーシング２２のうち、モータ部Ａを収容した部分のアウトボード側の内壁面を伝い落ち、この潤滑油が、モータ回転軸２４のアウトボード側の端部を支持する転がり軸受３６に供給される。
【００５８】
次に、モータ回転軸２４の潤滑油路２４ａを経由して減速機入力軸２５の潤滑油路２５ｃに流入した潤滑油は、減速機入力軸２５の回転に伴う遠心力および回転ポンプ５１の圧力の影響を受けて潤滑油路２５ｄ，２５ｅ（図２参照）の開口部から吐出され、主に遠心力により減速部Ｂ内の各所に供給される。そして、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。このように、潤滑油排出口２２ｂと回転ポンプ５１に接続された潤滑油路２２ｅとの間に潤滑油貯留部２２ｄが設けられているので、特に高速回転時などに回転ポンプ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、その潤滑油を潤滑油貯留部２２ｄに貯留しておくことができる。その結果、減速部Ｂの各所における発熱やトルク損失の増加を防止することができる。一方、特に低速回転時などには、潤滑油排出口２２ｂに到達する潤滑油量が少なくなるが、このような場合であっても、潤滑油貯留部２２ｄに貯留されている潤滑油を潤滑油路２４ａ，２５ｃに還流することができるので、モータ部Ａおよび減速部Ｂに安定して潤滑油を供給することができる。
【００５９】
なお、減速部Ｂ内部の潤滑油は、遠心力に加え、重力によっても外側に移動する。したがって、このインホイールモータ駆動装置２１は、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。
【００６０】
以上の構成を有す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、図１および図３を参照しながら説明する。
【００６１】
モータ部Ａでは、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。これに伴って、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は、曲線板２６ａ，２６ｂの外周部に設けられた曲線形状の波形と周方向で係合し、曲線板２６ａ，２６ｂを減速機入力軸２５の回転方向とは逆向きに自転させる。
【００６２】
貫通孔３０ａに挿通された内ピン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の回転が減速部Ｂによって減速された上で減速機出力軸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、駆動輪（後輪）１４に必要なトルクを伝達することが可能となる。
【００６３】
上記構成の減速部Ｂの減速比は、外ピン２７の数をＺＡ、曲線板２６ａ，２６ｂの外周部に設けた波形（凹部３４）の数をＺＢとすると、（ＺＡ−ＺＢ）／ＺＢで算出される。図２に示す実施形態では、ＺＡ＝１２、ＺＢ＝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。
【００６４】
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を回転自在に支持する転がり軸受（針状ころ軸受）６１，３１ａを設けたことにより、曲線板２６ａ，２６ｂと外ピン２７および内ピン３１との間の摩擦抵抗が低減されるので、この点からも減速部Ｂにおける動力伝達効率が向上する。
【００６５】
上述したように、本実施形態のインホイールモータ駆動装置２１は、装置全体として軽量・コンパクト化が図られている。そのため、このインホイールモータ駆動装置２１を電気自動車１１に搭載すれば、ばね下重量を抑えることができるので、走行安定性およびＮＶＨ特性に優れた電気自動車１１を実現することができる。
【００６６】
以上、本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について説明を行ったが、インホイールモータ駆動装置２１には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００６７】
例えば、上記の実施形態では、曲線板２６ａ，２６ｂを回転自在に保持する転がり軸受（円筒ころ軸受）４０の内側軌道面４２を、減速機入力軸２５の偏心部２５ａ，２５ｂに固定された内輪４１の外周面に設けた場合を示したが、これに限らず、例えば、偏心部２５ａの外周面に内側軌道面４２を直接形成することで内輪４１を省略してもよい。このようにすれば、転がり軸受４０、ひいては減速部Ｂをさらに軽量・コンパクト化することができる。
【００６８】
また、上記の実施形態では、転がり軸受４０の外側軌道面４３を曲線板２６ａ，２６ｂの貫通孔３０ｂの内周面に直接設けたが、これに限らず、例えば、外側軌道面４３を有する外輪を別体に設け、この外輪の外周面を曲線板２６ａ，２６ｂの貫通孔３０ｂの内周面に固定してもよい。
【００６９】
また、上記の実施形態では、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、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。
【００７０】
また、上記の実施形態では、減速部Ｂの曲線板２６ａ、２６ｂを１８０°位相を変えて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°位相を変えて設けるとよい。
【００７１】
また、上記の実施形態では、運動変換機構が、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、曲線板に固定された内ピンと減速機出力軸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。
【００７２】
また、上記の実施形態では、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からの動力を駆動輪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、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等の作動に用いたりしてもよい。
【００７３】
本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、ステータとロータとを軸方向の隙間を介して対向させたアキシャルギャップモータを採用してもよい。
【００７４】
さらに、図６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。
【００７５】
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、さらに種々の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。
【符号の説明】
【００７６】
２１   インホイールモータ駆動装置
２２   ケーシング
２４   モータ回転軸
２５   減速機入力軸
２５ａ，２５ｂ偏心部
２６ａ，２６ｂ曲線板（公転部材）
２７   外ピン（外周係合部材）
２８   減速機出力軸
３１   内ピン
３３   車輪用軸受
４０   転がり軸受
Ａ     モータ部
Ｂ     減速部
Ｃ     車輪用軸受部
【図１】
2016061403.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2016061403.tif 000006
【図５】
2016061403.tif 000007
【図６】
2016061403.tif 000008
【図７】
2016061403.tif 000009