轮内电动机驱动装置 本申请是申请号 200780008197.1、 申请日 2007 年 3 月 7 日、 发明名称为 “轮内电 动机驱动装置” 的申请的分案申请。技术领域
本发明涉及一种独立旋转驱动各个驱动轮的轮内电动机驱动装置。
另外， 本发明涉及一种经由减速器将电动机的输出轴和车轮的轮毂连接在同轴上 的轮内电动机驱动装置。 背景技术 以往的轮内电动机驱动装置例如记载于特开 2001-32914 号公报。该公报中记载 的轮内电动机驱动装置具有产生驱动轮的电动机、 将电动机的旋转减速而传递给驱动轮的 减速器和旋转自如地保持驱动轮的轮毂。
作为减速器采用具有设于输入轴上的太阳齿轮、 固定在外壳上的内齿轮、 配置在 太阳齿轮和内齿轮之间而与输出轴连接的行星齿轮的行星齿轮机构。另外， 行星齿轮机构 直列配置两个而提高减速比。
轮毂与减速器的输出轴固定连接， 通过轮毂轴承而被相对于外壳旋转自如地支 承。 轮毂轴承是具有与轮毂的外径面嵌合的内圈、 与外壳的内径面嵌合的外圈、 配置在内圈 和外圈之间的多个滚动体、 和保持多个滚动体的保持器的多列滚动轴承。
采用上述结构的轮内电动机驱动装置的电力汽车由于没必要在车体内确保用于 驱动单元的空间， 所以具有增加了车内有效空间、 以及没有因差速器装置等传动系统带来 的效率低下和重量增加的优点。
另外， 以往的轮内电动机驱动装置例如记载于特开 2005-7914 号公报中。该公报 所记载的轮内电动机驱动装置具有产生驱动轮的电动机、 连接轮胎的轮毂、 在电动机和轮 毂之间使电动机的转子的旋转减速并传递给轮胎的减速器。 该减速器采用组合齿数不同的 多个齿轮而成的平行轴齿轮机构。
这样的将电动机的输出轴和车轮的轮毂经由减速器连接在同轴上的轮内电动机 驱动装置， 由于不需要踏板轴或差速器 ( デフアレンシヤル ) 等大规模的动力传递机构， 所 以从车轮的轻量化和紧凑化上看是受到瞩目的。但是， 安装在车轮的弹簧下的轮内电动机 驱动装置存在因弹簧下重量的增加而使乘坐舒适性变差的难点， 并未实现实用化。
电动机的输出转矩和电动机容量 ( 重量 ) 大致成正比例关系， 为了得到以小的电 动机容量驱动车辆的车轮所足够的大的输出， 高速旋转化不可避免， 需要在电动机的输出 轴和轮毂之间组装减速器。因此， 组装的减速器的重量变大， 则没用意义， 所以在轮内电动 机驱动装置中， 谋求紧凑化且减速比大的减速器。
另外， 作为电力汽车用减速装置， 在电动机的输出轴和车轮的轮毂之间作为减速 器组装行星齿轮减速器 ( 例如参照特开平 5-332401 号公报 )。该公报所记载中， 不是电动 机和减速器安装在弹簧下的轮内电动机驱动装置， 而将行星齿轮减速器设置两层， 将来自
两层的行星齿轮减速器的输出经由驱动轴分配给弹簧下的左右车轮。
上述结构的轮内电动机驱动装置由于配置在悬架的下部， 所以存在所谓的 “弹簧 下重量” 的增加所带来的行驶稳定性降低的问题。该问题随着近年来的汽车整体的紧凑化 而更加显著。
另外， 轮毂轴承由于在轮毂和外壳之间配置内圈和外圈， 所以存在径方向尺寸大 的问题。另外， 部件数多而组装性不算良好。
另外， 上述的各公报所记载的减速器所采用的平行轴齿轮机构和行星齿轮机构的 减速比从齿轮强度等观点看一般设定为前者是 1/2 ～ 1/3， 后者是 1/3 ～ 1/6 左右。其作为 搭载于轮内电动机驱动装置上的减速器的减速比是不充分的， 为了得到充分的减速比， 需 要将减速器形成为多层结构。这招致减速器的重量和尺寸的增大， 对于需要紧凑化的轮内 电动机驱动装置是不合适的。
另外， 行星齿轮减速器与平行轴齿轮比较， 能够得到大的减速比， 但是行星齿轮减 速器由太阳齿轮、 齿圈、 小齿轮和小齿轮的齿轮架构成， 所以部件数多， 难以紧凑化。 发明内容 本发明的目的在于提供一种小型轻量化的轮内电动机驱动装置， 其具有能够稳定 保持驱动轮的轮毂结构。
本发明的其他目的在于提供一种小型轻量化且耐久性优良、 可靠性高的轮内电动 机驱动装置。
本发明的轮内电动机驱动装置， 其具有 ：
车轮轮毂轴承部， 其具有固定在车辆的车轮上的车轮轮毂、 包括与所述车轮轮毂 的外周面相对的外侧轨道面且与车辆的车身连结的外方部件、 以及在所述车轮轮毂和所述 外方部件之间滚动的多列滚动体 ；
电动机部， 其旋转驱动与所述车轮轮毂位于同轴上的电动机侧旋转部件 ； 以及
减速部， 其将所述电动机侧旋转部件的旋转减速而传递给所述车轮轮毂，
所述电动机侧旋转部件具有偏心部，
所述减速部具有 ：
公转部件， 其旋转自如地保持在所述偏心部上， 伴随所述电动机侧旋转部件的旋 转而进行以其旋转轴心为中心的公转运动 ；
外周卡合部件， 其与所述外方部件固定连结， 且与所述公转部件的外周部卡合而 产生公转部件的自转运动 ；
形成在所述公转部件上的孔 ；
被纳入在所述孔中的内销 ； 以及
车轮侧旋转部件， 其对所述内销和所述车轮轮毂进行连结，
所述公转部件的自转运动被转换为与所述孔卡合的所述内销的以所述旋转轴心 为中心的旋转运动， 该内销的旋转运动经所述车轮侧旋转部件被传递给所述车轮轮毂。
本发明的轮内电动机驱动装置， 其特征在于， 具有 ： 外壳 ； 旋转驱动电动机侧旋转 部件的电动机部 ； 将电动机侧旋转部件的旋转减速而传递给车轮侧旋转部件的减速部 ； 固 定连接在所述车轮侧旋转部件上的轮毂 ； 和支承轮毂而使其相对于外壳旋转自如的轮毂轴
承。轮毂轴承具有 ： 形成有第一及第二外侧轨道面的外方部件 ； 设于车轮侧旋转部件的外 径面上， 与第一外侧轨道面相对的第一内侧轨道面 ； 设于轮毂的外径面上， 与第二外侧轨道 面相对的第二内侧轨道面 ； 和配置在第一外侧轨道面和第一内侧轨道面之间以及第二外侧 轨道面和第二内侧轨道面之间的多个滚动体。
如以上结构， 将外侧轨道面设置在外壳的内径面， 将内侧轨道面设置在车轮侧旋 转部件和轮毂的外径面上， 从而能够省略作为轴承的结构要素的内圈和外圈， 所以能够减 小轮毂轴承的径方向尺寸。 或者， 使径方向尺寸形成相同尺寸的情况下， 能够增大滚动体的 直径， 所以能够增大负载容量。另外， 能够期待部件数的削减所带来的组装性的改善效果。
优选地， 轮毂具有圆筒状的中空部， 车轮侧旋转部件与轮毂的中空部的内侧嵌合， 轮毂的内径面和车轮侧旋转部件的外径面通过将车轮侧旋转部件扩径铆接 ( 加締め ) 而塑 性结合。由此， 轮毂和车轮侧旋转部件的结合强度大幅度提高， 所以能够稳定保持驱动轮。
作为一实施方式， 减速部具有 ： 设于电动机侧旋转部件的太阳齿轮 ； 固定在外壳 上的内齿轮 ； 和旋转自如地保持在车轮侧旋转部件上， 配置在太阳齿轮和内齿轮之间的多 个行星齿轮。
另外， 作为其他实施方式， 电动机侧旋转部件还具有偏心部， 减速部具有 ： 旋转自 如地保持在偏心部上， 伴随电动机侧旋转部件的旋转而进行以其旋转轴心为中心的公转运 动的公转部件 ； 与公转部件的外周部卡合而产生公转部件的自转运动的外周卡合部件 ； 和 将公转部件的自转运动转换为以电动机侧旋转部件的旋转轴心为中心的旋转运动， 并传递 给车轮侧旋转部件的运动转换机构。
通过采用上述结构那样的、 紧凑且能够得到高减速比的减速机构， 从而即使电动 机部是低转矩， 也能够对驱动轮传递充分的转矩。 其结果是， 能够得到轻量且小型的轮内电 动机驱动装置。
根据本发明， 能够得到小型轻量且稳定保持驱动轮的轮内电动机驱动装置。
优选地， 所述外周卡合部件通过轴承而旋转自如地支承在所述外壳上。通过将外 周卡合部件旋转自如地形成在外壳上， 从而能够降低与公转部件卡合所带来的接触阻力。 由此， 能够得到抑制公转部件和外周卡合部件接触所带来的转矩损失的轮内电动机驱动装 置。
优选地， 外周卡合部件与公转部件的外周部直接接触。外周卡合部件通过与公转 部件接触而接收弯曲应力。另外， 该弯曲应力与公转部件的旋转转矩成比例而变大。因此， 存在若外周卡合部件的弯曲强度低， 则不能将减速部的最大传递转矩设定得大的问题。另 一方面， 最大弯曲应力与外周卡合部件的剖面积成比例而变大。 其中， 外周卡合部件的大小 受到公转部件的大小限制而不能够自由设定。因此， 在公转部件和外周卡合部件的接触部 分不设置其他部件， 而是使两者直接接触， 从而能够将外周卡合部件的剖面积设定为最大 限。
更优选地， 外周卡合部件是包括直径相对大的大径部和直径相对小的小径部的棒 状部件。并且， 大径部与公转部件的外周部卡合， 小径部通过轴承旋转自如地支承在外壳 上。外周卡合部件的直径变大， 则支承外周卡合部件的轴承也大型化。其结果是， 存在外壳 的轴承收容空间也变大的问题。 因此， 使与公转部件接触的区域的直径变大， 确保充分的最 大弯曲应力， 并且减小被轴承支承的区域的直径， 减小轴承收容空间。其结果是， 能够得到小型且传递转矩容量大的轮内电动机驱动装置。
本发明的轮内电动机驱动装置， 其特征在于， 具有 ： 外壳 ； 旋转驱动具有偏心部的 电动机侧旋转部件的电动机部 ； 将电动机侧旋转部件的旋转减速而传递给车轮侧旋转部件 的减速部 ； 和固定连接在车轮侧旋转部件上的轮毂。而且， 减速部具有 ： 旋转自如地保持在 偏心部上， 伴随电动机侧旋转部件的旋转而进行以其旋转轴心为中心的公转运动的公转部 件； 通过轴承而旋转自如地支承在外壳上， 与公转部件的外周部卡合而产生公转部件的自 转运动的外周卡合部件 ； 和将公转部件的自转运动转换为以电动机侧旋转部件的旋转轴心 为中心的旋转运动， 并传递给车轮侧旋转部件的运动转换机构。
通过形成上述结构那样的、 紧凑且得到高减速比的减速器， 从而即使电动机部是 低转矩， 也能够对驱动轮传递足够的转矩。 其结果是， 能够得到轻量且小型的轮内电动机驱 动装置。
另外， 外周卡合部件旋转自如地形成在外壳上， 从而能够降低与公转部件卡合所 带来的接触阻力。由此， 能够得到抑制公转部件和外周卡合部件的接触所带来的转矩损失 的轮内电动机驱动装置。
根据本发明， 能够得到即使在采用了低转矩的电动机的情况下也能够对驱动轮传 递充分的转矩的轮内电动机驱动装置。 另外， 将外周卡合部件旋转自如地形成在外壳上， 从 而能够得到小型且传递转矩大的轮内电动机驱动装置。 附图说明
图 1 是表示本发明的一实施方式的轮内电动机驱动装置的图。 图 2 是表示图 1 的轮内电动机驱动装置的车轮侧旋转部件和轮毂的扩径铆接方法 图 3 是表示本发明的其他实施方式的轮内电动机驱动装置的图。 图 4 是图 3 的 IV-IV 的剖面图。 图 5 是图 3 的偏心部周边的放大图。 图 6 是本发明的其他实施方式的轮内电动机驱动装置的概略剖面图。 图 7 是图 6 的 VII-VII 的剖面图。 图 8 是图 6 的偏心部周边的放大图。 图 9 是图 6 的外周卡合部件周边的放大图。 图 10 是作为图 9 的比较例的外周卡合部件的放大图。 图 11 是具有轮内电动机驱动装置的电力汽车的俯视图。 图 12 是图 11 的电力汽车的后方剖面图。的图。
具体实施方式
参 照 图 11 和 图 12 说 明 具 有 本 发 明 的 一 实 施 方 式 的 轮 内 电 动 机 驱 动 装 置 (in-wheel motor drive unit) 的电力汽车 11。另外， 图 11 是电力汽车 11 的俯视图， 图 12 是从后方看电力汽车 11 的图。
参照图 11 和图 12， 电力汽车 11 具有底盘 12、 作为导向轮的前轮 13、 作为驱动轮的 后轮 14 和分别对左右后轮 14 传递驱动力的轮内电动机驱动装置 15。后轮 14 如图 12 所示， 收容在底盘 12 的轮壳 12a 的内部， 经由悬架装置 ( 悬架 )12b 固定在底盘 12 的下部。
悬架装置 12b 通过左右延伸的悬架臂支承后轮 14， 并且通过含有盘簧和减震器的 抗压构件 ( ストラツト ) 来吸收后轮 14 从地面受到的振动而抑制底盘 12 振动。另外， 在 左右的悬架臂的连接部分设有旋转时等抑制车体的倾斜的稳定器。另外， 悬架装置 12b 为 了提高对路面的凹凸的追随性， 将驱动轮的驱动力效率良好地传递给路面， 优选能够使左 右车轮独立上下动作的独立悬架式。
该电力汽车 11 通过在轮壳 12a 内部设置分别驱动左右的后轮 14 的轮内电动机驱 动装置 15， 从而没必要在底盘 12 上设置电动机、 驱动轴以及差速器齿轮机构等， 所以具有 能够宽阔地确保客室空间， 并且能够分别抑制左右的驱动轮的旋转的优点。
另一方面， 为了提高该电力汽车 11 的行驶稳定性， 需要抑制弹簧下重量。另外， 为 了确保更宽阔的客室空间， 要求轮内电动机驱动装置 15 的小型化。因此， 作为轮内电动机 驱动装置 15， 采用图 1、 3 和 6 所示那样的本发明的一实施方式的轮内电动机驱动装置 21、 41、 61。
参照图 1 和图 2 说明本发明的一实施方式的轮内电动机驱动装置 21。另外， 图1 是轮内电动机驱动装置 21 的概略剖面图。 首先， 参照图 1， 轮内电动机驱动装置 21 具有产生驱动力的电动机部 A、 将电动机 部 A 的旋转减速而输出的减速部 B 和将来自减速部 B 的输出传给驱动轮 14 的轮毂轴承部 C， 电动机部 A 和减速部 B 收纳在外壳 22 中， 如图 12 所示安装在电力汽车 11 的轮壳 12a 内。
电动机部 A 是具有固定在外壳 22 上的定子 23、 在定子 23 的内侧设置轴方向的间 隙而配置的转子 24、 与转子 24 的内侧嵌合而与转子 24 一体旋转的电动机侧旋转部件 25 的 轴向隙电动机 ( アキシアルギヤツプモ一タ )。另外， 在电动机部 A 的与减速部 B 相反侧的 端面上为防止灰尘混入电动机部 A 的内部等情况而设有密封部件 38。
转子 24 具有凸缘形状的转子部 24a 和圆筒形状的中空部 24b， 通过多列滚动轴承 34 旋转自如地相对于外壳 22 被支承。另外， 在外壳 22 和转子 24 之间为了防止封入减速部 B 的润滑剂侵入电动机部 A 而设有密封部件 35。
电动机侧旋转部件 25 与转子 24 的中空部 24b 花键嵌合， 在减速部 B 的左右被滚 动轴承 36、 37 相对于外壳 22 以及车轮侧旋转部件 30 旋转自如地保持。
减速部 B 是具有设于电动机侧旋转部件 25 上的太阳齿轮 26、 固定在外壳 22 上的 内齿轮 27、 配置在太阳齿轮 26 和内齿轮 27 之间的多个行星齿轮 28、 通过滚针轴承支承行 星齿轮 28 而使其旋转自如的行星轮架轴 29 和将行星轮架轴的公转运动作为输出而导出的 车轮侧旋转部件 30 的行星齿轮机构。
车轮侧旋转部件 30 具有凸缘部 30a 和圆筒状的中空部 30b。在凸缘部 30a 的端面 上具有在以旋转轴心为中心的圆周上等间隔固定行星轮架轴 29 的孔， 中空部 30b 的外径面 与轮毂 31 的内径面嵌合。
轮毂轴承部 C 具有固定连接在车轮侧旋转部件 30 上的轮毂 31、 保持轮毂 31 而使 其相对于外壳 22 旋转自如的轮毂轴承 33。轮毂 31 具有圆筒形状的中空部 31a 和凸缘部 31b。中空部 31a 的内径面上嵌合车轮侧旋转部件 30， 凸缘部 31b 上通过支持器 31c 固定连 接驱动轮 14( 省略图示 )。 另外， 在中空部 31a 的开口部分为了防止灰尘向轮内电动机驱动 装置 21 内部混入等情况而设有密封部件 32。
轮毂轴承 33 是采用作为滚动体的球体 33e 的多列角接触球轴承。作为球体 33e 的轨道面， 在外方部件 22a 的内径面上设有第一外侧轨道面 33a( 图中右侧 ) 以及第二外侧 轨道面 33b( 图中左侧 )， 与第一外侧轨道面 33a 相对的第一内侧轨道面 33c 设置在车轮侧 旋转部件 30 的外径面上， 与第二外侧轨道面 33b 相对的第二内侧轨道面 33d 设置在轮毂 32 的外径面上。并且， 球体 33e 分别在第一外侧轨道面 33a 和第一内侧轨道面 33c 之间以及 第二外侧轨道面 33b 和第二内侧轨道面 33d 之间配置多个。另外， 轮毂轴承 33 包括分别保 持左右列的球体 33e 的保持器 33f 和防止封入轴承内部的膏体等润滑剂泄漏和灰尘从外部 混入的情况的密封部件 33g。 另外， 具有第一及第二外圈轨道面 33a、 33b 的外方部件 22a 从 轮毂轴承 33 的组装性的观点考虑， 通过支持器 39 固定在外壳 22 上。
详细说明上述结构的轮内电动机驱动装置 21 的动作原理。
电动机部 A 例如接受通过对定子 23 的线圈供给交流电流而产生的电磁力， 使由永 久磁体或直流电磁体构成的转子 24 以及电动机侧旋转部件 25 旋转。这时， 以对线圈施加 高频电压的程度， 使转子 24 和电动机侧旋转部件 25 高速旋转。
由此， 使设于电动机侧旋转部件 25 上的太阳齿轮 26 旋转。这时， 行星齿轮 28 由 于与太阳齿轮 26 和内齿轮 27 的两者啮合， 所以向电动机侧旋转部件 25 的旋转方向的反向 自转运动， 并且在与电动机侧旋转部件 25 的旋转方向相同的方向上公转运动。 该行星齿轮 28 的公转运动经由行星轮架轴 29 而形成减速部 B 的输出， 传递给轮 毂轴承部 C。这时， 设太阳齿轮 26 的齿数为 n1、 内齿轮 27 的齿数为 n2， 则电动机侧旋转部 件 25 的旋转以式 1 所示的减速比 r 被减速， 并传递给车轮侧旋转部件 30。另外， 从齿轮的 强度等观点看， 减速比 r 设定为 1/3 ～ 1/6 左右。
〔式 1〕
r ＝ 1/(n2/n1+1)
上述结构的轮内电动机驱动装置 21 在外方部件 22a 上设置轮毂轴承 33 的外侧轨 道面 33a、 33b， 在车轮侧旋转部件 30 和轮毂 31 上设置内侧轨道面 33c、 33d， 从而能够省略 作为轴承构成要素的外圈和内圈。其结果是， 能够减小轮毂轴承 33 的径方向尺寸。或者， 当径方向尺寸相同的情况下， 能够增大球体 33e 的直径， 所以能够增大负载容量。另外， 也 能够期待因部件数的削减带来的组装工序性的改善效果。
另外， 在上述结构的轮内电动机驱动装置 21 中， 车轮侧旋转部件 30 的外径面和轮 毂 31 的内径面通过扩径铆接车轮侧旋转部件 30 而塑性结合。图 2 是表示通过扩径铆接使 车轮侧旋转部件和轮毂结合的方法。
参照图 2， 作为轮毂轴承部 C 的组装方法， 首先， 在车轮侧旋转部件 30 上设置的第 一内侧轨道面 33c 上放置收容有球体 33e 的保持器 33f。接着， 将外方部件 22a 配置在第一 外侧轨道面 33a 与球体 33e 适当接触的位置上， 通过支持器 39 而固定在外壳 22 上。接着， 在第二内侧轨道面 33d 上放置了收容有球体 33e 的保持器 33f 的状态下， 使轮毂 31 嵌入车 轮侧旋转部件 30 而使球体 33e 适当地接触第二外侧轨道面 33b。
该状态下， 只不过是通过嵌合而固定车轮侧旋转部件 30 和轮毂 31， 所以若在电力 汽车 11 的旋转时等施加大的转矩负载， 则轮毂 31 可能会在轴方向错开。这是由于轮毂轴 承 33 的旋转不良的原因造成的， 不能够稳定保持轮毂 31。
因此， 通过扩径铆接来将车轮侧旋转部件 30 的外径面和轮毂 31 的内径面塑性结
合。具体地， 能够预先固定轮内电动机驱动装置 21， 将具有比车轮侧旋转部件 30 的中空部 30b 的内径稍大的外径的铆接工具 40 压入中空部 30b。
由此， 通过塑性结合部 40a 将车轮侧旋转部件 30 和轮毂 31 塑性结合。上述方法 中， 通过将车轮侧旋转部件 30 和轮毂 31 固定连接， 从而与以相互嵌合来固定的情况相比， 能够大幅度提高结合强度。由此， 能够稳定保持轮毂 31。
另外， 上述的实施方式中， 表示了一体形成电动机侧旋转部件 25 和太阳齿轮 26 的 例子， 但是不限于此， 也可以分别形成电动机侧旋转部件 25 和太阳齿轮 26， 通过相互嵌合 等方式将太阳齿轮 26 固定在电动机侧旋转部件 25 的规定位置上。同样地， 表示了内齿轮 27 直接形成在外壳 22 的内径面上的例子， 但是不限于此， 也可以是将独立形成的内齿轮 27 嵌入外壳 22 中等方式。
另外， 在上述实施方式的轮毂轴承 33 中， 表示了第一及第二外侧轨道面 33a、 33b 形成在外方部件 22a 的内径面上的例子， 但是不限于此， 也可以直接形成在外壳 22 上。
接着， 参照图 3 ～图 5， 说明本发明的其他实施方式的轮内电动机驱动装置 41。另 外， 图 3 是轮内电动机驱动装置 41 的概略剖面图， 图 4 是图 3 的 IV-IV 的剖面图， 图 5 是图 3 的偏心部 45a、 45b 的周边的放大图。
参照图 3， 轮内电动机驱动装置 41 具有与图 1 同样结构的电动机部 A、 将电动机部 A 的旋转减速而输出的减速部 B 和将来自减速部 B 的输出传递给驱动轮 14 的与图 1 同样结 构的轮毂轴承部 C， 电动机部 A 和减速部 B 收纳在外壳中， 如图 12 所示安装在电力汽车 11 的轮壳 32a 内。另外， 电动机部 A 和轮毂轴承部 C 由于形成与图 1 所示的轮内电动机驱动 装置 21 同样的结构所以省略说明， 以减速部 B 为中心进行说明。
电动机侧旋转部件 45 为了将电动机部 A 的驱动力传递给减速部 B 而从电动机部 A 配置到减速部 B， 在减速部 B 内具有偏心部 45a、 45b。另外， 在电动机部 A 的两端和减速部 B 的左端通过滚动轴承 46、 47、 48 支承。另外， 两个偏心部 45a、 45b 为了相互抵消偏心运动 的离心力而改变 180°相位而进行设置。
减速部 B 具有旋转自如地保持在偏心部 45a、 45b 上的作为公转部件的曲线板 46a、 46b、 保持在外壳 42 上的固定位置上且与曲线板 46a、 46b 的外周部卡合的作为外周卡合部 件的多个外销 47、 将曲线板 46a、 46b 的自转运动传递给车轮侧旋转部件 56 的运动转换机构 和配重 49。
参照图 4， 曲线板 46a 在外周部具有由圆外次摆线等次摆线类曲线构成的多个波 形， 具有从一方侧端面向另一方侧端面贯通的多个贯通孔 50a、 50b。 贯通孔 50a 在以曲线板 46a 的自转轴心为中心的圆周上等间隔配置多个， 并纳入后述的内销 51。另外， 贯通孔 50b 设于曲线板 46a 的中心， 插通偏心部 45a。
曲线板 46a 通过滚动轴承 52 旋转自如地相对于偏心部 45a 被支承。该滚动轴承 52 是具有与偏心部 45a 嵌合且在外径面具有内侧轨道面的内圈 52a、 与贯通孔 50b 的内壁 面嵌合且在内径面具有外侧轨道面的外圈 52b、 配置在内圈 52a 和外圈 52b 之间的多个作为 滚动体的球体 52c 和保持多个球体 52c 的保持器 ( 未图示 ) 的深槽球轴承。
外销 47 在以电动机侧旋转部件 45 的旋转轴心为中心的圆周轨道上等间隔设置。 其与曲线板 46a、 46b 的公转轨道一致， 所以若曲线板 46a、 46b 公转运动， 则曲线形状的波形 和外销 47 卡合， 曲线板 46a、 46b 产生自转运动。另外， 为了降低与曲线板 46a、 46b 的接触阻力， 在与曲线板 46a、 46b 的外周面抵接的位置上具有滚针轴承 47a。
配重 49 是圆板状， 在从中心离开的位置上具有与电动机侧旋转部件 45 嵌合的贯 通孔， 为了抵消由曲线板 46a、 46b 的旋转而产生的不平衡的惯性力偶， 在各偏心部 45a、 45b 的外侧与偏心部改变 180°相位而配置。
在此， 参照图 5， 以两个曲线板 46a、 46b 间的中心点为 G， 关于以图 5 的中心点 G 的 右侧， 中心点 G 和曲线板 46a 的中心的距离为 L1， 曲线板 46a 的质量为 m1， 曲线板 46a 的重 心到旋转轴心的偏心量为 ε1， 中心点 G 和配重 49 的距离为 L2， 配重 49 的质量为 m2， 配重 49 的重心到旋转轴心的偏心量为 ε2， 则形成满足 L1×m1×ε1 ＝ L2×m2×ε2 的关系。另外， 图 5 的中心点 G 的左侧的曲线板 46b 和配重 49 之间也满足同样的关系。
运动转换机构由保持在车轮侧旋转部件 56 上的多个内销 51 和设于曲线板 46a、 46b 上的贯通孔 50a 构成。内销 51 在以车轮侧旋转部件 56 的旋转轴心为中心的圆周轨道 上等间隔设置。另外， 为了降低与曲线板 46a、 46b 的接触阻力， 在与曲线板 46a、 46b 的贯通 孔 50a 的内壁面抵接的位置上设置滚针轴承 51a。另一方面， 贯通孔 50a 设置在与多个内 销 51 分别对应的位置上， 贯通孔 50a 的内径尺寸设定为比内销 51 的外径尺寸 ( 含有滚针 轴承 51a 的最大外径 ) 大出规定量。 详细说明上述结构的轮内电动机驱动装置 41 的动作原理。
电动机部 A 例如接受通过对定子 43 的线圈供给交流电流而产生的电磁力， 由永久 磁体或直流电磁体构成的转子 44 旋转。这时， 以对线圈施加高频电压的程度， 转子 44 高速 旋转。
由此， 与转子 44 连接的电动机侧旋转部件 45 旋转， 则曲线板 46a、 46b 以电动机侧 旋转部件 45 的旋转轴心为中心进行公转运动。这时， 外销 47 与曲线板 46a、 46b 的曲线形 状的波形卡合， 曲线板 46a、 46b 与电动机侧旋转部件 45 的旋转反向自转运动。
插通贯通孔 50a 的内销 51 伴随曲线板 46a、 46b 的自转运动而与贯通孔 50a 的内 壁面抵接。 由此， 曲线板 46a、 46b 的公转运动不传递给内销 51， 仅曲线板 46a、 46b 的自转运 动经由车轮侧旋转部件 56 传递给轮毂轴承部 C。
这时， 电动机侧旋转部件 45 的旋转通过减速部 B 减速， 传递给车轮侧旋转部件 56， 所以即使采用低转矩、 高旋转型的电动机部 A 的情况下， 也能够对驱动轮 14 传递必要的转 矩。
电力汽车 11 采用上述实施方式的轮内电动机驱动装置 41， 从而能够抑制弹簧下 重量。其结果是， 能够得到行驶稳定性优良的电力汽车 11。
另外， 当设外销 47 的数为 ZA、 曲线板 46a、 46b 的波形的数为 ZB 时， 由 (ZA-ZB)/ZB 计 算出上述结构的减速部 B 的减速比。图 4 所示的实施方式中， ZA ＝ 12、 ZB ＝ 11， 所以减速 比若为 1/11， 则能够得到非常大的减速比。
这样， 通过采用不形成多层结构而得到大的减速比的减速部 B， 从而能够得到紧凑 且高减速比的轮内电动机驱动装置。另外， 在外销 47 和内销 51 的与曲线板 46a、 46b 抵接 的位置上设置滚针轴承 47a、 51a， 从而接触阻力被降低， 所以减速部 B 的传递效率提高。
另外， 曲线板 46a、 46b 一边与外销 47 卡合一边高速公转运动， 所以在支承曲线板 46a、 46b 的滚动轴承 52 上负担大的径向负载。但是， 在减速部 B 内部的有限空间中， 存在 无法配置具有充分负载容量的滚动轴承 52 的可能性。另外， 该问题伴随近年来的电力汽车
11 的紧凑化的要求而进一步变得显著。
因此， 滚动轴承 52 的外侧轨道面设置在曲线板 46a、 46b 的贯通孔 50b 的内壁面 上， 从而能够省略外圈 52b。 其结果是， 内侧轨道面和外侧轨道面之间的间隙变大， 所以能够 采用直径大的球体 52c 或增加球体 52c 的数目。由此， 能够在不使滚动轴承 52 整体的大小 变化的情况下提高负载容量， 所以能够得到耐久性良好、 可靠性高的轮内电动机驱动装置。 另外， 也能够期待部件数削减带来的产品成本的降低效果。
参照图 6 ～图 9 说明本发明的再一实施方式的轮内电动机驱动装置 61。另外， 图 6 是本发明的其他实施方式的轮内电动机驱动装置的概略剖面图。图 7 是图 6 的 VII-VII 的剖面图。图 8 是图 6 的偏心部周边的放大图。图 9 和图 10 外周卡合部件周边的放大图。
首先， 参照图 6， 轮内电动机驱动装置 61 具有产生驱动力的电动机部 A、 将电动机 部 A 的旋转减速而输出的减速部 B、 将来自减速部 B 的输出传递给驱动轮 14 的轮毂支承部 C， 电动机部 A 和减速部 B 收纳在外壳 62 上， 如图 12 所示安装在电力汽车 11 的轮壳 12a 内。
电动机部 A 是具有固定于外壳 62 上的定子 63、 配置在与定子 63 的内侧隔开轴方 向间隙而相对的位置上的转子 64、 固定连接在转子 64 的内侧而与转子 64 一体旋转的电动 机侧旋转部件 65 的轴向隙电动机。另外， 电动机部 A 的与减速部 B 相反侧的端面上为了防 止灰尘混入电动机部 A 内部而设置密封部件 74。 转子 64 具有凸缘形状的转子部 64a 和圆筒形状的中空部 64b， 通过多列滚动轴承 75 旋转自如地相对于外壳 62 被支承。另外， 在外壳 62 和转子 64 之间为了防止封入减速部 B 的润滑剂侵入电动机部 A 而设有密封部件 76。
电动机侧旋转部件 65 从电动机部 A 贯通减速部 B 而配置至车轮侧旋转部件 68 的 中空部 68b， 在减速部 B 内具有偏心部 65a、 65b。该电动机侧旋转部件 65 一端与转子 64 嵌 合， 并且在减速器 B 的两端由滚动轴承 77、 78 支承。另外， 两个偏心部 65a、 65b 为了相互抵 消偏心运动导致的离心力而改变 180°相位而设置。
减速部 B 具有 ： 旋转自如地保持在偏心部 65a、 65b 上的作为公转部件的曲线板 66a、 66b、 通过滚针轴承 67c 而相对于外壳 62 旋转自如地被支承并卡合在曲线板 66a、 66b 的外周部上的作为外周卡合部件的多个外销 67、 将曲线板 66a、 66b 的自转运动传递给车轮 侧旋转部件 68 的运动转换机构和配重 69。
车轮侧旋转部件 68 具有凸缘部 68a 和圆筒状的中空部 68b。凸缘部 68a 的端面上 具有将内销 71 固定在以车轮侧旋转部件 68 的旋转轴心为中心的圆周上的等间隔位置上的 孔。另外， 中空部 68b 的外径面与轮毂 72 的内径面嵌合， 中空部 68b 的内径面通过滚动轴 承 78 支承电动机侧旋转部件 65 而使其旋转自如， 以使电动机侧旋转部件 65 的旋转轴心和 车轮侧旋转部件 68 的旋转轴心一致。
参照图 7， 曲线板 66a 在外周部具有由圆外次摆线等次摆线类曲线构成的多个波 形， 具有从一方侧端面向另一方侧端面贯通的多个贯通孔 70a、 70b。 贯通孔 70a 在以曲线板 66a 的自转轴为中心的圆周上等间隔配置多个， 并纳入后述的内销 71。另外， 贯通孔 70b 设 于曲线板 66a 的中心， 插通偏心部 65a。
曲线板 66a 通过滚动轴承 79 旋转自如地相对于偏心部 65a 被支承。该滚动轴承 79 是具有与偏心部 65a 嵌合且在外径面具有内侧轨道面的内圈 79a、 与贯通孔 70b 的内壁 面嵌合且在内径面具有外侧轨道面的外圈 79b、 配置在内圈 79a 和外圈 79b 之间的多个作为
滚动体的球体 79c 和保持多个球体 79c 的保持器 ( 未图示 ) 的深槽球轴承。
外销 67 在以电动机侧旋转部件 65 的旋转轴心为中心的圆周轨道上等间隔配置。 其与曲线板 66a、 66b 的公转轨道一致， 所以若曲线板 66a、 66b 公转运动， 则曲线形状的波形 和外销 67 卡合， 曲线板 66a、 66b 产生自转运动。
参照图 9 和图 10 详细说明外销 67。另外， 图 9 是图 6 所示的外销 67 周边的放大 图， 图 10 是作为图 9 的比较例的外销 87 周边的放大图。
首先， 参照图 9， 外销 67 是在中央部具有直径相对较大的大径部 67a、 在两端部具 有直径相对较小的小径部 67b、 在大径部 67a 和小径部 67b 之间具有锥形部 67d 的棒状部 件。大径部 67a 配置在与曲线板 66a、 66b 接触的位置上， 两者直接接触。小径部 67b 通过 滚针轴承 67c 而旋转自如地支承在外壳 62 上。于是， 通过使外销 67 旋转自如地设置于外 壳 62 上， 从而能够降低与曲线板 66a、 66b 卡合所带来的接触阻力。
接着参照图 10， 作为外销 67 的比较例， 通过两端部固定在外壳 82 上、 且在与曲线 板 86a、 86b 接触的中央部配置有滚针轴承 87c 的外销 87， 也能够降低曲线板 86a、 86b 和外 销 87 的接触阻力。
参照图 9 和图 10， 两端支承的外销 67、 87 上， 在与曲线板 66a、 66b、 86a、 86b 的接触 部分的法线方向上施加负载 ( 弯曲应力 )， 所以为了确保外销 67、 87 的充分的最大弯曲应力 而优选将外销 67、 87 的直径形成得大。但是， 与曲线板 66a、 66b、 86a、 86b 接触的区域的直 径 ( 在图 9 中指大径部 67a 的直径 d1、 在图 10 中指含有滚针轴承 87c 的直径 d2) 受到曲线 板 66a、 66b、 86a、 86b 的大小限制而不能自由设定。
即， 曲线板 66a、 66b、 86a、 86b 若为相同大小， 则图 9 所示的外销 67 的大径部的直 径 d1 和图 10 所示的外销 87 的包含滚针轴承 87c 的直径 d2 为相同大小 (d1 ＝ d2)。于是， 图 9 所示的外销 67 的直径 d1 设定为比图 10 所示的外销 87 的直径 d3 大 (d1 ＞ d3)。其结 果是， 与图 9 所示的曲线板 66a、 66b 直接接触的外销 67 与图 10 所示的外销 87 相比， 能够 增大最大弯曲应力。
另外， 为了得到本发明的效果， 图 9 中， 大径部 67a 和小径部 67b 可以为相同直径。 但是， 小径部 67b 的直径大， 则支承外销 67 的滚针轴承 67c 也大型化。其结果是， 存在外壳 62 的收容滚针轴承 67c 的空间也变大的问题。因此， 增大与曲线板 66a、 66b 接触的大径部 67a 的直径而确保充分的增大弯曲应力， 并且减小支承在滚针轴承 67c 上的小径部 67b 的 直径而减小轴承收容空间。其结果是， 能够得到小型且传递转矩大的轮内电动机驱动装置 61。
另外， 上述实施方式中， 表示了作为支承外销 67 的轴承采用了滚针轴承 67c 的例 子， 但是不限于此， 也能够采用其他各种轴承。其中， 通过采用滚针轴承 67c， 能够进一步减 小轴承收容空间。
另外， 大径部 67a 和小径部 67b 之间也可以设置垂直的台阶部， 但是为了缓和向其 边界部分的应力集中， 而如图 9 所示优选在两者的边界部分设置锥形部 67d。
配重 69 为圆板状， 在从中心离开的位置上具有与电动机侧旋转部件 65 嵌合的贯 通孔， 为了抵消曲线板 66a、 66b 的旋转而产生的不平衡的惯性力偶， 而在各偏心部 65a、 65b 的外侧与偏心部改变 180°相位进行配置。
在此， 参照图 8， 以两个曲线板 66a、 66b 间的中心点为 G， 关于以图 8 的中心点 G 的右侧， 中心点 G 和曲线板 66a 的中心的距离为 L1， 曲线板 66a 的质量为 m1， 曲线板 66a 的重 心到旋转轴心的偏心量为 ε1， 中心点 G 和配重 69 的距离为 L2， 配重 69 的质量为 m2， 配重 69 的重心到旋转轴心的偏心量为 ε2， 则形成满足 L1×m×ε1 ＝ L2×m2×ε2 的关系。另外， 图 8 的中心点 G 的左侧的曲线板 66b 和配重 69 之间也满足同样的关系。
运动转换机构由保持在车轮侧旋转部件 68 上的多个内销 71 和设于曲线板 66a、 66b 上的贯通孔 70a 构成。内销 71 在以车轮侧旋转部件 68 的旋转轴心为中心的圆周轨道 上等间隔设置， 一端固定在车轮侧旋转部件 68 上， 另一端设有用于防止从贯通孔 70a 脱离 的止脱部 71b。另外， 为了降低与曲线板 66a、 66b 的接触阻力， 在与曲线板 66a、 66b 的贯通 孔 70a 的内壁面抵接的位置上设置滚针轴承 71a。另一方面， 贯通孔 70a 设置在与多个内 销 71 分别对应的位置上， 贯通孔 70a 的内径尺寸设定为比内销 71 的外径尺寸 ( 含有滚针 轴承 71a 的最大外径 ) 大出规定量。
轮毂轴承部 C 具有固定连接在车轮侧旋转部件 68 上的轮毂 72、 保持轮毂 72 而使 其相对于外壳 62 旋转自如的轮毂轴承 73。轮毂 72 具有圆筒形状的中空部 72a 和凸缘部 72b。中空部 72a 的内径面上嵌合车轮侧旋转部件 68， 在凸缘部 72b 上通过螺栓 72c 固定连 接驱动轮 14( 省略图示 )。 另外， 在中空部 72a 的开口部分为了防止灰尘向轮内电动机驱动 装置 61 内部混入等情况而设有密封部件 72d。
轮毂轴承 73 是采用作为滚动体的球体 73e 的多列角接触球轴承。作为球体 73e 的轨道面， 在外方部件 62a 的内径面上设有第一外侧轨道面 73a( 图中右侧 ) 以及第二外侧 轨道面 73b( 图中左侧 )， 与第一外侧轨道面 73a 相对的第一内侧轨道面 73c 设置在车轮侧 旋转部件 68 的外径面上， 与第二外侧轨道面 73b 相对的第二内侧轨道面 73d 设置在轮毂 72 的外径面上。并且， 球体 73e 分别在第一外侧轨道面 73a 和第一内侧轨道面 73c 之间以及 第二外侧轨道面 73b 和第二内侧轨道面 73d 之间配置多个。另外， 轮毂轴承 73 包括分别保 持左右列的球体 73e 的保持器 73f 和防止封入轴承内部的膏体等润滑剂泄漏和灰尘从外部 混入的情况的密封部件 73g。 另外， 具有第一及第二外侧轨道面 73a、 73b 的外方部件 62a 从 轮毂轴承 73 的组装性的观点考虑， 通过支持器 62b 固定在外壳 62 上。
以上结构的轮内电动机驱动装置 61 中， 将轮毂轴承 73 的外侧轨道面 73a、 73b 设 置在外方部件 62a 上， 将内侧轨道面 73c、 73d 设置在车轮侧旋转部件 68 和轮毂 72 上， 从而 能够省略作为轴承的结构要素的内圈和外圈。其结果是， 能够减小轮毂轴承 73 的径方向的 尺寸。或者， 使径方向尺寸形成相同尺寸的情况下， 能够增大球体 73e 的直径， 所以能够增 大负载容量。另外， 能够期待部件数的削减所带来的组装性的改善效果。
另外， 在上述结构的轮内电动机驱动装置 61 中， 车轮侧旋转部件 68 的外径面和轮 毂 72 的内径面通过扩径铆接车轮侧旋转部件 68 而塑性结合。
首先， 作为轮毂轴承部 C 的组装方法， 首先， 在车轮侧旋转部件 68 上设置的第一内 侧轨道面 73c 上放置收容有球体 73e 的保持器 73f。接着， 将外方部件 62a 配置在第一外侧 轨道面 73a 与球体 73e 适当接触的位置上， 通过支持器 62b 而固定在外壳 62 上。接着， 在 第二内侧轨道面 73d 上放置收容有球体 73e 的保持器 73f 的状态下， 使轮毂 72 嵌入车轮侧 旋转部件 68 而使球体 73e 适当地接触第二外侧轨道面 73b。
该状态下， 只不过是通过嵌合而固定车轮侧旋转部件 68 和轮毂 72， 所以若在电力 汽车 11 的旋转时等施加大的转矩负载， 则轮毂 72 会在轴方向错开。这是由于轮毂轴承 73的旋转不良的原因造成的， 不能够稳定保持轮毂 31。
因此， 通过扩径铆接来将车轮侧旋转部件 68 的外径面和轮毂 72 的内径面塑性结 合。具体地， 预先固定轮内电动机驱动装置 61， 将具有比车轮侧旋转部件 68 的中空部 68b 的内径稍大的外径的铆接工具 ( 未图示 ) 压入中空部 68b。
由此， 通过塑性结合部 80 将车轮侧旋转部件 68 和轮毂 72 塑性结合。 上述方法中， 通过将车轮侧旋转部件 68 和轮毂 72 固定连接， 从而与以相互嵌合来固定的情况相比， 能够 大幅度提高结合强度。由此， 能够稳定保持轮毂 72。
在上述实施方式中， 在车轮侧旋转部件 68 的中空部 68b 中介入安装滚动轴承 78 而支承电动机侧旋转部件 65， 但是也可以形成轮毂 72 的一部分从车轮侧旋转部件 68 的内 径侧扩径而进行扩径铆接， 并进行塑性结合， 这种情况下， 形成为在轮毂 72 的中空部 72a 上 配置滚动轴承而支承电动机侧旋转部件 65 的结构。
另外， 上述结构中的轮内电动机驱动装置 61 的动作原理由于与轮内电动机驱动 装置 41 共通， 所以说明省略。
上述的各实施方式中， 减速部 B 的曲线板 46a、 46b、 66a、 66b 改变 180°相位而设置 两个， 但是该曲线板的个数能够设定为任意个， 例如设置三个曲线板的情况下， 改变 120° 相位设置即可。
另外， 表示了上述的实施方式的运动转换机构通过固定于车轮侧旋转部件 56、 68 上的内销 51、 71 和设于曲线板 46a、 46b、 66a、 66b 上的贯通孔 50a、 70a 构成的例子， 但是不 限于此， 也能够形成为可将减速部 B 的旋转传递给轮毂 53、 72 的任意结构。例如， 也可以是 由固定于曲线板上的内销和形成在输出部件上的孔构成的运动转换机构。
另外， 上述的各实施方式的动作的说明着眼于各部件的旋转而进行， 但是实际上 含有转矩的动力从电动机部 A 向驱动轮传递。因此， 如上所述被减速的动力转换为高转矩。
另外， 在上述的各实施方式的动作的说明中， 对电动机部 A 供给电力而驱动电动 机部 A， 来自该电动机部 A 的动力传递给驱动轮 14， 但是也可以与此相反， 在车辆减速或下 坡时， 来自驱动轮 14 侧的动力由减速部 B 转换为高旋转低转矩的旋转而传递给电动机部 A， 由电动机部 A 发电。另外， 在此发出的电力也可以预先对电池充电， 以后驱动电动机部 A 或 用于车轮所具备的其他电动设备等的动作。
另外， 也能够对上述的各实施方式的结构施加制动器。例如也可以是， 在图 1、 3和 6 的结构中， 在转子 24、 44、 64 的图中右侧的空间配置与转子 24、 44、 64 一体旋转的旋转部 件、 在外壳 22、 42、 62 不能够旋转且能够在轴方向移动的活塞和使该活塞动作的工作缸， 车 轮停止时使活塞和旋转部件嵌合而锁定转子 24、 42、 62 的停车制动器。
或者， 也可以是在与转子 24、 42、 62 一体旋转的旋转部件的一部分上形成的凸缘 和在外壳 22、 42、 62 侧设置的摩擦板由设置在外壳 22、 42、 62 侧的工作缸夹持的盘制动器。 另外， 能够使用在该旋转部件的一部分上形成滚筒并且在外壳 22、 42、 62 侧固定制动器闸 瓦， 在摩擦卡合和自我吸引 (self engage) 作用下锁定旋转部件的滚筒制动器。
另外， 上述实施方式中， 表示了车轮侧旋转部件 30、 56、 68 和轮毂 31、 53、 72 通过扩 径铆接来固定连接的例子， 但是不限于此， 也可以用任意方法将两者固定。
另外， 上述的实施方式中， 表示了轮毂轴承 33、 54、 73 采用角接触球轴承的例子， 但是不限于此， 例如能够采用滑动轴承、 圆筒滚子轴承、 圆锥滚子轴承、 滚针轴承， 自动调心滚子轴承， 深槽球轴承、 角接触球轴承、 四点接触球轴承等所有的轴承， 不管滚动体是滚子 还是球体， 也不管是滑动轴承还是滚动轴承， 也不管是多列还是单列。另外， 配置在其他部 位的轴承， 也能够同样采用任意方式的轴承。
另外， 上述的实施方式中， 表示电动机部 A 采用了轴向隙电动机的例子， 但是不限 于此， 可以适用任意结构的电动机。例如也可以是具有固定在外壳上的定子和配置在与定 子的内侧隔开径方向空隙而相对的位置上的转子的径向隙电动机。
另外， 在上述实施方式中， 表示了轮毂支承 73 的外侧轨道面 73a、 73b 形成在外方 部件 62a 上， 内侧轨道面 73c、 73d 形成在车轮侧旋转部件 68 和轮毂 72 上的例子， 但是不限 于此， 能够采用任意的方式。例如， 也可以是外侧轨道面形成在与外壳嵌合的外圈上， 内侧 轨道面设置在与车轮侧旋转部件或轮毂嵌合的内圈上。
另外， 表示了图 11 所示的电力汽车 11 以后轮 14 为驱动轮的例子， 但是不限于此， 也可以以前轮 13 作为驱动轮， 也可以是 4 轮驱动车。另外， 本说明书中 “电力汽车” 是包括 从电力得到驱动力的所有汽车的概念， 应理解为例如也能够包括混合型汽车等。
以上参照附图说明了本发明的实施方式， 但本发明不限于图示的实施方式。相对 于图示的实施方式， 在与本发明相同的范围内， 或者在均等的范围内， 能够施加各种修正和 变形。
产业上的可利用性 本发明可有利地利用于轮内电动机驱动装置。