JP2006199107A - インホイールモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 ステータ及びロータを２重の環状に配置した構成を採りながら、ロータを回転可能に支持するベアリング周速を低下させてその耐久性を向上できるインホイールモータを提供する。
【解決手段】 サスペンションのナックル３に対してハブユニット４を介して前輪１４を回転可能に支持し、ナックル３側に固定されたハブユニット４のアウタハブ７からステータブラケット８により環状のステータ１７を支持する一方、前輪１４を固定したハブユニット４のインナハブ５からロータブラケット１３を介してステータ１７の外周側で環状のロータ１８を支持し、ハブユニット４のベアリング６によりロータ１８の回転を案内する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両のホイール内に配置されて駆動輪を回転駆動するインホイールモータに関するものである。

車両のホイール内に配置されて駆動輪を直接駆動するインホイールモータは、車体側の省スペース化、変速機や差動ギアの省略、更に独立懸架のときにはドライブシャフトの省略などの各種利点が得られることから、フォークリフト、ゴルフカート等の比較的小型の車両を中心として広く実施されている。この種のインホイールモータには種々の構造のものがあり、その一つとしてステータ及びロータを２重の環状をなすように配置したインホイールモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

当該特許文献１に開示されたインホイールモータでは、車両のサスペンションのナックルにハブユニットを介して車輪を回転可能に支持した一般的なサスペンション構造に加えて、ナックルに対して緩衝部材を介して環状のステータを浮動支持すると共に、ステータの外周に環状のロータをベアリングにより回転可能に支持してばね下荷重の軽減を図った上で、浮動支持によるロータの位置変動をクロスガイドにより許容しながら、ステータの励磁に伴うロータの回転を車輪に伝達している。
特開２００４−１６１１８９号公報

上記のように特許文献１のインホイールモータでは、ステータの外周にベリングを介してロータを回転可能に支持する構成のため、ベリングがハブユニットの回転軸心に対して大きく離間している。従って、ベアリング個所の周速が非常に高くなり、ベアリングの耐久性、ひいてはインホイールモータの信頼性が低下してしまうという問題があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ステータ及びロータを２重の環状に配置した構成を採りながら、ロータを回転可能に支持するベアリング周速を低下させてその耐久性を向上でき、もって高い信頼性を実現することができるインホイールモータを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、車体に対してハブユニットを介して車輪を回転可能に支持し、ハブユニットより車体側の非回転部にステータブラケットを固定して、ステータブラケットにより車輪のホイール内でハブユニットの回転軸心を中心とした環状をなすステータを支持すると共に、ハブユニットの回転部にロータブラケットを固定し、ロータブラケットによりステータの外周側又は内周側に環状をなすロータを支持したものである。

従って、ステータブラケットを介してステータが車体側の非回転部に固定される一方、ロータブラケットを介してロータが車輪側の回転部に固定され、ステータの励磁によりロータとの間にモータトルクが発生すると、そのモータトルクはロータブラケットを介して回転部に伝達されて、ハブユニットの回転軸心を中心として車輪が回転駆動されて車両を走行させる。そして、このようにロータの回転は車輪と共にハブユニットにより案内されるが、ハブユニットのベアリングが本来車輪を支持するために回転軸心近傍に配置されていることから、ハブユニットのベアリング周速が抑制される。

請求項２の発明は、請求項１において、ステータブラケットとロータブラケットとの間にブレーキロータを配設し、ブレーキロータをハブユニットの回転部に固定したものである。
従って、ブレーキキャリパの挟持によりブレーキロータには制動力が作用し、その制動力はハブユニットの回転部を介して車輪に伝達されて車両を減速させる。そして、ステータブラケットとロータブラケットとは２重の環状に配置したステータ及びロータを支持するために車幅方向にある程度離間し、必然的に両ブラケット間にはデッドスペースが形成されるが、このデッドスペースにブレーキロータが配置して有効利用しているため、車幅方向におけるサスペンション全体の所要寸法を縮小可能となる。

請求項３の発明は、請求項２において、ロータブラケットに、ロータブラケットの回転に伴って車輪側とブレーキロータ側との何れか一方から他方に向かう空気流を生成する通風孔を形成したものである。
従って、ロータブラケットの回転に伴って流通孔により空気流が生成され、車輪側の低温の空気が通風孔を経てブレーキロータ側に供給されたり、或いは逆にブレーキロータ周辺の高温の空気が通風孔を経て車輪側に排出されたりして、ブレーキロータの冷却が促進される。

請求項４の発明は、請求項２又は３において、車輪の車幅方向の中央位置に対して、ステータとロータの車幅方向の位置、及びブレーキロータの車幅方向の位置を略一致させたものである。
従って、ステータ及びロータの間に発生したモータトルクやブレーキキャリパの挟持によりブレーキロータに発生した制動力は、車幅方向において略一致する車輪の中央位置で路面に伝達されることになり、無理なく力の伝達が行われる。よって、車輪側にモータトルクを伝達するロータブラケットや制動力を伝達するブレーキロータ等の各部材に要求される強度が軽減され、これらの部材の軽量化及びコンパクト化が可能となる。

請求項５の発明は、請求項２乃至４において、ハブユニットが車体側から揺動可能に支持されたサスペンションのナックルに締結され、ステータブラケットが、ナックルとハブユニットとの締結個所に共締めされているものである。
従って、ナックルとハブユニットとの既存の締結個所を利用してステータブラケットが固定されるため、ステータブラケットを固定するための専用の取付個所をサスペンション側に設ける必要がなくなり、例えばインホイールモータを備えない一般的なサスペンション構造の部品を流用可能となる。

以上説明したように請求項１の発明のインホイールモータによれば、ステータ及びロータを２重の環状に配置した構成を採りながら、車輪を支持するために回転軸心近傍にベアリングを配置したハブユニットを利用してロータの回転を案内するため、ベアリング周速を低下させてその耐久性を向上でき、もって高い信頼性を実現することができる。
請求項２の発明のインホイールモータによれば、請求項１に加えて、ステータブラケットとロータブラケットとの間のデッドスペースにブレーキロータを配置して有効利用するため、車幅方向におけるサスペンション全体のコンパクト化を達成することができる。

請求項３の発明のインホイールモータによれば、請求項２に加えて、ロータブラケットに形成した流通孔により空気流を生成してブレーキロータの冷却を促進することができる。
請求項４の発明のインホイールモータによれば、請求項２及び３に加えて、車輪の中央位置に対してステータ及びロータの位置とブレーキロータの位置とを車幅方向に略一致させて、無理なく力を伝達するようにし、各部材に要求される強度を軽減して軽量化及びコンパクト化を達成することができる。

請求項５の発明のインホイールモータによれば、請求項２乃至４に加えて、ナックルとハブユニットとの既存の締結個所を利用してステータブラケットを固定することにより、一般的なサスペンション構造の部品を流用して製造コストを抑制することができる。

[第１実施形態]
以下、本発明を具体化したインホイールモータの第１実施形態を説明する。
本実施形態の車両は４輪全てにインホイールモータを装備し、前輪側及び後輪側のインホイールモータの構成及び取付構造はほぼ同様である。そこで、以下の説明では、図１の分解斜視図及び図２の断面図に従って前輪側のインホイールモータについて述べる。

車両の前輪サスペンションを構成するストラット１の下端とロアアーム２の外端との間にはナックル３（非回転部）が揺動可能に連結され、ナックル３に形成されたナックル孔３ａにはハブユニット４が配設されている。ハブユニット４はインナハブ５（回転部）の外周側にベアリング６を介してアウタハブ７を回転可能に支持して構成され、アウタハブ７の外周がナックル３のナックル孔３ａ内に嵌合されている。アウタハブ７の外周にはフランジ部７ａが一体形成され、フランジ部７ａはナックル３に形成されたハブ取付部３ｂに対してステータブラケット８の中心部を挟持した状態でボルト９により締結され、これによりナックル３に対してハブユニット４及びステータブラケット８が固定されている。尚、インナハブ５には中心に沿ってシャフト孔５ａが貫設されている。

アウタハブ７に対してインナハブ５は車体外側に向けて延設されて外周にフランジ状のハブ部５ｂが一体形成され、ベアリング６の回転軸心Ｌ１を中心としたハブ部５ｂの等分４箇所にはホイールボルト１１が車体外側に突出するように固定されている。ハブ部５ｂにはベンチレーテッド式のブレーキロータ１２の中心部、及びロータブラケット１３の中心部、前輪１４（車輪）のホイール１４ａの中心部が重ねられ、これらのブレーキロータ１２、ロータブラケット１３、ホイール１４ａは各ホイールボルト１１に螺合したナット１５により締結され、これによりハブユニット４のハブ部５ｂに対してブレーキロータ１２、ロータブラケット１３、前輪１４が固定されている。

従って、ステータブラケット８とロータブラケット１３とが車幅方向に所定間隔をおいて相対向し、両部材８，１３の間にブレーキロータ１２が位置する配置状態になっている。尚、ホイールボルト１１及びナット１５とは別に、ブレーキロータ１２とロータブラケット１３とは図示しないボルトでハブ部５ｂに締結されており、ホイール１４ａの脱着に際してホイールボルト１１とナット１５との螺合が解除されたときでも不用意にハブ部５ｂから脱落しないように配慮されている。

以上の構成により、ナックル３側に対してステータブラケット８が回転不能に固定されるのに対し、ハブユニット４を介してブレーキロータ１２、ロータブラケット１３、前輪１４が一体で回転する。図１に示すように、ナックル３に一体形成されたキャリパ取付部３ｃにはブレーキキャリパ１６が固定され、ブレーキキャリパ１６はブレーキロータ１２と共に車両のフロントブレーキを構成し、図示しないブレーキホースを介して供給される油圧によりブレーキロータ１２を挟持して制動力を作用させ、その制動力はハブユニット４のインナハブ５を介して前輪１４に伝達されて車両を減速させる。

図１に示すように、上記ステータブラケット８及びロータブラケット１３はそれぞれ回転軸心Ｌ１を中心とした略円盤状をなし、ステータブラケット８には上記ブレーキキャリパ１６との干渉を防止する逃げ部８ａが形成され、ロータブラケット１３には円形状をなす多数の通風孔１３ａが周方向に列設されている。ステータブラケット８及びロータブラケット１３の外周側には回転軸心Ｌ１を中心とした環状をなすステータ１７が配設され、ステータ１７の外周側には同じく回転軸心Ｌ１を中心とした環状をなすロータ１８が配設されている。ステータ１７はステータブラケット８の外周に対して図示しないボルトにより固定され、同様にロータ１８はロータブラケット１３の外周に対して図示しないボルトにより固定されている。

ステータ１７内には周方向に多数のコイル１７ａが列設され、ロータ１８内には同じく周方向に多数のマグネット１８ａが列設され、これらのコイル１７ａの外周面とマグネット１８ａの内周面とは僅かな間隙を介して対向している。ステータ１７内にはロータ回転角を検出するための角度センサ１７ｂが設置されて、図示しない信号線により車体側に設置されたコントローラと接続される一方、ステータ１７の各コイル１７ａは図示しない電力線により車体側に設置されたインバータと接続されて電力を供給されるようになっている。

そして、車両の走行時には、角度センサ１７ｂの検出信号が信号線を介してコントローラに入力され、コントローラによりインバータが駆動制御されてロータ回転角に応じてステータ１７の各コイル１７ａに順次電力が供給される。コイル１７ａの励磁に伴ってマグネット１８ａとの間に磁界が生じてロータ１８に回転力、即ちモータトルクを発生させ、回転軸心Ｌ１を中心としてブレーキロータ１２、ロータブラケット１３、前輪１４が一体で回転して路面との間に駆動力を発生させる。コントローラは運転者のアクセル操作量に基づいてコイル１７ａに供給する電力を調整し、これによりアクセル操作に応じた走行を実現する一方（力行制御）、車両の減速時にはコイル１７ａに発生した回生電力を図示しないバッテリに充電する（回生制御）。

尚、上記のように後輪側のインホイールモータも同様に構成され、コントローラにより力行制御や回生制御が行われる。
次に、本実施形態のインホイールモータを設置するためにサスペンション側に施した変更点、及びインホイールモータ周辺の各部材の配置状態について説明する。
まず、インホイールモータ設置のためのサスペンション側の変更点に関して述べると、端的に表現すると本実施形態ではサスペンション側の構成を一切変更することなく、ステータ１７、ロータ１８、及び各ブラケット８，１３の追加だけでインホイールモータが設置されている。即ち、ステータ１７を支持するステータブラケット８はナックル３にハブユニット４のアウタハブ７を締結する際に共締めされ、ロータ１８を支持するロータブラケット１３はハブユニット４のインナハブ５にブレーキロータ１２及びホイール１４ａを締結する際に共締めされており、共に既存の締結個所を利用して固定されている。

よって、ステータブラケット８やロータブラケット１３を固定する専用の取付個所をサスペンション側に設ける必要がなくなり、一般的なサスペンション構造の部品を仕様変更せずにそのまま流用した上で、ステータ１７、ロータ１８、及び各ブラケット８，１３を追加するだけでインホイールモータを設置でき、結果としてサスペンション部品の共用化により製造コストを抑制することができる。

次に、インホイールモータ周辺の各部材の配置状態に関して述べる。上記のようにロータブラケット１３がブレーキロータ１２及びホイール１４ａと共にハブユニット４に固定されているため、ロータブラケット１３はブレーキロータ１２やホイール１４ａと一体でハブユニット４のベアリング６により案内され、このロータブラケット１３に支持されてロータ１８がステータ１７の外周側で回転する。そして、ハブユニット４のベアリング６は回転軸心Ｌ１近傍に位置することから、例えばステータ上にベアリングを配置した特許文献１の技術に比較すると、ベアリング個所の周速は格段に低くなり、ベアリング６の耐久性、ひいてはインホイールモータの信頼性を飛躍的に向上させることができる。

又、図２から明らかなように、２重の環状に配置したステータ１７及びロータ１８を支持するためにステータブラケット８とロータブラケット１３とは車幅方向にある程度離間し、必然的に両ブラケット８，１３間にはデッドスペースが形成されるが、本実施形態ではこのデッドスペースにブレーキロータ１２を配置して有効利用しているため、車幅方向におけるサスペンション全体の所要寸法を縮小してコンパクト化を図ることができる。

一方、車体重量を支持するハブユニット４のベアリング６の負担を最小限に抑制すべく、図２に示すようにハブユニット４は車幅方向において前輪の中央位置Ｌ２と略一致する位置に配置されている。そして、本実施形態ではこのハブユニット４の前後（詳しくはフランジ部７ａ及びハブ部５ｂ）からブラケット８，１３を介してステータ１７及びロータ１８を支持し、両ブラケット８，１３間にブレーキロータ１２を配置しているため、前輪１４の中央位置Ｌ２に対してステータ１７及びロータ１８の位置とブレーキロータ１２の位置とが車幅方向に略一致している。

結果としてステータ１７及びロータ１８の間に発生したモータトルク（具体的には、力行制御による駆動力や回生制御による制動力）やブレーキキャリパ１６の挟持によりブレーキロータ１２に発生した制動力は、車幅方向において略一致する前輪１４の中央位置Ｌ２で路面に伝達されることになり、例えばモータトルクや制動力の発生個所が前輪１４の中央位置Ｌ２に対して車幅方向に離間している場合に比較して、無理なく力の伝達が行われる。よって、前輪１４側にモータトルクを伝達するロータブラケット１３や制動力を伝達するブレーキロータ１２等の各部材に要求される強度が軽減されるため、これらの部材の軽量化及びコンパクト化を実現でき、ひいてはばね下荷重の軽減やサスペンション周辺のスペース効率を向上させることができる。
[第２実施形態]
次に、本発明を具体化したインホイールモータの第２実施形態を説明する。本実施形態では第１実施形態に比較してインホイールモータの冷却を促進するためにロータブラケット１３の通風孔１３ａの形状を変更しており、その他のサスペンション構造を含めたインホイールモータの全体的な構成は第１実施形態と同様である。そこで、構成が共通の個所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に説明する。

第１実施形態のロータブラケット１３の通風孔１３ａが単なる円形状であったのに対し、図３のロータブラケット１３の部分斜視図及び図４の部分断面図に示すように、本実施形態では車両前進時のロータブラケット１３の回転に伴って冷却風を生成可能な形状に通風孔２１が形成されている。詳述すると、第１実施形態と同じく各通風孔２１はロータブラケット１３の周方向に列設されており、半径方向に延びる直線状のスリット２２を境界としてプレス成形により、車両前進時の回転方向側の半円状の領域はブレーキロータ１２側に凹設されて排出フィン２３を形成し、反回転方向側の半円状の領域は前輪１４側に凹設されて導入フィン２４を形成している。

各通風孔２１は導入フィン２４により前輪１４側で回転方向に向けて開口し、排出フィン２３によりブレーキロータ１２側で反回転方向に向けて開口し、車両前進に伴ってロータブラケット１３が回転すると、前輪１４側の低温の空気が通風孔２１を経てブレーキロータ１２側に供給される。よって、このようにして生成された冷却風を受けてブレーキロータ１２は冷却されることになり、第１実施形態の作用効果に加えてブレーキロータ１２の冷却を促進し、ブレーキロータ１２の過熱によるフェード現象等を抑制できるという利点が得られる。

冷却風を生成するための通風孔２１の形状は上記に限らず、例えば図５，６に示すように各通風孔３１を形成してもよい。即ち、この別例ではプレス成形によりロータブラケット１３に略コ字状をなすスリット３２を形成し、同時にスリット３２により囲まれた領域を前輪側に所定角度で折曲して導入フィン３３を形成している。導入フィン３３により各通風孔３１は前輪１４側で回転方向に向けて開口しているため、上記と同様に各通風孔３１により冷却風を生成してブレーキロータ１２の冷却を促進する作用が得られる。

尚、通風孔２１，３１による空気の流通方向は上記に限らず、例えば導入フィン２４，３３及び排出フィン２３を上記とは反対方向に形成して、ブレーキロータ１２周辺の高温の空気を前輪１４側に排出してもよく、この場合でも排出空気と入替わってステータブラケット８の逃げ部８ａとブレーキキャリパ１６と間隙等から外部の低温の空気がブレーキロータ１２に供給されるため、ブレーキロータ１２の冷却を促進することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではストラット式のサスペンションに対するインホイールモータとして具体化したが、対象となるサスペンション形式はこれに限ることはなく、例えばマルチリンク式やダブルウィッシュボーン式のサスペンションに適用してもよい。
又、上記実施形態では車両の４輪全てにインホイールモータを装備したが、車両に対するインホイールモータの設置状態はこれに限ることはなく、例えば前輪１４のみ或いは後輪のみにインホイールモータを装備してもよい。

更に、上記実施形態ではインホイールモータのみで前輪１４を駆動したが、インホイールモータに加えてエンジンでも前輪１４を駆動可能なようにサスペンション構造を構成してもよい。具体的には図７に示すように、車体側に搭載されたエンジンと連結されているドライブシャフト４１の先端をインナハブ５のシャフト孔５ａ内に挿通し、反対側に突出したドライブシャフト４１のねじ部４１ａにナット４２を螺合してインナハブ５にドライブシャフト４１を連結する。インホイールモータによる駆動は上記実施形態と同様に行われ、このときエンジン側のクラッチ遮断によりドライブシャフト４１の空転が許容される。一方、エンジンによりドライブシャフト４１が回転駆動されると、インナハブ５と共にブレーキロータ１２、ステータブラケット１３、及び前輪１４が一体となって回転駆動される。そして、この別例においてもインホイールモータ周辺の構成は上記実施形態と相違しないため同様の作用効果を得ることができる。

一方、上記実施形態ではハブユニット４のアウタハブ７をナックル３に締結し、インナハブ５に前輪１４を締結して回転可能に支持したが、これらのアウタハブ７とインナハブ５とを逆に配置してもよい。即ち、ハブユニット４のインナハブ５をナックル３に締結し、アウタハブ７に前輪１４を締結してもよい。この場合でもインナハブ５からステータブラケット８を介してステータ１７を支持し、アウタハブ７からロータブラケット１３を介してロータ１８を支持すれば、ハブユニット４を利用してロータ１８の回転を案内することになり、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

更に、上記実施形態ではステータ１７の外周側にロータ１８を配置したが、逆にステータ１７の内周側にロータ１８を配置してもよく、この場合でも環状のロータ１８の内周側にブレーキロータ１２を配置すれば両ブラケット８，１３間のデッドスペースが有効利用されて、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

第１実施形態のインホイールモータを示す分解斜視図である。 同じくインホイールモータを示す断面図である。 第２実施形態のインホイールモータのロータブラケットを示す部分斜視図である。 同じくロータブラケットを示す部分断面図である。 ロータブラケットの別例を示す部分斜視図である。 同じくロータブラケットの別例を示す部分断面図である。 ドライブシャフトを備えたインホイールモータの別例を示す断面図である。

符号の説明

３ ナックル（非回転部）
４ ハブユニット
５ インナハブ（回転部）
８ ステータブラケット
１２ ブレーキロータ
１３ ロータブラケット
１４ 前輪（車輪）
１４ａ ホイール
１７ ステータ
１８ ロータ
２１，３１ 通風孔
Ｌ１ 回転軸心
Ｌ２ 中央位置

Claims (5)

1. 車体に対してハブユニットを介して車輪を回転可能に支持し、該ハブユニットより車体側の非回転部にステータブラケットを固定して、該ステータブラケットにより上記車輪のホイール内で上記ハブユニットの回転軸心を中心とした環状をなすステータを支持すると共に、上記ハブユニットの回転部にロータブラケットを固定し、該ロータブラケットにより上記ステータの外周側又は内周側に環状をなすロータを支持したことを特徴とするインホイールモータ。
2. 上記ステータブラケットと上記ロータブラケットとの間にブレーキロータを配設し、該ブレーキロータを上記ハブユニットの回転部に固定したことを特徴とする請求項１記載のインホイールモータ。
3. 上記ロータブラケットに、該ロータブラケットの回転に伴って上記車輪側と上記ブレーキロータ側との何れか一方から他方に向かう空気流を生成する通風孔を形成したことを特徴とする請求項２記載のインホイールモータ。
4. 上記車輪の車幅方向の中央位置に対して、上記ステータとロータの車幅方向の位置、及び上記ブレーキロータの車幅方向の位置を略一致させたことを特徴とする請求項２又は３記載のインホイールモータ。
5. 上記ハブユニットは車体側から揺動可能に支持されたサスペンションのナックルに締結され、
   上記ステータブラケットは、上記ナックルと上記ハブユニットとの締結個所に共締めされていることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載のインホイールモータ。

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