JP2007190945A - 電動車両用のインホイールモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ダイレクトドライブ方式において、ロータとステータの間のギャップを縮小して良好な駆動トルクが得られるようにする。
【解決手段】インホイールモータ１は、スイングアーム５にボルト２４で固定されるステータ２と、ステータ２の内周にベアリングで支持されるロータ３とを有する。ロータ３は、ホイール１０に動力伝達部５０を介して連結されるロータホルダ３１を有し、ロータホルダ３１の外筒３２の内周にロータコア３６が圧入によって固定されている。動力伝達部５０は、ロータホルダ３１に一体に設けられたボス５１と、ボス５１を囲む緩衝部材５２とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、原動機などの車両の動力装置として使用されるインホイールモータに関する。

近年、車両の駆動方法として、減速機を設けずにモータで車輪を直接に駆動するダイレクトドライブ方法の開発が行われている。ダイレクトドライブ方式においては、車軸にブラケットを介して円環状のステータを取り付け、ホイール側にロータを直接に固定したアウタロータ型のインホイールモータが用いられる。ロータは永久磁石を周方向に配設した構成を有し、ステータはティースに巻線を集中巻きしたコイルを有する。ステータのコイルに通電してロータを回転させると、ロータに一体に固定されているホイールが回転する。ホイールは車軸にベアリングで回転自在に取り付けられているので、インホイールモータによって車輪が直接に回転駆動させられる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２８１７２２号公報

しかしながら、この種のインホイールモータは、ステータを車軸に固定する一方でロータをホイールに固定するので、ステータとロータの組み付け公差を予め考慮した設計をする必要がある。さらに、ホイールに加わる路面からの荷重で車軸が僅かに変形等した場合に、ロータがステータに干渉しないようにしなければならない。このため、ロータとステータの間のギャップを小さくすることができず、従来のインホイールモータでは駆動トルクに構造上の制限が生じていた。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ロータとステータの間のギャップを縮小して良好な駆動トルクが得られるようにすることを主な目的とする。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、ロータコアをロータホルダに固定したロータと、ステータとを有する電動車両用のインホイールモータにおいて、前記ステータはサスペンションに固定されて、前記ロータホルダが前記ステータの内側にベアリングを介して保持され、前記ロータの回転を緩衝部材を介してホイールに伝達する動力伝達部を設けたことを特徴とする電動車両用のインホイールモータとした。
この電動車両用のインホイールモータでは、サスペンションにステータを固定することで、ステータが車軸から分離される。さらに、ステータの内周にベアリングを介してロータを支持したので、ロータも車軸から分離される。ロータの駆動トルクは、動力伝達部を介してホイールに伝達され、緩衝部材がホイールの軸心とロータの軸心とのずれを吸収する。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電動車両用のインホイールモータにおいて、前記動力伝達部は、前記ロータホルダの一部を突出させたボスと、前記ボスの外周と前記ホイールに形成された孔の間に挿入される弾性部材とからなることを特徴とする。
この電動車両用のインホイールモータは、ホイールに外力が加わったときには、弾性部材がホイールの軸心とロータの軸心とのずれを吸収する。ボスの外周を囲むように弾性部材を配置したので、簡単な構成で、ホイールに作用する外力を吸収できる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の電動車両用のインホイールモータにおいて、前記ロータコア及び前記ステータとは、それぞれ突極構造を有し、前記ステータの突極に巻き回した巻線にロータの位置情報に基づいて電流を供給するように構成した。
この電動車両用のインホイールモータは、スイッチトリラクタンスモータを採用することで永久磁石が不要になって構造が簡略化する。また、ステータとコアのギャップを小さくすることができるので、大きな駆動トルクを発生させることが可能になる。

本発明によれば、ステータ及びロータが車軸に支持されない構造になるので、従来のように車軸への組み付け公差を考慮する必要がなくなり、ステータとロータの間のギャップを小さくできる。さらに、動力伝達部でホイールとロータの偏心を吸収できるので、ステータとロータのギャップを小さくできる。これらのことから、高い駆動トルクを安定して発生させることが可能になる。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１及び図２に電動車両用のインホイールモータ（以下、インホイールモータという）を含む車両駆動部を示す。インホイールモータ１は、ステータ２とロータ３とを有し、電動タイプの原動機のリアサスペンションであるスイングアーム５の先端部５Ａに凹設された収容部６に固定されている。ここで、スイングアーム５は、基端部５Ｂに設けられた貫通孔７に通されるピボット軸を起点として先端部５Ａが円弧を描くように揺動するものである。先端部５Ａには、揺動方向に直交するように車軸８が固定されている。車軸８には、インホイールモータ１を非接触で通した後に、車輪９が取り付けられている。車輪９のホイール１０には、中央に車軸８を通す孔１１が形成されており、ここに圧入されたベアリング１２の内環に車軸８がナット１３で固定されている。

図１から図３（ａ）、（ｂ）に示すように、インホイールモータ１のステータ２は、中央に孔２１が形成された環状のステータ本体２２を有する。孔２１の大きさは、車軸８の外径よりも十分に大きい。ステータ本体２２には、車軸方向に貫通する貫通孔２３が周方向に等間隔に複数形成されており、この貫通孔２３にボルト２４を通してステータ２をスイングアーム５に位置決めして固定する。さらに、ステータ本体２２の外周には、複数の突極部２５が周方向に略等間隔に設けられている。各突極部２５には、絶縁物（不図示）を装着してから巻線２６を巻き回してコイルを形成してある。なお、巻線２６からなるコイルは、樹脂によりモールドすることが好ましい。

ロータ３は、ロータホルダ３１の内周にロータコア３６を圧入によって固定した構成を有する。ロータホルダ３１は、外筒３２の基端から縮径方向に環状のエンド部３３を一体に延設させ、エンド部３３の中央の開口３４の周縁を外筒３２と同心円上に延ばして内筒３５を形成してある。外筒３２とエンド部３３と内筒３５は、断面視で略Ｕ字形になっている。外筒３２の内周側に、ロータコア３６がエンド部３３に突き当てられるようにして圧入されている。
ロータコア３６は、環状のコア本体３７から回転方向に略等間隔に、複数の突極部３８が回転中心に向けて突設されている。突極部３８の内周面は、円弧形状をなし、ステータ２の突極部２５の外周面との間に微小なギャップ３９を形成している。このように、この実施の形態でホイールモータ１は、永久磁石を有しないスイッチトリラクタンスモータとして構成されている。

エンド部３３の内面側は、ステータ２を受け入れ可能に凹設されている。ロータホルダ３１の内筒３５の外周面には、２つのベアリング４２が内筒３５の長さ方向に所定の間隔で圧入されている。これらベアリング４２の外周面は、ステータ２の孔２１の内周面に圧入され、ベアリング４２を介してロータホルダ３１がステータ２に対して回転可能に支持されている。

ここで、エンド部３３には、孔４１がステータ２側の貫通孔２３の配置に合わせて複数穿設されている。孔４１の径は、ボルト２４を挿抜するのに十分な大きさである。さらに、エンド部３３の外面（車輪９に向かう面）には、動力伝達部５０が周方向に略等間隔に複数設けられている。各動力伝達部５０は、ロータホルダ３１のエンド部３３から軸線方向に一体に延設されたボス５１と、ボス５１の外周を覆う緩衝部材５２とからなる。緩衝部材５２は、ホイール１０に形成された動力伝達用の孔５５に圧入可能な外径を有する。なお、緩衝部材５２には、弾性部材や、自己潤滑性を有する樹脂（潤滑樹脂）を用いることができる。潤滑樹脂としては、例えば、フッ素系樹脂などがあげられる。

次に、この実施の形態の作用について説明する。
インホイールモータ１のステータ２に巻装された巻線２６に、回転磁界が発生するようにモータ制御装置（不図示）から通電を行う。巻線２６に流れる電流が発生させる磁束と、ロータコア３６のインダクタンスの違いによってロータコア３６がステータ２に対して回転する。ロータコア３６が回転すると、ロータコア３６の外周に固定されているロータホルダ３１が共周りする。ロータホルダ３１の内筒３５は、ベアリング４２を介してステータ２に回転自在に支持されており、ステータ２はスイングアーム５にボルト２４で固定されているので、スイングアーム５及び車軸８に対してロータホルダ３１が車軸８回りに回転し、所定の駆動トルクを発生する。

ロータホルダ３１の駆動トルクは、動力伝達部５０を介して車輪９のホイール１０に伝達される。ホイール１０は、車軸８にベアリング１２で回転自在に支持されているので、車輪９が車軸８回りに回転する。ロータコア３６の回転角度位置に応じて励磁する巻線２６を切り替えることでロータ３が連続して回転する。
ここで、車輪９が回転して原動機が走行すると、車輪９は路面から荷重を受ける。この荷重は、主に上向きの力となって、ホイール１０に作用し、ホイール１０及び車軸８を変位させる。このとき、動力伝達部５０の緩衝部材５２がホイール１０の軸心とインホイールモータ１の軸心のずれを吸収するように変形する。その一方で、動力伝達部５０としては、ロータホルダ３１の回転をホイール１０に伝達し続けるので、インホイールモータ１はロータ３を継続して回転させることができる。

この実施の形態によれば、ステータ２をスイングアーム５に直接に固定することで、車軸８から切り離し、ステータ２にロータ３を回転自在に支持させたので、従来のようにステータに車軸に固定する際のステータとロータの間の公差と、ベアリングを介してロータを車軸に取り付ける際の公差とを考慮した設計をする必要がなくなり、ロータコアとステータのギャップを小さくすることができる。特に、ステータ２にロータホルダ３１がベアリング４２を介して直接に支持され、ロータホルダ３１にロータコア３６を圧入したので、原動機に組み付ける前にステータ２とロータコア３６のギャップ３９をステータ２の内径基準で予め調整することが可能になる。そのため、ギャップ３９を小さくできると共に、ギャップ３９の調整工程の作業性が向上する。
また、動力伝達部５０でホイール１０に直接に駆動トルクを伝達するようにしたので、車輪９を効率良く回転駆動させることができる。車輪９に路面等から外力が作用したときには、動力伝達部５０の緩衝部材５２が外力による位置ずれを吸収するので、インホイールモータ１に外力が作用し難い構造になっている。このため、外力を見込んで予めギャップ３９を大きく設定する必要がなくなり、ギャップ３９の縮小による駆動トルクの増大が見込まれる。

インホイールモータ１は、スイッチトリラクタンスモータとして構成したので、永久磁石が不要になる。したがって、構造を簡略化することができ、安価に製造できる。また、高速に回転させたり、高温下で回転させたりしても安定した性能を発揮することができる。このような利点を有するスイッチトリラクタンスモータで十分な駆動トルクを得るためには、ロータコアとステータとのギャップを小さくする必要があるが、この実施の形態によれば、ギャップ３９を小さくすることができるので、スイッチトリラクタンスモータの利点を十分に発揮することができる。

なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、インホイールモータ１は、アウタロータ型の直流ブラシレスモータでも良い。この場合でもギャップを小さくすることができるので、高い駆動トルクが得られる。
動力伝達部５０は、密巻きのコイルバネでロータホルダ３１とホイール１０とを連結させる構成でも良い。この場合には、コイルバネが緩衝部材になる。コイルバネは、インホイールモータ１側の駆動トルクをホイール１０に伝達すると共に、外力によるホイール１０の変動を吸収する機能を有する。また、ロータホルダ３１とホイール１０のどちらか一方に対してスライド自在な緩衝部材を有し、ロータホルダ３１が一回転したときにスライド量がリセットされるように構成しても良い。
また、電動車両は、原動機に限定されない。４輪の車両など、２つ以上の車輪を有する車両の少なくとも１つの車輪にインホイールモータ１を設けても良い。そのような車両であっても、前記と同様の効果が得られる。

本実施の形態に係るインホイールモータを含む車両駆動部の分解斜視図である。 図１の横断面図である。 （ａ）軸線方向に直交する断面図、（ｂ）ＩＩＩｂの拡大図である。

符号の説明

１ インホイールモータ（電動車両用のインホイールモータ）
２ ステータ
３ ロータ
５ スイングアーム（サスペンション）
１０ ホイール
２５ 突極部（突極）
２６ 巻線
３１ ロータホルダ
３８ 突極部（突極）
４２ ベアリング
５０ 動力伝達部
５１ ボス
５２ 緩衝部材（弾性部材）

Claims (3)

1. ロータコアをロータホルダに固定したロータと、ステータとを有する電動車両用のインホイールモータにおいて、
   前記ステータはサスペンションに固定されて、前記ロータホルダが前記ステータの内側にベアリングを介して保持され、前記ロータの回転を緩衝部材を介してホイールに伝達する動力伝達部を設けたことを特徴とする電動車両用のインホイールモータ。
2. 前記動力伝達部は、前記ロータホルダの一部を突出させたボスと、前記ボスの外周と前記ホイールに形成された孔の間に挿入される弾性部材とからなることを特徴とする請求項１に記載の電動車両用のインホイールモータ。
3. 前記ロータコア及び前記ステータとは、それぞれ突極構造を有し、前記ステータの突極に巻き回した巻線にロータの位置情報に基づいて電流を供給するように構成した請求項１又は請求項２に記載の電動車両用のインホイールモータ。
   
   

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