JP2007237834A - ホイールインモータ取り付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】外形が大きくならずに車両に搭載し易く、また、車両として必要な駆動力を得ることができるホイールインモータ取り付け構造を提供する。
【解決手段】ホイール１２に内蔵されホイール１２を駆動するホイールインモータ１０と、ホイール１２とホイールインモータ１０のモータ回転軸１０ａの間に配置した減速機１１と、減速機１１のホイール１２が配置された側とは反対側に配置したブレーキユニット１３とを有する。ホイールインモータ１０を外周部に配置する内外二重構造を有する。減速機１１に使用している潤滑油を、ホイールインモータ１０の冷却に、また、ホイール１２を取り付けるハブ１５を回転自在に保持するハブベアリング２２の潤滑に使用する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ホイールインモータ取り付け構造に関し、特に、駆動ユニットをホイールに内蔵するホイールインモータ取り付け構造に関する。

従来、車輪（ホイール）を駆動するモータをホイールに内蔵したホイールイン（インホイール）モータが知られている。このようなホイールインモータとして、例えば、「高出力インホイールモータの開発」（非特許文献１参照）或いは「Ｗｈｅｅｌ−Ｍｏｔｏｒｓ」（非特許文献２参照）がある。

このホイールインモータは、既にある、ハブベアリングやブレーキ等が組み込まれているアクスル（ＡＸＬＥ）構造に、モータ及び減速機からなる駆動ユニットを軸方向に追加した構造を有している。
明電舎 明電時報抜刷 ２９７−７ Ｍ４ ホームページ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｅｃｈ−ｍ４．ｃｏｍ／ｅｎｇ／ｔｍ４ｔｒａｎｓｐｏｒｔ／ｍｏｔｏ_ｗｈｅｅｌｍｏｔｏｒ／

しかしながら、従来のホイールインモータ（非特許文献１，２参照）は、駆動ユニットを軸方向、即ち、ハブベアリングやブレーキ等の車体側に、追加した構造を有しているため、構造の全長が延びてしまって外形も大きくなり、車両に搭載しづらいものになっていた。また、ホイールを、減速機を介さずに直接モータ軸に接続する構造になっていることから、車両として必要な駆動力を得ることができなかった。
この発明の目的は、外形が大きくならずに車両に搭載し易く、また、車両として必要な駆動力を得ることができるホイールインモータ取り付け構造を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明に係るホイールインモータ取り付け構造は、ホイールに内蔵され前記ホイールを駆動するホイールインモータと、前記ホイールと前記ホイールインモータの回転軸の間に配置した減速機と、前記減速機の前記ホイールが配置された側とは反対側に配置したブレーキユニットとを有している。

この発明によれば、ホイールと、ホイールに内蔵されホイールを駆動するホイールインモータの回転軸の間には、減速機が配置されており、減速機のホイールが配置された側とは反対側にはブレーキユニットが配置されている。このため、外形が大きくならずに車両に搭載し易く、また、車両として必要な駆動力を得ることができるホイールインモータ取り付け構造とすることができる。

以下、この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て説明する。
（第１実施の形態）
図１は、この発明の第１実施の形態に係るホイールインモータ取り付け構造を示す断面説明図である。図１に示すように、ホイールインモータ１０は、減速機１１と共に駆動ユニットを構成しており、車輪（ホイール）１２を駆動する。ホイールインモータ１０と減速機１１は、ブレーキユニット１３等と共に、ホイール１２に内蔵されている。

ホイール１２は、減速機１１の出力軸であるキャリア１４と一体化したハブ１５に取り付けられている。減速機１１は、太陽歯車（サンギヤ）１６、遊星歯車（プラネタリーギヤ）１７、リングギヤ１８、キャリア１４を有しており、サンギヤ１６に噛合するプラネタリーギヤ１７は、リングギヤ１８に噛合すると共に回転軸がキャリア１４に固定されている。サンギヤ１６は、ホイールインモータ１０のロータ１９と一体化したモータ回転軸１０ａの先端に設けられている。
従って、ホイールインモータ１０の駆動力は、モータ回転軸１０ａ、即ち、サンギヤ１６を介してプラネタリーギヤ１７に伝達され、プラネタリーギヤ１７は、自転しつつリングギヤ１８に沿って公転し、キャリア１４を回転させる。

ホイールインモータ１０及び減速機１１は、サスペンション（図示しない）に保持されたケース２０に格納されている。ケース２０の内面には、ホイールインモータ１０のステータ２１、リングギヤ１８及びハブベアリング２２が装着されている。ハブベアリング２２により、キャリア１４は回転自在に保持される。このケース２０の一端から、ハブ１５が、他端から、モータ回転軸１０ａに一体化して形成されブレーキユニット１３を構成するブレーキドラム１３ａが、それぞれ露出している。
このホイールインモータ１０は、内輪式構造を有しており、モータの駆動力が、モータ回転軸１０ａから減速機１１に伝達されて、キャリア１４を回転させ、キャリア１４と一体化したハブ１５に取り付けられたホイール１２を回転させる。

このように、ホイール１２は、減速機１１を介してホイールインモータ１０の出力軸（モータ回転軸１０ａ）に接続されており、この減速機１１の上流側、即ち、減速機１１のホイール１２が配置された側とは反対側に、ブレーキユニット１３が配置されている。つまり、ハブ１５とブレーキドラム１３ａの間に減速機１１が位置することになる。従って、ホイール１２の回転数に対し、ブレーキドラム１３ａの回転数を、減速比分、増速することができる。

この結果、外形が大きくならずに車両に搭載し易く、また、車両として必要な駆動力を得ることができるホイールインモータ取り付け構造を提供することができる。加えて、減速比分、ブレーキの回転体（ブレーキドラム１３ａ）の半径が倍加したのと同等の周速を得ることができるので、同一の制動力を得る場合には、ブレーキを小型化することができる。

図２は、図１のホイールインモータ取り付け構造を外輪式に適用した例を示す断面説明図であり、図３は、図１のホイールインモータ取り付け構造を内外輪式に適用した例を示す断面説明図である。
図２に示すように、外輪式構造の場合、ホイール１２の回転中心に配置されて、モータ回転軸３０の軸心を貫通する支軸３１を有すると共に、キャリア１４の代わりに、ハブと一体形成されたアウターレース３２を有している。その他の構成及び作用は、図１の内輪式構造の内部配置構造と同様である。

アウターレース３２は、支軸３１に、ハブベアリング３３を介して回転自在に装着されており、ケース３４から突出させた先端部にホイール１２が取り付けられている。ケース３４は、ハブベアリング２２が装着されず、アウターレース３２に対応した形状を有している他は、ケース２０と同様の構成及び作用を有している。
この外輪式構造の場合、モータの駆動力が、モータ回転軸３０から減速機１１に伝達されて、支軸３１を中心に、支軸３１の外周に配置されたアウターレース３２を回転させ、アウターレース３２に取り付けられたホイール１２を回転させる。

図３に示すように、内外輪式構造の場合、キャリア１４と一体化した回転軸３５と、回転軸３５の連結部３５ａに連結されて、回転軸３５を格納するケース３６の先端部３６ａ外周側に位置する回転部（アウターレース）３７を有している。ケース３６の先端部３６ａ外周側には、回転部３７を回転自在に保持する軸受け３８が設けられている。その他の構成及び作用は、図１の内輪式構造の内部配置構造と同様である。ケース３６は、ハブベアリング２２が装着されず、回転軸３５を格納すると共に軸受け３８及び回転部３７に対応した形状を有している他は、ケース２０と同様の構成及び作用を有している。回転部３７は、ハブと一体形成されており、回転部３７にホイール１２が取り付けられている。

この内外輪式構造の場合、モータの駆動力が、モータ回転軸１０ａから減速機１１に伝達されて、ケース３６内部の回転軸３５及びケース３６外周部の回転部３７を回転させ、回転部３７に取り付けられたホイール１２を回転させる。

（第２実施の形態）
図４は、この発明の第２実施の形態に係るホイールインモータ取り付け構造を示す断面説明図である。図４に示すように、ホイールインモータ４０は、モータ回転軸１０ａの代わりに、回転中心となる軸部４１ａの外周側に軸部４１ａと一体的にカップ状回転体４１ｂを形成したモータ回転軸４１を有している。このカップ状回転体４１ｂの内部に減速機１１を配置し、減速機１１をホイールインモータ４０の内部に格納すると共に、その状態でホイールインモータ４０全体を覆うケース４２が形成されている。その他の構成及び作用は、図１のホイールインモータ取り付け構造と同様である。

このホイールインモータ４０は、内輪式構造を有しており、モータの駆動力が、モータ回転軸４１から減速機１１に伝達されて、キャリア１４を回転させ、キャリア１４と一体化したハブ１５に取り付けられたホイール１２を回転させる。
このように、カップ状回転体４１ｂは、ブレーキユニット１３を構成するブレーキドラム１３ａを逆向きに延長した形状を有しており、カップ状回転体４１ｂとホイールインモータ４０のロータ１９が一体化されている。これにより、ホイールインモータ４０を外周部に配置し、それ以外の構成部品であって軸方向に配置されているハブベアリング２２、減速機１１及びブレーキユニット１３を、内周部に配置した内外二重構造を有することになり、減速機１１とホイールインモータ４０は、ケース４２の内外周部分に重ねた状態に近接配置されることになる。

従って、減速機１１に使用している潤滑油を介して、ホイールインモータ４０の放熱が可能になり、ホイールインモータ４０を冷却することができる。つまり、減速機１１に使用している潤滑油を、ホイールインモータ４０の冷却に使用することができる。この結果、ホイールインモータ４０の冷却能力を向上することができ、ホイールインモータ４０の小型化及び出力の増加を図ることができる。また、減速機１１の前後のシールを、モータ部の防水シールと共用することができる。

同様に、減速機１１に使用している潤滑油を、ハブベアリング２２の潤滑に使用することができる。この結果、ハブベアリング２２のベアリング回転能力を向上することができ、ベアリングの小型化を図ることができる。また、減速機１１の前後のシールを、ベアリング部の防水シールと共用することができる。
また、減速機１１とホイールインモータ４０を、ケース４２の内外周部分に重ねた状態に配置している、即ち、ホイールの軸方向に配置していたハブベアリング、減速機、モータ、ブレーキユニットの内、モータをその他の部品の外周部に配置している。この結果、モータのロータの内側に他の部品が配置されることにより、ホイールの軸方向の長さを、モータ配置分短縮することができる。

図５は、図４のホイールインモータ取り付け構造を外輪式に適用した例を示す断面説明図であり、図６は、図４のホイールインモータ取り付け構造を内外輪式に適用した例を示す断面説明図である。
図５に示すように、外輪式構造の場合、ホイール１２の回転中心に配置されて、モータ回転軸４１の軸心を貫通する支軸４５を有すると共に、キャリア１４の代わりに、ハブと一体形成されたアウターレース４６を有している。その他の構成及び作用は、図４の内輪式構造の内部配置構造と同様である。

アウターレース４６は、支軸４５に、ハブベアリング４７を介して回転自在に装着されており、ケース４８から突出させた先端部にホイール１２が取り付けられている。ケース４８は、ハブベアリング２２が装着されず、アウターレース４６に対応した形状を有している他は、ケース４２と同様の構成及び作用を有している。
この外輪式構造の場合、モータの駆動力が、モータ回転軸４１から減速機１１に伝達されて、支軸４５を中心に、支軸４５の外周に配置されたアウターレース４６を回転させ、アウターレース４６に取り付けられたホイール１２を回転させる。

図６に示すように、内外輪式構造の場合、キャリア１４と一体化した回転軸５０と、回転軸５０の連結部５０ａに連結されて、回転軸５０を格納するケース５１の先端部５１ａ外周側に位置する回転部（アウターレース）５２を有している。ケース５１の先端部５１ａ外周側には、回転部５２を回転自在に保持する軸受け５３が設けられている。その他の構成及び作用は、図１の内輪式構造の内部配置構造と同様である。ケース５１は、ハブベアリング２２が装着されず、回転軸５０を格納すると共に軸受け５３及び回転部５２に対応した形状を有している他は、ケース４２と同様の構成及び作用を有している。回転部５２は、ハブと一体形成されており、回転部５２にホイール１２が取り付けられている。

この内外輪式構造の場合、モータの駆動力が、モータ回転軸４１から減速機１１に伝達されて、ケース５１内部の回転軸５０及びケース５１外周部の回転部５２を回転させ、回転部５２に取り付けられたホイール１２を回転させる。

（第３実施の形態）
図７は、この発明の第３実施の形態に係るホイールインモータ取り付け構造を示す断面説明図である。図７に示すように、ケース６０は、カップ状回転体４１ｂの外側に配置されたホイールインモータ４０の全体に加えて、ブレーキドラム１３ａの全体も覆っている。その他の構成及び作用は、図４のホイールインモータ取り付け構造と同様である。
ケース６０は、ケース６０の内外周部分に重ねた状態に近接配置した減速機１１とホイールインモータ４０を覆うと共に、その状態で、ブレーキドラム１３ａも覆っている。つまり、上述した第２実施の形態におけるケース４２，４８，５１（図４〜６参照）では、ケース外に露出していたブレーキドラム１３ａが、ケース６０では、減速機１１とホイールインモータ４０と共にケース６０内に格納されている。

このホイールインモータ４０は、内輪式構造を有しており、モータの駆動力が、モータ回転軸４１から減速機１１に伝達されて、キャリア１４を回転させ、キャリア１４と一体化したハブ１５に取り付けられたホイール１２を回転させる。
従って、減速機１１に使用している潤滑油を介して、ブレーキの放熱が可能になり、潤滑油をブレーキの冷却に使用することができる。この結果、ブレーキの冷却能力を向上することができ、ブレーキの小型化及び制動性能を高めることができる。また、ホイールインモータ４０の外部に露出している回転物が無くなるので、サスペンション等との接続部（ボールジョイントやリンクブッシュ等）を簡易な構造にすることができる。

図８は、図７のホイールインモータ取り付け構造を外輪式に適用した例を示す断面説明図であり、図９は、図７のホイールインモータ取り付け構造を内外輪式に適用した例を示す断面説明図である。
図８に示すように、外輪式構造の場合、ホイール１２の回転中心に配置されて、モータ回転軸４１の軸心を貫通する支軸４５を有すると共に、キャリア１４の代わりに、ハブと一体形成されたアウターレース４６を有している。その他の構成及び作用は、図７の内輪式構造の内部配置構造と同様である。

アウターレース４６は、支軸４５に、ハブベアリング４７を介して回転自在に装着されており、ケース６１から突出させた先端部にホイール１２が取り付けられている。ケース６１は、ハブベアリング２２が装着されず、アウターレース４６に対応した形状を有している他は、ケース６０と同様の構成及び作用を有している。
この外輪式構造の場合、モータの駆動力が、モータ回転軸４１から減速機１１に伝達されて、支軸４５を中心に、支軸４５の外周に配置されたアウターレース４６を回転させ、アウターレース４６に取り付けられたホイール１２を回転させる。

図９に示すように、内外輪式構造の場合、キャリア１４と一体化した回転軸５０と、回転軸５０の連結部５０ａに連結されて、回転軸５０を格納するケース６２の先端部６２ａ外周側に位置する回転部（アウターレース）５２を有している。ケース６２の先端部６２ａ外周側には、回転部５２を回転自在に保持する軸受け５３が設けられている。その他の構成及び作用は、図７の内輪式構造の内部配置構造と同様である。ケース６２は、ハブベアリング２２が装着されず、回転軸５０を格納すると共に軸受け５３及び回転部５２に対応した形状を有している他は、ケース６０と同様の構成及び作用を有している。回転部５２は、ハブと一体形成されており、回転部５２にホイール１２が取り付けられている。

この内外輪式構造の場合、モータの駆動力が、モータ回転軸４１から減速機１１に伝達されて、ケース６２内部の回転軸５０及びケース５１外周部の回転部５２を回転させ、回転部５２に取り付けられたホイール１２を回転させる。
上述した第２実施形態及び第３実施形態に示す構成により、回転物のシールを、ホイール１２と接続する部位の一箇所にすることができる。

（第４実施の形態）
図１０は、この発明の第４実施の形態に係るホイールインモータ取り付け構造を示す断面説明図である。図１０に示すように、第３実施の形態（図７〜９参照）に係るホイールインモータ取り付け構造において、ブレーキユニット１３にはディスクブレーキが用いられ、ブレーキドラム１３ａに代えてディス６５が装着されている。
ホイールインモータ４０のモータ回転軸４１には、一体的にディスク６５が形成されており、このディスク６５をディスク両側から挟み込むブレーキキャリパ６６が、ケース６０（６１，６２、図７〜９参照）の最下部に配置されている。

つまり、第３実施の形態（図７〜９参照）に係るホイールインモータ取り付け構造において、ブレーキユニット１３にディスクブレーキを用いる場合、ブレーキキャリパ６６を車体（車体パネルＰ）の下方に配置する。この結果、ブレーキキャリパ６６のような突起物であっても、車体下方に配置するので車両搭載性が向上する。

（第５実施の形態）
図１１は、この発明の第５実施の形態に係るホイールインモータ取り付け構造を示し、（ａ）は全体断面説明図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大説明図である。図１１（ａ）に示すように、ホイールインモータの後方等に配置するブレーキユニット１３のブレーキ回転体（ディスクやドラム）に、フィン６７が装着されている。

例えば、内輪式構造のホイールインモータ１０（図１参照）の後端部外側にケース６８に覆われて配置されたブレーキユニット１３のブレーキドラム１３ａには、モータ側の面に、モータ冷却用のフィン６７が取り付けられている。また、ケース６８の車体上面側には、フィン６７によりモータに送り込まれてブレーキ回転体を冷却するためのる空気をケース６８内に取り込むための空気取入口６９ａが開けられており、ケース６８の下端面には、取り込んだ空気をケース６８外に排出するための空気排出口６９ｂが開けられている。

これにより、モータの回転によりブレーキ回転体が回転すると、外気が空気取入口６９ａからケース６８内に取り込まれてモータに吹き付けられ、その後、空気排出口６９ｂからケース６８外に排出される。
このように、フィン６７を設けたことにより、モータ後端等にブレーキユニットが配置され、モータの空気に晒される面積が減少してモータ冷却性能が低下したとしても、少ないモータ表面に車速以上の風速で外気風を当てることにより、モータの冷却能力を高めることができる。

また、モータの上面は車体側であって下面は地面側であることから、モータ付近の風の風速は上面の方が下面に比べ動圧分だけ静圧力が高く、静圧力の高い方から吸気することによりモータ表面に当てる風を早くすることができる。よって、フィン６７の空気取入口６９ａを車両上面側に設けたことにより、モータの冷却能力を高めることができる。なお、空気排出口６９ｂは、ケース６８の下端面に限らず、ケース６８の側面下端に開けても良く、或いは下端面と側面下端の双方に開けても良い（（ｂ）参照）。

このように、この発明によれば、ホイールと、ホイールに内蔵されホイールを駆動するホイールインモータの回転軸の間には、減速機が配置されており、減速機のホイールが配置された側とは反対側にはブレーキユニットが配置されているため、外形が大きくならずに車両に搭載し易く、また、車両として必要な駆動力を得ることができるホイールインモータ取り付け構造とすることができる。

この発明の第１実施の形態に係るホイールインモータ取り付け構造を示す断面説明図である。 図１のホイールインモータ取り付け構造を外輪式に適用した例を示す断面説明図である。 図１のホイールインモータ取り付け構造を内外輪式に適用した例を示す断面説明図である。 この発明の第２実施の形態に係るホイールインモータ取り付け構造を示す断面説明図である。 図４のホイールインモータ取り付け構造を外輪式に適用した例を示す断面説明図である。 図４のホイールインモータ取り付け構造を内外輪式に適用した例を示す断面説明図である。 この発明の第３実施の形態に係るホイールインモータ取り付け構造を示す断面説明図である。 図７のホイールインモータ取り付け構造を外輪式に適用した例を示す断面説明図である。 図７のホイールインモータ取り付け構造を内外輪式に適用した例を示す断面説明図である。 この発明の第４実施の形態に係るホイールインモータ取り付け構造を示す断面説明図である。 この発明の第５実施の形態に係るホイールインモータ取り付け構造を示し、（ａ）は全体断面説明図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大説明図である。

符号の説明

１０，４０ ホイールインモータ
１０ａ，３０，４１ モータ回転軸
１１ 減速機
１２ ホイール
１３ ブレーキユニット
１３ａ ブレーキドラム
１４ キャリア
１５ ハブ
１６ サンギヤ
１７ プラネタリーギヤ
１８ リングギヤ
１９ ロータ
２０，３４，３６，４２，４８，５１，６０，６１，６２，６８ ケース
２１ ステータ
２２，３３，４７ ハブベアリング
３１，４５ 支軸
３２，４６ アウターレース
３５，５０ 回転軸
３５ａ，５０ａ 連結部
３６ａ，５１ａ，６２ａ 先端部
３７，５２ 回転部
３８，５３ 軸受け
４１ａ 軸部
４１ｂ カップ状回転体
６５ ディスク
６６ ブレーキキャリパ
６７ フィン
６９ａ 空気取入口
６９ｂ 空気排出口
Ｐ 車体パネル

Claims (8)

1. ホイールに内蔵され前記ホイールを駆動するホイールインモータと、
   前記ホイールと前記ホイールインモータの回転軸の間に配置した減速機と、
   前記減速機の前記ホイールが配置された側とは反対側に配置したブレーキユニットと
   を有するホイールインモータ取り付け構造。
2. 前記ホイールインモータを外周部に配置する内外二重構造を有する請求項１に記載のホイールインモータ取り付け構造。
3. 前記減速機に使用している潤滑油を前記ホイールインモータの冷却に使用する請求項１または２に記載のホイールインモータ取り付け構造。
4. 前記減速機に使用している潤滑油を、前記ホイールを取り付けるハブを回転自在に保持するハブベアリングの潤滑に使用する請求項１から３のいずれか一項に記載のホイールインモータ取り付け構造。
5. 前記減速機に使用している潤滑油を、前記ブレーキユニットの冷却に使用する請求項１から４のいずれか一項に記載のホイールインモータ取り付け構造。
6. 前記ブレーキユニットのブレーキ回転体を冷却するための空気の取入口を車体上面側に設けた請求項１から５のいずれか一項に記載のホイールインモータ取り付け構造。
7. 前記ブレーキ回転体に、冷却用のフィンを設けた請求項請求項６に記載のホイールインモータ取り付け構造。
8. 前記ブレーキユニットにディスクブレーキを用い、ブレーキキャリパを車体下方に配置する請求項１から７のいずれか一項に記載のホイールインモータ取り付け構造。

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