JP2007253687A - インホイールモータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ベアリングに対し負担をかけず、かつ、ロータとステータとの位置関係を常に一定に保つことができるインホイールモータ構造を提供する。
【解決手段】自動車のホイール内に設置されるインホイールモータ構造において、インホイールモータは、車体側に固定され、インホイールモータのステータ１３を担持するステータ部１０と、インホイールモータのロータ２３を担持するロータ部１１と、ステータ部１０にロータ部１１を回転可能に接続するハブベアリング１８と、ハブベアリング１８の車幅方向外側に補助ベアリング２９とを備え、補助ベアリング２９の径方向における設置位置は、補助ベアリング２９の周速が補助ベアリング２９の使用可能な範囲内で、ハブベアリング１８の径方向における設置位置より径方向外側の位置とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、インホイールモータ構造に関する。

従来から、電気自動車やハイブリッド自動車等において、ホイール内にモータを配置するインホイールモータが一般的に知られている。図２に、従来のインホールモータの断面図を示す。図２に示すように、インホイールモータ３０は、ホイール３２内に設置されている。インホイールモータ３０は、主にロータ部３２とステータ部３３とにより構成されている。

ロータ部３２の径方向の中心部にはハブ３４が設置されている。また、ステータ部３３の径方向の中心部にはナックル３５が設置されている。ハブ３４とナックル３５との間にはハブベアリング３６が設置されており、これによりロータ部３２はステータ部３３に対し周方向に回転可能に取り付けられている。

しかし、図２に示すようなインホイールモータ構造では、車体の旋回時にタイヤが受ける横力によって、ハブベアリング３６のがたつきの分だけロータ部が傾くため、ロータ３７とステータ３８との位置関係を一定に保つことができず、振動の発生や出力の低下などの問題が発生する。

このため、ハブベアリング３６のがたつきを最小限に抑えるため、ステータ部３３とロータ部３２との間の径方向外側の車幅方向内側の部分にベアリング（以下、モータベアリング）を設置して、ロータ部３２をステータ部３３に対し周方向に回転可能に取り付けて、ロータ３７とステータ３８との位置関係を一定に保つ方法が知られている。すなわち、ハブベアリング３６の内径に比べてモータベアリングの内径が大きいため、ロータ部３２が傾くことを防ぎ、振動の発生や出力の低下などを防いでいる。このようなインホイールモータ構造の一例が下記特許文献１に開示されている。

特開２００３−３００４２０号公報（図１）

しかしながら、上記特許文献１に開示されているインホイールモータ構造は、ロータ部３２が傾くことを防ぐためにステータ部３３とロータ部３２との間の径方向外側の車幅方向内側の部分にモータベアリングを設置する構造であるため、車輪１回転あたりのモータベアリング内部のボールの回転速度（周速）が大幅に速くなり、このため高速走行時には、このボールが焼き付きを起こしてしまう虞がある。

具体的には、例として、モータベアリングに、仮に毎分１０００回転が限界の回転数であるボールベアリングを採用した場合、一般的な車両では、時速１００キロメートル程度までしか速度を出すことができない。

このことから、本発明は、ベアリングに対し負担をかけず、かつ、ロータとステータとの位置関係を常に一定に保つことができるインホイールモータ構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明（請求項１に対応）に係るインホイールモータ構造は、
自動車のホイール内に設置されるインホイールモータにおいて、
前記インホイールモータは、
車体側に固定され、前記インホイールモータのステータを担持するステータ部と、
前記インホイールモータのロータを担持するロータ部と、
前記ステータ部に前記ロータ部を回転可能に接続するハブ軸受と、
前記ハブ軸受の車幅方向外側に補助軸受と
を備え、
前記補助軸受の径方向における設置位置は、前記補助軸受の周速が該補助軸受の使用可能な範囲内で、前記ハブ軸受の径方向における設置位置より径方向外側の位置とする
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明（請求項２に対応）に係るインホイールモータ構造は、第１の発明に係るインホイールモータ構造において、前記ハブ軸受、及び、前記補助軸受は、ボールベアリングであることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明（請求項３に対応）に係るインホイールモータ構造は、第１の発明又は第２の発明に係るインホイールモータ構造において、前記補助軸受は、ブレーキディスクの車幅方向内側を向く凹部の内部に設置されることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第４の発明（請求項４に対応）に係るインホイールモータ構造は、第１の発明乃至第３の発明に係るインホイールモータ構造において、前記補助軸受は、ハブの最外周部を軸受面とするボールベアリングであることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第５の発明（請求項５に対応）に係るインホイールモータ構造は、第１の発明乃至第４の発明に係るインホイールモータ構造において、前記ステータ部と前記ロータ部との間に、異物の侵入を防ぐシール部材を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、自動車のホイール内に設置されるインホイールモータにおいて、インホイールモータは、車体側に固定され、インホイールモータのステータを担持するステータ部と、インホイールモータのロータを担持するロータ部と、ステータ部にロータ部を回転可能に接続するハブ軸受と、ハブ軸受の車幅方向外側に補助軸受とを備え、補助軸受の径方向における設置位置は、補助軸受の周速が補助軸受の使用可能な範囲内で、ハブ軸受の径方向における設置位置より径方向外側の位置とすることにより、ハブ軸受のがたつきによるロータ部の揺動を抑えることができるため、ロータ部の回転軸を一定に保つことができる。したがって、ロータとステータとの位置関係を常に一定に保つことができるため、インホイールモータの振動の発生や出力の低下などを防ぐことができる。

第２の発明によれば、第１の発明による効果に加え、ハブ軸受、及び、補助軸受は、ボールベアリングであることにより、ボールベアリングのボールの周速を使用可能な範囲内で使用することができるため、ボールベアリングに負担をかけることなくロータ部の回転軸を一定に保つことができる。したがって、ロータとステータとの位置関係を常に一定に保つことができるため、インホイールモータの振動の発生や出力の低下などを防ぐことができ、さらに、高速走行を可能とすることができる。

第３の発明によれば、第１の発明又は第２の発明による効果に加え、補助軸受は、ブレーキディスクの車幅方向内側を向く凹部の内部に設置されることにより、従来のインホイールモータの構造を大幅に変更することなく、ハブ軸受のがたつきによるロータ部の揺動を抑えることができるため、ロータ部の回転軸を一定に保つことができる。したがって、ロータとステータとの位置関係を常に一定に保つことができるため、インホイールモータの振動の発生や出力の低下などを防ぐことができる。

第４の発明によれば、第１の発明乃至第３の発明による効果に加え、ハブの最外周部（フランジ部）をボールベアリングの軸受とすることで、従来のインホイールモータの構造を大幅に変更することなく、ハブ軸受のがたつきによるロータ部の揺動を抑えることができるため、ロータ部の回転軸を一定に保つことができる。したがって、ロータとステータとの位置関係を常に一定に保つことができるため、インホイールモータの振動の発生や出力の低下などを防ぐことができる。

第５の発明によれば、第１の発明乃至第４の発明による効果に加え、ステータ部とロータ部との間に、異物の侵入を防ぐシール部材を備えたことにより、ロータ部とステータ部との位置関係を常に一定に保たれているため、シール部材に圧縮応力がかかりにくくなり、シール部材の劣化を抑制し、異物の進入防ぐ効果を長期間持続させることができる。

本発明に係るインホイールモータ構造の一実施形態について、図１を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態に係るインホイールモータの断面図である。なお、図中において、Ｉｎは車幅方向内側、すなわち、軸方向内側を示す。また、図１に示す本発明の一実施形態に係るインホイールモータの構造は回転軸において対称な構造となっている。

以下、本発明に係るインホイールモータ構造の概要について説明する。
本実施形態に係るインホイールモータは、主な構成として、車体側に固定されるステータ部と、このステータ部に対し回転可能に取り付けられるロータ部とからなる。

図１に示すように、ステータ部１０は、車輪の径方向の中心部にサスペンション等と結合されるナックル１２を備えている。ナックル１２は、強度の高い部材であり、このナックル１２でもって車体の荷重をインホイールモータ、ホイール、及び、タイヤ側に伝え、車体を支持している。

ナックル１２の車幅方向外側の側面には、ステータ１３を支持するステータ支持部材１４が設置されている。このステータ支持部材１４の形状は、径方向の中央部に穴が開いた円盤状になっている。ステータ支持部材１４の径方向外側の周縁部にはステータ１３が設置されている。このステータ１３は、円筒状の部材である。ステータ１３の径方向外側の周面にはコイル１５が巻かれた鉄心１６が設置されている。すなわち、この鉄心１６はコイル１５に電流が流れたときに磁界を発生する電磁石となっている。

ロータ部１１の径方向の中心部には、ロータ部１１をステータ部１０に取り付ける車軸１７が設置されている。この車軸１７の周面には、ロータ部１１をステータ部１０に対し、回転可能に取り付けるハブベアリング１８が設置されている。このハブベアリング１８は円筒形状になっている。

ハブベアリング１８のロータ部１１側の部材（以下、ハブ１９）と、ハブベアリング１８のステータ部１０側の部材（以下、ステータ部側ハブベアリング部材２０）との間には、ボール２１が設置されている。したがって、このボール２１により、ステータ部１０に対しロータ部１１を回転可能に取り付けることができる。つまり、このハブベアリング１８は、ボールベアリングである。

ハブ１９の車幅方向外側の側面には、ブレーキディスク２２が設置されている。このブレーキディスク２２は、車幅方向内側の中央部が凹部２２ａになっている。ブレーキディスク２２の車幅方向外側の側面には、ロータ２３を支持するロータ支持部材２４が設置されている。このロータ支持部材２４の形状は、径方向の中央部に穴が開いた円盤状２４ａになっており、中央部よりも周縁部が車幅方向外側に位置するように、径方向の中間部２４ｂが傾斜した形状となっている。

ロータ支持部材２４の径方向外側の周面には、ロータ２３が設置されている。このロータ２３は円筒状の部材である。ロータ２３の径方向の内周面には、磁石２５、又は、鉄板等が設置されている。すなわち、ロータ２３に設置された磁石２５、及び、鉄板は、ステータ１６に設置された鉄心１６と一定の間隔で対向するように設置されている。

ロータ２３とステータ１３との間には、ロータ２３とステータ１３との間に異物が入り込むことを防ぐダストシール２６，２７が設置されている。具体的には、ダストシール２６は、ロータ２３の車幅方向内側の内周に形成された凸部の車幅方向内側の側面２３ａと、ステータ１３の車幅方向内側に形成された凸部の車幅方向内側の側面１３ａとの間に設置されている。このロータ側ダストシール２６は、ロータ２３側に取り付けられて、ステータ１３側と２箇所で接している。

また、ダストシール２７は、ロータ２３の車幅方向外側の径方向の内側の車幅方向内側の側面２３ｂと、ステータ１３の車幅方向外側の側面１３ｂとの間にも設置されている。このステータ側ダストシール２７は、ステータ１３側に取り付けられて、ロータ２３側と２箇所で接している。

このように、ロータ側ダストシール２６、及び、ステータ側ダストシール２７は、２箇所のシール部が、異なる面で接しているため高いシール性を実現している。本実施形態では、ロータ側ダストシール２６、及び、ステータ側ダストシール２７が、課題を解決するための手段に記載するシール部材である。

以下、本発明に係るインホイールモータ構造の要部の構成について説明する。
ハブ１９は円筒状の形状になっており、車幅方向外側はフランジ部１９ａが形成されている。また、ステータ部側ハブベアリング部材２０は円筒状になっている。

ステータ部側ハブベアリング部材２０の周面と、ステータ支持部材１４の車幅方向外側の側面とに接して補助ベアリング支持部材２７が設置されている。この補助ベアリング支持部材２８は、ステータ部側ハブベアリング部材２０とステータ支持部材１４とに接する基部２８ａと、基部２８ａの径方向外側の周縁部を車幅方向外側に向け立ち上げた立ち上げ部２８ｂとからなっている。

ハブ１９のフランジ部１９ａの周面と、補助ベアリング支持部材２８の立ち上げ部２８ｂの車幅方向外側の内周面との間には、補助ベアリング２９が設置されている。この補助ベアリング２９は、ボールベアリングである。

補助ベアリング２９は、ブレーキディスク２２の車幅方向内側を向いた凹部２２ａの内側に設置されている。すなわち、従来、部品が設置されていない空間であったブレーキディスク２２の車幅方向内側の凹部２２ａを利用して補助ベアリング２８を設置している。

また、補助ベアリング２９の径方向における設置位置は、ハブベアリング１８の径方向における設置位置よりも、径方向外側に位置している。このため、ハブベアリング１８のがたつきによるロータ部１１の揺動を効果的に抑制することができる。なお、補助ベアリング２９の径方向における設置位置は、補助ベアリング２９のボール２１の周速が補助ベアリング２９の使用可能な範囲内で可能な限り径方向外側に設置するものとする。

ここで、本実施形態では、補助ベアリング２９のボール２１の周速が補助ベアリング２９の使用可能な範囲内とは、例えば、仮にボール２１の回転数が毎分１０００回転を限界値とするボールベアリングの場合には、それ以下の回転数で使用できる範囲内のことを意味する。

したがって、補助ベアリング２９を設置したことにより、ハブベアリング１８のがたつきによるロータ部１１の揺動を抑えることができるため、ロータ部１１の回転軸を一定に保つことができる。したがって、ロータ２３とステータ１３との位置関係を常に一定に保つことができる。

さらに、ステータ１３とロータ１３との間のロータ側ダストシール２６、及び、ステータ側ダストシール２７にも圧縮応力がかかりにくくなるため、ロータ側ダストシール２６、及び、ステータ側ダストシール２７の劣化を抑制することもできる。

なお、本実施形態では、ハブベアリング１８にボール２１を２個設置しているが、補助ベアリング２９を設けたことにより、ハブベアリング１８に使用するボール２１を、従来設置していたボールよりも大きなボールとし、設置個数を１個とした場合であっても、ハブベアリング１８のがたつきを抑えることができ、なおかつ十分な耐久性を確保することができる。

また、補助ベアリング２９の設置位置は、ハブベアリング１８の設置位置よりも車幅方向外側であればハブベアリング１８の揺動を抑えることができる。このため、本実施形態では補助ベアリング２９の設置位置をハブベアリング１８の設置位置よりも径方向外側に位置させたが、ハブベアリング１８と径方向におけるほぼ同じ位置に設置してもよい。

すなわち、車両のホイール形状や、それに伴うインホイールモータの形状変更に合わせて、補助ベアリング２９の設置位置を、ハブベアリング１８よりも車幅方向外側の位置で、かつ、補助ベアリング２９のボールの周速が使用可能な範囲内にありさえすれば、設置位置を自由に設定することが可能である。

また、本実施形態では、ハブベアリング１８、及び、補助ベアリング２９にボールベアリングを用いたが、これ以外にも、セラミック軸受や流体軸受等の軸受を用いることも可能である。本実施形態では、ハブベアリング１８、及び、補助ベアリング２９が、課題を解決するための手段に記載するハブ軸受、及び、補助軸受である。

このように、本発明に係るインホイールモータ構造によれば、自動車のホイール内に設置されるインホイールモータにおいて、インホイールモータは、車体側に固定され、インホイールモータのステータ１３を担持するステータ部１０と、インホイールモータのロータを担持するロータ部１１と、ステータ部１０にロータ部１１を回転可能に接続するハブベアリング１８と、ハブベアリング１８の車幅方向外側に補助ベアリング２９とを備え、補助ベアリング２９の径方向における設置位置は、補助ベアリング２９の周速が使用可能な範囲内で、ハブベアリング１８の径方向における設置位置より径方向外側の位置とすることにより、ハブベアリング１８のがたつきによるロータ部１１の揺動を抑えることができるため、ロータ部１１の回転軸を一定に保つことができる。したがって、ロータ２３とステータ１３との位置関係を常に一定に保つことができるため、インホイールモータの振動の発生や出力の低下などを防ぐことができる。

また、ハブベアリング１８、及び、補助ベアリング２９は、ボールベアリングであることにより、ボールベアリングのボール２１の周速を使用可能な範囲内で使用することができるため、ボールベアリングに負担をかけることなくロータ部１１の回転軸を一定に保つことができる。したがって、ロータ２３とステータ１３との位置関係を常に一定に保つことができるため、インホイールモータの振動の発生や出力の低下などを防ぐことができ、さらに、高速走行を可能とすることができる。

また、補助ベアリング２９は、ブレーキディスク２２の車幅方向内側を向く凹部の内部に設置されることにより、従来のインホイールモータの構造を大幅に変更することなく、ハブベアリング１８のがたつきによるロータ部１１の揺動を抑えることができるため、ロータ部１１の回転軸を一定に保つことができる。したがって、ロータ２３とステータ１３との位置関係を常に一定に保つことができるため、インホイールモータの振動の発生や出力の低下などを防ぐことができる。

また、ハブ１９の最外周部（フランジ部１９ａ）をボールベアリングの軸受とすることで、従来のインホイールモータの構造を大幅に変更することなく、ハブベアリング１８のがたつきによるロータ部１１の揺動を抑えることができるため、ロータ部１１の回転軸を一定に保つことができる。したがって、ロータ２３とステータ１３との位置関係を常に一定に保つことができるため、インホイールモータの振動の発生や出力の低下などを防ぐことができる。

また、ステータ１３とロータ２３との間に、異物の侵入を防ぐロータ側ダストシール２６、及び、ステータ側ダストシール２７を備えたことにより、ロータ２３とステータ１３との位置関係を常に一定に保たれているため、ロータ側ダストシール２６、及び、ステータ側ダストシール２７に圧縮応力がかかりにくくなり、ロータ側ダストシール２６、及び、ステータ側ダストシール２７の劣化を抑制し、異物の進入防ぐ効果を長期間持続させることができる。

本発明の一実施形態に係るインホールモータの断面図である。 従来のインホールモータの断面図である。

符号の説明

１０ ステータ部
１１ ロータ部
１２ ナックル
１３ ステータ
１４ ステータ支持部材
１５ コイル
１６ 鉄心
１７ 車軸
１８ ハブベアリング（ハブ軸受）
１９ ハブ
１９ａ ハブフランジ部
２０ ステータ部側ハブベアリング部材
２１ ボール
２２ ブレーキディスク
２３ ロータ
２４ ロータ支持部材
２５ 磁石
２６ ロータ側ダストシール（シール部材）
２７ ステータ側ダストシール（シール部材）
２８ 補助ベアリング支持部材
２９ 補助ベアリング（補助軸受）

Claims (5)

1. 自動車のホイール内に設置されるインホイールモータにおいて、
   前記インホイールモータは、
   車体側に固定され、前記インホイールモータのステータを担持するステータ部と、
   前記インホイールモータのロータを担持するロータ部と、
   前記ステータ部に前記ロータ部を回転可能に接続するハブ軸受と、
   前記ハブ軸受の車幅方向外側に補助軸受と
   を備え、
   前記補助軸受の径方向における設置位置は、前記補助軸受の周速が該補助軸受の使用可能な範囲内で、前記ハブ軸受の径方向における設置位置より径方向外側の位置とする
   ことを特徴とするインホイールモータ構造。
2. 請求項１に記載のインホイールモータ構造において、
   前記ハブ軸受、及び、前記補助軸受は、ボールベアリングである
   ことを特徴とするインホイールモータ構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載のインホイールモータ構造において、
   前記補助軸受は、ブレーキディスクの車幅方向内側を向く凹部の内部に設置される
   ことを特徴とするインホイールモータ構造。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインホイールモータ構造において、
   前記補助軸受は、ハブの最外周部を軸受面とするボールベアリングである
   ことを特徴とするインホイールモータ構造。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインホイールモータ構造において、
   前記ステータ部と前記ロータ部との間に、異物の侵入を防ぐシール部材を備える
   ことを特徴とするインホイールモータ構造。

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