JP2008230495A - インホイールモータ - Google Patents

Abstract

【課題】サスペンション装置から外力を受けた場合でも、インホイールモータのロータとステータのギャップ変化を防止して、ギャップを一定に保ち、安定した駆動力を発生できるインホイールモータを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、モータ５０を収容してアクスルの一部を構成し、サスペンションアーム６１、６２と結合されるモータハウジング４０を有するインホイールモータ１００、１００ａ、１００ｂであって、
前記モータのステータ１０とロータ２０の間に軸受け３０を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータをホイールの中に収容するインホイールモータに関し、特に、モータハウジングがサスペンションアームと連結されるインホイールモータに関する。

従来から、モータを収容するモータケースの一部がアクスルと一体化しており、ロータの回転によりホイールを駆動するインホイールモータが知られている。

かかるインホイールモータにおいて、車両の走行中に、電動輪が路面状態等に応じて車体の上下方向に振動を受けたときに、インホイールモータがダンパーマスとして作用し、これにより、別途設けられたダンパーが車体の上下方向に変形し、電動輪の振動と位相のずれたインホイールモータの振動を発生させ、電動輪が受けた振動をインホイールモータに相殺させるようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２３８９３５号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、振動が大きすぎてモータケースが変形し、収容しているモータに悪影響を及ぼすような場合までは考慮しておらず、従って、そのような大きな外力によりモータケースが変形した場合、ロータとステータのギャップが変化し、所定のモータ駆動制御ができない場合がある。

そこで、本発明は、サスペンション装置から外力を受けた場合でも、インホイールモータのロータとステータのギャップ変化を防止して、ギャップを一定に保ち、安定した駆動力を発生できるインホイールモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係るインホイールモータは、モータを収容してアクスルの一部を構成し、サスペンションアームと連結されるモータハウジングを有するインホイールモータであって、
前記モータのステータとロータの間に軸受けを設けたことを特徴とする。

これにより、サスペンション装置からモータハウジングが外力を受けても、ステータとロータとの間のギャップを常に一定に保つことができ、外力の影響を受けずに安定した駆動力を発生させることができる。

第２の発明は、第１の発明に係るインホイールモータにおいて、前記軸受けは、前記ステータの軸方向の端部に設けられたことを特徴とする。

これにより、軸受けにかかる力を軸方向に対照的にバランス良く配分することができ、より安定した駆動力を発生させることができる。

第３の発明は、前記軸受けは、前記ステータの電磁鋼板により直接保持されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のインホイールモータ。

これにより、ステータの鉄心部分を減少させることなく、軸受け保持部と兼用させることができる。

本発明によれば、サスペンションアームからインホイールモータのモータハウジングに外力が入力されても、モータのステータとロータ間のギャップを変形させることなく安定した駆動力を発生させることができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明を適用した実施例に係るインホイールモータ１００の構成図である。図1（ｂ）は、本実施例に係るインホイールモータ１００の側断面図を示し、図１（ａ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ断面で切った正面断面図を示した図である。

図１（ｂ）において、本実施例に係るインホイールモータ１００の主要構成要素は、モータ５０とモータハウジング４０であり、モータ５０をモータハウジング４０が収容することにより構成されている。

モータ５０は、ステータ１０と、ロータ２０と、軸受け３０により構成されている。モータハウジング４０は、モータ５０を収容するモータハウジング部４３と、ステアリングナックルを兼ねるステアリングナックル部４１、４２とから構成されている。ステアリンングナックル部４１、４２は、サスペンションアーム６１、６２と接続されて、サスペンションアーム６１、６２からの外力が入力されるようになっている。

まず、本実施例に係るインホイールモータ１００について、全体の構成要素及び動力伝達機構について、説明を行う。

ステータ１０は、回転磁界を発生させ、ロータ２０を回転駆動させる手段である。ステータ１０は、モータハウジング４０のモータハウジング部４３に収容されている。図１においては、ステータ１０は、ボルト１５により締結され、モータハウジング４０に固定されている。

ステータ１０は、ステータ本体の鉄心は、例えば電磁鋼板等で形成され、高磁性体で構成されてよい。また、ステータ１０は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図に示すように、鉄心内部に例えばスロット１１の空間が形成され、このスロット１１内にコイル巻き線１２が巻回されてよい。このコイル巻き線１２に電流を流すことにより、ロータ２０を回転させる回転磁界を発生させることができる。

また、ステータ１０は、図１（ｂ）に示すように、ステータ１０の軸方向端部にコイルエンド１３が形成されていてよい。コイルエンド１３は、図１（ｂ）に示すように、ステータ１０の軸方向端部、半径方向略中央部に水平窪みが形成され、そこに配置されるように構成されてもよい。これにより、コイルエンド１３が形成する軸方向の突起部分の長さを短くすることができるため、ステータ１０の鉄心部分のロータ２０に対向する軸方向の長さを可能な限り長く取りながらも、ステータ１０全体の軸方向の長さは短く構成することができる。

ロータ２０は、ステータ１０により形成された回転磁界により回転して、回転駆動力を発生させる部材である。ロータ２０は、図１（ｂ）に示すように、その円筒外側のステータ１０と対向する部分が、例えば永久磁石２１で構成されてもよく、この磁力によりステータの発生する回転磁界変化に応じて回転駆動させられてよい。

また、ロータ２０は、軸受け３０により、支持されて回転する。この点の構成についての詳細は、後述する。ロータ２０の回転出力は、出力軸２２に回転駆動力として出力される。出力軸２１から出力された回転駆動力は、減速機７０に伝達される。

軸受け３０は、ロータ２０と接触して、ロータ２０の荷重を支持するための部材である。本実施例に係るインホイールモータ１００では、軸受け３０は、ロータ２０の回転軸２２の部分ではなく、ステータ１０とロータ２０との間に設けられている。なお、この点の詳細については、後述する。

カバー５１は、モータ５０をモータハウジング４０に収容したときの蓋の役割を果たす部材であり、ボルト等でモータハウジング４０に固定されてよい。

減速機７０は、ロータ２０が出力軸２２から出力した回転駆動力を、減速してホイール２００に伝えるための動力伝達機構である。図１における減速機７０は、サンギア７１と、プラネタリギア７２と、リングギア７３とから構成される。

サンギア７１は、ロータ２０の出力軸２２から出力された回転駆動力を、外側に配置されたプラネタリギア７２に伝達する。プラネタリギア７２の外側に配置されたリングギア７３が固定されており、プラネタリギア７２の回転を支持する。サンギア７１からプラネタリギア７２に回転が伝達される際に、そのギア比により減速がなされる。減速されたプラネタリギア７２の回転駆動力は、プラネタリギア７２に固定されているキャリア７４を介して、キャリア出力軸８０に伝達される。

キャリア出力軸８０は、アクスルベアリング８１及びアウターレース８２により支持されている。また、キャリア出力軸８０には、ホイールハブ８３が固定されている。従って、キャリア７４を介してキャリア出力軸８０に伝達された回転駆動力は、ホイールハブ８３に伝達される。

ホイールハブ８３には、ホイールディスク９０が固定されており、キャリア出力軸８０の回転駆動力は、ホイールディスク９０に伝達される。

ホイールディスク９０は、ディスク部９１と、リム部９２とから構成される。ディスク部９１は、ボルト８４により、ホイールハブ８３に固定されており、キャリア出力軸８０からホイールハブ８３に伝達された回転駆動力を、ホイール２００に伝達する。

リム部９２は、その外側にタイヤ１１０を支持し、インホイールモータ１００で発生した回転駆動力を、最終出力手段であるタイヤ１１０に伝える役割を果たす。

このようにして、本実施例に係るインホイールモータ１００においては、モータ５０で発生した回転駆動力が、タイヤ１１０に伝えられる。

また、インホイールモータ１００の内側には、ブレーキロータ１２０が設けられ、制動時には、ブレーキロータ１２０にブレーキパッド１２１、１２２が力を加えて、ブレーキを掛けることができるように構成されている。

次に、上述のような構成を有するインホイールモータ１００において、モータハウジング４０とモータ５０との関係について説明を行う。

上述のように、図１（ｂ）において、モータハウジング４０は、モータ５０を収容するモータハウジング部４３と、ステアリングナックルを兼ねるステアリングナックル部４１、４２とで一体的に構成されている。これは、インホイールモータ１００の場合、各ホイール２００にモータ５０及びモータ部品を収容するため、各ホイール２００の部品点数が多くなってしまい、モータハウジング４０とステアリングナックル４１、４２を別々に構成するだけのスペースが取れず、一体化構成にせざるを得ないからである。

一方、ステアリンングナックル部４１、４２は、上部ステアリングナックル部４１と、下部ステアリングナックル部４２とから構成されている。そして、上部ステアリングナックル部４１がアッパーアーム６１と、下部ステアリングナックル部４２がロアアーム６２と連結されている。各々の連結は、例えばボールジョイント等を用いて、回動可能に連結されてよい。また、サスペンションアーム６１、６２は、サスペンション装置（図示せず）の一部を構成し、他端は車体（図示せず）と接続されて、回動自在に車体と連結されて車体を支持する。

このように、モータハウジング４０が、ステアリングナックル部４１、４２と一体的に構成されている場合には、ステアリングナックル部４１、４２は、サスペンションアーム６１、６２と直接連結されることになる。よって、サスペンションアーム６１、６２からの振動等に起因する外力が、ステアリングナックル部４１、４２から入力されたときには、一体的に構成されているモータハウジング部４３が変形してしまい、モータ５０に外力を与えてしまうおそれがある。一般的に、モータ５０のステータ１０とロータ２０との間隙は、０．５〜１．０ｍｍ程度の大きさであり、極めて微妙なクリアランス調整により、良好な回転を保っている。従って、モータハウジング４０が変形してステータ１０に外力を与えると、トルク変動や振動が発生する場合がある。また、モータハウジング４０は、モータハウジング部４３とステアリングナックル部４１、４２を一体的に構成する複雑な形状をしているので、鍛造品で形成するのは困難な場合があり、アルミ等の鋳造品で形成される場合も多い。かかる場合には、モータハウジング４０自体の強度もあまり強くはなく、従って、サスペンションアーム６１、６２からの入力を緩衝なく直接的に伝えてしまう場合も多いと考えられる。

そこで、本実施例に係るインホイールモータ１００においては、モータ５０を以下のような構成とし、かかる問題を解決している。

まず、ステータ１０は、モータハウジング４０のモータハウジング部４３の内周に接触して固定されており、モータハウジング４０とモータ５０の軸は同軸に構成されている。固定は、例えば、ボルト１５等により締結固定されてもよいが、他の手段により固定されてもよい。

そして、ステータ１０は、その内周部分に軸受け３０を支持しており、この軸受け３０を介してロータ２０を支持する。これにより、ステータ１０とロータ２０との間の隙間距離（ギャップ）が軸受け３０により固定され、ステータ１０の外周側から外力が加わっても、内周側は軸受け３０によりギャップが一定に保たれることになる。

また、ステータ１０は、軸受け３０の支持部分１４が形成され、軸受け３０を支持するように構成されてよい。本実施例に係るインホイールモータ１００は、ステータ１０の内側に軸受け３０を設け、軸受け３０によりロータ２０を支持する構成としている。従って、ステータ１０は、軸受け３０を固定支持できるように、軸受け３０を支持する部分はやや半径方向内側に水平に窪んだ平面窪み部分を形成してよく、これにより、ベアリング等で構成される軸受け３０を支持してよい。

なお、ステータ１０による軸受け３０の支持は、ステータ１０の鉄心部分を構成する電磁鋼板により直接的に接触して支持するようにしてよい。つまり、本実施例に係るインホイールモータ１００では、ステータ１０の鉄心部分を減少させることなく、直接的に電磁鋼板の部分で軸受け３０を支持してよい。これにより、発生させる界磁力を減少させることなく、ギャップ変化を防止し、安定した回転出力を得ることができる。

一方、軸受け３０は、回転するロータ２０に接触してロータ２０の荷重を受ける役割を果たし、上述のように、ステータ１０と、ロータ２０との間に設けられてよい。一般的には、モータ５０のロータ２０の回転荷重を受ける軸受けは、ロータの回転軸２２の部分に配置される場合が多いが、本実施例に係るインホイールモータ１００では、軸受け３０をステータ１０とロータ２０との間に設け、ステータ１０が軸受け３０を支持し、軸受け３０がロータ２０を支持する構造としている。これにより、軸受け３０は、ステータ１０とロータとの間の支柱的な役割をも果たし、ステータ１０とロータ２０との間の間隔の長さ（ギャップ）は、軸受け３０により常に一定に保たれることになる。

なお、軸受け３０は、通常のボールベアリング等の転がり軸受けや、他の滑り軸受け等、適宜適切なベアリング装置が適用されてよく、その用途に応じて種々の態様の軸受け３０を適用してよい。

また、軸受け３０は、ステータ１０の回転軸方向の端部に配置されることが好ましい。このようにすれば、ステータ１０の軸方向の長さを最大限利用して、中心に対してほぼ左右対称な安定した力を加えることができ、安定したロータ２０の回転を得ることができる。

次に、本実施例に係る変形例について説明する。図２は、図１とは異なる態様の実施例に係るインホイールモータ１００ａの構成を示した図である。図２（ｂ）は、本実施例に係るインホイールモータ１００ａの側断面図である、図２（ａ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａ断面で切った正面断面図である。

図２（ｂ）において、本実施例に係るインホイールモータ１００ａは、ステータ１０ａ及びコイルエンド１３ａの位置が異なっている点で、図１に係るインホイールモータ１００と異なっている。

図１に係るインホイールモータ１００においては、ステータ１０の形状が、回転軸方向に平行に、径方向略中央部に凹部が形成された略Ｈ型形状となっており、コイルエンド１３が、やや回転軸方向の内側の凹部に入り込んでいた形状となっていた。

一方、図２に係るインホイールモータ１００ａにおいては、ステータ１０が回転軸方向については凹部等の設けられていない円筒型となり、コイルエンド１３ａは、そのまま円筒型のステータ１０に設けられた形状となっている。インホイールモータ１００ａの内側の張り出しスペースに余裕の無い場合は、図１に係るインホイールモータ１００のように、コイルエンド１３の張り出しを無くすることが好ましい。しかしながら、スペースよりも、ステータ１０の加工の容易さを優先したい場合には、図２に係るインホイールモータ１００ａのように、ステータ１０に余分な加工を加えない構成とすることが好ましい。

本実施例に係るステータ１０ａ及びコイルエンド１３ａにより、加工を容易に構成しつつも、図１に係る実施例と同様に、サスペンション６１、６２から外力の入力があっても、ステータ１０とロータ２０とのギャップを一定に保つという優れた効果が得られる。

なお、他の構成要素については、図１に係るインホイールモータ１００における説明と同様であるので、その説明を省略する。

次に、図３を用いて、図１及び図２とは異なる態様の実施例に係るインホイールモータ１００ｂについて説明する。

図３は、図１及び図２とは異なる態様の実施例に係るインホイールモータ１００ｂの概略構成図である。図３（ｂ）は、本実施例に係るインホイールモータ１００ｂの側断面図であり、図３（ａ）は、本実施例に係るインホイールモータ１００ｂの正面図である。

図３に係る実施例のインホイールモータ１００ｂにおいては、図３（ｂ）に示すように、ステータ１０ｂのコイルエンド１３ｂを含む外側の鉄心部分１６の軸方向の長さがロータ２０に比較して短くなり、ロータ２０と対向している内側の鉄心部分１７はロータ２０と略同じ長さとなっている。また、軸受け３０は、内側の長いステータ１０の鉄心部分１７を構成する部分の軸方向の端部内側に設けられている。

このように、ロータ２０に対向する部分については、略ロータ２０と同じ長さになるように構成し、コイル巻き線の鉄心部分については、必要な界磁力を発生するのに足るだけの必要最小限の長さとして構成してもよい。なお、ステータ１０ｂの鉄心１６、１７は、一体構成であってよい。

本実施例によれば、ロータ２０の支持については、ロータ２０の端部で軸受け３０による支持が可能に構成して、安定した回転が得られるようにするとともに、磁力発生部分については、余分な鉄心と巻き線を使わずにコンパクトに構成した鉄心を適用することができる。

図３（ａ）に示したインホイールモータ１００ｂの正面図は、図１（ａ）及び図２（ａ）では正面断面図が示されていたのに対し、カバー５１がモータ５０に覆われた状態の正面図が示されている点で異なっているが、実質的な変更点は無い。

また、他の構成要素については、図１及び図２における今までの説明と同様であるので、その説明を省略する。

図１乃至図３において説明したように、本実施例に係るインホイールモータ１００、１００ａ、１００ｂにおいては、ステータ１０、１０ａ、１０ｂの形状等については、種々の変形が可能である。いずれの実施例においても、ステータ１０、１０ａ、１０ｂとロータ２０との間に軸受け３０を配置することにより、サスペンションアーム６１、６２からの入力によるモータハウジング４０の変形の影響を受けないインホイールモータ１００、１００ａ、１００ｂとして構成することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本発明を適用した実施例に係るインホイールモータ１００の構成図である。図１（ａ）は、インホイールモータ１００の正面断面図を示した図である。図1（ｂ）は、本実施例に係るインホイールモータ１００の側断面図である。 図１とは異なる態様の実施例に係るインホイールモータ１００ａの構成を示した図である。図２（ａ）は、本実施例に係るインホイールモータ１００ａの正面断面図である。図２（ｂ）は、本実施例に係るインホイールモータ１００ａの側断面図である。 図１及び図２とは異なる態様の実施例に係るインホイールモータ１００ｂの概略構成図である。図３（ａ）は、本実施例に係るインホイールモータ１００ｂの正面図である。図３（ｂ）は、本実施例に係るインホイールモータ１００ｂの側断面図である。

符号の説明

１０ ステータ
１１ スロットル
１２ コイル巻き線
１３、１３ａ、１３ｂ コイルエンド
１４ 軸受け支持部分
１５、８４ ボルト
１６、１７ 鉄心
２０ ロータ
２１ 永久磁石
２２ 出力軸
３０ 軸受け
４０ モータハウジング
４１、４２ ステアリングナックル部
４３ モータハウジング部
５０ モータ
５１ カバー
６１、６２ サスペンションアーム
７０ 減速機
７１ サンギア
７２ プラネタリギア
７３ リングギア
７４ キャリア
８０ キャリア出力軸
８１ アクスルベアリング
８２ アウターレース
８３ ホイールハブ
９０ ホイールディスク
９０ａ ディスク部
９０ｂ リム部
１００、１００ａ、１００ｂ インホイールモータ
１１０ タイヤ
１２０ ブレーキロータ
１２１、１２２ ブレーキパッド
２００、２００ａ、２００ｂ ホイール

Claims (3)

1. モータを収容してアクスルの一部を構成し、サスペンションアームと連結されるモータハウジングを有するインホイールモータであって、
   前記モータのステータとロータの間に軸受けを設けたことを特徴とするインホイールモータ。
2. 前記軸受けは、前記ステータの軸方向の端部に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のインホイールモータ。
3. 前記軸受けは、前記ステータの電磁鋼板により直接保持されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のインホイールモータ。

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