JP2009090736A - インホイールモータ - Google Patents

Abstract

【課題】より良好な冷却性能を確保し、信頼性を高めることができるインホイールモータを提供すること。
【解決手段】本発明によるインホイールモータ１は、車輪毎の回転電機２を車輪の内周側に備えるインホイールモータであって、車輪の外周側を外包する外包部材３１にインホイールモータ１に対して送風を行う送風手段３２を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、乗用車、バス、トラック等の自動車に適用されて好適な、インホイールモータに関する。

従来から、車両の車体側の駆動源であるモータを車体側から車輪を構成するホイールの内周側に配置転換して、車体内のスペースの有効活用、ホイールの内周側の余剰スペースの有効活用、車体の低床化やドライブシャフトやデファレンシャルギヤ等の駆動力伝達装置の省略や車輪毎の回転数やトルクのきめ細かい制御あるいは車両姿勢の制御等を目的として、特許文献１に記載されているように、車輪毎の回転電機を、車輪を構成するホイールの内周側に備えたインホイールモータが提案されている。
特開２００６−１６６５５４号公報

このようなインホイールモータにおいては、回転電機のステータやコイルから発生する熱をインホイールモータのハウジングを介して走行風により冷却しているが、インホイールモータは車輪とともにその上半分がほぼ半円筒状のホイールハウスにより外包されており、下半分を冷却する走行風に比べて、上半分を冷却する走行風の流速は低くなり、回転電機の上半分におけるインホイールモータの冷却効率を高くすることができなかった。これを解消するために、例えば特許文献１に記載されているように、車体側に送風機を備え、この送風機の発生する冷却風を、車体側からインホイールモータに向けて設けられたダクトを介して回転電機の内部に送風することが提案されている。

ところが、このようなインホイールモータにおいては、車体側とインホイールモータを連通するダクトを車体側から車輪にかけて設ける必要が生じて、車体に対して車輪がバウンド、リバウンドすること、及び、車体に対して車輪が操舵時に偏軌してホイールハウスと車輪との間隙が変化することを考慮した上でダクトを構成する必要が生じ、ダクトに高い信頼性と耐久性が求められるという問題が生じた。さらに、回転電機の内部に送風を行うため、砂利や雪等の異物がモータのステータとロータの間に入り込み、ステータ及びロータの絶縁性能の低下や破損を防止するための考慮が必要で、これも信頼性が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記問題に鑑み、より良好な冷却性能を確保し、信頼性を高めることが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。

上記の問題を解決するため、本発明によるインホイールモータは、
車輪毎の回転電機を当該車輪の内周側に備えるインホイールモータであって、
前記車輪の外周側を外包する外包部材に前記インホイールモータに対して送風を行う送風手段を備えることを特徴とする。

なお、回転電機とは回転子と固定子を備えるものであれば、モータに限らず、発電機、速度発電機をも含む概念である。なお、前記回転子はロータのことであり、前記固定子はステータを指し、前記車輪はホイール及びタイヤを示す。また、前記外包部材は前記車輪を径方向及び軸方向に所定の間隙を有して外包するものであって典型的には車体側のホイールハウスを指す。

ここで、
前記インホイールモータにおいて、
前記外包部材が、前記車輪の中心軸よりも上方側を外包することを特徴としてもよい。

これによれば、前記外包部材が前記車輪の中心軸よりも上方側を外包している形態の前記インホイールモータにおいては、当該インホイールモータの下半分を冷却する走行風に比べて、上半分を冷却する走行風の流速は低くなるところを、前記送風手段により、当該インホイールモータの上半分に強制的に送風して冷却することができるので、前記ホイールハウス内の冷却風の風速を均一化するとともに、当該インホイールモータを上半分と下半分とでむらなく冷却することができ、当該インホイールモータの冷却効率を高くすることができる。

加えて、特許文献１に記載されているような従来技術のように、車体側とインホイールモータを連通するダクトを車体側に設ける必要を廃することができるので、車体に対して車輪がバウンド、リバウンドすること、車体に対して車輪が操舵時に偏軌してホイールハウスと車輪との間隙が変化することを考慮した上でダクトを構成する必要をも廃して、ダクトに高い信頼性と耐久性を要求する必要性をも廃することができる。

さらに、回転電機の内部に送風を行う必要性を廃しているため、砂利や雪等の異物が回転電機の固定子と回転子の間に入り込み、固定子及び回転子の絶縁性能の低下や破損を招くことをも防止することができ、信頼性を高めることができる。

また、前記車輪側に前記送風手段を備えることに比べて、当該送風手段に電源を供給する配線と、当該送風手段を制御する制御配線を前記車輪と車体側との間すなわちホイールハウス内に設ける必要を廃することができるので、飛石等によりこれらの配線が損傷することを防止することができ、配線を廃することにより、ホイールハウス内の設計要件を減らして設計の自由度を高めることができる。これとともに、前記送風手段の重量を車体側に負担させることにより、バネ下質量を低下させて、前記車両の乗り心地や走行安定性を高めることができる。

さらに、前記送風手段の発生する風量は、前記車両の車速に関係なく制御することが可能であるため、例えば、車両停止時や低速走行時において前記回転電機の発生する熱が大きくなる状況において適宜風量を増大させることにより、前記インホイールモータの冷却をより適切に行うことができる。また、前記回転電機内の温度をセンシングして、冷却が必要な場合のみに前記送風手段を駆動させる制御を採用することも可能である。

なお、前記送風手段は典型的には冷却ファンと当該冷却ファンを駆動するブロアモータにより構成されるものであるが、前記外包部材つまりはホイールハウスのどの部位に設けるかは、前記車両に対する前記インホイールモータの設置状況と、前記車両毎に異なる前記外包部材近傍の空気の流れの特性に合わせて適宜設定することが好ましい。

すなわち、前記送風手段を前記外包部材の前記車輪の上方に位置する部分に備えることを特徴としてもよいし、
前記送風手段を前記外包部材の前記車輪の前方に位置する部分に備えることを特徴としてもよい。

あるいは、前記送風手段を前記外包部材の前記車輪の車幅方向内側に位置する部分に備えることを特徴としてもよい。

本発明によれば、より良好な冷却性能を確保し、信頼性を高めることができるインホイールモータを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係るインホイールモータの一実施形態を示す模式断面図である。図２〜５は、本発明に係わるインホイールモータの一実施形態を示す模式図である。

図１に示すように、インホイールモータ１は、モータ２と、減速機構３と、出力軸４と、ホイール５と、アッパーアーム６、ロアアーム７と、ブレーキディスクロータ８と、キャリパブレーキ９とから構成される。モータ２、減速機構３は円筒状のホイール５の内周側に位置するように設けられている。

モータ２は、ハウジング１０と、ステータ１１と、コイル１２と、ロータ１３とから構成される同期電動機つまり回転電機であり、ここでは図示しないインバータにより駆動されるものである。ハウジング１０はアルミ合金により構成されており、ステータ１１の外周面を保持するととともに、ステータ１１、コイル１２、ロータ１３、減速機構３を外包する。

アッパーアーム６は車幅方向に延びるＡアームであり、その車幅方向外側は、ボールジョイントを介してハウジング１０の上部に連結されており、その車幅方向内側は、ここでは図示しない車体側のサスペンションメンバに連結されている。

ロアアーム７は車幅方向に延びるＡアームであり、その車幅方向外側は、ボールジョイントを介してハウジング１０の下部に連結されており、その車幅方向内側は、ここでは図示しない車体側のサスペンションメンバに連結されている。

ロアアーム７の車幅方向中間部分にはここでは図示しないショックアブソーバのシリンダの下端部が連結され、このショックアブソーバのロッドはブッシュを介して車体側に連結されている。ショックアブソーバのロッドの外周側には図示しないコイルスプリングが設けられる。

ステータ１１は、電磁鋼板を積層して構成されるステータコアの、内周側に形成される複数のティースにそれぞれコイル１２を巻装して構成されて固定子を構成するものであり、ロータ１３は、電磁鋼板を積層して構成されるロータコアに、図示しない永久磁石を埋設して構成されて回転子を構成するものである。

このように構成されるモータ２において、ステータ１１に設けられたコイル１２にインバータにより三相交流が供給されると回転磁界が形成されて、永久磁石を備えたロータ１３が回転磁界に吸引されて回転されるものである。

減速機構３は、サンギヤ１４、キャリア１５、ピニオン１６、リングギヤ１７から構成される周知の遊星歯車機構であり、サンギヤ１４の内周側部分は車幅方向外側に円筒状に延長されて、その車幅方向外側端部は、ロータ１３の内周側部分に接合されており、キャリア１５の内周側部は車幅方向内側に円筒状に延長されて、その車幅方向内側端部の内周面はハウジング１０に接合されている。

キャリア１５の車幅方向内側はキャリアインベアリング１８により、ハウジング１０に対して回転自在に支持される。キャリア１５の車幅方向外側はキャリアアウトベアリング１９により、ハウジング１０に対して回転自在に支持される。キャリア１５の車幅方向外側と、サンギヤ１４との間にはサンギヤベアリング２０が介装され、キャリア１５をサンギヤ１４に対して相対回転自在に支持している。

ロータ１３は、ロータベアリング２１によりハウジング１０に対して回転自在に支持され、出力軸４は、出力軸ベアリング２２によりハウジング１０に対して回転自在に支持される。出力軸４とハウジング１０との間には、出力軸ベアリング２２の車幅方向内側に隣接してオイルシール２３が設けられている。

出力軸４の車幅方向外側部分はハウジング１０よりも径が大きい円板状に形成されており、その円板状の部分の外周側部分が、ホイール５の内周側部分にボルト締結により接合されている。また、出力軸４の円板状の部分の外周側部の車幅方向内側には、ブレーキディスクロータ８がボルト締結により接合されている。

ホイール５のビードシート部には図１では図示しないタイヤのビード部が装着されて、ホイール５の外周面とタイヤの内周面とにより画成される空間には所定の空気圧の空気が充填される。

キャリパブレーキ９は、その基部がハウジング１０に固定され、そのブレーキパッドがブレーキディスクロータ８の両面に対向するように配置される。

これらのことにより、モータ２が図示しないインバータにより駆動されると、モータ２の駆動力は、減速機構３の所定の減速比の下にロータ１３、サンギヤ１４、ピニオン１６、キャリア１５、出力軸４、ホイール５の順番に伝達されて、図１では図示しないタイヤにより地面に駆動力が伝達されて、車両は駆動される。

出力軸４のサンギヤ１４の内周側に位置する部分には、軸方向に延びる軸心通路２４が穿設され、軸心通路２４の車幅方向外側端部から、出力軸４の外周面に向けて延びて開口し、ハウジング１０とステータ１１の車幅方向内側との間に画成される空間に潤滑液を兼ねる冷却液つまりは油を供給する供給通路２５が穿設されている。さらに、ロータ１３の内周側部とサンギヤ１４の接合部分には、供給通路２５から供給される冷却液を、ハウジング１０とステータ１１の車幅方向内側との間に画成される空間に冷却液を供給する供給通路２６が設けられる。

加えて、軸心通路２４のサンギヤベアリング２０の車幅方向内側に位置する部分には、出力軸４の外周面に向けて延びて開口し、減速機構３に冷却液を供給する供給通路２７が穿設されている。また、ロータベアリング２１はオイルシールを設けないシールレスタイプのものとし、このロータベアリング２１は、供給通路２５から供給された冷却液はハウジング１０とステータ１１の車幅方向外側との間に画成される空間に供給する供給通路を構成する。

ハウジング１０の下部には、冷却液を貯留するリザーバー２８が設けられ、出力軸４の車幅方向内側端には内接ギヤタイプのポンプ２９が設けられ、さらに、ハウジング１０にはリザーバー２８とポンプ２９の入力側を連通する連絡通路３０が設けられる。

このような構成のもとで、モータ２が図示しないインバータにより駆動されると、出力軸４が減速機構３の所定の減速比のもとに回転されて、その回転力に基づいて、ポンプ２９が駆動され、リザーバー２８内の冷却液は連絡通路３０を通って、軸心通路２４に供給され、軸心通路２４に供給された冷却液は、出力軸４の遠心力に基づいて、供給通路２５、供給通路２６を介してまず、ハウジング１０とステータ１１の車幅方向内側との間に画成される空間に供給され、さらにハウジング１０とステータ１１の径方向の隙間に供給されてステータ１１を主に冷却し、さらに、ステータ１１とロータ１３の径方向の隙間に供給されてステータ１１及びロータ１３を主に冷却する。

さらに、軸心通路２４に供給された冷却液は、出力軸４の遠心力に基づいて、供給通路２５、ロータベアリング２１を介して、ハウジング１０とステータ１１の車幅方向外側との間に画成される空間に供給される。さらにこの冷却液は、ハウジング１０とステータ１１の径方向の隙間に供給されてステータ１１を主に冷却し、さらに、ステータ１１とロータ１３の径方向の隙間に供給されてステータ１１及びロータ１３を主に冷却する。

加えて、軸心通路２４に供給された冷却液は、出力軸４の遠心力に基づいて、供給通路２７を介して、減速機構３を構成するサンギヤ１４、キャリア１５、ピニオン１６、リングギヤ１７に供給されて、これらのギヤを冷却するとともに、ギヤ間相互の摩擦の発生を抑制する潤滑液としても作用する。

このように、ハウジング１０とステータ１１との間の隙間、ロータ１３とステータ１１との間、及び、減速機構３に供給された冷却液は重力により再びリザーバー２８に戻り、ポンプ２９の作用に基づいて再び、軸心通路２４に供給される。このように冷却液をハウジング１０の内部に循環させることにより、冷却液がモータ２の各部や減速機構３の発生する熱を吸収して、その吸収された熱がハウジング１０に伝達されて、ハウジング１０の外周面及び外周面に設けられた冷却フィンから外気に放出されることにより、インホイールモータ１全体の冷却がなされる。

このようなインホイールモータ１におけるハウジング１０の冷却フィンから外気への熱の放出をよりスムーズなものとして冷却効率を高めるために、本実施例のインホイールモータ１は、図２に示すように、インホイールモータ１の中心軸より上の上半分を外包する底面が開口した半円筒状のホイールハウス３１に送風手段としての冷却ファン３２及び図示しないブロアモータを設ける。

なお、図２においては説明の便宜上、インホイールモータ１を構成するハウジング１０と冷却フィン３３とタイヤ３４のみを模式的に図示し、その他の構成要素の図示は省略している。また、又冷却ファン３２を駆動するブロアモータ及び、冷却ファン３２をホイールハウス３１の固定する部材についても図示は省略している。

冷却フィン３３はハウジング１０の外周面に周上等間隔に複数箇所、ハウジング１０の軸線方向に延びる凸状に設けられ、インホイールモータ１の中心軸より下の下半分においては、車両の進行に伴い発生する走行風により冷却され、中心軸より上の上半分においては、冷却ファン３２の回転により発生する冷却風により冷却される。

以上述べた本実施例のインホイールモータ１によれば、以下のような作用効果を得ることができる。すなわち、ホイールハウス３１がタイヤ３４の中心軸よりも上方側を外包している形態のインホイールモータ１において、インホイールモータ１のハウジング１０の下半分を冷却する走行風に比べて、上半分を冷却する走行風の流速は低くなるところを、冷却ファン３２により、インホイールモータ１のハウジング１０の上半分に強制的に送風して冷却することができるので、ホイールハウス３１内の冷却風の風速を均一化するとともに、インホイールモータ１のハウジング１０ひいては冷却フィン３３を上半分と下半分とでむらなく冷却することができ、インホイールモータ１の冷却効率を高くすることができる。

加えて、従来技術のように、車体側とインホイールモータ１を連通するダクトを車体側に設ける必要を廃することができるので、車体に対してタイヤ３４がバウンド、リバウンドすること、及び、車体に対してタイヤ３４が操舵時に偏軌してホイールハウス３１とタイヤ３４との間隙が変化することの双方を考慮した上でダクトを構成し設計する必要性をも廃することができる。これに加えて、ダクトに高い信頼性と耐久性を要求する必要性をも廃することができる。

さらに、モータ２の内部に送風を行う必要性を廃しているため、砂利や雪等の異物がモータ２のステータ１１及びコイル１２とロータ１３の間に入り込み、ステータ１１及びコイル１２及びロータ１３の絶縁性能の低下や破損を招くことをも防止することができ、モータ２の信頼性ひいてはインホイールモータ１の信頼性を高めることができる。

また、ホイール５側に冷却ファン３２を備える構成に比べると、冷却ファン３２を駆動するブロアモータに電源を供給する配線と、ブロアモータを制御する制御配線をタイヤ３４と車体側との間すなわちホイールハウス３１内に設ける必要を廃することができるので、飛石等によりこれらの配線が損傷することを防止することができる。

また、電源供給又は制御用の配線を廃することにより、ホイールハウス３１内の設計要件を減らして設計の自由度を高めることができる。これとともに、冷却ファン３２及びブロアモータの重量を車体側に負担させて、バネ下質量を低下させて、車両の乗り心地や走行安定性を高めることができる。

さらに、冷却ファン３２の発生する風量は、車両の車速に関係なく制御することが可能であるため、例えば、車両停止時や低速走行時においてモータ２の発生する熱が大きくなる状況において適宜冷却ファン３２を駆動するブロアモータの回転数を上げる制御を行い、冷却ファン３２の風量を増大させることにより、インホイールモータ１の冷却をより適切に行うことができる。また、モータ２内のステータ１１やロータ１３の温度を温度センサによりセンシングして、冷却が必要な場合のみに冷却ファン３２を駆動するブロアモータを駆動させる制御を実施することももちろん可能である。

なお、送風手段としての冷却ファン３２と冷却ファン３２を駆動するブロアモータを、ホイールハウス３１のどの部位にどのような態様で設けるかは、車両に対するインホイールモータ１の設置状況と、車両毎に異なるホイールハウス３１近傍の空気の流れの特性に合わせて適宜設定することが好ましい。

すなわち、図３に示すように、冷却ファン３２及びブロアモータをホイールハウス３１の内周面のタイヤ３４の上方に位置する部分に備えてもよいし、図４に示すように、冷却ファン３２及びブロアモータをホイールハウス３１の内周面のタイヤ３４の前方に位置する部分に備えてもよい。あるいは、図５に示すように、冷却ファン３２及びブロアモータをホイールハウス３１の内周面のタイヤ３４の車幅方向内側の車両前方よりに位置する部分に、その中心軸線がインホイールモータ１のハウジング１０の上部を指向するように備えてもよい。

以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、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および置換を加えることができる。

例えば上記実施例のインホイールモータ１のモータ２は軸心通路２４と供給通路２５〜２７を用いた油冷式のものを例示的に示したが、冷却方式はこれに限るものではなく、その他の形態のものを用いることも可能である。

本発明は、車輪毎のモータと減速機構を備えるインホイールモータに適用して好適な回転電機に関するものであり、より良好な冷却性能を確保することができるので、インホイールモータを使用した乗用車、トラック、バス等の様々な車両に適用して有益なものである。

本発明に係るインホイールモータの一実施形態を示す模式図である。 本発明に係るインホイールモータの一実施形態を示す模式図である。 本発明に係るインホイールモータの一実施形態を示す模式図である。 本発明に係るインホイールモータの一実施形態を示す模式図である。 本発明に係るインホイールモータの一実施形態を示す模式図である。

符号の説明

１ インホイールモータ
２ モータ
３ 減速機構
４ 出力軸
５ ホイール
６ アッパーアーム
７ ロアアーム
８ ブレーキディスクロータ
９ キャリパブレーキ
１０ ハウジング
１１ ステータ
１２ コイル
１３ ロータ
１４ サンギヤ
１５ キャリア
１６ ピニオン
１７ リングギヤ
１８ キャリアインベアリング
１９ キャリアアウトベアリング
２０ サンギヤベアリング
２１ ロータベアリング
２２ 出力軸ベアリング
２３ オイルシール
２４ 軸心通路
２５ 供給通路
２６ 供給通路
２７ 供給通路
２８ リザーバー
２９ ポンプ
３０ 連絡通路
３１ ホイールハウス
３２ 冷却ファン
３３ 冷却フィン
３４ タイヤ

Claims (5)

1. 車輪毎の回転電機を当該車輪の内周側に備えるインホイールモータであって、
   前記車輪の外周側を外包する外包部材に前記インホイールモータに対して送風を行う送風手段を備えることを特徴とするインホイールモータ。
2. 前記外包部材が、前記車輪の中心軸よりも上方側を外包する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. 前記送風手段を前記外包部材の前記車輪の上方に位置する部分に備える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。
4. 前記送風手段を前記外包部材の前記車輪の前方に位置する部分に備える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。
5. 前記送風手段を前記外包部材の前記車輪の車幅方向内側に位置する部分に備える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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