JP2015150928A

JP2015150928A - インホイールモータ

Info

Publication number: JP2015150928A
Application number: JP2014024230A
Authority: JP
Inventors: 英洋荒井; Hidehiro Arai
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2015-08-24

Abstract

【課題】車体へ伝達されるモータノイズの低減に好適なモータケース構造を備えたインホイールモータを提供する。【解決手段】モータケース３０として、取付部５１を外側領域に備えると共に内部にステータ１１を嵌合して備える外側リング部材３４と、減速機２０を内部に収容すると共にホイール４１への出力軸２２が貫通するシャフト開口３１ａを備え、取付部５１における基部５３側端部の半径方向内側への延長部分である延長部材５４が連結される内側リング部材３５と、外側リング部材３４と内側リング部材３５とを連結する側壁３６と、を備える。そして、側壁３６には、外側リング部材３４と内側リング部材３５とを連結する複数のリブ３７が形成されるようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、車輪を駆動するインホイールモータに関するものである。

従来、タイヤを支持するホイールの内側に駆動モータを設け、この駆動モータを収容するモータケースにアクスル機能を付加したインホイールモータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２４７７１３号公報

しかしながら、上記従来例のインホイールモータでは、モータケースが車両のサスペンション機構に直接固定される構成となっているため、充分な防振構造を設定しにくく、モータノイズが低減されることなく車体に伝達されるという問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、車体へ伝達されるモータノイズの低減に好適なモータケース構造を備えたインホイールモータを提供することを目的とする。

本発明は、モータケースとして、取付部を外側領域に備えると共に内部にステータを嵌合して備える外側リング部材と、減速機を内部に収容すると共にホイールへの出力軸が貫通するシャフト開口を備え、取付部における基部側端部の半径方向内側への延長部分が連結される内側リング部材と、外側リング部材と内側リング部材とを連結する側壁と、を備える。そして、本発明においては、側壁に外側リング部材と内側リング部材とを連結する複数のリブが形成されているようにした。

したがって、本発明では、外側リング部材と内側リング部材とを連結する側壁の重量をほとんど増加させずに、その面剛性および振動固有値を上昇させることができる。このため、走行時のモータノイズを低減でき、しかも、車両のばね下重量の増加も最小とでき、車両走行安定性を損ねることも抑制できる。

本発明の実施形態を示すインホイールモータの断面図である。インホイールモータの要部を示す斜視図である。図２における矢印Ａ方向からの平面図である。ケース本体の側壁の断面構造に対する振動固有値及び重量の変化を夫々示すものである。車両前後方向の入力に対するケース本体の変形状態を示す説明図である。

以下、本発明のインホイールモータを実施形態に基づいて説明する。まず、本発明のインホイールモータにおける構成を説明する。図１は、本実施形態におけるインホイールモータの全体構成を示す断面図である。

図１に示すインホイールモータＭは、例えば電気自動車に適用されるものであり、タイヤ４０を支持するホイール４１の内側領域に配置されて、このホイール４１と共にタイヤ４０を駆動する。ここで、ホイール４１の内側領域とは、ホイール４１のリム４２とホイールディスク４６とで囲まれる領域である。

インホイールモータＭは、モータ１０と、減速機２０と、モータケース３０と、を備えている。

モータ１０は、モータケース３０の内側に固定した円環状の外周ステータ（以下、単に「ステータ」と言う）１１と、このステータ１１の内周にラジアルギャップを持たせて同心に配した内周ロータ（以下、単に「ロータ」と言う）１２とを有する。

減速機２０は、遊星歯車式減速機であり、同軸に対向させて配置した入力軸２１及び出力軸２２と、サンギヤ２３と、このサンギヤ２３に対し軸線方向へずらせて同心配置したリングギヤ２４と、これらサンギヤ２３及びリングギヤ２４に噛合する段付きプラネタリピニオン２５と、かかる段付きプラネタリピニオン２５を回転自在に支持するキャリア２６とを有する。

入力軸２１は、外周面にサンギヤ２３を一体成形して備え、このサンギヤ２３から延在された部分に、モータ結合部２１ａを介してロータ１２が固定され、このロータ１２と一体回転可能に支持されている。出力軸２２は、一端が減速機２０の出力メンバであるキャリア２６に接続され、他端がモータケース３０から突出してホイール４１が結合される。

リングギヤ２４は、モータケース３０の内周面に回転止め且つ抜け止めして固設されている。段付きプラネタリピニオン２５は、サンギヤ２３に噛合する大径ギヤ部２５ａ、及び、リングギヤ２４に噛合する小径ギヤ部２５ｂを一体に有している。なお、段付きプラネタリピニオン２５は、ここでは１個のみを図示しているが、３個一組として円周方向に等間隔に配置され、キャリア２６により、円周方向等間隔配置を保って回転自在に支持されている。キャリア２６は、減速機２０の出力メンバであり、入力軸２１と出力軸２２の間で、入出力軸２１,２２と同軸位置に配置される。また、このキャリア２６の内側端２６ａには、ベアリング２７を介して入力軸２１の突合せ端部２１ｂが相対回転可能に軸受け挿入されている。

このように、入出力軸２１,２２は、相対回転可能な軸ユニットを構成し、この軸ユニットは同時にキャリア２６及び段付きプラネタリピニオン２５をも、同一ユニットとして具えている。このようにユニット化させた入出力軸２１,２２の軸ユニットを、モータケース３０に対して回転自在に支承するに際しては、軸線方向に離間した２箇所でベアリング２８ａ,２８ｂを用いている。ここで、ベアリング２８ａ,２８ｂのうち、モータ側ベアリング２８ａは、モータケース３０と略同じ軸線方向位置において当該モータケース３０の中心孔内周と入力軸２１の対応端部外周との間に介在させる。また、車輪側ベアリング２８ｂは、モータケース３０に取着したベアリングサポート２９の内周と、モータケース３０から突出した出力軸２２に嵌着したホイールハブ４３の外周との間に介在させる。

なお、出力軸２２に対してホイール４１を結合するには、まず、ホイールハブ４３に、ブレーキドラム４４を同心に重ね合わせ、これらホイールハブ４３及びブレーキドラム４４を貫通して軸線方向に突出するよう複数個のホイールボルト４５を植設する。そして、ホイール４１のホイールディスク４６に穿ったボルト孔（図示せず）にホイールボルト４５が貫通するようブレーキドラム４４の側面にホイールディスク４６を密接させ、この状態でホイールボルト４５にホイールナット４７を緊締螺合させる。これにより、出力軸２２に対してホイール４１の取り付けを行う。

モータケース３０は、モータ１０及び減速機２０を収容し、ホイール４１の内側に少なくとも一部が配置される金属製のハウジングである。このモータケース３０は、ケース本体３１と、リヤカバー３２と、延長ケース３３と、を有している。

ケース本体３１は、ホイール４１の内側領域に入り込む一方の端部にシャフト開口３１ａが形成され、ホイール４１の内側領域から突出した他方の端部が開放した円筒形状を呈している。このケース本体３１の内周面には、ステータ１１が固着されている。また、このケース本体３１のリム４２に対向した外側面３１ｂには、モータケース３０を車体側部材Ｓに取り付けるための取付機構５０,５０が鋳造により一体的に形成されている。ここで、車体側部材Ｓとは、例えば、サイドメンバ等に保持されるサスペンション機構のショックアブソーバや、クロスメンバ等に保持されるトレーリングアーム等である。

リヤカバー３２は、ホイール４１の内側領域から突出したケース本体３１の開放端部を閉鎖するように設けられる。このリヤカバー３２には、モータ１０に接続される三相交流ハーネスのコネクタや、上述のモータ側ベアリング２８ａが設けられている。

延長ケース３３は、シャフト開口３１ａの周囲を囲む両端が開放した円筒形状を呈し、シャフト開口３１ａの周囲に設けられる。これにより、この延長ケース３３は、ホイール４１の内側領域に配置される。

図２は、本実施形態のインホイールモータＭにおけるケース本体３１の要部を示す斜視図である。図３は、図２における矢印Ａ方向からの平面図である。

取付機構５０は、モータケース３０のケース本体３１に対して一体成形されており、ホイール４１の外側領域に位置する取付部５１と、取付部５１とモータケース３０（後述する外側リング部材３４）を結合する結合部５２とを有している。ここで、ホイール４１の外側領域とは、図１に示すように、ホイール４１のリム４２とホイールディスク４６とで囲まれる領域よりも車両内側に位置する領域である。

取付部５１は、車体側部材Ｓに連結可能な形状であり、軸方向が車両前後方向にほぼ一致して両端が開放した円筒形状を呈している。

結合部５２は、ホイール４１の内側領域に位置するモータケース３０のケース本体３１の（後述する外側リング部材３４の）外側面３１ｂから、ホイール４１の外側領域に延伸した部材により構成されている。結合部５２の基部５３は、更に半径方向内側に延長されてなる延長部材５４により形成され、当該延長部材５４はシャフト開口３１ａを形成する後述する内側リング部材３５に強固に連結されている。

図１に示すように、インホイールモータＭは、タイヤ４０を支持するホイール４１が取り付けられた状態で、取付機構５０を介して、ホイール４１の外側領域において車体側部材Ｓに支持される。このとき、タイヤ４０やホイール４１、さらにインホイールモータＭ自身の重量は、取付機構５０によって支えられる。

モータケース３０のケース本体３１は、モータ１０のステータ１１を収容するよう円筒状となり外周面を構成する肉厚の外側リング部材３４と、減速機２０のリングギヤ２４を収容するよう円筒状となりシャフト開口３１ａを構成する肉厚の内側リング部材３５と、を備える。そして、外側リング部材３４と内側リング部材３５とは、比較的薄肉の側壁３６により連結されている。また、外側リング部材３４と内側リング部材３５とは、取付機構５０,５０の結合部５２の基部５３を更に半径方向内側に延長して形成した延長部材５４によっても上下方向に強固に連結されている。このため、内側リング部材３５に加わる車両上下方向入力（車体荷重及び路面反力、図２，３中の矢印Ｄ参照）は、強固な延長部材５４を経由して外側リング部材３４および取付機構５０,５０に伝達され、確実に車体側部材Ｓにより支持される。このため、ケース本体３１は、上下方向の入力に対しては、振動し難い構造となっている。

一方、内側リング部材３５に加えられる車両前後方向入力（車両駆動力及び制動力、図２，３中の矢印Ｅ参照）は、内側リング部材３５を上下方向の軸回りに捩るよう作用する。この捩り力は、延長部材５４及び側壁３６を上下方向軸回りに捩るように作用する。しかし、この捩り力が作用する側壁３６は、軽量化のために薄肉構造であるために変形しやすく、捩り剛性が低い構造となっている。また、延長部材５４においても、捩り剛性の向上させるにはその断面積を拡大させる必要があるが、ホイール４１の内側領域のスペースの制約から捩り剛性の向上には限界がある。このため、車両前後方向入力に対しては、図５に示すように、振動しやすい構造となっており、走行時のモータノイズを低減できない課題があった。

本実施形態においては、内側リング部材３５に加えられる車両前後方向入力に伴う捩り変形を抑制するために、比較的薄肉の側壁３６に、外側リング部材３４と内側リング部材３５とを放射状に連結する複数のリブ３７を設けるようにしている。放射状のリブ３７は、内側リング部材３５と外側リング部材３４とを連結する側壁３６の面剛性を向上させ、その振動固有値（ｆ０）を上昇させることができる。

なお、図２，３に示すリブ３７は、側壁３６の外側面に設けたものについて説明しているが、内側面のみ若しくは内側面と外側面の両方に設けるものであってもよい。また、図２，３に示すリブ３７は、その断面が四角形状の断面を備えるものについて説明しているが、後述するように、半円状となるものであってもよく、また、三角形状の断面を備えるものであってもよい。

図４は、ケース本体３１の側壁３６の断面構造を、従来例(肉厚増加やリブ３７追加をしない、肉厚５ｍｍ）をＡとし、肉厚を増加させた比較例（肉厚５．５ｍｍ）をＢとし、リブ３７（高さ３ｍｍ）を追加した本実施形態をＣとした場合において、従来例に対する振動固有値及び重量の増加特性を夫々示すものである。これによれば、肉厚を増加させる比較例Ｂでは、振動固有値が従来例Ａに対して３％上昇されるもののその重量増加も従来例Ａに対して１％強増加される。このため、走行時のモータノイズを低減できるものの、車両のばね下重量の増加による車両走行安定性を損ねる虞がある。これに対して、リブ３７を追加した本実施形態Ｃにおいては、振動固有値が従来例Ａに対して３％強上昇されるものであり、しかもその重量増加は従来例Ａに対して０．４％程度の微少な増加に留まるものとできる。このため、走行時のモータノイズを低減でき、しかも、車両のばね下重量の増加も最小とでき、車両走行安定性を損ねることも抑制できる。

また、取付機構５０,５０と外側リング部材３４・内側リング部材３５・放射状をなすリブ３７を備える側壁３６からなるケース本体３１とからなるモータケース３０は、鋳造により一体成形されている。そのため、内側リング部材３５と外側リング部材３４との間の溶湯が流れる経路が延長部材５４と側壁３６とに加えて放射状のリブ３７によってもなされる。そのため、ケース本体３１の内側リング部材３５と外側リング部材３４との間の湯流れ性が向上し、充填不良や湯境が発生しにくくなり、鋳造品質を安定させることができる。

なお、図４に示すリブ３７は、側壁３６の外側面及び内側面の両方に設けたものについて説明しているが、内側面のみ若しくは外側面のみに設けるものであってもよい。また、図４に示すリブ３７は、その断面が半円状となるものについて説明しているが、図２，３に示すように、四角形状の断面を備えるものであってもよく、また、三角形状の断面を備えるものであってもよい。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）ステータ１１及びロータ１２からなるモータ１０と、モータ出力を減速してホイール４１に出力する減速機２０を収容するケースであって、ホイール４１の外側領域において車体側部材Ｓに取付けられる取付部５１を有し、一部がホイール４１の内側領域に配置されるモータケース３０を備えるインホイールモータＭである。そして、モータケース３０は、取付部５１を外側領域に備えると共に内部にステータ１１を嵌合して備える外側リング部材３４と、減速機２０を内部に収容すると共にホイール４１への出力軸２２が貫通するシャフト開口３１ａを備え、取付部５１における基部５３側端部の半径方向内側への延長部分である延長部材５４が連結される内側リング部材３５と、外側リング部材３４と内側リング部材３５とを連結する側壁３６と、を備える。そして、本実施形態においては、側壁３６には、外側リング部材３４と内側リング部材３５とを連結する複数のリブ３７が形成される。

即ち、外側リング部材３４と内側リング部材３５とを連結する側壁３６の重量をほとんど増加させずに、その面剛性および振動固有値を上昇させることができる。このため、走行時のモータノイズを低減でき、しかも、車両のばね下重量の増加も最小とでき、車両走行安定性を損ねることも抑制できる。

（イ）前記複数のリブ３７は、前記外側リング部材３４と前記内側リング部材３５とを放射状に連結することを特徴としている。このため、内側リング部材３５と外側リング部材３４との間の溶湯が流れる経路が延長部材５４と側壁３６とに加えて放射状のリブ３７によってもなされる。そのため、ケース本体３１の内側リング部材３５と外側リング部材３４との間の湯流れ性が向上し、充填不良や湯境が発生しにくくなり、鋳造品質を安定させることができる。

Ｍインホイールモータ
Ｓ車体側部材
１０モータ
１１ステータ
１２ロータ
２０減速機
２２出力軸
３０モータケース
３１ケース本体
３１ａシャフト開口
３４外側リング部材
３５内側リング部材
３６側壁
３７リブ
４１ホイール
５０取付機構
５１取付部
５２結合部
５３基部
５４延長部材

Claims

ステータ及びロータからなるモータと、モータ出力を減速してホイールに出力する減速機を収容するケースであって、ホイールの外側領域において車体側部材に取付けられる取付部を有し、一部がホイールの内側領域に配置されるモータケースを備えるインホイールモータにおいて、
前記モータケースは、前記取付部を外側領域に備えると共に内部に前記ステータを嵌合して備える外側リング部材と、
前記減速機を内部に収容すると共に前記ホイールへの出力軸が貫通するシャフト開口を備え、前記取付部における基部側端部の半径方向内側への延長部分が連結される内側リング部材と、
前記外側リング部材と前記内側リング部材とを連結する側壁と、を備え、
前記側壁には、前記外側リング部材と前記内側リング部材とを連結する複数のリブが形成されることを特徴とするインホイールモータ。
前記複数のリブは、前記外側リング部材と前記内側リング部材とを放射状に連結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。