JP5046414B2 - 電動車両のインホイールモータ - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車などの電動車両に使用されるインホイールモータに関し、特に、アウターロータ式のモータ機構を有するインホイールモータに関する。

従来のアウターロータ式のインホイールモータは、例えば、東京電力が開発した「ＩＺＡ」や、特許文献１〜３などに示されている。
特開平１−２９８９０３号公報 特開平１１−１８７５０６号公報 特開２００３−３００４２０号公報 図１２は、例えば、特許文献３に開示された従来のアウターロータ式のインホイールモータの模式図である。この図において、車体側に固定されるコイル５０と鉄心５１を有するインナーステータ５２が配置され、かつ、このインナーステータ５２に軸支され、永久磁石５３とローターヨーク５４を有するアウターロータ５５が配置されたモータユニットとして構成され、このモータユニットがタイヤ５６を有するホイール５７に取り付けられている。

かかるインホイールモータでは、従来、車輪軸側に固定されたインナーステータ５２に対して軸支されたアウターロータ５５に、筒状に形成されただけのホイール５７を取付板５８にて取り付けた構造であるため、例えば、タイヤ５６のパンク修理などを行うため、タイヤ５６をアウターロータ５５から取り外す場合には、取付板５８を外してから、ホイール５７ごとタイヤ５６を外し、その後、ホイール５７からタイヤ５６を外し、そのパンク修理などを行う必要があり、ホイール５７を車体から外した後、さらに、ホイール５７からタイヤ５６を外すという面倒な作業がかかり、タイヤ５６のパンク修理などに係わる作業性に劣るという欠点があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためなされたものであり、ホイールの構造の改良を図って、タイヤのパンク修理などに係わる作業性の向上等を図った電動車両のインホイールモータを提供することを目的とする。

上記した課題を解決するため、請求項１に係る発明の電動車両のインホイールモータは、車体（２）側に固定され、コイル（３）と鉄心（４）を有するインナーステータ（５）と、該インナーステータ（５）周りを回転自由となるように車体（２）側に軸支され、永久磁石（６）と鉄心（７）を有するアウターロータ（８）とを備えたモータユニットを、タイヤ（９）を保持したホイール（１０）に取り付けてなる電動車両のインホイールモータ（１）において、
前記ホイール（１０）を、車体（２）外方側に位置する端壁部（１２）と、胴壁部（１３）と、車体（２）内方側に位置してタイヤ（９）の内側内周端部を押さえる内側リム部（１４）と、車体（２）の外方側に位置してタイヤ（９）の外側内周端部を押さえる外側リム部（１５）と、備えて構成し、前記端壁部（１２）、胴壁部（１３）および内側リム部（１４）を、器状をなすように一体に設けると共に、前記外側リム部（１５）を該端壁部（１２）の外面に着脱可能に組み付けられる別体部材から構成する一方、前記胴壁部（１３）の車体（２）内方側の開放口を塞ぎ、かつ、前記胴壁部（１３）の内周面に形成された段差部（１３ａ）にセットされた前記アウターロータ（８）を押さえ固定する内蓋（１８）を設け、内底面の長さが長い軸直角断面が略台形状で両側面がテーパ面に形成され、前記アウターロータ（８）のリング状をなす鉄心（７）内周面に軸方向に貫通し、かつ、間隔をもって列設された多数の磁石用の溝（７ａ）に、該溝（７ａ）の内底面に対応する 面の幅が長い軸直角断面が略台形状で両側面がテーパ面をなす多数の前記永久磁石（６）をそれぞれ嵌合取付したことを特徴とする。

請求項２に係る発明の電動車両のインホイールモータは、前記インナーステータは、リング状に形成され、前記車体に装備された車輪軸周部に嵌挿されて、該インナーステータの内周部と前記車輪軸周部との間に嵌挿されたリング状の取付部材を介して前記車輪軸側に取り付けられることを特徴とする。

請求項３に係る発明の電動車両のインホイールモータは、前記車輪軸周面には筒状のハブが嵌合固定され、該ハブの外周面に突設されたステーに前記取付部材の内周端部が締結され、その外周端部に前記インナーステータの内周部が締結されることを特徴とする。

請求項４に係る発明の電動車両のインホイールモータは、前記ハブ外周面には、前記インナーステータのコイルの配線を収納して前記ホイール外部に導出させるための配線用の溝が形成されることを特徴とする。

請求項１に係る発明の電動車両のインホイールモータによれば、ホイールの構造の改良を図って、外側リム部を着脱可能に組み付けられる別体部材から構成した結果、外側リム部材を取り外せば、ホイールを車体に付けたままでタイヤのみを外すことができ、ホイールを車体から外した後、さらに、ホイールからタイヤを外すという面倒な作業が必要なく、タイヤのパンク修理などに係わる作業性を向上することができる。
また、ホイールに内蓋を備えたことにより、インナーステータとアウターロータそれぞれを略密閉した空間に収納でき、外部に露出することがないため、これらインナーステータとアウターロータそれぞれが汚れたり、破損し難くなり、その耐久性の向上を図ることができると共に、モータケースをホイールとは別に設ける必要もなく、材料費の低減や軽量化を図ることができる。
さらに、ホイールの胴壁部の内周面に形成された嵌合溝に嵌合されたアウターロータを内蓋により押さえ固定するようにしたことにより、アウターロータをホイールの胴壁部内周面に簡単かつ確実・堅固に一体取付することができる。
また、アウターロータの鉄心内周面に形成された磁石用の溝に永久磁石を嵌合取付したことにより、永久磁石を確実・堅固に取り付けることができ、特に、磁石用の溝が略台形状であるため、同じく略台形状に形成された永久磁石を鉄心から抜け落ちることがなく取り付けることができる。

請求項２に係る発明の電動車両のインホイールモータによれば、インナーステータを取付部材を介して車輪軸側に取り付ける構成にしたから、取付構造の簡略化を図ることができる。

請求項３に係る発明の電動車両のインホイールモータによれば、車輪軸外周面にハブを取り付けて、このハブに取付部を取り付けた構造とすれば、ハブとインナーステータとを一体化物として取扱することができ、インナーステータの取扱性が向上する。

請求項４に係る発明の電動車両のインホイールモータによれば、ハブ外周面に配線用の溝を形成して、これにインナーステータのコイルの配線を収納してホイール外部に導出させることができるようにした結果、ホイール自体にコイルの配線を外部に導出させるための孔などを設ける必要がなく、ホイールの密閉性をより高めることができる。

以下、添付された図面を参照して本発明の実施の形態を詳述する。
図１は、本発明に係る電動車両のインホイールモータの一実施形態を示している。
すなわち、アウターロータ式のインホイールモータ１は、図に示すように、例えば電気自動車の車体２側に固定され、コイル３と鉄心４を有するインナーステータ５（図２参照）と、該インナーステータ５周りを回転自由となるように車体２側に軸支され、永久磁石６と鉄心としてのロータヨーク７を有するアウターロータ８（図３参照）とを備えたモータユニットを、タイヤ９を保持したホイール１０に取り付けたものである。

前記車体２には、車輪軸としてのスピンドルシャフト１１（図４参照）が固定されており、前記ホイール１０は、このスピンドルシャフト１１の周りを回転自由に設けられている。このホイール１０は、車体２外方側に位置する端壁部１２と、アウターロータ８を内周面に組み付けた胴壁部１３と、車体２内方側に位置してタイヤ９の内側内周端部を押さえる内側リム部１４と、車体２の外方側に位置してタイヤ９の外側内周端部を押さえる外側リム部材１５と、を備えて構成される（図５および図６参照）。

ホイール１０の端壁部１２、胴壁部１３および内側リム部１４は、図５に示すように、器状をなすようにそれぞれ一体に設けられており、該端壁部１２の中央部には支持孔１２ａが開設されている。また、前記外側リム部材１５は、前記端壁部１２の外面に締結具としてのボルト１６により着脱可能に組み付けられる別体部材から構成される。この場合、外側リム部材１５の内端部には、図６に示すように、軸直角に内方に延びるフランジ部１５ａが一体に形成される一方、端壁部１２の外面の周部には、図５に示すように、環状の段差部１２ｂが形成されており、前記フランジ部１５ａの数個所がそれぞれこの段差部１２ｂに載置されて、ボルト１６により端壁部１２の外面に着脱可能に締結される。なお、フランジ部１５ａと段差部１２ｂとの接触面には水密性を保つためのＯリング１７が介装される。

一方、ホイール１０の胴壁部１３の車体２内方側の開放口を塞ぐ内蓋１８（図７参照）が設けられている。この内蓋１８は、図７に示すように、板状に形成され、外周端部には直交して外方に張り出すフランジ部１８ａが一体に形成され、中央部には支持孔１８ｂが開設されている。かかる内蓋１８はホイール１０の胴壁部１３の周壁の内周面に組み付けられ、締結具としてのボルト１９により締結される。この場合、図１に示すように、ホイール１０の胴壁部１３の数個所にそれぞれねじ嵌合したボルト１９を内蓋１８のフランジ部１８ａにねじ嵌合して締結を行う。

なお、図８に示すように、内蓋１８の端部から、そのフランジ部１８ａ、後述のように胴壁部１３に組み付けられたアウターロータ８の順に軸方向に挿通したボルト２０をホイール１０の胴壁部１３にねじ込んで、内蓋１８とホイール１０とを締結しても良い。

一方、上述のスピンドルシャフト１１の外周面には略円筒状のハブ２１（図９参照）が嵌合される。この場合、前記スピンドルシャフト１１とハブ２１との嵌合面に形成されたスプライン（図４(c)参照）又はキー溝２２に差し込まれたキー２３により、該スピンドルシャフト１１とハブ２１とが固定され、さらに、スピンドルシャフト１１外端部に締結具としてのボルト２４によって締結された押さえ板２５によってスピンドルシャフト１１にハブ２１が抜けることがないように押さえ固定されている。かかるハブ２１の外周面の軸方向の離間する２位置には、図９に示すように、軸線と直交して張り出したリング状のステー２１ａ，２１ｂが一体に形成されている。

上述した構造のホイール１０と内蓋１８は、それぞれの支持孔１２ａ、１８ｂを介してハブ２１周りに挿通され、ハブ２１外周と前記支持孔１２ａとの間および該ハブ２１外周と前記支持孔１８ｂとの間にそれぞれ介装された軸受２６、２７によって、ハブ２１周りに回転自由に支持される。

前記インナーステータ５は、図２に示すように、リング状に形成され、コイル３の巻線部に鉄心４を挿入して取り付けて構成される。かかるインナーステータ５は、前記スピンドルシャフト１１に固定されたハブ２１周部に嵌挿されて、その内周部と該ハブ２１周部との間に嵌挿された２つのリング状の取付板２８、２９（図１０参照）を介して前記ハブ２１の外周面のステー２１ａ，２１ｂに取り付けられる。この場合、図２に示すように、インナーステータ５の内端部の数個所には軸方向に貫通するボルト挿通孔４ａがそれぞれ形成される一方、図９に示すように、ステー２１ａ，２１ｂの数個所にはねじ孔２１ｃ，２１ｄがそれぞれ形成されている。

さらに、２つの取付板２８、２９の数個所の内周端部と外周端部には、図１０に示すように、それぞれボルト挿通孔２８ａ、２８ｂ，２９ａ、２９ｂが形成されている。そして、ハブ２１のステー２１ａ，２１ｂに締結具としてのボルト３０、３１で２つの取付板２８、２９の内周端部を締結し、この２つの取付板２８、２９の外周端部間にインナーステータ５の内端部を介在させて、２つの取付板２８、２９の外周端部に締結具としてのボルト３２とナット３３とでインナーステータ５を締結する。なお、図１に示すように、ハブ２１外周面には配線用の溝３４が形成されており、この溝３４内にインナーステータ５のコイル３の配線３ａが収納されてホイール１０と内蓋１８からなる略密閉した空間から外部に導出される。

前記アウターロータ８のロータヨーク７は、図３に示すように、リング状に形成され、該ロータヨーク７の内周面には、軸方向に貫通し、かつ、間隔をもって列設された多数の磁石用の溝７ａが形成され、この磁石用の溝７ａに多数設けられた永久磁石６（図１１参照）がそれぞれ嵌合取付される。なお、これら磁石用の溝７ａは、図１１に示すように、それぞれ内底面の長さが長い軸直角断面が略台形状をなして両側面がテーパ面に形成されており、同じく図１１に示した通り、前記磁石用の溝７ａの内底面に対応する面の幅が長い軸直角断面が略台形状で両側面がテーパ面をなす永久磁石６が抜け落ちることがないようになっている。この場合、例えば、磁石用の溝７ａを、当初にはそれぞれ軸直角断面が略直方体形状をなすように形成しておき、永久磁石６を差し込んだ後に、かしめて略台形状に変形させて永久磁石６を固定取付すれば良い。

かかるアウターロータ８は、ホイール１０の胴壁部１３の内周面に組み付けられる。すなわち、胴壁部１３の内周面には、図５に示すように、段差部１３ａが形成され、この段差部１３ａにセットされたアウターロータ８が前述のようにホイール１０にボルト１９により締結された内蓋１８のフランジ部１８ａにより押さえ固定される。

また、タイヤ９は、ホイール１０外周に配設され、その内側内周端部が内側リム部１４により押さえ固定され、その外側内周端部が外側リム部材１５により押さえ固定される。

かかるインホイールモータを組み立てるに際しては、例えば、内蓋１８、ハブ２１、内側の取付板２８、インナーステータ５、外側の取付板２９、アウターロータ８を組み付けたホイール１０、タイヤ９、外側リム部材１５の順番に組み付ければ良い。

なお、かかる電気自動車は電磁ブレーキによって制動が行われる。すなわち、上述した内蓋１８の外端面にはブレーキディスク３５が締結される一方、その後方にクリアランスをもってブレーキコイル３６が対向して車体２側に固定配置され、ブレーキコイル３６によりブレーキディスク３５を吸着して内蓋１８を制動し、もって、ホイール１０およびタイヤ９が制動されるようになっている。
図中、未説明符号３７は板ばね、３８はそれぞれスペーサである。

かかる構成のインホイールモータ１を装備した電気自動車においては、インナーステータ５のコイル３に通電してこれを励磁すれば、インナーステータ５周りをアウターロータ８が回転し、ホイール１０を介してタイヤ９が回転して走行する。

以上のように説明したインホイールモータ１によれば、ホイール１０の構造の改良を図って、外側リム部材１５を着脱可能に組み付けられる別体部材から構成した結果、外側リム部材１５を取り外せば、ホイール１０を車体２に付けたままでタイヤ９のみを外すことができ、ホイール１０を車体２から外した後、さらに、ホイール１０からタイヤ９を外すという面倒な作業が必要なく、タイヤ９のパンク修理などに係わる作業性を向上することができる。

また、内蓋１８を備えたことにより、インナーステータ５とアウターロータ８それぞれを略密閉した空間に収納でき、外部に露出することがないため、これらインナーステータ５とアウターロータ８それぞれが汚れたり、破損し難くなり、その耐久性の向上を図ることができると共に、モータユニットを収納するためのモータケースをホイール１０とは別に設ける必要もなく、材料費の低減や軽量化を図ることができ、特に、ホイール１０をアルミ製とすることもできるためより軽量化を図ることができる。

さらに、アウターロータ８をホイール１０の胴壁部１３の内周面に形成された段差部１３ａに嵌合すると共に、ホイール１０に組み付けられた内蓋１８により押さえ固定したことにより、アウターロータ８をホイール１０の胴壁部１３の内周面に簡単かつ確実に一体取付することができる。

また、インナーステータ５を取付板２８、２９を介してスピンドルシャフト１１側に取り付けた構成したから、取付構造が簡略化を図ることができ、特に、スピンドルシャフト１１外周面にハブ２１を取り付けて、このハブ２１に前記取付板２８、２９を取り付けた構造とすれば、ハブ２１とインナーステータ５とを一体化物として取扱することができ、取扱性が向上する。

さらに、ハブ２１外周面に配線用の溝３４を形成して、これにインナーステータ５のコイル３の配線３ａを収納してホイール１０と内蓋１８からなる略密閉した空間から外部に導出させることができるようにした結果、ホイール１０自体にコイル３の配線３ａを外部に導出させるための孔などを設ける必要がなく、ホイール１０の密閉性をより高めることができる。

また、アウターロータ８のロータヨーク７内周面に形成された磁石用の溝７ａに永久磁石６を嵌合取付したことにより、永久磁石６を確実・堅固に取り付けることができ、特に、磁石用の溝７ａが略台形状であるため、同じく略台形状に形成された永久磁石６をロータヨーク７から抜け落ちることがなく取り付けることができる。

インホイールモータにおいて、タイヤのパンク修理などの作業性を高めつつ、インナーステータやアウターロータの耐久性の向上が図れるため、電気自動車などの電動車両を製作する上で有利となる。

図１は、本発明に係る電動車両のインホイールモータの一実施形態を示す縦断面図である。 図２は、同上のインホイールモータにおけるインナーステータの側面図である。 図３は、同上のインホイールモータにおけるアウターロータの側面図である。 図４は、同上のインホイールモータにおけるスピンドルシャフトを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はスプラインタイプを示す側面図である。 図５は、同上のインホイールモータにおけるホイールを示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図である。 図６は、同上のインホイールモータにおける外側リム部材を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図である。 図７は、同上のインホイールモータにおける内蓋を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図である。 図８は、同上の内蓋の他の取付方法を示す縦断面図である。 図９は、同上のインホイールモータにおけるハブを示し、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。 図１０は、同上のインホイールモータにおける取付板を示し、（ａ）は車体内側の取付板の側面図、（ｂ）は車体外側の取付板の側面図である。 図１１は、同上のアウターロータにおける永久磁石の取付構造を示す側面図である。 図１２は、従来のインホイールモータの構造を示す概略図である。

符号の説明

１ インホイールモータ
２ 車体
３ コイル
４ 鉄心
５ インナーステータ
６ 永久磁石
７ ロータヨーク
８ アウターロータ
９ タイヤ
１０ ホイール
１１ スピンドルシャフト
１２ 端壁部
１３ 胴壁部
１４ 内側リム部
１５ 外側リム部材

Claims (4)

1. 車体（２）側に固定され、コイル（３）と鉄心（４）を有するインナーステータ（５）と、該インナーステータ（５）周りを回転自由となるように車体（２）側に軸支され、永久磁石（６）と鉄心（７）を有するアウターロータ（８）とを備えたモータユニットを、タイヤ（９）を保持したホイール（１０）に取り付けてなる電動車両のインホイールモータ（１）において、
   前記ホイール（１０）を、車体（２）外方側に位置する端壁部（１２）と、胴壁部（１３）と、車体（２）内方側に位置してタイヤ（９）の内側内周端部を押さえる内側リム部（１４）と、車体（２）の外方側に位置してタイヤ（９）の外側内周端部を押さえる外側リム部（１５）と、備えて構成し、前記端壁部（１２）、胴壁部（１３）および内側リム部（１４）を、器状をなすように一体に設けると共に、前記外側リム部（１５）を該端壁部（１２）の外面に着脱可能に組み付けられる別体部材から構成する一方、前記胴壁部（１３）の車体（２）内方側の開放口を塞ぎ、かつ、前記胴壁部（１３）の内周面に形成された段差部（１３ａ）にセットされた前記アウターロータ（８）を押さえ固定する内蓋（１８）を設け、内底面の長さが長い軸直角断面が略台形状で両側面がテーパ面に形成され、前記アウターロータ（８）のリング状をなす鉄心（７）内周面に軸方向に貫通し、かつ、 間隔をもって列設された多数の磁石用の溝（７ａ）に、該溝（７ａ）の内底面に対応する面の幅が長い軸直角断面が略台形状で両側面がテーパ面をなす多数の前記永久磁石（６）をそれぞれ嵌合取付したことを特徴とする電動車両のインホイールモータ。
2. 前記インナーステータ（５）は、リング状に形成され、前記車体（２）に装備された車輪軸（１１）周部に嵌挿されて、該インナーステータ（５）の内周部と前記車輪軸（１１）周部との間に嵌挿されたリング状の取付部材（２８，２９）を介して前記車輪軸（１１）側に取り付けられることを特徴とする請求項１記載の電動車両のインホイールモータ。
3. 前記車輪軸（１１）周面には筒状のハブ（２１）が嵌合固定され、該ハブ（２１）の外周面に突設されたステー（２１ａ，２１ｂ）に前記取付部材（２８，２９）の内周端部が締結され、その外周端部に前記インナーステータ（５）の内周部が締結されることを特徴とする請求項２記載の電動車両のインホイールモータ。
4. 前記ハブ（２１）外周面には、前記インナーステータ（５）のコイル（３）の配線（３ａ）を収納して前記ホイール（１０）外部に導出させるための配線用の溝（３４）が形成されることを特徴とする請求項３記載の電動車両のインホイールモータ。

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