WO2023113034A1 - インホイールモーター - Google Patents

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WO2023113034A1
WO2023113034A1 PCT/JP2022/046539 JP2022046539W WO2023113034A1 WO 2023113034 A1 WO2023113034 A1 WO 2023113034A1 JP 2022046539 W JP2022046539 W JP 2022046539W WO 2023113034 A1 WO2023113034 A1 WO 2023113034A1
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WO
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rotor
stator
wheel
wheel motor
case
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English (en)
French (fr)
Inventor
充宏 阿曽
裕之 土屋
Original Assignee
いすゞ自動車株式会社
株式会社デンソー
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B35/00—Axle units; Parts thereof ; Arrangements for lubrication of axles
    • B60B35/02—Dead axles, i.e. not transmitting torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K7/00—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/02—Braking members; Mounting thereof
    • F16D65/12—Discs; Drums for disc brakes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2786—Outer rotors
    • H02K1/2787—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2789—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2791—Surface mounted magnets; Inset magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the present disclosure relates to an outer rotor type in-wheel motor.
  • an in-wheel motor built into the wheel is known as a drive source for the wheels of an electric vehicle.
  • An in-wheel motor has a stator with coils and a rotor with magnets facing the coils. The attraction and repulsion cause the rotor to rotate, and this rotational force is transmitted through the hub to the wheel, causing the drive wheel to rotate.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose, as an example of an in-wheel motor, an outer rotor type in-wheel motor in which a rotor is arranged radially outside a stator.
  • the magnets are arranged radially inside the rotor case to prevent the magnets from bursting due to the centrifugal force that accompanies rotation of the rotor.
  • the stator is arranged radially inside the rotor, so one end of the rotor case in the motor axial direction is open.
  • the rotor case has a structure in which the magnet-holding portion is supported by a cantilever. Therefore, when the in-wheel motor is driven, the open end side of the rotor may vibrate. In this case, it is necessary to increase the distance between the rotor and stator to avoid collisions.In addition, the distance between the magnet and the coil fluctuates as the rotor vibrates, making it difficult to obtain the expected driving performance. There is a risk that it will not. Moreover, if the separation distance is increased, miniaturization of the motor is hindered.
  • An object of the present disclosure is to provide an in-wheel motor that can reduce the size of the motor and stabilize the drive performance.
  • the in-wheel motor according to the present disclosure is a stator having coils; a rotor having a magnet facing the coil and rotating around the motor axis with respect to the stator; An outer rotor type in-wheel motor comprising The rotor is pivotally supported by the stator at both ends in the wheel width direction.
  • the in-wheel motor according to the present disclosure, it is possible to reduce the size of the motor and stabilize the driving performance.
  • FIG. 1A and 1B are perspective views of driving wheels incorporating in-wheel motors according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section of the drive wheel according to the embodiment.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the in-wheel motor according to the embodiment.
  • FIG. 4 is an exploded perspective sectional view of the in-wheel motor according to the embodiment.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams showing a drive wheel 1 incorporating an in-wheel motor IWM according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1A is a perspective view of the drive wheel 1 as seen from the outside in the wheel width direction
  • FIG. 1B is a perspective view of the drive wheel 1 as seen from the inside in the wheel width direction.
  • the wheel width direction is the same as the motor axial direction of the in-wheel motor IWM.
  • the direction orthogonal to the motor shaft direction is referred to as the “radial direction”.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section of the driving wheel 1.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the in-wheel motor IWM.
  • FIG. 4 is an exploded perspective sectional view of the in-wheel motor IWM.
  • the driving wheel 1 includes an in-wheel motor IWM, wheels 51, tires 52, and the like.
  • a metal wheel 51 is mounted inside a tire 52, and the wheel 51 incorporates an in-wheel motor IWM.
  • the in-wheel motor IWM has a stator 10 and a rotor 20.
  • the stator 10 is a fixed body that generates driving force for rotating the rotor 20, and has a stator body 11, coils 12, a spindle shaft 13, and the like.
  • the rotor 20 is a movable body that rotates around the motor axis with respect to the stator 10, and has a rotor case 21, magnets 22, hubs 23, brake discs 24, drive plates 25, and the like.
  • the in-wheel motor IWM is an outer rotor type motor in which the rotor 20 is arranged radially outside the stator 10 .
  • First to third bearings 31 to 33 are interposed between the stator 10 and the rotor 20 so that the rotor 20 can rotate smoothly with respect to the stator 10 without wear.
  • the stator body 11 has a main body 111 , a flange portion 112 and a shaft attachment portion 113 .
  • the main body 111 has a hollow columnar shape.
  • the flange portion 112 is formed on the outer peripheral surface of the main body 111 so as to protrude radially outward in an annular shape.
  • the main body 111 is divided into a coil placement portion 111a outside the flange portion 112 and a rotor support portion 111b inside the flange portion 112 in the wheel width direction.
  • the shaft mounting portion 113 is formed on the inner peripheral surface of the main body 111 so as to protrude radially inward, and has a shaft insertion hole (reference numeral omitted) at the center.
  • the coil 12 is wound around the outer peripheral surface of the coil arrangement portion 111a of the stator body 11, for example. 4 and 5, the coil 12 is omitted.
  • the coil 12 is energized with, for example, a multiphase alternating current such as a three-phase alternating current.
  • the current flowing through the coil 12 is controlled by an inverter (not shown).
  • the spindle shaft 13 is a shaft member arranged at the center of the in-wheel motor IWM along the wheel width direction, and supports the rotor 20 .
  • the stator body 11 also functions as a shaft member that supports the rotor 20 together with the spindle shaft 13 .
  • the spindle shaft 13 is inserted through the shaft mounting portion 113 of the stator body 11, and is fastened and fixed with, for example, bolts (not shown).
  • a first shaft end portion 131 on the inside in the wheel width direction of the spindle shaft 13 is attached to, for example, a knuckle of the front wheel or a suspension arm of the rear wheel (both not shown).
  • a second shaft end portion 132 on the outside in the wheel width direction of the spindle shaft 13 pivotally supports the rotor 20 .
  • the rotor case 21 has a case body 211 , a hub mounting portion 212 and a plate mounting portion 213 .
  • Stator 10 is arranged inside rotor case 21 .
  • the case body 211 has a hollow columnar shape and holds the magnet 22 on its inner peripheral surface.
  • a hub mounting portion 212 is provided on the outer side of the case body 211 in the wheel width direction.
  • the inner end portion of the case body 211 in the wheel width direction is open so that the stator 10 can be assembled.
  • the hub mounting portion 212 is formed so as to block the outer end portion of the case body 211 in the wheel width direction, and has a hub insertion opening (reference numerals omitted) in the center.
  • the plate mounting portion 213 is formed at the open end of the case body 211 so as to protrude radially outward.
  • the magnet 22 is arranged on the inner peripheral surface of the case main body 211 . When the in-wheel motor IWM is assembled, the magnet 22 faces the coil 12 while being spaced apart.
  • the hub 23 has a hub body 231 and a case mounting portion 232, and rotates integrally with the rotor case 21 and the like as a part of the rotor 20.
  • the hub body 231 has a hollow cylindrical shape.
  • the second shaft end 132 of the spindle shaft 13 is positioned inside the hub body 231 when the in-wheel motor IWM is assembled.
  • the hub 23 is rotatably supported by the second shaft end 132 of the spindle shaft 13 via the first bearing 31 and the second bearing.
  • the case mounting portion 232 is formed at the wheel width direction outer end portion of the hub body 231 so as to protrude radially outward.
  • the hub body 231 is fitted into the hub mounting portion 212 of the rotor case 21, and the case mounting portion 232 and the hub mounting portion 212 are opposed to each other, and are fastened with, for example, bolts (not shown). 21.
  • a seal member is arranged between the hub attachment portion 212 and the case attachment portion 232 to ensure the airtightness of the rotor case 21 .
  • the wheel 51 is fastened and fixed to the case attachment portion 232 of the hub 23 with a stud bolt 53 .
  • a wheel cap 54 is fixed to the radial center of the case attachment portion 232 .
  • the load from the tire 52 is supported by the wheel 51, the hub 23, the first bearing 31 and the second bearing 32, and the spindle shaft 13, and is not input to the stator body 11 and rotor case 21. It has a structure. As a result, deformation of the stator body 11 or the rotor case 21 due to the load input from the tire 52 is prevented, so the distance between the coil 12 and the magnet 22 can be kept constant, and the driving performance of the in-wheel motor IWM is improved. Stabilize.
  • the brake disc 24 has an annular shape and rotates integrally with the rotor case 21 and the like as a part of the rotor 20 .
  • the outer diameter of the brake disc 24 is larger than the outer diameter of the drive plate 25 and protrudes radially outward from the outer peripheral edge of the drive plate 25 .
  • a brake caliper 26 is arranged so as to sandwich this portion.
  • the drive plate 25 has an annular shape and rotates integrally with the rotor case 21 and the like as a part of the rotor 20 .
  • a plate attachment portion 213 of the rotor case 21 is arranged to face the outer surface of the drive plate 24 in the wheel width direction, and is fastened and fixed by, for example, bolts (reference numerals omitted).
  • a brake disc 24 is arranged to face the inner surface of the drive plate 24 in the wheel width direction, and is fastened and fixed by, for example, bolts (reference numerals omitted). That is, the drive plate 25 is interposed between the rotor case 21 and the brake disc 24 .
  • engaging protrusions 252 and 253 are provided on both main surfaces of the drive plate 25, and the engaging protrusions 252 and 253 are fitted into the rotor case 21 and the brake disc 24, respectively.
  • the rotor support portion 111b of the stator body 11 is positioned on the inner peripheral surface side of the drive plate 25.
  • the drive plate 25 is rotatably supported by the rotor support portion 111 b via the third bearing 33 .
  • a hub 23 forming a rotor 20 is pivotally supported by a spindle shaft 13 forming a stator 10 via a first bearing 31 and a second bearing 32 on the outer side in the wheel width direction. Further, the drive plate 25 forming the rotor 20 is pivotally supported via the third bearing 33 on the stator body 11 forming the stator 10 on the inner side in the wheel width direction. That is, the rotor 20 is pivotally supported by the stator 10 at both ends in the wheel width direction. As a result, the rotor 20 does not vibrate when the in-wheel motor IWM is driven, and the rotor 20 rotates around the motor shaft in a stable posture.
  • the drive plate 25 is pivotally supported by the stator 10, the rotor 20 can be easily supported on the open end side of the rotor case 21 as well.
  • a seal member 34 is arranged between the drive plate 25 and the rotor support portion 111b on the inner side of the third bearing 33 in the vehicle width direction.
  • the sealing member 34 is a mechanical element having a sealing function, and prevents dust and water from entering from the outside.
  • the seal member 34 is composed of, for example, an oil seal, and is arranged so that the seal lip portion faces inward in the wheel width direction.
  • the sealing member 34 is preferably arranged such that the outer diameter portion 34a in contact with the drive plate 25 is a fixed portion, and the inner diameter portion 34b in contact with the stator body 1 is a sliding portion. In this case, since the sliding diameter becomes small, wear and loss torque of the seal member 34 can be reduced. Further, in the stator body 11, the sliding portion that comes into contact with the inner diameter portion 34b of the seal member 34 is subjected to surface treatment such as alumite or DLC (Diamond Like Carbon) and cast iron ring to increase the surface hardness. may Furthermore, a lubricant such as grease may be applied to the sliding portion of the stator body 11 in order to improve the sliding property. As a result, wear of the inner diameter portion 34b of the seal member 34 can be reduced. Further, the drive plate 25 may be provided with a C-ring, a collar, or a crimp to prevent the seal member 34 from coming off.
  • the drive plate 25 is arranged on the heat transfer path from the brake disc 25 to the rotor case 21 and functions as a heat capacity member. Frictional heat generated by the brake discs 25 is not directly transmitted to the rotor case 21 and is accumulated in the drive plate 25, so that the temperature rise of the rotor case 21 can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent demagnetization of the magnets 22 arranged in the rotor case 21 due to thermal effects.
  • the drive plate 25 is made of, for example, a metal material such as an aluminum alloy. Thereby, while functioning as a heat capacity member, the rigidity as a power transmission member for transmitting the braking force from the brake disc 24 to the rotor case 21 is ensured. From the viewpoint of the heat capacity member, it is preferable that the volume of the drive plate 25 is large. However, simply increasing the thickness in the wheel width direction increases the in-wheel motor IWM in the wheel width direction, so the drive plate 25 is designed in consideration of this point.
  • heat dissipation structures 251 are formed on both main surfaces of the drive plate 25 .
  • the heat dissipation structure 251 may be any structure as long as it increases the surface area of the drive plate 25, and may be, for example, a recess as shown in FIG.
  • the stator 10 and rotor 20 are positioned and fixed such that the coil 12 and the magnet 22 face each other with a predetermined distance therebetween.
  • the magnetic field generated by the current flowing through the coil 12 attracts and repels the magnet 22, and the rotor 20 rotates. This rotational force is transmitted to the wheel 51 to rotate the drive wheel 1 .
  • the magnet 22 is arranged on the inner peripheral surface of the rotor case 21, even if centrifugal force is generated due to the rotation of the rotor 20, it does not burst and maintains a stable posture. retained. Further, the pad of the brake caliper 26 is pressed against the brake disc 24 to generate a frictional force, which brakes the rotation of the rotor 20 having the brake disc 24 and thus the rotation of the drive wheel 1 .
  • the stator 10 and the rotor 20 are provided with a resolver that detects the rotation state (for example, rotation angle and rotation direction) of the rotor 20 .
  • a cooling water passage for cooling the in-wheel motor IWM, wiring to the coil 12 and a resolver (not shown), and the like are arranged in the stator body 11.
  • the cooling water passages and wiring are led out to the outside through a water supply/discharge port and a wiring connector provided at the inner end portion of the stator body 11 in the wheel width direction.
  • the drive plate 25 significantly limits the space for drawing the cooling water passages and wiring inside the in-wheel motor IWM.
  • the drive plate 25 is pivotally supported by the stator body 11 , that is, the stator 10 is opened to the outside from the inside of the drive plate 25 .
  • the cooling water passages and wiring can be easily drawn into the in-wheel motor IWM without impeding the rotation of the rotor 20, thereby improving the degree of freedom in design.
  • the in-wheel motor IWM includes the stator 10 having the coil 12, the rotor 20 having the magnet 22 facing the coil 12, and rotating around the motor axis with respect to the stator 10,
  • the rotor 20 is pivotally supported by the stator 10 at both ends in the wheel width direction.
  • the rotor 20 does not vibrate when the in-wheel motor IWM is driven, and the rotor 20 rotates around the motor shaft in a stable posture. Therefore, it is not necessary to increase the separation distance between the rotor 20 and the stator 10 in order to avoid collisions that may occur due to vibration of the rotor 20, and the size of the in-wheel motor IWM can be reduced. Further, since the distance between the magnet 22 and the coil 12 does not change, the driving performance of the in-wheel motor IWM can be stabilized.
  • the rotor 20 in the in-wheel motor IWM, includes a rotor case 21 whose inner end in the wheel width direction is open, and a drive that is connected to the inner end of the rotor case 21 and rotates together with the rotor case 21. It further has a plate 25 (rotating body), and the drive plate 25 is pivotally supported by the stator 10 . As a result, the rotor 20 can be easily supported on the open end side of the rotor case 21 as well.
  • the stator 10 further includes a spindle shaft 13 forming a motor shaft, a stator body 11 arranged radially outside the spindle shaft 13, and a drive plate 25 (rotating body). are pivotally supported by the stator body 11 .
  • the stator 10 is opened to the outside from the inside of the drive plate 25, so that the cooling water passages and wiring can be easily pulled into the in-wheel motor IWM without impeding the rotation of the rotor 20. , the degree of freedom in design is improved.
  • the rotor 20 further has a hub 23 connected to the outer end portion of the rotor case 21 in the wheel width direction, and the hub 23 is pivotally supported by the spindle shaft 13 .
  • the load from the tire 52 is supported by the wheel 51 , hub 23 and spindle shaft 13 and is not input to the stator body 11 and rotor case 21 . Therefore, deformation of the stator body 11 or the rotor case 21 due to the load input from the tire 52 is prevented, so that the separation distance between the coil 12 and the magnet 22 can be kept constant, and the drive performance of the in-wheel motor IWM is stabilized. do.
  • the rotor 20 further has a brake disc 24 that rotates integrally with the rotor case 21, and the rotor connected to the inner end of the rotor case 21 includes the rotor case 21 and the brake disc. 24 is a drive plate 25 interposed between them. Since the drive plate 25 functions as a heat capacity member, it is possible to prevent vibration of the rotor 20, suppress heat transfer from the brake disc 24 to the magnet 22, and prevent demagnetization of the magnet 22 due to thermal effects. can.
  • the size and shape of each component are not limited to the illustrated embodiment.
  • the in-wheel motor IWM may have a structure in which the rotor 20 is pivotally supported by the stator 10 at both ends in the wheel width direction.
  • the brake disc 24 is directly connected to the inner end of the rotor case 21 , the brake disc 24 may be journalled on the stator 10 .
  • the in-wheel motor IWM may have a structure in which the rotor 20 is pivotally supported by the stator 10 .
  • the in-wheel motor IWM may be supported by the spindle shaft 13 .
  • the in-wheel motor IWM may have a brake drum instead of the brake disc 24 .
  • the size of the third bearing 33 arranged in the inner opening of the rotor 20 in the wheel width direction is smaller than the size of the first bearing 31 and the second bearing 32 which are the bearings of the hub 23.
  • the third bearing 33 does not need to support the weight of the vehicle, so the third bearing 33 can be selected to have a small load capacity, which reduces the cost. can do.
  • the outer diameter of the seal member 34 and the outer diameter of the third bearing 33 may be different.
  • a stable preload can be applied to the third bearing 34 by a preload structure using a spring washer or the like.
  • the present disclosure is useful for outer rotor type in-wheel motors mounted on drive wheels of vehicles.

Landscapes

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Abstract

モーターの小型化及び駆動性能の安定化を図ることができるインホイールモーターを提供する。　インホイールモーターは、コイルを有するステーターと、コイルと対向するマグネットを有し、ステーターに対してモーター軸周りに回転するローターと、を備えるアウターローター型のインホイールモーターであって、ローターは、車輪幅方向における両端部において、ステーターに軸支されている。

Description

インホイールモーター
　本開示は、アウターローター型のインホイールモーターに関する。
　従来、電気自動車の車輪の駆動源として、ホイールに内蔵されるインホイールモーターが知られている。インホイールモーターは、コイルを有するステーター（固定子）と、コイルに対向するようにマグネットが配置されているローター（回転子）と、を備え、コイルに電流が流れることで生じる磁界が、マグネットと吸引及び反発することで、ローターが回転し、この回転力がハブを介してホイールに伝達され、駆動車輪を回転させる。
　例えば、特許文献１、２には、インホイールモーターの一例として、ステーターの径方向外側にローターが配置されているアウターローター型のインホイールモーターが開示されている。このようなアウターローター型のインホイールモーターにおいては、ローターケースの径方向内側にマグネットを配置することで、ローターの回転に伴う遠心力によりマグネットがバーストするのを防止することができる。
特開２０２０－１１４０５４号公報 特開２０１８－１６４３６６号公報
　ところで、アウターローター型のインホイールモーターの場合、ローターの径方向内側にステーターが配置されるため、ローターケースのモーター軸方向における一端側は開放されている。そして、一般には、ローターケースのマグネットを保持する部分が片持ちで支持される構造となっている。そのため、インホイールモーターの駆動時に、ローターの開放端側に振れが生じる虞がある。この場合、ローターとステーターの衝突を回避するために離間距離を大きくする必要があり、加えて、ローターの振れに伴い、マグネットとコイルの離間距離が変動することとなり、期待する駆動性能が得られない虞がある。また、離間距離を大きくすると、モーターの小型化が阻害されてしまう。
　本開示の目的は、モーターの小型化及び駆動性能の安定化を図ることができるインホイールモーターを提供することである。
　本開示に係るインホイールモーターは、
　コイルを有するステーターと、
　前記コイルと対向するマグネットを有し、前記ステーターに対してモーター軸周りに回転するローターと、
　を備えるアウターローター型のインホイールモーターであって、
　前記ローターは、車輪幅方向における両端部において、前記ステーターに軸支されている。
　本開示に係るインホイールモーターによれば、モーターの小型化及び駆動性能の安定化を図ることができる。
図１Ａ、図１Ｂは、実施の形態に係るインホイールモーターを内蔵した駆動車輪の斜視図である。 図２は、実施の形態に係る駆動車輪の断面を模式的に示す図である。 図３は、実施の形態に係るインホイールモーターの分解斜視図である。 図４は、実施の形態に係るインホイールモーターの分解斜視断面図である。
　以下、本開示の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
　図１Ａ、１Ｂは、本開示の一実施の形態に係るインホイールモーターＩＷＭを内蔵した駆動車輪１を示す図である。図１Ａは、駆動車輪１を車輪幅方向外側から見た斜視図であり、図１Ｂは、駆動車輪１を車輪幅方向内側から見た斜視図である。なお、車輪幅方向は、インホイールモーターＩＷＭのモーター軸方向と同じである。また、モーター軸方向に直交する方向を「径方向」と称する。
　図２は、駆動車輪１の断面を模式的に示す図である。図３は、インホイールモーターＩＷＭの分解斜視図である。図４は、インホイールモーターＩＷＭの分解斜視断面図である。
　図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すように、駆動車輪１は、インホイールモーターＩＷＭ、ホイール５１及びタイヤ５２等を備える。駆動車輪１において、タイヤ５２の内側に金属製のホイール５１が装着され、ホイール５１にインホイールモーターＩＷＭが内蔵される。
　図２～図４に示すように、インホイールモーターＩＷＭは、ステーター１０及びローター２０を有する。
　ステーター１０は、ローター２０を回転させるための駆動力を発生させる固定体であり、ステーターボディ１１、コイル１２及びスピンドルシャフト１３等を有する。
　ローター２０は、ステーター１０に対してモーター軸周りに回転する可動体であり、ローターケース２１、マグネット２２、ハブ２３、ブレーキディスク２４及びドライブプレート２５等を有する。
　インホイールモーターＩＷＭは、ステーター１０の径方向外側にローター２０が配置されている、アウターローター型のモーターである。ステーター１０とローター２０の間には、第１～第３ベアリング３１～３３が介在しており、ステーター１０に対してローター２０が摩耗なく滑らかに回転可能となっている。
　ステーターボディ１１は、ボディ本体１１１、フランジ部１１２及びシャフト取付部１１３を有する。
　ボディ本体１１１は、中空の円柱形状を有する。フランジ部１１２は、ボディ本体１１１の外周面に、径方向外側に円環状に張り出すように形成されている。ボディ本体１１１は、車輪幅方向において、フランジ部１１２よりも外側のコイル配置部１１１ａと、フランジ部１１２よりも内側のローター支持部１１１ｂに区画される。シャフト取付部１１３は、ボディ本体１１１の内周面に、径方向内側に張り出すように形成されており、中心にシャフト挿通孔（符号略）を有している。
　コイル１２は、例えば、ステーターボディ１１のコイル配置部１１１ａの外周面に巻線される。なお、図４、図５では、コイル１２は省略されている。コイル１２には、例えば、三相交流等の多相交流が通電される。コイル１２の通電電流は、インバーター（図示略）により制御される。
　スピンドルシャフト１３は、車輪幅方向に沿ってインホイールモーターＩＷＭの中心に配置される軸部材であり、ローター２０を軸支する。本実施の形態では、スピンドルシャフト１３とともに、ステーターボディ１１もローター２０を軸支する軸部材として機能する。
　スピンドルシャフト１３は、ステーターボディ１１のシャフト取付部１１３に挿通され、例えば、ボルト（図示略）により締結され固定される。スピンドルシャフト１３における車輪幅方向内側の第１シャフト端部１３１は、例えば、前輪のナックル又は後輪のサスアーム（いずれも図示略）に取り付けられる。スピンドルシャフト１３における車輪幅方向外側の第２シャフト端部１３２は、ローター２０を軸支する。
　ローターケース２１は、ケース本体２１１、ハブ取付部２１２及びプレート取付部２１３を有する。ローターケース２１の内側に、ステーター１０が配置される。
　ケース本体２１１は、中空の円柱形状を有し、内周面においてマグネット２２を保持する。ケース本体２１１の車輪幅方向外側に、ハブ取付部２１２が設けられる。一方、ケース本体２１１の車輪幅方向内側の端部は、ステーター１０を組み付けられるように、開放されている。
　ハブ取付部２１２は、ケース本体２１１の車輪幅方向外側の端部を閉塞するように形成されており、中心にハブ挿通口（符号略）を有している。
　プレート取付部２１３は、ケース本体２１１の開放端に、径方向外側に張り出すように形成されている。
　マグネット２２は、ケース本体２１１の内周面に配置されている。マグネット２２は、インホイールモーターＩＷＭを組み立てたときに、コイル１２と離間した状態で対向する。
　ハブ２３は、ハブ本体２３１及びケース取付部２３２を有し、ローター２０の一部としてローターケース２１等と一体的に回転する。ハブ本体２３１は、中空の円柱形状を有する。インホイールモーターＩＷＭを組み立てたとき、ハブ本体２３１の内側に、スピンドルシャフト１３の第２シャフト端部１３２が位置する。ハブ２３は、スピンドルシャフト１３の第２シャフト端部１３２に、第１ベアリング３１及び第２ベアリングを介して、回転可能に支持される。
　ケース取付部２３２は、ハブ本体２３１の車輪幅方向外側の端部に、径方向外側に張り出すように形成されている。ローターケース２１のハブ取付部２１２にハブ本体２３１を嵌め込み、ケース取付部２３２とハブ取付部２１２を対向させた状態で、例えば、ボルト（図示略）により締結することで、ハブ２３は、ローターケース２１に固定される。図示を省略しているが、ハブ取付部２１２とケース取付部２３２との間には、シール部材が配置されており、ローターケース２１の内部の密閉性が確保されている。
　また、ハブ２３のケース取付部２３２には、スタッドボルト５３によりホイール５１が締結され固定される。ケース取付部２３２の径方向中心には、ホイールキャップ５４が固定される。
　すなわち、本実施の形態では、タイヤ５２からの荷重は、ホイール５１、ハブ２３、第１ベアリング３１及び第２ベアリング３２、並びにスピンドルシャフト１３によって支えられ、ステーターボディ１１及びローターケース２１には入力されない構造となっている。これにより、タイヤ５２からの荷重入力によるステーターボディ１１又はローターケース２１の変形が防止されるので、コイル１２とマグネット２２の離間距離を一定に保持することができ、インホイールモーターＩＷＭの駆動性能が安定する。
　ブレーキディスク２４は、円環形状を有し、ローター２０の一部としてローターケース２１等と一体的に回転する。ブレーキディスク２４の外径は、ドライブプレート２５の外径よりも大きく、ドライブプレート２５の外周縁よりも径方向外側に突出している。この部分を挟み込むように、ブレーキキャリパー２６が配置される。
　ドライブプレート２５は、円環形状を有し、ローター２０の一部としてローターケース２１等と一体的に回転する。ドライブプレート２４の車輪幅方向外側の面には、ローターケース２１のプレート取付部２１３が対向して配置され、例えば、ボルト（符号略）によって締結され、固定される。また、ドライブプレート２４の車輪幅方向内側の面には、ブレーキディスク２４が対向して配置され、例えば、ボルト（符号略）によって締結され、固定される。つまり、ドライブプレート２５は、ローターケース２１とブレーキディスク２４の間に介在している。
　図２等では、ドライブプレート２５の両主面に係合凸部２５２、２５３が設けられており、係合凸部２５２、２５３が、それぞれローターケース２１及びブレーキディスク２４に嵌め込まれるようになっている。
　インホイールモーターＩＷＭを組み立てたとき、ドライブプレート２５の内周面側に、ステーターボディ１１のローター支持部１１１ｂが位置する。ドライブプレート２５は、ローター支持部１１１ｂに、第３ベアリング３３を介して、回転可能に支持される。
　インホイールモーターＩＷＭは、車輪幅方向外側において、ローター２０を構成するハブ２３が、第１ベアリング３１及び第２ベアリング３２を介して、ステーター１０を構成するスピンドルシャフト１３に軸支されている。また、車輪幅方向内側において、ローター２０を構成するドライブプレート２５が、第３ベアリング３３を介して、ステーター１０を構成するステーターボディ１１に軸支されている。つまり、ローター２０は、車輪幅方向における両端部において、ステーター１０に軸支されている。
　これにより、インホイールモーターＩＷＭの駆動時に、ローター２０に振れは生じず、ローター２０は、モーター軸周りに安定した姿勢で回転する。したがって、ローター２０の振れによって生じうる衝突を回避するために、ローター２０とステーター１０の離間距離を大きくする必要はなく、マグネット２２とコイル１２の離間距離が変動しないため、期待する駆動性能を得ることができる。また、インホイールモーターＩＷＭの小型化を図ることができる。
　また、ドライブプレート２５がステーター１０に軸支される構造であるので、ローターケース２１の開放端部側においても、ローター２０を容易に軸支することができる。
　ドライブプレート２５とローター支持部１１１ｂの間には、第３ベアリング３３の車幅方向内側において、シール部材３４が配置される。シール部材３４は、密封機能を有する機械要素であり、外部からの塵埃及び水の侵入を防止する。シール部材３４は、例えば、オイルシールで構成され、シールリップ部が車輪幅方向内側を向くように配置される。
　シール部材３４は、ドライブプレート２５と接触する外径部３４ａが固定部、ステーターボディ１と接触する内径部３４ｂが摺動部となるように配置されるのが好ましい。この場合、摺動径が小さくなるため、シール部材３４の摩耗及びロストルクを低減することができる。
　また、ステーターボディ１１において、シール部材３４の内径部３４ｂと接触する摺動部位には、表面硬度を高めるために、アルマイトやＤＬＣ（Diamond Like Carbon）等の表面処理や鉄リングの鋳込みが施されてもよい。さらに、ステーターボディ１１の摺動部位には、摺動性を高めるために、グリースなどの潤滑剤が塗布されてもよい。これにより、シール部材３４の内径部３４ｂの摩耗を低減することができる。
　また、ドライブプレート２５にＣリングやカラー、カシメを設けて、シール部材３４の抜け止めを行ってもよい。
　ドライブプレート２５は、ブレーキディスク２５からローターケース２１への熱伝達経路上に配置されており、熱容量部材として機能する。ブレーキディスク２５で生じた摩擦熱は、ローターケース２１に直接伝達されず、ドライブプレート２５に蓄熱されるので、ローターケース２１の温度上昇を抑制することができる。したがって、熱的影響によってローターケース２１に配置されたマグネット２２に減磁が発生するのを防止することができる。
　ドライブプレート２５は、例えば、アルミニウム合金等の金属材料により形成される。これにより、熱容量部材として機能するとともに、ブレーキディスク２４からの制動力をローターケース２１へ伝達する動力伝達部材としての剛性も確保される。
　なお、熱容量部材としての観点からは、ドライブプレート２５の体積は大きい方が好ましい。ただし、単に車輪幅方向における厚さを大きくすると、インホイールモーターＩＷＭが車輪幅方向に大きくなるため、この点を考慮してドライブプレート２５は設計される。
　また、ドライブプレート２５の両主面には、放熱構造２５１が形成されている。放熱構造２５１は、ドライブプレート２５の表面積を増大させる構造であればよく、例えば、図２等に示すような凹部であってもよいし、フィン形状であってもよい。ドライブプレート２５に放熱構造２５１を設けることにより、ブレーキディスク２４からマグネット２２への熱の伝達を抑制する効果が高まる。
　ステーター１０及びローター２０は、コイル１２とマグネット２２が所定距離を隔てて対向するように位置決めされ、固定される。コイル１２に電流が流れることで生じる磁界が、マグネット２２と吸引及び反発することで、ローター２０が回転する。この回転力がホイール５１に伝達され、駆動車輪１を回転させる。アウターローター型のインホイールモーターＩＷＭの場合、マグネット２２は、ローターケース２１の内周面に配置されているので、ローター２０の回転に伴い遠心力が生じても、バーストすることなく安定した姿勢で保持される。
　また、ブレーキキャリパー２６のパッドがブレーキディスク２４に押し付けられることにより摩擦力が発生し、ブレーキディスク２４を有するローター２０の回転、ひいては駆動車輪１の回転が制動される。
　なお、図示を省略するが、ステーター１０及びローター２０には、ローター２０の回転状態（例えば、回転角度及び回転方向）を検出するレゾルバ－が設けられる。また、ステーターボディ１１内には、インホイールモーターＩＷＭを冷却するための冷却水路、コイル１２及びレゾルバ－（図示略）への配線等が配置される。冷却水路及び配線は、ステーターボディ１１の車輪幅方向内側端部に設けられた給排水口及び配線コネクターを介して、外部に引き出される。
　車輪幅方向内側において、ドライブプレート２５がスピンドルシャフト１３に軸支される構造の場合、冷却水路や配線をインホイールモーターＩＷＭの内部に引き込むための空間がドライブプレート２５によって著しく制限される。これに対して、本実施の形態では、ドライブプレート２５がステーターボディ１１に軸支される構造、すなわち、ドライブプレート２５の内側からステーター１０が外部に開放される構造となっている。これにより、ローター２０の回転を阻害することなく、冷却水路や配線をインホイールモーターＩＷＭの内部に容易に引き込むことができ、設計の自由度が向上する。
　このように、本実施の形態に係るインホイールモーターＩＷＭは、コイル１２を有するステーター１０と、コイル１２と対向するマグネット２２を有し、ステーター１０に対してモーター軸周りに回転するローター２０と、を備えるアウターローター型のインホイールモーターであり、ローター２０は、車輪幅方向における両端部において、ステーター１０に軸支されている。
　これにより、インホイールモーターＩＷＭの駆動時に、ローター２０に振れは生じず、ローター２０は、モーター軸周りに安定した姿勢で回転する。したがって、ローター２０の振れによって生じうる衝突を回避するために、ローター２０とステーター１０の離間距離を大きくする必要はなく、インホイールモーターＩＷＭの小型化を図ることができる。また、マグネット２２とコイル１２の離間距離が変動しないため、インホイールモーターＩＷＭの駆動性能の安定化を図ることができる。
　具体的には、インホイールモーターＩＷＭにおいて、ローター２０は、車輪幅方向における内側端部が開放されているローターケース２１と、ローターケース２１の内側端部に接続され、ローターケース２１とともに回転するドライブプレート２５（回転体）と、をさらに有し、ドライブプレート２５が、ステーター１０に軸支されている。
　これにより、ローターケース２１の開放端部側においても、ローター２０を容易に軸支することができる。
　また、インホイールモーターＩＷＭにおいて、ステーター１０は、モーター軸を形成するスピンドルシャフト１３と、スピンドルシャフト１３の径方向外側に配置されるステーターボディ１１と、をさらに有し、ドライブプレート２５（回転体）は、ステーターボディ１１に軸支されている。
　これにより、ドライブプレート２５の内側からステーター１０が外部に開放される構造となるので、ローター２０の回転を阻害することなく、冷却水路や配線をインホイールモーターＩＷＭの内部に容易に引き込むことができ、設計の自由度が向上する。
　また、インホイールモーターＩＷＭにおいて、ローター２０は、ローターケース２１の車輪幅方向における外側端部に接続されるハブ２３をさらに有し、ハブ２３が、スピンドルシャフト１３に軸支されている。
　これにより、タイヤ５２からの荷重は、ホイール５１、ハブ２３、及びスピンドルシャフト１３によって支えられ、ステーターボディ１１及びローターケース２１には入力されない。したがって、タイヤ５２からの荷重入力によるステーターボディ１１又はローターケース２１の変形が防止されるので、コイル１２とマグネット２２の離間距離を一定に保持することができ、インホイールモーターＩＷＭの駆動性能が安定する。
　また、インホイールモーターＩＷＭにおいて、ローター２０は、ローターケース２１と一体的に回転するブレーキディスク２４をさらに有し、ローターケース２１の内側端部に接続される回転体は、ローターケース２１とブレーキディスク２４との間に介在するドライブプレート２５である。
　ドライブプレート２５が熱容量部材として機能するので、ローター２０の振れ防止とともに、ブレーキディスク２４からマグネット２２への熱の伝達を抑制することができ、熱的影響によるマグネット２２の減磁を防止することができる。
　以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
　例えば、各構成要素のサイズや形状は、図示した態様に限定されない。
　また、インホイールモーターＩＷＭは、ローター２０が、車輪幅方向における両端部において、ステーター１０に軸支される構造であればよく、例えば、ローターケース２１の内側端部に直接ブレーキディスク２４が接続され、ブレーキディスク２４がステーター１０に軸支されてもよい。
　また、インホイールモーターＩＷＭは、ローター２０がステーター１０に軸支される構造であればよく、例えば、ステーターボディ１１の代わりに、スピンドルシャフト１３に支持されてもよい。また、インホイールモーターＩＷＭは、ブレーキディスク２４の代わりにブレーキドラムを備えてもよい。
　また、インホイールモーターＩＷＭにおいて、ローター２０の車輪幅方向内側の開口部に配置される第３ベアリング３３のサイズは、ハブ２３の軸受である第１ベアリング３１及び第２ベアリング３２のサイズよりも小さくてもよい。第１ベアリング３１及び第２ベアリング３２が車重を支えるのに対して、第３ベアリング３３は車重を支える必要がないため、第３ベアリング３３として耐荷重が小さいものを選定でき、コストを低減することができる。
　加えて、シール部材３４の外径と第３ベアリング３３の外径は異なっていてもよい。シール部材３４の外径が第３ベアリング３３の外径よりも小さい場合、ばねワッシャ等による予圧構造により、第３ベアリング３４に安定した予圧を与えることができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　２０２１年１２月１７日出願の特願２０２１－２０５０９６の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　本開示は、車両の駆動車輪に搭載されるアウターローター型のインホイールモーターに有用である。
　ＩＷＭ　インホイールモーター
　１　駆動車輪
　１０　ステーター
　１１　ステーターボディ
　１２　コイル
　１３　スピンドルシャフト
　２０　ローター
　２１　ローターケース
　２２　マグネット
　２３　ハブ
　２４　ブレーキディスク
　２５　ドライブプレート
　２６　ブレーキキャリパー
　３１～３３　第１～第３ベアリング
　３４　シール部材
　５１　ホイール
　５２　タイヤ
 

Claims (5)

  1. 　コイルを有するステーターと、
    　前記コイルと対向するマグネットを有し、前記ステーターに対してモーター軸周りに回転するローターと、
    　を備えるアウターローター型のインホイールモーターであって、
    　前記ローターは、車輪幅方向における両端部において、前記ステーターに軸支されている、
    　インホイールモーター。
  2. 　前記ローターは、
    　前記車輪幅方向における内側端部が開放されているローターケースと、
    　前記ローターケースの前記内側端部に接続され、前記ローターケースとともに回転する回転体と、をさらに有し、
    　前記回転体が、前記ステーターに軸支されている、
    　請求項１に記載のインホイールモーター。
  3. 　前記ステーターは、
    　前記モーター軸を形成するスピンドルシャフトと、
    　前記スピンドルシャフトの径方向外側に配置されるステーターボディと、をさらに有し、
    　前記回転体は、前記ステーターボディに軸支されている、
    　請求項２に記載のインホイールモーター。
  4. 　前記ローターは、前記ローターケースの前記車輪幅方向における外側端部に接続されるハブをさらに有し、
    　前記ハブが、前記スピンドルシャフトに軸支されている、
    　請求項３に記載のインホイールモーター。
  5. 　前記ローターは、前記ローターケースと一体的に回転するブレーキディスクをさらに有し、
    　前記回転体は、前記ローターケースと前記ブレーキディスクとの間に介在するドライブプレートである、
    　請求項２に記載のインホイールモーター。
     
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