JP2015089188A - インホイールモータおよびインホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半径方向寸法を大きくすることなく、低コストで、軸方向寸法を短縮することができるインホイールモータを提供する。
【解決手段】 インホイールモータである電動モータ１は、モータハウジング８と、モータステータ９と、回転軸６と、モータロータ１０と、回転センサ３０とを備える。回転軸６は、複数の軸受１１，１２により回転自在に支持された軸部６ａと、この軸部６ａの外周から外径側に広がるフランジ部６ｂと、このフランジ部６ｂの外径端から軸部６ａと平行に延び、外周にモータロータ１０が嵌合する筒状部６ｃとを有する。回転センサ３０は、軸方向位置が複数の軸受１１，１２の間で、かつ回転軸６の筒状部６ｃの内径側に配置されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の駆動輪に用いられるインホイールモータ、およびこのインホイールモータが組込まれたインホイールモータ駆動装置に関する。

インホイールモータは、懸架装置よりも下方となるばね下の限られた空間に動力伝達機構等と共に配置されるため、軸方向寸法がなるべく短いことが望ましい。また、インホールモータは、減速機等と組み合わせてインホールモータ駆動装置として構成されることが多く、その場合、より一層軸方向寸法を短くすることが求められる。

インホイールモータと減速機を組み合わせたインホイールモータ駆動装置の軸方向寸法を短縮する手段として、特許文献１に、アルミ合金製のハウジングについて、減速機側とインホイールモータ側とを一体構造とし、アウトボード側端面部材に車輪ハブ軸受を固定する構造が提案されている。

また、特許文献２には、ハイブリット電気自動車等におけるモータ支持構造に関して、回転センサをロータ支持用軸受の半径方向外径側に配設することで、モータ全体の軸方向長さを短縮する構造が提案されている。

特開２０１２−１４８７２５号公報 特開２０００−２２４８１３号公報

特許文献１の提案は、ハウジングの改良により軸方向寸法を短縮するものであり、回転センサについての記述はない。しかし、実際のインホイールモータでは、ロータの回転を検出する回転センサがモータハウジング内に設けられている。例えば図３に示す電動モータ１からなるインホイールモータにより説明すると、モータハウジング８内における減速機２と反対側の端部に回転センサ３０が配置されるようになり、この回転センサ３０が軸方向寸法を短縮させる上で障害となる。すなわち、モータロータ１０の軸方向反減速機側に回転センサ３０が配置され、さらに回転センサ３０の軸方向反減速機側に、電動モータ１の回転軸６を支持する軸受１１が配置されるため、少なくとも軸受１１の設置箇所となるモータハウジング８の半径方向中心部８Ａについては外側に張り出させる必要があった。

特許文献２の提案は、回転センサをロータ支持用軸受の半径方向外径側に配設するため、軸方向長さを短縮することは可能であるが、半径方向寸法が大きくなってしまう懸念がある。インホイールモータは、車輪の内径部に配置されるため、半径方向寸法が大きくなることも避けなければならない。また、センサ自体の大型化を招き高コストになる。さらには、自動車のモーメント荷重・振動等でセンサギャップが変化することになり、検出精度が安定しないということも生じてくる。そのため、特許文献２の技術は、インホイールモータには適用し難い。

この発明の目的は、モータハウジング内に回転センサが設置されたものにおいて、半径方向寸法を大きくすることなく、低コストで、軸方向寸法を短縮することができるインホイールモータおよびインホイールモータ駆動装置を提供することである。
この発明の他の目的は、検出精度が安定したインホイールモータおよびインホイールモータ駆動装置とすることである。

この発明のインホイールモータは、モータハウジングと、このモータハウジングに固定され、コアおよびコイルを有するモータステータと、複数の軸受を介して前記モータハウジングに回転自在に支持された回転軸と、永久磁石を有し前記回転軸に一体回転するように取り付けられて、前記モータステータに対して回転可能なモータロータと、このモータロータの回転数を検出する回転センサとを備える。前記回転軸は、前記複数の軸受により回転自在に支持された軸部と、この軸部の外周から外径側に広がるフランジ部と、このフランジ部の外径端から前記軸部と平行に延び、外周に前記モータロータが嵌合する筒状部とを有する。前記回転センサは、軸方向位置が前記複数の軸受の間で、かつ前記回転軸の前記筒状部の内径側に配置される。

この構成によると、回転センサを回転軸の筒状部の内径側に配置したことにより、この回転センサ、および回転軸を支持する複数の軸受のうちの回転センサが設置される側の軸受を、軸方向中心側に寄せて配置することが可能となる。それにより、インホイールモータの軸方向寸法を短縮することができる。また、回転センサを回転軸の筒状部の内径側に配置したことにより、回転センサを小さくできて、低コスト化できる。さらに、回転センサを複数の軸受の間に配置したため、軸受と回転センサが半径方向に重ならないように配置して、インホイールモータの半径方向寸法を抑えることができる。

加えて、回転軸の筒状部の外周にモータロータが嵌合し、回転センサが回転軸の筒状部の内径側に配置されるため、モータステータやモータロータに対して、回転センサが筒状部の陰に隠れた状態となる。そのため、モータステータのコアやモータロータの磁石からの磁場の影響を低減することができる。

この発明において、前記回転センサは、前記モータハウジングに設けられた巻線型のステータ部と、前記回転軸に設けられたロータ部とを有する形態であっても良い。
この構成の場合、複数の軸受により支持された回転軸に回転センサのロータ部が設けられているため、ロータ部に振動が生じ難く、検出精度が安定する。また、巻線型の回転センサを使用するため、ノイズに左右され難く、高湿、低温、振動等の悪条件下でも使用できる。

また、前記ステータ部およびロータ部が、互いに前記回転軸の半径方向に並んで配置されていても良い。
この場合、回転センサの回転軸軸方向長さを短くすることができ、回転センサをモータハウジング内にコンパクトに設置することができる。ステータ部およびロータ部を上記配置とすると、回転軸の軸部と筒状部との間に比較的広いセンサ配置空間が形成されるため、このセンサ配置空間に回転センサ設置することが可能である。

例えば、前記回転センサはレゾルバとするのが良い。レゾルバは、ノイズに左右され難く、高湿、低温、振動等の悪条件下でも使用であるうえ、分解能が高いため、車両のインホイールモータ用として適する。

この発明のインホイールモータ駆動装置は、前記インホイールモータと、前記車輪を支持する車輪用軸受と、前記インホイールモータの回転を減速して前記車輪用軸受に伝達する減速機とを備える。
この発明の前記いずれかの構成のインホイールモータを用いることで、このインホイールモータ駆動装置も、半径方向寸法を大きくすることなく、軸方向寸法を短縮することができる。

この発明のインホイールモータは、モータハウジングと、このモータハウジングに固定され、コアおよびコイルを有するモータステータと、複数の軸受を介して前記モータハウジングに回転自在に支持された回転軸と、永久磁石を有し前記回転軸に一体回転するように取り付けられて、前記モータステータに対して回転可能なモータロータと、このモータロータの回転数を検出する回転センサとを備え、前記回転軸は、前記複数の軸受により回転自在に支持された軸部と、この軸部の外周から外径側に広がるフランジ部と、このフランジ部の外径端から前記軸部と平行に延び、外周に前記モータロータが嵌合する筒状部とを有し、前記回転センサは、軸方向位置が前記複数の軸受の間で、かつ前記回転軸の前記筒状部の内径側に配置されているため、半径方向寸法を大きくすることなく、低コストで、軸方向寸法を短縮することができる。

この発明のインホイールモータ駆動装置は、前記いずれかの構成のインホイールモータと、前記車輪を支持する車輪用軸受と、前記インホイールモータの回転を減速して前記車輪用軸受に伝達する減速機とを備えるため、半径方向寸法を大きくすることなく、低コストで、軸方向寸法を短縮することができる。

（Ａ）はこの発明の一実施形態に係るインホイールモータを備えたインホイールモータ駆動装置の断面図、（Ｂ）はそのＩＢ部拡大図である。 図１のII−II平面に沿う一部省略断面図である。 従来のインホイールモータを備えたインホイールモータ駆動装置の断面図である。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るインホイールモータを備えたインホイールモータ駆動装置の断面図である。このインホイールモータ駆動装置は、車輪を駆動するインホイールモータである電動モータ１と、この電動モータ１の回転を減速する減速機２と、この減速機２の入力軸３と同軸の出力部材４によって回転させられる車輪用軸受５と、潤滑油供給機構７とを有する。車輪用軸受５と電動モータ１との間に減速機２を介在させ、車輪用軸受５で支持される駆動輪である車輪のハブと、電動モータ１の回転軸６とを同軸心上で連結してある。

電動モータ１は、それぞれモータハウジング８内に収容されたモータステータ９およびモータロータ１０を有する。図２に示すように、モータステータ９は、ステータコア９ａにコイル９ｂが巻かれたもので、モータハウジング８の内周面に嵌合して固定されている。また、モータロータ１０は、ロータコア１０ａに永久磁石１０ｂをＶ字状に組み込んだもので、回転軸６に取り付けられ、モータステータ９に対して回転可能である。これらモータステータ９とモータロータ１０との間には、ラジアルギャップが設けられている。すなわち、この電動モータ１は、ラジアルギャップ型のＩＰＭモータ（いわゆる埋込み磁石型同期モータ）である。

図１において、モータハウジング８には、軸方向に離隔して軸受１１，１２が設けられ、これら軸受１１，１２に前記回転軸６が回転自在に支持されている。回転軸６は、電動モータ１の駆動力を減速機２に伝達するものである。

図１（Ａ）のＩＢ部拡大図である同図（Ｂ）に示すように、回転軸６は、前記複数の軸受１１，１２により回転自在に支持された軸部６ａと、この軸部６ａの軸方向中間付近部の外周から外径側に広がるフランジ部６ｂと、このフランジ部６ｂの外径端から前記軸部６ａと平行に軸方向両側へ延びる筒状部６ｃとを有する。

筒状部６ｃの外周面は軸方向全域に亘って同径の円筒面とされ、この外周面にモータロータ１０が嵌合している。詳しくは、モータロータ１０は、筒状部６ｃの反減速機側端に形成されたつば状部６ｄと、筒状部６ｃの減速機側端にボルト１３で取り付けられたロータ固定部材１４とで軸方向に挟み付けて、回転軸６に固定される。

筒状部６ｃにおけるフランジ部６ｂに対して反減速機側部分６ｃａは減速機側部分６ｃｂよりも肉厚が薄く、すなわち内径が大きく形成されている。この反減速機側部分６ｃａの内径側の空間、すなわち軸部６ａと反減速機側部分６ｃａとの間の空間はセンサ配置空間１５となっている。

前記センサ配置空間１５には、モータロータ１０の回転数を検出する回転センサ３０が設けられている。回転センサ３０は、モータハウジング８の円筒部８ａに設けられた外径側のステータ部３１と、回転軸６に設けられた内径側のロータ部３２とを有する巻線型のセンサである。このように、ステータ部３１およびロータ部３２は、互いに回転軸６の半径方向に並んで配置されている。図の例では、回転センサ３０はレゾルバであり、ステータ部３１はコア３１ａおよびコイル３１ｂからなり、ロータ部３２は鉄心またはコイルからなる。回転センサ３０は、レゾルバの他に、ロータ部３２に磁気エンコーダやパルサリングを用いた形態のものであってもよい。また、ステータ部３１は、半導体の磁気センサであっても良い。

モータハウジング８の前記円筒部８ａは、モータハウジング８の反減速機側壁面から減速機側へ突出し、その先端が前記センサ配置空間１５まで達している。そして、その先端部内周にステータ部３１を嵌合させ、円筒部８ａの段面３３と、円筒部８ａの先端面にボルト３４で固定された固定部材３５とにより、ステータ部３１を軸方向に挟み付けて固定している。また、回転軸６の軸部６ａの段面３６と、軸部６ａの外周に螺着したナット３７とにより、ロータ部３２を軸方向に挟み付けて固定している。前記軸受１１は、これらステータ部３１およびロータ部３２よりも反減速機側の位置で、円筒部８ａおよび軸部６ａ間に設けられている。よって、回転センサ３０は、軸方向位置が軸受１１，１２の間で、かつ回転軸６の筒状部６ｃの内径側に配置されている。

減速機２は、図の例ではサイクロイド減速機である。サイクロイド減速機は公知の構成であるので、説明を省略する。減速機２は特に限定されるものではなく、図示の例以外の種々の形態の減速機であっても良い。減速機２は、電動モータ１および車輪用軸受５と同軸上に配置されている。

減速機２の入力軸３は、軸方向一端が回転軸６内に延びて、回転軸６とスプライン嵌合されている。また、入力軸３は、減速機２の出力側の部材となる前記出力部材４に設けられた軸受１７、および出力部材４に連結された連結部材１８に設けられた軸受１９によって支持される。したがって、減速機２の入力軸３およびモータ回転軸６は、軸受１１，１２，１７，１９により一体に回転自在に支持される。

減速機２を収納する減速機ハウジング２１には、車両における図示外の懸架装置が連結される。そして、その懸架装置の上に車体が搭載される。減速機ハウジング２１および前記モータハウジング８は、互いに固定されている。

車輪用軸受５は、内周に複列の軌道面を形成した外方部材２６と、これら各軌道面に対向する軌道面を外周に設けた内方部材２７と、これら外方部材２６および内方部材２７の軌道面間に介在した複列の転動体２８とを有する。内方部材２６は、駆動輪を取付けるハブを兼用する。この車輪用軸受５は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体２８はボールからなり、各列毎に保持器で保持されている。外方部材２６は静止側軌道輪となるものであって、減速機ハウジング２１に取り付けるフランジ２６ａを有する。内方部材２７は、前記出力部材４にスプライン嵌合している。

潤滑油供給機構７は、減速機２の潤滑および電動モータ１の冷却の両方に用いられる潤滑油を供給する機構である。この潤滑油供給機構７は、ポンプ４０により減速機ハウジング２１内の潤滑油貯留部４１の潤滑油を吸い上げて、モータハウジング８に形成された潤滑油流路４２を経由して、回転軸６内の回転軸油路４３、および入力軸３とその周辺の減速機２内部に形成された減速機油路４４に循環させる。

このインホイールモータの作用効果について説明する。
この構造によると、回転センサ３０を回転軸６の筒状部６ｃの内径側に配置したことにより、この回転センサ３０、および回転軸６を支持する複数の軸受１１，１２のうちの回転センサ３０が設置される側の軸受１１を、軸方向中心側に寄せて配置することが可能となった。それにより、インホイールモータである電動モータ１の軸方向寸法を短縮することができる。また、回転センサ３０を回転軸６の筒状部６ｃの内径側に配置したことにより、回転センサ３０を小さくできて、低コスト化できる。さらに、回転センサ３０を複数の軸受１１，１２の間に配置したため、軸受１１と回転センサ３０が半径方向に重ならないように配置して、電動モータ１の半径方向寸法を抑えることができる。

加えて、回転軸６の筒状部６ｃの外周にモータロータ１０が嵌合し、回転センサ３０が回転軸６の筒状部６ｃの内径側に配置されるため、モータステータ９やモータロータ１０に対して、回転センサ３０が筒状部６ｃの陰に隠れた状態となる。そのため、モータステータ９のコア９ａやモータロータ１０の磁石１０ｂからの磁場の影響を低減することができる。

この実施形態では、回転センサ３０が、モータハウジング８に設けられた巻線型のステータ部３１と、回転軸６に設けられたロータ部３２とを有する形態とされている。この構成の場合、複数の軸受１１，１２により支持された回転軸６の軸部６ａに回転センサ３０のロータ部３２が設けられているため、ロータ部３２に振動が生じ難く、検出精度が安定する。また、巻線型の回転センサ３０を使用するため、ノイズに左右され難く、高湿、低温、振動等の悪条件下でも使用できるという利点がある。

また、この実施形態のように、ステータ部３１およびロータ部３２が、互いに回転軸６の半径方向に並んで配置されていると、回転センサ３０の回転軸軸方向長さを短くすることができ、回転センサ３０をモータハウジング８内にコンパクトに設置することができる。上記ステータ部３１およびロータ部３２の配置であると、回転センサ３０の直径は大きくなるが、図の例のように、回転軸６の軸部６ａと筒状部６ｃとの間に形成される比較的広いセンサ配置空間２５に回転センサ３０を配置することが可能である。

さらに、この実施形態では、回転センサ３０としてレゾルバが用いられている。レゾルバは、ノイズに左右され難く、高湿、低温、振動等の悪条件下でも使用であるうえ、分解能が高いため、車両のインホイールモータ用として好適である。

インホイールモータとして、上記実施形態にかかる前記電動モータ１を用いることで、このインホイールモータ駆動装置も、半径方向寸法を大きくすることなく、軸方向寸法を短縮することができる。

１…電動モータ（インホールモータ）
２…減速機
５…車輪用軸受
６…回転軸
６ａ…軸部
６ｂ…フランジ部
６ｃ…筒状部
８…モータハウジング
９…モータステータ
９ａ…コア
９ｂ…コイル
１０…モータロータ
１０ｂ…永久磁石
１１，１２…軸受
３０…回転センサ
３１…ステータ部
３２…ロータ部

Claims (5)

1. モータハウジングと、このモータハウジングに固定され、コアおよびコイルを有するモータステータと、複数の軸受を介して前記モータハウジングに回転自在に支持された回転軸と、永久磁石を有し前記回転軸に一体回転するように取り付けられて、前記モータステータに対して回転可能なモータロータと、このモータロータの回転数を検出する回転センサとを備え、
   前記回転軸は、前記複数の軸受により回転自在に支持された軸部と、この軸部の外周から外径側に広がるフランジ部と、このフランジ部の外径端から前記軸部と平行に延び、外周に前記モータロータが嵌合する筒状部とを有し、
   前記回転センサは、軸方向位置が前記複数の軸受の間で、かつ前記回転軸の前記筒状部の内径側に配置されていることを特徴とするインホイールモータ。
2. 請求項１記載のインホイールモータにおいて、前記回転センサは、前記モータハウジングに設けられた巻線型のステータ部と、前記回転軸に設けられたロータ部とを有するインホイールモータ。
3. 請求項２記載のインホイールモータにおいて、前記ステータ部およびロータ部が、互いに前記回転軸の半径方向に並んで配置されたインホイールモータ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のインホイールモータにおいて、前記回転センサはレゾルバであるインホイールモータ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のインホイールモータと、前記車輪を支持する車輪用軸受と、前記インホイールモータの回転を減速して前記車輪用軸受に伝達する減速機とを備えたインホイールモータ駆動装置。

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