JP2023008017A - 電動ホイールシステム - Google Patents

Abstract

【課題】操舵時の車両の安定性を確保しつつ、電動ホイールシステムの小型化を図る。
【解決手段】電動ホイールシステムは、モータ及びインバータを有する電動ホイール部と、電動ホイール部の地側と車体を繋ぐ第１アームと、電動ホイール部の天側と車体を繋ぐ第２アームとを備える。モータハウジングは、第１アームに接続される第１アーム接続部と、第２アームに接続される第２アーム接続部とを有する。インバータは、第１アーム接続部と第２アーム接続部を結ぶ線分と重なる位置に配置される。モータハウジングは、ロータの回転軸を中心とする中心角が１２０°の第１扇形領域と、ロータの回転軸を中心とする中心角が２４０°の第２扇形領域とを有する。第１アーム接続部は、モータハウジングの地側に配置される第１扇形領域に配置される。インバータとモータとの電気的接続部は、モータハウジングの天側に配置される第２扇形領域に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動ホイールシステムに関する。

近年、自動車業界では車両制御性の向上や車室空間の拡大に向けて、車輪のホイール内にモータ（電動機）を組み込んだインホイールモータ方式の電動車両が開発されている。インホイールモータ方式の電動車両においては、配線ケーブルの簡素化や車両構成のコンパクト化などの観点から、インバータをホイール近傍に配設することが望ましい。

特許文献１には、車輪のホイール内に設けられて車輪を駆動するモータと、モータに与える電力を制御するインバータと、車輪と車体との間に設けられるサスペンションアームとを備えた電動ホイールシステム（車両駆動装置）が開示されている。この電動ホイールシステムでは、インバータが、サスペンションアーム（アッパーアーム）に固設され、走行風を受けるとともに、サスペンションアームがインバータの放熱体として機能することによりインバータの冷却性が確保されている。

特開２００７－１６１０５３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、インバータがサスペンションアームに固設され、インバータとモータとの距離が離れているため、電動ホイールシステムの小型化の観点で改善の余地がある。ここで、電動ホイールシステムの小型化のために、インバータをモータの近くに配置する場合、インバータとサスペンションアームとの干渉を避けるために、サスペンションアームの接続部の位置をタイヤから遠ざけたり、ロアアームの位置を低くした場合には、キングピンオフセットが大きくなり、車両の安定性が悪化してしまうおそれがある。

本発明の目的は、操舵時の車両の安定性を確保しつつ、電動ホイールシステムの小型化を図ることを目的とする。

本発明の一態様による電動ホイールシステムは、車輪のホイール内に設けられ前記車輪を駆動するモータ、及び、前記モータの軸方向端部に取り付けられ前記モータを制御するインバータを有する電動ホイール部と、前記電動ホイール部の地側と車体とを繋ぐ第１アームと、前記電動ホイール部の天側と前記車体とを繋ぐ第２アームと、を備え、前記モータは、ロータと、ステータと、前記ステータを支持するモータハウジングと、を有し、前記モータハウジングは、前記第１アームに接続される第１アーム接続部と、前記第２アームに接続される第２アーム接続部と、を有し、前記インバータは、前記第１アーム接続部と前記第２アーム接続部を結ぶ線分と重なる位置に配置され、前記モータハウジングは、前記ロータの回転軸に沿った方向から見た場合、前記回転軸を中心とする中心角が１２０°の第１扇形領域と、前記回転軸を中心とする中心角が２４０°の第２扇形領域と、を有し、前記第１アーム接続部は、前記モータハウジングの地側に配置される前記第１扇形領域に配置され、前記インバータと前記モータとの電気的接続部は、前記モータハウジングの天側に配置される前記第２扇形領域に配置される。

本発明によれば、操舵時の車両の安定性を確保しつつ、電動ホイールシステムの小型化を図ることができる。

図１は、電動ホイールシステムの側面図であり、電動ホイールシステムを図２の第１方向Ｄ１から見た図である。 図２は、電動ホイールシステムの断面模式図であり、図１のＩＩ－ＩＩ線断面を示す。 図３は、インバータカバーを取り外した状態のインバータを図２の第１方向Ｄ１から見た図である。 図４は、インバータを図２の第２方向Ｄ２から見た図である。 図５は、モータを図２の第１方向Ｄ１から見た図である。 図６は、モータを図２の第２方向Ｄ２から見た図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る電動ホイールシステムについて説明する。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。以下の説明では、上下、左右、前後の方向及び位置は、電動ホイールシステムが搭載される電気自動車（以下、車両とも記す）が、水平の路面上を直進走行する姿勢を基準とする。

図１は、本発明の実施形態に係る電動ホイールシステム１０００の側面図であり、電動ホイールシステム１０００を図２の第１方向Ｄ１から見た図である。図２は、電動ホイールシステム１０００の断面模式図であり、図１のＩＩ－ＩＩ線断面を示す。図１及び図２に示すように、電動ホイールシステム１０００は、車両の動力部を構成する電動ホイール部１００と、車輪３と車体９とを連結する車両懸架装置３０（図２参照）と、車両の車輪３を制動する制動装置４０（図２参照）と、を備える。

電動ホイール部１００は、駆動トルクを出力するモータ２０と、モータ２０を制御するためにバッテリ等の電源装置（不図示）からの直流電力を交流電力に変換するインバータ１０と、を有する。インバータ１０は、ねじ等により、モータ２０の軸方向端部に取り付けられる。モータ２０及びインバータ１０は、車輪３のホイール３ａ内に設けられる。車両の動力部である電動ホイール部１００がホイール３ａ内に集約されることで、電動ホイールシステム１０００全体の小型化が実現されている。その結果、車室空間の拡大が可能となる。

図２に示すモータ２０は、３相交流モータであり、ロータ２２と、ステータ２３と、ステータ２３を支持するモータハウジング２４と、を有する。ステータ２３は、円筒状のステータコアと、ステータコアに装着されるＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルと、を有している。ロータ２２は、円筒状のロータコアと、ロータコアに装着される永久磁石と、を有している。ロータ２２は、ステータ２３の内周側に隙間をあけて回転可能に設けられる。

インバータ１０から各相のコイルに交流電力が供給されることで、回転磁界が発生し、ロータ２２が回転中心軸（以下、回転軸とも記す）Ｏを中心に回転する。ロータ２２はシャフト６１に接続されている。シャフト６１は、モータハウジング２４から第１方向Ｄ１（図示右方向）に突出している。シャフト６１の突出部分には、ハブ６２がスプライン結合されている。ハブ６２は、ナット６３によってシャフト６１に締結されている。ハブ６２には、複数のハブボルト６４が設けられている。ホイール３ａは、ハブボルト６４とナット（不図示）によってハブ６２に締結されている。ホイール３ａには、タイヤ３ｂが装着されている。

このように、ロータ２２はホイール３ａに接続されているため、ロータ２２の回転力がホイール３ａに伝達されることにより、車輪３が駆動される。

本明細書において、「軸方向」、「周方向」、「径方向」とは、次のとおりである。「軸方向」とは、ロータ２２の回転軸Ｏに沿う方向である。「周方向」とは、ロータ２２の回転方向に沿う方向、すなわち回転軸Ｏを中心とする円周方向である。「径方向」とは、回転軸Ｏに直交する方向、すなわち回転軸Ｏを中心とする円の半径方向である。また、「内周側」は径方向内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側（外径側）のことを指す。さらに、インバータ１０及びモータ２０の車体側（車幅方向内側）の面を「表面（おもてめん）」、インバータ１０及びモータ２０の車体側とは反対側（車幅方向外側）の面を「裏面（うらめん）」とも記す。また、第１方向Ｄ１とは、車体側（車幅方向内側）から車体側とは反対側（車幅方向外側）に向かう方向であり、第２方向Ｄ２とは、車体側とは反対側（車幅方向外側）から車体側（車幅方向内側）に向かう方向である。

車両懸架装置３０は、電動ホイール部１００の地側（下側）と車体９とを繋ぐロアアーム（第１アーム）３１と、電動ホイール部１００の天側（上側）と車体９とを繋ぐアッパーアーム（第２アーム）３２と、上端部が車体９に回動自在に連結され、下端部がロアアーム３１に回動自在に連結されたサスペンション３３と、を有する。ロアアーム３１は、一端部が車体９に上下に揺動自在に連結され、他端部がモータハウジング２４に回動自在に連結される。アッパーアーム３２は、一端部が車体９に上下に揺動自在に連結され、他端部がモータハウジング２４に回動自在に連結される。

サスペンション３３は、ショックアブソーバ３３ａと、ショックアブソーバ３３ａに外装されたばね３３ｂとを有する。サスペンション３３は、車体荷重及び積載荷重を車輪３に伝達するとともに、路面９０から車輪３に作用する衝撃を吸収し、減衰させる。ショックアブソーバ３３ａは、シリンダチューブの端部がロアアーム３１に連結され、シリンダチューブから上方に突出するロッドの先端部が車体９に連結される。ショックアブソーバ３３ａのシリンダチューブは、ロアアーム３１とアッパーアーム３２との間に配置される。

モータハウジング２４は、ロアアーム３１に接続される第１アーム接続部であるロアボールジョイント２５と、アッパーアーム３２に接続される第２アーム接続部であるアッパーボールジョイント２６と、を有する。ロアボールジョイント２５は、モータハウジング２４に設けられるロアジョイント取付部２４ａに取り付けられ、アッパーボールジョイント２６は、モータハウジング２４に設けられるアッパージョイント取付部２４ｂに取り付けられる。

ロアジョイント取付部２４ａ及びアッパージョイント取付部２４ｂは、モータハウジング２４とは別部材としてモータハウジング２４にボルト等の締結部材により締結されていてもよいし、モータハウジング２４に一体成形されていてもよい。ロアジョイント取付部２４ａ及びアッパージョイント取付部２４ｂは、モータハウジング２４の表面から車体側に向かって突出するように設けられる。アッパーボールジョイント２６は、ロアボールジョイント２５よりも車体側に配置される。

インバータ１０は、ロアボールジョイント２５の回動中心Ａとアッパーボールジョイント２６の回動中心Ｂとを結ぶ直線であるキングピン軸Ｋａと重なる位置に配置される。より、具体的には、インバータ１０は、ロアボールジョイント２５の回動中心Ａとアッパーボールジョイント２６の回動中心Ｂとを結ぶ線分ＡＢと重なる位置に配置される。

ロアアーム３１は、車体９からインバータ１０の下方まで延在し、ロアアーム３１の先端部がインバータ１０の下面部１１１と対向して配置されている。ロアボールジョイント２５は、ロアジョイント取付部２４ａを挟んでインバータ１０の下面部１１１と対向して配置されている。このように、本実施形態では、ロアアーム３１が、車体側からホイール３ａの内側まで延在し、インバータ１０の下側でロアボールジョイント２５を介してモータハウジング２４に連結されている。このため、キングピンオフセットＫｏを小さくすることができる。キングピンオフセットＫｏとは、キングピン軸Ｋａと路面９０とが交差する点Ｋｐからタイヤ３ｂの接地中心点Ｃｐまでの距離のことを指す。タイヤ３ｂの接地中心点Ｃｐとは、鉛直軸（重力方向に延びる軸）に平行なタイヤ３ｂの幅方向の中心線（以下、幅中心線とも記す）ＣＬと路面９０とが交差する点のことを指す。キングピンオフセットＫｏは、小さいほどハンドル操舵時の車両の安定性が高くなる。

図１に示すように、モータハウジング２４は、第１方向Ｄ１から見たときに、その外形が回転軸Ｏを中心とする円形状を呈している。モータハウジング２４は、ロータ２２の回転軸Ｏに沿った方向（モータ２０の軸方向に相当）から見た場合、回転軸Ｏを中心とする中心角θ１が１２０°の扇形状の領域である第１扇形領域１と、回転軸Ｏを中心とする中心角θ２が２４０°の扇形状の領域である第２扇形領域２と、を有する。第１扇形領域１及び第２扇形領域２は、便宜上、太い破線で示す。図示するように、第１扇形領域１は、第１半径Ｒ１、第２半径Ｒ２、及び、第１半径Ｒ１と第２半径Ｒ２との間の円弧Ａｒ１によって囲まれる領域である。第２扇形領域２は、第１半径Ｒ１、第２半径Ｒ２、及び、第１半径Ｒ１と第２半径Ｒ２との間の円弧Ａｒ２によって囲まれる領域である。

第１扇形領域１は、モータハウジング２４の地側（下側）に配置され、第２扇形領域２は、モータハウジング２４の天側（上側）に配置されている。車両が水平の路面９０に位置しているとき、第１扇形領域１の円弧Ａｒ１全体が回転軸Ｏを通る水平に平行な基準面９１よりも下側に位置している。第１扇形領域１は、その円弧Ａｒ１の周方向中心が基準面９１よりも下側に位置するように配置され、第２扇形領域２は、その円弧Ａｒ２の周方向中心が基準面９１よりも上側に位置するように配置される。第１扇形領域１及び第２扇形領域２は、回転軸Ｏ全体を含む仮想平面（ＩＩ－ＩＩ線断面）に対して線対称形状である。

図１では、ロアボールジョイント２５及びロアジョイント取付部２４ａ、並びに、アッパーボールジョイント２５及びアッパージョイント取付部２４ｂの外形を二点鎖線で示すとともに、その大きさをハッチングで模式的に示している。図１に示すように、電動ホイール部１００を軸方向から見たときに、ロアボールジョイント２５は第１扇形領域１に配置され、アッパーボールジョイント２６は第２扇形領域２に配置される。

また、電動ホイール部１００を軸方向から見たときに、インバータ１０とモータ２０との各相の電気的接続部１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは、第２扇形領域２に配置される。電気的接続部１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗが、第２扇形領域２に集約されているため、第１扇形領域１に配設されるロアボールジョイント２５及びロアジョイント取付部２４ａを回転軸Ｏ側に寄せて配置することができる。

本実施形態では、ロアボールジョイント２５及びロアジョイント取付部２４ａが、モータハウジング２４の下端よりも回転軸Ｏに近い位置に配置されている。ロアボールジョイント２５の回動中心Ａと回転軸Ｏとの間の径方向距離は、モータ２０の最外周（モータハウジング２４の最外周）の半径の半分以下である。したがって、本実施形態では、モータハウジング２４の下端側に寄せてロアボールジョイント２５を配置させる場合に比べて、鉛直軸に対するキングピン軸Ｋａの傾き角を大きくすることができる。これにより、キングピンオフセットＫｏを小さくすることができるため、ハンドル操舵時の車両の安定性が向上する。

図１、図３及び図４を参照して、インバータ１０の構成について説明する。図３は、インバータカバー１９を取り外した状態のインバータ１０を図２の第１方向Ｄ１から見た図であり、図４は、インバータ１０を図２の第２方向Ｄ２から見た図である。図３に示すように、インバータ１０は、直流電力を交流電力に変換するパワー回路部１１と、パワー回路部１１を制御する制御回路１２と、パワー回路部１１及び制御回路１２を収容する箱状のインバータケース１８と、インバータケース１８の開口部を覆うインバータカバー１９（図１参照）と、を有する。インバータカバー１９（図１参照）は、インバータケース１８にねじ等により接続される。

図３及び図４に示すように、インバータケース１８は、モータハウジング２４に対向して配置される平面状の裏面部１１８と、裏面部１１８から第２方向Ｄ２に立ち上がる側板１１０と、を有する。側板１１０は、裏面部１１８の外周に沿って設けられる。側板１１０は、インバータケース１８の天側（上側）に配置される上面部１１５と、インバータケース１８の地側（下側）に配置される下面部１１１と、上面部１１５と下面部１１１とを接続する湾曲部１１６，１１７と、を有する。下面部１１１には、上方に窪む凹部１１４が設けられている。

下面部１１１は、車両の前後方向の端部に設けられる第１下面部１１２及び第２下面部１１３と、第１下面部１１２のインバータ中心側の端部から上方に延在する第１側面部１１４ｂと、第２下面部１１３のインバータ中心側の端部から上方に延在する第２側面部１１４ｃと、第１側面部１１４ｂの上端部と第２側面部１１４ｃの上端部とを接続する底面部１１４ａと、を有する。凹部１１４は、車両の前後方向に延在する板状の底面部１１４ａと、底面部１１４ａの両端部から下方に向かって延在する第１側面部１１４ｂ及び第２側面部１１４ｃと、によって形成され、矩形状を呈している。図１に示すように、凹部１１４には、ロアジョイント取付部２４ａが配置される。

図３に示すように、パワー回路部１１と制御回路１２は、軸方向に直交する水平方向（車両の前後方向）に隣接して配置される。図３に示す例では、パワー回路部１１はインバータケース１８の図示左側に配置され、制御回路１２はインバータケース１８の右側に配置されている。

パワー回路部１１は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの複数のスイッチング半導体素子と、複数のダイオードと、を有する。

パワー回路部１１は正極電源端子１３と負極電源端子１４を介してバッテリ等の電源装置（不図示）に接続され、電源装置からパワー回路部１１にモータ２０の駆動に必要な電気エネルギーが供給される。パワー回路部１１は、電源装置から供給された直流電力を交流電力に変換してモータ２０に供給する。これにより、モータ２０が回転し、車両が駆動する。

パワー回路部１１は、正極側（上アーム側）のＩＧＢＴ及びダイオードと、負極側（下アーム側）のＩＧＢＴ及びダイオードとにより、上下アームの直列回路が構成される。上下アームは、相ごとに構成される。

制御回路１２は、上位コントローラ（不図示）からの指令に基づき、上下アームを構成する複数のスイッチング半導体素子に駆動信号を与える。スイッチング半導体素子は、制御回路１２からの駆動信号に基づき、導通あるいは遮断動作を行い、電源装置から供給される直流電力を３相交流電力に変換する。変換された交流電力は、３つの電気的接続部１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗを介してモータ２０に供給される。

パワー回路部１１には、インバータ１０に印加される電圧を平滑化する平滑コンデンサ（不図示）が設けられる。平滑コンデンサは、パワー回路部１１の直流正極側と直流負極側に電気的に接続される。インバータ１０のスイッチング半導体素子のスイッチング動作時に発生する過渡電流は、平滑コンデンサに流入し、平滑コンデンサによって平滑化される。この結果、スイッチング動作時の過渡電流の経路がパワー回路部１１内でのみで完結し、電流経路が短縮することでインダクタンスを低減できる。

また、制御回路１２は、パワー回路部１１の直近に配置されている。このため、制御信号のインダクタンスを低減し、素子駆動性能の低下を防ぐことで損失増加を防止することができる。

図４に示すように、インバータ１０のＵ相交流端子１５Ｕｉ、Ｖ相交流端子１５Ｖｉ及びＷ相交流端子１５Ｗｉは、周方向（回転軸Ｏを中心とする円周方向）に１２０°の間隔で配置される。インバータケース１８の裏面部１１８には、インバータ１０のＵ相交流端子１５Ｕｉ、Ｖ相交流端子１５Ｖｉ及びＷ相交流端子１５Ｗｉに対応する位置に、開口部１１８ｕ，１１８ｖ，１１８ｗが設けられている。

図５は、モータ２０を図２の第１方向Ｄ１から見た図である。図５に示すように、モータハウジング２４の表面（車体側の面）には、モータ２０のＵ相交流端子１５Ｕｍ、Ｖ相交流端子１５Ｖｍ及びＷ相交流端子１５Ｗｍが設けられている。モータ２０のＵ相交流端子１５Ｕｍ、Ｖ相交流端子１５Ｖｍ及びＷ相交流端子１５Ｗｍは、モータハウジング２４の第２扇形領域２において、周方向（回転軸Ｏを中心とする円周方向）に１２０°の間隔で配置される。

モータ２０のＵ相交流端子１５Ｕｍ、Ｖ相交流端子１５Ｖｍ及びＷ相交流端子１５Ｗｍは、モータハウジング２４の表面（車体側の面）からインバータ１０に向かって突出するように設けられている。インバータ１０がモータハウジング２４の表面側に取り付けられる際、モータ２０のＵ相交流端子１５Ｕｍ、Ｖ相交流端子１５Ｖｍ及びＷ相交流端子１５Ｗｍが、インバータ１０の裏面部１１８に設けられる開口部１１８ｕ，１１８ｖ，１１８ｗに挿通される。

図１に示すように、Ｕ相の電気的接続部１５Ｕは、インバータ１０のＵ相交流端子１５Ｕｉ（図４参照）と、モータ２０のＵ相交流端子１５Ｕｍ（図５参照）とがねじ止め等により接続されることで形成される。Ｖ相の電気的接続部１５Ｖは、インバータ１０のＶ相交流端子１５Ｖｉ（図４参照）と、モータ２０のＶ相交流端子１５Ｖｍ（図５参照）とがねじ止め等により接続されることで形成される。Ｗ相の電気的接続部１５Ｗは、インバータ１０のＷ相交流端子１５Ｗｉ（図４参照）と、モータ２０のＷ相交流端子１５Ｗｍ（図５参照）とがねじ止め等により接続されることで形成される。

Ｖ相の電気的接続部１５Ｖは、回転軸Ｏに直交する鉛直軸上に配置され、軸方向から見たときに、その全体が第２扇形領域２に配置される。Ｕ相の電気的接続部１５Ｕ及びＷ相の電気的接続部１５Ｗは、それぞれ軸方向から見たときに第１扇形領域１及び第２扇形領域２の境界を跨るように配置される。つまり、Ｕ相の電気的接続部１５Ｕは、軸方向から見たときに、その一部が第１扇形領域１に配置され、残りが第２扇形領域２に配置される。同様に、Ｗ相の電気的接続部１５Ｗは、軸方向から見たときに、その一部が第１扇形領域１に配置され、残りが第２扇形領域２に配置される。

Ｕ相の電気的接続部１５Ｕ及びＷ相の電気的接続部１５Ｗは、凹部１１４及びロアジョイント取付部２４ａの水平方向両側に配置される。換言すれば、Ｕ相の電気的接続部１５ＵとＷ相の電気的接続部１５Ｗとの間に、凹部１１４及びロアジョイント取付部２４ａが配置される。

図３及び図４に示すように、パワー回路部１１は、パワー回路部１１内に冷媒を取り入れるインバータ冷媒入口１６（図３参照）と、冷媒が流れる回路内流路（不図示）と、回路内流路を流れた冷媒をパワー回路部１１から取り出すインバータ冷媒出口１７（図４参照）と、を有する。インバータ冷媒入口１６は、インバータ１０の表面側（車体側）に設けられ、インバータ冷媒出口１７は、インバータ１０の裏面側（モータ側）に設けられる。

冷媒は、例えば、パームヤシ油等の植物油、鉱物油等の電気的絶縁油である。冷媒は、図示しないポンプ、熱交換器を含む冷却システム内で循環する構成となっている。ポンプから吐出された冷媒は、インバータ冷媒入口１６から回路内流路に供給され、スイッチング半導体素子等の各部品を直接冷却し、インバータ冷媒出口１７から排出される。これにより、放熱経路の増加による熱抵抗の増大を抑制し、インバータ１０の出力増大を図ることが可能となる。

図５に示すように、モータ２０は、モータ２０内に冷媒を取り入れるモータ冷媒入口２８と、冷媒が流れるモータ内流路（不図示）と、モータ内流路を流れた冷媒をモータ２０から取り出すモータ冷媒出口２９と、を有する。モータ冷媒入口２８及びモータ冷媒出口２９は、モータ２０の表面側（車体側）に設けられる。

モータ冷媒入口２８（図５参照）は、インバータ冷媒出口１７（図４参照）に接続される。例えば、インバータ冷媒出口１７及びモータ冷媒入口２８は、それぞれ円筒状であり、その先端部同士が突き当てられる。インバータ冷媒出口１７とモータ冷媒入口２８との間にはＯリング等のシール部材が設けられ、インバータ冷媒出口１７とモータ冷媒入口２８との間の隙間がシールされる。インバータ１０がモータ２０にねじ止めされることにより、インバータ冷媒出口１７とモータ冷媒入口２８とが直接、接続される。

これにより、ポンプ（不図示）から吐出されインバータ１０の回路内流路（不図示）に供給された冷媒が、インバータ冷媒出口１７を通じて、モータ冷媒入口２８（図５参照）からモータ内流路（不図示）に供給され、ロータ２２及びステータ２３（図２参照）を直接冷却し、モータ冷媒出口２９（図５参照）から排出される。モータ冷媒出口２９から排出された冷媒は、熱交換器（不図示）で冷却され、ポンプ（不図示）によって、再び、インバータ冷媒入口１６（図３参照）からインバータ１０内に供給される。

ロータ２２及びステータ２３は、冷媒により直接冷却されるため、モータ２０の出力増大を図ることが可能となる。なお、本実施形態では、インバータ１０を冷却した冷媒がモータ２０に供給され、モータ２０を冷却する構成であり、モータ２０及びインバータ１０は、共通の冷媒により冷却される。本実施形態では、インバータ１０及びモータ２０の冷却系統が共通化されているため、インバータ１０の冷却系統とモータ２０の冷却系統がそれぞれ個別に設けられる場合に比べて、冷却系統の小型化が可能となり、電動ホイールシステム１０００全体を小型化できる。また、インバータ１０がモータ２０の表面（車体側の面）に取り付けられるため、インバータ冷媒出口１７とモータ冷媒入口２８とを接続するホース等の配管を設ける必要がない。

図６は、モータ２０を図２の第２方向Ｄ２から見た図である。図６に示すように、モータ２０の裏面側（車体側とは反対側）には、制動装置４０が配置される。つまり、制動装置４０は、図２に示すように、ホイール３ａ内において、モータハウジング２４とホイール３ａのスポークとの間の空間に配置される。図６に示すように、制動装置４０は、ロータ２２とともに回転するブレーキディスク４１と、モータハウジング２４に固定されるブレーキキャリパ４２と、を有する。ブレーキディスク４１は、例えば、ハブボルト６４及びナットにより、ホイール３ａとともにハブ６２に共締めされている。ブレーキキャリパ４２に支持されるブレーキパッドが、ブレーキディスク４１を挟み込むことによって、ブレーキディスク４１の回転が制動される。ブレーキキャリパ４２がブレーキディスク４１の回転を止めることで、ロータ２２の回転が止まる。つまり、制動装置４０は、車輪３の回転を制動し、停止させることができる。

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

（１）電動ホイールシステム１０００は、車輪３のホイール３ａ内に設けられ車輪３を駆動するモータ２０、及び、モータ２０の軸方向端部に取り付けられモータ２０を制御するインバータ１０を有する電動ホイール部１００と、電動ホイール部１００の地側と車体９とを繋ぐロアアーム（第１アーム）３１と、電動ホイール部１００の天側と車体９とを繋ぐアッパーアーム（第２アーム）３２と、を備える。モータ２０は、ロータ２２と、ステータ２３と、ステータ２３を支持するモータハウジング２４と、を有する。モータハウジング２４は、ロアアーム３１に接続されるロアボールジョイント（第１アーム接続部）２５と、アッパーアーム３２に接続されるアッパーボールジョイント（第２アーム接続部）２６と、を有する。インバータ１０は、ロアボールジョイント２５とアッパーボールジョイント２６を結ぶ線分ＡＢと重なる位置に配置される。モータハウジング２４は、ロータ２２の回転軸Ｏに沿った方向から見た場合、回転軸Ｏを中心とする中心角θ１が１２０°の第１扇形領域１と、回転軸Ｏを中心とする中心角θ２が２４０°の第２扇形領域２と、を有する。第１扇形領域１はモータハウジング２４の地側（下側）に配置され、第２扇形領域２はモータハウジング２４の天側（上側）に配置される。ロアボールジョイント２５は第１扇形領域１に配置され、インバータ１０とモータ２０との電気的接続部１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは第２扇形領域２に配置される。

この構成では、インバータ１０がモータ２０の軸方向端部に取り付けられているため、モータ２０及びインバータ１０を車輪３のホイール３ａ内に搭載することができる。動力部（モータ２０及びインバータ１０）がホイール３ａ内に集約されているため、インバータ１０がモータ２０とは別の部位（例えば、アッパーアーム３２）に取り付けられる場合に比べて、電動ホイールシステム１０００を小型化することができる。このように、本実施形態では、電動ホイールシステム１０００の小型化が実現されているため、車室空間の拡大が可能となる。

また、電気的接続部１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗが、モータハウジング２４の天側の第２扇形領域２に配置されているため、ロアボールジョイント２５をモータハウジング２４の地側の第１扇形領域１において、回転軸Ｏ側に寄せて配置させることができる。これにより、キングピンオフセットＫｏを小さくすることができるので、操舵時の車両の安定性を向上することができる。つまり、本実施形態によれば、操舵時の車両の安定性を確保しつつ、電動ホイールシステム１０００の小型化を図ることができる。

（２）モータ２０は、３相交流モータであり、電気的接続部１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは、モータ２０の３相の交流端子（１５Ｕｍ，１５Ｖｍ，１５Ｗｍ）とインバータ１０の３相の交流端子（１５Ｕｉ，１５Ｖｉ，１５Ｗｉ）との接続部である。３相の電気的接続部１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは、各電気的接続部１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの一部または全部が第２扇形領域２に位置するように、回転軸Ｏを中心とする円周方向に１２０°の間隔で配置される。

電気的接続部１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは、ステータ２３のコイルに大電流が通電されたときに発熱する。本実施形態では、電気的接続部１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗが周方向に分散して配置されているため、電気的接続部１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの発熱による電動ホイール部１００の温度上昇を効果的に抑制することができる。さらに、電気的接続部１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗを分散して配置することで、電動ホイール部１００の薄型化を図ることができる。

（３）インバータ１０がモータ２０の軸方向端部に配置されている。このため、モータ２０の３相の交流端子（１５Ｕｍ，１５Ｖｍ，１５Ｗｍ）とインバータ１０の３相の交流端子（１５Ｕｉ，１５Ｖｉ，１５Ｗｉ）とをケーブルを介すことなく、直接接続することができる。インバータ１０がモータ２０とは別の部位（例えば、アッパーアーム３２）に取り付けられる場合、インバータ１０の交流端子とモータ２０の交流端子とを接続するケーブルが必要になる。ケーブルが長いと、車両走行時の揺れ、振動により、ケーブルが断線するおそれがある。これに対して、本実施形態では、インバータ１０の交流端子とモータ２０の交流端子とが直接接続されているため、ケーブルの断線に起因した電動ホイールシステム１０００の故障の発生を防止することができる。

また、本実施形態では、インバータ１０がモータ２０の軸方向端部に配置されているため、メンテナンス性の向上を図ることができる。さらに、本実施形態では、インバータ１０をモータ２０とは別の部位（例えば、アッパーアーム３２）に取り付ける場合に比べて、車両懸架装置３０や車体９の設計自由度を向上することができる。

（４）ロアアーム３１は、車体９からインバータ１０の下方まで延在している。この構成では、ロアボールジョイント２５を、タイヤ３ｂの幅中心線ＣＬに寄せて配置することができる。これにより、鉛直軸に対するキングピン軸Ｋａの傾き角を大きくすることができるので、キングピンオフセットＫｏをさらに小さくすることができる。

（５）インバータ１０は、直流電力を交流電力に変換するパワー回路部１１と、パワー回路部１１を制御する制御回路１２と、パワー回路部１１及び制御回路１２を収容するインバータケース１８と、を有する。インバータケース１８は、その下面部１１１に上方に向かって窪む凹部１１４が設けられ、この凹部１１４に、モータハウジング２４から車体側に向かって突出するロアジョイント取付部２４ａが配置される。ロアジョイント取付部２４ａには、ロアボールジョイント２５が取り付けられる。

この構成では、凹部１１４が設けられない場合に比べて、ロアボールジョイント２５を上方に位置させることができる。本実施形態では、ロアボールジョイント２５を回転軸Ｏに寄せて配置することができるので、キングピンオフセットＫｏをさらに小さくすることができる。これにより、操舵時の車両の安定性をさらに高めることができる。

なお、操舵時の車両の安定性は、キングピンオフセットＫｏが小さいほど向上する。このため、キングピンオフセットＫｏは、０（ゼロ）とすることが好ましい。キングピン軸Ｋａとタイヤ３ｂの接地中心点Ｃｐとが重なるように、ロアボールジョイント２５の位置を設定することにより、操舵時の車両の安定性を高めることができる。

本実施形態では、Ｕ相の電気的接続部１５ＵとＷ相の電気的接続部１５Ｗとの間に凹部１１４が設けられており、３相の電気的接続部１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗを分散させて配置すること、及び、ロアボールジョイント２５を回転軸Ｏに寄せて配置することの双方が実現されている。

（６）モータ２０及びインバータ１０は、共通の冷媒により冷却される。インバータ１０の冷却系統とモータ２０の冷却系統を共通化することにより、冷却系統の小型化が可能となり、電動ホイールシステム１０００全体を小型化できる。

（７）電動ホイールシステム１０００は、ロータ２２とともに回転するブレーキディスク４１と、ブレーキディスク４１の回転を止めることでロータ２２の回転を止めるブレーキキャリパ４２と、を有し、ブレーキディスク４１及びブレーキキャリパ４２が、ホイール３ａ内に配置されている。したがって、本実施形態によれば、モータ２０、インバータ１０、ブレーキディスク４１及びブレーキキャリパ４２が、ホイール３ａ内に収容された小型の電動ホイールシステム１０００を提供することができる。

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

＜変形例１＞
上記実施形態では、インバータ１０とモータ２０の電気的接続部１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗが、回転軸Ｏを中心とする円周方向に１２０°の間隔で配置される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電気的接続部１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは、その全部が第２扇形領域２内に位置するように、横一列あるいは縦一列に並べて配置してもよい。

＜変形例２＞
上記実施形態では、凹部１１４が矩形状である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、凹部１１４は、半円形状などの湾曲状であってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１…第１扇形領域、２…第２扇形領域、３…車輪、３ａ…ホイール、３ｂ…タイヤ、９…車体、１０…インバータ、１１…パワー回路部、１２…制御回路、１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ…電気的接続部、１５Ｕｉ…インバータのＵ相交流端子、１５Ｕｍ…モータのＵ相交流端子、１５Ｖｉ…インバータのＶ相交流端子、１５Ｖｍ…モータのＶ相交流端子、１５Ｗｉ…インバータのＷ相交流端子、１５Ｗｍ…モータのＷ相交流端子、１６…インバータ冷媒入口、１７…インバータ冷媒出口、１８…インバータケース、１９…インバータカバー、２０…モータ、２２…ロータ、２３…ステータ、２４…モータハウジング、２４ａ…ロアジョイント取付部、２４ｂ…アッパージョイント取付部、２５…ロアボールジョイント（第１アーム接続部）、２６…アッパーボールジョイント（第２アーム接続部）、２８…モータ冷媒入口、２９…モータ冷媒出口、３０…車両懸架装置、３１…ロアアーム（第１アーム）、３２…アッパーアーム（第２アーム）、３３…サスペンション、３３ａ…ショックアブソーバ、４０…制動装置、４１…ブレーキディスク、４２…ブレーキキャリパ、１００…電動ホイール部、１１０…側板、１１１…下面部、１１４…凹部、１１８…裏面部、１１８ｕ，１１８ｖ，１１８ｗ…開口部、１０００…電動ホイールシステム、Ａ，Ｂ…回動中心、ＡＢ…線分、Ｋａ…キングピン軸、Ｋｏ…キングピンオフセット、Ｏ…回転軸

Claims (6)

1. 車輪のホイール内に設けられ前記車輪を駆動するモータ、及び、前記モータの軸方向端部に取り付けられ前記モータを制御するインバータを有する電動ホイール部と、
   前記電動ホイール部の地側と車体とを繋ぐ第１アームと、
   前記電動ホイール部の天側と前記車体とを繋ぐ第２アームと、を備え、
   前記モータは、ロータと、ステータと、前記ステータを支持するモータハウジングと、を有し、
   前記モータハウジングは、
   前記第１アームに接続される第１アーム接続部と、
   前記第２アームに接続される第２アーム接続部と、を有し、
   前記インバータは、前記第１アーム接続部と前記第２アーム接続部を結ぶ線分と重なる位置に配置され、
   前記モータハウジングは、前記ロータの回転軸に沿った方向から見た場合、前記回転軸を中心とする中心角が１２０°の第１扇形領域と、前記回転軸を中心とする中心角が２４０°の第２扇形領域と、を有し、
   前記第１アーム接続部は、前記モータハウジングの地側に配置される前記第１扇形領域に配置され、
   前記インバータと前記モータとの電気的接続部は、前記モータハウジングの天側に配置される前記第２扇形領域に配置される
   電動ホイールシステム。
2. 請求項１に記載の電動ホイールシステムにおいて、
   前記電気的接続部は、前記モータの３相の交流端子と前記インバータの３相の交流端子との接続部であり、
   ３相の前記電気的接続部は、各前記電気的接続部の一部または全部が前記第２扇形領域に位置するように、前記回転軸を中心とする円周方向に１２０°の間隔で配置される
   電動ホイールシステム。
3. 請求項１に記載の電動ホイールシステムにおいて、
   前記第１アームは、前記車体から前記インバータの下方まで延在している
   電動ホイールシステム。
4. 請求項１に記載の電動ホイールシステムにおいて、
   前記インバータは、直流電力を交流電力に変換するパワー回路部と、前記パワー回路部を制御する制御回路と、前記パワー回路部及び前記制御回路を収容するインバータケースと、を有し、
   前記第１アーム接続部は、ボールジョイントであり、
   前記インバータケースは、その下面部に上方に向かって窪む凹部が設けられ、
   前記凹部に、前記モータハウジングから車体側に向かって突出する取付部が配置され、
   前記取付部に前記ボールジョイントが取り付けられる
   電動ホイールシステム。
5. 請求項１に記載の電動ホイールシステムにおいて、
   前記モータ及び前記インバータは、共通の冷媒により冷却される
   電動ホイールシステム。
6. 請求項１に記載の電動ホイールシステムにおいて、
   前記ロータとともに回転するブレーキディスクと、前記ブレーキディスクの回転を止めることで前記ロータの回転を止めるブレーキキャリパと、を有し、
   前記ブレーキディスク及び前記ブレーキキャリパは、前記ホイール内に配置されている
   電動ホイールシステム。

Images