JP2023074772A - インホイールモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータのトルクを回転部材へ正確に伝達することができるインホイールモータを提供すること。【解決手段】インホイールモータは、ステータおよびロータを備えたアウターロータ式のインホイールモータであって、前記ロータの回転状態を検知するセンサと、前記ロータに対して着脱可能であり、前記ステータの内周面に対向する面に前記センサが設けられた着脱部材と、前記ロータと前記着脱部材との間に設けられ、前記着脱部材とともに前記ロータに固定される摩擦部材と、を有する。【選択図】図２

Description

本開示は、インホイールモータに関する。

従来、ステータおよびロータを備えたアウターロータ式のインホイールモータが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２０２０－１５７８３７号公報 特開２０２０－１１４０５４号公報

例えば、アウターロータ式のインホイールモータにおいて、ロータに固定されてロータとともに回転する回転部材を設ける構成が考えられる。その場合、ロータのトルクが回転部材へ正確に伝達されず、がたつき等の不具合が発生するおそれがある。

本開示の一態様の目的は、ロータのトルクを回転部材へ正確に伝達することができるインホイールモータを提供することである。

本開示の一態様に係るインホイールモータは、ステータおよびロータを備えたアウターロータ式のインホイールモータであって、前記ロータの回転状態を検知するセンサと、前記ロータに対して着脱可能であり、前記ステータの内周面に対向する面に前記センサが設けられた着脱部材と、前記ロータと前記着脱部材との間に設けられ、前記着脱部材とともに前記ロータに固定される摩擦部材と、を有する。

本開示によれば、ロータのトルクを回転部材へ正確に伝達することができる。

本開示の実施の形態に係るインホイールモータを備えた車輪をその幅方向外側から見た斜視図 本開示の実施の形態に係る車輪およびインホイールモータの断面模式図 本開示の実施の形態に係るインホイールモータの分解斜視図 本開示の実施の形態に係るインホイールモータの分解斜視断面図 本開示の実施の形態に係るロータに取り付けられる構成要素の分解斜視図

以下、本開示の実施の形態に係る車輪１００およびインホイールモータ１の構成について、図１～図５を参照しながら説明する。図１～図５において、共通する構成要素には同一の符号を付している。

図１は、インホイールモータ１を備えた車輪１００をその幅方向外側から見た斜視図である。図２は、車輪１００およびインホイールモータ１の断面模式図である。図３は、インホイールモータ１の分解斜視図である。図４は、インホイールモータ１の分解斜視断面図である。図５は、ロータ３に取り付けられる構成要素の分解斜視図である。

なお、図２～図５において、直線の両矢印は、車輪１００の幅方向（車幅方向と言ってもよい）を示している。以下では、車輪１００の幅方向の外側を「車輪幅方向外側」と言い、車輪１００の幅方向の内側を「車輪幅方向内側」と言う。

図１、図２に示す車輪１００は、例えば、自動車の駆動輪として用いられる。図１、図２に示すように、車輪１００は、インホイールモータ１、ホイール１９、タイヤ２０を有する。

ホイール１９は、タイヤ２０を保持する（図１、図２参照）とともに、スタッドボルト２１（図３～図５参照）およびナット２２（図１、図２参照）によってハブ８（詳細は後述）に固定される。

図１～図５に示すインホイールモータ１は、アウターロータ式のインホイールモータである。

図１～図５に示すように、インホイールモータ１は、ステータ２、ロータ３、ハブ８、キャップ９、シャフト１２、アウターハブベアリング１５、インナーハブベアリング１６、アウターレゾルバ１７、インナーレゾルバ１８、フリクションシール２３、ボルト２４、位置決めピン２５を有する。ただし、これら全てが必須の構成要素という訳ではない。

図２に示すように、ステータ２は、略中空円柱状のステータボディ４（図３、図４参照）と、その外周面に固定されるコイル５と、を有する。図示は省略するが、コイル５は、複数相（例えば三相）のコイルである。コイル５には、例えば、図示しない三相交流配線が接続されており、その配線を介して、図示しないインバータの制御により電流が供給される。なお、図３、図４では、コイル５の図示を省略している。

図２に示すように、ロータ３は、略中空円柱状のロータケース６（図３～図５参照）と、その内周面に固定されるマグネット７と、を有する。なお、図４では、マグネット７の図示を省略している。

図２に示すように、ステータ２は、ロータ３の内側に配置される。換言すれば、ロータ３は、ステータ２の外側に配置される。このとき、ロータ３のマグネット７と、ステータボディ４のコイル５とは、規定の距離を隔てて対向して配置される。すなわち、マグネット７とコイル５との間には、規定のクリアランスが保たれる。

なお、図示は省略するが、ステータボディ４の車輪幅方向内側の端部には、例えば、冷却水供給口、冷却水排出口、三相交流配線コネクタ、レゾルバ信号コネクタ等が設けられる。

冷却水供給口および冷却水排出口は、ステータボディ４内に設けられる冷却水路（図示略）と接続される。インホイールモータ１を冷却するための冷却水は、冷却水供給口から冷却水路へ流入し、冷却水路を流れた後、冷却水排出口から排出される。

三相交流配線コネクタは、上述した三相交流配線と接続され、コイル５へ供給される電流の入口として機能する。

レゾルバ信号コネクタは、図示しない信号線を介してアウターレゾルバ１７と接続され、アウターレゾルバ１７から出力される信号（例えば、検知されたロータ３の回転角および回転方向を示す信号）の出口として機能する。

図２～図５に示すように、シャフト１２は、車輪幅方向に沿ってインホイールモータ１内に挿入される長尺部材である。図２に示すように、シャフト１２は、ステータボディ４に接触して設けられ、ボルト（図示略）によりステータボディ４に固定される。

シャフト１２における車輪幅方向内側の端部は、例えば、前輪のナックルまたは後輪のサスアーム（いずれも図示略）に取り付けられる。なお、その取り付けのために、シャフト１２における車輪幅方向内側の端部には、ナックルまたはサスアームと嵌合するためのスプライン形状が形成されてもよい。

一方、シャフト１２における車輪幅方向外側の端部は、図２に示すように、ハブ８においてその軸方向（車輪幅方向と同じ。以下同様）に設けられた中空部分（符号略）に挿入される。

図１～図５に示すハブ８（着脱部材の一例）は、ロータケース６に対して着脱可能な部材である。ハブ８をロータケース６に着脱可能にする理由は、メンテナンス（例えば、ハブ８自体や、ハブ８に設けられるアウターハブベアリング１５、インナーハブベアリング１６等の交換）を容易に行えるようにするためである。

ハブ８は、図２～図５に示すように、ロータケース６内に配置される筒状体（符号略）と、その筒状体に連なって設けられ、ロータケース６外に配置されるフランジ（符号略）と、を備える。また、ハブ８には、筒状体およびフランジを軸方向に貫通する中空部分（シャフト１２の端部が挿入される部分）が設けられている。

筒状体は、ステータボディ４の内周面に対向する面を外周面として備える（図２参照）。

フランジは、ロータ３の外表面（具体的には、筒状体の挿抜口となる開口部が設けられた面）に対向して配置される（図４、図５参照）。フランジには、スタッドボルト２１、ボルト２４、位置決めピン２５がそれぞれ挿入される穴が設けられている（図５参照）。フランジには、スタッドボルト２１（図３～図５参照）およびナット２２（図１、図２参照）によって、タイヤ２０を保持するホイール１９が固定される。

図５に示すボルト２４は、車輪幅方向の外側から、ハブ８のフランジ、フリクションシール２３（詳細は後述）、ロータケース６それぞれに設けられたボルト穴（いずれも符号略）に挿入され、図２～図４に示すように、ロータケース６に締結される。これにより、ハブ８は、フリクションシール２３を介してロータ３に固定される。なお、図２では、ボルト２４の図示を省略しており、図３では、フリクションシール２３の図示を省略している。

ロータ３に固定されたハブ８は、ロータ３の回転に伴い回転する。よって、ハブ８は、回転部材であるとも言える。

ハブ８のフランジ中央の内径穴（図５参照。符号略）には、図５に示すキャップ９が、図２～図４に示すように取り付けられる。

ハブ８が固定されたロータケース６（図３、図４参照）は、ステータボディ４に組み付けられ、ステータボディ４にボルト締めされる。これにより、図２に示すように、ロータ３の内側にステータ２が配置され、ステータ２の内側にハブ８の筒状体が配置される。このとき、筒状体は、その外周面がステータ２の内周面と所定距離を隔てて対向するように配置される（図２参照）。

また、上述したとおり、図２に示すように、ハブ８の筒状体内（すなわち、筒状体においてその軸方向に設けられた中空部分）には、シャフト１２における車輪幅方向外側の一部分が挿入（配置）される。なお、このとき、シャフト１２の先端部分は、キャップ９には接触しない。

ハブ８の筒状体内には、図２、図４に示すように、車輪幅方向外側にアウターハブベアリング１５が設けられ、それよりも車輪の幅方向内側にインナーハブベアリング１６が設けられる。インナーハブベアリング１６は、ハブ８の筒状体の軸方向において、その筒状体の先端部分に近接（隣接）して設けられている。また、図２に示すように、インナーハブベアリング１６は、シャフト１２に設けられた段差部分ａに押し当てられて設けられている。

図２に示すように、アウターハブベアリング１５およびインナーハブベアリング１６はともに、シャフト１２の外周面と、ハブ８の筒状体の中空部分の内周面とに接している。これにより、タイヤ２０からの荷重は、ハブ８、アウターハブベアリング１５、インナーハブベアリング１６、シャフト１２で支持できるため、インホイールモータ１へ伝達されることを抑制できる。

図２、図４に示すアウターレゾルバ１７およびインナーレゾルバ１８は、ロータ３の回転状態（例えば、回転角および回転方向）を検出するレゾルバ（センサの一例）である。

図２、図４に示すように、アウターレゾルバ１７（レゾルバの固定子）は、ステータボディ４に固定される。

図２、図４に示すように、インナーレゾルバ１８（レゾルバの回転子）は、ハブ８の筒状体の先端部分に固定される。よって、インナーレゾルバ１８は、ハブ８の筒状体の軸方向において、インナーハブベアリング１６に近接して配置される。このように配置されたインナーレゾルバ１８は、ハブ８とともに回転する。

図２に示すように、アウターレゾルバ１７と、インナーレゾルバ１８とは、規定の距離を隔てて対向して配置される。すなわち、アウターレゾルバ１７とインナーレゾルバ１８との間には、規定のクリアランスが保たれる。

上述したとおり、アウターレゾルバ１７から出力される信号は、アウターレゾルバ１７に接続された信号線およびレゾルバ信号コネクタ（ともに図示略）を介してインホイールモータ１の外部へ出力される。

図５に示す位置決めピン２５および位置決めピン穴２６は、ハブ８がロータ３（具体的にはロータケース６）に取り付けられたときに、ハブ８に設けられたインナーレゾルバ１８と、ロータ３に設けられたマグネット７との位相差が設定値（例えば、ゼロ、または、ゼロを基準とした範囲内の値）になるように、インナーレゾルバ１８とマグネット７との位置関係を規定する位置決め部として機能する。

図５に示すように、位置決めピン２５（嵌合部材の一例）は、ロータケース６、フリクションシール２３、ハブ８のそれぞれに対して着脱可能な円柱状の部材である。位置決めピン２５としては、ダウエルピンを用いることができるが、これに限定されず、ノックピンを用いてもよい。

位置決めピン穴２６（被嵌合部の一例）は、位置決めピン２５が挿入される穴であり、ロータケース６、フリクションシール２３、ハブ８（フランジ）のそれぞれに設けられている。位置決めピン用穴２６の径は、ボルト２４用のボルト穴の径よりも小さい。図５では、代表例として、フリクションシール２３の位置決めピン穴にだけ、符号「２６」を付している。

位置決めピン用穴２６は、インナーレゾルバ１８が取り付けられたハブ８（図５参照）が、マグネット７が取り付けられたロータケース６に組み付けられた際に（図４参照）、インナーレゾルバ１８とマグネット７とが規定の位置関係（両者の位相差が設定値となる位置関係）となる位置に設けられている。規定の位置関係は、例えば、インホイールモータ１の製造時に行われる位置調整により決定される。

位置決めピン２５の各位置決めピン穴２６への挿入は、ボルト２４が各ボルト穴に挿入されてハブ８がロータケース６に固定される際に行われる。

なお、図５では、位置決めピン穴２６が、円周方向に沿って設けられた複数のボルト穴（ボルト２４用の穴）に混じって設けられている場合を例示したが、位置決めピン穴２６の位置はこれに限定されない。

また、図示は省略するが、ロータケース６内部における位置決めピン穴２６の形状は、放射方向（ロータケース６の径方向）に延伸した長孔形状であってもよい。これにより、量産時のばらつきを吸収することができる。

図５に示すように、フリクションシール２３（摩擦部材の一例）は、内径穴（符号略）を有する円形状の部材である。

上述したとおり、フリクションシール２３は、ハブ８がロータケース６に組み付けられる際に、ハブ８とともにボルト２４によってロータケース６に固定される。これにより、図２、図４に示すように、フリクションシール２３は、ロータケース６とハブ８（フランジ）との間に配置される。

フリクションシール２３は、所定の摩擦係数を有する。この摩擦係数は、例えば、ロータ３のトルク、フリクションシール２３の径、ロータケース６に対するハブ８の押し付け圧力、使用するボルト２４の数、ボルト２４の締め付けトルク等に基づいて、所望の値に設定される。

フリクションシール２３の材質としては、例えば、繊維材料にゴムなどを混ぜて圧延加硫した複合材が挙げられるが、これに限定されない。

以上、本実施の形態の車輪１００およびインホイールモータ１の構成について説明した。

本実施の形態のインホイールモータ１の主な特徴について、以下にまとめる。

インホイールモータ１は、アウターロータ式のインホイールモータであって、ロータ３の回転状態を検知するインナーレゾルバ１８と、ロータ３（具体的には、ロータケース６）に対して着脱可能であり、ステータ２（具体的には、ステータボディ４）の内周面に対向する面にインナーレゾルバ１８が設けられたハブ８と、ロータ３とハブ８との間に設けられ、ハブ８とともにロータ３に固定されるフリクションシール２３と、を有することを第１の特徴とする。

第１の特徴により、ロータ３とハブ８との間において摩擦力が作用するので、ロータ３のトルクを正確にハブ８へ伝達することができる。よって、ハブ８における不具合（例えば、がたつき等）の発生を抑制することができる。

また、第１の特徴により、ロータ３とハブ８との間の隙間を塞ぐことができる。よって、その隙間から異物（例えば、水分、粉塵等）がインホイールモータ１内に入り込むことを抑制することができる。

インホイールモータ１は、アウターロータ式のインホイールモータであって、ロータ３の回転状態を検知するインナーレゾルバ１８と、ロータ３（具体的には、ロータケース６）に対して着脱可能であり、ステータ２（具体的には、ステータボディ４）の内周面に対向する面にインナーレゾルバ１８が設けられたハブ８と、ハブ８がロータ３に取り付けられたときに、インナーレゾルバ１８とロータ３のマグネット７との位相差が設定値になるように、インナーレゾルバ１８とマグネット７との位置関係を規定する位置決め部と、を有することを第２の特徴とする。

第２の特徴により、メンテナンス（例えば、ハブ８自体や、ハブ８に設けられるアウターハブベアリング１５、インナーハブベアリング１６等の交換）のために、ロータ３に固定されていたハブ８を一旦ロータ３から取り外し、再びロータ３に取り付ける場合において、ハブ８に設けられたインナーレゾルバ１８と、ロータ３に設けられたマグネット７との位相合わせを容易に行うことができる。

インホイールモータ１は、アウターロータ式のインホイールモータであって、ロータ３の回転状態を検知するインナーレゾルバ１８と、ロータ３（具体的には、ロータケース６）に対して着脱可能であり、ステータ２（具体的には、ステータボディ４）の内周面に対向する面にインナーレゾルバ１８が設けられたハブ８と、を有することを第３の特徴とする。

仮に、アウターロータ式のインホイールモータ１において、インナーレゾルバ１８をロータ３（例えば、ロータケース６の内側面。例えば、図２に示す点線の囲み部分）に取り付けるとした場合、インナーレゾルバ１８がコイル５の近くに配置されることになり、磁束等の影響によってインナーレゾルバ１８に不具合が生じるおそれがある。これに対し、上記第３の特徴によれば、インナーレゾルバ１８とコイル５との間の距離をより多く確保できるため、上記不具合を抑制することができる。

また、上記第３の特徴を備えたインホイールモータ１では、ステータ２に固定され、ハブ８の筒状体の内部に挿入されるシャフト１２と、シャフト１２の外周面とハブ８の筒状体の内周面との間に設けられるインナーハブベアリング１６と、をさらに有し、インナーレゾルバ１８は、ハブ８の筒状体の軸方向において、インナーハブベアリング１６に近接して設けられることを第４の特徴とする。

第４の特徴により、インナーハブベアリング１６の支持作用により、ハブ８におけるインナーハブベアリング１６の設置部分（その近傍部分を含む）では回転が安定するため、インナーレゾルバ１８とアウターレゾルバ１７との間のクリアランスが変位しにくくなり、回転状態の検知精度を確保することができる。

また、上記第３の特徴を備えたインホイールモータ１では、インナーハブベアリング１６がシャフト１２の段差部分に当接して設けられていることを第５の特徴とする。

第５の特徴により、ハブ８の軸方向（車輪幅方向）の動きが抑制されるため、インナーレゾルバ１８とアウターレゾルバ１７とが互いに軸方向にずれることを抑制でき、回転状態の検知精度を確保することができる。

なお、本開示は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。以下、変形例について説明する。

図１～図５に示した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。

実施の形態では、インナーレゾルバ１８は、ハブ８の筒状体の先端部分に設けられる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。インナーレゾルバ１８は、例えば、ハブ８の筒状体の外周面のうち、先端部分以外の、インナーハブベアリング１６に近接する位置に設けられてもよい。その位置とは、例えば、インナーレゾルバ１８とアウターレゾルバ１７との間のクリアランスを規定値に維持すること（または、クリアランスの変位量を規定範囲内に抑制すること）が可能な位置である。なお、その場合においても、アウターレゾルバ１７がインナーレゾルバ１８の位置に対応して配置されることは言うまでもない。

実施の形態では、位置決め部として、ロータケース６およびハブ８の両方に対して着脱可能な位置決めピン２５を用いる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、位置決めピン２５の代わりに、ロータケース６またはハブ８のいずれかにおいて固定的に設けられた突起部（嵌合部の一例）を用いてもよい。その場合、ロータケース６およびハブ８のうち突起部が設けられない方には、突起部が挿入される穴（被嵌合部の一例）が設けられる。突起部と穴は、インナーレゾルバ１８が取り付けられたハブ８（図５参照）が、マグネット７が取り付けられたロータケース６に組み付けられた際に（図４参照）、インナーレゾルバ１８とマグネット７とが規定の位置関係となる位置に設けられる。

本開示は、車両の駆動輪に搭載されるアウターロータ式のインホイールモータに有用である。

１ インホイールモータ
２ ステータ
３ ロータ
４ ステータボディ
５ コイル
６ ロータケース
７ マグネット
８ ハブ
９ キャップ
１２ シャフト
１５ アウターハブベアリング
１６ インナーハブベアリング
１７ アウターレゾルバ
１８ インナーレゾルバ
１９ ホイール
２０ タイヤ
２１ スタッドボルト
２２ ナット
２３ フリクションシール
２４ ボルト
２５ 位置決めピン
２６ 位置決めピン穴
１００ 車輪

本開示の一態様に係るインホイールモータは、ステータおよびロータを備えたアウターロータ式のインホイールモータであって、前記ロータの回転状態を検知するセンサと、前記ロータに対して車幅方向外側から着脱可能であり、前記ステータの内周面に対向する面に前記センサが設けられた着脱部材と、前記ロータと前記着脱部材との間に設けられ、前記着脱部材とともに前記ロータに固定される摩擦部材と、を有する。

Claims (3)

1. ステータおよびロータを備えたアウターロータ式のインホイールモータであって、
   前記ロータの回転状態を検知するセンサと、
   前記ロータに対して着脱可能であり、前記ステータの内周面に対向する面に前記センサが設けられた着脱部材と、
   前記ロータと前記着脱部材との間に設けられ、前記着脱部材とともに前記ロータに固定される摩擦部材と、を有する、
   インホイールモータ。
2. 前記着脱部材は、
   前記ステータの内周面に対向する面を外周面として備えた筒状体と、
   前記ロータの外表面に対向し、前記筒状体に連なって設けられたフランジと、を有し、
   前記摩擦部材は、
   前記フランジと、前記ロータの面との間に配置される、
   請求項１に記載のインホイールモータ。
3. 前記摩擦部材は、
   前記着脱部材とともに前記ロータにボルト締めされる、
   請求項１または２に記載のインホイールモータ。

Images