JP4730078B2 - インホイールモータ - Google Patents

Description

本発明は、車両のホイール内側に配置されて駆動輪を回転駆動するインホイールモータに関するものである。

従来より、車両のホイール内側に配置されて駆動輪を直接駆動するインホイールモータが広く知られている。このようなインホイールモータは、車体側の省スペース化、変速機や差動ギアの省略、さらにはドライブシャフトの省略などの各種利点が得られることから、フォークリフト、ゴルフカート等の比較的小型の車両を中心として広く実施されている。

この種のインホイールモータには種々の構造のものがあるが、その一つとして例えば下記の特許文献１にはステータとロータとを回転軸方向に隣接して配置するとともに、ロータにブレーキディスクを一体に形成したインホイールモータが開示されている。
具体的には、上記ロータ（２１）には回転部材（２０）が接続されており、ロータ（２１）の回転駆動力は回転部材（２０）に伝達されるように構成されている。回転部材（２０）は、ハブベアリング（１）側に形成された軸部（３）と、上記軸部（３）とは反対側に形成された大径部とを有しており、このうち軸部（３）は減速機として機能する遊星歯車機構（２）を介してハブベアリング（１）に接続されている。そして、大径部は車両のブレーキディスクとして機能するよう構成されている。

そして、このように構成することにより、インホイールモータの軽量・コンパクト化を図っている。
特開２００５−２１２６５６号公報

しかしながら、従来の技術では、例えばエンジンを搭載して走行する一般的な自動車の部品をそのまま流用することができず、部品の共用化を図ることができない。このため、インホイールモータで走行する車両に専用にハブベアリングやブレーキディスク等の部品を新たに設計、製造しなければならず、コスト増を招いていた。
例えば、上記特許文献１の技術ではハブベアリング１（特に、ハブ輪５，５１，５８，７４）や遊星歯車機構（遊星減速機２，５３，６０，６４，６８，７１）を専用に設計、製造する必要がある。

また、特許文献１の技術ではインホイールモータのステータとロータとを回転軸方向に隣接させて設けているため、車軸方向に大きな容量（スペース）を必要とする。このためブレーキディスクがホイール内側に収納できなくなる畏れがある。この場合にはホイールオフセットを大きくとればよいが、やはりホイールが専用設計となるおそれがある。さらには、ブレーキディスクが一般的な自動車よりも車両内側に位置することになるので、ブレーキキャリパの取り付け位置も大幅に変更されることになり、キャリパを取り付けるためのステー或いはブラケットも新設する必要が生じる。

これに対して、本出願人は図４に示すようなインホイールモータを創案し出願した。すなわち、図４に示すように、このインホイールモータでは、車輪を回転可能に支持するハブユニット（ハブベアリング）１０４の非回転部（アウタレース）１０７に、ステータブラケット１０８が固定される。
また、このステータブラケット１０８には、ホイール１１４の内側に位置しハブユニット１０４の回転軸心Ｌ１と同軸に形成されたステータ１１７が固定される。また、上記ハブユニット１０４の回転部（インナハブ）１０５にアウタロータブラケット１１３が取り付けられ、このアウタロータブラケット１１３にステータ１１７の外周を覆うような筒状のアウタロータ１１８が取り付けられる。

また、ステータブラケット１０８とアウタロータブラケット１１３との間に一般的な自動車で用いられるものと同じブレーキディスク１１２が流用されて配設されており、このブレーキディスク１１２はインナハブ１０５に固定されている。
つまり、ハブユニット１０４には、ブレーキディスク１１２，アウタロータブラケット１１３，ホイール１１４が上記の順に取り付けられている。また、ステータブラケット１０８は図示しないナックルとハブユニット１０４との既存の締結個所を利用して共締めされる。

したがって、ステータブラケット１０７を固定するための専用の取付個所をサスペンション側に設ける必要がなくなる。また、アウタロータブラケット１１３をブレーキディスク１１２とホイール１１４との間に配設することでアウタロータブラケット１１３を固定するために新たに部品を追加する必要もない。
このような構成により、例えばインホイールモータを備えない一般的なサスペンション構造の部品が流用可能となり、インホイールモータ用の車両と、通常のエンジン駆動の車両とで部品の共用化を図ることができ、コスト低減を図ることができる。

しかしながら、このように構成した場合には、アウタロータ１１３内にブレーキディスク１１２及びブレーキキャリパ（図示省略）を配設する必要がある。このためブレーキディスク１１２の大きさを変更しない場合には、ステータ１１７及びアウタロータ１１８が大径化してしまい、結果的にモータが大型化してしまう。また、これにともないホイール１１４のサイズが大径化して、例えば１９インチや２０インチのような大きなサイズのものが必要となる。このため、一般的なサイズのホイールを利用できなくなるという課題が生じるほか、ばね下重量が増大してしまうという課題がある。なお、現状では１９インチや２０インチのサイズの大径ホイールも市場には流通しているが、その流通量は全体からみればきわめて少なく、一般的なものとはいえない。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、一般的な自動車のサスペンション部品を流用できるようにしながらも、モータの小型化を図るようにした、インホイールモータを提供することを目的とする。

このため、本発明のインホイールモータは、車体に対してホイールを回転可能に支持するハブユニットの非回転部に固定されるステータと、該ハブユニットの回転部に固定されて該ステータの外周側に配設されるアウタロータと、該アウタロータに固定されたブレーキディスクとを備え、該アウタロータは、該ステータを覆うように延在した筒状の壁部と、該壁部から径方向外側に伸びてフランジ状に形成されたブレーキディスク取り付け部とを有し、該ブレーキディスクは、該ブレーキディスクの内周縁部に該ブレーキディスク取り付け部を重合されて該アウタロータの外周側に固定されていることを特徴としている（請求項１）。
また、該アウタロータと該ブレーキディスクとがボルトにより締結されて一体化されるのが好ましい（請求項２）。

また、該ホイールは該回転部に突設されたハブボルトにより該ハブユニットに締結されるとともに、該アウタロータは該ハブユニットの該回転部に対して該ハブボルトとは異なるボルトにより固定されるのが好ましい（請求項３）。
また、該ハブユニットは、該ホイールの取り付け面に対向する鍔部を有し、該アウタロータは、該ハブユニットの該鍔部に重合されて該アウタロータを該ハブユニットに取り付ける取り付け基部を有し、該壁部が該取り付け基部から該ステータを覆うように延在して内部にロータ本体を有するのが好ましい（請求項４）。

さらには、該ステータ，該アウタロータ及び該ブレーキディスクが、いずれも該ホイールの内側に位置するよう構成されているのが好ましい（請求項５）。

本発明のインホイールモータによれば、アウタロータ型のインホイールモータにおいてアウタロータとブレーキディスクとを一体化することで、一般的な自動車のサスペンション部品を流用できるようになりコスト低減を図ることができる利点があるほか、モータを小型化することができ、ホイールの大径化を回避することができる。これにより、一般的なサイズのホイール（或いは汎用のホイール）を使用することができ、コスト低減やばね下荷重の低減を図ることができる。

また、アウタロータとブレーキディスクとをボルトにより締結することで、ブレーキディスクが磨耗しても、ブレーキディスクのみを容易に交換することができる。また、アウタロータをハブボルトとは異なるボルトによりハブユニットに固定することにより、ホイールの取り外し時等に不用意にアウタロータ及びブレーキディスクがハブユニットから脱落するような事態を回避することができる。

以下、図面により、本発明の一実施形態にかかるインホイールモータについて説明すると、図１はその構成を示す模式的な断面図、図２はその構成を示す分解斜視図、図３はその構成を示す斜視図である。
本実施形態ではインホイールモータを自動車の前輪に適用した場合について説明する。なお、後輪側についてもインホイールモータ及び車体側のモータ取り付け部は前輪側と同様に構成されている。

図１に示すように、車両の前輪サスペンションのロアアーム２にはピローボールジョイント（球面継ぎ手）２ａを介してナックル３が揺動可能に連結されている。また、このナックル３は、ストラットブラケット１ａを介してストラット１の下端に固定されている。
また、ナックル３にはナックル孔３ａが形成され、このナックル孔３ａにハブベアリング（又はハブユニット）４が挿通されている。ハブベアリング４は、主にインナハブ５（回転部）と、ベアリング６と、アウタレース又はアウタハブ（非回転部）７とを備えて構成され、インナハブ５の外周側にベアリング６を介してアウタハブ７が回転可能に支持されている。

そして、アウタハブ７の外周がナックル３のナックル孔３ａ内に嵌合されるようになっている。また、アウタハブ７の外周にはフランジ部７ａが一体に形成されており、また、このフランジ部７ａの一部に図示しないナックル取り付け用のボルト孔が形成されている。また、ナックル３の上記ボルト孔に対応する位置にはやはりボルト孔が形成されたハブ取付部３ｂ（図２参照）が形成されている。

一方、インホイールモータは主にステータ（固定子）８と、上記ステータ８の外周側に配設されたロータ（アウタロータ）１８とから構成されており、このうちステータ８が上記アウタハブ７とナックル３との間で狭持されて固定されるようになっている。
すなわち、ステータ８にはアウタハブ７が挿通可能な穴が形成され、図１に示すように、この穴の縁部がアウタハブ７のフランジ７ａと重合するように構成されている。また、ステータ８にも、フランジ７ａに形成された上記ボルト孔と対応する位置にボルト孔（図示省略）が形成されており、各ボルト孔にボルト９（図２参照）を挿通し、ナックル３、ステータ８、アウタハブ７の順で締結することにより、これらナックル３、ステータ８、アウタハブ７が固定されるようになっている。

また、インナハブ５には、ホイール１４の取り付け面に対向する位置に鍔部（ハブ部）５ｂが形成されている。より詳しくは、鍔部５ｂは、アウタハブ７の車体外側端部よりもさらに車体外側において外周側に拡径されたフランジ状の部位であって、インナハブ５に対して一体形成されている。
この鍔部５ｂには、ベアリング６の回転軸心Ｌ１を中心に、上記回転軸心Ｌ１と平行な複数のスタッドボルト（ホイールボルト）１１が等位相で配設されており、また、各スタッドボルト１１は先端が車両外方を向いて鍔部５ｂに固定されている。

一方、インホイールモータのアウタロータ１８は、主に、上記鍔部５ｂと平行な取り付け基部１８ｂと、上記取り付け基部１８ｂからステータ８を覆うように延在して内部に複数のマグネット（図示省略）が固定された筒状の壁部１８ｃと、壁部１８ｃから径方向外側に伸びて形成されたブレーキディスク取り付け部１８ｄとから構成されている。
また、アウタロータ１８の取り付け基部１８ｂには上記スタッドボルト１１と対応する位置に第１ボルト孔（図示省略）が複数形成されており、鍔部５ｂにアウタロータ１８を取り付けた後、ホイール１４の取り付け面が上記の取り付け基部１８ｂに重合され、図示しないナットをスタッドボルト１１に螺合させることにより、ホイール１４がアウタロータ１８を介してインナハブ５に締結される
なお、このときアウタロータ１８とインナハブ５とは、ホイール１４の取り付けに先立って、上記スタッドボルト１１とは別のボルト（図示省略）により締結されるようになっており、ホイール１４の交換時等にスタッドボルト１１とナットとの螺合を解除したときに不用意にインナハブ５からアウタロータ１８が脱落しないように配慮されている。

また、本実施形態に係るインホイールモータでは、ブレーキディスク１２はアウタロータ１８の外周側に固定されており、これによりブレーキディスク１２はアウタロータ１８に対して一体に構成されている。すなわち、本実施形態においては、ブレーキディスク１２は、図１に示すように、内周部と外周部とを有するリング状に形成され、この内周縁部にアウタロータ１８の壁部１８ｃからフランジ状に形成されたブレーキディスク取り付け部１８ｄが重合されるとともに、複数のボルト１８ａ（図２及び図３参照）によりアウタロータ１８とブレーキディスク１２とが固定されている。

なお、このブレーキディスク１２は、通常の自動車で用いられる一般的な外径サイズ（例えば１５インチ又は１６インチ）のものが適用されている。
そして、図２に示すように、ナックル３にはブレーキキャリパ取り付け部３ｃが形成され、このブレーキキャリパ取り付け部３ｃにブレーキキャリパ１６がボルト３ｄにより取り付けられるようになっている。

ここで、ブレーキキャリパ１６は周知の構造を有しており、図示しないブレーキホースを介して供給される油圧によりキャリパ１６内に設けられたやはり図示しないブレーキパッドが上記ブレーキディスク１２を狭持することによりホイール１４の回転を停止させるような制動力が作用する。
次に、モータの内部について説明すると、ステータ８内には周方向に多数のコイル（図示省略）が列設され、アウタロータ１８内には同じく周方向に多数のマグネット（図示省略）が列設されている。

また、これらのコイルの外周面とマグネットの内周面とは僅かな間隙を介して対向している。ステータ８内にはアウタロータ１８の回転角を検出するための角度センサ（図示省略）が設置されており、この角度センサから車体側に設置されたコントローラへアウタロータ１８の回転情報（すなわち車輪速）が出力される。また、ステータ８の各コイルは車体側に設置されたインバータに電気的に接続されており、バッテリとの間で電力の授受が行われるようになっている。

本発明の一実施形態に係るインホイールモータは上述のように構成されているので、このインホイールモータを搭載した車両では、例えば走行時においては、角度センサからの検出情報に基づいてインバータへの制御信号が設定されてステータ８の各コイルに順次電力が供給される。また、コイルの励磁に伴ってマグネットとの間に磁界が生じてアウタロータ１８に回転力、即ちモータトルクが発生し、ブレーキディスク１２、ホイール１４及びインナハブ５が一体的に且つ回転軸心Ｌ１を中心として同軸上で回転し、前輪に駆動力を伝達する。

また、コントローラは運転者のアクセル操作量に基づいてコイルに供給する電力を調整し、これによりアクセル操作に応じた走行を実現する一方（力行制御）、車両の減速時にはコイルに発生した回生電力を図示しないバッテリに充電する（回生制御）。
次に、本実施形態にかかるインホイールモータを設けるためにサスペンション側に施した変更点、及びインホイールモータ周辺の各部材の配置状態について説明する。

まず、インホイールモータを設置するために、一般的な車両のサスペンション側の変更点に関して述べると、端的に表現すると本実施形態ではサスペンション側の構成を一切変更することなく、ステータ８、アウタロータ１８、及び上記アウタロータ１８の外周に固定したブレーキディスク１２の３点のみの追加若しくは変更だけでインホイールモータが設置されている。

即ち、ステータ８はナックル３にハブベアリング４のアウタハブ７を締結する際に共締めされ、ロータ１８はハブベアリング４のインナハブ５にブレーキディスク１２と一体になって取り付けられており、共に既存の締結個所を利用して固定されている。特に、アウタロータ１８とブレーキディスク１２とのアッセンブリは、従来の一般的な車両のブレーキディスクアッセンブリと形状や容積がほとんど変化しておらず、従来のブレーキディスクアッセンブリをハブベアリング４に取り付ける場合と全く同じ作業で取り付けられる。

また、ブレーキディスク１２の取り付け位置や大きさも、通常のブレーキディスクと同じになるように設定されているので、キャリパ１６及びキャリパ１６の取り付け部位についても一切の設計変更を行うことなく流用可能となる。
したがって、ステータ８やアウタロータ１８を固定する専用の取付個所をサスペンション側に設ける必要がなくなり、一般的な車輌のサスペンション構造の部品を仕様変更せずにそのまま流用した上で、ステータ８とブレーキディスク１２を固定したアウタロータ１８とを追加するだけでインホイールモータを設置でき、結果としてサスペンション部品の共用化により製造コストを抑制することができる。

なお、図１に示すように、インナハブ５には、回転中心Ｌ１と同軸上に穴部５ａが形成されているが、この穴部５ａは、前輪をインホイールモータ以外の駆動源により駆動する場合（つまり一般的な自動車に適用する場合）に、ドライブシャフトを通す穴部である。
また、このような構成によりアウタロータの外径が大型化するような事態を回避することができ、一般的なサイズのホイール（例えば１４〜１７インチ）にもインホイールモータを適用することができるようになる。

なお、上述において、一般的な車両（自動車）とは、エンジンやモータからの駆動力がドライブシャフト（駆動軸）を介して伝達されて走行する車両（自動車）、より具体的にはインホイールモータを備えず、インホイールモータ以外からの駆動力により走行する車両（自動車）をいう。
また、アウタロータ１８とブレーキディスク１２とをボルト１８ａにより締結しているので、ブレーキディスク１２を容易に交換することが出来る。すなわち、ブレーキディスク１２は徐々に磨耗するため、交換が必要となる場合があるが、この場合、ボルト１８ａを緩めてアウタロータ１８から取り外し、新しいブレーキディスクを再び締結すればよい。したがって、インホイールモータの主要部であるアウタロータ１８を交換する必要がないので維持コストの低減を図ることが出来る。

また、アウタロータ１８はハブボルト１１とは異なるボルトによりハブユニット４に固定されているので、ホイール１４交換等の作業時にアウタロータ１８及びブレーキディスク１２が落下するのを防止することが出来るという利点がある。
以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。例えばアウタロータ１８の一部を拡径させてブレーキディスクとして機能させてもよい。

本発明の一実施形態にかかるインホイールモータの構成を示す模式的な断面図である。 本発明の一実施形態にかかるインホイールモータの構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態にかかるインホイールモータの構成を示す斜視図である。 本発明を創案する過程で案出されたインホイールモータの構成を示す模式的な断面図である。

符号の説明

１ ストラット
２ ロアアーム
３ ナックル
３ａ ナックル孔
３ｂ ハブ取付部
４ ハブベアリング（ハブユニット）
５ａ 穴部
５ｂ 鍔部（ハブ部）
５ インナハブ（回転部）
６ ベアリング
７ アウタレース又はアウタハブ（非回転部）
７ａ フランジ部
８ ステータ（固定子）
９ ボルト
１１ スタッドボルト（ホイールボルト）
１２ ブレーキディスク
１４ ホイール
１８ ロータ又はアウタロータ（回転子）
１８ａ ボルト
１８ｂ 取り付け基部
１８ｃ 壁部
１８ｄ ブレーキディスク取り付け部
Ｌ１ 回転軸心

Claims (5)

1. 車体に対してホイールを回転可能に支持するハブユニットの非回転部に固定されるステータと、
   該ハブユニットの回転部に固定されて該ステータの外周側に配設されるアウタロータと、
   該アウタロータに固定されたブレーキディスクとを備え、
   該アウタロータは、該ステータを覆うように延在した筒状の壁部と、該壁部から径方向外側に伸びてフランジ状に形成されたブレーキディスク取り付け部とを有し、
   該ブレーキディスクは、該ブレーキディスクの内周縁部に該ブレーキディスク取り付け部を重合されて該アウタロータの外周側に固定されている
   ことを特徴とする、インホイールモータ。
2. 該アウタロータと該ブレーキディスクとがボルトにより締結されて一体化されている
   ことを特徴とする、請求項１記載のインホイールモータ。
3. 該ホイールは該回転部に突設されたハブボルトにより該ハブユニットに締結されるとともに、該アウタロータは該ハブユニットの該回転部に対して該ハブボルトとは異なるボルトにより固定されている
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載のインホイールモータ。
4. 該ハブユニットは、該ホイールの取り付け面に対向する鍔部を有し、
   該アウタロータは、該ハブユニットの該鍔部に重合されて該アウタロータを該ハブユニットに取り付ける取り付け基部を有し、該壁部が該取り付け基部から該ステータを覆うように延在して内部にロータ本体を有する
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載のインホイールモータ。
5. 該ステータ，該アウタロータ及び該ブレーキディスクが、いずれも該ホイールの内側に位置するよう構成されている
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載のインホイールモータ。

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