JPH10285891A - ホイールモータおよびこれを搭載した車輌 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大きなトルクを出力することができる実用性の
高いホイールモータを提供すること。 【解決手段】車軸に固定され外周に回転磁界を作るステ
ータと、車軸周りに回転可能に支持されたアクスルハブ
に固定されたロータとを有するホイールモータにおい
て、ステータは車軸に対して放射状に設けられた磁性体
からなる複数のティースと、予め筒状に巻線されており
各ティースに挿入された互いに独立した複数のコイル
と、この複数のコイルの端子同士を所望の関係に接続す
る配線手段とを備えていることを特徴とするホイールモ
ータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車輌の車輪とモー
タとが一体となったホイールモータに関するものであ
り、特に、アウターロータ型のホイールモータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ホイールモータは、車輪を電気モータで
駆動する場合の駆動効率を上げるために提案されたもの
であり、電気自動車の駆動輪として用いたり、通常のエ
ンジン駆動型車輌の姿勢制御のために従動輪の代わりに
用いたりすることが考えられている。

【０００３】このようなホイールモータを構造上の観点
から大別すると、インナーロータ型とアウターロータ型
に分けることができ、アウターロータ型のホイールモー
タとして、例えば、特開平１−２９８９０３号の「電気
自動車の制御方法」に記載されたものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この従来のアウターロ
ータ型ホイールモータによれば、ステータは、磁性体か
らなる放射状に突出した複数の極（ティース）にコイル
用の線材を巻き付けて構成されている。ところが、この
従来のホイールモータでは、ティース間のスペースが狭
いためにコイル用線材の巻き付け作業が難しく、製造コ
ストが高くなるだけでなく線材の巻き付け密度を十分に
上げることができなかった。そのため、ステータが作り
出す磁束密度に限界があり、必要な駆動力または制動力
を得ることができなかった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のモータおよびホ
イールモータは、このような問題を解決するために為さ
れたものである。

【０００６】すなわち、本発明のモータは、外周に回転
磁界を作るステータと、このステータの外側に前記回転
磁界と同方向に回転可能に設けられたロータとを備えた
アウターロータ型のモータにおいて、ステータがロータ
の回転軸に垂直な面において放射状に配列された磁性体
からなる複数のティースと、予め筒状に巻線されており
各ティースに挿入された互いに独立した複数のコイル
と、この複数のコイルの端子同士を所望の関係に接続す
る配線手段とを備えていることを特徴とする。

【０００７】また、本発明のホイールモータは、車軸に
固定され外周に回転磁界を作るステータと、前記車軸周
りに回転可能に支持されたアクスルハブに固定されたロ
ータとを有するホイールモータにおいて、ステータが車
軸に対して放射状に設けられた磁性体からなる複数のテ
ィースと、予め筒状に巻線されており各ティースに挿入
された互いに独立した複数のコイルと、この複数のコイ
ルの端子同士を所望の関係に接続する配線手段とを備え
ていることを特徴とする。

【０００８】このように、本発明のモータまたはホイー
ルモータは、予めティースの外で巻線された複数のコイ
ルをティースに挿入し、コイル間の結線を配線手段で接
続した構造を有するので、製造が容易であり製造コスト
を低く抑えることができる。また、コイルはティースの
外で巻線されたものなので種々の巻線方法を適用するこ
とができ、最適な巻線方法を用いることにより、ティー
スへ直接巻き付けた従来のコイルと比較して巻線密度を
高くすることができる。巻線密度を高くできれば、ステ
ータが作る回転磁界の磁束密度を高めることができ、高
い回転トルクを得ることができる。

【０００９】本発明のホイールモータは、ステータに挿
入されるコイルとして、巻線を高圧でプレスした状態で
樹脂を巻線の間に流し込んで固めたカセットコイルを用
いることが望ましい。高い磁束密度の回転磁界を発生さ
せることができ、しかも、組み立てが容易である。

【００１０】本発明のホイールモータでは、配線手段中
の配線に、所定温度以上になると電気的接続が切れる熱
ヒューズを介装しておくことが望ましい。このように構
成すると、モータが暴走した場合にその暴走に起因する
発熱によって配線が切断され、早期に暴走を停止させる
ことができる。

【００１１】本発明のホイールモータでは、複数のティ
ースは環状の磁性体の外周に一体に設けられており、こ
の磁性体は各ティースにコイルが挿入された状態で、車
輪支持体に固定されたハブベアリングのアウターレース
に固定されていることが望ましい。このように、ティー
スを備えた磁性体とハブベアリングのアウターレースと
が別部材であるため、それぞれに最適な材質を選択する
ことができる。

【００１２】本発明のホイールモータでは、ティースが
径方向外方に向かって先細となるテーパ形状であること
が望ましい。コイルの挿入が容易となり、組み立てやす
い。

【００１３】本発明のホイールモータでは、ティースを
備えた磁性体は、表面が絶縁された珪素鋼板を積層した
ものであることが望ましい。このように構成すると、コ
イルが作る交番磁界による回転軸方向の電流が生じにく
くなり、鉄損が低くなる。

【００１４】本発明のホイールモータでは、ティースを
備えた磁性体はハブベアリングのアウターレースと一体
に形成される部材にセレーション嵌合していることが望
ましい。このように構成すると、ハブベアリングの中心
軸線とティースを備えた磁性体の中心とが正確に一致
し、ずれることがない。

【００１５】本発明のホイールモータでは、アクスルハ
ブはハブベアリングのインナーレースに固定され、ロー
タはアクスルハブに固定された円筒部材と、この円筒部
材の内周面に配列された複数個の永久磁石とを備えてい
ることが望ましい。ロータに用いられる永久磁石を備え
た円筒部材とアクスルハブとが別部品で構成されている
ので、それぞれに適した材質を用いることができる。

【００１６】本発明のホイールモータでは、永久磁石は
円筒部材の径方向の厚さが円筒部材の周方向両端で肉薄
になっていることが望ましい。永久磁石をこのような形
状にすると、中央部が厚いため起磁力が両端部の起磁力
に比べて大きく、且つ、両端部が薄いためステータが作
る回転磁界の磁束が両端部で通りやすい。したがって、
永久磁石の起磁力とステータによる回転磁界の磁束との
積にほぼ比例する出力トルクが安定し、トルクリップル
が抑制される。

【００１７】本発明のホイールモータでは、永久磁石は
両端が除去された三日月形状の上下底面を有する柱状体
であり、その高さ方向を車軸方向に一致させ且つその凸
側面を外側にして円筒部材の内周面に固定されており、
永久磁石の凹側面の曲率は凸側面の曲率よりも大きいこ
とが望ましい。これによって、円筒部材の径方向の厚さ
が円筒部材の周方向両端で肉薄になりトルクリップルが
抑制されるだけでなく、永久磁石と円筒部材とが回転方
向にずれにくく、回転トルクを出しやすい。

【００１８】本発明のホイールモータでは、ロータを構
成する円筒部材の外周には冷却用のフィンが設けられて
いることが望ましい。ロータでの鉄損による発熱を抑制
でき、熱による永久磁石の減磁を防止できる。

【００１９】本発明のホイールモータでは、円筒部材が
固定されているアクスルハブはステータの車輌外側を覆
っており、円筒部材にはステータを覆いハブベアリング
のアウターレース外周とその内周が摺動可能に隙間なく
接触するモータカバーが取り付けられていることが望ま
しい。このようにすれば、モータ内部が密閉され、外部
からの塵埃や水が入らない。

【００２０】本発明のホイールモータでは、車輪支持体
が取り付けられている車体中に配置された電源からコイ
ルに電力を供給する給電線は、ハブベアリングのアウタ
ーレースまたはこれと一体に固定された部材に設けられ
た貫通孔を通って配線基板に接続されると共に、その内
部には空気通路が形成されていることが望ましい。モー
タは温度変化に伴って内部空気の膨張または収縮が生
じ、いわゆる呼吸をするが、このように構成することに
より、この呼吸は給電線の空気通路を介して行われるた
め、モータから離れた場所の比較的清浄な空気による呼
吸となり、内部に塵埃等が侵入しにくい。

【００２１】本発明のホイールモータでは、ロータおよ
びステータはアクスルハブのディスク部の車輌内側に配
置され、アクスルハブのディスク部の車輌外側にはブレ
ーキドラムおよびディスクホイールのディスク部が車輌
内方から順に配列され固定されていることが望ましい。
このように配列されているので、ブレーキドラムおよび
ディスクホイールのアクスルハブへの組み付けを、モー
タを有しない通常のアクスルハブへの組み付けと同様に
扱うことができる。

【００２２】本発明のホイールモータでは、ロータ、ス
テータおよびブレーキドラムがディスクホイールのリム
幅内に収納されていることが望ましい。このように構成
すると、ロータ、ステータおよびブレーキドラムがディ
スクホイールから車輌内側にはみ出すことがないので、
従来からの一般車輌に対してホイールベースを変更する
ことなく組み付けることができる。

【００２３】上述した本発明のホイールモータを搭載し
た本発明の車輌は、たとえばホイールモータを従動輪に
適用することにより、登坂時の補助動力輪として用いた
り、車輌の姿勢制御等に用いたりすることができる。

【００２４】本発明の車輌に搭載したホイールモータで
は、ハブベアリングのアウターレースは円筒部材を備え
たアクスルハブが固定されたインナーレースと一体とな
った状態で車輪支持体に対して取り外し可能に第１締結
部材で固定され、アクスルハブにはブレーキドラムとデ
ィスクホイールとが共通の第２締結部材で取り外し可能
に固定され、アウターレースと車輪支持体との間にはブ
レーキドラムとと共にドラムブレーキを構成するバッキ
ングプレートが挟み込まれて第１締結部材で固定されて
いることが望ましい。このように構成することにより、
アクスルハブとハブベアリングが一体化しているので締
結部材による車輪支持体への組付けが容易である。ま
た、ブレーキドラムおよびディスクホイールがアクスル
ハブに対して締結部材によって着脱可能に取り付けられ
ているので、従来からのブレーキドラムおよびディスク
ホイールがそのまま利用できる。

【００２５】本発明の車輌に搭載したホイールモータで
は、第１締結部材および２締結部材はそれぞれボルトお
よびナットで構成され、第１締結部材のボルト径は第２
締結部材のボルト径以上とすることが望ましい。第１締
結部材の耐せん断力を第２締結部材の耐せん断力と同等
もしくはそれ以上とすることができる。

【００２６】本発明の車輌に搭載したホイールモータで
は、アクスルハブに固定された円筒部材とブレーキドラ
ムとが別部材で構成されていることが望ましい。このよ
うに構成することにより、ブレーキドラムで発生した熱
が永久磁石が設けられている円筒部材に伝達しにくい構
造にすることが可能である。

【００２７】本発明の車輌に搭載したホイールモータで
は、アクスルハブと円筒部材とは所定値以上のトルクが
掛かると結合状態が切れるメカニカルヒューズを介して
締結されていることが望ましい。このようにすれば、ア
クスルハブの回転方向に何らかの異常な力が加わった場
合でも、その異常な力によってモータの構成要素である
円筒部材までも破壊してしまうことがない。

【００２８】本発明の車輌に搭載したホイールモータで
は、ロータ外径とブレーキドラム内径との差は、ロータ
内径とステータの外径との差よりも大きいことが望まし
い。上述したメカニカルヒューズの結合が切れた場合に
は、ロータの芯がずれることになるが、このようにして
おけば、ロータとブレーキドラムとが干渉しない。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態である
ホイールモータの構造を示す断面図であり、図２はモー
タ主要部の平面図である。

【００３０】コイルスプリング１０とショックアブソー
バ１１を備えたサスペンション１２のアーム１３の先に
は車輪支持体（ブラケット）１４が設けられており、車
輪支持体１４にはアクスルハブベアリングのアウターレ
ース１５とドラムブレーキのバッキングプレート１６が
ボルト１９とナット１７により締結されている。バッキ
ングプレート１６には、ドラムブレーキの構成要素であ
るホイールシリンダ６０やシューリターンスプリング６
１等が設けられている。

【００３１】アクスルハブベアリングはアンギュラボー
ルベアリングであり、そのインナーレース１８にはアク
スルハブ２０がはめ込まれており、車輌内側からナット
２１で締め付けることによりインナーレース１８とアク
スルハブ２０は完全に固着されている。

【００３２】アクスルハブ２０には、ブレーキドラム２
２とディスクホイール２３のディスク部２４がボルト２
６およびナット２７で固定されている。さらに、アクス
ルハブ２０にはモータのロータである円筒部材３０がメ
カニカルヒューズを介してねじ３１で固定されている。

【００３３】図３は、このメカニカルヒューズの形状を
示す平面図である。メカニカルヒューズ３６というの
は、円筒部材３０からその中心部に向かって突出したね
じ止め用の座部３７のくびれ部のことであり、座部３７
およびメカニカルヒューズ３６は円筒部材３７と一体に
成形されている。座部３７の中央には、ねじ山の切られ
た開口３８が設けられており、アクスルハブ２０の円盤
部の周端部に設けられた開口を通してねじ３１が開口３
８に螺合することにより、円筒部材３０とアクスルハブ
２０とが固定される。このような構造にしておくと、何
らかの原因で円筒部材３０とアクスルハブ２０との間に
所定値以上の回転方向の強い力が加わったときに、メカ
ニカルヒューズ３６がちぎれるため、モータの構成要素
の一つである円筒部材３０の破壊を防止できる。

【００３４】円筒部材３０には環状の珪素鋼板を積層し
て所定の厚さにした磁性円筒３２が円周に沿ってに多数
個設けられたビス３３で固定されている。磁性円筒３２
の内周面には、１６個の永久磁石３５が接着剤により固
着されている。

【００３５】ハブベアリングのアウターレース１５に
は、モータステータのティースとなる珪素鋼板の積層体
４０がボルト４１により固定されている。ティース４２
は放射状に１８本設けられており、各ティース４２には
予め筒状に巻線形成されたコイル４３が挿入されてい
る。各コイル４３の２本の端子４４、４５は、珪素鋼板
積層体４０の車輌外側面に設けられた配線基板４６の雌
コンタクト４７、４８に挿入されて電気的に接続されて
いる。

【００３６】モータを駆動するための電源は、例えば、
図４に示すように車体７１の前部に搭載され、各コイル
４３への給電は、給電線４９、配線基板４６の配線、こ
の配線に接続している雌コンタクト４７、４８を介して
行われる。配線基板４６の配線途中には熱ヒューズが組
み込まれており、モータが暴走した場合にはその暴走に
基づく温度上昇により熱ヒューズが溶断して、モータ作
動が停止するようになっている。

【００３７】モータロータの磁性円筒３２には、モータ
ステータを裏側すなわち車輌内側から覆うモータカバー
５０が固定されている。このモータカバー５０はドーナ
ツ状の円盤であり、外周部がビス３３でロータに固定さ
れている。モータカバー５０の内径部には、金属環の内
周にゴム製のリップが設けられたシール部材５１が圧入
されており、このシール部材５１のリップは、ハブベア
リングのアウターロータ１５の外周面に摺動可能に隙間
無く接する。これにより、ステータコイル４３とロータ
の永久磁石３５が外界に対して液密になる。

【００３８】ハブベアリングの裏側すなわち車輌内側に
は、アウターレース１５に設けられた電磁ピックアップ
５５とインナーレース１８に設けられたセンサロータ５
６とを備えるモータ回転角検出装置が設けられている。
このモータ回転角検出装置の出力は電源７０内部のコン
トローラに与えられ、本ホイールモータの回転制御に寄
与する。

【００３９】以上が本実施形態のホイールモータの概略
構成である。つぎに、各要素の構造上の特徴や位置関係
をさらに詳細に説明する。

【００４０】本実施形態のホイールモータは、上述した
ようにロータに設けられた１６個の永久磁石３５とステ
ータに設けられた１８個のコイル４３からなる８極９コ
イルのアウターロータ型ホイールモータである。そし
て、コイル４３としてサブアッセンブリ化（カセット
化）したものを用いている点が構造上の一つの特徴とな
っている。すなわち、各コイル４３はステータの外で予
め巻線し、高圧でプレスした状態で樹脂を巻線の隙間に
流し込み一体成形したものである。このようにすると、
放射状のティースに直接巻線する場合に比べて、巻線間
の隙間を大幅に小さくすることができるため巻線密度を
大幅に向上させることができる。そのため、モータの回
転に寄与する磁束密度を向上させることができ、大きな
トルクを得ることができる。

【００４１】また、このようにコイル４３を予めカセッ
ト化しておき、これを各ティースに挿入してステータを
構成する本実施形態のホイールモータは、放射状のティ
ースに直接巻線していた従来の一般的なアウターロータ
型モータに比べて製作が容易であり、高い生産性を有す
る。

【００４２】このホイールモータでは、ステータとなる
珪素鋼板積層体４０による放射状の各ティースは、径方
向外方に向かって先細となるテーパ形状となっており、
サブアッセンブリ化したコイル４３を挿入し易くなって
おり、組み付け性の向上が図られている。

【００４３】珪素鋼板積層体４０は、コイル４３がそれ
ぞれティースに挿入された状態でハブベアリングのアウ
ターレース１５にボルト４１で固定される。すなわち、
ステータである珪素鋼板積層体４０と車軸支持体１４に
固定されたハブベアリングのアウターレース１５とが別
部材で構成されているのでそれぞれに最適な素材を用い
ることができる。

【００４４】巻線密度を高めて磁束密度Ｂを大きくすれ
ば高トルクを得ることができることは理論上も明らかな
ことであるが、磁束密度Ｂに比例して鉄損も大きくな
る。そこで、鉄損をできるだけ小さくするために、ステ
ータ側の鉄心すなわちティースには、表面に絶縁体がコ
ーティングされた透磁率の高い珪素鋼板を積層した珪素
鋼板積層体４０が用いられている。このようにすること
により、ティースにおいて回転軸方向に流れる電流を阻
止している。鉄損は、ロータ側の磁性円筒３２に対して
も同様に発生するため、同じく珪素鋼板を積層したもの
を用いている。

【００４５】アウターロータの磁性円筒３２の内周面に
設けれられた１６個の各永久磁石３５は、磁性円筒３２
の径方向の厚さが周方向両端で肉薄になっている。具体
的には、永久磁石３５は三日月の両端を除去したような
形の上下底面を有する柱状体であり、その柱状体の高さ
方向をモータの回転軸方向に一致させ、凸側面を磁性円
筒３２に接着剤等で固着してある。

【００４６】この永久磁石３５は、その底面形状から判
るように凸側面（磁性円筒３２に対する固着面）の曲率
が凹側面（ステータ対向面）の曲率より大きくなってお
り、このような形状および配置にすることにより、出力
トルクの大幅な増大およびトルクリップルの低減を図る
ことができる。

【００４７】すなわち、この実施形態の永久磁石３５
は、上述したように回転方向の中央部の厚みを大きくし
て起磁力を強くすると共に、両端部の厚みを薄くして磁
束を通しやすくしてあり、しかも、その厚みの変化がな
めらかになっている。一方、出力トルクは磁石の磁力と
ステータで発生する磁束との積にほぼ比例する。したが
って、トルクリップルを抑制しつつ、大きな出力トルク
を得ることができる。換言すると、この実施形態のホイ
ールモータは、ロータの角度位置に対して安定した高い
回転出力トルクを得ることができる。

【００４８】さらに、永久磁石３５あるいはステータテ
ィース４２をスキューさせる、すなわち、円周方向にひ
ねりを加えることでトルクリップル抑制効果を増大させ
ることができる。

【００４９】また、永久磁石３５の回転方向中央部の厚
みを十分に厚くしてあるので減磁し難く、ステータの磁
束による極反転を防ぐことができる。

【００５０】さらに、永久磁石３５の凸側面の曲率は磁
性円筒３２の内壁面の曲率よりも大きく、且つ、磁性円
筒３２の永久磁石３５が固着される内壁面は永久磁石３
５の凸側面と同じ曲率の凹部となっているので、固着さ
れた永久磁石３５は磁性円筒３２の円周方向（回転方
向）にずれにくい。そのため、永久磁石３５に加わる回
転方向の力は、永久磁石３５を磁性円筒３２に固着して
いる接着剤の接着力にあまり依存することなく磁性円筒
３２によく伝達されので、回転トルクを出しやすい。

【００５１】モータロータとなる磁性円筒３２とディス
クホイール２３とは、上述したように別体で構成されて
おり、それぞれがアクスルハブ２０に共通のボルト２６
およびナット２７で締結固定された構造を有する。この
ように、モータロータとディスクホイール２３とを別体
にすることにより、タイヤ振動がモータロータへ直接伝
達することを防止しており、さらに、通常のディスクホ
イールとの共用化を図ることを可能にしている。

【００５２】磁性円筒３２はブレーキドラム２２とも別
体になっている。これは主として、制動時にブレーキド
ラム２２で発生した熱がロータの永久磁石３５に直接的
に伝達しないようにすることを目的としている。永久磁
石３５は、一般に熱により減磁するため、高温に晒され
ることをできるだけ避けることが望ましい。本実施形態
では、大きなトルクを得るために、磁束密度が高く、高
い磁力保持力を有するネオジ系のマグネットを用いてい
る。ネオジ系のマグネットの場合、不可逆減磁しない温
度は平均的なもので１２０℃以下であり、温度特性の良
好なものでも２００℃を越えると不可逆減磁してしまう
ため、ロータをブレーキドラム２２と別体にして永久磁
石３５の高熱化を防ぐことは特に有効である。なお、永
久磁石３５としては、ネオジ系マグネットに代えて温度
特性の比較的良好なサマリウムコバルト系等を用いても
よい。

【００５３】ブレーキドラム２２はモータロータと別体
となっているだけでなく、バッキングプレート１６と共
にロータおよびステータを全体に覆っている。そのた
め、タイヤが跳ね上げた水がモータへ直接掛からないよ
うになっている。例えば、モータが駆動により温度が高
くなっているところに水が直接掛かって急冷されると、
永久磁石３５を磁性円筒３２に接着している接着剤が剥
離し易くなる等の問題があるが、本実施形態ではブレー
キドラム２２がこれを防いでくれる。

【００５４】また、ブレーキドラム２２は、ボルト２６
およびナット２７によってアクスルハブ２０に直接結合
されている。すなわち、モータを内蔵していない通常の
車輪におけるブレーキドラムとアクスルハブとの結合と
同様に結合されているので、従来と同じくブレーキドラ
ム２２に掛かる制動トルクが直接アクスルハブに伝達さ
れ、十分な制動力を得ることができる。

【００５５】この実施形態の車輪においては、モータと
ハブユニットとを一体化した組立体を、ボルト１９およ
びナット１７による締め付けで車輪支持体１４に容易に
組付けすることができる。ここに、モータとハブユニッ
トとを一体化した組立体とは、ハブベアリングのアウタ
ーレース１５にモータステータが取り付けられ、インナ
ーレース１８にアクスルハブ２０が取り付けられ、アク
スルハブ２０に円筒部材３０が取り付けられ、さらに、
モータ回転角検出装置を構成する電磁ピックアップ５５
およびセンサロータ５６や、塵埃等が内部に侵入するこ
とを防止するモータカバー５０およびシール部材５１等
を備えた組立体のことであり、この組立体全体を、ボル
ト１９およびナット１７で車輪支持体１４に組付けする
ことができる。なお、この組付けを可能にするために、
モータの液密を保持するモータカバー５０の内径半径
を、車軸（アクスルハブ２０の回転中心軸）からボルト
１９までの距離、すなわちハブ取付ピッチよりも大きく
してある。

【００５６】このように、このホイールモータは、モー
タとハブユニットとが一体となった組立体をボルト１９
で容易に組み付けることができるので、通常の車輪との
交換をディーラにおいても行うことができる。

【００５７】ただし、ディーラやユーザによる組み付け
の場合、ボルトの締め付け力にばらつきがある。そこ
で、この実施形態のホイールモータでは、上記組立体を
車輪支持体１４に固定するボルト１９のねじ径および本
数をハブボルト２６のねじ径および本数と同等もしくは
それ以上まで太くあるいは増加して耐せん断力を高めて
いる。

【００５８】また、ナット１７の高さ、すなわち、車軸
方向の長さを十分に長くしてあり、組立体を車輪支持体
１４に組み付ける際にナット１７が誤って落下しても、
そのナット１７がアクスルハブ２０の円盤部とモータス
テータとの間にはまり込まない。

【００５９】ロータである円筒部材３０は、上述したよ
うにアクスルハブ２０にメカニカルヒューズ機構を備え
たボルト３１で固定されているため、所定以上のトルク
が加わると、ボルト３１による締結状態が解除されるよ
うになっている。例えば、車輪回転時にロータとステー
タとの間に異物が混入してモータがロックしてしまった
場合などには、メカニカルヒューズが切れて車輪自体が
ロックしないようになっている。また、ロータとブレー
キドラム２２との隙間を、ロータとステータとの隙間よ
りも大きくしてあり、モータロック時にメカニカルヒュ
ーズが切れてロータとステータがくっついてしまった場
合でも、ロータがブレーキドラム２２に干渉しないよう
になっている。この点でもモータロックしても車輪がロ
ックしないように配慮されている。

【００６０】モータ内部は、ロータである円筒部材３０
の車輌内側に固定されたモータカバー５０と、その内周
に圧入されハブベアリングのアウターレース１５の外周
面に摺動自在に圧接するシール部材５１により液密にな
っており、内部に水や塵埃が侵入しないようになってい
ることは上述したとおりである。一方、モータは動作状
態や環境によって内部の気圧が変動する。たとえば、冷
却により内部圧力が低下した場合、ハブベアリングのア
ウターレース１５とシール部材５１との間からタイヤが
跳ね上げた水や埃が外気圧との圧力差により侵入する可
能性がある。そこで、モータへ電力を供給する給電線４
９のハーネスと心線との間に隙間を設けて空気通路と
し、空気通路の他端を車体内に設けている。すなわち、
モータ内部はこの空気通路を介して車体内の空気と連通
している。したがって、モータの温度変化に伴ういわゆ
るモータの呼吸は、車輪近傍に比べて清浄である車体内
の空気で行われるため、モータ内部への水や塵埃の侵入
が抑制される。

【００６１】つぎに、本発明の第２実施形態であるホイ
ールモータを図５〜図８とともに説明する。図５はホイ
ールモータを車軸を通る面で切った断面図であり、図６
は図５のＶＩ−ＶＩ線で切断した平面図である。

【００６２】図示省略した車体側のサスペンションに連
結された車輪支持体１０１には、このホイールモータの
ステータ支持体１０２がナット１０３による車輌内側か
らの締め付けによって固定されている。すなわち、車輪
支持体１０１とステータ支持体１０２の車輌内側部はス
プライン嵌合しており、ナット１０３でそのスラスト方
向（車軸方向）を固定することにより、ステータ支持体
１０２は車軸方向および車輪回転方向の双方に対して固
定される。

【００６３】ステータ支持体１０２の車輌外側部の外周
には、表面に絶縁体がコーティングされた珪素鋼板の積
層体１０４が設けられている。この積層体１０４の一枚
一枚の各珪素鋼板は放射状に１８個のティースが突出し
ており、内径には多数の切り込みが設けられており、ス
テータ支持体１０２の外径にセレーション嵌合するよう
になっている。このような各珪素鋼板は、ステータ支持
体１０２に車輌外側から順にはめ込まれ、最後にスペー
サ１０５を介してサークリップ１０６でスラスト方向を
固定してある。

【００６４】珪素鋼板積層体１０４の各ティースには、
ティース外で予め巻き線し、高圧でプレスした状態で樹
脂を巻線の隙間に流し込んだカセット化された１８個の
ステータコイル１１０が各ティースにはめ込まれてい
る。各コイル１１０の２つの巻線端１１１および１１２
は車輌内側に突出しており、配線基板１１３の接続端子
がはめ込まれる。なお、配線基板１１３の配線について
は後述する。

【００６５】ステータ支持体１０２の車輌外側部の内径
側にはハブベアリング１２３が設けられ、そのアウター
レース１２１は珪素鋼板のスラスト方向を固定したサー
クリップ１０６で同じく固定されている。ハブベアリン
グ１２３のインナーレース１２２には、モータロータを
兼ねたアクスルハブ１２７がフランジ１２９を備えたボ
ルト１２４とナット１２５により固定されている。

【００６６】アクスルハブ１２７は鉄の無垢材でできて
おり、外周部はステータを覆うように円筒形となってい
る。このアクスルハブ１２７の円筒部の内側にはステー
タに用いられた珪素鋼板積層体１０４と同様に絶縁膜で
覆われた多数の珪素鋼板を重ねたロータ用の珪素鋼板積
層体１３８が設けられており、多数のビス１４２で固定
されている。そして、この円筒形珪素鋼板積層体１３８
の内側には、１６個の永久磁石１４３が等間隔に配列さ
れ、接着剤で固定されている。

【００６７】このように、本実施形態のロータは、外側
がアクスルハブ１２７の一部である鉄の無垢材、内側が
円筒形の珪素鋼板積層体１３８という２層構造となって
いる。ロータの外側を鉄の無垢材で構成することによ
り、珪素鋼板積層体のみの場合に比べて構造的に強固と
なり、さらに、熱伝導率も珪素鋼板積層体よりも良好で
あるため、モータの高温化を抑え、永久磁石１４３の熱
による減磁を防ぐことができる。また、コスト的にも珪
素鋼板のみと比較して安価となる。

【００６８】ところで、このホイールモータに要求され
るトルクは、モータ回転数を変数とする関数となり、低
回転時には比較的高いトルクが要求されるが、回転が速
くなるにしたがって要求トルクは低くなる。そこで、モ
ータ制御もこの要求トルクに合わせて行うことになり、
低回転時にはステータコイル１１０が発生する交番磁界
の磁束密度を高くし、高回転時にはその磁束密度を低く
する。

【００６９】珪素鋼板積層体１３８の径方向の幅は、こ
のような制御を前提として調整されている。すなわち、
低回転時の磁束密度が高い状態では、磁束が珪素鋼板積
層体１３８だけでなくアクスルハブ１２８の円筒部中を
も貫き、高回転時の磁束密度が低い状態では、珪素鋼板
積層体１３８中のみを貫くような寸法に調整されてい
る。このように、高回転時にはほとんどの磁束が鉄損の
生じにくい珪素鋼板積層体１３８を通るためトルク効率
が高い。逆に、低回転時には鉄損が比較的生じやすい鉄
の無垢材中を磁束が通るが、鉄損は交番磁界の周波数に
比例するものであるため、交番磁界周波数の低い低回転
時の鉄損はもとともあまり大きくならず、無視して構わ
ない。

【００７０】なお、この構成により構造的な強度を保ち
つつ鉄損の発生を十分に抑制できるが、鉄損を完全にな
くすことはできない。すなわち、鉄損に基づく発熱が僅
かとはいえ生じる。そこで、この実施形態では、アクス
ルハブ１２７の円筒部外側は鉄損により生じた熱を放熱
するためにフィン形状になっている。

【００７１】永久磁石１４３は第１実施形態の永久磁石
と同じ変形三日月柱形状をしており、珪素鋼板積層体１
３８の永久磁石１４３との接着面は第１実施形態と同様
に永久磁石１４３の外周と同じ曲率の凹部となってい
る。そのため、第１実施形態と同じく永久磁石１４３が
その接着部において回転方向にずれにくく、永久磁石１
４３に加わる回転トルクが珪素鋼板積層体１３８に効果
的に伝達される。

【００７２】車輌外側から上述したようにアクスルハブ
１２７で覆われたモータステータは、車輌内側からモー
タカバー１２８で覆われている。モータカバー１２８は
アクスルハブ１２７と同じく鉄の無垢材でできており、
中央部に円形開口を有する丸皿形状をしている。モータ
カバー１２８はその外周においてボルト１３３によりア
クスルハブ１２７に固着されている。モータカバー１２
８の内径には環状のシール部材１３５が圧入されてお
り、シール部材１３５の内径側のリップがステータ支持
体１０２の外周面に摺動自在に接触している。これによ
って、モータ内部は外界と遮蔽されることになる。

【００７３】モータカバー１２８の外周に設けられたつ
ば部にはブレーキドラム１３１がボルト１３２により締
結固定されている。ただし、このモータカバー１２８の
つば部におけるボルト１３２による締結部は、モータカ
バー１２８のつば部表面から僅かに盛り上がって座を構
成しているため、ブレーキドラム１３１とモータカバー
１２８は、締結部以外は締結部の座の厚みだけ離隔して
いる。そのため、ブレーキドラム１３１に生じる制動時
の摩擦熱がモータカバー１２８に伝わりにくくなってい
る。

【００７４】また、ブレーキドラム１３１の内径は、モ
ータロータであるアクスルハブ１２７の外形よりも大き
くなっているため、モータを外すことなくブレーキドラ
ム１３１を交換することができる。

【００７５】ブレーキドラム１３１のさらに車輌内側に
はドラムブレーキの構成要素であるブレーキシュー、ホ
イールシリンダ、シューリターンスプリング等を搭載し
たバッキングプレート１３４が配置されている。なお、
バッキングプレート１３４は車輪支持体１０１に固定さ
れている。

【００７６】アクスルハブ１２７の円盤部においては、
ハブボルト１３６とナット１３７によりディスクホイー
ル１３０が締結されている。モータで発生した回転トル
クは、アクスルハブ１２７からハブボルト１３６を介し
てディスクホイール１３０に伝達され、ブレーキドラム
１３１で発生した制動トルクは、モータカバー１２８お
よびアクスルハブ１２７を経た後ハブボルト１３６を介
してディスクホイール１３０に伝達される。

【００７７】アクスルハブ１２７をハブベアリング１２
３に固定するためのボルト１２４の裏側、すなわち車輌
内側には、ロータの回転角度を検出するレゾルバ１４０
が配置されている。レゾルバ１４０の固定子はステータ
支持体１０２に固定され、回転子はボルト１２４から車
輌内側に突出したシャフト１２６に固定されている。レ
ゾルバ１４０の回転子を固定するシャフト１２６がボル
ト１２４と一体に構成されているので、部品点数が少な
い。

【００７８】車体側の電源から延びるＵ相、Ｖ相、Ｗ相
の３本の給電線１４１は、ステータ支持体１０２の内側
を通って配線基板１１３に結線されている。そして、給
電線１４１とステータ支持体１０２との隙間は樹脂１４
４で密封固定されている。したがって、給電線のための
配線穴からモータに水が侵入することはなく、しかも、
振動による断線を防止できる。

【００７９】つぎに、配線基板１１３の配線およびその
配線とコイル１１０との接続状態を図７および図８を用
いて説明する。図７は配線基板１１３の車輌内側での配
線を示す平面図であり、図８は配線基板１１３の車輌外
側の配線を示す平面図である。ただし、図８に示す配線
は、図７の配線との接続関係を容易に理解できるよう
に、車輌内側から基板を透過して視たときのものとなっ
ている。

【００８０】３本の給電線１４１のうちのＵ相が端子１
５１に、Ｖ相が端子１５２に、Ｗ相が端子１５３にそれ
ぞれ接続されている。ステータ用珪素鋼板積層体１０４
の各ティースに嵌合されたカセットコイル１１０の端子
１１１および１１２は、配線基板１１３に設けられた円
形穴形状の雌コンタクトに差し込まれ、各コンタクトが
カシメられる。各コンタクトは、図示のように２つのコ
ンタクト間をつなぐ帯状の導電体により互いに電気的に
接続されており、これにより３本の給電線１４１と１８
個カセットコイル１１０との所望の電気的結線が達成さ
れている。なお、端子１１１および１１２と雌コンタク
トとの電気的接続および固定は、端子１１１および１１
２を雌コンタクトに挿入した後にカシメることにより達
成しているが、カシメに代えてはんだ付けを用いてもよ
い。

【００８１】図８には、カセットコイル１１０と配線基
板１１３の各コンタクトとの具体的な結線が示されてい
る。同図において、各カセットコイル１１０の近傍に表
示した「正」または「逆」の文字は、それぞれ対応する
カセットコイル１１０が正巻または逆巻であることを示
している。また、カセットコイル１１０を３個ずつ括っ
て付した符号Ｕ、Ｖ、Ｗは、それぞれのカセットコイル
１１０がＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各給電線に接続されている
ことを示している。図７の配線１５４は中性点であり、
例えばＵ相のカセットコイル１１０ａの一方の端子１１
２ａはコンタクト１５５を介して中性点配線１５４に接
続されている。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のモータま
たはホイールモータによれば、予めティースの外で巻線
された複数のコイルをティースに挿入し、コイル間の結
線を配線手段で接続した構造を有するので、製造が容易
であり製造コストを低く抑えることができる。また、コ
イルはティースの外で巻線されたものなので種々の巻線
方法を適用することができ、最適な巻線方法を用いるこ
とにより、ティースへ直接巻き付けた従来のコイルと比
較して巻線密度を高くすることができる。巻線密度を高
くできれば、ステータが作る回転磁界の磁束密度を高め
ることができ、高い回転トルクを得ることができる。

【００８３】また、このようなホイールモータを搭載し
た本発明の車輌によれば、たとえばホイールモータを従
動輪に適用することにより、登坂時の補助動力輪として
用いたり、車輌の姿勢制御等に用いたりすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態であるホイールモータの
構造を示す断面図。

【図２】第１実施形態のステータおよびロータを示す平
面図。

【図３】第１実施形態の円筒部材３０に設けられたメカ
ニカルヒューズを示す部分平面図。

【図４】第１実施形態のホイールモータを搭載した車輌
を示す斜視図。

【図５】本発明の第２実施形態であるホイールモータの
構造を示す断面図。

【図６】そのＶＩ−ＶＩ線で切断した平面図。

【図７】第２実施形態に用いられている配線基板１１３
の車輌内側の配線の様子を示す平面図。

【図８】配線基板１１３の車輌外側の配線の様子を透過
的に示す平面図。

【符号の説明】 １４、１０１…車輪支持体、１５、１２１…（ハブベア
リングの）アウターレース、１６…バッキングプレー
ト、１７、２７…ナット、１８、１２２…（ハブベアリ
ングの）インナーレース、１９、２６…ボルト、２０、
１２７…アクスルハブ、２２…ブレーキドラム、２３…
ディスクホイール、３０…円筒部材、３２…磁性円筒、
３５、１４３…永久磁石、４０、１０４…珪素鋼板積層
体、４２…ティース、４３、１１０…コイル、４６、１
１３…配線基板、５０、１２８…モータカバー、５５…
電磁ピックアップ、５６…センサロータ、７１…車体、
１０２…ステータ支持体、１３８…ロータ用珪素鋼板積
層体。

フロントページの続き (72)発明者 奥田 謙造 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周に回転磁界を作るステータと、この
   ステータの外側に前記回転磁界と同方向に回転可能に設
   けられたロータとを備えたアウターロータ型のモータに
   おいて、 前記ステータは前記ロータの回転軸に垂直な面において
   放射状に配列された磁性体からなる複数のティースと、
   予め筒状に巻線されており前記各ティースに挿入された
   互いに独立した複数のコイルと、この複数のコイルの端
   子同士を所望の関係に接続する配線手段とを備えている
   ことを特徴とするモータ。
2. 【請求項２】 車軸に固定され外周に回転磁界を作るス
   テータと、前記車軸周りに回転可能に支持されたアクス
   ルハブに固定されたロータとを有するホイールモータに
   おいて、 前記ステータは前記車軸に対して放射状に設けられた磁
   性体からなる複数のティースと、予め筒状に巻線されて
   おり前記各ティースに挿入された互いに独立した複数の
   コイルと、この複数のコイルの端子同士を所望の関係に
   接続する配線手段とを備えていることを特徴とするホイ
   ールモータ。
3. 【請求項３】 前記コイルは、巻線を高圧でプレスした
   状態で樹脂を前記巻線の間に流し込んで固めた樹脂成形
   されたカセットコイルであることを特徴とする請求項２
   に記載のホイールモータ。
4. 【請求項４】 前記配線手段中の配線には所定温度以上
   になると電気的接続が切れる熱ヒューズが介装されてい
   ることを特徴とする請求項２に記載のホイールモータ。
5. 【請求項５】 前記複数のティースは環状の磁性体の外
   周に一体に設けられており、この磁性体は前記各ティー
   スに前記コイルが挿入された状態で、車輌の車輪支持体
   に固定されたハブベアリングのアウターレースまたはこ
   れと一体の部品に固定されていることを特徴とする請求
   項２に記載のホイールモータ。
6. 【請求項６】 前記ティースは径方向外方に向かって先
   細となるテーパ形状であることを特徴とする請求項５に
   記載のホイールモータ。
7. 【請求項７】 前記ティースを備えた磁性体は、表面が
   絶縁された珪素鋼板を積層したものであることを特徴と
   する請求項６に記載のホイールモータ。
8. 【請求項８】 前記珪素鋼板を積層した前記磁性体は前
   記ハブベアリングのアウターレースまたはこれと一体に
   形成される部材にセレーション嵌合していることを特徴
   とする請求項７に記載のホイールモータ。
9. 【請求項９】 前記アクスルハブは前記ハブベアリング
   のインナーレースに固定され、前記ロータは前記アクス
   ルハブに固定された円筒部材と、この円筒部材の内周面
   に配列された複数個の永久磁石とを備えていることを特
   徴とする請求項５に記載のホイールモータ。
10. 【請求項１０】 前記永久磁石は前記円筒部材の径方向
    の厚さが前記円筒部材の周方向両端で肉薄になっている
    ことを特徴とする請求項９に記載のホイールモータ。
11. 【請求項１１】 前記永久磁石は両端が除去された三日
    月形状の上下底面を有する柱状体であり、その高さ方向
    を前記車軸方向に一致させ且つその凸側面を外側にして
    前記円筒部材の内周面に固定されており、前記永久磁石
    の凹側面の曲率は前記凸側面の曲率よりも大きいことを
    特徴とする請求項１０に記載のホイールモータ。
12. 【請求項１２】 前記ロータを構成する前記円筒部材の
    外周には冷却用のフィンが設けられていることを特徴と
    する請求項９に記載のホイールモータ。
13. 【請求項１３】 前記ステータが９ｎ個（ｎは自然数）
    のコイルを備え、前記ロータが８ｎ個の永久磁石を備え
    ることにより、８極９コイル型のモータとなっているこ
    とを特徴とする請求項２に記載のホイールモータ。
14. 【請求項１４】 前記車軸と同軸にモータ回転角検出装
    置を備えたことを特徴とする請求項２に記載のホイール
    モータ。
15. 【請求項１５】 前記円筒部材が固定されている前記ア
    クスルハブは前記ステータの車輌外側を覆っており、前
    記円筒部材には前記ステータを覆い前記ハブベアリング
    の前記アウターレース外周とその内周が摺動可能に隙間
    なく接触するモータカバーが取り付けられていることを
    特徴とする請求項９に記載のホイールモータ。
16. 【請求項１６】 前記モータカバーの内径は、前記ハブ
    ベアリングのアウターレースを前記車輪支持体に固定す
    るボルトと車軸中心との距離よりも大きいことを特徴と
    する請求項１５に記載のホイールモータ。
17. 【請求項１７】 前記車輪支持体が取り付けられている
    車体中に配置された電源から前記コイルに電力を供給す
    る給電線は、前記アウターレースまたはこれと一体に固
    定された部材に設けられた貫通孔を通って前記配線基板
    に接続されると共に、その内部には空気通路が形成され
    ていることを特徴とする請求項１５に記載のホイールモ
    ータ。
18. 【請求項１８】 前記ロータおよび前記ステータは前記
    アクスルハブのディスク部の車輌内側に配置され、前記
    アクスルハブの前記ディスク部の車輌外側にはブレーキ
    ドラムおよびディスクホイールのディスク部が車輌内方
    から順に配列され固定されていることを特徴とする請求
    項２に記載のホイールモータ。
19. 【請求項１９】 前記ロータ、前記ステータおよび前記
    ブレーキドラムが前記ディスクホイールのリム幅内に収
    納されていることを特徴とする請求項１８に記載のホイ
    ールモータ。
20. 【請求項２０】 請求項２、５または９のいずれか一項
    に記載のホイールモータを備えたことを特徴とする車
    輌。
21. 【請求項２１】 前記ハブベアリングの前記アウターレ
    ースは前記円筒部材を備えたアクスルハブが固定された
    インナーレースと一体となった状態で前記車輪支持体に
    対して取り外し可能に第１締結部材で固定され、前記ア
    クスルハブには前記ブレーキドラムと前記ディスクホイ
    ールとが共通の第２締結部材で取り外し可能に固定さ
    れ、前記アウターレースと前記車輪支持体との間には前
    記ブレーキドラムとと共にドラムブレーキを構成するバ
    ッキングプレートが挟み込まれて前記第１締結部材で固
    定されていることを特徴とする請求項２０に記載の車
    輌。
22. 【請求項２２】 前記第１締結部材および前記第２締結
    部材はそれぞれボルトおよびナットで構成され、前記第
    １締結部材のボルト径は前記第２締結部材のボルト径以
    上とすることを特徴とする請求項２１に記載の車輌。
23. 【請求項２３】 前記アクスルハブに固定された前記円
    筒部材と前記ブレーキドラムとが別部材で構成されてい
    ることを特徴とする請求項２２に記載の車輌。
24. 【請求項２４】 前記ブレーキドラムは前記アクスルハ
    ブと前記ディスクホイールのディスク部との間に挟み込
    まれて前記第２締結部材で固定されていることを特徴と
    する請求項２３に記載の車輌。
25. 【請求項２５】 前記アクスルハブと前記円筒部材とは
    所定値以上のトルクが掛かると結合状態が切れるメカニ
    カルヒューズを介して締結されていることを特徴とする
    請求項２４に記載の車輌。
26. 【請求項２６】 前記ロータ外径と前記ブレーキドラム
    内径との差は、前記ロータ内径と前記ステータの外径と
    の差よりも大きいことを特徴とする請求項２５に記載の
    車輌。