JP4486443B2 - 車両用ホイール駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用ホイール（車輪）におけるリムの内側に電動モータ、いわゆるインホイールモータを配置した車両用ホイール駆動装置の改良技術に関する。

近年、車両において、動力源からホイールへの動力伝達系統を簡略化するとともに伝達効率を高めるために、ホイールにおけるリムの内側に駆動源であるインホイールモータを配置する技術の開発が、進められている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−１４４０２１号公報（図１）

特許文献１に示す従来の車両用ホイール駆動装置を、次の図９に基づいて説明する。
図９は従来の車両用ホイール駆動装置（従来技術）の概要図である。従来の車両用ホイール駆動装置２００は、車体フレーム２０１に車軸２０２を固定し、車軸２０２にインナステータ２０３を設けるとともに、インナステータ２０３を囲うように車軸２０２にアウタロータ２０４を回転可能に取付け、アウタロータ２０４にホイール２０５を設けたものである。インホイールモータ２１０は、磁石２１１を有するインナステータ２０３と、コイル２１２を有するアウタロータ２０４とからなる。

さらに車両用ホイール駆動装置２００は、インホイールモータ２１０からの熱を受けて熱起電力を発生する熱電素子２２１と、インホイールモータ２１０に向けて送風する電動ファン２２２と、を備える。車両の走行中だけではなく停車中であっても、インホイールモータ２１０が熱い状況にあるときには、その熱量に応じて熱電素子２２１が熱起電力を発生し、この熱起電力によって電動ファン２２２を回転させることで、インホイールモータ２１０を空冷することができる。

ところで、インホイールモータ２１０を冷却する冷却効果を高めるには、電動ファン２２２の送風量を増大させればよい。しかし、ホイール２０５からの熱を受けた熱電素子２２１が発生する熱起電力は比較的小さい。熱起電力によって回転する電動ファン２２２の送風量を増大させるには限界がある。しかも、インホイールモータ２１０を冷却する装置には、熱電素子２２１、電動ファン２２２のモータ２２３、熱電素子２２１とモータ２２３との間の配線等が必要であり、複雑な構成にならざるを得ない。

本発明は、ホイールのリム内に、ホイールを駆動するインホイールモータを組込んだ車両用ホイール駆動装置において、簡単な構成で、インホイールモータを冷却する冷却効果を、より高める技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、ホイールのリム内に、ホイールを駆動するインホイールモータ及びホイールを制動するディスクブレーキを組込んだ車両用ホイール駆動装置であって、インホイールモータが、リムの内部に固定した筒状のアウタロータと、このアウタロータの内部に配置するとともに車体側に連結した筒状のインナステータとを備えた車両用ホイール駆動装置において、ディスクブレーキを、アウタロータに取付けた中空円盤状のブレーキディスクと、インナステータに取付けたキャリパとによって構成し、また、ブレーキディスクに、インホイールモータに送風する送風用フィンを備えたことを特徴とする。

さらに請求項１に係る発明は、ブレーキディスクに、送風用フィンからの送風を受けて回転する発電用ファンと、この発電用ファンにより駆動されて発電可能で且つ電動機の機能をも有する電動発電機と、この電動発電機で発電した電力を溜めるバッテリとを備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、電動発電機が、ブレーキディスクの低速回転時にバッテリから電力を供給されて発電用ファンを駆動する構成であり、発電用ファンが、少なくとも電動発電機にて駆動されたときにインホイールモータを空冷する空冷用ファンを兼ねることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、ホイールのリム内に且つリムと同心に、ホイールを駆動するインホイールモータ及びホイールを制動するディスクブレーキを組込んだ車両用ホイール駆動装置であって、
インホイールモータは、リムの内部に固定した筒状のアウタロータと、このアウタロータの内部に配置するとともに車体側に連結した筒状のインナステータとを備えた車両用ホイール駆動装置において、
ディスクブレーキは、前記アウタロータに取付けたブレーキディスクと、インナステータに取付けたキャリパとからなり、
ブレーキディスクは、アウタロータのうち車幅方向外側の端部に取付けたフランジと、このフランジから車幅方向外側へ延びる連結部と、この連結部のうち車幅方向外側の端部から径内方へ延びて制動される中空円盤状のディスク部とからなり、
さらにブレーキディスクは、インホイールモータに送風する送風用フィンと、この送風用フィンからの送風を受けて回転する発電用ファンと、この発電用ファンにより駆動されて発電可能で且つ電動機の機能をも有する電動発電機と、この電動発電機で発電した電力を溜めるバッテリとを備え、
送風用フィンは、ブレーキディスクのうちディスク部側に配置し、
電動発電機は、フランジと送風用フィンとの間に配置し、ブレーキディスクの低速回転時にバッテリの電力を受けて発電用ファンを駆動する構成であり、
発電用ファンは、フランジと送風用フィンとの間に配置し、少なくとも電動発電機にて駆動されたときに前記インホイールモータを空冷する空冷ファンを兼ねたことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、インホイールモータのアウタロータと共に回転するブレーキディスクに送風用フィンを備えたので、インホイールモータが回転したときには送風用フィンも回転し、インホイールモータに送風して冷却することができる。この結果、車両を走行しながらインホイールモータを冷却することができる。しかも、インホイールモータが高速回転であるほど、送風用フィンの風量を増大させることができる。従って、インホイールモータを冷却する冷却効果を、より高める。
さらには、インホイールモータを冷却する装置は、ホイールを制動するために組込まれたディスクブレーキのブレーキディスクに、単に送風用フィンを備えるだけの簡単な構成ですむ。

さらに請求項１に係る発明では、ディスクブレーキで発生した熱がディスク面からブレーキディスクに伝わったときには、その熱を送風用フィンを介して外気に放散することができる。この結果、ディスクブレーキで発生した熱がインホイールモータに伝わることを抑制することができる。
また、インホイールモータで発生した熱が、アウタロータからブレーキディスクに伝わったときには、その熱を送風用フィンを介して外気に放散することができる。この結果、インホイールモータで発生した熱がディスク面に伝わることを抑制することができる。
このようにして、ディスクブレーキやインホイールモータの放熱性を、より高めることができる。

さらに請求項１に係る発明では、ブレーキディスクに、送風用フィンの他に、送風用フィンからの送風を受けて回転する発電用ファンと、発電用ファンにより駆動されて発電可能で且つ電動機の機能をも有する電動発電機と、電動発電機で発電した電力を溜めるバッテリとを備えたので、送風用フィンからの送風により、インホイールモータを冷却しつつ、発電用ファンを回して電動発電機で発電し、バッテリに充電することができる。従って、送風用フィンからの送風を効率良く利用することができる。

請求項２に係る発明では、ブレーキディスクの低速回転時には、バッテリから電力を供給された電動発電機が発電用ファンを駆動することで、発電用ファンによってインホイールモータを空冷するようにしたものである。
ホイール及びインホイールモータが低速回転するときには、ブレーキディスク及び送風用フィンも低速回転になる。この結果、送風用フィンの送風量は減少するので空冷効果が低下する。
これに対して請求項２に係る発明によれば、ブレーキディスクの低速回転時には送風用フィンによる空冷に依存せず、電動発電機で駆動された発電用ファンによってインホイールモータを空冷することができる。例えば、上り坂を低速走行するときのように、インホイールモータが低速回転時であっても、十分にインホイールモータを冷却することができる。
しかも、インホイールモータのための電源とは別電源であるバッテリを備え、送風用フィンの送風を有効利用することによってバッテリに充電し、この充電された電力で、発電用ファンを駆動するようにしたものである。このため、インホイールモータ用の電源の電力をインホイールモータだけに有効に使うことができる。

請求項３に係る発明では、インホイールモータのアウタロータと共に回転するブレーキディスクに送風用フィンを備えたので、インホイールモータが回転したときには送風用フィンも回転し、インホイールモータに送風して冷却することができる。この結果、車両を走行しながらインホイールモータを冷却することができる。しかも、インホイールモータが高速回転であるほど、送風用フィンの風量を増大させることができる。従って、インホイールモータを冷却する冷却効果を、より高める。
さらには、インホイールモータを冷却する装置は、ホイールを制動するために組込まれたディスクブレーキのブレーキディスクに、単に送風用フィンを備えるだけの簡単な構成ですむ。

さらに請求項３に係る発明では、ディスクブレーキで発生した熱がディスク面からブレーキディスクに伝わったときには、その熱を送風用フィンを介して外気に放散することができる。この結果、ディスクブレーキで発生した熱がインホイールモータに伝わることを抑制することができる。
また、インホイールモータで発生した熱が、アウタロータからブレーキディスクに伝わったときには、その熱を送風用フィンを介して外気に放散することができる。この結果、インホイールモータで発生した熱がディスク面に伝わることを抑制することができる。
このようにして、ディスクブレーキやインホイールモータの放熱性を、より高めることができる。

さらに請求項３に係る発明では、ブレーキディスクに、送風用フィンの他に、送風用フィンからの送風を受けて回転する発電用ファンと、発電用ファンにより駆動されて発電可能で且つ電動機の機能をも有する電動発電機と、電動発電機で発電した電力を溜めるバッテリとを備えたので、送風用フィンからの送風により、インホイールモータを冷却しつつ、発電用ファンを回して電動発電機で発電し、バッテリに充電することができる。従って、送風用フィンからの送風を効率良く利用することができる。

さらに請求項３に係る発明では、ブレーキディスクの低速回転時には、バッテリから電力を供給された電動発電機が発電用ファンを駆動することで、発電用ファンによってインホイールモータを空冷するようにしたものである。
ホイール及びインホイールモータが低速回転するときには、ブレーキディスク及び送風用フィンも低速回転になる。この結果、送風用フィンの送風量は減少するので空冷効果が低下する。
これに対して請求項３に係る発明によれば、ブレーキディスクの低速回転時には送風用フィンによる空冷に依存せず、電動発電機で駆動された発電用ファンによってインホイールモータを空冷することができる。例えば、上り坂を低速走行するときのように、インホイールモータが低速回転時であっても、十分にインホイールモータを冷却することができる。
しかも、インホイールモータのための電源とは別電源であるバッテリを備え、送風用フィンの送風を有効利用することによってバッテリに充電し、この充電された電力で、発電用ファンを駆動するようにしたものである。このため、インホイールモータ用の電源の電力をインホイールモータだけに有効に使うことができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は運転者から見た方向に従う。
図１は本発明に係る車両用ホイール駆動装置を搭載した車両を後方から見た構成図であり、右側におけるサスペンション２０とホイール３０と車両用ホイール駆動装置４０の構成を表した。図２は本発明に係るサスペンション、ホイール及び車両用ホイール駆動装置の断面図であり、図１に対応させて表した。
なお、左側におけるサスペンション２０とホイール３０と車両用ホイール駆動装置４０も右側と同じ構成なので、図示並びに説明を省略する。

図１に示すように車両１０は、車体１１にサスペンション２０にてホイール３０を懸架したものであって、車両用ホイール駆動装置４０を搭載した、前後に２輪ずつを備える四輪電気自動車である。
車両用ホイール駆動装置４０は、ホイール３０のリム３１内（径内方）に、ホイール３０を駆動する駆動源であるインホイールモータ５０及びホイール３０を制動するディスクブレーキ６０を組込んだ構成である。
以下、サスペンション２０、ホイール３０及び車両用ホイール駆動装置４０について詳しく説明する。

サスペンション２０は、車体１１に上下スイング可能に取付けた上側のアッパアーム２１並びに下側のロアアーム２２と、ロアアーム２２と車体側のダンパハウジング１２との間に取付けたクッション２３と、アッパ・ロアアーム２１，２２の各先端のアッパ・ロアジョイント２４，２５とを主要構成として、車体１１にホイール３０を懸架する懸架装置である。

車両用ホイール駆動装置４０は、車体１１にアッパ・ロアジョイント２４，２５を介してインホイールモータ５０を懸架し、インホイールモータ５０にホイール３０を取付けることで、ホイール３０におけるリム３１の内側に、ホイール３０と同心のインホイールモータ５０を配置した構成である。インホイールモータ５０は、ホイール３０の回転中心ＲＣと同心とした中空状の電動モータである。
このような車両用ホイール駆動装置４０であるから、ホイール３０の回転中心ＲＣ周りのスペースを有効に活用することができる。

図２に示すようにホイール３０は、円筒状のリム３１と、リム３１に取付けたタイヤ３２と、リム３１の内周面３１ａに取付けた中空円盤状のディスク３３とからなる車輪である。ディスク３３は、リム３１の略車幅中央に配置することになる。

詳しくは後述するが、インホイールモータ５０は非回転部材であるインナステータ５３を備え、このインナステータ５３から車幅方向内側Ｉｎ（図２の左側）へ延びる、上部のアッパステー５３ａ及び下部のロアステー５３ｂを備える。すなわち、インナステータ５３はナックルを兼ねることになる。

アッパステー５３ａは車幅方向内側Ｉｎに向かって延び、その先端にアッパジョイント２４を取付けることで、アッパジョイント２４を介してアッパアーム２１の先端に連結することができる。一方、ロアステー５３ｂは車幅方向内側Ｉｎに向かって延び、その先端にロアジョイント２５を取付けることで、ロアジョイント２５を介してロアアーム２２の先端に連結することができる。アッパ・ロアジョイント２４，２５は例えばボールジョイントからなる。
これらのアッパ・ロアジョイント２４，２５の中心間を通る直線Ｋｉは、サスペンション２０のキングピン軸（キングピン中心線。仮想キングピン軸とも言う。）である。

図３は本発明に係る車両用ホイール駆動装置の下半分の断面図であり、図２に対応させて表した。
図２及び図３に示すようにインホイールモータ５０は、リム３１の内側（径内方）において、サスペンション２０で懸架される車幅方向内側Ｉｎ（図２及び図３の左側）に寄せて配置したものである。このようなインホイールモータ５０は、リム３１の内部に固定した筒状のアウタロータ５１と、アウタロータ５１の内周面に取付けた複数の永久磁石５２・・・と、アウタロータ５１の内部に配置するとともに車体１１側（図１参照）に連結した筒状のインナステータ５３と、インナステータ５３の外周面に取付けた複数の電気子５４・・・とを備える。

回転側のアウタロータ５１及び非回転側のインナステータ５３は、ホイール３０の回転中心ＲＣに対して同心である。電気子５４は鉄心とコイルボビンと巻線とからなる。
アウタロータ５１は、車幅方向外側Ｏｕの端部５１ａにディスク３３をボルト止めすることで、リム３１の内部に固定した回転部材である。インナステータ５３は外周面で、軸受５５，５６を介し、アウタロータ５１の内周面を回転可能に且つ軸方向移動を規制して支持する固定部材である。

次に、ディスクブレーキ６０について説明する。
図２に示すようにリム３１の内側において、インホイールモータ５０を車幅方向内側Ｉｎに寄せて配置したので、リム３１の内側で車幅方向外側Ｏｕには空きスペースＳｐができる。この空きスペースＳｐにディスクブレーキ６０を配置した。

ディスクブレーキ６０は、アウタロータ５１のうち車幅方向外側Ｏｕの端部５１ａに取付けたブレーキディスク６１と、インナステータ５３のうち車幅方向外側Ｏｕの端部５３ｃに取付けたキャリパ７１とからなる、液圧式又は空圧式のブレーキ機構である。
ブレーキディスク６１は、全体形状が中空円盤状を呈する回転部材であって、ホイール３０の回転中心ＲＣに対して同心である。

図４は本発明に係る車両用ホイール駆動装置の分解図であり、図３に対応させて車両用ホイール駆動装置４０の下半分を表した。
図３及び図４に示すようにブレーキディスク６１は、アウタロータ５１のうち車幅方向外側Ｏｕの端部（端面）５１ａに直接に取付ける中空円盤状のフランジ６２と、フランジ６２の内周部から車幅方向外側Ｏｕへ延びる円筒状の連結部６３と、連結部６３のうち車幅方向外側Ｏｕの端部から径内方へ延びて制動される中空円盤状のディスク部６４と、からなる一体品である。

フランジ６２は、アウタロータ５１の端部（端面）５１ａに重ね合わせて、複数のボルト６７・・・にて直接に取付ける、平坦な板である。連結部６３は、比較的薄肉で短い筒である。ディスク部６４は、両側面に平坦なディスク面６４ａ，６４ａを有した平坦な板である。

このようにブレーキディスク６１は、フランジ６２に対して、車幅方向外側Ｏｕ（図４の右側）に離間距離Ｌｃだけ離れた位置に、ディスク部６４を配置したものである。フランジ６２に対してディスク面６４ａ，６４ａは平行である。
ブレーキディスク６１は、ディスク部６４の全体又はディスク部６４のうちキャリパ７１によって制動される接触部分だけを、鉄鋼等の耐摩耗性並びに耐熱性が良好な材料で構成し、残りの部分を、アルミニウム合金等の熱伝導性が良好で軽量な材料で構成することが、特に好ましい。

一方、図２に示すようにキャリパ７１は、インナステータ５３の端部（端面）５３ｃに取付け、制動圧によってボデイ７２内のピストン７３を作動させ、この結果、パッド７４，７４間でブレーキディスク６１のディスク面６４ａ，６４ａを押え、その摩擦力にて制動制御するものである。

このようなキャリパ７１は、ブレーキディスク６１のディスク面６４ａ，６４ａが回転可能に入り込む開口部７５を有する。開口部７５は、ホイール３０の径方向外側に向いている。従って、ボデイ７２は、開口部７５をホイール３０の径方向外側に向けた断面視コ字状を呈する。開口部７５をホイール３０の径方向外側に向けたので、キャリパ７１を、インナステータ５３よりもホイール中心ＲＣ１側に配置することができる。ブレーキディスク６１は、キャリパ７１に対して径方向外側に配置することになる。

ところで、ブレーキディスク６１は、図３〜図５に示すようにモータ冷却装置８０を備える。図５は本発明に係るモータ冷却装置の模式図である。
図３及び図５に示すようにモータ冷却装置８０は、インホイールモータ５０に送風する送風用ファン９０と、送風用ファン９０からの送風を受けて回転する発電用ファン１００と、発電用ファン１００により駆動されて発電可能で且つ電動機の機能をも有する電動発電機１１０と、電動発電機１１０で発電した電力を溜めるバッテリ１２１と、ブレーキディスク６１の回転速度を検出する回転センサ１２２と、インホイールモータ５０の温度を検出する温度センサ１２３と、回転センサ１２２並びに温度センサ１２３の検出信号に応じて電動発電機１１０を制御する制御手段１２４と、を備える。

制御手段１２４は、回転センサ１２２並びに温度センサ１２３の検出信号に応じて制御信号を発する制御部１２５と、制御部１２５の制御信号を受けて充電モードと電力供給モードに切り換えて電動発電機１１０を制御する切換え部１２６と、からなる。
充電モードは、電動発電機１１０からバッテリ１２１への充電回路を接続状態にするとともに、電動発電機１１０が発電機としての機能を果たすように切り換えるモードである。一方、電力供給モードは、バッテリ１２１から電動発電機１１０への電力供給回路を接続状態にするとともに、電動発電機１１０が電動機としての機能を果たすように切り換えて、さらに電動発電機１１０の回転数を制御するモードである。

従って、電動発電機１１０は、切換え部１２６の切り換え作用により、（１）発電用ファン１００で駆動されて発電し、バッテリ１２１に充電する発電機の作用と、（２）バッテリ１２１の電力を受けて発電用ファン１００を駆動する電動機の作用とに切り換えられる。
以下、モータ冷却装置８０について詳しく説明する。

図６は本発明に係る送風用ファン及び発電用ファンの要部斜視図である。
図３及び図６に示すように送風用ファン９０は、環状のハブ９１と、ハブ９１から径内方へ延びる中空円盤状のフランジ９２と、ハブ９１の外周面に一定ピッチで設けた複数の送風用フィン９３・・・と、送風用フィン９３・・・の外周を包囲する環状の整流カバー９４と、を一体に形成した軸流ファンである。
整流カバー９４は、送風用ファン９０が回転したときに、送風用フィン９３・・・で送られた空気が遠心力によって径外方へ放散することを抑制する部材である。

ディスク部６４における車幅方向外側Ｏｕのディスク面６４ａにフランジ９２を複数のボルト９５・・・にて取り外し可能に止めることで、ブレーキディスク６１に送風用ファン９０を取付けることができる。このようにして、ブレーキディスク６１に送風用フィン９３・・・を備えた。送風用フィン９３・・・は、ブレーキディスク６１のうちディスク部６４側に配置することになる。

図３及び図４に示すように電動発電機１１０は、ブレーキディスク６１における連結部６３の外周面に取付けて、ブレーキディスク６１の低速回転時にバッテリ１２１の電力を受けて発電用ファン１００を駆動する構成である。このようにすることで、ブレーキディスク６１のフランジ６２と送風用ファン９０（すなわち、送風用フィン９３・・・）との間に、電動発電機１１０を配置した。

詳しくは、電動発電機１１０は、リム３１の内部に配置した筒状のアウタロータ１１１と、アウタロータ１１１の内周面に取付けた複数の永久磁石１１２・・・と、アウタロータ１１１の内部に配置するとともに連結部６３の外周面に熱絶縁性リング１１３を介して取付けた筒状のインナステータ１１４と、インナステータ１１４の外周面に取付けた複数の電気子１１５・・・とを備える。
インナステータ１１４は外周面で、軸受１１６，１１６を介し、アウタロータ１１１の内周面を回転可能に且つ軸方向移動を規制して支持する固定部材である。

図３及び図６に示すように、発電用ファン１００は、少なくとも電動発電機１１０にて駆動されたときにインホイールモータ５０を空冷する空冷用ファンを兼ねる。
このような発電用ファン１００は、電動発電機１１０におけるアウタロータ１１１の外周面に一定ピッチで設けた複数の発電用フィン１０１・・・からなる。このようにすることで、ブレーキディスク６１のフランジ９２と送風用ファン９０（すなわち、送風用フィン９３・・・）との間に、発電用ファン１００を配置した。

つまり、送風用ファン９０に発電用ファン１００を隣接させるとともに、送風用フィン９３・・・に発電用フィン１０１・・・を対向させることにより、互いの送風（気流）を介して、互いに影響し合うようにした。その影響し合う関係について、次に説明する。

図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る送風用ファンと発電用ファンの相互関係を説明する構成図兼作用図であり、送風用ファン９０及び発電用ファン１００を外周側から見て、その一部を展開して表した。
図６及び図７（ａ）に示すように、送風用ファン９０の各送風用フィン９３・・・は、白抜き矢印Ｒｕ側とは逆方向に凸となる略円弧状で、しかも、車幅方向外側Ｏｕから車幅方向内側Ｉｎへ向かって、白抜き矢印Ｒｕ側とは逆方向に傾斜した断面形状を呈する。
一方、発電用ファン１００の各発電用フィン１０１・・・は、白抜き矢印Ｒｕ側に凸となる略円弧状の断面形状で、しかも、車幅方向外側Ｏｕから車幅方向内側Ｉｎへ向かって、白抜き矢印Ｒｕ側とは逆方向に傾斜した断面形状を呈する。

なお、白抜き矢印Ｒｕ側とは、図６において反時計回り方向のことである。また、車幅方向内側Ｉｎとは図３に示すようにインホイールモータ５０側のことであり、車幅方向外側Ｏｕとはインホイールモータ５０と反対側のことである。

図７（ａ）において、発電用ファン１００が停止中で、送風用ファン９０を白抜き矢印Ｒｕ方向へ回転させたときに、外気（空気）は矢印Ｗ１のように、各送風用フィン９３・・・で吸引され、隣接した各発電用フィン１０１・・・へ送られる。送られた外気は矢印Ｗ２のように、各発電用フィン１０１・・・に当たって、白抜き矢印Ｒｕ方向に回転させつつ、矢印Ｗ３のように車幅方向内側Ｉｎへ流出する。
つまり、矢印Ｗ２のように送風用フィン９３・・・から送られた空気が発電用フィン１０１・・・に突き当たるときの衝撃力と、矢印Ｗ３のように発電用フィン１０１・・・から車幅方向内側Ｉｎへ流出するときの反動力と、の複合力が発電用ファン１００を回す回転力となる。

このように送風用ファン９０、すなわち送風用フィン９３・・・が白抜き矢印Ｒｕ方向へ回転したときには、車幅方向外側Ｏｕから車幅方向内側Ｉｎへ送風することによって、インホイールモータ５０（図３参照）を冷却するとともに、発電用ファン１００を回すことができる。

一方、図７（ｂ）において、送風用ファン９０が停止中又は低速回転中で、発電用ファン１００を上記白抜き矢印Ｒｕ方向とは逆方向Ｒｕｃへ回転させたときに、図３に示すインホイールモータ５０側の内気（空気）は矢印Ｗ４のように、各発電用フィン１０１・・・で吸引され、隣接した各送風用フィン９３・・・へ送られる。送られた内気は矢印Ｗ５のように各送風用フィン９３・・・の間を通過した後に、矢印Ｗ６のように車幅方向外側Ｏｕへ送られて流出する。

このように発電用ファン１００、すなわち発電用フィン１０１・・・が逆方向Ｒｕｃへ回転したときには、車幅方向内側Ｉｎから車幅方向外側Ｏｕへ送風することによって、インホイールモータ５０（図３参照）を冷却することができる。
なお、送風用ファン９０は図３に示すようにホイール３０に連結されているので、発電用ファン１００の送風による回転力で送風用ファン９０が回されることはない。

なお、各送風用フィン９３・・・及び各発電用フィン１０１・・・の傾斜方向は、上記図７に示す方向とは反対であってもよい。すなわち、各送風用フィン９３・・・及び各発電用フィン１０１・・・の傾斜方向を、車幅方向外側Ｏｕから車幅方向内側Ｉｎへ向かって、白抜き矢印Ｒｕ側に傾斜させてもよい。
このようにした場合、送風の流れ方向Ｗ１〜Ｗ６は図７に示す方向と逆向きとなる。つまり、送風用フィン９３・・・が白抜き矢印Ｒｕ方向へ回転したときには、車幅方向内側Ｉｎから車幅方向外側Ｏｕへ送風することができる。一方、発電用フィン１０１・・・が逆方向Ｒｕｃへ回転したときには、車幅方向外側Ｏｕから車幅方向内側Ｉｎへ送風することができる。

以上の説明から明らかなように、図２に示す如く送風用ファン９０、発電用ファン１００及び電動発電機１１０は、ホイール３０の回転中心ＲＣに対してほぼ同心であり、リム３１内の空きスペースＳｐに配置したものである。
なお、送風用ファン９０の中心に対して発電用ファン１００の中心は若干オフセットしていることが好ましい。その理由は、オフセットしていれば、送風用ファン９０から発電用ファン１００への送風によって、発電用ファン１００が常に同一方向へ連続的に回転し、逆転を防止できるからである。

ところで、図４に示すようにバッテリ１２１、回転センサ１２２及び制御手段１２４は、基板１２７に取付けることで１つのユニットとしてまとめられ、基板１２７を連結部６３の内側でディスク面６４ａにビス１２８にて取り外し可能に止めることで、ブレーキディスク６１に取付けたものである。

図３〜図５に示すように回転センサ１２２は、例えばインホイールモータ５０のインナステータ５３に対する、ブレーキディスク６１の相対的な回転速度を検出する検出部材である。回転センサ１２２と歯車１３１との組合せ構造は、回転検出装置１３２を構成することになる。
歯車１３１は、インナステータ５３における車幅方向外側Ｏｕの端面５３ｃ全体にわたって、ホイール３０の回転中心ＲＣと同心で設けた、一定ピッチの凹凸である。歯車１３１の歯先面は端面５３ｃと平行である。
従って、回転センサ１２２は、検出部位を歯車１３１の歯先面に対向させて配置し、インナステータ５３に対するブレーキディスク６１の相対的な回転速度を、電磁的又は光学的に検出することができる。

図３及び図４に示すように温度センサ１２３は、例えば、ブレーキディスク６１のフランジ６２に取付けるとともに、アウタロータ５１の端部（端面）５１ａに開けられた挿入孔５１ｂに挿入することによって、インホイールモータ５０の温度を検出することができる。

次に、上記構成の制御部１２５（図５参照）をマイクロコンピュータとした場合の制御フローについて、図５を参照しつつ図８に基づき説明する。図中、ＳＴ××はステップ番号を示す。特に説明がないステップ番号については、番号順に進行する。なお、この制御フローは、例えばインホイールモータ５０の電源スイッチ（図示せず）をオンにすることで制御を開始し、電源スイッチをオフにすることで制御を終了する。

図８は本発明に係る制御部の制御フローチャートである。
ＳＴ０１；インホイールモータ５０のインナステータ５３に対する、ブレーキディスク６１の相対的な回転速度Ｎｄを読み込む。現時点の回転速度Ｎｄは図５の回転センサ１２２で検出することができる。なお、回転速度Ｎｄはホイール３０の回転速度と同一である。

ＳＴ０２；現時点の回転速度Ｎｄが予め設定されている基準回転速度Ｎｓを超えたか（Ｎｄ＞Ｎｓ）否かを調べ、ＹＥＳならＳＴ０３に進み、ＮＯならＳＴ０４に進む。
ＹＥＳの場合には、ブレーキディスク６１が中速又は高速回転であり、この結果、送風用ファン９０、すなわち送風用フィン９３・・・による送風だけでインホイールモータ５０を冷却するのに、送風量が足りると判断する。
一方、ＮＯの場合には、基準回転速度Ｎｓを超えていないので、ブレーキディスク６１が低速回転（停止を含む。）であり、この結果、送風用ファン９０、すなわち送風用フィン９３・・・による送風だけでは、インホイールモータ５０を冷却するのに送風量が不足であると判断する。

ＳＴ０３；充電切換え制御信号を発して、切換え部１２６を充電モードに切り換えることで、電動発電機１１０からバッテリ１２１への充電回路を接続状態にするとともに、電動発電機１１０を発電機としての機能に切り換えた後に、ＳＴ０１に戻る。この結果、送風用ファン９０、すなわち送風用フィン９３・・・からの送風によって、インホイールモータ５０を冷却するとともに、発電用ファン１００を回すことができる。発電用ファン１００により駆動された電動発電機１１０は発電を開始して、バッテリ１２１に充電する。

ＳＴ０４；電力供給切換え制御信号を発して、切換え部１２６を電力供給モードに切り換えることで、バッテリ１２１から電動発電機１１０への電力供給回路を接続状態にするとともに、電動発電機１１０を電動機としての機能に切り換える。
ＳＴ０５；インホイールモータ５０の温度Ｔｈを読み込む。現時点の温度Ｔｈは図５の温度センサ１２３で検出することができる。
ＳＴ０６；現時点の温度Ｔｈが予め設定されている基準温度Ｔｓを超えたか（Ｔｈ＞Ｔｓ）否かを調べ、ＹＥＳならＳＴ０７に進み、ＮＯならＳＴ０８に進む。

ＳＴ０７；インホイールモータ５０の温度Ｔｈが高いので、高速回転制御信号を発して電動発電機１１０を一定の高速回転に回転制御した後に、ＳＴ０１に戻る。この結果、発電用ファン１００の送風量は増大し、インホイールモータ５０を十分に冷却することができる。
ＳＴ０８；インホイールモータ５０の温度Ｔｈが比較的低いので、低速回転制御信号を発して電動発電機１１０を一定の低速回転に回転制御した後に、ＳＴ０１に戻る。この結果、発電用ファン１００の送風量は減少する。比較的低温のインホイールモータ５０を十分に冷却することができる。

このように、インホイールモータ５０及びブレーキディスク６１が低速回転（停止を含む。）であるときには、バッテリ１２１からの電力により電動発電機１１０が回転し、発電用ファン１００がインホイールモータ５０の温度Ｔｈに応じた送風量を送ることで、最適な温度状態となるようにインホイールモータ５０を冷却することができる。

以上の説明をまとめると、次の通りである。
すなわち本発明では、図２に示すように、インホイールモータ５０のアウタロータ５１と共に回転するブレーキディスク６１に送風用フィン９３・・・を備えたので、インホイールモータ５０が回転したときには送風用フィン９３・・・も回転し、インホイールモータ５０に送風して冷却することができる。この結果、車両１０（図１参照）を走行しながらインホイールモータ５０を冷却することができる。しかも、インホイールモータ５０が高速回転であるほど、送風用フィン９３の風量を増大させることができる。従って、インホイールモータ５０を冷却する冷却効果を、より高める。

さらには、インホイールモータ５０を冷却する装置は、ホイール３０を制動するために組込まれたディスクブレーキ６０のブレーキディスク６１に、単に送風用フィン９３・・・を備えるだけの簡単な構成ですむ。

さらに本発明では、ディスクブレーキ６０で発生した熱がディスク面６４ａ，６４ａからブレーキディスク６１に伝わったときには、その熱を送風用フィン９３・・・を介して外気に放散することができる。この結果、ディスクブレーキ６０で発生した熱がインホイールモータ５０に伝わることを抑制することができる。
また、インホイールモータ５０で発生した熱が、アウタロータ５１からブレーキディスク６１に伝わったときには、その熱を送風用フィン９３・・・を介して外気に放散することができる。この結果、インホイールモータ５０で発生した熱がディスク面６４ａ，６４ａに伝わることを抑制することができる。
このようにして、インホイールモータ５０やディスクブレーキ６０の放熱性を、より高めることができる。

さらに本発明では、ブレーキディスク６１に、送風用フィン９３・・・の他に、送風用フィン９３・・・からの送風を受けて回転する発電用ファン１００と、発電用ファン１００により駆動されて発電可能で且つ電動機の機能をも有する電動発電機１１０と、電動発電機１１０で発電した電力を溜めるバッテリ１２１とを備えたので、送風用フィン９３・・・からの送風により、インホイールモータ５０を冷却しつつ、発電用ファン１００を回して電動発電機１１０で発電し、バッテリ１２１に充電することができる。従って、送風用フィン９３・・・からの送風を効率良く利用することができる。

さらに本発明では、ブレーキディスク６１の低速回転時には、バッテリ１２１から電力を供給された電動発電機１１０が発電用ファン１００を駆動することで、発電用ファン１００によってインホイールモータ５０を空冷するようにしたものである。
ホイール３０及びインホイールモータ５０が低速回転するときには、ブレーキディスク６１及び送風用フィン９３・・・も低速回転になる。この結果、送風用フィン９３・・・の送風量は減少するので空冷効果が低下する。

これに対して本発明によれば、ブレーキディスク６１の低速回転時には送風用フィン９３・・・による空冷に依存せず、電動発電機１１０で駆動された発電用ファン１００によってインホイールモータ５０を空冷することができる。例えば、上り坂を低速走行するときのように、インホイールモータ５０が低速回転時であっても、十分にインホイールモータ５０を冷却することができる。

しかも、インホイールモータ５０のための電源とは別電源であるバッテリ１２１を備え、送風用フィン９３・・・の送風を有効利用することによってバッテリ１２１に充電し、この充電された電力で、発電用ファン１００を駆動するようにしたものである。このため、インホイールモータ５０用の電源の電力をインホイールモータ５０だけに有効に使うことができる。

さらには、ディスクブレーキ６０でホイール３０を制動したときには、インホイールモータ５０と共にブレーキディスク６１も、低速回転した後に停止する。このとき、ディスクブレーキ６０で発生した熱がディスク面６４ａ，６４ａからブレーキディスク６１を介して送風用フィン９３・・・に伝わったときに、発電用ファン１００からの送風によって送風用フィン９３・・・を冷却することができる。この結果、ディスクブレーキ６０で発生した熱がインホイールモータ５０に伝わることを抑制することができる。

なお、本発明は実施の形態では、送風用フィン９３・・・は、ブレーキディスク６１に直接取り外し可能に備えた構成に限定されるものではなく、例えばブレーキディスク６１に一体的に備えた構成であってもよい。また、ブレーキディスク６１に対する送風用フィン９３・・・の位置は任意である。

本発明の車両用ホイール駆動装置４０は、ホイール３０におけるリム３１の内側に、動力源としてのインホイールモータ５０を配置することによって、動力源からホイール３０への動力伝達系統を簡略化することができるので、電気自動車に好適である。

本発明に係る車両用ホイール駆動装置を搭載した車両を後方から見た構成図である。 本発明に係るサスペンション、ホイール及び車両用ホイール駆動装置の断面図である。 本発明に係る車両用ホイール駆動装置の下半分の断面図である。 本発明に係る車両用ホイール駆動装置の分解図である。 本発明に係るモータ冷却装置の模式図である。 本発明に係る送風用ファン及び発電用ファンの要部斜視図である。 本発明に係る送風用ファンと発電用ファンの相互関係を説明する構成図兼作用図である。 本発明に係る制御部の制御フローチャートである。 図９は従来の車両用ホイール駆動装置の概要図である。

符号の説明

１０…車両、１１…車体、２０…サスペンション、３０…ホイール、３１…リム、４０…車両用ホイール駆動装置、５０…インホイールモータ、５１…アウタロータ、５１ａ…アウタロータのうち車幅方向外側Ｏｕの端部、５３…インナステータ、５３ｃ…インナステータのうち車幅方向外側Ｏｕの端部、６０…ディスクブレーキ、６１…ブレーキディスク、６２…フランジ、６３…連結部、６４…ディスク部、７１…キャリパ、８０…モータ冷却装置、９０…送風用ファン、９３…送風用フィン、１００…発電用ファン、１０１…発電用フィン、１１０…電動発電機、１２１…バッテリ、１２２…回転センサ、１２３…温度センサ、１２５…制御部、１２６…切換え部、１３１…歯車、Ｉｎ…車幅方向内側Ｉｎ、Ｏｕ…車幅方向外側Ｏｕ。

Claims (3)

1. ホイールのリム内に、ホイールを駆動するインホイールモータ及びホイールを制動するディスクブレーキを組込んだ車両用ホイール駆動装置であって、
   前記インホイールモータは、前記リムの内部に固定した筒状のアウタロータと、このアウタロータの内部に配置するとともに車体側に連結した筒状のインナステータとを備えた車両用ホイール駆動装置において、
   前記ディスクブレーキは、前記アウタロータに取付けた中空円盤状のブレーキディスクと、前記インナステータに取付けたキャリパとからなり、
   前記ブレーキディスクは、前記インホイールモータに送風する送風用フィンと、この送風用フィンからの送風を受けて回転する発電用ファンと、この発電用ファンにより駆動されて発電可能で且つ電動機の機能をも有する電動発電機と、この電動発電機で発電した電力を溜めるバッテリと、を備えたことを特徴とする車両用ホイール駆動装置。
2. 前記電動発電機は、前記ブレーキディスクの低速回転時に前記バッテリから電力を供給されて前記発電用ファンを駆動する構成であり、前記発電用ファンは、少なくとも前記電動発電機にて駆動されたときに前記インホイールモータを空冷する空冷用ファンを兼ねることを特徴とした請求項１記載の車両用ホイール駆動装置。
3. ホイールのリム内に且つリムと同心に、ホイールを駆動するインホイールモータ及びホイールを制動するディスクブレーキを組込んだ車両用ホイール駆動装置であって、
   前記インホイールモータは、前記リムの内部に固定した筒状のアウタロータと、このアウタロータの内部に配置するとともに車体側に連結した筒状のインナステータとを備えた車両用ホイール駆動装置において、
   前記ディスクブレーキは、前記アウタロータに取付けたブレーキディスクと、前記インナステータに取付けたキャリパとからなり、
   前記ブレーキディスクは、前記アウタロータのうち車幅方向外側の端部に取付けたフランジと、このフランジから車幅方向外側へ延びる連結部と、この連結部のうち車幅方向外側の端部から径内方へ延びて制動される中空円盤状のディスク部とからなり、
   さらに前記ブレーキディスクは、前記インホイールモータに送風する送風用フィンと、この送風用フィンからの送風を受けて回転する発電用ファンと、この発電用ファンにより駆動されて発電可能で且つ電動機の機能をも有する電動発電機と、この電動発電機で発電した電力を溜めるバッテリとを備え、
   前記送風用フィンは、前記ブレーキディスクのうち前記ディスク部側に配置し、
   前記電動発電機は、前記フランジと前記送風用フィンとの間に配置し、前記ブレーキディスクの低速回転時に前記バッテリの電力を受けて前記発電用ファンを駆動する構成であり、
   前記発電用ファンは、前記フランジと前記送風用フィンとの間に配置し、少なくとも前記電動発電機にて駆動されたときに前記インホイールモータを空冷する空冷用ファンを兼ねたことを特徴とする車両用ホイール駆動装置。

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