JP7338671B2 - インホイールモータ - Google Patents

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。

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

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、
   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。