JP2008155769A - インホイールモータ - Google Patents

Abstract

【課題】インホイールモータの回転軸方向の寸法を小さくする。
【解決手段】有底円筒状のホイール１の内側に固定されたロータ２０、及びステータ２１を回転軸方向に対向配置してなるアキシャルモータ２と、ホイール１の回転を制動するドラム型の制動装置３とを備えるインホイールモータにおいて、制動装置３を構成するブレーキシュー３１をステータ２１に支持させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インホイールモータに関し、特にステータ及びロータをその回転軸方向に対向配置してなるアキシャルモータと、前記ロータを内側に固定した有底円筒状のホイールの回転を制動する制動手段とを備えるインホイールモータに関する。

近年、電動モータにて駆動される電気自動車が実用化されている。特許文献１には、自動車のホイールを回転させるアキシャルモータを該ホイールに収容してなるインホイールモータが提案されている（例えば、特許文献１）。

図８は、インホイールモータの一例を模式的に示す縦断面図である。インホイールモータは、タイヤ８を装着した有底円筒状のホイール４０１を備えており、ホイール４０１の内側には、アキシャルモータ２及び制動装置４０３が収容されている。

ホイール４０１は、ディスク部４１０と、該ディスク部４１０の周縁から略垂直に延設された筒部４１１とから構成されている。ディスク部４１０の中心部には車体側へ突出した回転軸２３が設けられており、回転軸２３は、車体から横方向外側へ突出した車軸４０４の先端部に軸受を介して回転可能に支持されている。

アキシャルモータ２は、回転軸方向に対向配置したロータ２０及びステータ２１を備えている。ロータ２０は、ディスク部４１０の回転軸２３周りに等配された永久磁石２０ａから構成されている。ロータ２０及びステータ２１が回転軸方向に対向するように、車軸４０４の先端部には、円盤状のステータ２１が径方向外側へ延設されている。ステータ２１は、円盤状のステータ基板２２に周設された磁心部２１ａを有していて、磁心部２１ａにはコイル２１ｂが巻回されている。

制動装置４０３は、ホイール４０１と一体的に回転する回転体、及び該回転体に接触し、摩擦力にてホイール４０１の回転を制動する制動子から構成されている。例えば、回転体はブレーキドラム、制動子はブレーキシューである。車軸４０４の途中には円盤状の支持体４３６が設けられており、制動子は支持体４３６に支持されている。

このように構成されたインホイールモータにあっては、円盤状に構成可能なアキシャルモータ２を採用することにより、円柱状をなすインナーロータ型又はアウターロータ型のモータに比べて、回転軸方向の寸法を小さくすることができる。
特開２００５−３４１７７９号公報

しかしながら、アキシャルモータ２及び制動装置４０３が別個独立に構成されているため、ステータ２１及び支持体４３６のように共用可能な構成部材がインホイールモータの径方向寸法を圧迫するという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、制動手段を構成する制動子をアキシャルモータのステータに支持させることにより、アキシャルモータ及び制動手段の構成部材を一部共用し、回転軸方向の寸法を小さくすることができるインホイールモータを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、ステータの磁心を圧粉磁性体にて構成することにより、径方向又は軸方向の寸法を小さくすることができるインホイールモータを提供することにある。

本発明の他の目的は、円盤状のステータにおけるトルク寄与が小さい部分、つまりステータの径方向中心部に制動子を配することにより、径方向の寸法を小さくすることができるインホイールモータを提供することにある。

本発明の他の目的は、制動子とステータとの間に断熱部材を介装することにより、制動子で発生した熱が、制動子からステータに伝導してモータの特性が変化することを防ぐことができ、より安定したトルクを確保することができるインホイールモータを提供することにある。

第１発明に係るインホイールモータは、ステータ及びロータをその回転軸方向に対向配置してなるアキシャルモータと、前記ロータを内側に固定した有底円筒状のホイールの回転を制動する制動手段とを備えるインホイールモータにおいて、前記制動手段は、前記ホイールと一体的に回転する回転体と、前記アキシャルモータのステータに支持されており、前記回転体に接触して前記ホイールの回転を制動する制動子とを備えることを特徴とする。

第１発明にあっては、制動手段を構成する制動子がアキシャルモータを構成するステータに支持されており、制動子はホイールと一体的に回転する回転体に接触することでホイールの回転を制動するように構成されている。
従って、制動子を支持する支持体が不要になる。つまり、アキシャルモータと制動手段とを別体で構成し、制動子を支持する支持体を備えた従来のインホイールモータに比べ、径方向寸法を小さくすることができる。

第２発明に係るインホイールモータは、前記ステータが圧粉磁性体からなる磁心を備えることを特徴とする。

第２発明にあっては、ステータは圧粉磁性体からなる磁心を備えているため、渦電流損失を効果的に低減することができる。また、磁気特性が等方的であるため、積層鋼板にてステータを構成する場合に比して、磁心部の成形が容易であり、アキシャルモータの磁気結合を効率的に形成することができる。結果として、アキシャルモータのトルクを向上させることができる。言い換えれば、アキシャルモータのトルクを低下させずに、アキシャルモータの径方向及び軸方向の寸法、又は径方向若しくは軸方向の寸法を小さくすることができる。

第３発明に係るインホイールモータは、前記ステータが円盤状をなし、前記制動子は前記ステータの径方向中心部に配されていることを特徴とする。

第３発明にあっては、円盤状をなすステータの径方向中心部に制動子が配されている。ステータの径方向中心部、つまり回転軸に近い部分におけるアキシャルモータのトルクへの寄与は、径方向外側部分に比べて小さい。
なお、スタータは円盤状であるが、一部に孔部又は切り欠き等を有していても良い。ステータの径方向中心部は、特にステータの磁心が設けられていない部分、例えば図７に示すようにステータ基板３２２が有する環状面の径方向内側部分を示している。
従って、制動子をステータの径方向中心部に配することにより、アキシャルモータのトルクを低下させることなく、またホイールの径方向寸法を拡大することなく、制動子をステータに配することができる。

第４発明に係るインホイールモータは、前記制動子と前記ステータとの間に断熱部材が介装されていることを特徴とする。

第４発明にあっては、ステータと制動子との間には断熱部材が介装されているため、制動子がホイールの回転を制動した場合に発生した熱が制動子からステータに伝導することを防ぐことができる。従って、制動子で発生した熱が、アキシャルモータの特性を変化させることはない。
なお、スタータは円盤状であるが、一部に孔部又は切り欠き等を有していても良い。ステータは、特に該ステータの磁心が設けられていない部分、例えば図１に示すステータ基板２２の環状面であって、磁心部２１ａが設けられていない部分を示している。

本発明によれば、アキシャルモータ及び制動手段の構成部材を一部共用することにより、アキシャルモータと制動手段とを別体で構成した従来のインホイールモータに比べ、回転軸方向の寸法を小さくすることができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るインホイールモータを模式的に示す縦断面図である。本発明の実施の形態１に係るインホイールモータは、車軸４に対して回転可能な有底円筒状のホイール１、ホイール１を回転させるアキシャルモータ２、及びホイール１の回転を制動する制動装置３を備えている。

車軸４は、例えば四輪自動車のホイール１を回転可能に支持するものであり、車体の側部から横方向外側へ突出するように一端側がサスペンションを介して車体に固定されている。以下、一の車軸４及びインホイールモータについて説明する。また、横方向外側、横方向内側等の方向は、車体を基準にした方向である。
車軸４の他端側には、筒状に拡径した軸受座４０が形成されている。軸受座４０の内面には、複数の軸受５の外輪が圧入されている。軸受５の内輪には、ホイール１を回転可能に支持する円柱状の回転軸２３の一端側が圧入されている。

ホイール１は、中心部に孔部が形成されたディスク部１０と、該ディスク部１０の周縁部から車体側へ延設された筒部１１とを有しており、回転軸２３の先端部分がディスク部１０の孔部に挿通し、ナット６にて締結されている。筒部１１の外周面にはタイヤ８が装着されるホイールリム１２が溶接されている。

アキシャルモータ２は、回転軸方向に対向配置したステータ２１及びロータ２０から構成されている。

図２は、ホイール１及び回転軸２３を取り外した状態で車両側部外側から見た場合のステータ２１を示す模式図である。ステータ２１は、軸受座４０の先端部から径方向外側へ延設された環状のステータ基板２２を備えている。ステータ基板２２の横方向外側の面には、扇状の磁心部２１ａが周方向に等配されており、磁心部２１ａにはコイル２１ｂが巻回されている。磁心部２１ａは圧粉磁性体にて構成されており、ステータ基板２２は磁心部２１ａに比べて高強度の金属にて構成されている。

磁心部２１ａは、金属磁性粒子と、金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜とを有する複数の複合磁性粒子を備えている。なお、複数の複合磁性粒子は、該複合磁性粒子が有する凹凸の噛み合わせ及びバインダの結着力等によって結合されている。
絶縁被膜は、金属磁性粒子間の絶縁層として機能する。金属磁性粒子を絶縁被膜で覆うことによって、この軟磁性材料を加圧成形して得られる磁心部２１ａの電気抵抗率を大きくすることができる。これにより、金属磁性粒子間に渦電流が流れるのを抑制して、磁心部２１ａの渦電流損を低減させることができる。また、磁気特性が等方的であるため、積層鋼板にてステータ２１を構成する場合に比して、磁心部２１ａの成形が容易であり、アキシャルモータ２の磁気結合を効率的に形成することができ、アキシャルモータ２の出力を向上させることができる。

絶縁被膜の平均膜厚は、１０ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。
絶縁被膜の平均膜厚を１０ｎｍ以上とすることによって、トンネル電流を抑制するとともに、渦電流損を効果的に抑制することができる。絶縁被膜の平均膜厚を１μｍ以下とすることによって、加圧成形時に絶縁被膜がせん断破壊することを防止できる。また、軟磁性材料に占める絶縁被膜の割合が大きくなりすぎないので、軟磁性材料を加圧成形して得られる磁心部２１ａの磁束密度が著しく低下することを防止できる。

絶縁被膜は、リン酸鉄、リン酸マンガン等のガラス系被膜、シリカ等のセラミックス被膜、及びシリコン樹脂等の樹脂被膜のいずれかを用いてなる一層又は複数層の構造であることが好ましい。
なお、金属磁性粒子、絶縁被膜等の混合により、金属磁性粒子を絶縁被膜にて被覆してなる磁心部２１ａを説明したが、単に樹脂、潤滑剤等を金属磁性粒子に添加して磁心部２１ａを構成しても良い。

図３は、車体側から見たロータ２０を示す模式図である。
ロータ２０は、ステータ２１に対向するように、ディスク部１０の内面に等配された複数の扇状の永久磁石２０ａから構成されている。各永久磁石２０ａは、隣同士が異極となるように磁化されている。

図４は、車体側から見た場合の制動装置３を示す模式図である。
制動装置３は、例えばリーディングトレーリング型のドラムブレーキであり、ブレーキドラム３０及び１組のブレーキシュー３１，３１等から構成されている。

ブレーキドラム３０は、ホイール１の筒部１１に内嵌可能な寸法を有する筒状であり、横方向外側の周縁部には径方向内側へ、ディスク部１０に倣う環状部分が延設されている。環状部分の適宜箇所は、ホイール１のディスク部１０にボルト７で締結されている。

ブレーキシュー３１，３１は、ブレーキドラム３０の内周面に倣う三日月状をなしている。各ブレーキシュー３１，３１の端部は、ブレーキシュー３１，３１とステータ基板２２との間を断熱する円盤シート状の断熱部材９を介して、シューピボット３２，３２にて回動可能に支持されている。また、各ブレーキシュー３１，３１の他の端部には図示しないシューリターンスプリングが掛着されており、シューリターンスプリングは、各ブレーキシュー３１，３１がブレーキドラム３０から離隔するように付勢されている。ステータ２１の車体側の面には、ブレーキシュー３１，３１をブレーキドラム３０に接触させる方向へ押圧する復動型のホイールシリンダ３３が配設されている。

ホイールシリンダ３３は、油圧にて伸縮するように構成されており、ホイールシリンダ３３へ油圧を伝達する図示しない油路がホイールシリンダ３３に接続されている。なお、ホイールシリンダ３３に一端が接続された油路は、車体側へ引き回されており、油路の他端はブレーキ装置に接続されている。

このように構成されたインホイールモータにあっては、アキシャルモータ２及び制動装置３の構成部材を一部共用することにより、アキシャルモータ２と制動装置３とを別体で構成した従来のインホイールモータに比べ、回転軸方向の寸法を小さくすることができる。

また、ステータ２１の磁心部２１ａを圧粉磁性体にて構成することにより、アキシャルモータ２のトルクを低下させずに、アキシャルモータ２の径方向及び軸方向の寸法、又は径方向若しくは軸方向の寸法を小さくすることができる。

更に、ブレーキシュー３１，３１とステータ基板２２との間に断熱部材９を介装することにより、ブレーキシュー３１，３１で発生した摩擦熱がステータ２１に伝導してアキシャルモータ２の特性が変化することを防ぐことができ、より安定したトルク出力を確保することができる。

更にまた、ステータ基板２２を磁心部２１ａに比べて高強度の材質にて構成することにより、ホイール１の回転を制動する際に生ずる摩擦力にてステータ２１が破損することを防ぐことができる。

なお、実施の形態１では、四輪自動車のインホイールモータについて説明したが、言うまでもなく二輪自動車のような他の自動車のインホイールモータに本発明を適用しても良い。

また、ホイールと共に回転する回転軸を車軸に支持させるように構成してあるが、ロータを備えたホイールがステータに対して回転する構成であれば、軸受部分の構成は他の構成であっても良い。例えば、ホイールを車軸に回転可能に支持させるように構成しても良い。

更に、円盤シート状の断熱部材を説明したが、ブレーキシューからステータへ熱が伝導することを防止できるのであれば、他の形状であっても良い。

更にまた、圧粉磁性体を構成する金属磁性粒子を被覆する絶縁被膜として、リン酸鉄、シリカ、シリコン樹脂等を説明したが、後述するような他の材質であっても良い。

例えば、ガラス系被膜としては、リン酸化合物、ケイ素化合物、ジルコニウム化合物、又はホウ素化合物などよりなっていることが好ましい。具体的には、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、硅リン酸、酸化シリコン、酸化チタン、又は酸化ジルコニウムなどよりなっていることが好ましい。

セラミックス被膜としては、アルミナ、又はマグネシア等を含んでいることが好ましい。

樹脂としては、イミド系樹脂、熱可塑性樹脂、非熱可塑性樹脂、又は高級脂肪酸が用いられることが好ましい。具体的には、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性ポリアミド、熱可塑性ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド又はポリエーテルエーテルケトン、高分子量ポリエチレン、全芳香族ポリエステルなどの熱可塑性樹脂や、全芳香族ポリイミド、非熱可塑性ポリアミドイミドなどの非熱可塑性樹脂や、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム、パルミチン酸リチウム、パルミチン酸カルシウム、オレイン酸リチウム又はオレイン酸カルシウムなどの高級脂肪酸塩が用いられることが好ましい。また、これらの有機物を互いに混合して用いることもできる。なお、高分子量ポリエチレンとは、分子量が１０万以上のポリエチレンをいう。

なお、絶縁被膜は、金属としてＦｅ，Ａｌ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｖ，Ｃｒ，Ｙ，Ｂａ，Ｓｒ，又は希土類元素を用いた金属酸化物、金属窒化物、金属酸化物、リン酸金属塩化合物、ホウ酸金属塩化合物、又はケイ酸金属塩化合物などよりなっていてもよい。

また、絶縁被膜はＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｙ，Ｃａ，Ｚｒ，及びＦｅからなる群より選ばれる少なくとも１種の物質のリン酸塩の非晶質化合物、前記物質のホウ酸塩の非晶質化合物よりなっていてもよい。

更に、絶縁被膜はＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｙ，Ｃａ，及びＺｒからなる群より選ばれる少なくとも１種の物質の酸化物の非晶質化合物よりなっていてもよい。

なお、磁心部２１ａを構成する複合磁性粒子が１層の絶縁被膜により構成されている場合について示しているが、磁心部２１ａを構成する複合磁性粒子が以下に述べるように複数層の絶縁被膜により構成されていてもよい。

具体的には、たとえば磁心部２１ａにおいて、絶縁被膜は一の絶縁被膜と、他の絶縁被膜とを有していてもよい。そして、一の絶縁被膜は金属磁性粒子の表面を取り囲んでおり、他の絶縁被膜は一の絶縁被膜の表面を取り囲んでいる。この場合には、一の絶縁被膜として、ガラス系被膜、セラミックス被膜を用い、他の絶縁被膜として、樹脂被膜を用いることが好ましい。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係るインホイールモータを模式的に示す縦断面図である。実施の形態２に係るインホイールモータは、実施の形態１に係るインホイールモータと同様の車軸４、回転軸２３、ホイール２０１、アキシャルモータ２等を備えている。実施の形態２に係るインホイールモータは、制動装置２０３の構成のみが実施の形態１に係るインホイールモータと異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。

図６は、車体側から見た場合の制動装置２０３を示す模式図である。実施の形態２に係る制動装置２０３は、ブレーキディスク２３０と、キャリパ２３１とから構成されている。

ブレーキディスク２３０は、外径が、ホイール２０１の内径と略同一寸法の円環状であり、ホイール２０１の筒部２１１に対してボルト２３５にて締結されている。

キャリパ２３１は、パッドを備えている。パッドは、円環状をなすブレーキディスク２３０が中心部に有する空隙に配されていて、ブレーキディスクを径方向内側から開放可能に挟持する部材である。該パッドは、ブレーキディスク２３０の両環状面を挟むようにステータ基板２２に支持されている。また、キャリパ２３１とステータ基板２２との間には断熱部材２０９が介装されている。

キャリパ２３１は、油圧にてブレーキディスク２３０を挟むように構成されており、キャリパ２３１へ油圧を伝達する図示しない油路がキャリパ２３１に接続されている。

実施の形態２に係るインホイールモータにあっては、実施の形態１と同様、制動装置２０３のキャリパ２３１をステータ２１に設けることにより、従来のインホイールモータに比べ、回転軸方向の寸法を小さく構成することができる。

実施の形態２に係るインホイールモータの他の構成、作用及び効果は、実施の形態１に係るインホイールモータの構成、作用及び効果と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係るインホイールモータを模式的に示す縦断面図である。実施の形態３に係るインホイールモータは、実施の形態１に係るインホイールモータと同様の車軸３０４、回転軸２３、ホイール３０１、アキシャルモータ３０２等を備えている。実施の形態３に係るインホイールモータは、制動装置３０３及びアキシャルモータ３０２の構成のみが実施の形態１に係るインホイールモータと異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。

制動装置３０３は、リーディングトレーリング型のドラムブレーキであり、ブレーキドラム３３０及び１組のブレーキシュー３３１等から構成されている。

ブレーキドラム３３０は、ロータ３２０の永久磁石３２０ａに干渉せず、ステータ基板３２２の中心部に配置可能な外径寸法を有する筒状であり、横方向外側の一端側周縁部には径方向内側に環状部分が延設されている。環状部分の適宜箇所は、ホイール３０１のディスク部３１０にボルト３０７にて締結されている。

ブレーキシュー３３１は、ブレーキドラム３３０の内周面に倣う三日月状をなしている。各ブレーキシュー３３１の端部は、ブレーキシュー３３１とステータ基板３２２との間を断熱する断熱部材３０９を介して、シューピボット３３２にて、ステータ基板３２２の外側の面に枢支されている。また、各ブレーキシュー３３１の他の端部にはシューリターンスプリングが掛着されており、シューリターンスプリングは、各ブレーキシュー３３１がブレーキドラム３３０から離隔するように付勢されている。また、ステータ３２１の横方向外側の面には、復動型のホイールシリンダ３３３が配設されている。

ホイールシリンダ３３３は、油圧にて伸縮するように構成されており、ホイールシリンダ３３３へ油圧を伝達するために、図示しない油路がホイールシリンダ３３３に接続されている。

実施の形態３に係るインホイールモータにあっては、トルク寄与が小さい部分、つまりステータ基板３２２の中心部分に制動装置３０３を配することにより、アキシャルモータ３０２のトルクを低下させることなく、またホイール３０１の径方向寸法を拡大することなく、ブレーキシュー３３１をステータ３２１に配することができる。

なお、実施の形態３にあっては、ドラムブレーキ型の制動装置をステータ基板の中心部分に配してあるが、ディスクブレーキ型の制動装置をステータ基板の中心部分に配するように構成しても良い。ディスクブレーキ型の制動装置であっても、上述の効果を得ることができる。

実施の形態３に係るインホイールモータの他の構成、作用及び効果は、実施の形態１に係るインホイールモータの構成、作用及び効果と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
上記において、本発明の実施の形態及び実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態及び実施例は、おくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の実施の形態１に係るインホイールモータを模式的に示す縦断面図である。 ホイール及び回転軸を取り外した状態で車両側部外側から見た場合のステータを示す模式図である。 車体側から見たロータを示す模式図である。 車体側から見た場合の制動装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係るインホイールモータを模式的に示す縦断面図である。 車体側から見た場合の制動装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態３に係るインホイールモータを模式的に示す縦断面図である。 インホイールモータの一例を模式的に示す縦断面図である。

符号の説明

１ ホイール
２ アキシャルモータ
３ 制動装置
４ 車軸
５ 軸受
９ 断熱部材
１０ ディスク部
１１ 筒部
１２ ホイールリム
２０ ロータ
２１ ステータ
２１ａ 磁心部
２１ｂ コイル
２２ ステータ基板
２３ 回転軸
３０ ブレーキドラム
３１ ブレーキシュー
３２ シューピボット
３３ ホイールシリンダ

Claims (4)

1. ステータ及びロータをその回転軸方向に対向配置してなるアキシャルモータと、前記ロータを内側に固定した有底円筒状のホイールの回転を制動する制動手段とを備えるインホイールモータにおいて、
   前記制動手段は、
   前記ホイールと一体的に回転する回転体と、
   前記アキシャルモータのステータに支持されており、前記回転体に接触して前記ホイールの回転を制動する制動子と
   を備えることを特徴とするインホイールモータ。
2. 前記ステータは圧粉磁性体からなる磁心を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のインホイールモータ。
3. 前記ステータは円盤状をなし、
   前記制動子は前記ステータの径方向中心部に配されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインホイールモータ。
4. 前記制動子と前記ステータとの間に断熱部材が介装されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載のインホイールモータ。

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