JP2009207235A - インホイールモータ - Google Patents

Abstract

【課題】より高いエネルギー効率を実現することができるインホイールモータを提供すること。
【解決手段】本発明によるインホイールモータ１は、車輪の内周側に配置された車輪毎の回転電機２と、回転電機２を駆動する駆動回路Ｃ１と、駆動回路Ｃ１に電力を供給する電源Ｅと、電源Ｅの充電率Ｒを検出する充電率検出手段４４ａと、慣性回転体４２と、慣性回転体４２を回転させる付加回転電機３１と、電源Ｅの供給する電力により付加回転電機３１を駆動する付加駆動回路Ｃ２と、充電率Ｒが所定値α以上である場合に付加駆動回路Ｃ２により付加回転電機３１を駆動させる制御手段４４ｃを備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、乗用車、バス、トラック等の自動車に適用されて好適な、インホイールモータに関する。

従来から、車両の駆動源であるモータを車体側から車輪を構成するホイールの内周側に配置転換することにより、車体内のスペースの有効活用、ホイールの内周側の余剰スペースを有効活用するとともに、車体の低床化やドライブシャフトやデファレンシャルギヤ等の駆動力伝達装置の省略や車輪毎の回転数やトルクのきめ細かい制御あるいは車両姿勢の制御を行うこと等を目的として、特許文献１に記載されているように、車輪毎の回転電機を、車輪を構成するホイールの内周側に備えたインホイールモータが提案されている。

このようなインホイールモータは、バッテリにより供給される直流電圧を、半導体素子を備えたインバータによりＰＷＭ制御して、例えば同期電動機、誘導電動機、直流ブラシレスモータ、リラクタンスモータ等の回転電機を駆動することにより車両の加速を行い、車両の運動エネルギーをインバータの制御に基づいて回生エネルギーに変換して、バッテリに蓄電することにより車両の制動を行うことが可能である。

また、これに加えて、特許文献２に記載されているようなフライホイールを備えて、車両のエネルギーをフライホイールの運動エネルギーに変換して、制動を行うことも可能である。
特開２００６−１６６５５４号公報 特開平１１−１２８２１号公報

ところが、このようなインホイールモータにおいて、バッテリの蓄電率がある閾値を超えて高くなると、バッテリの回生エネルギーを十分に蓄電する能力が低下するため、回生による制動が十分に行えなくなり、エネルギー効率が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記問題に鑑み、より高いエネルギー効率を実現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。

上記の問題を解決するため、本発明によるインホイールモータは、
車輪の内周側に配置された車輪毎の回転電機と、前記回転電機を駆動する駆動回路と、前記駆動回路に電力を供給する電源と、前記電源の充電率を検出する充電率検出手段と、慣性回転体と、前記慣性回転体を回転させる付加回転電機と、前記電源の供給する電力により前記付加回転電機を駆動する付加駆動回路と、前記充電率が所定値以上である場合に前記付加駆動回路により前記付加回転電機を駆動させる制御手段を備えることを特徴とする。

なお、前記回転電機とは回転子と固定子を備えるモータであり、前記回転子はロータのことであり、前記固定子はステータを指し、前記車輪はホイール及びタイヤを示し、前記慣性回転体とはフライホイールを示す。また、前記駆動回路は典型的にはインバータであり、前記電源はバッテリであって、前記付加回転電機はこれも回転子及び固定子を備えるサブモータであり、前記付加駆動回路も典型的にはインバータである。また、前記充電率検出手段は、前記電源に流入する電流を積算することにより前記電源の充電率を検出する。

さらに、前記所定値とは、前記充電率が前記所定値未満である場合には、前記電源の蓄電性能が、車両の回生制動時における回生エネルギーを吸収するにあたって十分であることを示す制御パラメータであり、前記電源の形式、容量等の諸元により個別具体的に設定されるものである。

ここで、前記インホイールモータにおいて、
前記付加回転電機と前記慣性回転体との間において、駆動力を選択的に伝達する伝達手段を備えるとともに、前記充電率が前記所定値以上である場合に、前記制御手段が前記伝達手段を制御して前記駆動力を伝達させることが好ましい。

なお、前記伝達手段とは典型的にはクラッチであって、クラッチを構成する一対の摩擦板を例えば電磁力や油圧等の手段により、締結することにより前記駆動力を伝達し、解放することにより前記駆動力を遮断し伝達しない機能を有するものである。

これによれば、前記充電率が前記所定値以上であって、前記電源の蓄電性能が低下する領域である場合には、前記制御手段の制御に基づいて、前記伝達手段が前記付加回転電機と前記付加回転電機と前記慣性回転体との間の駆動力を伝達させるとともに、前記充電率が前記所定値未満であって、前記電源の蓄電性能が確保できる場合には、前記制御手段の制御に基づいて、前記伝達手段が前記付加回転電機と前記慣性回転体との間の駆動力を伝達させないことができる。

これにより、前記充電率が前記所定値以上であって、前記電源の蓄電性能が低下しており、前記電源が回生エネルギーを十分に蓄電することができなくなる場合において、前記制御手段の制御に基づいて前記付加駆動回路により前記付加回転電機を駆動させることができ、これにより前記電源の電力を前記慣性回転体の回転エネルギーに変換することができ、前記電源の前記充電率を前記所定値未満として、前記電源の蓄電性能を確保し、車両の回生制動能力を十分に確保して、エネルギー効率を高めることができる。

さらに、前記インホイールモータにおいて、
前記慣性回転体と前記車輪との間において、駆動力を選択的に伝達する付加伝達手段と、前記車両の加速度を検出する加速度検出手段を備えるとともに、前記加速度が正値である場合に、前記制御手段が前記付加伝達手段を制御して前記駆動力を伝達させることが好ましい。

なお、前記付加伝達手段とは、前記伝達手段と同様に、典型的にはクラッチであって、クラッチを構成する一対の摩擦板を例えば電磁力や油圧等の手段により、締結することにより前記駆動力を伝達し、解放することにより前記駆動力を遮断し伝達しない機能を有するものである。また前記加速度検出手段は、加速度センサの出力値により前記車両の加速度を直接的に検出しても良いし、車両のＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信規格上の車速情報の微分値から加速度を検出しても良い。

これによれば、前記車両が加速している場合において、前記慣性回転体の回転エネルギーを、前記付加伝達手段により前記慣性回転体と前記車体との間で駆動力を伝達することにより、前記慣性回転体から前記車輪に伝達することができ、前記車両の加速を補助して、前記車両の円滑な加速を実現することができる。

さらに、前記慣性回転体の回転エネルギーを前記付加回転電機及び前記付加駆動回路により回生して、その回生エネルギーを前記電源に蓄電して、当該回生エネルギーにより前記駆動回路により前記回転電機を駆動することに比べて、前記慣性回転体の回転エネルギーすなわち機械エネルギーを、回生エネルギーという電気エネルギーに一旦変換することなく、前記車輪に伝達することができるので、前記車両の加速の補助にあたってのエネルギー効率を高めることができる。

本発明によれば、より高いエネルギー効率を実現することができるインホイールモータを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係るインホイールモータの一実施形態を示す模式断面図である。図２は、本発明に係わるインホイールモータの一実施形態を示すブロック図である。

本実施例のインホイールモータ１は、図に示すように、車輪毎のモータ２と、減速機構３と、出力軸４と、ホイール５と、アッパーアーム６と、ロアアーム７と、ブレーキディスクロータ８と、キャリパブレーキ９と、サブモータ３１と、クラッチ４１と、シャフト３７と、ホイールキャップ４２と、クラッチ４３を備える。なお、モータ２、減速機構３は円筒状のホイール５の内周側に位置するように設けられている。

これとともに、本実施例のインホイールモータ１は、図２に示すように、インホイールモータＥＣＵ４４（Electronic Control Unit）と、電流センサ４５と、バッテリＥと、バッテリＥの供給する電力に基づきモータ２を駆動するインバータＣ１と、バッテリＥの供給する電力に基づきサブモータ３１を駆動するインバータＣ２を備える。

ここで、モータ２は、ハウジング１０と、ステータ１１と、コイル１２と、ロータ１３とから構成される同期電動機つまり回転電機であり、図２に示すインバータＣ１により駆動されるものである。なお、インバータＣ１はモータ２をインホイールモータＥＣＵ４４の制御に基づいて駆動する駆動回路を構成し、車両の制動時においては車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換してバッテリＥに蓄電する。また、ハウジング１０はアルミ合金により構成されており、ステータ１１の外周面を保持するととともに、ステータ１１、コイル１２、ロータ１３、減速機構３を外包してこれらを保護している。

アッパーアーム６は車幅方向に延びるＡアームであり、その車幅方向外側は、ボールジョイントを介してハウジング１０の上部に連結されており、その車幅方向内側は、ここでは図示しない車体側のサスペンションメンバに連結されている。

ロアアーム７は車幅方向に延びるＡアームであり、その車幅方向外側は、ボールジョイントを介してハウジング１０の下部に連結されており、その車幅方向内側は、ここでは図示しない車体側のサスペンションメンバに連結されている。

ロアアーム７の車幅方向中間部分にはここでは図示しないショックアブソーバのシリンダの下端部が連結され、このショックアブソーバのロッドは図示しないブッシュを介して車体側に連結されている。ショックアブソーバのロッドの外周側には図示しないコイルスプリングが設けられる。

ステータ１１は、電磁鋼板を積層して構成されるステータコアの、内周側に形成される複数のティースにそれぞれコイル１２を巻装して構成されて固定子を構成するものであり、ロータ１３は、電磁鋼板を積層して構成されるロータコアに、図示しない永久磁石を埋設して構成されて回転子を構成するものである。

このように構成されるモータ２において、ステータ１１に設けられたコイル１２にインバータＣ１により三相交流が供給されると回転磁界が形成されて、永久磁石を備えたロータ１３が回転磁界に吸引されて回転される。

減速機構３は、サンギヤ１４、キャリア１５、ピニオン１６、リングギヤ１７から構成される周知の遊星歯車機構であり、サンギヤ１４の内周側部分は車幅方向外側に円筒状に延長されて、その車幅方向外側端部は、ロータ１３の内周側部分に接合されており、キャリア１５の内周側部分は車幅方向内側に円筒状に延長されて、そのキャリア１５の車幅方向内側部の外周面は、キャリアインベアリング１８により、ハウジング１０に対して回転自在に支持されるとともに、キャリア１５の車幅方向内側の内周側部分の内周面は出力軸４の車幅方向内側に円筒状に延びる円筒状部分４ａの外周面に対して嵌合により接合される。

キャリア１５の車幅方向外側はキャリアアウトベアリング１９により、ハウジング１０に対して回転自在に支持される。キャリア１５の車幅方向外側と、サンギヤ１４との間にはサンギヤベアリング２０が介装され、キャリア１５をサンギヤ１４に対して相対回転自在に支持している。

ロータ１３は、ロータベアリング２１によりハウジング１０に対して回転自在に支持され、出力軸４の円筒状部分４ａは、出力軸ベアリング２２によりハウジング１０に対して回転自在に支持される。出力軸４とハウジング１０との間には、出力軸ベアリング２２の車幅方向内側に隣接してオイルシール２３が設けられている。

出力軸４の車幅方向外側部分はハウジング１０よりも径が大きい円板状部分４ｂが形成されており、その円板状部分４ｂの外周側部分が、ホイール５の内周側部分にボルト締結により接合されている。また、出力軸４の円板状部分４ｂの外周側部の車幅方向内側面には、ブレーキディスクロータ８がボルト締結により接合されている。

ホイール５の左右一対のビードシート部には図１では図示しないタイヤの左右一対のビード部が装着されて、ホイール５のハンプ部を含む外周面とタイヤの内周面とにより画成される空間には所定の空気圧の空気が充填される。ホイール５とタイヤにより車輪が構成される。

これらのことにより、モータ２がインバータＣ１により駆動されると、モータ２の駆動力は、減速機構３の所定の減速比の下にロータ１３、サンギヤ１４、ピニオン１６、キャリア１５、出力軸４、ホイール５の順番に伝達されて、図１では図示しないタイヤにより地面に駆動力が伝達されて、車両は駆動される。

さらに、キャリパブレーキ９は、その基部がハウジング１０に図示しないフローティング機構により固定されるフローティング式のものであり、左右一対のブレーキパッドがブレーキディスクロータ８の両面に対向するように配置されている。このキャリパブレーキ９において、図示しないシリンダに油圧が供給されると、シリンダ内部に油圧が充填されてピストンがシリンダから離隔する方向に変位されて、一方のブレーキパッドをブレーキディスクロータ８に押し付けるとともに、この反動により基部が前述した離隔する方向と反対側にハウジング１０に対してフローティング機構により移動されて、他方のブレーキパッドがブレーキディスクロータ８に押し付けられて、機械的な制動がなされる。

さらに、車両制動時においては、バッテリＥの充電率Ｒが所定値α未満である場合には、インホイールモータＥＣＵ４４の制御手段４４ｃの制御に基づいて、コイル１２にインバータＣ１により回生励磁用の三相交流が供給され、モータ２が図示しないタイヤひいてはホイール５から伝達される駆動力により回転されると、モータ２は発電機として作用して回生エネルギーを発生して、この回生エネルギーはインバータＣ１を介して、バッテリＥに蓄電されて、回生制動がなされる。

また、車両制動時において、インバータＣ１による回生制動が立ち上がらない場合においては、インホイールモータＥＣＵ４４の制御手段４４ｃの制御に基づいて、キャリパブレーキ９のシリンダに油圧が供給されて、ブレーキパッドがブレーキディスクロータ８に押し付けられて機械的な制動がなされる。

ところで、出力軸４の円筒状部分４ａの内周側には、軸方向に延びる軸心通路２４が構成されており、軸心通路２４は出力軸４の円板状部分４ｂの車幅方向外側端面に開口し、軸心通路２４の車幅方向中間部分においては円筒状部分４ａの外周面と連通して、ハウジンブ１０とステータ１１の車幅方向内側との間に画成される空間に潤滑液を兼ねる冷却液、ここでは油を供給する供給通路２５が穿設されている。さらに、ロータ１３の内周側部とサンギヤ１４の接合部分には、供給通路２５から供給される油を、ハウジング１０とステータ１１の車幅方向内側との間に画成される空間に供給する供給通路２６が設けられる。

加えて、軸心通路２４のサンギヤベアリング２０の車幅方向内側に位置する部分には、出力軸４の外周面に向けて延びて開口し、減速機構３に油を供給する供給通路２７が穿設されている。また、ロータベアリング２１はオイルシールを設けないシールレスタイプのものとし、このロータベアリング２１は、供給通路２５から供給された油はハウジング１０とステータ１１の車幅方向外側との間に画成される空間に供給する供給通路を構成する。

なお、ハウジング１０の下部には、油を貯留するリザーバー２８が設けられ、出力軸４の車幅方向内側端にはポンプ２９が設けられ、さらに、ハウジング１０にはリザーバー２８とポンプ２９の入力側を連通する連絡通路３０が設けられる。

このような構成のもとで、モータ２がインバータＣ１により駆動されると、出力軸４が減速機構３の所定の減速比のもとに回転されて、その回転力に基づいて、ポンプ２９が駆動され、リザーバー２８内の油は連絡通路３０を通って、軸心通路２４に供給され、軸心通路２４に供給された油は、出力軸４の遠心力に基づいて、供給通路２５、供給通路２６を介してまず、ハウジング１０とステータ１１の車幅方向内側との間に画成される空間に供給され、さらにハウジング１０とステータ１１の径方向の隙間に供給されてステータ１１を主に冷却し、さらに、ステータ１１とロータ１３の径方向の隙間に供給されてステータ１１及びロータ１３を主に冷却する。

さらに、軸心通路２４に供給された油は、出力軸４の遠心力に基づいて、供給通路２５、ロータベアリング２１を介して、ハウジング１０とステータ１１の車幅方向外側との間に画成される空間に供給される。さらにこの油は、ハウジング１０とステータ１１の径方向の隙間に供給されてステータ１１を主に冷却し、さらに、ステータ１１とロータ１３の径方向の隙間に供給されてステータ１１及びロータ１３を主に冷却する。

加えて、軸心通路２４に供給された油は、出力軸４の遠心力に基づいて、供給通路２７を介して、減速機構３を構成するサンギヤ１４、キャリア１５、ピニオン１６、リングギヤ１７に供給されて、これらのギヤを冷却するとともに、ギヤ間相互の摩擦の発生を抑制する潤滑液としても作用する。

このように、ハウジング１０とステータ１１との間の隙間、ロータ１３とステータ１１との間、及び、減速機構３に供給された油は重力により再びリザーバー２８に戻り、ポンプ２９の作用に基づいて再び、軸心通路２４に供給される。このように油をハウジング１０の内部特にはモータ２及び減速機構３に関連する部分に循環させることにより、油がモータ２の各部や減速機構３の発生する熱を吸収して、その吸収された熱がハウジング１０に伝達されて、ハウジング１０の外周面及び外周面に設けられた図１においては図示しない冷却フィンから外気に放出されることにより、インホイールモータ１全体の冷却がなされる。

さらに、ポンプ２９の車幅方向内側には、サブモータ３１が配置されて、サブモータ３１を構成するステータ３２が、ハウジング１０の車幅方向内側に突出する部分により支持される。ステータ３２は、電磁鋼板を積層して構成されるステータコアの、内周側に形成される複数のティースにそれぞれコイル３３を巻装して構成されて固定子を構成するものであり、ロータ３４は、電磁鋼板を積層して構成されるロータコアに、図示しない永久磁石を埋設して構成されて回転子を構成するものである。

また、ロータ３４のロータコアの内周側に接合されるサブモータシャフト３５は、サブモータシャフトベアリング３６によりハウジング１０に対して回転自在に支持され、さらに、サブモータシャフト３５と同軸に位置されるシャフト３７は、ポンプ２９及び出力軸４の円筒状部分４ａの軸心通路２４を径方向の隙間を有して貫通する形態をなし、そのシャフト３７の車幅方向内側部はシャフトインベアリング３８により、ハウジング１０に対して回転自在に支持され、シャフト３７の車幅方向外側部はシャフトアウトベアリング３９により、ハウジング１０に対して回転自在に支持される。

なおここでは、シャフトインベアリング３８はオイルシール付きとしており、シャフト３７と出力軸４の円筒状部分４ａとの間の軸心通路２４内部の油がサブモータ３１内部に進入することを防止している。

加えて、シャフト３７の外周面と、サンギヤ１４の内周面の間には前述した軸心通路２４が円筒柱状に形成されるが、供給通路２５よりも車幅方向外側にオイルシール４０が設置され、オイルシール４０よりも車幅方向外側への油の流入を防止している。

サブモータシャフト３５の車幅方向外側部分は円板状の摩擦面が構成され、シャフト３７の車幅方向内側部分も円板状の摩擦面が構成されて、これらの摩擦面を対向させて図示しない電磁石により、サブモータシャフト３５とシャフト３７との間において、駆動力を選択的に伝達するクラッチ４１が構成され、クラッチ４１は伝達手段４１ａを構成する。

シャフト３７の車幅方向外側端部は、出力軸４の円板状部分４ｂの車幅方向外側面を覆うホイールキャップ４２にセレーション等により駆動結合されており、ホイールキャップ４２の車幅方向内側面の外周縁部分には出力軸４の円板状部分４ｂとの間において、これも図示しない電磁石により駆動力を選択的に伝達するクラッチ４３が設けられている。なお、ホイールキャップ４２はフライホイールすなわち慣性回転体を構成し、クラッチ４３は付加伝達手段４３ａを構成する。

また、インホイールモータＥＣＵ４４は、車両いずれかの箇所に設置されて、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびそれらを相互に接続するデータバスと入出力インターフェースから構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、以下に述べるそれぞれの制御を行う充電率検出手段４４ａ、加速度検出手段４４ｂ、制御手段４４ｃとして機能するものである。また、電流センサ４５はバッテリＥの正極側に設けられて、バッテリＥに流入する電流を測定するものである。

充電率検出手段４４ａは、電流センサ４５の出力値すなわち電流を積算して、バッテリＥの充電率Ｒを検出し、加速度検出手段４４ｂは、インホイールモータＥＣＵ４４が接続されるＣＡＮより車速を検出して車速の微分値から加速度Ａを検出する。

制御手段４４ｃは、充電率Ｒが所定値α以上である場合に、クラッチ４１を締結してサブモータシャフト３５とシャフト３７との間において、駆動力を伝達し、インバータＣ２を構成するＭＯＳＦＥＴのゲートＧを制御するによりサブモータ３１を駆動させる。加えて、制御手段４４ｃは、加速度Ａが正値である場合に、クラッチ４３を制御してホイールキャップ４２と出力軸４との間の駆動力を伝達させる。

さらに、制御手段４４ｃは、車両制動時においては、バッテリＥの充電率Ｒが所定値α未満である場合には、インバータＣ１を構成するＭＯＳＦＥＴのゲートＧを制御してコイル１２に回生励磁用の三相交流が供給し、モータ２が図示しないタイヤひいてはホイール５から伝達される駆動力により回転されると、モータ２は発電機として作用して回生エネルギーを発生して、この回生エネルギーはインバータＣ１を介して、バッテリＥに蓄電されて、回生制動がなされる。

また、制御手段４４ｃは、車両制動時においてインバータＣ１による回生制動が立ち上がらない場合においては、キャリパブレーキ９のシリンダに油圧が供給する指令を出力して、これに伴って、キャリパブレーキ９のブレーキパッドがブレーキディスクロータ８に押し付けられて機械的な制動がなされる。

このように構成されるサブモータ３１において、ステータ３２に設けられたコイル３３に、制御手段４４ｃの制御に基づいて、図２に示すインバータＣ２により三相交流が供給されると回転磁界が形成されて、永久磁石を備えたロータ３４が回転磁界に吸引されて回転される。クラッチ４１が締結されている状態においては、ロータ３４の駆動力はシャフト３７を介して、ホイールキャップ４２に伝達されて、ホイールキャップ４２に回転エネルギーが発生する。

以下に以上述べた本実施例のインホイールモータ１の制御内容を、フローチャートを用いて説明する。図３は、本発明に係わるインホイールモータ１の制御内容を示すフローチャートである。

図３中Ｓ１に示すように、インホイールモータＥＣＵ４４の充電率検出手段４４ａは、電流計４５の出力値の積算に基づいて、バッテリＥの充電率Ｒを検出し、Ｓ２において、インホイールモータＥＣＵ４４の制御手段４４ｃは、充電率Ｒが所定値α以上であるかどうかを判定する。Ｓ２において、肯定と判定されれば、Ｓ３にすすみ、Ｓ２において否定と判定されれば、Ｓ１に戻る。

さらに、Ｓ３において、制御手段４４ｃはクラッチ４１を締結することにより、ホイールキャップ４２とサブモータ３１との間において駆動力を伝達可能とし、Ｓ４において、付加駆動回路であるインバータＣ２を駆動して、サブモータ３１を駆動させて、これにより、バッテリＥの電力の一部をホイールキャップ４２の回転エネルギーに変換する。これに伴い、充電率Ｒを変換された回転エネルギーに相当する値だけ低下させる。

つづいて、Ｓ６において、インホイールモータＥＣＵ４４の充電率検出手段４４ａは、充電率Ｒを再度検出してＳ７にすすみ、Ｓ７において、インホイールモータＥＣＵ４４の制御手段４４ｃは、充電率Ｒが所定値α以上であるかどうかを再び判定し、肯定であれば、Ｓ３に戻って、Ｓ３からＳ６の処理を再度行い、否定であれば、Ｓ８にすすむ。

Ｓ８において、インホイールモータＥＣＵ４４の制御手段４４ｃは、クラッチ４１を解放して、サブモータ３１とホイールキャップ４２との間において駆動力が伝達しないようにして、Ｓ９にすすみ、Ｓ９において、インホイールモータＥＣＵ４４の加速度検出手段４４ｂは、ＣＡＮ上の車速から車両の加速度Ａを検出する。

さらに、Ｓ１０において、インホイールモータＥＣＵ４４の制御手段４４ｃは、加速度Ａが正値であるかどうかを判定し、肯定である場合にはＳ１１にすすみ、否定である場合には、Ｓ９に戻る。

Ｓ１１において、制御手段４４ｃは、クラッチ４３を締結して、ホイールキャップ４２と出力軸４との間において駆動力が伝達されるようにして、加速度Ａが正値である場合において、ホイールキャップ４２に蓄積された回転エネルギーを、直接的かつ機械的に、出力軸４及びホイール５に伝達して、Ｓ１２にすすむ。

Ｓ１２において、制御手段４４ｃは、加速度Ａが正値であるかどうかを再び判定し、肯定である場合にはＳ１３にすすみ、否定である場合には、Ｓ１１に戻る。Ｓ１３において、制御手段４４ｃは、クラッチ４３を解放して、ホイールキャップ４２と出力軸４との間において駆動力が伝達されないようにして、加速度Ａが正値でない場合において、ホイールキャップ４２に蓄積された回転エネルギーを、出力軸４及びホイール５に伝達させないようにする。

以上述べた本実施例のインホイールモータ１によれば、以下のような作用効果を得ることができる。すなわち、充電率Ｒが所定値α以上であって、バッテリＥの蓄電性能が低下する領域であると判定される場合には、制御手段４４ｃの制御に基づいて、クラッチ４１がサブモータ３１とホイールキャップ４２との間の駆動力を伝達させるとともに、充電率が所定値α未満であって、バッテリＥの蓄電性能が確保できる場合には、制御手段４４ｃの制御に基づいて、クラッチ４１がサブモータ３１とホイールキャップ４２との間の駆動力を伝達させないことができる。

これにより、充電率Ｒが所定値α以上であって、バッテリＥの蓄電性能が低下しており、バッテリＥが回生エネルギーを十分に蓄電することができなくなる場合においては、制御手段４４ｃの制御に基づいてインバータＣ２によりサブモータ３１を駆動させて、バッテリＥの電力をホイールキャップ４２の回転エネルギーに変換することができ、バッテリＥの充電率Ｒを変換された回転エネルギーの分だけ下げて所定値α未満として、バッテリＥの蓄電性能を確保して、車両の回生制動能力を十分に確保して、エネルギー効率を高めることができる。

加えて、回生制動を最大限活用することができるので、本実施例に示したキャリパブレーキ９すなわち機械ブレーキについては、回生制動が立ち上がらない場合のみ使用することとして、その使用頻度を極力抑制し、キャリパブレーキ９のブレーキパッドの摩耗、ブレーキディスクロータ８の摩耗を低減して、検査修繕に要する費用を抑制するとともに、キャリパブレーキ９及びブレーキディスクロータ８の過熱を防止してヴエィパーロック現象を防止して安全性を高めるとともに、キャリパブレーキ９及びブレーキディスクロータ８の設計上の熱容量も低減して、軽量化を図ることができる。

さらに、加速度Ａが正値である場合に、制御手段４４ｃの制御に基づいて、クラッチ４３を締結して、ホイールキャップ４２と出力軸４との間の駆動力を伝達させることにより、車両が加速している場合において、クラッチ４３を締結して、ホイールキャップ４２と出力軸４との間で駆動力を伝達することにより、ホイールキャップ４２の回転エネルギーを、ホイールキャップ４２から車輪に直接的に伝達することができ、車両の加速を補助して、車両の円滑な加速を実現することができる。

なお、ホイールキャップ４２の回転エネルギーをサブモータ３１及びインバータＣ２により回生して、その回生エネルギーをバッテリＥに蓄電して、その回生エネルギーによりインバータＣ１によりモータ２を駆動することももちろん可能である。

ただし、本実施例のように、ホイールキャップ４２の回転エネルギーをクラッチ４３の適宜な締結動作により直接的に出力軸４に伝達することによれば、ホイールキャップ４２の回転エネルギーすなわち機械エネルギーを、回生エネルギーという電気エネルギーに一旦変換することなく、出力軸４ひいては車輪を構成するホイール５に伝達することができるので、車両の加速の補助にあたってのエネルギー効率をさらに高めることができる。

さらに本実施例によればホイール５とホイールキャップ４２とを異なる速度にて回転させることができるので、車両の美観上、意匠上において商品性を高めることも可能である。また、慣性回転体すなわちフライホイールをホイールキャップ４２により構成することにより、慣性回転体を別個の部品を追加することにより構成することを回避して、部品点数を削減することができる。

また、クラッチ４３を締結することによりホイールキャップ４２と出力軸４の円板状部分４ｂとの間で駆動力を伝達させる構成を採る場合において、ホイールキャップ４２はもともと出力軸４の円板状部分４ｂの車幅方向外側に隣接して位置する部品であるため、クラッチ４３のみを追加すればよく、駆動力伝達のためのシャフトや歯車機構を設ける必要を廃して、これによっても部品点数の増加を抑制することができる。

以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。

例えば上記実施例のインホイールモータ１のモータ２は軸心通路２４と供給通路２５〜
２７を用いた油冷式のものを例示的に示したが、冷却方式はこれに限るものではなく、その他の形態のものを用いることも可能である。

また、上述した実施例において、バッテリＥの蓄電性能が十分であるかどうかの判定に用いる所定値αは、バッテリＥの形式、容量等の諸元により個別具体的に設定されるものである。さらに上述した実施例においては、回転電機及び付加回転電機を同期電動機としたが、誘導電動機、直流ブラシレスモータ、リラクタンスモータとすることももちろん可能である。

加えて、上述した実施例においては、出力軸４の軸心通路２４を貫通する形態のシャフト３７を設けて、このシャフト３７の車幅方向内側端部にクラッチ４１を介してサブモータ３１のロータ３４を構成するサブモータシャフト３５を同軸に連結して、ハウジング１０の車幅方向内側端にサブモータ３１を同軸上に配置しているが、サブモータ３１の配置はもちろんこれに限られるものではなく、その他の形態、例えば、適宜減速機構を介して同軸でない配置とすることも可能である。

また、上述した実施例においては、慣性回転体をホイールキャップ４２としているが、もちろんホイールキャップ４２とは別個のフライホイールを用いて、慣性回転体を構成することは可能であり、この場合においては、フライホイールはサブモータ３１の車幅方向内側に設ける構成となる。

ただし、クラッチ４３を締結することによりこのフライホイールと出力軸４の円板状部分４ｂとの間で駆動力を伝達させる構成を採る場合においては、駆動力伝達のためのシャフトや歯車機構を別途設ける必要が生じるので、本実施例の構成の方が部品点数の増加を抑制するという点では有利である。

本発明は、車輪毎のモータと減速機構を備えるインホイールモータに適用して好適な回転電機に関するものであり、より高いエネルギー効率を実現することができるので、インホイールモータを使用した乗用車、トラック、バス等の様々な車両に適用して有益なものである。

本発明に係るインホイールモータの一実施形態を示す模式図である。 本発明に係るインホイールモータの一実施形態を示す模式図である。 本発明に係るインホイールモータの一実施形態の制御内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１ インホイールモータ
２ モータ
３ 減速機構
４ 出力軸
４ａ 円筒状部分
４ｂ 円板状部分
５ ホイール
６ アッパーアーム
７ ロアアーム
８ ブレーキディスクロータ
９ キャリパブレーキ
１０ ハウジング
１１ ステータ
１２ コイル
１３ ロータ
１４ サンギヤ
１５ キャリア
１６ ピニオン
１７ リングギヤ
１８ キャリアインベアリング
１９ キャリアアウトベアリング
２０ サンギヤベアリング
２１ ロータベアリング
２２ 出力軸ベアリング
２３ オイルシール
２４ 軸心通路
２５ 供給通路
２６ 供給通路
２７ 供給通路
２８ リザーバー
２９ ポンプ
３０ 連絡通路
３１ サブモータ
３２ ステータ
３３ コイル
３４ ロータ
３５ サブモータシャフト
３６ サブモータシャフトベアリング
３７ シャフト
３８ シャフトインベアリング
３９ シャフトアウトベアリング
４０ オイルシール
４１ クラッチ
４１ａ 伝達手段
４２ ホイールキャップ
４３ クラッチ
４３ａ 付加伝達手段
４４ インホイールモータＥＣＵ
４４ａ 充電率検出手段
４４ｂ 加速度検出手段
４４ｃ 制御手段
４５ 電流センサ
Ｅ バッテリ
Ｃ１ インバータ（駆動回路）
Ｃ２ インバータ（付加駆動回路）

Claims (3)

1. 車輪の内周側に配置された車輪毎の回転電機と、前記回転電機を駆動する駆動回路と、前記駆動回路に電力を供給する電源と、前記電源の充電率を検出する充電率検出手段と、慣性回転体と、前記慣性回転体を回転させる付加回転電機と、前記電源の供給する電力により前記付加回転電機を駆動する付加駆動回路と、前記充電率が所定値以上である場合に前記付加駆動回路により前記付加回転電機を駆動させる制御手段を備えることを特徴とするインホイールモータ。
2. 前記付加回転電機と前記慣性回転体との間において、駆動力を選択的に伝達する伝達手段を備えるとともに、前記充電率が前記所定値以上である場合に、前記制御手段が前記伝達手段を制御して前記駆動力を伝達させ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. 前記慣性回転体と前記車輪との間において、駆動力を選択的に伝達する付加伝達手段と、前記車両の加速度を検出する加速度検出手段を備えるとともに、前記加速度が正値である場合に、前記制御手段が前記付加伝達手段を制御して前記駆動力を伝達させることを特徴とする請求項１又は２に記載のインホイールモータ。