JP5371456B2 - 車両用ホイール駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用ホイール駆動装置に関するものである。

従来、電動モータを駆動源に用いた電気自動車等において、伝動効率を高めるべく、ホイールのリム内にモータを収めたインホイールモータが知られている。
このインホイールモータとしては、モータ本体（モータ装置）のシャフトにホイールが固定され、ホイールとシャフトとが共回りするようになっているものがある。

また、異なる種のインホイールモータとしては、車体に設けられたサスペンション部材（例えば、スイングアーム）にステータ部を固定する一方、ステータ部の周囲を取り囲むように形成されたロータ部をホイールに固定する場合もある（例えば、特許文献１参照）。
さらに、例えば特許文献１に開示されているインホイールモータは、モータ本体に駆動輪を制動するためのブレーキ装置を組み込んでいる。このブレーキ装置は、ロータ部に円盤状のディスクロータが取り付けられる一方、ステータ部にキャリパが取り付けられている。

ところで、電気自動車等の車両において、小型軽量化の要望に伴い、モータ本体の軽量化を図ることがある。モータ本体の軽量化の手段としては、ロータ部の一部（例えば、ハウジング等）を、アルミ等の非鉄金属材料により構成することが考えられる。

特開２００５−３３７３５５公報

ここで、ブレーキ装置を省スペースに設置しようとした場合、上述したようにロータ部にディスクロータを取り付けることが考えられる。このようにすることで、ブレーキ装置を設置するための部品点数の削減も図ることができる。

しかしながら、このような場合にあっては、ロータ部における非鉄金属材料からなる部分に、ブレーキ装置のディスクロータを締結することになる。このため、ディスクロータの固定強度を十分に確保することができないという問題がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ロータとディスクロータとの固定強度を維持することができる車両用ホイール駆動装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、車両の駆動輪と同軸上に設けられ、前記駆動輪を駆動するためのモータ装置と、前記駆動輪を制動するためのブレーキ装置とを有する車両用ホイール駆動装置であって、前記モータ装置は、前記車両の車体に設けられたサスペンション部材に固定されたステータ部と、前記ステータ部に対して回転可能に支持され、前記ステータ部を覆うように設けられたロータ部とを備え、前記ロータ部は、磁性材料からなり少なくとも前記ステータ部の径方向外側の周囲を囲むように配置される筒状のヨーク部と、前記ヨーク部の前記サスペンション部材側の開口部に取り付けられた非鉄金属材料からなるハウジングとを備え、前記ブレーキ装置は、ディスクロータ及びキャリパを備え、前記キャリパは、前記サスペンション部材に固定されている一方、前記ディスクロータは、前記ハウジングとともに前記ヨーク部に締結手段によって共締めされていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記ハウジングと前記ディスクロータとの間には、低熱伝導率材料からなるスペーサが介在していることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、前記ステータ部は、コイルが巻装されたステータコアを備え、前記ヨーク部の内周面には、前記ステータコアの外周面に対向するように、前記内周面の周方向に沿って複数のマグネットが並設され、前記締結手段は、前記マグネットの磁極の中心に対応するように配置されていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、前記ディスクロータは、前記駆動輪よりも前記サスペンション部材側に設けられていることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、磁性材料からなるヨーク部にディスクロータを締結固定することにより、非鉄金属材料からなるハウジングに直接ディスクロータを締結固定する場合に比べて、ディスクロータの固定強度を高めることができる。そのため、より強いブレーキ力に耐えることができ、ディスクロータの脱落を確実に防止することができる。

請求項２に記載した発明によれば、ブレーキ装置で発生する摩擦熱は、まずディスクロータからスペーサに伝達される。スペーサは、熱伝導率の低い材料により構成されているため、ディスクロータで発生する熱は、ハウジングに伝わり難くなる。さらに、ディスクロータとハウジングとが、スペーサのみを介して接触しているため、スペーサを用いずディスクロータとハウジングとを直接締結する場合に比べて、両者間の接触面積が少ない。そのため、ディスクロータで発生した熱を、ハウジングに伝達される前段で効率的に遮断することができる。
したがって、ブレーキ装置からの熱がモータ装置に伝わり難くなるので、モータ装置が熱の影響を受けてその特性が悪化することを防止し得る。

ところで、ヨーク部内の磁束は、隣接するマグネットの各磁極を結ぶ閉ループとなるため、ヨーク部内に締結手段等の非磁性材料が存在すると、ヨーク部の磁気抵抗が大きくなりモータ装置の有効磁束が減少したり、ヨーク部内の磁束分布がアンバランスになったりするという問題がある。そのため、ハウジングとヨーク部との締結位置は、磁束の流れを妨げないようにレイアウトする必要がある。
そこで、請求項３に記載した発明によれば、最も磁束の量が少ない部分（疎となる部分）、すなわちマグネットの磁極の中心に対応するように締結手段を配置することで、ヨーク部内において締結手段が磁束の妨げになることを最小限に抑えることが可能になる。

請求項４に記載した発明によれば、ディスクロータが駆動輪よりもサスペンション部材側に設けられているため、レイアウト性を向上させることができる。すなわち、ディスクロータの外径が駆動輪のリムの内径との兼ね合いで制限されることがない。

本発明の実施形態における電気自動車における左後輪部分の水平面に沿う断面図である。 本発明の実施形態におけるＤＤモータの平面図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は例えば電気自動車における左後輪部分の水平面に沿う断面図である。
図１に示すように、本実施形態の車両用ホイール駆動装置は、電気自動車における車体１の駆動輪２に、駆動輪２と同軸上に設けられたインホイールタイプのＤＤ（ダイレクトドライブ）モータ１０であって、車体１から延出するスイングアーム（サスペンション部材）３の下端部（遊端側）に設けられている。

駆動輪２は、ホイール４と、ホイール４のリム４ａに組み付けられたタイヤ５とを備えている。ホイール４は、軸方向が車幅方向に一致した状態で配置された有底筒状のものである。具体的に、ホイール４は、車幅方向外側に位置するディスク部（エンド部）４ｂと、ディスク部４ｂの外周縁に形成された上述したリム４ａとで構成されている。

ＤＤモータ１０は、駆動輪２を回転させるためのモータ本体（モータ装置）１１と、駆動輪２を制動するためのブレーキ装置１２とを備えている。

モータ本体１１は、スイングアーム３の下端部に締結固定されたシャフト２２と、シャフト２２に固定されたステータ部２０と、ステータ部２０に対して（シャフト２２回りに）回転可能に支持され、ステータ部２０を覆うように設けられたロータ部２１とを備えている。

ステータ部２０は、ステータベース２４及びステータコア３０を備えている。
ステータベース２４は、シャフト２２の径方向外側に固定されている。具体的には、ステータベース２４は、シャフト２２の軸方向一端側（車幅方向内側）に形成された大径部２２ａの周囲を囲むように配置された筒部２４ａと、筒部２４ａの車幅方向外側から径方向内側に向かって延出する内フランジ部２４ｂと、筒部２４ａの車幅方向内側から径方向外側に向かって延出する外フランジ部２４ｃとを備えている。

内フランジ部２４ｂの径方向内側は、シャフト２２の軸方向他端側（車幅方向外側）に形成された小径部２２ｂに挿入され、シャフト２２とステータベース２４とは、大径部２２ａの端面と内フランジ部２４ｂの内周部分において締結固定されている。また、内フランジ部２４ｂには、後述するセンサマグネット２５の磁束を検出して、ＤＤモータ１０の回転角度を検出するためのセンサ２６が配置されている。

筒部２４ａの径方向外側には、円環状のステータコア３０が外嵌されている。ステータコア３０は、磁性材料の板材を軸線方向に積層して形成したものであって、周方向に沿って等間隔に複数の孔３１が形成されている。そして、この孔３１には、ステータコア３０をステータベース２４に締結固定するためのネジ３２が挿入され、ステータベース２４の外フランジ部２４ｃに螺入されている。これにより、ステータコア３０とステータベース２４とが締結固定される。
さらに、ステータコア３０の外周側には、径方向外側に向かって放射状に延出する複数のティース３３が周方向に等間隔に設けられている。これらティース３３には、それぞれインシュレータ３４が装着され、このインシュレータ３４を介してコイル３５が巻装されている。

ここで、図１，２に示すように、ロータ部２１は、筒状のヨーク部４０と、ヨーク部４０の車幅方向内側（軸方向一端側）の開口部を閉塞するように設けられたリヤハウジング（ハウジング）４１と、車幅方向外側（軸方向他端側）の開口部を閉塞するように設けられたフロントハウジング４２とで外観構成されている。

ヨーク部４０は、例えば鉄等の磁性材料により構成されたものであって、ティース３３の径方向外側の先端面（外周面）を取り囲むように設けられている。ヨーク部４０の内周面４０ａには、ティース３３の先端面に対向するように複数（例えば、３２個）のマグネット４３が設けられている。これらマグネット４３は、ヨーク部４０の内周面４０ａの全周に亘って周方向に磁極が交互となるように等間隔に設けられている。また、ヨーク部４０の車幅方向両端面には、それぞれ軸方向に沿ってネジ孔４０ｂ，４０ｃが形成されている。これらネジ孔４０ｂ，４０ｃは、各ハウジング４１，４２とヨーク部４０とを締結固定するための後述するネジ（締結手段）５０，５１が螺入されるものであって、ヨーク部４０の周方向に沿って等間隔に複数（例えば、８個）形成されている。具体的には、図２に示すように、ネジ孔４０ｂ，４０ｃは、マグネット４３の裏面側（径方向外側）において、マグネット４３の磁極中心（本実施形態では、マグネット４３の周方向における中心部）に対応するように配置されている。すなわち、ネジ孔４０ｂ，４０ｃは、マグネット４３の極数の約数個形成されている。

図１，２に示すように、フロントハウジング４２は、磁性材料よりも軽量材料であるアルミ等の非鉄金属材料からなる円盤状のものであり、その径方向中央部には軸方向に貫通する貫通孔４５が形成されている。この貫通孔４５には、車幅方向内側から軸受け４６が内嵌固定され、軸受け４６の内側にシャフト２２の小径部２２ｂが挿入されている。貫通孔４５の径方向外側には、フロントハウジング４２の軸方向に沿ってネジ孔４７が形成されている。ネジ孔４７は、フロントハウジング４２の周方向に沿って複数形成されている。ディスク部４ｂの孔４８（図１参照）からネジ４９を挿通して、フロントハウジング４２のネジ孔４７に螺入することで、ホイール４とロータ部２１とが締結固定され、両者が共回りするようになっている。

また、ネジ孔４７の径方向外側、すなわちフロントハウジング４２における外周側には、軸方向に沿って貫通する複数（例えば、８個）の孔５５が、周方向に沿って等間隔に形成されている。これら孔５５は、フロントハウジング４２とヨーク部４０とを締結するためのネジ５０が挿通される孔である。各孔５５とヨーク部４０の車幅方向外側に形成されたネジ孔４０ｂとには、互い重ね合わさった状態でネジ５０が螺入されている。なお、フロントハウジング４２の車幅方向内側の面内には、上述したセンサ２６と所定距離を空けた状態でセンサマグネット２５が対向配置されている。

一方、リヤハウジング４１は、フロントハウジング４２と同様にアルミ等の非鉄金属材料からなる円盤状のものであり、その径方向中央部には軸方向に貫通する貫通孔６０が形成されている。この貫通孔６０には、車幅方向外側から軸受け６１が内嵌固定され、軸受け６１の径方向内側にシャフト２２の大径部２２ａが挿入されている。そして、貫通孔６０の径方向外側、すなわちリヤハウジング４１における外周側には、軸方向に沿って貫通する複数（例えば、８個）の孔６２が、周方向に沿って等間隔に形成されている。これら孔６２は、リヤハウジング４１とヨーク部４０とを、ブレーキ装置１２の後述するディスクロータ７０とともに共締めするためのネジ５１が挿通される孔である。なお、本実施形態で用いるネジ（例えば、ネジ３２，５０，５１）は、耐食性を確保するためにステンレス等の非磁性材料が好適に採用されている。

このように、本実施形態のモータ本体１１は、ロータ部２１がホイール４のリム４ａの径方向内側に収容されている。この場合、ロータ部２１の車幅方向内側の領域、すなわちリヤハウジング４１は、駆動輪２の車幅方向内側の端部よりも車幅方向内側に向けて突出している。そして、ロータ部２１は、軸受け４６，６１を介してシャフト２２に対して回転可能に支持され、ロータ部２１に固定された駆動輪２とともに共回りするように構成されている。

ブレーキ装置１２は、例えば油圧式のディスクブレーキであって、ロータ部２１に固定され、ロータ部２１と共回りするディスクロータ７０と、車体１のスイングアーム３に固定され、ディスクロータ７０との摩擦によってディスクロータ７０の回転を停止または減速させるキャリパ７１とを備えている。

ディスクロータ７０は、リヤハウジング４１の車幅方向内側の外周縁に固定された環状のものであり、ロータ部２１の軸方向と同軸上に配置されている。ディスクロータ７０は、外径がロータ部２１の外径よりも大きく形成され、リヤハウジング４１の車幅方向内側の端面に鍔状に設けられている。具体的には、ディスクロータ７０の外径は、ホイール４のリム４ａの内径よりも大きく設定され、リム４ａから径方向外側に若干突出している。なお、ディスクロータ７０の外径は適宜設計変更が可能であり、例えばリム４ａの内径よりも小さく設定しても構わない。

ディスクロータ７０の内周縁には、径方向内側に向けて突出する複数（例えば、８個）のフランジ部７０ａが、周方向に沿って等間隔に形成されている。これらフランジ部７０ａには、軸方向に貫通する複数（例えば、８個）の孔７０ｂが形成されている。この孔７０ｂは、リヤハウジング４１の孔６２及びヨーク部４０のネジ孔４０ｃに対応して形成され、リヤハウジング４１とディスクロータ７０との間にスペーサ７３を挟んだ状態で、車幅方向内側からネジ５１が螺入されている。これにより、リヤハウジング４１及びディスクロータ７０が、ネジ５１によってヨーク部４０に共締めされる。なお、スペーサ７３は、熱伝導率の比較的低い材料、例えばステンレス等により構成されている。

また、車体１のスイングアーム３におけるモータ本体１１の取付位置より上方には、ディスクロータ７０とともにブレーキ装置１２を構成するキャリパ７１が固定されている。このキャリパ７１は、ディスクロータ７０の外周部分が回転可能に入り込む開口部７１ａと、この開口部７１ａに入り込んだディスクロータ７０を摩擦力で制動可能なパッド部（不図示）とを備えている。

次に、作用を説明する。
まず、ＤＤモータ１０の図示しない制御装置から、ステータ部２０のコイル３５に駆動指令信号に応じた電流を流すことで、モータ本体のロータ部２１を回転させる。これにより、ロータ部２１の回転とともに駆動輪２が回転駆動して、車両が走行する。
車両の制動時には、キャリパ７１に油圧をかけることで、キャリパ７１のパッド部によりディスクロータ７０を車幅方向両側から挟み込む。これにより、パッド部とディスクロータ７０との間で摩擦力が発生し、駆動輪２及び車両を制動することができる。

ところで、車両の制動時にはディスクロータ７０とキャリパ７１との間の摩擦によって熱が発生する。そして、ブレーキ装置１２で発生した摩擦熱が、ブレーキ装置１２に連結されたモータ本体１１に伝達される。その結果、モータ本体１１が熱による影響を受け、モータ特性が悪化する虞がある。

そこで、本実施形態においてブレーキ装置１２で発生する摩擦熱は、まずディスクロータ７０からスペーサ７３に伝達される。スペーサ７３は、熱伝導率の低い材料により構成されているため、ディスクロータ７０で発生する熱は、リヤハウジング４１に伝わり難くなっている。さらに、ディスクロータ７０とリヤハウジング４１とが、スペーサ７３のみを介して接触しているため、スペーサ７３を用いずディスクロータ７０とリヤハウジング４１とを直接締結する場合に比べて、両者間の接触面積が少ない。そのため、ディスクロータ７０で発生した熱を、リヤハウジング４１に伝達される前段で効率的に遮断することができる。なお、スペーサ７３の構成材料に、熱伝導率が大きく低い材料を用いることによりディスクロータ７０から伝達される熱を、ほぼ完全に遮断することもできるが、材料費が高騰する場合には、熱によるモータ特性の悪化の程度と照らし合わせて、許容できる範囲となる程度の熱伝導低下率の素材のものを選択すると良い。

一方、キャリパ７１で発生する熱は、固定相手のスイングアーム３に伝わるため、スイングアーム３を通ってステータ部２０に至る熱伝導経路が長く、ステータ部２０に至る途中のスイングアーム３やシャフト２２等で大量に放熱され、伝熱量が低減される。したがって、コイル３５には大量の熱が伝わることがない。

したがって、本実施形態のようなインホイールモータタイプのＤＤモータ１０において、ブレーキ装置１２からの熱がモータ本体１１に伝わり難くなるので、モータ本体１１が熱の影響を受けてその特性が悪化することを防止し得る。

特に、本実施形態によれば、磁性材料からなるヨーク部４０にディスクロータ７０が締結固定されているため、非鉄金属材料からなるリヤハウジング４１にディスクロータ７０を締結固定する場合に比べて、ディスクロータ７０の固定強度を高めることができる。そのため、より強いブレーキ力に耐えることができ、ディスクロータ７０の脱落を確実に防止することができる。

また、ディスクロータ７０がホイール４よりも車幅方向内側に設けられているため、レイアウト性を向上させることができる。すなわち、ディスクロータ７０の外径がホイール４の内径との兼ね合いで制限されることがない。

ところで、本実施形態では、各ハウジング４１，４２とヨーク部４０とを締結するために非磁性材料からなるネジ５０，５１を用いている。ヨーク部４０内の磁束は、隣接するマグネット４３の各磁極を結ぶ閉ループとなるため、ヨーク部４０内に非磁性材料が存在すると、ヨーク部４０の磁気抵抗が大きくなりモータ本体１１の有効磁束が減少したり、ヨーク部４０内の磁束分布がアンバランスになったりするという問題がある。そのため、ハウジング４１，４２とヨーク部４０との締結位置は、磁束の流れを妨げないようにレイアウトする必要がある。
そこで、本実施形態のように、最も磁束の量が少ない部分（疎となる部分）、すなわちマグネット４３の磁極中心にネジ５０，５１を配置することで、ヨーク部４０内においてネジ５０，５１が磁束の妨げになることを最小限に抑えることが可能になる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上述の実施形態では、ＤＤモータを電気自動車に採用した場合について説明したが、これに限らず、ソーラーカー等に採用することも可能である。
また、ディスクロータの外径等は適宜設計変更が可能である。
また、上述した実施形態では、各ハウジング４１，４２の構成する非鉄金属材料として、アルミを採用する場合について説明したが、これに限らずヨーク部４０の構成材料よりも比重が小さい種々の非鉄金属材料を採用することが可能である。
また、上述した実施形態では、スイングアーム３にＤＤモータ１０を設ける場合について説明したが、これに限らずアップライト等、その他のサスペンション部材に設けることも可能である。

２…駆動輪
３…スイングアーム（サスペンション部材）
４…ホイール
５…タイヤ
１０…ＤＤモータ（車両用ホイール駆動装置）
１１…モータ本体（モータ装置）
１２…ブレーキ装置
２０…ステータ部
２１…ロータ部
４０…ヨーク部
４１…リヤハウジング（ハウジング）
５０，５１…ネジ（締結手段）
７０…ディスクロータ
７１…キャリパ

Claims (3)

1. 車両の駆動輪と同軸上に設けられ、前記駆動輪を駆動するためのモータ装置と、
   前記駆動輪を制動するためのブレーキ装置とを有する車両用ホイール駆動装置であって、
   前記モータ装置は、
   前記車両の車体に設けられたサスペンション部材に固定されたステータ部と、前記ステータ部に対して回転可能に支持され、前記ステータ部を覆うように設けられたロータ部とを備え、
   前記ロータ部は、
   磁性材料からなり少なくとも前記ステータ部の径方向外側の周囲を囲むように配置される筒状のヨーク部と、前記ヨーク部の前記サスペンション部材側の開口部に取り付けられた非鉄金属材料からなるハウジングとを備え、
   前記ブレーキ装置は、ディスクロータ及びキャリパを備え、
   前記キャリパは、前記サスペンション部材に固定されている一方、
   前記ディスクロータは、前記ハウジングとともに前記ヨーク部に締結手段によって共締めされ、
   前記ハウジングと前記ディスクロータとの間には、低熱伝導率材料からなるスペーサが介在していることを特徴とする車両用ホイール駆動装置。
2. 前記ステータ部は、コイルが巻装されたステータコアを備え、
   前記ヨーク部の内周面には、前記ステータコアの外周面に対向するように、前記内周面の周方向に沿って複数のマグネットが並設され、
   前記締結手段は、前記マグネットの磁極の中心に対応するように配置されていることを特徴とする請求項１記載の車両用ホイール駆動装置。
3. 前記ディスクロータは、前記駆動輪よりも前記サスペンション部材側に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の車両用ホイール駆動装置。

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