(57)【要約】【課題】車輪駆動で常用される回転数において効率および出力特性に優れる特性のモータを提供し、車輪駆動装置の小型、軽量化を実現する。【解決手段】車輪に直結された電気モータにより車輪を直接回転駆動するダイレクト駆動型の車輪駆動装置において、モータ部は、回転方向にＮ極、Ｓ極を交互に多極着磁したマグネット体１を有するロータと、マグネット体とラジアル方向に対向し磁気回路を構成しコイル４が巻回された複数の突極を設けたコア３とを有し、突極のマグネット体と対向する部分には、マグネット２極分と略同一ピッチの小歯６が複数個設ける。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪に直結された電気モータにより車輪を直接回転駆動するダイレクト駆動型の車輪駆動装置において、
前記車輪駆動装置のモータ部は、回転方向にＮ極、Ｓ極を交互に多極着磁したマグネット体を有するロータと、前記マグネット体とラジアル方向に対向し磁気回路を構成しコイルが巻回された複数の突極を設けたコアとを有し、前記突極の前記マグネット体と対向する部分には、マグネット２極分と略同一ピッチの小歯が複数個設けられており、前記ロータの位置に応じてコイルに通電することにより、前記ロータが回転駆動されることを特徴とする車輪駆動装置。
【請求項２】
車輪に直結された電気モータにより車輪を直接回転駆動するダイレクト駆動型の車輪駆動装置において、
前記車輪駆動装置のモータ部は、回転方向にＮ極、Ｓ極を交互に多極着磁したマグネット体を有するロータと、前記マグネット体とラジアル方向に対向し磁気回路を構成しコイルが巻回された複数の突極を設けたコアとを有し、前記突極の前記マグネット体と対向する部分には、マグネット２極分と略同一ピッチの小歯が複数個設けられており、前記ロータの位置に応じてコイルに通電することにより、前記ロータが回転駆動され、前記マグネット体の磁極は３０〜２００極の多極構造であることを特徴とする車輪駆動装置。
【請求項３】
車輪に直結された電気モータにより車輪を直接回転駆動するダイレクト駆動型の車輪駆動装置において、
前記車輪駆動装置のモータ部は、回転方向にＮ極、Ｓ極を交互に多極着磁したマグネット体を有するロータと、前記マグネット体とラジアル方向に対向し磁気回路を構成しコイルが巻回された複数の突極を設けたコアとを有し、前記突極の前記マグネット体と対向する部分には、マグネット２極分と略同一ピッチの小歯が複数個設けられており、前記ロータの位置に応じてコイルに通電することにより、前記ロータが回転駆動され、前記コアは、外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）が４以上１５以下であることを特徴とする車輪駆動装置。
【請求項４】
モータのコアは、車輪のハブ軸受を一体に固定したハウジングに絶縁性の樹脂にて一体に固着されていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の車輪駆動装置。
【請求項５】
ハウジングには複数の突起部が形成されており、前記突起部を隣り合う突極およびコイルの隙間にはめ込む形にすることにより、コアの回り止めが行なわれることを特徴とする請求項４記載の車輪駆動装置。
【請求項６】
ハウジングは熱伝導率８０Ｗ／ｍＫ以上の材料で作成されており、コアおよびコイルの熱が前記ハウジングを介して放熱されることを特徴とする請求項４又は請求項５いずれか１項に記載の車輪駆動装置。
【請求項７】
ハウジングがアルミニウム合金、マグネシウム合金、又は炭素繊維複合材料のいずれかからなることを特徴とする請求項６記載の車輪駆動装置。
【請求項８】
ハウジングの一部には熱を外気に放熱するための空冷部が形成されていることを特徴とする請求項６又は請求項７いずれか１項に記載の車輪駆動装置。
【請求項９】
ハウジングの一部には液冷部が形成されることにより放熱が行なわれること特徴とする請求項６から請求項８いずれか１項に記載の車輪駆動装置。
【請求項１０】
ハウジングは、車輪懸架機構の一部をなしていることを特徴とする請求項４から請求項９いずれか１項に記載の車輪駆動装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０いずれか１項に記載の車輪駆動装置が具備される輸送用機器。
【請求項１２】
回転方向にＮ極、Ｓ極を交互に多極着磁したマグネット体を有するロータと、前記マグネット体とラジアル方向に対向し磁気回路を構成しコイルが巻回された複数の突極を設けたコアとを有し、前記突極の前記マグネット体と対向する部分には、マグネット２極分と略同一ピッチの小歯が複数個設けられており、前記ロータの位置に応じてコイルに通電することにより、ロータが回転駆動されるモータであって、
前記マグネット体は、磁極数より少ない複数の円弧状永久磁石からなることを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項１３】
永久磁石の個数と、コア突極数とが互いに素の関係であることを特徴とする請求項１２記載のブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車、燃料電池電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の車輪駆動型輸送用機器に使用される、車輪を直接駆動するダイレクト駆動型の車輪駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年大気中の二酸化炭素量増加による地球温暖化、ＣＯ、ＮＯｘ等の排気ガスによる環境汚染、石油資源の枯渇等が叫ばれるようになり、現在の内燃機関を用いた自動車に替わり、エネルギ効率が高く排気ガスも発生しない電気モータが注目され、二次電池と電気モータのみで駆動する電気自動車および燃料電池を用いた燃料電池電気自動車、内燃機関と電気モータを併用するハイブリッド型電気自動車などが一般に製品化される段階に至っている。
【０００３】
今後、数十年後には現在の内燃機関を用いた自動車は全て上記電気モータを利用した自動車に置き換わるといわれており、各方面にて研究開発が行われている。
【０００４】
現在開発中、又は製品化されている電気自動車は内燃機関を用いた自動車の内燃機関の部分をそのまま電気モータに置換し、ギアおよびドライブシャフトにより車輪に動力を伝達する機構のものが大半である。
【０００５】
一方、一部においては５倍程度の低減速比のギアを一体化したモータを車輪に直結したインホイール型の車輪駆動装置（例えば、特許文献１参照）や、車輪のホイール部分にモータを一体化したダイレクト駆動型の車輪駆動装置（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【０００６】
これら個々の車輪を独立して駆動する方式は、内燃機関に比較して１００倍程度早いと言われる電気モータの制御応答性を利用して、車輪のスリップ抑制や、回頭時のアクティブな姿勢制御など現在の内燃機関を使用した自動車では不可能な高度な運動性能が得られる可能性があるとされており、一部で研究開発が行われている。
【０００７】
以下、乗用自動車を例にとって説明する。図１０は、一般的な排気量１５００ｃｃクラスの乗用自動車の車輪回転数と速度の関係を示した図である。図１０に示すとおり日本国内の一般道路の最高速度である６０ｋｍ／ｈ（時速）では車輪の回転数は５００〜６００ｒ／ｍｉｎに過ぎず、高速道路での最高速度１００ｋｍ／ｈ（時速）でも車輪の回転数は９００ｒ／ｍｉｎに満たない。
【０００８】
図１１は最大出力４６ｋＷ（６２馬力）の電気自動車用ブラシレスモータの効率マップ（駆動回路を含む）の一例を示した図である。
【０００９】
図１１に示す通り、モータの効率は３０００〜５０００ｒ／ｍｉｎ程度の回転数が比較的高い状態で効率が高く、逆に１０００ｒ／ｍｉｎ以下の回転数では効率の更なる向上が望まれる。また、出力の高出力化も望まれる。
【００１０】
このため、従来のモータを流用した電気自動車や図１２に示す車輪駆動装置では、車輪とモータの間に５倍程度の減速比のギアを介しモータの効率がよい部分を使用してモータを駆動するように設計されている。
【００１１】
しかしながら、上記低減速比のギアを一体化したモータを車輪に直結したインホイール型の車輪駆動装置は、モータだけでなくギアが付加されているため、装置全体としてどうしても重く大きくなりがちであり、自動車の運動性能を決定する上で非常に重要となる車輪懸架機構のバネ下重量の増加に新たな課題解決を要し、更には、ギアによる伝達ロスが発生するために、効率の更なる向上が望まれる。
【００１２】
一方、図１３に示すダイレクト駆動型の車輪駆動装置では、モータの磁極を多極化すると共に、モータの外径を大型化し低速でも大きく効率、出力が低下しないようにしている。
【００１３】
しかしながら、上記ダイレクト駆動型の車輪駆動装置では、従来構造のモータを使用した場合、モータのコイル部で発生する銅損がどうしても大きくなり、銅損の増加分を補うためにモータの外径および軸方向の厚みを大型化する必要があるため、同一出力の車輪駆動装置を構築する場合、ギアを一体化した場合より更に重くなってしまうことが多く、永久磁石に代表される材料の使用量が多くなり、コストも高くなりがちである。
【００１４】
【特許文献１】
特開平７−９６７５２号公報
【特許文献２】
特開平５−１１６５４６号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、減速機を用いないダイレクト駆動型の車輪駆動装置において、モータ構造を変更することにより、従来のダイレクト駆動型の車輪駆動装置の課題を解決する。
【００１６】
具体的には、本発明と同一出願人による先願の特許願（特願２００１−２４０８４１号）記載のモータ構造を適用し、コアの突極数を増やさないまま、磁極数のみを多極化し、低速大トルク駆動できるようにすることにより、車輪駆動で常用される回転数において効率および出力特性に優れる特性のモータを提供し、車輪駆動装置の小型、軽量化を実現することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本件出願に係る第１の発明の車輪駆動装置は、車輪に直結された電気モータにより車輪を直接回転駆動するダイレクト駆動型の車輪駆動装置において、
前記車輪駆動装置のモータ部は、回転方向にＮ極、Ｓ極を交互に多極着磁したマグネット体を有するロータと、前記マグネット体とラジアル方向に対向し磁気回路を構成しコイルが巻回された複数の突極を設けたコアとを有し、前記突極の前記マグネット体と対向する部分には、マグネット２極分と略同一ピッチの小歯が複数個設けられており、前記ロータの位置に応じてコイルに通電することにより、前記ロータが回転駆動されることを特徴とする。
【００１８】
また、本件出願に係る第２の発明の車輪駆動装置は、車輪に直結された電気モータにより車輪を直接回転駆動するダイレクト駆動型の車輪駆動装置において、前記車輪駆動装置のモータ部は、回転方向にＮ極、Ｓ極を交互に多極着磁したマグネット体を有するロータと、前記マグネット体とラジアル方向に対向し磁気回路を構成しコイルが巻回された複数の突極を設けたコアとを有し、前記突極の前記マグネット体と対向する部分には、マグネット２極分と略同一ピッチの小歯が複数個設けられており、前記ロータの位置に応じてコイルに通電することにより、前記ロータが回転駆動され、前記マグネット体の磁極は３０〜２００極の多極構造であることを特徴とする。
【００１９】
また、本件出願に係る第３の発明の車輪駆動装置は、車輪に直結された電気モータにより車輪を直接回転駆動するダイレクト駆動型の車輪駆動装置において、前記車輪駆動装置のモータ部は、回転方向にＮ極、Ｓ極を交互に多極着磁したマグネット体を有するロータと、前記マグネット体とラジアル方向に対向し磁気回路を構成しコイルが巻回された複数の突極を設けたコアとを有し、前記突極の前記マグネット体と対向する部分には、マグネット２極分と略同一ピッチの小歯が複数個設けられており、前記ロータの位置に応じてコイルに通電することにより、前記ロータが回転駆動され、前記コアは、外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）が４以上１５以下であることを特徴とする。
【００２０】
また、本件出願に係る第４の発明の車輪駆動装置は、上記の第１から第３の発明において、モータのコアは、車輪のハブ軸受を一体に固定したハウジングに絶縁性の樹脂にて一体に固着されていることを特徴とする。
【００２１】
また、本件出願に係る第５の発明の車輪駆動装置は、上記第５の発明において、ハウジングには複数の突起部が形成されており、前記突起部を隣り合う突極およびコイルの隙間にはめ込む形にすることにより、コアの回り止めが行なわれることを特徴とする。
【００２２】
また、本件出願に係る第６の発明の車輪駆動装置は、上記の第４から第５の発明において、ハウジングは熱伝導率８０Ｗ／ｍＫ以上の材料で作成されており、コアおよびコイルの熱が前記ハウジングを介して放熱されることを特徴とする。
【００２３】
また、本件出願に係る第７の発明の車輪駆動装置は、上記の第６の発明において、ハウジングがアルミニウム合金からなることを特徴とする
また、本件出願に係る第８の発明の車輪駆動装置は、上記の第６の発明において、ハウジングがマグネシウム合金からなることを特徴とする。
【００２４】
また、本件出願に係る第９の発明の車輪駆動装置は、上記の第６の発明において、ハウジングが炭素繊維複合材料からなることを特徴とする。
【００２５】
また、本件出願に係る第１０の発明の車輪駆動装置は、上記の第６から第９の発明において、ハウジングの一部には熱を外気に放熱するための空冷部が形成されていることを特徴とする。
【００２６】
また、本件出願に係る第１１の発明の車輪駆動装置は、上記の第６から第１０の発明において、ハウジングの一部には液冷部が形成されることにより放熱が行なわれること特徴とする。
【００２７】
また、本件出願に係る第１２の発明の車輪駆動装置は、上記の第４から第１１の発明において、ハウジングは、車輪懸架機構の一部をなしていることを特徴とする。
【００２８】
また、本件出願に係る第１３の発明は、上記の第１から第１２の発明の車輪駆動装置が具備される輸送用機器である。
【００２９】
また、本件出願に係る第１４の発明は、回転方向にＮ極、Ｓ極を交互に多極着磁したマグネット体を有するロータと、前記マグネット体とラジアル方向に対向し磁気回路を構成しコイルが巻回された複数の突極を設けたコアとを有し、前記突極の前記マグネット体と対向する部分には、マグネット２極分と略同一ピッチの小歯が複数個設けられており、前記ロータの位置に応じてコイルに通電することにより、ロータが回転駆動されるモータであって、
前記マグネット体は、磁極数より少ない複数の円弧状永久磁石からなることを特徴とするブラシレスモータである。
【００３０】
また、本件出願に係る第１５の発明は、上記の第１４の発明のブラシレスモータにおいて、永久磁石の個数と、コア突極数とが互いに素の関係であることを特徴とするブラシレスモータである。
【００３１】
このようにモータの構造を見直すことにより、従来のブラシレスモータより低速大トルクに適した構造とし、同一出力、同一効率でも小型軽量な車輪駆動装置を提供できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は本発明の車輪駆動装置モータ部の磁気回路構成を説明するための説明図である。
【００３４】
図１において円筒状の永久磁石１は、内周面にＮ、Ｓ極を交互に８０極均等に着磁されており、外周にバックヨーク２が固定されている。コア３は珪素鋼板をプレス加工で形状を打ち抜くと共に軸方向に複数枚積層して構成されている。コア３にはコイル４が巻回された突極５が１５極均等に設けられ、突極５の永久磁石と対向する部分には、１つの突極あたり３個全体で４５個の小歯６が設けられている。ここで突極先端に設けられた小歯６のピッチは永久磁石２極分とほぼ同一（電気角３５０°）ピッチに構成されている。
【００３５】
以上のように本実施の形態１の車輪駆動装置モータ部最大の特徴は、コア３の突極５先端部にほぼ永久磁石２極分のピッチで小歯６を設けコア３を擬似的に多極化することによって、突極数を増やすことなく磁極のみを多極化したところにある。このように、小歯６を設けることにより、突極には小歯と対向している磁極の部分だけの磁束が選択的に取り入れられる状態となる。
【００３６】
本モータ部の特性は、本発明と同一出願人による先願の特許願（特願２００１−２４０８４１号）に示したとおりであるが、モータのトルクが大幅に向上し、小型のモータでも十分な出力を確保でき、ホイールの内部に収める大きさでも十分な出力を得ることができる。
【００３７】
図２は、比較のために従来構造のモータ部の磁気回路構成を示した説明図である。
【００３８】
図２において、円筒状の永久磁石１は、内周面にＮ、Ｓ極を交互に４０極均等に着磁されており、コア３にはコイル４が巻回された突極５が３０極均等に設けられている。
【００３９】
図２に示したとおり、従来構造のモータで同じ外径のモータを作成した場合、磁極を多極化するためには、コア３の突極数も増やす必要があり、隣り合う突極に巻回したコイルどうしが干渉するために、巻線スペースが減少すると共に、コア３の内周側までコイル４を巻き込むことは困難となり、コア内周にデッドスペースが発生するため、必然的にコア形状は内径に大きな穴があいたドーナツ状の形状となる。さらに突極数は巻線の制限により、ある程度以上増やすことが困難になり、磁極の多極化に限界がある。
【００４０】
一方、本発明のモータでは、磁極を増やした場合でも、突極数を増やす必要はなく、回転数に適した磁極数を選定することにより使用する回転数にあわせたモータが設計できる。また、適切なスロット数を選定することにより、コア内周部分のデッドスペースを少なくして、コイルをより多く巻き込むことができるためにコイル抵抗が減少しモータ効率が向上する。
【００４１】
表１は、本発明のモータと同一サイズの従来型モータの特性をコンピュータによるシミュレーションで計算した場合の比較結果である。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
モータのサイズは、一般的な乗用自動車のホイール内に収まる寸法としてロータ外径がφ３００ｍｍ、コイルを含めた磁気回路部の厚みが４０ｍｍ（コア積厚３０ｍｍ）の場合で計算している。
【００４４】
表１に示したとおり、同じ負荷条件（１００Ｎｍ、５００ｒ／ｍｉｎ）で比較すると、効率は従来型の８６．６％から９２．１％と実に５．５％も向上できる。
【００４５】
また、同じ５００ｒ／ｍｉｎの回転条件において従来型モータでは、コアの磁気飽和により、およそ１２０Ｎｍ以上のトルク出力は不可能であったが、本発明のモータでは２００Ｎｍ程度まで出力可能であり、２００Ｎｍ出力時の効率も８８．４％という高い効率を維持できる。
【００４６】
モータの損失は発熱となり、モータの出力を制限する要因となるが、本発明のモータの損失は従来型モータの約６０％に留まっており、発熱量に余裕がある分多くの電力を投入することにより、より高トルクでの連続使用が可能となる。
【００４７】
この計算例の場合、従来構造のモータと損失を等しくした場合、約１．４倍のトルクが出力可能である。
【００４８】
また、反対に従来構造のモータで本発明のモータと同じ効率のモータを設計する場合について計算すると、コア３の外径を等しくした場合、コア３の積厚をおよそ２倍にする必要があり、モータが重く大きくなると共に、材料費が高くなるためにモータのコストも高くなる。
【００４９】
このように、本モータ構造を車輪駆動装置に適用することにより、小型のモータでも十分な出力、効率を確保することが可能となり、車輪にモータを収めることにより、自動車の室内スペースを確保することができるとともに、モータを車輪に収めたことによる運動性能や燃費への悪影響を最小限に抑えることができ、またモータの小型化により材料費も削減されることにより高性能で、かつ低コストな車輪駆動装置を提供することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態１では、円筒状の永久磁石の場合を示しているが、図３（ａ）に示すように、磁極ごとに永久磁石を分割する方法、あるいは、図３（ｂ）に示すように、数個の円弧状の永久磁石に分割し、組み合わせた後に、一体着磁を行うなど様々な方法が可能である。
【００５１】
図３（ａ）に示すように磁極ごとに分割する場合は、組み立てる際の手間が増えるものの、１個の磁石が小さくできるため小型の金型で大量生産することが可能となり、磁石コストを引き下げることができるとともに、磁石と磁石の間に若干の隙間を設けることにより、隣り合う磁極間の干渉を抑えモータの性能を向上できる。
【００５２】
また、図３（ｂ）示すように数個の円弧状の永久磁石に分割し、組み合わせた場合は、磁石コストと組立コストをバランスさせ、両方を合わせたトータルコストを最小にすることが可能である。
【００５３】
一方、このように磁石を磁極数より少ない個数に分割した場合は、磁石個数とコア突極数の最小公倍数成分のコギングトルクが発生するが、本実施例のように磁石個数とコア突極数が互いに素となる数（この場合は磁石個数１６に対しコア突極数数１５）に選ぶことにより、磁石分割によるコギングトルクの発生を抑制し、コギングトルクを小さくすることができる。
【００５４】
また、本実施の形態１ではコアが内周側で、ロータが外周側であるアウターロータ型構成の場合を示したが、ロータが内周側で、コアが外周側であるインナーロータ型構成も可能である。
【００５５】
インナーロータ型の構成は、アウターロータ型と比較して磁石の表面積が小さくなり、磁石から取り出せる磁束が小さくなるため、トルク特性の面では不利であるが、ロータが外部に露出するアウターロータ型に比べ、インナーロータ型はロータがコアの内周側に収まった構成のため、埃や水がモータ内部に侵入しにくい構成が取り易く、使用環境によってはインナーロータ型の方が良い場合もある。
【００５６】
（実施の形態２）
上記実施の形態１は、モータ構造の優位性について説明したが、以下の実施の形態は、本モータ構造を車輪駆動装置に適用する際のいくつかのポイントについて述べる。
【００５７】
図４は、本モータ構造の磁極数とモータ効率の関係をコンピュータによるシミュレーションで求めた図である。このシミュレーションは、有限要素法を用いた磁界解析である。
【００５８】
なお、この図４は比較のために上記実施の形態１に示すモータとコアの突極数や外径、積厚等を同一とし、突極先端の小歯数を増やし、それに合わせ磁極数も変化させてモータ効率（％）を求めている。
【００５９】
図４のグラフの点で表されるシミュレーション値を以下に示す。磁極数２０にて、効率は７１．６（％）である。磁極数５０にて、効率は８９．５（％）である。磁極数８０にて、効率は９２．１（％）である。磁極数１１０にて、効率は９２．３（％）である。磁極数１４０にて、効率は９１．８（％）である。磁極数１７０にて、効率は９１．０（％）である。磁極数２００にて、効率は９０．０（％）である。磁極数２３０にて、効率は８９．０（％）である。磁極数２６０にて、効率は８８．０（％）である。磁極数２９０にて、効率は８６．４（％）である。これらの、条件の範囲からモータの仕様に応じて適宜選択する。
【００６０】
図４に示したとおり、磁極数は極端に多い方場合を除き、多極にすればするほど効率が良くなる。これは、多極化によりコイルの銅損（コイルの電気抵抗により熱として放出されるエネルギ損失）が低減されることによるが、同時にコアで発生する鉄損が増加するため、両者を合わせたトータル損失が最小になるポイントが存在するからである。
【００６１】
したがって、本モータを電気自動車用の車輪駆動装置に適用する場合、電気自動車で常用される５００ｒ／ｍｉｎ程度の領域では、モータ単品として考えると磁極数を５０極〜２００極の範囲で設定することにより、効率が９０％以上となり、効率が高くなる。
【００６２】
しかしながら、車輪駆動装置全体として駆動回路を含めて考えると状況は少し変わってくる。
【００６３】
現在一般的に使用されているモータ駆動用回路は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式を用いたインバータ回路である。ＰＷＭ方式は、キャリア周波数と呼ばれる一定周波数の電圧パルスを出力し、このパルスの幅を変化させることにより、負荷の電流をコントロールする方式であるが、その方式上キャリア周波数以上の周波数の電流を出力することはできない。実際上電流波形をコントロールしながら電流を出力するには、最低電流波形の２０倍程度のキャリア周波数が必要となる。
【００６４】
モータ駆動回路として一般的に使用されているインバータ回路のキャリア周波数は５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度であり、車輪の回転数が最高１０００ｒ／ｍｉｎ程度であることを考慮すると、モータが最高回転数の時にインバータ回路電流波形をコントロールでき、かつモータ効率が高い磁極数、つまり３０〜２００極の多極構造にすることにより、効率の高い車輪駆動装置を提供できる。特に、およそ５０極から２００極の範囲にて、効率が９０％以上で、効果が良好である。さらに、およそ６０極から１７０極の範囲にて、効率が９１％以上で、より良好な効果が得られる。さらに、およそ８０極から１３０極の範囲にて、効率が９２％以上で、効果が特に顕著である。これらの、条件の範囲からモータの仕様に応じて適宜選択する。
【００６５】
（実施の形態３）
図５は、本モータ構造の磁気回路部の容積および磁極数、スロット数を一定としてコアの外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）を変えた場合のモータ効率の関係を示した図である。
【００６６】
図５のグラフの点で表されるシミュレーション値を以下に示す。コアの外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）が０．９３のときに、モータ効率（％）が７０．０％である。コアの外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）が１．６６のときに、モータ効率（％）が８４．８％である。コアの外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）が２．７４のときに、モータ効率（％）が８９．１％である。コアの外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）が４．２７のときに、モータ効率（％）が９０．９％である。コアの外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）が６．４０のときに、モータ効率（％）が９１．７％である。コアの外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）が９．３３のときに、モータ効率（％）が９２．１％である。コアの外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）が１３．４のときに、モータ効率（％）が９２．２％である。コアの外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）が１８．９のときに、モータ効率（％）が９２．１％である。コアの外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）が２６．６のときに、モータ効率（％）が９１．１％である。これらの、条件の範囲から適宜選択する。
【００６７】
コアの外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）がおよそ４以上の範囲ときに、効率が９０（％）以上で良好である。コアの外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）がおよそ５から２７の範囲ときに、効率が９１（％）以上でより良好である。コアの外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）がおよそ８から１８の範囲ときに、効率が９２（％）以上で、特に良好である。これらの、条件の範囲からモータの仕様に応じて適宜選択する。
【００６８】
図５に示したとおり、同一の容積のモータを使用する場合、コアの外径と軸方向高さの比率（外径／軸方向高さ）が４付近で急激に効率が上昇し、１０から１５程度の場合に効率が最大となる。
【００６９】
したがって、コアの外径／軸方向高さを１０から１５程度にすると同一容積で最も効率の良いモータを設計できる。
【００７０】
しかしながら、外径／軸方向高さを大きくしすぎると、モータがホイール内に納まらなくなり、別途モータを設置するスペースやドライブシャフトなどの動力伝達機構が必要となるため、実用的には、軸方向高さの比率は４以上１５以下程度で適当な比を設定すれば、ホイール内部にモータが完全に収容され、かつ効率の高い車輪駆動装置を提供できる。
【００７１】
（実施の形態４）
図６は本実施の形態４の車輪駆動装置の構造図である。図６においてコア３は、車輪のハブ軸受７を固定したハウジング８に固定されている。
【００７２】
図７はハウジング８の斜視図である。図７において、ハウジング８はアルミニウム合金ダイカスト製で作成されており、コア３を固定する部分には複数の突起部９が形成されている。
【００７３】
ハウジング８とコイル４を巻回したコア３とを組み合わせる際には、この突起部９を隣り合うコイルの間にはめ込んだ状態で位置決めをおこない、これらを充填材として熱伝導性が向上された絶縁性の樹脂１０で一体モールド成型することにより、コイル４とハウジング８間の電気的絶縁とコア３の機械固定を同時に行う構成とする。
【００７４】
このように車輪のハブ軸受７とモータ軸受を共用化することにより装置の小型化ができると共に、コア３をハウジング８に直接固定することにより、装置の剛性を確保し易くなる。
【００７５】
具体的にはモータを駆動した際、コア３には車輪の反力として非常に大きなトルクがかかるが、このようにハウジング８全体でコア３の回り止めをする構成にし応力を分散させることにより、ハウジング８の肉厚を薄くしても十分な強度を確保できるため、軽量化に有利である。
【００７６】
また、このハウジング８は、コア３およびコイル４で発生した熱を拡散する役割も果たしている。特にコイルの間にはめ込んだ突起部９は両側のコイルからの熱を吸収、拡散する働きを有しており、特に有効である。
【００７７】
更に、図６に示すようにハウジング８のコア３と反対の側面に放熱フィン１１（空冷部）を一体に成型すると、コイル４の熱を外気に放出することができ、コイル４により多くの電流を通電することができるため、より高出力な車輪駆動装置を提供できる。
【００７８】
このとき、コイル４の熱を拡散させるためには、ハウジング８の材質の熱伝導率が重要となるが、アルミニウム合金や、マグネシウム合金、銅クラッド材などの金属材料や炭素繊維複合材料などの熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫ以上程度の熱伝導特性に優れる材質を利用することにより、コイル４の熱を効果的に拡散させ、コイル４により多くの電流を通電することができるため、より高出力な車輪駆動装置を提供できる。
【００７９】
特にアルミニウム合金は、熱伝導率、強度／比重、コスト等バランスに優れた材料であり、性能とコストを両立した車輪駆動装置を提供できる。
【００８０】
また、マグネシウム合金は、熱伝導率、コスト等の面ではアルミニウム合金に若干劣るものの、強度／比重が優れた材質であり、コスト面で許容できる場合は、アルミニウム合金を用いた場合と比較して同一性能でもより軽量な車輪駆動装置を提供できる。
【００８１】
さらに、一部の炭素繊維複合材料は、上記金属材料を上回る熱伝導率や、強度／比重を示す素材も存在しており、これらの材料を用いることによりコスト面よりも性能向上を重視する用途（例えばレーシング用自動車、大気圏外機器など）に使用することにより、極めて軽量かつ高性能な車輪駆動装置を提供できる。
【００８２】
（実施の形態５）
図８は本実施の形態５の車輪駆動装置を示す。図８において、車輪駆動装置の構成は上記実施の形態４とほぼ同一であるが、上記実施の形態４でハウジング８に放熱フィンが成型されていた部分に、ウォータジャケット１９（液冷部）が装着されており、ハウジング８とウォータジャケット１９（液冷部）の間に冷却液２０を流す構成となっているところだけが異なる。
【００８３】
このように冷却液を流すことにより強制的にモータを冷却することにより、自動車の速度や外気温に関わらずモータを安定して冷却することができる。
【００８４】
またモータの大きさに関わらず、別の部位に設けた大容量のラジエータで放熱を行うことにより、十分な冷却性能得ることができ、コイル４により大きな電流を通電することが可能となり、ラジエータを含めた全体としての質量は増加するものの、車両の運動性能を決める上で重要なファクターとなるバネ下重量を増加することなく、車輪駆動装置の出力を向上できるため、トータルとして性能の高い電気自動車を提供できる。
【００８５】
（実施の形態６）
上記実施の形態１から５は車輪駆動装置自体について説明したが、以下は上記車輪駆動装置を車輪懸架装置と共用することにより、全体として小型軽量化を図る方法について説明する。
【００８６】
図９は本実施の形態６の車輪駆動装置の構成を示す。図９において、車輪駆動装置のハウジング８にはリンク部が設けられており、そこにリンク部品２１を介してサスペンションアーム２２が装着されている。
【００８７】
サスペンションアーム２２の反対側は、自動車にボディにリンク部品を介して装着されている。各リンク部は回転自在に保持されており、ボディとサスペンションアーム２２間に取り付けられたダンパー２３、コイルばね２４により支持されている。
【００８８】
この構成により、ハウジング８は車輪懸架機構の一部をなしており、ハウジング８が軸受７の保持、コア３の回り止め、放熱等モータの構造部品としての役割と車輪懸架機構の一部としての役割を兼ね備えることにより、それぞれ別の部品を設けるよりも軽量コンパクトに構成でき、結果的に運動性能の高い電気自動車を提供できる。
【００８９】
なお、上記の実施の形態１から６は、電気自動車について示したが、電車、電動バイク、電動アシスト自転車など、車輪駆動型の輸送用機器について全て適用可能なことはいうまでもなく、これら輸送用機器の車輪に上記車輪駆動装置を採用することにより高性能、低価格な輸送用機器を提供できる。
【００９０】
【発明の効果】
本件出願に係る発明によれば、車輪駆動で常用される回転数において効率および出力特性に優れる特性のモータを提供し、同一出力、効率でも小型軽量な車輪駆動装置を提供できるという有利な効果が得られる。
【００９１】
また、これら輸送用機器の車輪に上記モータを使用した車輪駆動装置を採用することにより高性能、低価格な輸送用機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による車輪駆動装置モータ部の磁気回路構成を示す説明図
【図２】従来例の一例のブラシレスモータの磁気回路構成を示す説明図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態１によるマグネット体の構成を示す図
（ｂ）本発明の実施の形態１によるもう一例のマグネット体の構成を示す図
【図４】本発明の実施の形態２による磁極数とモータ効率の関係を示す図
【図５】本発明の実施の形態３によるコア外径／軸方向高さとモータ効率の関係を示す図
【図６】本発明の実施の形態４による車輪駆動装置の構造図
【図７】本発明の実施の形態４によるハウジングの斜視図
【図８】本発明の実施の形態５による車輪駆動装置の構造図
【図９】本発明の実施の形態６による車輪駆動装置の構造図
【図１０】一般的な乗用自動車の車輪回転数と速度の関係を示す図
【図１１】定格出力４６ｋＷの電気自動車用ブラシレスモータの効率マップを示す図
【図１２】従来例の一例の車輪駆動装置の構造図
【図１３】従来例の一例のダイレクト駆動型車輪駆動装置の構造図
【符号の説明】
１  永久磁石（マグネット体）
２  バックヨーク
３  コア
４  コイル
５  突極
６  小歯
７  ハブ軸受
８  ハウジング
９  突起部
１０  樹脂
１１  放熱フィン（空冷部）
１２  ハブフランジ
１３  ロータフレーム
１４  ホイールリム
１５  ホイールナット
１６  タイヤ
１７  エンコーダ部
１８  電気配線
１９  ウォータジャケット（液冷部）
２０  冷却液
２１  リンク部品
２２  サスペンションアーム
２３  ダンパー
２４  コイルばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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