(57)【要約】【課題】モータ、減速機、その他の駆動系をコンパクト化して、車両内部の有効スペースを拡大する。【解決手段】モータ２と、モータ２の出力軸に連結された減速機の出力軸に連結されたハブ４と、ハブ４を回転自在に支持する車体側に固定されたスピンドル５と、を備えたインホイールモータ車のホイール回転装置１であって、モータ２のステータ２１はホイール１３の内周面に沿ってホイール１３の径方向内側に配置され、モータ２のロータ２２はステータ２１の径方向内側に配置され、減速機６はロータ２２とハブ４との間にベアリング部を介して配置されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転力を発生するモータと、このモータの出力軸に連結された減速機と、この減速機の出力軸に連結されたハブと、このハブを回転自在に支持する車体側に固定されたスピンドルと、を備え、前記ハブに結合されたホイールを回転させて駆動力を発生させるインホイールモータ車のホイール回転装置であって、
前記モータのステ−タは、前記ホイールの内周面に沿って前記ホイールの径方向内側に配置され、
前記モータのロータは、前記ステータの前記径方向内側に配置され、
前記減速機は、前記ロータと前記ハブとの間にベアリング部を介して配置されていることを特徴とするインホイールモータ車のホイール回転装置。
【請求項２】
前記ステータ、前記ロータ、および前記減速機のそれぞれの軸方向幅のうち最大のものは、前記ホイールの軸方向幅よりも小さい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車のホイール回転装置。
【請求項３】
前記ステータ、前記ロータ、および前記減速機は、それぞれの軸方向幅が略同一であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置。
【請求項４】
前記ステータ、前記ロータ、および前記減速機は、前記ホイールの径方向に沿って一列に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置。
【請求項５】
前記ステータ、前記ロータ、および前記減速機は、それぞれの軸方向幅の中心線は、前記ホイールの軸方向幅の中心線と略一致するように配置されていること特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置。
【請求項６】
前記ステータは、前記ホイールの回転中心線とビード落とし線との中線よりも前記ホイールの径方向外側に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置。
【請求項７】
前記ロータは、前記ホイールの回転中心線とビード落とし線との中線よりも前記ホイールの径方向外側に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置。
【請求項８】
前記減速機は、遊星歯車装置、サイクロイド減速機、または、ボール減速機のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置。
【請求項９】
前記遊星歯車装置は、
前記モータケースに固定された内歯歯車と、
前記ロータに固定されて、前記ハブにギヤベアリングを介して回転自在に外嵌された太陽歯車と、
この太陽歯車と前記内歯歯車に噛合されて、前記ロータから伝達された前記太陽歯車の回転力を前記ハブに伝達する遊星歯車と、
を備えていることを特徴とする請求項８に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置。
【請求項１０】
前記スピンドルは、ナックルを介して前記車体側に連結されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インホイールモータ車のホイール回転装置に係り、特に、モータ、減速機、その他の駆動系をコンパクト化したインホイールモータ車のホイール回転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、インホイールモータ車のドライブ方式は、ダイレクトドライブモータ方式とギヤドモータ方式に大別される。
ダイレクトドライブモータ方式は、モータの出力軸を直接ホイールの駆動軸（ハブ）に連結する方式であり、減速機を設けないため、部品点数を削減して軽量化を図ることができる。
ギヤドモータ方式は、モータの出力を減速機で減速してホイールの駆動軸に伝達する方式であり、減速機でモータのトルクを増大させることができるため、モータの小型化を図りながら、出力効率を高めて動力性能を向上させることができる（例えば、特許文献１、２）。
【特許文献１】特開平８−２８９５０１号公報
【特許文献２】特開２００４−１１４８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ダイレクトドライブモータ方式では、モータでトルクを稼ぐ必要があるため、トルクアームを大きくする関係からモータが大型化するとともに、モータの出力効率や動力性能の点で問題となる場合があった。
一方、ギヤドモータ方式では、ホイールとモータとの間に減速機を介して構成するため、減速機の収納スペースやギヤオイルを供給する関係で付帯装置が必要になり、装置全体が大型化するという問題があった。
例えば、特許文献１および特許文献２に開示された技術では、インホイールモータにおけるホイール軸方向の幅が広くなり、モータがホイールから張り出すように構成されている。このようにホイールからモータ等が張り出すように構成されていると、操舵輪に使用する場合には操舵に必要な機構がモータ等に干渉して操舵角が制限されるおそれがある。また、ホイールから張り出した部分が車両内部のスペースを圧迫するので、インホイール車最大のメリットである車両内部の有効スペースの拡大が妨げられる。
【０００４】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、モータ、減速機、その他の駆動系をコンパクト化して、車両内部の有効スペースを拡大できるインホイールモータ車のホイール回転装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、回転力を発生するモータと、このモータの出力軸に連結された減速機と、この減速機の出力軸に連結されたハブと、このハブを回転自在に支持する車体側に固定されたスピンドルと、を備え、前記ハブに結合されたホイールを回転させて駆動力を発生させるインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記モータのステ−タは、前記ホイールの内周面に沿って前記ホイールの径方向内側に配置され、前記モータのロータは、前記ステータの前記径方向内側に配置され、
前記減速機は、前記ロータと前記ハブとの間にベアリング部を介して配置されていることを特徴とする。
【０００６】
かかる構成によれば、減速機を介してモータの回転力をハブに連結することで、モータを小型化しながら出力効率を高めて、加速性能等の走行性能を向上させることができる。
また、ホイールの内周面に沿ってホイールの径方向内側（ホイールの径方向におけるホイールの中心寄り側）にステータを配置するとともに、ステータの内側にロータを配置して、モータのトルクアームを拡大している。これは、モータの薄型化に貢献する。また、モータのステータおよびロータがホイールの外周寄りに配置される分余裕がでるホイールの中心寄りの空間に減速機を配置することで、モータおよび減速機からなる構造部分の薄型化を実現している。この結果、ホイール内にモータおよび減速機を完全に収納できるようになった。
また、本発明のような薄型大径モータを採用することでモータのトルクアームが拡大すると同時に、減速機をロータとハブの間に近接配置することができ、減速比をそれ程大きくすることなく十分な加速性能が得られるようになった。
このように本発明では、十分な出力性能を得つつ、モータ、減速機、その他の駆動系の小型化及び軽量化を実現している。
なお、ここでいう「ベアリング部」とは、後記する図８や図９に示すようなホイール回転装置の場合、「ギヤインナベアリング１６４，２６４」および「ギヤアウタベアリング１６５，２６５」に相当する。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記ステータ、前記ロータ、および前記減速機のそれぞれの軸方向幅のうち最大のものは、前記ホイールの軸方向幅よりも小さいことを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、ステータ、ロータ、および減速機のそれぞれの軸方向幅をホイールの軸方向幅よりも小さくしたことで、モータと遊星歯車装置をホイール内に収納し、ホイールからモータや減速機が張り出すことを防止することができる。このため、サスペンションジオメトリーの自由度を高めながら、操舵輪への適用を容易にするとともに、車両内部の有効スペースを拡大することができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記ステータ、前記ロータ、および前記減速機は、それぞれの軸方向幅が略同一であることを特徴とする。
かかる構成によれば、ステータ、ロータ、および減速機のそれぞれの軸方向幅を略同一にすることで、モータおよび減速機からなる構造部分の薄型化を実現し、完全にホイール内に収納することができる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記ステータ、前記ロータ、および前記減速機は、前記ホイールの径方向に一列に配置されていることを特徴とする。
かかる構成によれば、ステータ、ロータ、および減速機をジグザグの配置ではなくホイールの径方向に沿って一列に配置したことで、全体としての収納スペースをコンパクト化してモータおよび減速機からなる構造部分の薄型化を実現し、完全にホイール内に収納することが容易になる。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記ステータ、前記ロータ、および前記減速機は、それぞれの軸方向幅の中心線は、前記ホイールの軸方向幅の中心線と略一致するように配置されていることを特徴とする。
かかる構成によれば、ステータ、ロータ、および減速機の各軸方向幅の中心線を、ホイールの軸方向幅の中心線と略一致するように配置したことで、ホイールおよびタイヤの重心と、ホイール内の構造物、すなわち主としてモータおよび減速機の重心とを略一致させることができるため、駆動軸系の静的・動的バランスを改善することができる。このため、駆動軸系にかかる負担を軽減し、振動を低減することができる。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記ステータは、前記ホイールの回転中心線とビード落とし線との中線よりも前記ホイールの径方向外側に配置されていることを特徴とする。
かかる構成によれば、ステータをホイールの回転中心線とビード落とし線との中線よりもホイールの径方向外側に配置することで、ホイールの外周側に近づけて配置し、ホイール径の制約の範囲内において、できるだけ大きなトルクアームを確保している。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記ロータは、前記ホイールの回転中心線とビード落とし線との中線よりも前記ホイールの径方向外側に配置されていることを特徴とする。
かかる構成によれば、ステータの内側に配置されたロータをもホイールの回転中心線とビード落とし線との中線よりもホイールの径方向外側に配置することで、ホイールの外周側に近づけて配置し、さらに大きなトルクアームを確保している。
【００１４】
請求項８に係る発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記減速機は、遊星歯車装置、サイクロイド減速機、または、ボール減速機のいずれかであることを特徴とする。
かかる構成によれば、減速機として、遊星歯車装置、サイクロイド減速機、または、ボール減速機を採用することで、ロータとハブとの間にコンパクトに収納することが容易になる。
【００１５】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記遊星歯車装置は、前記モータケースに固定された内歯歯車と、前記ロータに固定されて、前記ハブにギヤベアリングを介して回転自在に外嵌された太陽歯車と、この太陽歯車と前記内歯歯車に噛合されて、前記ロータから伝達された前記太陽歯車の回転力を前記ハブに伝達する遊星歯車と、を備えていることを特徴とする。
【００１６】
かかる構成によれば、内歯歯車をモータケースに固定し、太陽歯車をロータに固定するとともに、遊星歯車から回転力をハブに伝達する構成としたことで、遊星歯車装置をモータとハブとの間にコンパクトに収納しながら、ロータの回転力を減速してハブに伝達することができる。
【００１７】
請求項１０に係る発明は、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記スピンドルは、ナックルを介して前記車体側に連結され、このナックルに前記モータケースが固定されていることを特徴とする。
かかる構成によれば、車両に応じて様々なサスペンション方式が用いられるが、本発明ではナックルおよびスピンドルを含む駆動軸系を採用したため、モータはそのままでナックルのみを取り替えることで、操舵輪か駆動のみで操舵しない車輪かに係わらず様々なサスペンション方式に適用可能である。また、ナックルが備える連結部の形状や位置を適宜変えることで、様々な車両要求に沿ったキングピン角やスクラブの最適設定が可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るインホイールモータ車のホイール回転装置は、モータ、減速機、その他の駆動系をコンパクト化して、車両内部の有効スペースを拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は本発明の実施形態に係るインホイールモータ車のホイール回転装置の全体構成を示す斜視図であり、図２は図１の要部断面図である。
【００２０】
本発明の実施形態に係るホイール回転装置１は、図１に示すように、回転力を発生するモータ２と、モータ２の出力軸に連結された遊星歯車装置６と、遊星歯車装置６の出力軸に連結されたハブ４と、ハブ４を回転自在に支持するナックル１２に固定されたスピンドル５と、を備え、これらをホイール１３内に収納している。
具体的には、図２に示すように、モータ２は、ホイール１３の内周面１３ａに沿って、この内周面１３ａに対面するように配置されている。そして、モータ２の内側には遊星歯車装置６が配置され、遊星歯車装置６とハブ４とが結合されている。ハブ４はナックル１２に固定されたスピンドル５にハブインナベアリング４ａ、ハブアウタベアリング４ｂを介して回転自在に外嵌されている。
【００２１】
なお、本実施形態においては、一例として、１９インチのホイール１３を採用し、偏平タイヤＴを装着している。また、本発明に係るホイール回転装置１は、例えば、インホイールモータ車の前後輪の４輪すべてに適用することができるが、ここでは操舵輪を例として説明する。駆動するだけで、操舵しない車輪であっても、モータ２、遊星歯車装置６、ハブ４、スピンドル５等の基本的構成は同様である。
【００２２】
ここで、モータ２は同期モータであり、ステータ２１に交流電流が供給されてロータ２２が回転する。そして、モータ２の回転力を遊星歯車装置６により減速してハブ４に伝達し、ハブ４に結合されたホイール１３を回転させて駆動力を発生する。
なお、本実施形態においては、同期モータを採用しているが、これに限定されるものではなく、誘導モータであってもよく、直流モータであってもよい。
また、ホイール１３には、ブレーキ機構ＢＲが内蔵されおり、ホイール１３の軸方向において、外側にブレーキ機構ＢＲが配置され、内側にホイール回転装置１が配置されている。ブレーキ機構ＢＲに関しては、ここでは説明を省略する。
【００２３】
続いて、モータ２の具体的な構成について、図３を参照しながら説明する。図３は本発明の実施形態に係るモータの主要な構成を示す分解斜視図である。
モータ２は、図３に示すように、筐体となるアウタケース２３と、アウタケース２３の内周面に沿って固定されたリング状のステータ２１と、ステータ２１の内側で回転するように配置されたロータ２２と、アウタケース２３の径方向内側に嵌め合わされたインナケース２４と、を備えている。
アウタケース２３は、有底の偏平な円筒形状であり、底部２３ａの中央に貫通孔２３ｂが形成されている。円筒形状部の外周面２３ｃはホイール１３の内周面１３ａに対面するように隣接して配置され（図２参照）、アウタケース２３の内周面側にはステータ２１が固定されている。
一方、ロータ２２は、鉄製積層鋼板ヨークや永久磁石等によって円筒形状に形成され、太陽歯車６２に固定されてステータ２１の内周面側に回転自在に配置されている（図２参照）。すなわち、太陽歯車６２は、ハブ４に「ベアリング部」であるギヤインナベアリング６４、ギヤアウタベアリング６５を介して回転自在に外嵌されているため、太陽歯車６２がスピンドル軸ＣＬの回りに回転自在に構成されている（図７参照）。この点は、さらに後記する。
【００２４】
かかるモータ２の構成により、モータ２のトルクアーム（ロータ２２の回転中心となるスピンドル軸ＣＬからロータ２２の外周までの距離）を大きくし、出力トルクを稼ぐことができる。本発明のような軸方向幅を小さくした薄型大径のモータ２の採用により、モータ２等をホイール１３の軸方向幅Ｊ（図２）内に完全に収納することが可能となった上、ブレーキ機構ＢＲやロアアーム締結部ＬＡの収納スペースをも十分に確保できるようになった（図２参照）。
ここで、「大径」とは、モータ２の直径が大きいのみならず、モータ２を構成するステータ２１やロータ２２が、スピンドル軸ＣＬから離れてホイール１３のリム幅を定義する図２の線Ｌ１に近づけて設けられていることを意味する。図２に示すように、本実施例ではステータ２１のみならずロータ２２も、ビード落とし線Ｌ３とスピンドル軸ＣＬとの中線Ｌ４よりも外周側に設けられている。この結果、モータ２では非常に大きなトルクアームが実現している。但し、本発明が適用されるホイール１３や車両によっては、ステータ２１のみが中線Ｌ４よりも外周側に設けられるようにしてもよい。また、本実施例では、アウタケース２３のエッジ部２３ｄからホイール１３の内周面１３ａまでの距離Ｌ２を５〜１０ｍｍ程度の非常に小さな値とすることで、モータ２の更なる大径化を図っている。
【００２５】
続いて、遊星歯車装置６について、図４および図５を参照しながら説明する。図４は本発明の実施形態に係る遊星歯車装置の構成を示す分解斜視図であり、図５は遊星歯車装置の動作を説明するための平面図である。
遊星歯車装置６は、図４に示すように、アウタケース２３の底部２３ａ（図３参照）に固定された内歯歯車６１と、ロータ２２（図３参照）に固定されて一体として回転する太陽歯車６２と、太陽歯車６２と内歯歯車６１に噛合されて、太陽歯車６２の回転力をハブ４（図２参照）に伝達する遊星歯車アッシー６３と、を備え、ホイールの軸方向幅Ｊ（図２参照）内に収納されている。
そして、遊星歯車装置６は、ロータ２２の径方向内側であって、アウタケース２３の底部２３ａに形成された貫通孔２３ｂ内に遊星歯車アッシー６３が位置するように配置されている（図２参照）。
【００２６】
内歯歯車６１は、ホイール軸方向において車体の外側にフランジ６１ａを有する円筒形状を備え、内周面に遊星歯車６３ａと噛合する内歯６１ｂが形成されている。そして、フランジ６１ａがアウタケース２３の底部２３ａに固定されている（図２参照）。
太陽歯車６２は、ホイール軸方向における車体の内側にフランジ６２ａを有する円筒形状を備え、外周面に遊星歯車６３ａと噛合する外歯６２ｂが形成されている。そして、フランジ６２ａがロータ２２に固定されているため、太陽歯車６２はロータ２２と一体としてスピンドル軸ＣＬの回りに回転する（図２参照）。
遊星歯車アッシー６３は、太陽歯車６２の外歯６２ｂの回りに回転する４個の遊星歯車６３ａと、遊星歯車６３ａを回転自在に収納するケース６３ｂと、４個の遊星歯車６３ａを連結した出力ディスク６３ｃと、を備えている。そして、遊星歯車６３ａは、ケース６３ｂの内周面６３ｂ１および外周面６３ｂ２から歯面が突出するようにケース６３ｂに装着されている。このため、遊星歯車６３ａは、ケース６３ｂの内周面６３ｂ１側で太陽歯車６２の外歯６２ｂと噛合し、外周面６３ｂ２側で内歯歯車６１の内歯６１ｂと噛合する（図５参照）。
【００２７】
かかる構成により、４個の遊星歯車６３ａを連結した出力ディスク６３ｃは、遊星歯車６３ａの公転運動に伴いスピンドル軸ＣＬの回りに回転し、遊星歯車装置６の出力軸となっている。
詳細には、図５に示すように、内歯歯車６１がアウタケース２３（図２参照）に固定された状態で、太陽歯車６２がロータ２２の回転に伴って図面上において右回転すると、遊星歯車６３ａは左回転で自転しながら、太陽歯車６２の外歯６２ｂの回りを右回りに公転する。
そして、遊星歯車６３ａが太陽歯車６２の外歯６２ｂの回りを右回りに公転すると、４個の遊星歯車６３ａは、出力ディスク６３ｃ（図４参照）で一体として回転自在に連結されているため、出力ディスク６３ｃはスピンドル軸ＣＬ（図４参照）の回りに回転する。
【００２８】
一方、車体側の構成について、図６を参照しながら説明する。図６は本発明の実施形態に係るインホイール車の車軸周りの構成を示す分解斜視図である。
車体側には、ナックル１２を介して、スピンドル５が連結されている。スピンドル５にはハブインナベアリング４ａおよびハブアウタベアリング４ｂを介してハブ４が回転自在に外嵌されている。
なお、ハブ４、ハブインナベアリング４ａ、ハブアウタベアリング４ｂ、スピンドル５、およびナックル１２は、いわゆる駆動軸系を構成している。
【００２９】
ナックル１２は、円盤状に形成され、中心部にはスピンドル５を嵌め合いで固定するための段付き穴１２ａが形成されている。ナックル１２には、連結部１２ｂにサスペンション装置ＳＰ（図１参照）が連結され、連結部１２ｃに図示しない操舵用部材であるタイロッドが連結される。
本実施形態では、いわゆるマクファーソン・ストラット方式のサスペンションが適用された例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ダブル・ウイッシュボーン方式など他のサスペンション方式にも適用可能である。すなわち、車両に応じて様々なサスペンション方式が用いられるが、本発明では図６に示すようなナックル１２およびスピンドル５からなる駆動軸系を採用しているため、モータ２（図２参照）はそのままでナックル１２のみを取り替えることで、操舵輪か駆動のみで操舵しない車輪かに係わらず様々なサスペンション方式に適用可能である。また、連結部１２ｂの形状や位置を適宜変えることで、様々な車両要求に沿ったキングピン角やスクラブの最適設定が可能である。
【００３０】
スピンドル５は、ナックル１２の中心部に嵌め合わされ、かつボルト１２ｄによって固定されている（図２参照）。スピンドル５は、ホイール軸方向の車体内側に拡径部５ａ、外側に縮径部５ｂが設けられている。そして、スピンドル５の拡径部５ａおよび縮径部５ｂには、それぞれハブインナベアリング４ａおよびハブアウタベアリング４ｂが装着され、ハブ４を回転自在に支持するように構成されている。
ハブ４は、ホイール軸方向における外側にフランジ４ｃを有する円筒形状を備え、ハブボルト１４と図示しないナットでホイールと結合される（図１参照）。
【００３１】
ここで、ハブ４と遊星歯車装置６との関係について、図７を参照しながら説明する。図７はハブと遊星歯車装置との関係を示す分解斜視図である。
前記したように、ロータ２２（図２参照）の回転力は、遊星歯車装置６の出力軸である出力ディスク６３ｃに所定の減速比で伝達される。一方、ハブ４はハブインナベアリング４ａおよびハブアウタベアリング４ｂを介して、スピンドル５（図２参照）に回転自在に支持されている。
したがって、ハブ４と遊星歯車装置６の出力軸である出力ディスク６３ｃとを結合することで、ロータ２２の回転力をハブ４を介してホイール１３に伝達することができる（図２参照）。
具体的には、図７に示すように、ハブ４のフランジ４ｃを出力ディスク６３ｃに固定してハブ４と出力ディスク６３ｃとを結合している。
また、ハブ４の外周面には、ギヤインナベアリング６４およびギヤアウタベアリング６５を介して、太陽歯車６２が回転自在に支持されている。このため、太陽歯車６２はスピンドル軸ＣＬの回りに回転し、太陽歯車６２にはロータ２２が固定されているため、ロータ２２は太陽歯車６２を介してスピンドル軸ＣＬの回りに回転する。
【００３２】
続いて、本発明に係るステータ、ロータ、および減速機の配置について、図８および図９を参照しながら説明する。図８は、いわゆる外輪回転型において、本発明に係るステータ、ロータ、および減速機の配置を概念的に示す断面図である。図９は、いわゆる内輪回転型において、本発明に係るステータ、ロータ、および減速機の配置を概念的に示す断面図である。
ここで、外輪回転型の駆動軸系では、図８に示すように、スピンドル１０５を車体側に固定し、スピンドル１０５に対して、ハブインナベアリング１０４ａおよびハブアウタベアリング１０４ｂを介してハブ１０４を回転自在に外嵌して、ハブ１０４にホイール１３を結合しているのに対し、内輪回転型では、図９に示すように、ハブホルダ２０４を車体側に固定し、ハブホルダ２０４にアクスルシャフト２０５を回転自在に内嵌して、アクスルシャフト２０５にホイール１３を結合している点が相違するのみである。
このため、外輪回転型では減速機１０６からハブ１０４を介してホイール１３に駆動力が伝達されるが（図８の矢印Ｐ１参照）、内輪回転型では減速機２０６からアクスルシャフト２０５を介してホイール１３に駆動力が伝達される（図９の矢印Ｐ２参照）。
もっとも、内輪回転型のハブホルダ２０４およびアクスルシャフト２０５は、慣習的な称呼であり実質的には、請求項や図２、図８等に示す外輪回転型のスピンドル５，１０５およびハブ４，１０４にそれぞれ相当する。
したがって、本発明は、いわゆる外輪回転型においても内輪回転型においても、同様に適用することができる。以下、外輪回転型におけるステータ、ロータ、および減速機の配置を例として説明する。
【００３３】
本発明は、図８に示すように、ハブ１０４からホイール１３の外周に向かって、減速機１０６、ロータ１２２、ステータ１２１が一列に配置されている。そして、減速機１０６、ロータ１２２、ステータ１２１は、略同一の軸方向幅（厚み）Ｄを有している。このため、ホイール１３の内部に収納するロータ１２２、ステータ１２１および減速機１０６の薄型化を図っている。また、減速機１０６、ロータ１２２、ステータ１２１の軸方向幅Ｄは、ホイール１３の軸方向幅Ｊよりも薄いため、ロータ１２２、ステータ１２１および減速機１０６を完全にホイール１３内に収納することができる。
そして、本発明では、ホイール１３の軸方向幅Ｊの中心線ＪＣＬと減速機１０６、ロータ１２２、ステータ１２１の軸方向幅Ｄの中心線が略一致するように配置されている。このように、ホイール１３およびタイヤの重心と、ホイール１３内の構造物、主としてロータ１２２、ステータ１２１および減速機１０６の重心とのずれを少なくすることで、重心バランスの偏りによって駆動軸系に余計な負荷や振動が発生することを防止している。
さらに、本発明では、ステータ１２１およびロータ１２２は、ホイール１３の回転中心線ＣＬとビード落とし線Ｌ３との中線Ｌ４よりもホイール１３の外周側に配置されている。このように、ステータ１２１をホイール１３の回転中心線ＣＬとビード落とし線Ｌ３との中線Ｌ４よりもホイール１３の径方向外側に配置することで、ホイール１３の外周側に近づけて配置し、ホイール径の制約の範囲内において、できるだけ大きなトルクアームを確保している。ただし、本発明が適用されるホイール１３や車両によっては、ステータ１２１のみが中線Ｌ４よりも外側に設けられるようにしてもよい。
【００３４】
以上のように構成された本発明の実施形態に係るインホイールモータ車のホイール回転装置１の作用について、図２を参照しながら説明する。
本発明の実施形態に係るホイール回転装置１において、ステータ２１に交流電流が供給されるとロータ２２が回転し、ロータ２２の回転力を遊星歯車装置６により減速してハブ４に伝達し、ハブ４に結合されたホイール１３を回転させて駆動力を発生する。
すなわち、ロータ２２が回転すると、ロータ２２に一体として固定された太陽歯車６２が回転する。そうすると、内歯歯車６１がアウタケース２３に固定されているため、４個の遊星歯車６３ａは自転しながら、太陽歯車６２の回りを公転する（図５参照）。そして、４個の遊星歯車６３ａは出力ディスク６３ｃ（図４参照）で一体として連結されているため、４個の遊星歯車６３ａの公転運動に伴い、出力ディスク６３ｃはスピンドル軸ＣＬの回りに回転する。
一方、車体側には、ナックル１２を介して、スピンドル５が連結されている。スピンドル５にはハブインナベアリング４ａおよびハブアウタベアリング４ｂを介してハブ４が回転自在に外嵌されている。そして、ハブ４に出力ディスク６３ｃが連結されているため、ハブ４がスピンドル軸ＣＬの回りに回転され、ホイール１３が回転されて駆動力が発生する。
【００３５】
このように、遊星歯車装置６により、モータ２の回転力を減速してハブ４に連結することで、モータ２を小型化しながら出力効率を高めて、加速性能等の走行性能を向上させることができる。
すなわち、ホイール１３の内周面１３ａに沿ってホイール１３の径方向内側にステータ２１を配置するとともに、ステータ２１の内側にロータ２２を配置し、モータ２のトルクアームを拡大することで、モータ２の軸方向幅を小さくしている。
そして、遊星歯車装置６をロータ２２とハブ４の間に配置するとともに、ホイール１３の軸方向幅Ｊ内に収納したことで、モータ２と遊星歯車装置６をホイール１３内に収納し、ホイール１３からモータ２や遊星歯車装置６が張り出すことを防止している。このため、サスペンションジオメトリーの自由度を高めながら、操舵輪への適用を容易にするとともに、車両内部の有効スペースを拡大することができる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、減速機が遊星歯車装置６である例を詳細に説明したが、本発明の減速機はこれに限定されるものではなく、周知のサイクロイド減速機やボール減速機を適用してもよい。
また、遊星歯車装置６において、内歯歯車６１をアウタケース２３に固定し、ロータ２２を太陽歯車６２に固定して、遊星歯車６３ａの公転回転から出力を取り出すように構成したが、これに限定されるものではなく、遊星歯車６３ａを固定し、内歯歯車６１から出力を取り出すように構成することもできる。
【００３７】
本実施形態においては、モータ２と遊星歯車装置６の全体をホイール１３の軸方向幅Ｊ内に収納して構成したが、これに限定されるものではなく、一部分、例えばモータケースの一部等がホイール１３からはみ出すようなものであっても、本発明の技術的範囲に属することが否定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係るインホイールモータ車のホイール回転装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１の要部断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るモータの主要な構成を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る遊星歯車装置の構成を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る遊星歯車装置の動作を説明するための平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るインホイール車の車軸周りの構成を示す分解斜視図である。
【図７】本発明の実施形態に係るハブと遊星歯車装置との関係を示す分解斜視図である。
【図８】いわゆる外輪回転型において、本発明に係るステータ、ロータ、および減速機の配置を概念的に示す断面図である。
【図９】いわゆる内輪回転型において、本発明に係るステータ、ロータ、および減速機の配置を概念的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１      ホイール回転装置
２      モータ
４      ハブ
５      スピンドル
６      遊星歯車装置（減速機）
１２    ナックル
１３    ホイール
２１    ステータ
２２    ロータ
２３    アウタケース
２４    インナケース
６１    内歯歯車
６２    太陽歯車
６３    遊星歯車アッシー
６３ａ  遊星歯車
６３ｃ  出力ディスク
６４    ギヤインナベアリング（ベアリング部）
６５    ギヤアウタベアリング（ベアリング部）
１０４  ハブ
１０５  スピンドル
１０６，２０６    減速機
１２１，２２１    ステータ
１２２，２２２    ロータ
ＣＬ    ホイールの回転中心線（スピンドル軸）
Ｄ      ステータ、ロータ、減速機の軸方向幅
Ｊ      ホイールの軸方向幅
ＪＣＬ  ホイールの軸方向幅の中心線
Ｌ３    ビード落とし線
Ｌ４    中線
【図１】
2007269129.tif 000003
【図２】
2007269129.tif 000004
【図３】
2007269129.tif 000005
【図４】
2007269129.tif 000006
【図５】
2007269129.tif 000007
【図６】
2007269129.tif 000008
【図７】
2007269129.tif 000009
【図８】
2007269129.tif 000010
【図９】
2007269129.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月9日(2007.4.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転力を発生するモータと、このモータの出力軸に連結された減速機と、
この減速機の出力軸に連結されたハブと、
このハブを回転自在に支持する車体側に固定されたスピンドルと、を備え、
前記ハブに結合されたホイールを回転させて駆動力を発生させるインホイールモータ車のホイール回転装置であって、
前記モータのステ−タは、前記ホイールの内周面に沿って前記ホイールの径方向内側に配置され、
前記モータのロータは、前記ステータの前記径方向内側に配置され、
前記減速機は、内歯歯車、太陽歯車、および遊星歯車を備えた遊星歯車装置で構成され、前記ロータの径方向内側であって、前記ロータと前記ハブとの間に転がり軸受からなるギヤベアリング部を介して配置され、
前記ハブは、前記ハブと前記スピンドルとの間に転がり軸受からなるハブベアリング部を介して支持され、
前記ステータ、前記ロータ、前記減速機、前記ギヤベアリング部、および前記ハブベアリング部は、前記ホイールの径方向に沿って配置されていることを特徴とするインホイールモータ車のホイール回転装置。
【請求項２】
前記ハブは、前記ハブベアリング部を介して前記スピンドルに外嵌され、
前記内歯歯車は、前記車体側に固定され、
前記太陽歯車は、前記ギヤベアリング部を介して前記ハブに回転自在に外嵌され、前記ロータと一体として回転するように前記ロータに固定され、
前記遊星歯車は、前記太陽歯車と前記内歯歯車に噛合されて、前記ロータから伝達された前記太陽歯車の回転力を前記ハブに伝達するように構成した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車のホイール回転装置。
【請求項３】
前記ステータ、前記ロータ、および前記減速機のそれぞれの軸方向幅のうち最大のものは、前記ホイールの軸方向幅よりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置。
【請求項４】
前記ステータ、前記ロータ、および前記減速機は、それぞれの軸方向幅が略同一であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置。
【請求項５】
前記ステータ、前記ロータ、および前記減速機は、それぞれの軸方向幅の中心線は、前記ホイールの軸方向幅の中心線と略一致するように配置されていること特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置。
【請求項６】
前記ステータは、前記ホイールの回転中心線とビード落とし線との中線よりも前記ホイールの径方向外側に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置。
【請求項７】
前記ロータは、前記ホイールの回転中心線とビード落とし線との中線よりも前記ホイールの径方向外側に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置。
【請求項８】
前記スピンドルは、ナックルを介して前記車体側に連結されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、回転力を発生するモータと、このモータの出力軸に連結された減速機と、この減速機の出力軸に連結されたハブと、このハブを回転自在に支持する車体側に固定されたスピンドルと、を備え、前記ハブに結合されたホイールを回転させて駆動力を発生させるインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記モータのステ−タは、前記ホイールの内周面に沿って前記ホイールの径方向内側に配置され、前記モータのロータは、前記ステータの前記径方向内側に配置され、前記減速機は、内歯歯車、太陽歯車、および遊星歯車を備えた遊星歯車装置で構成され、前記ロータの径方向内側であって、前記ロータと前記ハブとの間に転がり軸受からなるギヤベアリング部を介して配置され、前記ハブは、前記ハブと前記スピンドルとの間に転がり軸受からなるハブベアリング部を介して支持され、前記ステータ、前記ロータ、前記減速機、前記ギヤベアリング部、および前記ハブベアリング部は、前記ホイールの径方向に沿って配置されていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記ハブは、前記ハブベアリング部を介して前記スピンドルに外嵌され、前記内歯歯車は、前記車体側に固定され、前記太陽歯車は、前記ギヤベアリング部を介して前記ハブに回転自在に外嵌され、前記ロータと一体として回転するように前記ロータに固定され、前記遊星歯車は、前記太陽歯車と前記内歯歯車に噛合されて、前記ロータから伝達された前記太陽歯車の回転力を前記ハブに伝達するように構成したことを特徴とする。
かかる構成によれば、内歯歯車をモータケースに固定し、太陽歯車をロータに固定するとともに、遊星歯車から回転力をハブに伝達する構成としたことで、遊星歯車装置をモータとハブとの間にコンパクトに収納しながら、ロータの回転力を減速してハブに伝達することができる。
また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記ステータ、前記ロータ、および前記減速機のそれぞれの軸方向幅のうち最大のものは、前記ホイールの軸方向幅よりも小さいことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記ステータ、前記ロータ、および前記減速機は、それぞれの軸方向幅が略同一であることを特徴とする。
かかる構成によれば、ステータ、ロータ、および減速機のそれぞれの軸方向幅を略同一にすることで、モータおよび減速機からなる構造部分の薄型化を実現し、完全にホイール内に収納することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記ステータ、前記ロータ、および前記減速機は、前記ホイールの径方向に一列に配置されていることを特徴とする。
かかる構成によれば、ステータ、ロータ、および減速機をジグザグの配置ではなくホイールの径方向に沿って一列に配置したことで、全体としての収納スペースをコンパクト化してモータおよび減速機からなる構造部分の薄型化を実現し、完全にホイール内に収納することが容易になる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記ステータ、前記ロータ、および前記減速機は、それぞれの軸方向幅の中心線は、前記ホイールの軸方向幅の中心線と略一致するように配置されていることを特徴とする。
かかる構成によれば、ステータ、ロータ、および減速機の各軸方向幅の中心線を、ホイールの軸方向幅の中心線と略一致するように配置したことで、ホイールおよびタイヤの重心と、ホイール内の構造物、すなわち主としてモータおよび減速機の重心とを略一致させることができるため、駆動軸系の静的・動的バランスを改善することができる。このため、駆動軸系にかかる負担を軽減し、振動を低減することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記ステータは、前記ホイールの回転中心線とビード落とし線との中線よりも前記ホイールの径方向外側に配置されていることを特徴とする。
かかる構成によれば、ステータをホイールの回転中心線とビード落とし線との中線よりもホイールの径方向外側に配置することで、ホイールの外周側に近づけて配置し、ホイール径の制約の範囲内において、できるだけ大きなトルクアームを確保している。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項８に係る発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記ロータは、前記ホイールの回転中心線とビード落とし線との中線よりも前記ホイールの径方向外側に配置されていることを特徴とする。
かかる構成によれば、ステータの内側に配置されたロータをもホイールの回転中心線とビード落とし線との中線よりもホイールの径方向外側に配置することで、ホイールの外周側に近づけて配置し、さらに大きなトルクアームを確保している。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項８に係る発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のインホイールモータ車のホイール回転装置であって、前記スピンドルは、ナックルを介して前記車体側に連結されていることを特徴とする。
かかる構成によれば、車両に応じて様々なサスペンション方式が用いられるが、本発明ではナックルおよびスピンドルを含む駆動軸系を採用したため、モータはそのままでナックルのみを取り替えることで、操舵輪か駆動のみで操舵しない車輪かに係わらず様々なサスペンション方式に適用可能である。また、ナックルが備える連結部の形状や位置を適宜変えることで、様々な車両要求に沿ったキングピン角やスクラブの最適設定が可能である。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係るインホイールモータ車のホイール回転装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１の要部断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るモータの主要な構成を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る遊星歯車装置の構成を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る遊星歯車装置の動作を説明するための平面断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るインホイールモータ車の車軸周りの構成を示す分解斜視図である。
【図７】本発明の実施形態に係るハブと遊星歯車装置との関係を示す分解斜視図である。
【図８】いわゆる外輪回転型において、本発明に係るステータ、ロータ、および減速機の配置を概念的に示す断面図である。
【図９】いわゆる内輪回転型において、本発明に係るステータ、ロータ、および減速機の配置を概念的に示す断面図である。