(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と前記固定子の内部で回転するロータとを含み、内部に前記固定子が固定されたフレームと、前記ロータに連結され中空部を有する中空シャフトと、を備え、ホイールの内側に配置された中空モータと、
減速機入力軸および減速機出力軸を有し前記中空部に配置された減速機ユニットと、
を備え、
前記中空シャフト、前記減速機入力軸、減速機出力軸、および前記ホイールの回転軸中心が一致し、
前記減速機入力軸が、前記中空シャフトの軸方向の一方側に連結され、
前記減速機出力軸が、前記中空シャフトの軸方向の他方側から前記ホイールに連結され、
前記ホイールの内周面と前記フレームの外周面間であって前記一方側に補助軸受を配置し、
前記フレームの軸方向の前記一方側であって前記補助軸受よりも前記一方側に、他のユニットへ取り付ける取付面を形成し、
前記取付面は前記回転軸に対して略直交することを特徴とするインホイールモータ。
【請求項２】
前記補助軸受の内輪側または外輪側の少なくとも一方に隙間を設けたことを特徴とする請求項１記載のインホイールモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人や物資の輸送、案内等のための電気式移動ユニットや電気自動車に用いられるインホイールモータの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のインホイールモータには、モータの出力軸を遊星歯車機構に連結させたものがある（例えば、特許文献１参照）。図４に示すように固定部２１に固定され且つ三相巻線を有する誘導電動機の固定子２２と、この固定子２２に対して電磁気的に対向させて配設されたかご形回転子２３と、このかご形回転子２３の一端に結合された遊星歯車機構２４と、この遊星歯車機構２４に連結されたキャリア２５とを備え、上記かご形回転子２３の回転速度を上記遊星歯車機構２４によりそのキャリア２５に固定された車輪３０を減速するように構成されている。
固定部２１は、外端部に形成された凹部２１Ａと、この凹部２１Ａの外端に形成されたフランジ部２１Ｂと、このフランジ部２１Ｂにネジ２６によって連結されたケース２１Ｃとを有し、このケース２１Ｃ内に上記固定子２２及びかご形回転子２３が収納されている。また、このケース２１Ｃの両側と凹部２１Ａとでかご形回転子２３の回転軸２３Ａを軸受２８を介して回転自在に支持している。
また、上記かご形回転子２３の一端に連結された遊星歯車機構２４は、かご形回転子２３の回転軸２３Ａの外端に形成された太陽歯車の外歯２４Ａと、この外歯２４Ａと噛合する複数の遊星歯車２４Ｂと、これらの遊星歯車２４Ｂと噛合し且つ上記ケース２１Ｃの外端内周面に形成された太陽歯車の内歯２４Ｃとを備え、上記ケース２１Ｃの外側に並設して構成されている。そして、各遊星歯車２４Ｂには軸２４Ｄを介してキャリア２５が連結されている。
また、その他のインホイールモータとしては、図５に示すように回転位置、速度を検出するためのエンコーダ１が付いたモータ２に、遊星歯車方式の減速機ユニット３を取り付けて減速し、その減速機出力軸４にホイール５およびタイヤ６が固定されて回転力を伝達している。輸送、案内等を目的とした移動ユニットや電気自動車では、常に駆動用モータのトルク増大が要求され減速機が不可欠である。また、移動ユニット等へは取付面７にて固定されている。移動ユニットの段差乗り越え能力に応じてタイヤの外径が決められており、また移動ユニット走行時の安定性や耐荷重、耐衝撃性等から、タイヤの幅寸法、補強用ホイールリブ８の形状、減速機ユニット外周の補助軸受９の配置が決められている。
従来のモータ一体型ホイールは、このような構造でモータ部とホイール部とが一体化されている。
【特許文献１】特開平７−５２６６４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電気式移動ユニットや電気自動車向けのモータ一体型ホイールにおいては、柔軟なデザイン、高速化、長時間走行等の目的から常に小形軽量化が要求されるが、従来のインホイールモータでは、特にモータ、エンコーダ部がホイール部より突出しており、移動ユニット等に取り付けた際に、内部に搭載する電気機器等との干渉が生じるため、全体が大きくなってしまい小型軽量化が難しかった。すなわち、タイヤの幅寸法と同程度の厚み内に中空式モータおよび減速機ユニットを内蔵できるモータ一体型ホイールが求められていた。
さらにこの構造は、移動ユニット等への取付面およびホイールを支持する軸受が、センタ寄りに配置されているため、タイヤが障害物等に衝突した際、モーメント荷重が大きく加わり、これを許容できる大きな軸受、および補強用に金属製のホイールリブが不可欠で、加工費用が高く、軽量化の妨げとなっていた。
また、回転位置、速度を検出するためにエンコーダが取り付けられており、エンコーダケーブル１１を含む大きさやコストの問題、また電子機器により構成されているため、衝撃、振動、周囲温度等の使用条件に関する制約があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、タイヤの幅寸法と同程度の厚み内に中空式モータおよび減速機ユニットを内蔵できるインホイールモータを提供し、使用用途を拡大することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、固定子と前記固定子の内部で回転するロータとを含み、内部に前記固定子が固定されたフレームと、前記ロータに連結され中空部を有する中空シャフトと、を備え、ホイールの内側に配置された中空モータと、減速機入力軸および減速機出力軸を有し前記中空部に配置された減速機ユニットと、を備え、前記中空シャフト、前記減速機入力軸、減速機出力軸、および前記ホイールの回転軸中心が一致し、前記減速機入力軸が、前記中空シャフトの軸方向の一方側に連結され、前記減速機出力軸が、前記中空シャフトの軸方向の他方側から前記ホイールに連結され、前記ホイールの内周面と前記フレームの外周面間であって前記一方側に補助軸受を配置し、前記フレームの軸方向の前記一方側であって前記補助軸受よりも前記一方側に、他のユニットへ取り付ける取付面を形成し、前記取付面は前記回転軸に対して略直交することを特徴とするインホイールモータである。
また、請求項２に記載の発明は、前記補助軸受の内輪側または外輪側の少なくとも一方に隙間を設けたものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、インホイールモータの実現により、タイヤの幅寸法と同程度の厚み内でモータ一体型ホイールを構成することができ、スペースに無駄のないコンパクトな形状にすることができる。これにより、移動ユニット等の小形軽量化、柔軟なデザインに対応でき、使用用途を拡大することができる。
また、回転するホイール部の内周側に配置した中空式モータのフレームを移動ユニット等への取付面としているため、このフレームが強度部材の役割を果たし、タイヤが障害物等に衝突した際のモーメント荷重が小さくなるため、補強用のホイールリブ等を設けることなく強度の問題を解決できる。
また、回転するホイール部と固定部である中空式モータのフレームの間に補助軸受を配置しているため、タイヤが障害物等に衝突した際のモーメント荷重が小さくなるため、補強用のホイールリブ等を設けることなく強度の問題を解決できる。
また、請求項２に記載の発明によると、衝撃を受けた時のみ軸受がホイール部を支持する構造であるため、補助軸受による機械的損失の増加を無視できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明のインホイールモータの構成を示す図である。図において、３は減速機ユニット、４は減速機出力軸、５はホイール、６はタイヤ、７は取付面、９は補助軸受、１０はモータ電力ケーブル、１２は中空モータ、１３は中空シャフト、１４は減速機入力軸、１５はＬ側（負荷側）軸受、１６はＮＬ側（反負荷側）軸受、１７は隙間である。
従来同様、移動ユニットの段差乗り越え能力に応じてタイヤの外径が決められており、また移動ユニット走行時の安定性や耐荷重、耐衝撃性等からタイヤの幅寸法が決められている。このタイヤの内側に中空式モータ１２を配置し、さらにその中心部に遊星歯車方式の減速機ユニットを配置して、タイヤの幅寸法と同程度の厚み内でモータ一体型ホイールを構成している。モータの出力軸である中空シャフト１３に減速機入力軸１４が固定されており、減速された減速機出力軸にホイールを固定して回転力を伝達する仕組みである。これにより、ホイール部から突出するものがなくなり、スペースに無駄のないコンパクトな形状にすることができる。
また、回転位置、速度の検出については、モータ電力ケーブル１０のみを用いて、これにモータの運転周波数とは異なる周波数の電圧をモータ電圧に重畳し、重畳した高周波電圧によって流れる高周波電流のインピーダンスの突極性を利用して磁極位置、速度を求めるエンコーダレス方式を採用している。これにより、電子機器により構成されたエンコーダを取り付ける必要なくなるため、ケーブルを含む大きさやコストの問題、および衝撃、振動、周囲温度等の使用条件に関する制約を無くすことができる。
次に、回転するホイール部の内周側に配置した中空式モータのフレームを、移動ユニット等への取付面としており、この中空式モータのフレームと回転するホイール部の間に補助軸受を配置し、この軸受の外輪側に数十ミクロン・メートルの微小な隙間１７を設けている。強度部材の役割を果たすフレームの外周に補助軸受を配置したことで、タイヤが衝突した際に受けるラジアル、スラスト方向のモーメント荷重が小さくなり、従来のような大きな軸受や補強用のホイールリブの加工が不要となる。また、外径の大きな軸受を使用する際に、摩擦によって機械的損失が増加しモータ効率の低下が懸念されるが、この構造では通常、補助軸受の外輪側に隙間が設けられており、衝撃を受けた時のみ軸受がホイール部を支持する構造であるため、補助軸受による機械的損失の増加を無視できる。また、この補助軸受の内輪側に隙間を設けた構造でも、同様の効果が得られる。
以上述べた構成により、タイヤの幅寸法と同程度の厚み内に中空式モータおよび減速機ユニットを内蔵したインホイールモータを実現することができる。
【実施例２】
【０００８】
図２は、本発明の実施例２のインホイールモータを示す図である。
実施例１でのＮＬ側軸受１６の替わりに外径の小さな小形軸受１８を配置してモータのロータ部を支持する構造としたことで、軸受の摩擦による機械的損失が低減し、モータの効率を向上することができる。
【実施例３】
【０００９】
図３は、本発明の実施例３のインホイールモータを示す図である。
実施例２と同様の目的で、モータのロータ部をＮＬ側軸受１６と外径の小さな小形軸受１８で指示する構造としており、軸受の摩擦による機械的損失を低減できる。さらに、従来のＬ側軸受の支持部がなくなり、ロータの慣性モーメントが小さくなるため、始動・停止指令への応答性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施例を示すインホイールモータの構造図
【図２】本発明の第２実施例を示すインホイールモータの構造図
【図３】本発明の第３実施例を示すインホイールモータの構造図
【図４】従来の第１のインホイールモータの構造図
【図５】従来の第２のインホイールモータの構造図
【符号の説明】
【００１１】
１  エンコーダ
２  モータ
３  減速機ユニット
４  減速機出力軸
５  ホイール
６  タイヤ
７  取付面
８  ホイールリブ
９  補助軸受
１０  モータ電力ケーブル
１１  エンコーダケーブル
１２  中空式モータ
１３  中空シャフト
１４  減速機入力軸
１５  Ｌ側軸受
１６  ＮＬ側軸受
１７  隙間
１８  小形軸受
【図１】
0005040153.tif 000002
【図２】
0005040153.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005040153.tif 000005
【図５】
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