《 技術論文 》

22.5インチホイール組込形大形バス用インホイールモータシステムの開発
Development of In-wheel Motor System for Large-size Bus
using 22.5inch Wheel Mounted Motor
This paper presents an in-wheel motor drive system for large-size bus using 22.5inch wheels, which system consists ofin-wheel motors, water-cooled PWM inverters and water-cooled chopper. The in-wheel motor is a type of direct drive without
reduction gear, mounted inside wheel. The bus is a special experimental model provided with 4-wheel drive and 4-wheel steering.
From test results, it is confirmed that the acceleration of experimental bus is a sufficient value and our system is useful for apure EV buses.

今柳田明夫

Akio Imayanagita

１．まえがき桐谷知明

Tomoaki Kiriya

有村教世

Michiyo Arimura

中村雅憲

Masanori Nakamura

ルに22.5インチホイール用として新たに開発したものであり，筆者らはギアなどを一切使用しないダイレクトドライブ方式のインホイールモータとその専用インバータ装置の研究・開発を実施してきた。乗用車用としては 19～20 インチホイール用の，１モータ当たり 518Nm，25.5kWのものを開発し，報告した(1)。

永久磁石形同期電動機でアウターロータ形構造，固定子巻線は集中巻を採用している。
今回の適用ではバスを４輪駆動，４輪操舵をすることから，車載用として４台製作した。
定格トルクは 800Nm／台（以下，１台あたりの数値）で，今般，バス・トラック用として22.5インチサイズのホイー

最大トルクは 2000Nm，定格出力は 30kW，最大出力は 75kW

ル装着用の，１輪当たり2000Nm，75kW の駆動システムをである。定格回転数は 350min-1であり，最高回転数 460min-1開発したので，その概要を報告する。の設計である。最大定格時の時間定格は 30 秒間の計画である。

２．システム構成

図２にインホイールモータの構造を示す。モータはフロ

筆者らは，モータ全体がホイールの内部に収容できることを目指しており，今回もそれに沿ったものになっている。
今回開発した，インホイールモータシステムは，インホイールモータ，インバータ，チョッパ，リチウムイオン電池，キャパシタ（電気二重層コンデンサ）から構成されてントアクスル（バス用）に取り付く構造で，モータ自身には軸受を持っていなく，ハブ軸受を兼用している。
モータの固定子はブレーキドラムを取り付けているバッ
クプレートとナックルとの間に挟まれるように装着している。また，回転子はブレーキドラムを新製し，そのブレーキドラム外周部分に回転子が取り付く構造としている。

おり，以下それぞれ説明する。
車載用システムは図１に示すとおり，アクセルペダルに2.2インバータ相当するトルク指令はポテンショメータによるアナログ信号をディジタル信号に変換して，ＣＡＮにて通信し，４台のインバータに同一のトルク指令を送っている。本システ
ムでは，回生エネルギーの吸収はキャパシタが受け持ち，リチウムイオン電池には充電されないようにチョッパで制インバータは22.5インチ用として新たに開発した水冷式のものであり，前述のインホイールモータを２台駆動できるように１ケース内に２ユニットのインバータを搭載したものである。
直流入力電圧は600V 級で，交流出力はＡＣ400V 級であ御を行っている。

る。容量は１ユニット当たり50kW（最大75kW）で，永久磁2.1

インホイールモータ

石電動機を制御するＰＷＭベクトル制御インバータである。

インホイールモータはあらかじめ準備したバスのアクス-9
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図１

インホイールモータのドライブシステム

Fig. 1 Drive system of in-wheel motor

表１インホイールモータの仕様

Table 1 Specification of in-wheel motorｋW

定格最大定格

最大30753075

トルク

(Nm)

818

2046

622

1557

電圧(V)

305

400

400

400電流

(A)

6715553134

効率(%)

89838986

力率(%)

95839193

タイヤ

ホイール

回転速度（min-1)

350

回転子
固定子

460
ドラム

基本は当社の永久磁石電動機であるＥＤモータ駆動用ベクトル制御インバータＥＤ６４をベースに車載用とし，さらに水冷化したものである。上位コンピュータや，インバータ同士，また対チョッパとの通信は，車載標準のＣＡＮを採用し，最速で2ms 間隔での高速通信が可能である。
2.3チョッパ
図２

チョッパはキャパシタ（電気二重層コンデンサ）の充放電

インホイールモータの構造

Fig.2 Structure of in-wheel motorのために用意したもので，公称直流電圧600V，電流は550Aである。

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１台のチョッパで車両１台分（インバータとしては４輪分）のエネルギーの充放電が制御可能である。

図９に示す。
また，キャパシタは６個を１箱に収納し，電池と同様配線

通常は，キャパシタ電圧は，最高電圧の約１／３の電圧を保つが，回生モードに入り，バッテリを充電する方向に電流のしやすさと安全上の配慮を行った。その様子を図１０に示す。

が流れると，それを検出してチョッパ～キャパシタ側に分流

なお，モータ，インバータなどの高圧部分は自動車用に合させるように制御し，回生エネルギーをキャパシタに吸収す

わせて，すべてオレンジ色のシールド線を使用し，安全上のる。その後，力行モードに入り，バッテリを放電する方向に配慮とＥＭＣ対策を行った。

電流が流れると，キャパシタに蓄えられたエネルギーを放出する方向に制御する。
2.4

リチウムイオン電池

主電源としてリチウムイオン電池を22個搭載し，すべて直列接続で使用する。公称容量は40Ah で，公称電圧は26.6V である。
これを22個直列にすることで585.2V の電圧を得ている。
単体の質量は17kg で全体では374kg となる。
2.5キャパシタ回生エネルギーを回収するため，キャパシタ（電気二重層コンデンサ）を12個用意し，チョッパ１台で回生エネルギーの制御を行っている。
１個あたりの静電容量は65F で，定格電圧は54V（2.7V，20個直列），最大電流550A であり，質量は6.7kg，12個では約80kg である。

図３３．実験車への装着
3.1

固定子の外観Fig.3 Outline view of motor stator

インホイールモータ

磁気回路を形成する部分はケイ素鋼板を用い，その他の部分は軽量化のため，アルミのダイキャストを使用している。
永久磁石は Nd-Fe-B 系の希土類磁石を用いており，コギングトルクを減少させるため，スキュー相当を回転子で実施している。
固定子は上述のように集中巻を採用しており，毎極毎相溝数はもっとも一般的なｑ＝０.５を採用している。なお，モータ単体での製品質量は約80kg である。
図３に固定子の外観，図４に回転子の外観，図５にフロントアクスル部の取り付け状況の写真を示す。
3.2

インバータ・チョッパ

インバータおよびチョッパの外箱はモータと同様アルミダイキャスト製で，冷却用の水路は箱の裏側に配置している。
図６はバスの車室内に搭載したインバータ２台とチョッパ
図４の外観写真である。なお，インバータおよびチョッパの質量

回転子の外観Fig.4 Outline view of motor rotor

はそれぞれ約 20kg および約 14kg であり，図７および図８にそれぞれの外観を示す。
3.3

リチウムイオン電池とキャパシタ

リチウムイオン電池は2個直列接続したものを１箱に収納し，配線のしやすさと安全上の配慮を行った。その状態を-11
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図８
図５

チョッパの外観

Fig. 8 External view of chopper

フロントアクスル部の写真

Fig.5 Front axle with in-wheel motor

図６インバータ，チョッパの搭載状況

Fig. 6 Outline view of inverter and chopper

図９電池箱内部

Fig. 9 Internal view of battery box

図１０キャパシタの収納状態

Fig. 10 Internal view of battery box
図７インバータの外観写真

Fig. 7 External view of inverter-12
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8841,8842 MEM DATA 10-07-2005 15:33:39 4 2.00E-03 "S"

300.008841,8842 MEM
DATA 10-07-2005
15:33:39 4 2.00E-03" "200.00100.00U 相電流（A）

0.00-100.00

0510

15

20

2530

35

40

45

-200.00-300.00
8841,8842 MEM DATA 10-07-2005 15:33:39 4 2.00E-03 "S"

300.008841,8842 MEMDATA 10-07-2005
15:33:39 4 2.00E-03" "200.00100.00V 相電流（A）

0.00
051015202530354045

0510152025303540

45-500.00 0

51015202530

3540

45

-100.00-200.00-300.00

車速（km/h）

50.00
45.00
40.00
35.00
30.00
25.00
20.00
15.00
10.00
5.00
0.00

2500.00
2000.00
1500.00

トルク指令（Nm）

1000.00
500.000.00

図１１

最大加速試験

fig.11 Test result ( Max acceleration )４．走行試験

５．まとめ

以上の装備を施したバスにて，まず力行のみの試験準備が整ったので，某所で走行試験した。

以上，22.5 インチリム用ダイレクトドライブ方式の最大75kW（１輪当たり）インホイールモータの開発とその試験

バスの車重は，上記装備付き，空車で約8730kg，運転手他

結果について報告し，バス用として十分な加速トルクを発生していることを，実車試験によって明らかにした。

５人乗り組んで，最大加速試験を実施した。
搭載したバッテリの容量制限から，約100kW 相当の電力

なお，本開発は，ＮＥＤＯ技術開発機構から平成１６年度しか期待できないので，実験可能であった平坦路での0～の「民生部門等地球温暖化対策実証モデル評価事業」に係わ40km/h までの最大加速試験結果を図１１に示す。５人乗り，る補助金の交付を受けて実施したことを附記し，ご協力戴い約9030kg のバスが，約7.2秒で40km/h まで加速している。

た関係各位に深謝するものである。

これは走行抵抗等を無視すれば，約13,940N の牽引力で引っ張った事になり，タイヤ径(315/60R22.5)を0.96m とすれば，参考文献１輪あたり約1670Nm のトルクを発生していることになる。
走行抵抗の正確な値は，まだ掴めていないが，モータ最大ト
ルクが2000Nm であることから，これに近いトルクを発生し（1） 桐谷知明，野田幸宏，今柳田明夫，中村雅憲，永井秀憲：「電気自動車用ダイレクトドライブインホイールているものと予想している。

モータシステムの開発」電気学会自動車研究会
VT-04-20 2004-13
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執筆者略歴今柳田明夫

1968年入社。相模工場設計部を経て現在 IWV開発室所属。車載用制御装置開発に従事。
電気学会会員。

中村

桐谷知明

有村

1993年入社。技術研究所を経て現在 IWV 開発室所属。車載用制御装置開発に従事。
電気学会会員。

教世

2005年入社。IWV 開発室配属。現在，車載用制御装置開発に従事。
電気学会会員。

雅憲

1979年入社。技術研究所を経て現在 IWV 開発室。車載用回転機開発に従事。
工学博士。
電気学会上級会員。

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