CN103402786A - 轮胎车轮组装体 - Google Patents
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Abstract
本发明目的在于提供一种适合轮毂电机方式的轮胎车轮组装体，其纵向刚性适当降低，能够确保适当的接地面积，进而确保周向力的传递良好。因此，轮胎车轮组装体（10）含有：圆筒形状的环状结构体（11）；在环状结构体（11）的外周部，朝向环状结构体（11）的周向设置的橡胶材料层（14）；以及设置在环状结构体（11）与配置在环状结构体（11）内侧的电动机（20）之间，将电动机（20）中转子（20R）的旋转传递给环状结构体（11）的多个弯曲的金属弹簧构件（13）。
Description
技术领域
本发明涉及一种轮胎车轮组装体。
背景技术
作为全球变暖的对策，现正为了减少汽车产生的二氧化碳量而推动电动机与汽油发动机的并用（混合动力车）以及电动机化（电动汽车）。使用电动机作为车辆的动力源时，已知有在车轮空间中装入电动机和制动器装置的轮毂电机方式（专利文献1、2）。此外，由于轮毂电机方式采用在车轮内部配置电动机的构造，因此电动机产生的热量容易积蓄在车轮内部。因此，希望有一种易于散发电动机产生的热量的构造。在轮毂电机方式中，作为改善散热的技术，专利文献3、4中记载的技术是众所周知的。轮毂电机方式能够省去驱动轴和差速齿轮等动力传递零件，同时还能够在车体内确保较大体积，因此有助于车辆的紧凑化。此外，轮毂电机方式易于方向盘的制动/驱动，可显现以往车辆没有的驾驶性能，其作为未来的EV（Electric Vehicle，电动汽车）系统受到了人们关注。例如，将轮毂电机安装在4轮或者左右轮中的车辆，可利用电动机的高响应性、产生扭矩的精度、以及正转反转的特性，高度控制车辆姿势，从而有望发挥较高的车辆运动性能。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本专利特开2004-152416号公报
【专利文献2】日本专利特开2004-115014号公报
【专利文献3】日本专利特开平5-104969号公报
【专利文献4】日本专利特开2006-246678号公报
发明概要
发明拟解决的问题
与车体内装有发动机的车辆相比，轮毂电机方式的车辆由于将电动机安装在车轮内而使得簧下质量增加，有时会降低接地特性和乘坐舒适性。
为了发挥电动机的高响应性，轮毂电机方式的车辆必须及时将旋转扭矩变动传递给路面。因此，轮毂电机方式的车辆要求轮胎车轮组装体具有旋转方向刚性高且损失少的特性。此外，轮毂电机方式的车辆要求轮胎车轮组装体具有稳定的轮胎与路面的接地特性（摩擦）。
另一方面，轮毂电机方式的车辆由于簧下质量增大，因此优选轮胎车轮组装体尽可能轻量化。除此之外，还要求轮胎车轮组装体避免上下方向刚性过大，尽量减轻乘坐舒适性的恶化。
用于轮毂电机方式车辆的轮胎车轮组装体所需要的刚性平衡，是一种接地压力最佳且均匀，同时轮胎周向响应性高，并且轮胎纵向刚性适当降低的刚性平衡。但是，作为充气轮胎的特征，刚性会随气压变动而变动。因此，充气轮胎无法分别单独控制纵向刚性、横向刚性、以及周向刚性，如果提高气压，则纵向刚性、横向刚性、以及周向刚性会上升。此外，专利文献3、4中记载的技术用于大型装置，缺乏实用性。
本发明鉴于上述问题而开发完成，目的在于提供一种适合轮毂电机方式的轮胎车轮组装体，其纵向刚性适当降低，能够确保适当的接地面积，进而确保周向力的传递良好。
发明内容
用于解决上述课题的手段，是一种轮胎车轮组装体，其特征在于，含有：圆筒形状的环状结构体；在所述环状结构体的外周部，朝向所述环状结构体的周向设置的橡胶材料层；以及设置在所述环状结构体与配置在所述环状结构体内侧的电动机之间，将所述电动机中转子的旋转传递给所述环状结构体的多个弯曲的金属弹簧构件。
作为上述手段的更优选方式，希望具有内侧环状结构体，其为圆筒形状的结构体，配置在所述环状结构体的内侧，连接所述多个金属弹簧构件，所述内侧环状结构体与所述转子连接。
作为上述手段的更优选方式，希望所述环状结构体的材料是厚度0.2mm以上1.0mm以下的不锈钢或者钢。
作为上述手段的更优选方式，希望所述环状结构体的材料是厚度大于1.0mm且5.0mm以下的不锈钢、钢、铝、或者铝合金。
作为上述手段的更优选方式，希望所述环状结构体的弹性率与厚度之积为10以上500以下。
作为上述手段的更优选方式，希望所述环状结构体的弹性率与厚度之积为15以上400以下。
作为上述手段的更优选方式，希望所述金属弹簧构件的厚度为0.2mm以上0.6mm以下。
作为上述手段的更优选方式，希望所述金属弹簧构件的弹性率为70GPa以上250GPa以下。
作为上述手段的更优选方式，希望所述金属弹簧构件的弹性率为80GPa以上230GPa以下。
作为上述手段的更优选方式，希望所述金属弹簧构件朝向所述环状结构体的周向配置20片以上120片以下。
作为上述手段的更优选方式，希望所述金属弹簧构件朝向所述环状结构体的周向配置30片以上90片以下。
发明效果
本发明可提供一种适合轮毂电机方式的轮胎车轮组装体，其纵向刚性适当降低，接地部分能够确保适当的接地面积，进而确保周向力的传递良好。
附图说明
图1是本实施例所述轮胎车轮组装体的正面图。
图2是图1中的A-A剖面图。
图3是环状结构体的立体图。
图4是表示环状结构体以及橡胶材料层的剖面图。
图5是表示环状结构体、内侧环状结构体、以及金属弹簧构件的局部侧面图。
图6是表示金属弹簧构件之配置改进例的说明图。
图7是表示金属弹簧构件之配置改进例的说明图。
图8是表示金属弹簧构件之配置改进例的说明图。
图9是图8中的B-B剖面图。
图10是表示内转子式电动机的侧面图。
图11是图10中的C-C剖面图。
图12是表示将本实施例所述轮胎车轮组装体安装到内转子式电动机上状态的剖面图。
具体实施方式
以下参照附图，详细说明具体实施方式（实施例）。本发明并不限定于以下实施例中记载的内容。此外，在下述构成要素中，包含本行业普通技术人员容易推想的、以及实质上相同的内容。进而，以下记载的构成要素可适当加以组合。
图1是本实施例所述轮胎车轮组装体的正面图。图2是图1中的A-A剖面图。轮胎车轮组装体10例如是安装在使车辆行驶的电动机20上被驱动的。通过组合轮胎车轮组装体10与电动机20，将构成车辆行驶装置100。轮胎车轮组装体10含有环状结构体11、橡胶材料层14、以及金属弹簧构件13。本实施例中，轮胎车轮组装体10虽然还含有内侧环状结构体12，但其并非必须的。
环状结构体11是圆筒形状的结构体。橡胶材料层14在环状结构体11的外周部，朝向环状结构体11的周向设置，覆盖环状结构体11的外周部。橡胶材料层14的表面是与路面接地的胎面。金属弹簧构件13是弯曲的构件。多个金属弹簧构件13设置在环状结构体11与配置在环状结构体11内侧的电动机20之间，将电动机20中转子20R的旋转传递给环状结构体11。内侧环状结构体12是配置在环状结构体11内侧的圆筒形状的结构体，与环状结构体11同样，是用金属材料制成的。内侧环状结构体12连接多个金属弹簧构件13。而且，内侧环状结构体12与转子20R连接。当金属弹簧构件13直接与转子20R连接时，则无需内侧环状结构体12。
如图1、图2所示，电动机20是转子20R配置在定子20S外侧的外转子型电动机。电动机20采用安装在车辆悬架装置上的所谓轮毂电机方式。转子20R含有环状结构体即转子箱21、以及安装在转子箱21内周部的永久磁铁22。永久磁铁22的S极和N极朝向转子箱21的周向交替配置。转子箱21的中心部装有轴25。
定子20S配置在转子20R具有的永久磁铁22的内侧。定子20S的多个线圈23设置在定子主体24的外周部。定子主体24在中心部具有轴承26。上述轴25通过轴承26支撑在定子主体24上。通过这种构造，转子20R便能够以旋转轴Z为中心，在定子主体24的周围旋转。本实施例中，轮胎车轮组装体10是通过内侧环状结构体12安装在转子20R的外侧，因此当电动机20的转子20R旋转时，轮胎车轮组装体10便与转子20R一同在电动机20旋转轴Z的周围旋转。
图3是环状结构体的立体图。图4是表示环状结构体以及橡胶材料层的剖面图。图5是表示环状结构体、内侧环状结构体、以及金属弹簧构件的局部侧面图。如图3所示，环状结构体11往周向具有一定宽度（与环状结构体11旋转轴Z平行的方向上的尺寸）W。本实施例中，环状结构体11例如是用钢、不锈钢、或者铝合金等金属材料制成的。
环状结构体11的弹性率优选为70GPa以上250GPa以下。此外，环状结构体11的厚度t在0.1mm以上5.0mm以下范围内，优选根据环状结构体11的材料种类设为适当大小。环状结构体11的弹性率与厚度t之积（称为刚性参数）优选为10以上500以下，更优选为15以上400以下。通过将刚性参数设为上述范围，环状结构体11在子午剖面内的刚性将增大。因此，作为轮胎车轮组装体10胎面部的橡胶材料层14与路面接地时，通过环状结构体11，作为胎面部的橡胶材料层14在子午剖面内的变形将获得抑制。其结果，轮胎车轮组装体10中，随所述变形产生的粘弹性能量损失将获得抑制。此外，通过将刚性参数设为上述范围，环状结构体11在径向上的刚性将减小。因此，与以往充气轮胎同样，轮胎车轮组装体10的胎面部将在与路面的接地部柔软变形。通过这种功能，轮胎车轮组装体10将在避免接地部的局部变形和应力集中的同时进行偏心变形，因此能够分散接地部的变形。其结果，轮胎车轮组装体10中，接地部的橡胶材料层14的局部变形将获得抑制，因此将确保适当的接地面积，减少滚动阻力。进而，通过将刚性参数设为上述范围，能够确保耐压性能，同时确保循环弯曲的耐久性。
进而，轮胎车轮组装体10中，由于能够确保环状结构体11在子午剖面内的较大刚性、以及橡胶材料层14的接地面积，因此能够确保周向上的接地长度，从而在输入舵角时发生的横力变大。其结果，轮胎车轮组装体10将能够获得较大的转向功率。
当环状结构体11的厚度（环状结构体11径向上的尺寸）t为0.2mm以上1.0mm以下时，环状结构体11的材料是使用不锈钢或者钢。当环状结构体11的厚度（环状结构体11径向上的尺寸）t大于1.0mm且5.0mm以下时，环状结构体11的材料是使用不锈钢、钢、或者铝合金。由此，易于将刚性参数设定在上述范围内。
如上所述，图4所示的橡胶材料层14是轮胎车轮组装体10的胎面部。橡胶材料层14可使用与现有充气轮胎相同的橡胶材料。虽然图4中已经省略，但优选在橡胶材料层14的表面（外周面）设置主槽或者胎纹槽，形成胎面花纹。另外，橡胶材料层14也可使用金属纤维或者有机纤维等进行增强。橡胶材料层14与环状结构体11例如可使用粘合剂进行粘合。
如图5所示，金属弹簧构件13是剖面圆弧状的构件。金属弹簧构件13的材料例如可使用钢、不锈钢、以及弹簧钢等适合弹簧的金属材料。此外，本实施例中，内侧环状结构体12例如是用钢、不锈钢、或者铝合金等金属材料制成的。如上所述，金属弹簧构件13配置在环状结构体11与内侧环状结构体12之间。而且，金属弹簧构件13的一个端部13TA固定在环状结构体11的内周面，另一个端部13TB固定在内侧环状结构体12的外周面。通过这种构造，多个金属弹簧构件13连接环状结构体11与内侧环状结构体12。
金属弹簧构件13、环状结构体11、以及内侧环状结构体12例如优选通过螺丝固定、焊接、以及铆接等方法进行固定。如此，能够切实将其固定。此外，通过螺丝固定时，具有可拆卸成金属弹簧构件13、环状结构体11、以及内侧环状结构体12的优点。不使用内侧环状结构体12时，金属弹簧构件13将直接安装在电动机20的转子箱21上。此时，也可采用螺丝固定、焊接、以及铆接等方法将两者固定。
多个金属弹簧构件13中，相当于圆弧弯曲部的部分朝向环状结构体11及内侧环状结构体12的周向（图5中箭头C表示的方向），相当于圆弧弦的部分与环状结构体11及内侧环状结构体12的径向大致平行。通过这种构造，轮胎车轮组装体10将通过金属弹簧构件13的弯曲来吸收由路面受到的力。如此，通过使用金属弹簧构件13，轮胎车轮组装体10能够适当降低纵向的刚性。
金属弹簧构件13的长度方向（与圆弧形状的端面正交的方向）配置为与环状结构体11及内侧环状结构体12的宽度方向大致平行。金属弹簧构件13虽然长度方向的刚性较高，但使相当于圆弧弦的部分进行伸缩的方向的刚性较低。因此，通过将金属弹簧构件13中相当于圆弧弯曲部的部分朝向环状结构体11及内侧环状结构体12的周向配置，能够提高轮胎车轮组装体10的横向刚性，并且适当降低纵向刚性。
金属弹簧构件13在环状结构体11与内侧环状结构体12之间传递力。即，金属弹簧构件13通过环状结构体11，将来自电动机20的驱动力传递给橡胶材料层14，或者通过环状结构体11，将来自橡胶材料层14的制动力传递给电动机20。通过使用金属弹簧构件13，轮胎车轮组装体10中，环状结构体11与内侧环状结构体12之间往周向的力传递效率将提高。金属弹簧构件13的宽度（与环状结构体11旋转轴Z平行方向上的尺寸）是环状结构体11宽度以下的适当大小。此外，金属弹簧构件13的厚度考虑电动机20与环状结构体11之间传递动力的大小、金属弹簧构件13吸收的冲击力大小、以及金属弹簧构件13的材料等而决定。
此外，本实施例中，环状结构体11、金属弹簧构件13、以及内侧环状结构体12均为金属材料。因此，这是一种电动机20的热量易于传递给它们的构造。电动机20产生动力时发生的热量将通过内侧环状结构体12，传递给金属弹簧构件13。金属弹簧构件13则将该热量散发到空气中。轮胎车轮组装体10具有多个金属弹簧构件13，因此能够增大散热面积。此外，由于金属弹簧构件13可旋转，因此向空气散热的效果将增强。进而，从内侧环状结构体12及金属弹簧构件13接收热量的环状结构体11也会散热，因此轮胎车轮组装体10能够有效散发电动机20的热量。
轮毂电机方式时，电动机配置在车轮内，因此存在电动机产生的热量易积蓄的趋势。如上所述，轮胎车轮组装体10能够通过多个金属弹簧构件13，将电动机20的热量有效地散发到空气中。如此，轮胎车轮组装体10适用于轮毂电机方式。
金属弹簧构件13的厚度优选为0.2mm以上0.6mm以下。此外，弹性率（杨氏弹性模量）优选为70GPa以上250GPa以下。更优选为80GPa以上230GPa以下。金属弹簧构件13优选朝向环状结构体10的周向配置20片以上120片以下，更优选为30片以上90片以下。在该范围内时，能够确保均匀性，同时能够抑制重量及制造成本的增加。
图6～图8是表示金属弹簧构件之配置改进例的说明图。图9是图8中的B-B剖面图。如图6所示，剖面圆弧形状的金属弹簧构件13中，相邻一对金属弹簧构件13的圆弧凸侧之间也可对向。如此，在金属弹簧构件13将来自电动机20的驱动力传递给环状结构体11时、以及金属弹簧构件13将来自橡胶材料层14的制动力传递给电动机20时，能够使承受拉伸力的金属弹簧构件13数量与承受压缩力的金属弹簧构件13数量相等。此外，如图7所示，也可将剖面圆弧形状的金属弹簧构件13a的两端部固定到内侧环状结构体12（如图1所示，或者电动机20的转子箱21），并将金属弹簧构件13a的凸部外侧固定到环状结构体11。
图9所示的剖面圆弧形状的金属弹簧构件13b，是将图5所示的金属弹簧构件13配置方向旋转了90度。即，如图9所示，金属弹簧构件13b中，相当于圆弧弯曲部的部分朝向环状结构体11及内侧环状结构体12的宽度方向（图9中箭头W所示的方向）。图9所示的例中，金属弹簧构件12配置为圆弧的凸部朝向宽度方向外侧，但也可配置为圆弧的凹部朝向宽度方向外侧。通过如此配置金属弹簧构件13b，从内侧环状结构体12往环状结构体11的周向（图9中箭头C所示的方向）上的力传递效率将进一步提高。此外，金属弹簧构件13虽然长度方向的刚性较高，但使相当于圆弧弦的部分进行伸缩的方向的刚性较低。因此，通过使用金属弹簧构件13，能够适当降低图1所示轮胎车轮组装体10的纵向刚性。如此，通过配置金属弹簧构件13b，能够相对降低图1所示轮胎车轮组装体10的纵向刚性，并提高环状结构体11与内侧环状结构体12之间在周向上的力传递效率。
图1所示的车辆行驶装置100具有外转子型的电动机20。外转子型时，电磁效应点偏离旋转中心，因此能够获得较大的转矩，并能够显现较大的旋转驱动扭矩。其结果，外转子型无需在电动机20与驱动部（橡胶材料层14）之间设置减速齿轮等，能够直接对驱动部进行驱动。因此，外转子型可及时传递动力，也几乎不会因减速齿轮等零件的动力传递而产生能量损失，所以能量的传递效率高。但是，外转子型需要埋有永久磁铁的外径较大的外转子（转子箱21），因此电动机20自身的重量增大。其结果，在外转子型中，电动机、制动器、轮毂、车轮、以及轮胎等所谓的簧下质量将增加，存在凹凸路面行驶时接地稳定性或者乘坐舒适性发生降低之虞。本实施例的轮胎车轮组装体10由于在环状结构体11的径向外侧配置橡胶材料层14，因此将限制重量的增加，所以尤其适用于外转子型轮毂电机。
上述例中，通过金属弹簧构件13、13a、13b而在环状结构体11与内侧环状结构体12之间不断传递力，轮胎车轮组装体10吸收了来自路面受到的力。但是，所述吸收力的方式并不限定于金属弹簧构件13等，例如也可采用变形能量损失较小的橡胶材料，使用空气悬架气室。
图10是表示内转子式电动机的侧面图。图11是图10中的C-C剖面图。图12是表示将本实施例所述轮胎车轮组装体安装到内转子式电动机上状态的剖面图。如图10、图11所示，内转子式电动机30的转子30R配置在定子30S的内侧。电动机30采用安装在车辆悬架装置上的所谓轮毂电机方式。转子30R含有圆筒形状的结构体即转子主体34、以及安装在转子主体34外周部的永久磁铁32。永久磁铁32的S极和N极朝向转子主体34的周向交替配置。转子主体34的中心部装有轴35。轴35上连接有转子支架31。转子支架31的外周部装有图1所示的轮胎车轮组装体10。
定子30S配置在转子30R具有的永久磁铁22的外侧。定子30S的多个线圈33设置在定子主体36的内周部。定子主体36在中心部具有轴承37。上述轴35通过轴承37支撑在定子主体36上。通过这种构造，转子30R的永久磁铁32及转子主体34便能够以旋转轴Z为中心，在定子主体36的内侧旋转。另外，定子主体36固定在车辆上。
如图12所示，通过组合轮胎车轮组装体10与电动机20，将构成车辆行驶装置100a。如此，轮胎车轮组装体10将通过内侧环状结构体12安装到转子30R的转子支架31外侧。因此，当电动机30的转子30R旋转时，轮胎车轮组装体10将与转子30R一同在电动机30的旋转轴Z周围旋转。如此，本实施例中，不管是外转子式电动机还是内转子式电动机，都能够安装轮胎车轮组装体10。轮胎车轮组装体10安装到内转子式电动机上时，也能够获得上述散发电动机产生热量的效果。
上述本实施例所述轮胎车轮组装体是通过多个剖面圆弧形状的金属弹簧构件，将外周部具有橡胶材料层的环状结构体与电动机的转子连接。如此，轮胎车轮组装体能够将电动机产生的热量有效散发到空气中，因此即使是容易积蓄电动机热量的轮毂电机方式的车辆行驶装置，也易于确保散热，所以是优选的。
此外，本实施例所述轮胎车轮组装体是使用较薄金属的环状结构体与多个金属弹簧构件，因此能够将整体重量限制为较小的。进而，本实施例所述轮胎车轮组装体能够减少橡胶的使用量，因此能够抑制磁滞损失，降低滚动阻力。此外，本实施例所述轮胎车轮组装体中，与地面接触部分以外的部位是使用变形所致能量损失几乎接近于零的金属材料，因此能够尽可能减小轮胎的滚动阻力。其结果是，能够实现燃料消费量的减少。
与内转子式电动机相比，外转子式电动机从中心轴到电磁效应点的距离较大，因此相同电力可获得更大的扭矩。因此，轮毂电机方式的车辆行驶装置中使用的电动机优选为外转子式电动机。然而，外转子式由于转子及定子的外径较大，因此存在重量也增大的趋势。本实施例的轮胎车轮组装体可由较薄的金属材料构成环状结构体、金属弹簧构件、以及内侧环状结构体，因此能够整体上实现轻量化。因此，即使将外转子式电动机用于轮毂电机方式的车辆行驶装置，也能够限制簧下质量的增加。
工业实用性
如上所述，本发明所述轮胎车轮组装体可用于采用轮毂电机方式的车辆中。
符号说明
10 轮胎车轮组装体
11 环状结构体
12 内侧环状结构体
13、13a 金属弹簧构件
13TA、13TB 端部
14 橡胶材料层
20、30 电动机
20R、30R 转子
20S、30S 定子
21 转子箱
22、32 永久磁铁
23、33 线圈
24、36 定子主体
25、35 轴
26、37 轴承
31 转子支架
34 转子主体
100、100a 车辆行驶装置
Claims (11)
1.一种轮胎车轮组装体，其特征在于，含有：圆筒形状的环状结构体；
在所述环状结构体的外周部，朝向所述环状结构体的周向设置的橡胶材料层；以及
设置在所述环状结构体与配置在所述环状结构体内侧的电动机之间，将所述电动机中转子的旋转传递给所述环状结构体的多个弯曲的金属弹簧构件。
2.如权利要求1所述的轮胎车轮组装体，其特征在于，具有内侧环状结构体，其为圆筒形状的结构体，配置在所述环状结构体的内侧，连接所述多个金属弹簧构件，
所述内侧环状结构体与所述转子连接。
3.如权利要求1或2所述的轮胎车轮组装体，其特征在于，所述环状结构体的材料是厚度0.2mm以上1.0mm以下的不锈钢或者钢。
4.如权利要求1或2所述的轮胎车轮组装体，其特征在于，所述环状结构体的材料是厚度大于1.0mm且5.0mm以下的不锈钢、钢、铝、或者铝合金。
5.如权利要求1至4中任一项所述的轮胎车轮组装体，其特征在于，所述环状结构体的弹性率与厚度之积为10以上500以下。
6.如权利要求1至4中任一项所述的轮胎车轮组装体，其特征在于，所述环状结构体的弹性率与厚度之积为15以上400以下。
7.如权利要求1至6中任一项所述的轮胎车轮组装体，其特征在于，所述金属弹簧构件的厚度为0.2mm以上0.6mm以下。
8.如权利要求1至7中任一项所述的轮胎车轮组装体，其特征在于，所述金属弹簧构件的弹性率为70GPa以上250GPa以下。
9.如权利要求1至7中任一项所述的轮胎车轮组装体，其特征在于，所述金属弹簧构件的弹性率为80GPa以上230GPa以下。
10.如权利要求1至9中任一项所述的轮胎车轮组装体，其特征在于，所述金属弹簧构件朝向所述环状结构体的周向配置20片以上120片以下。
11.如权利要求1至9中任一项所述的轮胎车轮组装体，其特征在于，所述金属弹簧构件朝向所述环状结构体的周向配置30片以上90片以下。
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