DE112012001142T5

DE112012001142T5 - Reifen/Rad-Anordnung

Info

Publication number: DE112012001142T5
Application number: DE112012001142T
Authority: DE
Inventors: Susumu Imamiya; Atsushi Tanno
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2013-12-24
Anticipated expiration: 2032-03-08
Also published as: JP6179401B2; CN106004222B; WO2012121306A1; CN103402786A; JPWO2012121306A1; DE112012001142B4; US9475379B2; CN106004222A; US20130342001A1; CN103402786B

Abstract

Bereitstellen einer Reifen/Rad-Anordnung, die für ein Radnabenmotorsystem geeignet ist, eine angemessen niedrige Steifigkeit in der Längsrichtung und eine geeignete Bodenkontaktfläche sicherstellen kann, während sie auch eine hervorragende Kraftübertragung in Umfangsrichtung aufweist. Deshalb weist die Reifen/Rad-Anordnung 10 eine zylindrische ringförmige Struktur 11, eine Kautschukmaterialschicht 14, die an einem Umfang der ringförmigen Struktur 11 bereitgestellt ist und die zu einer Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur 11 weist, und eine Mehrzahl von gekrümmten Metallfederelementen 13 auf, die zwischen der ringförmigen Struktur 11 und einem Elektromotor 20, der an der Innenseite der ringförmigen Struktur 11 angeordnet ist, bereitgestellt sind und die Drehung eines Rotors 20R des Elektromotors 20 an die ringförmige Struktur 11 übertragen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reifen/Rad-Anordnung.
Stand der Technik
Die Verwendung von Elektromotoren zusammen mit einem Verbrennungsmotor (Hybridfahrzeug) sowie eine Umrüstung zu einem Elektromotor (Elektrofahrzeug) schreiten als Gegenmaßnahme zur globalen Erwärmung voran, um die Menge an von einem Automobil erzeugtem Kohlendioxid zu reduzieren. Bei Verwendung eines Elektromotors als Quelle zum Erzeugen von Triebkraft bei einem Fahrzeug ist ein Radnabenmotorsystem bekannt, bei dem ein Elektromotor und eine Bremsvorrichtung in einer Radmulde angeordnet sind (Patentdokumente 1 und 2). Da bei der Struktur des Radnabenmotorsystems der Elektromotor im Radinneren angeordnet ist, staut sich zudem Wärme, die von dem Elektromotor erzeugt wird, leicht im Inneren des Rads. Deshalb wird eine Struktur gewünscht, die es ermöglicht, vom Elektromotor erzeugte Wärme leicht abzuführen. Verfahren, wie die in Patentdokumenten 3 und 4 beschriebenen, sind als Verfahren zum Verbessern der Wärmeabfuhr bei einem Radnabenmotorsystem bekannt. Das Radnabenmotorsystem trägt zur Kompaktheit eines Fahrzeugs bei, da ein erheblicher Bereich innerhalb des Fahrzeugs verfügbar gemacht werden kann, während Antriebsstrangkomponenten wie eine Antriebswelle, Differentialgetriebe und dergleichen wegfallen. Des Weiteren gewinnt das Radnabenmotorsystem Aufmerksamkeit als Elektrofahrzeug-(EV-)System der Zukunft aufgrund der unkomplizierten Steuerung der Lenkräder und durch eine Fahrleistung, die bei herkömmlichen Fahrzeugen nicht möglich ist. Es kann zum Beispiel erwartet werden, dass ein Fahrzeug, das mit Radnabenmotoren in entweder vier Rädern oder im linken und rechten Rad ausgestattet ist, das hohe Reaktionsvermögen, die Präzision des angelegten Drehmoments und die reversible Dreheigenschaft der Elektromotoren nutzt, um einen hohen Steuerungsgrad der Fahrzeugstellung zu ermöglichen und eine hohe Manövrierbarkeit des Fahrzeugs aufzuweisen
Dokumente des Stands der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2004-152416A
Patentdokument 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2004-115014A
Patentdokument 3: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. H05-104969A
Patentdokument 4: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2006-246678A

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem:
sEin Fahrzeug, das das Radnabenmotorsystem aufweist, kann eine geringere Bodenkontakteigenschaft oder weniger Fahrkomfort aufweisen als ein Fahrzeug, das einen Motor in der Fahrzeugkarosserie aufweist, da die Masse unter der Feder entsprechend dem Anteil des Elektromotors, der im Rad angebracht ist, erhöht ist.
Das Fahrzeug, das das Radnabenmotorsystem aufweist, muss Drehmomentschwankungen ohne Verzögerung an die Straßenoberfläche übertragen, damit es das hohe Reaktionsvermögen des Elektromotors aufweist. Deshalb benötigt das Fahrzeug mit dem Radnabenmotorsystem eine hohe Steifigkeit und geringe Verlusteigenschaften in der Drehrichtung in der Reifen/Rad-Anordnung. Außerdem muss bei dem Fahrzeug mit dem Radnabenmotorsystem die Bodenkontakteigenschaft (Reibung) zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche in der Reifen/Rad-Anordnung stabil sein.
Da das Gewicht unter der Feder bei dem Fahrzeug mit dem Radnabenmotorsystem erhöht ist, wird unterdessen die Reifen/Rad-Anordnung vorzugsweise mit extrem geringem Gewicht hergestellt. Zusätzlich dazu muss jegliche Verschlechterung des Fahrkomforts bestmöglich reduziert werden, ohne die Steifigkeit in vertikaler Richtung in der Reifen/Rad-Anordnung mehr als notwendig zu erhöhen.
Das Gleichgewicht in der Steifigkeit, die in der Reifen/Rad-Anordnung erforderlich ist, die in dem Fahrzeug mit dem Radnabenmotorsystem verwendet wird, weist idealerweise einen gleichmäßigen Bodenkontaktdruck auf, während sie ein Steifigkeitsgleichgewicht aufweist, das ein hohes Reaktionsvermögen in Reifenumfangsrichtung und eine angemessen geringe Steifigkeit in Reifenlängsrichtung aufweist. Was die Eigenschaften eines Luftreifens betrifft, so schwankt jedoch die Steifigkeit abhängig von Schwankungen im Luftdruck. Deshalb nehmen vertikale Steifigkeit, horizontale Steifigkeit und Umfangssteifigkeit bei einem Anstieg des Luftdrucks zu, ohne dass vertikale Steifigkeit, horizontale Steifigkeit bzw. Umfangssteifigkeit unabhängig geregelt werden können. Ferner ergeben die in Patentdokumenten 3 und 4 offenbarten Verfahren eine große Vorrichtung, und es fehlt ihnen an praktischer Anwendbarkeit.
Angesichts des Vorstehenden ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung das Bereitstellen einer Reifen/Rad-Anordnung, die für ein Radnabenmotorsystem geeignet ist, eine angemessen niedrige Steifigkeit in der Längsrichtung und eine geeignete Bodenkontaktfläche sicherstellen kann, während sie auch eine hervorragende Kraftübertragung in Umfangsrichtung aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Mittel zum Lösen der vorstehend beschriebenen Probleme ist eine Reifen/Rad-Anordnung, die eine zylindrische ringförmige Struktur, eine Kautschukmaterialschicht, die an einem Umfang der ringförmigen Struktur bereitgestellt ist und zu einer Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur weist, und eine Mehrzahl von gekrümmten Metallfederelementen aufweist, die zwischen der ringförmigen Struktur und einem Elektromotor, der an der Innenseite der ringförmigen Struktur angeordnet ist, bereitgestellt sind und die Rotation eines Rotors des Elektromotors an die ringförmige Struktur übertragen.
Eine mehr bevorzugte Konfiguration des vorstehend angegebenen Mittels ist das Bereitstellen einer inneren ringförmigen Struktur, die eine zylindrische Struktur ist, die an der Innenseite der ringförmigen Struktur angeordnet ist und die Mehrzahl von Metallfederelementen verbindet, wobei die innere ringförmige Struktur vorzugsweise mit dem Rotor verbunden ist.
Eine mehr bevorzugte Konfiguration des vorstehend angegebenen Mittels ist eine Konfiguration, bei der ein Material der ringförmigen Struktur vorzugsweise Edelstahl oder Stahl mit einer Dicke von nicht weniger als 0,2 mm und nicht mehr als 1,0 mm ist.
Eine mehr bevorzugte Konfiguration des vorstehend angegebenen Mittels ist eine Konfiguration, bei der ein Material der ringförmigen Struktur vorzugsweise Edelstahl, Stahl, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung mit einer Dicke von mehr als 1,0 mm und nicht mehr als 5,0 mm ist.
Eine mehr bevorzugte Konfiguration des vorstehend angegebenen Mittels ist eine Konfiguration, bei der ein Produkt eines Elastizitätsmoduls und der Dicke der ringförmigen Struktur vorzugsweise nicht weniger als 10 und nicht mehr als 500 beträgt.
Eine mehr bevorzugte Konfiguration des vorstehend angegebenen Mittels ist eine Konfiguration, bei der ein Produkt eines Elastizitätsmoduls und der Dicke der ringförmigen Struktur vorzugsweise nicht weniger als 15 und nicht mehr als 400 beträgt.
Eine mehr bevorzugte Konfiguration des vorstehend angegebenen Mittels ist eine Konfiguration, bei der eine Dicke der Metallfederelemente vorzugsweise nicht weniger als 0,2 mm und nicht mehr als 0,6 mm beträgt.
Eine mehr bevorzugte Konfiguration des vorstehend angegebenen Mittels ist eine Konfiguration, bei der ein Elastizitätsmodul der Metallfederelemente vorzugsweise nicht weniger als 70 GPa und nicht mehr als 250 GPa beträgt.
Eine mehr bevorzugte Konfiguration des vorstehend angegebenen Mittels ist eine Konfiguration, bei der ein Elastizitätsmodul der Metallfederelemente vorzugsweise nicht weniger als 80 GPa und nicht mehr als 230 GPa beträgt.
Eine mehr bevorzugte Konfiguration des vorstehend angegebenen Mittels ist eine Konfiguration, bei der nicht weniger als 20 und nicht mehr als 120 der Metallfederelemente zur Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur weisend angeordnet sind.
Eine mehr bevorzugte Konfiguration des vorstehend angegebenen Mittels ist eine Konfiguration, bei der nicht weniger als 30 und nicht mehr als 90 der Metallfederelemente zur Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur weisend angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Reifen/Rad-Anordnung bereit, die für ein Radnabenmotorsystem geeignet ist, eine angemessen niedrige Steifigkeit in der Längsrichtung und eine geeignete Bodenkontaktfläche sicherstellen kann, während sie auch eine hervorragende Kraftübertragung in Umfangsrichtung aufweist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Vorderansicht einer Reifen/Rad-Anordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht, vorgenommen entlang A-A von 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer ringförmigen Struktur.
4 ist eine Querschnittsansicht, die die ringförmige Struktur und eine Kautschukmaterialschicht darstellt.
5 ist eine Teilseitenansicht, die die ringförmige Struktur, eine innere ringförmige Struktur und Metallfederelemente darstellt.
6 ist eine Erläuterungsansicht, die ein Modifikationsbeispiel einer Anordnung der Metallfederelemente darstellt.
7 ist eine Erläuterungsansicht, die ein Modifikationsbeispiel einer Anordnung der Metallfederelemente darstellt.
8 ist eine Erläuterungsansicht, die ein Modifikationsbeispiel einer Anordnung der Metallfederelemente darstellt.
9 ist eine Querschnittsansicht, vorgenommen entlang B-B von 8.
10 ist eine Seitenansicht, die einen Innenrotor-Elektromotor darstellt.
11 ist eine Querschnittsansicht, vorgenommen entlang C-C von 10.
12 ist eine Querschnittsansicht, die die an dem Innenrotor-Elektromotor installierte Reifen/Rad-Anordnung gemäß der Ausführungsform darstellt.
Bester Weg zum Ausführen der Erfindung
Im Folgenden wird eine Form der vorliegenden Erfindung (Ausführungsform) detailliert beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die in der Ausführungsform aufgeführten Beschreibungen beschränkt. Außerdem schließen die nachfolgend beschriebenen Bestandteile diejenigen Bestandteile mit ein, die von einem Fachmann leicht abgeleitet werden können, sowie Bestandteile, die im Wesentlichen identisch mit den hier beschriebenen sind. Des Weiteren können die nachstehend beschriebenen Bestandteile nach Bedarf miteinander kombiniert werden.
1 ist eine Vorderansicht einer Reifen/Rad-Anordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Querschnittsansicht, vorgenommen entlang A-A von 1. Die Reifen/Rad-Anordnung 10 ist zum Beispiel an einem Elektromotor 20 angebracht und wird zum Antreiben eines Fahrzeugs betrieben. Eine Fahrzeugantriebsvorrichtung 100 wird durch Kombinieren der Reifen/Rad-Anordnung 10 mit dem Elektromotor 20 konfiguriert. Die Reifen/Rad-Anordnung 10 weist eine ringförmige Struktur 11, eine Kautschukmaterialschicht 14 und Metallfederelemente 13 auf. In der Ausführungsform weist die Reifen/Rad-Anordnung 10 ferner eine innere ringförmige Struktur 12 auf, diese ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Die ringförmige Struktur 11 ist eine zylindrische Struktur. Die Kautschukmaterialschicht 14 ist an einem Umfang der ringförmigen Struktur 11 zur Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur 11 weisend bereitgestellt und bedeckt den Umfang der ringförmigen Struktur 11. Eine obere Oberfläche der Kautschukmaterialschicht 14 wird zu einer Laufflächenoberfläche, die die Straßenoberfläche berührt. Die Metallfederelemente 13 sind gekrümmte Elemente. Die Metallfederelemente 13 sind in einer Mehrzahl zwischen der ringförmigen Struktur 11 und dem Elektromotor 20 bereitgestellt, sind an der Innenseite der ringförmigen Struktur 11 angeordnet und übertragen die Drehung eines Rotors 20R des Elektromotors 20 an die ringförmige Struktur 11. Die innere ringförmige Struktur 12 ist eine zylindrische Struktur, die an der Innenseite der ringförmigen Struktur 11 angeordnet ist, und besteht aus einem Metallmaterial ähnlich dem der ringförmigen Struktur 11. Die innere ringförmige Struktur 12 verbindet die Mehrzahl der Metallfederelemente 13. Ferner ist die innere ringförmige Struktur 12 mit dem Rotor 20R verbunden. Wenn die Metallfederelemente 13 direkt mit dem Rotor 20R verbunden sind, ist die innere ringförmige Struktur 12 nicht erforderlich.
Der Elektromotor 20, wie in 1 und 2 dargestellt, ist ein Außenrotor-Elektromotor, bei dem der Rotor 20R an der Außenseite eines Stators 20S angeordnet ist. Der Elektromotor 20 ist in einer Aufhängevorrichtung eines Fahrzeugs angebracht und wird im so genannten Radnabenmotorsystem verwendet. Der Rotor 20R weist ein Rotorgehäuse 21 mit einer ringförmigen Struktur und Permanentmagnete 22, die am Innenumfang des Rotorgehäuses 21 angebracht sind, auf. Die Permanentmagnete 22 sind abwechselnd mit dem S-Pol und dem N-Pol zur Umfangsrichtung des Rotorgehäuses 21 weisend angeordnet. Eine Welle 25 ist im Mittelabschnitt des Rotorgehäuses 21 angebracht.
Der Stator 20S ist an der Innenseite der Permanentmagnete 22, die zu dem Rotor 20R gehören, angeordnet. Der Stator 20S weist eine Mehrzahl von Spulen 23 auf, die an einem Umfang eines Statorhauptkörpers 24 bereitgestellt sind. Der Statorhauptkörper 24 weist ein Achslager 26 im Mittelabschnitt auf. Die vorstehend beschriebene Welle 25 wird über das Achslager 26 von dem Statorhauptkörper 24 gestützt. Gemäß dieser Art von Struktur kann der Rotor 20R sich um den Statorhauptkörper 24 an der Rotationsachse Z drehen. Da die Reifen/Rad-Anordnung 10 über die innere ringförmige Struktur 12 an der Außenseite des Rotors 20R montiert ist, dreht sich die Reifen/Rad-Anordnung 10 in der Ausführungsform zusammen mit dem Rotor 20R um die Rotationsachse Z des Elektromotors 20, wenn der Rotor 20R des Elektromotors 20 sich dreht.
3 ist eine perspektivische Ansicht der ringförmigen Struktur. 4 ist eine Querschnittsansicht, die die ringförmige Struktur und die Kautschukmaterialschicht darstellt. 5 ist eine Teilseitenansicht, die die ringförmige Struktur, die innere ringförmige Struktur und die Metallfederelemente darstellt. Die ringförmige Struktur 11, wie in 3 dargestellt, weist eine konstante Breite (eine Abmessung in einer Richtung parallel zur Rotationsachse Z der ringförmigen Struktur 11) W zur Umfangsrichtung weisend auf. In der Ausführungsform ist die ringförmige Struktur 11 aus einem Metallmaterial, wie Stahl, Edelstahl einer Aluminiumlegierung oder Ähnlichem, hergestellt.
Ein Elastizitätsmodul der ringförmigen Struktur 11 beträgt vorzugsweise nicht weniger als 70 GPa und nicht mehr als 250 GPa. Ferner ist eine Dicke t der ringförmigen Struktur 11 vorzugsweise so eingestellt, dass sie eine geeignete Größe abhängig vom Material der ringförmigen Struktur 11 ist und innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 0,1 mm und nicht mehr als 5,0 mm liegt. Ein Produkt aus dem Elastizitätsmodul und der Dicke t der ringförmigen Struktur 11 (als „Steifigkeitsparameter” bezeichnet) beträgt vorzugsweise mindestens 10 und höchstens 500 und mehr bevorzugt mindestens 15 und höchstens 400. Indem der Steifigkeitsparameter so konfiguriert wird, dass er innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs liegt, wird die Steifigkeit der ringförmigen Struktur 11 im Meridianquerschnitt erhöht. Als Folge werden, wenn die Kautschukmaterialschicht 14, die den Laufflächenabschnitt der Reifen/Rad-Anordnung 10 bildet, Bodenkontakt mit einer Straßenoberfläche hat, Verformungen, die von der ringförmigen Struktur 11 im Meridianquerschnitt der Kautschukmaterialschicht 14 (Laufflächenabschnitt) hervorgerufen werden, unterdrückt. Deshalb wird viskoelastischer Energieverlust der Reifen/Rad-Anordnung 10, der durch die Verformungen hervorgerufen wird, unterdrückt. Indem der Steifigkeitsparameter so konfiguriert wird, dass er innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs liegt, wird außerdem die Steifigkeit der ringförmigen Struktur 11 in Radialrichtung vermindert. Als Folge wird der Laufflächenabschnitt der Reifen/Rad-Anordnung 10 in einem Bodenkontaktabschnitt zwischen der Reifen/Rad-Anordnung 10 und der Straßenoberfläche biegsam verformt, genau wie bei herkömmlichen Luftreifen. Durch eine solche Funktion wird die Reifen/Rad-Anordnung 10 exzentrisch verformt, während lokale Belastungs- und Beanspruchungskonzentrationen im Bodenkontaktabschnitt vermieden werden und daher eine Belastung im Bodenkontaktabschnitt aufgelöst werden kann. Aufgrund dessen wird lokale Verformung der Kautschukmaterialschicht 14 im Bodenkontaktabschnitt unterdrückt, was dazu führt, dass eine geeignete Bodenkontaktfläche der Reifen/Rad-Anordnung 10 sichergestellt und der Rollwiderstand verringert wird. Indem Steifigkeitsparameter innerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs gehalten werden, wird ferner die Druckwiderstandsleistung sichergestellt, während auch die Haltbarkeit bei wiederholter Biegung sichergestellt wird.
Ferner kann bei der Reifen/Rad-Anordnung 10 die Bodenkontaktlänge in Umfangsrichtung sichergestellt werden, da die Steifigkeit der ringförmigen Struktur 11 in der Ebene des Meridianquerschnitts hoch ist und die Bodenkontaktfläche der Kautschukmaterialschicht 14 sichergestellt ist. Somit nehmen die Seitenkräfte zu, die durch das Einwirken eines Ruderwinkels entstehen. Als Folge kann die Reifen/Rad-Anordnung 10 eine hohe Kurvenleistung erzielen.
Wenn die Dicke (eine Abmessung in Radialrichtung zur ringförmigen Struktur 11) t der ringförmigen Struktur 11 nicht weniger als 0,2 mm und nicht mehr als 1,0 mm beträgt, kann Edelstahl oder Stahl als Material für die ringförmige Struktur 11 verwendet werden. Wenn die Dicke (eine Abmessung in Radialrichtung zur ringförmigen Struktur 11) t der ringförmigen Struktur 11 mehr als 1,0 mm und nicht mehr als 5,0 mm beträgt, kann Edelstahl, Stahl oder eine Aluminiumlegierung als Material für die ringförmige Struktur 11 verwendet werden. Dadurch können die Steifigkeitsparameter leicht innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs eingestellt werden.
Die in 4 dargestellte Kautschukmaterialschicht 14, wie vorstehend beschrieben, wird zum Laufflächenabschnitt der Reifen/Rad-Anordnung 10. Als Kautschukmaterialschicht 14 kann Kautschukmaterial verwendet werden, das dem in herkömmlichen Luftreifen ähnlich ist. Obwohl dies in 4 weggelassen wurde, ist es bevorzugt, dass das Laufflächenprofilmuster durch Bereitstellen einer Hauptrille oder einer Stollenrille an der oberen Oberfläche (Außenumfangsoberfläche) der Kautschukmaterialschicht 14 gebildet wird. Es ist zu beachten, dass die Kautschukmaterialschicht 14 durch Metallfasern, organische Fasern oder Ähnliches verstärkt werden kann. Die Kautschukmaterialschicht 14 und die ringförmige Struktur 11 können zum Beispiel mit einem Klebstoff miteinander verbunden werden.
Wie in 5 dargestellt, sind die Metallfederelemente 13 Elemente mit einem bogenförmigen Querschnitt. Als Material für die Metallfederelemente 13 kann ein für eine Feder geeignetes Metallmaterial, wie Stahl, Edelstahl, Federstahl oder Ähnliches, verwendet werden. Ferner ist in der Ausführungsform die innere ringförmige Struktur 12 aus einem Metallmaterial, wie Stahl, Edelstahl, einer Aluminiumlegierung oder Ähnlichem, hergestellt. Die Metallfederelemente 13, wie vorstehend beschrieben, sind zwischen der ringförmigen Struktur 11 und der inneren ringförmigen Struktur 12 angeordnet. Zudem ist ein erster Endabschnitt 13TA des Metallfederelements 13 an einer Innenumfangsoberfläche der ringförmigen Struktur 11 befestigt, und ein zweiter Endabschnitt 13TB ist an einer Außenumfangsoberfläche der inneren ringförmigen Struktur 12 befestigt. Gemäß dieser Art von Struktur verbindet die Mehrzahl von Metallfederelementen 13 die ringförmige Struktur 11 und die innere ringförmige Struktur 12.
Die Metallfederelemente 13, die ringförmige Struktur 11 und die innere ringförmige Struktur 12 sind vorzugsweise zum Beispiel durch eine Stellschraube, Schweißen, Crimpen oder Ähnliches befestigt. Diese können bei derartiger Befestigung sicher befestigt werden. Außerdem ist ein Vorteil beim Verwenden einer Stellschraube, dass die Metallfederelemente 13, die ringförmige Struktur 11 und die innere ringförmige Struktur 12 voneinander getrennt werden können. In dem Fall, dass keine innere ringförmige Struktur 12 verwendet wird, können die Metallfederelemente 13 direkt am Rotorgehäuse 21 des Elektromotors 20 befestigt werden. Auch in diesem Fall werden beide Abschnitte durch eine Stellschraube, Schweißen, Crimpen oder Ähnliches befestigt.
Bei der Mehrzahl von Metallfederelementen 13 weist ein Bereich, der einem gekrümmten Abschnitt des Bogens entspricht, zur Umfangsrichtung (einer Richtung, die durch Pfeil C in 5 dargestellt ist) der ringförmigen Struktur 11 und der inneren ringförmigen Struktur 12, und ein Bereich, der einer Sehne des Bogens entspricht, ist nahezu parallel zur Radialrichtung der ringförmigen Struktur 11 und der inneren ringförmigen Struktur 12. Gemäß dieser Art von Struktur erlaubt das Biegen der Metallfederelemente 13, dass die Reifen/Rad-Anordnung 10 die von der Straßenoberfläche aufgenommene Kraft absorbiert. Auf diese Weise ermöglicht die Verwendung der Metallfederelemente 13, dass die Steifigkeit in der Längsrichtung in der Reifen/Rad-Anordnung 10 angemessen niedrig ist.
Die Metallfederelemente 13 sind so angeordnet, dass die Längsrichtung (eine Richtung senkrecht zu einer Randoberfläche der Bogenform) nahezu parallel zur Breitenrichtung der ringförmigen Struktur 11 und der inneren ringförmigen Struktur 12 ist. Die Metallfederelemente 13 weisen eine hohe Steifigkeit in der Längsrichtung auf, während die Steifigkeit in der Richtung niedrig ist, in der sich der Bereich, der der Sehne des Bogens entspricht, ausdehnt und zusammenzieht. Wenn der Bereich, der dem gekrümmten Abschnitt des Bogens der Metallfederelemente 13 entspricht, so angeordnet ist, dass er zur Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur 11 und der inneren ringförmigen Struktur 12 weist, wird demzufolge ermöglicht, dass die horizontale Steifigkeit der Reifen/Rad-Anordnung 10 hoch ist und die vertikale Steifigkeit angemessen niedrig ist.
Die Metallfederelemente 13 übertragen Kräfte zwischen der ringförmigen Struktur 11 und der inneren ringförmigen Struktur 12. Insbesondere übertragen die Metallfederelemente 13 eine Antriebskraft vom Elektromotor 20 über die ringförmige Struktur 11 an die Kautschukmaterialschicht 14 und übertragen eine Bremskraft von der Kautschukmaterialschicht 14 über die ringförmige Struktur 11 an den Elektromotor 20. Die Verwendung der Metallfederelemente 13 in der Reifen/Rad-Anordnung 10 verbessert die Kraftübertragungseffizienz in Umfangsrichtung zwischen der ringförmigen Struktur 11 und der inneren ringförmigen Struktur 12. Die Breite der Metallfederelemente 13 (eine Abmessung in einer Richtung parallel zur Rotationsachse Z der ringförmigen Struktur 11) ist eine geeignete Größe, die nicht größer als die Breite der ringförmigen Struktur 11 ist. Außerdem wird die Dicke der Metallfederelemente 13 unter Berücksichtigung der Größe der Triebkraft, die zwischen dem Elektromotor 20 und der ringförmigen Struktur zu übertragen ist, der Größe der von den Metallfederelementen 13 zu absorbierenden Stoßwirkung, des Materials der Metallfederelemente 13 und dergleichen bestimmt.
Zudem sind in der Ausführungsform die ringförmige Struktur 11, die Metallfederelemente 13 und die innere ringförmige Struktur 12 jeweils aus einem Metallmaterial hergestellt. Deshalb ist eine Struktur bereitgestellt, an die leicht Wärme vom Elektromotor 20 übertragen wird. Wärme, die auftritt, wenn Triebkraft vom Elektromotor 20 erzeugt wird, wird über die innere ringförmige Struktur 12 an die Metallfederelemente 13 übertragen. Die Metallfederelemente 13 führen diese Wärme an die Luft ab. Da die Reifen/Rad-Anordnung 10 eine Mehrzahl von Metallfederelementen 13 aufweist, kann eine große Wärmeabfuhrfläche vorhanden sein. Außerdem wird die Wirkung der Wärmeabfuhr an die Luft durch Drehung der Metallfederelemente 13 verbessert. Da Wärme von der inneren ringförmigen Struktur 12 und den Metallfederelementen 13 auch an die ringförmige Struktur 11 übertragen und von dieser abgeführt wird, kann die Reifen/Rad-Anordnung 10 zudem effektiv Wärme vom Elektromotor 20 abführen.
Bei einem Radnabenmotorsystem besteht eine Tendenz, dass sich Wärme, die vom Elektromotor erzeugt wird, leicht anstaut, da der Elektromotor innerhalb des Rads angeordnet ist. Bei der Reifen/Rad-Anordnung 10, wie vorstehend beschrieben, kann Wärme vom Elektromotor 20 von der Mehrzahl von Metallfederelementen 13 effektiv an die Luft abgeführt werden. Deshalb ist die Reifen/Rad-Anordnung 10 für ein Radnabenmotorsystem geeignet.
Die Dicke der Metallfederelemente 13 beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,2 mm und nicht mehr als 0,6 mm. Ferner beträgt der Elastizitätsmodul (Young'scher Modul) vorzugsweise nicht weniger als 70 GPa und nicht mehr als 250 GPa. Nicht weniger als 80 GPa und nicht mehr als 230 GPa ist mehr bevorzugt. Vorzugsweise sind nicht weniger als 20 und nicht mehr als 120 Metallfederelemente 13 und mehr bevorzugt nicht weniger als 30 und nicht mehr als 90 Metallfederelemente 13 zur Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur 10 weisend angeordnet. Wenn die Anzahl innerhalb dieses Bereichs gehalten wird, kann Gleichmäßigkeit sichergestellt werden, und eine Zunahme bei Gewicht und Herstellungskosten kann vermieden werden.
6 bis 8 sind Erläuterungsansichten, die Modifikationsbeispiele von Anordnungen der Metallfederelemente darstellen. 9 ist eine Querschnittsansicht, vorgenommen entlang B-B von 8. Wie in 6 dargestellt, können die Metallfederelemente 13 mit einem bogenförmigen Querschnitt so angeordnet sein, dass konvexe Seiten benachbarter Paare von Metallfederelementen 13 zueinander weisen. Diese Konfiguration ermöglicht, dass die Anzahl an Metallfederelementen 13, die eine Zugkraft aufnehmen, der Anzahl an Metallfederelementen 13 entspricht, die eine Kompressionskraft aufnehmen, wenn die Metallfederelemente 13 eine Antriebskraft vom Elektromotor 20 an die ringförmige Struktur 11 übertragen und wenn die Metallfederelemente 13 die Bremskraft von der Kautschukmaterialschicht 14 an den Elektromotor 20 übertragen. Ferner können, wie in 7 dargestellt, beide Endabschnitte des Metallfederelements 13a mit dem bogenförmigen Querschnitt an der inneren ringförmigen Struktur 12 befestigt sein (in 1 dargestellt oder das Rotorgehäuse 21 des Elektromotors 20), und die Außenseite des konvexen Abschnitts des Metallfederelements 13a kann an der ringförmigen Struktur 11 befestigt sein.
Das Metallfederelement 13b mit dem bogenförmigen Querschnitt, das in 9 dargestellt ist, weist eine Form auf, bei der die Positionierungsrichtung des in 5 dargestellten Metallfederelements 13 um 90° gedreht ist. Insbesondere weist, wie in 9 dargestellt, in dem Metallfederelement 13b der Bereich, der dem gekrümmten Abschnitt des Bogens entspricht, zur Breitenrichtung (der Richtung, die in 9 durch Pfeil W dargestellt ist) der ringförmigen Struktur 11 und der inneren ringförmigen Struktur 12. In dem in 9 dargestellten Beispiel ist das Metallfederelement 12 so angeordnet, dass der konvexe Abschnitt des Bogens zur Außenseite in Breitenrichtung weist, jedoch kann der konkave Abschnitt des Bogens so angeordnet sein, dass er zur Außenseite in Breitenrichtung weist. Durch derartiges Anordnen der Metallfederelemente 13b kann die Kraftübertragungseffizienz in Umfangsrichtung (der Richtung, die in 9 durch Pfeil C dargestellt ist) von der inneren ringförmigen Struktur 12 zur ringförmigen Struktur 11 weiter verbessert werden. Außerdem weisen die Metallfederelemente 13 eine hohe Steifigkeit in der Längsrichtung auf, während die Steifigkeit in der Richtung niedrig ist, in der sich der Bereich, der der Sehne des Bogens entspricht, ausdehnt und zusammenzieht. Als Folge ermöglicht die Verwendung der Metallfederelemente 13, dass die Steifigkeit in der Längsrichtung in der in 1 dargestellten Reifen/Rad-Anordnung 10 angemessen niedrig ist. Derartiges Anordnen der Metallfederelemente 13b ermöglicht, dass die vertikale Steifigkeit in der in 1 dargestellten Reifen/Rad-Anordnung 10 relativ niedrig ist und die Kraftübertragungseffizienz in Umfangsrichtung zwischen der ringförmigen Struktur 11 und der inneren ringförmigen Struktur 12 hoch ist.
Die in 1 dargestellte Fahrzeugantriebsvorrichtung 100 weist einen Außenrotor-Elektromotor 20 auf. Ein Außenrotortyp kann ein großes Winkelmoment erzielen und kann deshalb ein großes Antriebsdrehmoment erzeugen, da der Punkt der elektromagnetischen Wirkung abseits vom Drehpunkt ist. Deshalb benötigt der Außenrotortyp kein Untersetzungsgetriebe oder Ähnliches zwischen dem Elektromotor 20 und dem Antriebsabschnitt (Kautschukmaterialschicht 14) und kann den Antriebsabschnitt direkt antreiben. Somit gibt es keine zeitliche Verzögerung in der Kraftübertragung, und es gibt praktisch keinen Energieverlust aufgrund der Kraftübertragung eines Untersetzungsgetriebes oder Ähnlichem im Außenrotortyp, und deshalb weist der Außenrotortyp eine hohe Energieübertragungseffizienz auf. Jedoch benötigt der Außenrotortyp einen Außenrotor (Rotorgehäuse 21) mit einem großen Außendurchmesser mit eingebetteten Permanentmagneten, wodurch das Gewicht des Elektromotors 20 selbst erhöht wird. Als Folge erhöht der Außenrotortyp das so genannte Gewicht unter der Feder, das den Elektromotor, die Bremse, die Nabe, das Rad, den Reifen und dergleichen einschließt, was eine Reduzierung der Stabilität des Bodenkontakts oder des Fahrkomforts beim Fahren auf einer unebenen Straßenoberfläche hervorrufen kann. Da bei der Reifen/Rad-Anordnung 10 dieser Ausführungsform eine Kautschukmaterialschicht 14 an der Außenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur 11 angeordnet ist und da eine Gewichtszunahme vermieden wird, ist sie für einen Außenrotor-Radnabenmotor besonders geeignet.
In dem Beispiel wurden Kräfte zwischen der ringförmigen Struktur 11 und der inneren ringförmigen Struktur 12 durch die Metallfederelemente 13, 13a und 13b übertragen, und die Reifen/Rad-Anordnung 10 absorbierte die von der Straßenoberfläche aufgenommenen Kräfte. Jedoch ist das Absorptionsmittel für die Kräfte nicht auf die Metallfederelemente 13 und dergleichen beschränkt, und es kann zum Beispiel eine Luftfederkammer verwendet werden, die ein Kautschukmaterial mit geringem Verformungsenergieverlust verwendet.
10 ist eine Seitenansicht, die einen Innenrotor-Elektromotor darstellt. 11 ist eine Querschnittsansicht, vorgenommen entlang C-C von 10. 12 ist eine Querschnittsansicht, die die an dem Innenrotor-Elektromotor installierte Reifen/Rad-Anordnung gemäß der Ausführungsform darstellt. Wie in 10 und 11 dargestellt, ist bei dem Innenrotor-Elektromotor 30 der Rotor 30R an der Innenseite eines Stators 30S angeordnet. Der Elektromotor 30 ist in einer Aufhängevorrichtung eines Fahrzeugs angebracht und wird im so genannten Radnabenmotorsystem verwendet. Der Rotor 30R weist einen Rotorhauptkörper 34, der eine zylindrische Struktur ist, und Permanentmagnete 32, die an einem Umfang des Rotorhauptkörpers 34 angebracht sind, auf. Die Permanentmagnete 32 sind abwechselnd mit dem S-Pol und dem N-Pol zur Umfangsrichtung des Rotorhauptkörpers 34 weisend angeordnet. Eine Welle 35 ist im Mittelabschnitt des Rotorhauptkörpers 34 angebracht. Eine Rotorhalterung 31 ist mit der Welle 35 verbunden. Die in 1 dargestellte Reifen/Rad-Anordnung 10 ist am Umfang der Rotorhalterung 31 befestigt.
Der Stator 30S ist an der Außenseite der Permanentmagnete 22, die zu dem Rotor 30R gehören, angeordnet. Der Stator 30S weist eine Mehrzahl von Spulen 33 auf, die an einem Innenumfang eines Statorhauptkörpers 36 bereitgestellt sind. Der Statorhauptkörper 36 weist ein Achslager 37 im Mittelabschnitt auf. Die vorstehend beschriebene Welle 35 wird über das Achslager 37 von dem Statorhauptkörper 36 gestützt. Gemäß dieser Art von Struktur können sich die Permanentmagnete 32 des Rotors 30R und des Rotorhauptkörpers 34 um die Innenseite des Statorhauptkörpers 36 an der Rotationsachse Z drehen. Es ist zu beachten, dass der Statorhauptkörper 36 an dem Fahrzeug befestigt ist.
Eine Fahrzeugantriebsvorrichtung 100a wird konfiguriert, indem die Reifen/Rad-Anordnung 10 mit dem Elektromotor 20, wie in 12 dargestellt, kombiniert wird. Auf diese Weise ist die Reifen/Rad-Anordnung 10 über die innere ringförmige Struktur 12 an der Außenseite der Rotorhalterung 31 des Rotors 30R angebracht. Als Folge dreht sich die Reifen/Rad-Anordnung 10 zusammen mit dem Rotor 30R um die Rotationsachse Z des Elektromotors 30, wenn sich der Rotor 30R des Elektromotors 30 dreht. Auf diese Weise kann die Reifen/Rad-Anordnung 10 in der Ausführungsform entweder an einem Außenrotor-Elektromotor oder einem Innenrotor-Elektromotor angebracht sein. Die Reifen/Rad-Anordnung 10 kann Wärme, die von dem vorstehend beschriebenen Elektromotor erzeugt wird, effektiv abführen, auch wenn sie an einem Innenrotor-Elektromotor angebracht ist.
Die Reifen/Rad-Anordnung gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform verbindet die ringförmige Struktur, die eine Kautschukmaterialschicht am Umfang aufweist, über eine Mehrzahl von Metallfederelementen, die einen bogenförmigen Querschnitt aufweisen, mit dem Rotor eines Elektromotors. Die Reifen/Rad-Anordnung, die diese Art von Konfiguration aufweist, wird bevorzugt, da sie vom Elektromotor erzeugte Wärme effektiv an die Luft abführen kann, und die Wärmeabfuhr wird leicht sichergestellt, selbst bei einer Fahrzeugantriebsvorrichtung mit einem Radnabenmotorsystem, bei dem sich Wärme vom Elektromotor leicht anstaut.
Außerdem kann die Reifen/Rad-Anordnung gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform das Gesamtgewicht relativ gering halten, da sie eine dünne ringförmige Metallstruktur und eine Mehrzahl von Metallfederelementen verwendet. Zudem kann die Reifen/Rad-Anordnung gemäß der Ausführungsform den Rollwiderstand reduzieren, indem die verwendete Kautschukmenge reduziert wird und der Hystereseverlust unterdrückt wird. Außerdem kann die Reifen/Rad-Anordnung gemäß der Ausführungsform den Reifenrollwiderstand erheblich reduzieren, indem ein Metallmaterial verwendet wird, das in anderen Bereichen als dem Bereich, der die Bodenoberfläche berührt, einen Verformungsenergieverlust von nahezu null aufweist. Als Folge kann eine Reduzierung im Kraftstoffverbrauch erzielt werden.
Da der Abstand von der Mittelachse zum Punkt der elektromagnetischen Wirkung bei einem Außenrotor-Elektromotor größer ist als bei einem Innenrotor-Elektromotor, kann mit der gleichen elektrischen Leistung ein größeres Drehmoment erzielt werden. Deshalb wird ein Außenrotor-Elektromotor zum Gebrauch in einer Fahrzeugantriebsvorrichtung mit einem Radnabenmotorsystem bevorzugt. Jedoch besteht eine Tendenz, dass bei dem Außenrotortyp aufgrund der größeren Größe des Außendurchmessers des Rotors und des Stators das Gewicht höher ist. Die Reifen/Rad-Anordnung dieser Ausführungsform kann eine Reduzierung des Gesamtgewichts erzielen, da die ringförmige Struktur, die Metallfederelemente und die innere ringförmige Struktur aus relativ dünnem Metallmaterial konfiguriert sein können. Deshalb kann eine Zunahme im Gewicht unter der Feder vermieden werden, auch wenn ein Außenrotor-Elektromotor in einer Fahrzeugantriebsvorrichtung mit einem Radnabenmotorsystem verwendet wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie vorstehend beschrieben, kann die erfindungsgemäße Reifen/Rad-Anordnung bei dem Fahrzeug mit einem Radnabenmotorsystem verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Reifen/Rad-Anordnung
11: Ringförmige Struktur
12: Innere ringförmige Struktur
13, 13a: Metallfederelement
13TA, 13TB: Endabschnitt
14: Kautschukmaterialschicht
20, 30: Elektromotor
20R, 30R: Rotor
20S, 30S: Stator
21: Rotorgehäuse
22, 32: Permanentmagnet
23, 33: Spule
24, 36: Statorhauptkörper
25, 35: Welle
26, 37: Achslager
31: Rotorhalterung
34: Rotorhauptkörper
100, 100a: Fahrzeugantriebsvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004-152416 A [0003]
JP 2004-115014 A [0003]
JP 05-104969 A [0003]
JP 2006-246678 A [0003]

Claims

Reifen/Rad-Anordnung, aufweisend: eine zylindrische ringförmige Struktur, eine Kautschukmaterialschicht, die an einem Umfang der ringförmigen Struktur bereitgestellt ist und die zu einer Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur weist, und eine Mehrzahl von gekrümmten Metallfederelementen, die zwischen der ringförmigen Struktur und einem Elektromotor, der an der Innenseite der ringförmigen Struktur angeordnet ist, bereitgestellt sind und die Rotation eines Rotors des Elektromotors an die ringförmige Struktur übertragen.
Reifen/Rad-Anordnung gemäß Anspruch 1, die ferner aufweist: eine innere ringförmige Struktur, die eine zylindrische Struktur ist, die an der Innenseite der ringförmigen Struktur angeordnet ist und die Mehrzahl von Metallfederelementen miteinander verbindet, wobei die innere ringförmige Struktur mit dem Rotor verbunden ist.
Reifen/Rad-Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Material der ringförmigen Struktur Edelstahl oder Stahl mit einer Dicke von nicht weniger als 0,2 mm und nicht mehr als 1,0 mm ist.
Reifen/Rad-Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Material der ringförmigen Struktur Edelstahl, Stahl, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung mit einer Dicke von mehr als 1,0 mm und nicht mehr als 5,0 mm ist.
Reifen/Rad-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Produkt eines Elastizitätsmoduls und der Dicke der ringförmigen Struktur nicht weniger als 10 und nicht mehr als 500 beträgt.
Reifen/Rad-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Produkt eines Elastizitätsmoduls und der Dicke der ringförmigen Struktur nicht weniger als 15 und nicht mehr als 400 beträgt.
Reifen/Rad-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Dicke der Metallfederelemente nicht weniger als 0,2 mm und nicht mehr als 0,6 mm beträgt.
Reifen/Rad-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Elastizitätsmodul der Metallfederelemente nicht weniger als 70 GPa und nicht mehr als 250 GPa beträgt.
Reifen/Rad-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Elastizitätsmodul der Metallfederelemente nicht weniger als 80 GPa und nicht mehr als 230 GPa beträgt.
Reifen/Rad-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei nicht weniger als 20 und nicht mehr als 120 der Metallfederelemente zur Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur weisend angeordnet sind.
Reifen/Rad-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei nicht weniger als 30 und nicht mehr als 90 der Metallfederelemente zur Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur weisend angeordnet sind.