JP2005104166A - 車輪構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動モータのトルク反力を受けた場合であっても、電動モータを上下方向に滑らかに揺動させることができ、ダイナミックダンパとしての機能低下を抑制することのできる車輪構造を提供する。
【解決手段】 車輪１は、アクスルシャフト１０に回転可能に支持されたホイール１４と、ホイール１４内に設けられたインホイールモータ２０と、インホイールモータ２０のロータ２０ａとホイール１４とを偏心可能に連結するタイヤ継手２２と、インホイールモータ２０のステータ２０ｂとアクスルシャフト１０とを連結し、インホイールモータ２０をホイール１４に対して上下揺動可能に支持するリンク機構２６，２７と、リンク機構２６，２７とアクスルシャフト１０との間に取り付けられインホイールモータ２０を懸架するスプリング２８及びダンパ３０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車輪構造に関し、特に、インホイールモータを備えた車輪の構造に関する。

電動モータをバネとダンパを介してホイール等のバネ下部品に懸架することで、電動モータ自身をダイナミックダンパとして機能させる、ダイナミックダンパ型インホイールモータが下記非特許文献１に記載されている。

このダイナミック型インホイールモータでは、電動モータをダイナミックダンパとして利用するため、電動モータをアクスルに対して上下方向に揺動可能に支持する機構として直線状のリニアガイドが使用されている。
長屋豪、他２名，「ダイナミックダンパ型インホイールモータの開発」，学術講演会前刷集Ｎｏ．８３−０２，社団法人自動車技術会，２００２年１１月２６日，ｐ．９−１２

上記リニアガイドは、電動モータ駆動時及び制動時には、電動モータの円周の接線方向、すなわちリニアガイドの動作方向に対して垂直方向から電動モータのトルク反力を受ける。したがって、リニアガイドには、垂直方向から電動モータのトルク反力を受けながら上下方向に動くことが要求される。

しかしながら、リニアガイドでトルク反力を受けた場合、リニアガイドが電動モータの円周方向に動くことによりリニアガイドのフリクションが増加する。そのため、リニアガイドの上下方向の滑らかな動作が抑制され、ダイナミックダンパとしての機能が低下する恐れがある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、電動モータのトルク反力を受けた場合であっても、モータを上下方向に滑らかに揺動させることができ、ダイナミックダンパとしての機能低下を抑制することのできる車輪構造を提供することを目的とする。

本発明に係る車輪構造は、アクスルシャフトに回転可能に支持されたホイールと、ホイールの内側に設けられた電動モータと、電動モータのロータとホイールとを偏心可能に連結する連結手段と、電動モータのステータとアクスルシャフトとを連結し、電動モータをアクスルシャフトに対して上下揺動可能に支持するリンク機構とを備えることを特徴とする。

本発明に係る車輪構造によれば、ホイールの内側に設けられた電動モータのステータとアクスルシャフトとを連結するリンク機構により、電動モータがアクスルシャフトに対して上下揺動可能に支持される。このリンク機構によれば、電動モータのトルク反力を受けた場合であっても、ステータの電動モータ円周方向への動きが拘束されるので、電動モータを上下方向に滑らかに揺動させることが可能となる。

また、本発明に係る車輪構造では、電動モータを懸架する振動緩衝手段が、リンク機構とアクスルシャフトとの間に取り付けられていることが好ましい。

このように、振動緩衝手段を介して電動モータをアクスルシャフトに懸架することにより、上下方向に揺動可能な電動モータと振動緩衝手段とによりダイナミックダンパが構成されるので、ばね下部品の振動を低減ことが可能となる。

上記振動緩衝手段は、ダンパ及びスプリングであることが好ましい。この場合、ダンパ及びスプリングが、ダイナミックダンパにおける振動緩衝手段として機能する。

本発明に係る車輪構造では、連結手段がタイヤ継手であることが好ましい。電動モータのロータとホイールとをタイヤ継手により連結することにより、電動モータの回転軸とホイールの回転軸とが偏心した状態であっても、電動モータからホイールへの動力伝達を円滑に行うことができる。

本発明によれば、電動モータのステータとアクスルシャフトとを連結し、電動モータを上下揺動可能に支持するリンク機構を備える構成としたので、モータのトルク反力を受けた場合であっても、モータを上下方向に滑らかに揺動させることができ、ダイナミックダンパとしての機能低下を抑制することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。

まず、図１乃至図２を用いて、本実施形態に係る車輪１の構造について説明する。図１は、車輪１の軸線方向に平行な垂直断面図である。図２は、車輪１の水平断面図である。ここでは、車両の右前輪を例にして説明をおこなう。左前輪、左後輪及び右後輪については右前輪の場合と同一又は同様であるので説明を省略する。なお、本明細書においては、車両が直前進している際の前方方向を「前方」と定め、前後、左右、上下等の方向を表わす語を用いることとする。

アクスルシャフト１０の一端には、ベアリング１２を介してホイール１４が回転自在に連結されている。ホイール１４のリム１４ａにはタイヤ１６がはめ込まれている。なお、図１及び図２に示すホイール１４は、鋳造や鍛造によってリム１４ａとディスク１４ｂとが一体的に成形されたものであるが、筒型状をしたスチール（鋼板）製のリムと円盤状のディスクとが、リムの内周部において溶接等により結合されたものでもよい。リム１４ａとタイヤ１６との間には、空気室１７が形成されている。

また、アクスルシャフト１０にはサスペンション１８が取り付けられている。サスペンション１８は、コイルスプリング１８ａ及びショックアブソーバ１８ｂ等を備えて構成されており、ショックアブソーバ１８ｂのアッパーサポート部がボルト及びナットを用いて車体に締結されている。

ホイール１４の内側には、電動モータ（以下「インホイールモータ」という）２０が搭載されている。インホイールモータ２０は、ロータ２０ａ及びその内側に配設されたステータ２０ｂ等から構成されている。すなわち、インホイールモータ２０は、アウターロータ型の電動モータである。ロータ２０ａは、タイヤ継手２２を介してリム１４ａの車両側外縁部に結合されている。タイヤ継手２２は、ゴム等の弾性体からなる環状部材である。タイヤ継手２２によれば、インホイールモータ２０の回転軸とホイール１４の回転軸とが偏心した状態であっても、インホイールモータ２０からホイール１４への動力伝達を円滑に行うことができる。

インホイールモータ２０の内周面には、円盤状のプレート２４が取り付けられている。プレート２４には、インホイールモータ２０及びプレート２４が上下方向に揺動した場合に、アクスルシャフト１０と干渉しないように開口部２４ａが形成されている。

また、インホイールモータ２０の内側には、ホイール１４の回転軸に取り付けられたブレーキ３２が配設されている。

アクスルシャフト１０の上方及び下方には、プレート２４とアクスルシャフト１０とを連結する二つのリンク機構２６，２７が配設されている。この二つリンク機構２６，２７は、アクスルシャフト１０に対して略対称に配設されている。

リンク機構２６は、底面の中央部分が溶接などによりアクスルシャフト１０に固定されたコの字状の第１リンク２６ａと、第１リンク２６ａの開口側の２つの端部とプレート２４とを連結するＨの字状の第２リンク２６ｂとを備えて構成されている。同様に、リンク機構２７は、底面の中央部分が溶接などによりアクスルシャフト１０に固定されたコの字状の第３リンク２７ａと、第３リンク２７ａの開口側の２つの端部とプレート２４とを連結するＨの字状の第４リンク２７ｂとを備えて構成されている。なお、第１リンク２６ａ及び第３リンク２７ａそれぞれの形状は、コの字状に限られず、例えば、口の字状や板状等であってもよい。

また、第２リンク２６ｂは、第１リンク２６ａと第２リンク２６ｂとの連結点２６ｄを支点として、上下方向に揺動可能に取り付けられている。同様に、第４リンク２７ｂは、第３リンク２７ａと第４リンク２７ｂとの連結点２７ｄを支点として、上下方向に揺動可能に取り付けられている。なお、第２リンク２６ｂ及び第４リンク２７ｂそれぞれの形状は、モータのトルク反力を受けた場合にステータ２０ｂのインホイールモータ２０円周方向への動きを拘束することができる形状であればよく、Ｈの字状に限られず、例えば、板状等であってもよい。

アクスルシャフト１０の上方に配設された第２リンク２６ｂとアクスルシャフト１０との間には、インホイールモータ２０の上下運動に対して適度な軟らかさを有する弾性要素としてのスプリング２８が配設されている。さらに、アクスルシャフト１０の下方に配設された第４リンク２７ｂとアクスルシャフト１０との間には振動減衰要素としてのダンパ３０が配設されている。すなわち、インホイールモータ２０は、スプリング２８及びダンパ３０を介してホイール１４やアクスルシャフト１０等のバネ下の足回り部品に懸架されている。

車輪１が上述した構造を有することにより、ホイール１４やアクスルシャフト１０等の足回り部品が上下方向に振動した場合、スプリング２８及びダンパ３０を介して足回り部品に懸架されたインホイールモータ２０が足回り部品に対して上下方向に揺動し、振動体である足回り部品の振動を吸収する。すなわち、質量部材であるインホイールモータ２０及び振動緩衝部材であるスプリング２８並びにダンパ３０は、振動体である足回り部品の振動を吸収するアクティブダンパとして機能する。

ここで、インホイールモータ２０等の質量部材を上下揺動可能に支持する第２リンク２６ｂ及び第４リンク２７ｂは、モータの円周の接線方向から入力されるインホイールモータ２０のトルク反力を受ける。しかし、第２リンク２６ｂ及び第４リンク２７ｂは、Ｈの字形状をしているため、トルク反力を受けた場合であってもステータ２０ｂのインホイールモータ２０円周方向への動きを拘束することができる。

このように、本実施形態によれば、インホイールモータ２０の内周面に配設されたプレート２４とアクスルシャフト１０とを連結するリンク機構２６，２７により、インホイールモータ２０がホイール１４等の足回り部品に対して上下揺動可能に支持される。このリンク機構２６，２７によれば、インホイールモータ２０のトルク反力を受けた場合であってもフリクションが増加しないので、インホイールモータ２０を上下方向に滑らかに揺動させることができる。そのため、モータ反力を受けた場合であっても、インホイールモータ２０、スプリング２８及びダンパ３０で構成されるアクティブダンパの機能低下を抑制することが可能となる。

また、インホイールモータ２０を上下揺動可能に支持する機構としてリンク機構２６，２７を用いることにより、水や砂等が可動部分に入ることによる機能低下を抑制することができる。

さらに、本実施形態によれば、バネ下部品の振動がインホイールモータ２０の振動により相殺されるので、タイヤの接地性が向上する。
（変形例）
上記実施形態では、リンク機構２６，２７が、モータ反力によるステータ２０ｂの円周方向への動きを拘束すると共に、インホイールモータ２０を上下揺動可能に支持している。

変形例に係る車輪は、コの字状の第１リンク２６ａ、第３リンク２７ａ及びＨの字状の第２リンク２６ｂ、第４リンク２７ｂに代えて、インホイールモータ２０のステータ２０ｂとアクスルシャフト１０とを結合するトルクロッド、棒状の第１リンク、第３リンク及び棒状の第２リンク、第４リンクを備える点で上記実施形態と異なる。その他の構成は、上記実施形態と同様である。なお、棒状の第１リンク、第２リンク及び第３リンク、第４リンクに代えて、上下方向に摺動可能なリニアガイド等を用いてもよい。

本変形例に係る車輪では、トルクロッドが、インホイールモータ２０円周方向へ作用するモータ反力を受けることにより、ステータ２０ｂの円周方向への動きを拘束する。そのため、モータ反力を受けた場合であても、インホイールモータ２０は上下方向に円滑に揺動することができる。このように、本変形例に係る車輪構造は、上記実施形態と同様の作用、効果を有する。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、前後左右の四輪をインホイールモータ２０を上下揺動可能に搭載した車輪１としているが、左右一対の前輪又は左右一対の後輪を車輪１としてもよい。さらに、三輪車の一輪について車輪１を適用することもできる。

また、リンク機構２６，２７の数及び配置も上記実施形態に限られるものではなく、例えば、一つのリンク機構をアクスルシャフト１０の上側又は下側に取り付ける構成としてもよい。さらに、リンク機構の変更等に併せて、スプリング２８とダンパ３０の配置等を変更してもよい。

実施形態に係る車輪の軸線方向に平行な垂直断面図である。 実施形態に係る車輪の水平断面図である。

符号の説明

１…車輪、１０…アクスルシャフト、１２…ベアリング、１４…ホイール、１６…タイヤ、１８…サスペンション、２０…インホイールモータ、２０ａ…ロータ、２０ｂ…ステータ、２２…タイヤ継手、２４…プレート、２６，２７…リンク機構、２８…スプリング、３０…ダンパ、３２…ブレーキ。

Claims (4)

1. アクスルシャフトに回転可能に支持されたホイールと、
   前記ホイールの内側に設けられた電動モータと、
   前記電動モータのロータと前記ホイールとを偏心可能に連結する連結手段と、
   前記電動モータのステータと前記アクスルシャフトとを連結し、前記電動モータを前記アクスルシャフトに対して上下揺動可能に支持するリンク機構と、
   を備えることを特徴とする車輪構造。
2. 前記電動モータを懸架する振動緩衝手段が、前記リンク機構と前記アクスルシャフトとの間に取り付けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の車輪構造。
3. 前記振動緩衝手段は、ダンパ及びスプリングである、ことを特徴とする請求項２に記載の車輪構造。
4. 前記連結手段はタイヤ継手である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車輪構造。

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