JP2005289323A - インホイールモータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 構成が簡単で部品数の少ないバネ付き直動ガイドを備えた緩衝機構を更に改良し、剛性が高く、モータを車輌の足回り部品に対してより確実にフローティングマウントすることができる緩衝機構を備えたインホイールモータシステムを提供する。
【解決手段】 モータの非回転側ケースとナックルとを、リニアベアリング１３Ａ，１４Ａとロッド１３Ｂ，１４Ｂとから成り、車輌上下方向に作動する２つの直動ガイド１３，１４により結合された２枚のプレート１１，１２と、車輌上下方向に作動し、上記プレート１１，１２を結合するダンパー１６とを備えるとともに、一方の直動ガイド１４に車輌上下方向に作動するバネ部材１５，１５を取付けて成る緩衝機構１０により連結するようにした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ダイレクトドライブホイールを駆動輪とする車輌において用いられるインホイールモータシステムに関するものである。

一般に、足回りにバネ等のサスペンション機構を備えた車輌においては、ホイールやナックル、サスペンションアームといったバネ下に相当する部品の質量、いわゆるバネ下質量が大きい程、凹凸路を走行したときにタイヤ接地力の変動が増大し、ロードホールディング性が悪化することが知られている。
ところで、電気自動車などのモータによって駆動される車輌においては、モータを車輪に内蔵するインホイールモータシステムが採用されつつあるが、従来のインホイールモータでは、モータ部が車輌の足回りを構成する部品の一つであるアップライトまたはナックルと呼ばれる部品に接続するスピンドル軸に固定され、モータロータ及びホイールが回転可能な構造となっているため、上記のバネ下質量がインホイールモータの分だけ増加し、その結果、タイヤ接地力変動が増大し、ロードホールディング性が悪化してしまうといった問題点があった（例えば、特許文献１〜３参照）。

そこで、上記のような問題を解決するため、図６に示すような、ステータ３Ｓを支持する非回転側ケース３ａを、直動ガイド５１を介して互いに車輌の上下方向に作動方向が限定され、かつ、車輌の上下方向に作動するバネ５２及びダンパー５３により結合された２枚のプレート５４，５５を備えた緩衝機構５０を介してナックル５に対して弾性支持するとともに、ロータ３Ｒを支持する回転側ケース３ｂとホイール２とを、複数枚の中空円盤状のプレート６１Ａ〜６１Ｃを作動方向が互いに直交するように配置された直動ガイド６２Ａ，６２Ｂを用いて連結したフレキシブルカップリング６０により結合する構成のインホイールモータシステムが提案されている（例えば、特許文献４参照）。

上記緩衝機構５０は、詳細には、図７にも示すように、ナックル５に結合された車軸６連結され、サスペンション部材７側に位置するナックル取付けプレート５５の４隅に、車輌の上下方向に伸縮する４個のバネ５２を取付け、その中央部に設けられた車軸６との連結孔５５ｈの両側に、車輌の上下方向に伸縮する２個のダンパー５３を取り付け、モータ３側に位置するモータ取付けプレート５４の上記バネ５２の上部あるいは下部に対応する位置にバネ受け部５２ｎを、上記ダンパー５３の上部に対応する位置の上部に、ダンパー取付け部５３ｎを取付けるとともに、上記プレート５４，５５とを、プレートの中心に対して対称な位置に配置された４個の直動ガイド５１により結合したもので、これにより、上記モータ取付けプレート５４とナックル取付けプレート５５とは、上記４個の直動ガイド５１により、車輌上下方向に案内されるとともに、バネ５２及びダンパー５３により結合されているので、減衰力を発生しつつ、インホイールモータ３を上下方向にのみ揺動させることができる。

このように、上記構成のインホイールモータシステムでは、モータ３を車輌の足回り部品に対してフローティングマウントして、モータ３自身をダイナミックダンパーのウエイトとして作用させることができるので、不整路走行時の接地性能、乗り心地性能をともに向上させることができるとともに、上記フレキシブルカップリング６０により、モータ軸とホイール軸がどの方向にも偏心可能に結合されるので、モータ３からホイール２へのトルクを効率よく伝達させることが可能となる。
特許第２６７６０２５号公報 特表平９−５０６２３６号公報 特開平１０−３０５７３５号公報 国際公開第０２／８３４４６号パンフレット

しかしながら、上記の緩衝機構５０は、モータ３を車輌の足回り部品に対して確実にフローティングマウントさせることはできるものの、部品点数が多く、かつ、４個の直動ガイド５１やバネ５２をそれぞれ上下方向に平行に組付ける必要があることから高い組立精度が要求され、そのため、組付作業に時間がかかってしまうといった問題点があった。
そこで、本出願人は、上記問題点を解決するため、モータの非回転側ケース３ａとナックル５とを、図８に示すような、リニアベアリング５６Ａとロッド５６Ｂとから成る直動ガイド５６と車輌上下方向に作動するバネ部材５７，５７とを一体に構成したバネ付き直動ガイド５８により結合されたプレート５４，５５と、車輌上下方向に作動し上記プレート５４，５５を結合するダンパー５３とを備えた緩衝機構５０Ｚにより連結する構成のインホイールモータシステムを提案している。なお、同図において符号５８ｎは、直動ガイド５８または直動ガイド５８とダンパー５３の受け部材、５８ｍ，５３ｍはそれぞれ直動ガイド５８及びダンパー５３の固定部材である（特願２００３−４２５６６８号）。これにより、構成が簡単で部品数の少ない緩衝機構を用いてインホイールモータを車輌の足回り部品に対してフローティングマウントすることができるので、生産性を向上させることができるとともに、インホイールモータを安価に製造することができる

本発明は、上記バネ付き直動ガイドを備えた緩衝機構を更に改良し、剛性が高く、モータを車輌の足回り部品に対してより確実にフローティングマウントすることのできる緩衝機構を備えたインホイールモータシステムを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、車輪部に設けられた中空形状のダイレクトドライブモータのステータ側が、車輌の足回り部品に対して、弾性体及び／または減衰機構を介して支持されたインホイールモータシステムであって、上記モータの非回転側ケースを、リニアベアリングとロッドとから成る第１及び第２の直動ガイドにより結合された、互いに車輌上下方向に作動方向が限定された２枚のプレートと、上記２枚のプレートを結合する、車輌上下方向に作動するダンパーとを備えた緩衝機構により車輌の足回り部品に対して支持するとともに、上記第２の直動ガイドの一方を第１の直動ガイドが取付けられた、ナックルに結合されナックル側プレート、もしくは、上記第１の直動ガイドの外周面から突出する固定部材に取付け、この固定部材と、モータの非回転側ケースに結合されるモータ側プレートに取付けられた上記第２の直動ガイドの両端側を取付ける受け部材との間にバネ部材を配設したことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインホイールモータシステムにおいて、上記第１の直動ガイドを、上記ナックル側プレートのタイヤ前後方向側面に取付けたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のインホイールモータシステムにおいて、上記第１及び第２の直動ガイドを、上記ナックル側プレートに取付けられる取付部材に一体に取付けたものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインホイールモータシステムにおいて、上記２つの直動ガイドを、車輌の後方側で、かつ、ホイールの幅方向に並べて配置したものである。

本発明によれば、モータの非回転側ケースとナックルとを、リニアベアリングとロッドとから成る第１及び第２の直動ガイドにより結合された、互いに車輌上下方向に作動方向が限定された２枚のプレートと、上記２枚のプレートを結合する、車輌上下方向に作動するダンパーとにより車輌の足回り部品に対して支持するとともに、上記第２の直動ガイドの一方を第１の直動ガイドが取付けられた、ナックルに結合されナックル側プレート、もしくは、上記第１の直動ガイドの外周面から突出する固定部材に取付け、この固定部材と、モータの非回転側ケースに結合されるモータ側プレートに取付けられた上記第２の直動ガイドの両端側を取付ける受け部材との間にバネ部材を配設した、構成が簡単で、かつ、剛性の高い緩衝機構により連結したので、インホイールモータを車輌の足回り部品に対し更に確実にフローティングマウントすることができる。また、上記緩衝機構は部品数も少なく組立も容易なので、生産性を向上させることができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本最良の形態に係るインホイールモータシステムの構成を示す図で、同図において、１はタイヤ、２はリム２ａとホイールディスク２ｂとから成るホイール、３は半径方向に対して内側に設けられた非回転側ケース３ａに固定されたステータ３Ｓと、半径方向に対して外側に設けられ、軸受け３ｊを介して上記非回転側ケース３ａに対して回転可能に接合された回転側ケース３ｂに固定されたロータ３Ｒとを備えたアウターロータ型のインホイールモータである。
また、４はホイール２とその回転軸において連結されたハブ部、５は車軸６に結合されるナックル、７はショックアブゾーバ等から成るサスペンション部材、８は上記ハブ部４に装着されたブレーキディスクから成る制動装置、１０はモータ３の非回転側ケース３ａに結合されるモータ取付けプレート１１と上記車軸６に取付けられたナックル取付けプレート１２とを車輌の上下方向に案内する第１及び第２の直動ガイド部材１３，１４と、上記第２の直動ガイド１４に取付けられ、上記第２の直動ガイド１４の稼動方向に伸縮するバネ部材１５，１５と、上記第１及び第２の直動ガイド１３，１４の稼動方向に伸縮する片ロッド型のダンパー１６とを備え、モータの非回転側ケース３ａとナックル５とを連結する緩衝機構、６０は複数枚の中空円盤状のプレート６１Ａ〜６１Ｃと、上記プレート６１Ａ〜６１Ｃ間を連結する、作動方向が互いに直交するように配置された直動ガイド６２Ａ，６２Ｂとを備え、モータ３とホイール２とを連結するフレキシブルカップリングである。
なお、本例では、緩衝機構１０の構成を分かりやすくするため、モータ取付けプレート１１とナックル取付けプレート１２の位置、及び、直動ガイド１３，１４とダンパー１６の位置を車軸方向にずらして図示している。

第１及び第２の直動ガイド１３，１４は、図２に示すように、それぞれ、リニアベアリング１３Ａ（１４Ａ）と、このリニアベアリング１３Ａ（１４Ａ）に装着された、直線運動するロッド１３Ｂ（１４Ｂ）とから構成される。本例では、図３に示すように、図示しない車軸６との連結孔１２ｈが設けられたナックル取付けプレート１２のタイヤ幅方向側面１２ａに取付部材１２ｍを取付け、この取付部材１２ｍに上記第１及び第２の直動ガイド１３，１４を一体に取付ける。上記取付部材１２ｍは、詳細には、上記第１の直動ガイド１３を構成するリニアベアリング１３Ａの長さのほぼ全体に亘って支持するとともに、上記第１の直動ガイド１３の中心近傍から、サスペンション部材７方向へ突出し、上記第２の直動ガイド１４の中央部を固定する固定部１２ｋを有しており、この固定部１２ｋに上記第２の直動ガイド１４を取付けるとともに、上記連結孔１２ｈの他方の側に設けられた固定部材１２ｎに上記ダンパー１６の固定部１６Ａを取付ける。
そして、モータ３側に位置するモータ取付けプレート１１の上記第１及び第２の直動ガイド１３，１４の可動部であるロッド１３Ｂ，１４Ｂの両端部に対応する位置に受け部材１１ｍ，１１ｍを取付け、この受け部材１１ｍ，１１ｍ上記ロッド１３Ｂ，１４Ｂの両端部を取付けるとともに、上記受け部材１１ｍの上記ロッド１４Ｂの両端部を受ける側と、上記固定部１２ｋとの間にバネ部材１５，１５を取付ける。また、上記モータ取付けプレート１１にダンパー用の受け部材１１ｎを設けて、上記ダンパー１６の可動部であるロッド１６Ｂの先端側を上記受け部材１１ｎに取付ける。これにより、モータ取付けプレート１１とナックル取付けプレート１２とは、上記第１及び第２の直動ガイド１３，１４により車輌上下方向に案内されるとともに、上記第２の直動ガイド１４に取付けられたバネ部材１５，１５と上記ダンパー１６とにより結合されるので、減衰力を発生しつつ、インホイールモータ３を上下方向にのみ揺動させることができる。

また、本例では、緩衝機構１０の厚みを薄くするため、図３に示すように、モータ取付けプレート１１に切り欠き部１１Ｋ，１１Ｋを設け、この切り欠き部１１Ｋ，１１Ｋに上記ロッド１３Ｂ，１４Ｂの受け部材１１ｍ，１１ｍをそれぞれ取付けるための受け部材取付片１１Ｄ，１１Ｄを取付けるようにしている。これは、直動ガイドを２つホイール２の幅方向に配置すると、受け部材１１ｍ，１１ｍの突出量が大きくなり、緩衝機構１０の厚みが増えてしまうだけでなく、サスペンション部材７側の直動ガイド（第２の直動ガイド１４）とモータ取付けプレート１１との距離が長くなってしまうので、モータ取付けプレート１１とナックル取付けプレート１２とを安定して車輌上下方向に案内するためには、上記受け部材１１ｍ，１１ｍの厚さを厚くするなどして強度を確保する必要がある。これに対して本例では、受け部材１１ｍ，１１ｍの一部がモータ取付けプレート１１内に組込まれた構成となっているので、緩衝機構１０の厚みを厚くすることなく、モータ取付けプレート１１とナックル取付けプレート１２とを、確実に車輌上下方向に案内することができる。

更に、本例では、上記のように、モータの非回転側ケース３ａを、上記第１及び第２の直動ガイド１３，１４の２つの直動ガイドで支持することにより、直動ガイドが１つの場合よりも剛性を高くしているので、インホイールモータ３を車輌の足回り部品に対し更に確実にフローティングマウントすることができる。その上、一方の直動ガイド（第２の直動ガイド１４）は、上記図８のバネ付き直動ガイド５８と同様に、ナックル取付けプレート１２と固定部１２ｋでのみ接続されているが、他方の直動ガイド（第１の直動ガイド１３）は、ナックル取付けプレート１２に強固に固定されているので、単に上記バネ付き直動ガイド５８を２つ配置した場合に比較して、緩衝機構１０の剛性を高くすることができる。なお、バネ部材１５，１５は、一方の直動ガイドのみに取付けられていれば、十分にその効果を発揮することができる。

また、本例では、上記第１及び第２の直動ガイド１３，１４を車輌の後方側に配置している。このため、停車中は、図４に示すように、モータ３には車輪が進行方向に転がろうとするトルクＴが作用している。そして、車輌が発進し始める時には、モータ３には上記トルクＴとは反対方向に駆動反力が生じ、この駆動反力が上記トルクＴと相殺するためスムースなガイド摺動が可能となる。
したがって、上記第１及び第２の直動ガイド１３，１４は車輌の後方側に配置することが好ましい。
なお、加速時のみならず、走行時においても、インホイールモータ３では、ロータ３Ｒが車輌進行方向に回転しているとき、ステータ３Ｓ側にはそれと反対方向（車輌の後方）に駆動反力が生じており、この駆動反力を上記直動ガイド１３，１４が支えているので、上記直動ガイド１３，１４を車輌の後方側に配置すれば、走行時においても、上記直動ガイド１３，１４にかかるモータ３のトルクＴと上記駆動反力とが釣り合って、ロッド１３Ｂ，１４Ｂとリニアベアリング１３Ａ，１４Ａとの摺動性がよくなり、モータ３をスムースに上下方向に案内することができる。

このように、本最良の形態によれば、モータ３の非回転側ケース３ａとナックル５とを、リニアベアリング１３Ａ，１４Ａとロッド１３Ｂ，１４Ｂとから成り、車輌上下方向に作動する２つの直動ガイド１３，１４により結合された２枚のプレート１１，１２と、車輌上下方向に作動し、上記プレート１１，１２を結合するダンパー１６とを備えるとともに、一方の直動ガイド１４に車輌上下方向に作動するバネ部材１５，１５を取付けた緩衝機構１０により連結するようにしたので、簡単な構成で、上記モータ３を車輌の足回り部品に対して更に確実にフローティングマウントすることができる。

なお、上記最良の形態では、ダンパー１６をナックル取付けプレート１２のサスペンション部材７側に配置したが、図５（ａ）に示すように、第１の直動ガイド１３の取付けられた面と対向する側面１２ｂに取付けてもよい。また、図５（ｂ）に示すように、上記側面１２ｂから固定片１２ｐを突出させ、この固定片１２ｐに第２の直動ガイド１４を固定するようすることも可能である。
が、上記のように、車輌の発進性を考慮すると、本例のように、第１及び第２の直動ガイド１３，１４は、車輌の後方側で、かつ、ホイール２の幅方向に並べて配置することが好ましい。
また、ダンパー１６としても上記片ロッド型のものに限らず、一方向に伸縮する周知のダンパーを用いることができる。

以上説明したように、本発明によれば、インホイールモータを車輌の足回り部品に対して確実にフローティングマウントするようにしたので、不整路走行時の接地性能、乗り心地性能をともに更に向上させることができる。また、本発明の緩衝機構は、構成が簡単で部品数の少ないので、生産性を向上させることができるとともに、インホイールモータを安価に製造することができる。

本発明の最良の形態に係るインホイールモータシステムの構成を示す縦断面図である。 本最良の形態に係る直動ガイドの構成を示す図である。 本最良の形態に係る緩衝機構の構成を示す図である。 本最良の形態に係る直動ガイドの取付位置とモータに作用するトルクとの関係を示す図である。 直動ガイドの他の配置方法を示す図である。 従来のインホイールモータの構成を示す図である。 従来の緩衝機構の構成を示す図である。 バネ付き直動ガイドを用いた緩衝機構の構成を示す図である。

符号の説明

１ タイヤ、２ ホイール、２ａ リム、２ｂ ホイールディスク、
３ インホイールモータ、３Ｒ モータロータ、３Ｓ モータステータ、
３ａ 非回転側ケース、３ｂ 回転側ケース、３ｊ 軸受け、４ ハブ部、
５ ナックル、６ 車軸、７ サスペンション部材、８ 制動装置、
１０ 緩衝機構、１１ モータ取付けプレート、１１ｍ，１１ｎ 受け部材、
１１Ｄ 受け部材取付片、１１Ｋ 切り欠き部、１２ ナックル取付けプレート、
１２ｈ 連結孔、１２ｍ，１２ｎ 取付部材、１２ｋ 固定部、
１３ 直動ガイド部材、１３Ａ，１４Ａ リニアベアリング、
１３Ｂ，１４Ｂ ロッド、１５ バネ部材、１６ ダンパー、
６０ フレキシブルカップリング、６１Ａ〜６１Ｃ 中空円盤状のプレート、
６２Ａ，６２Ｂ 直動ガイド。

Claims (4)

1. 車輪部に設けられた中空形状のダイレクトドライブモータのステータ側が、車輌の足回り部品に対して、弾性体及び／または減衰機構を介して支持されたインホイールモータシステムにおいて、上記モータの非回転側ケースを、リニアベアリングとロッドとから成る第１及び第２の直動ガイドにより結合された、互いに車輌上下方向に作動方向が限定された２枚のプレートと、上記２枚のプレートを結合する、車輌上下方向に作動するダンパーとを備えた緩衝機構により車輌の足回り部品に対して支持するとともに、上記第２の直動ガイドの一方を第１の直動ガイドが取付けられた、ナックルに結合されるナックル側プレート、もしくは、上記第１の直動ガイドの外周面から突出する固定部材に取付け、この固定部材と、モータの非回転側ケースに結合されるモータ側プレートに取付けられた上記第２の直動ガイドの両端側を取付ける受け部材との間にバネ部材を配設したことを特徴とするインホイールモータシステム。
2. 上記第１の直動ガイドを、上記ナックル側プレートのタイヤ前後方向側面に取付けたことを特徴とする請求項１に記載のインホイールモータシステム。
3. 上記第１及び第２の直動ガイドを、上記ナックル側プレートに取付けられる取付部材に一体に取付けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインホイールモータシステム。
4. 上記２つの直動ガイドを、車輌の後方側で、かつ、ホイールの幅方向に並べて配置したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインホイールモータシステム。

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