JP2005335566A - 車両用ホイール駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両用ホイール駆動装置において、簡単な構成によって車両の操縦性をより高め、旋回時におけるタイヤの捩れや引きずりを抑制すること。
【解決手段】 車体に懸架される１つのホイール３０は、互いに同心上で独立して回転可能な複数のリム３１Ａ，３１Ｂと、これらのリムにそれぞれ備えた複数のタイヤ３２Ａ，３２Ｂと、からなる。車両用ホイール駆動装置４０は、複数のリムに複数の電動モータ５０，６０を１つずつ個別に連結した構成である。複数のリムを各電動モータにて独立して駆動することができる。ホイールは、車両進行方向に対して左又は右へのモーメントがホイールに働いたときにそのモーメントを検出するモーメントセンサ３５を備える。複数の電動モータは、モーメントセンサの検出信号に応じた回転数で、それぞれ対応するリムを駆動する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両用ホイール（車輪）に電動モータを組込んだ車両用ホイール駆動装置の改良技術に関する。

近年、車両において、動力源からホイールへの動力伝達系統を簡略化するとともに伝達効率を高めるために、ホイールに駆動源である電動モータを組込んだ技術の開発が、進められている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−２５８６４２号公報（図１−２）

特許文献１に示す従来の車両用ホイール駆動装置を、次の図７に基づいて説明する。
図７（ａ），（ｂ）は従来の車両用ホイール駆動装置の概要図であり、（ａ）は車両用ホイール駆動装置の断面構成を示し、（ｂ）は車両用ホイール駆動装置を側方から見た構成を示す。

従来の車両用ホイール駆動装置１００は、車両の片側車輪（ホイール）１０１における１つのハブ１０２に複数のリム１０３，１０３を固定し、これらのリム１０３，１０３を複数の電動モータ１０４，１０４で駆動するようにしたというものである。複数のリム１０３，１０３は互いに同心上に配置し、それぞれタイヤ１０５，１０５を備える。複数の電動モータ１０４，１０４の出力を集合歯車機構１０６によって１つにまとめた後に、伝動軸１０７及び遊星歯車１０８を介してハブ１０２に伝えることで、複数のリム１０３，１０３は互いに同一方向へ同一回転速度で回転する。
このように、１つのホイール１０１を駆動するための駆動源を、複数の電動モータ１０４，１０４に分割することによって、個々の電動モータ１０４，１０４を小型化することができる。この結果、駆動源の小型化を図ることができる。
１１０はディスクブレーキである。

上述のホイール１０１は、車幅方向へ複数のタイヤ１０５，１０５を配列した幅広ホイールであり、幅広タイヤを有したものと同様に比較的重い。特にタイヤ１０５，１０５が大径である場合には、より大重量のホイールとなる。このように電動モータ１０４，１０４を備えた大重量のホイール１０１を車体に懸架するので、車両の「ばね下重量」、すなわちサスペンションのスプリングよりも下側の重量は比較的大きい。

ところで、前記ホイール１０１を前輪のような転舵車輪に採用した場合には、図示せぬステアリング機構のステアリングハンドルを操舵することにより、ステアリングギヤ機構におけるラックアンドピニオンのラックを介してホイール１０１を転舵することになる。
転舵時には、ハブ１０２やリム１０３，１０３に大きいセルフアライニングトルク、すなわち、タイヤ１０５，１０５の回転面の方向を進行方向へ戻そうとするモーメントが働く。しかも、ばね下重量が大きい。この結果、転舵時にホイール１０１からラックへ大きい反力がかかる。このようなことから、大きい操舵力が必要となるので、車両の操縦性をより高めるには改良の余地がある。操舵力を低減させるには、操舵力に補助力を付加するためのパワーアシスト機構を追加すればよい。しかし、ステアリング機構が複雑な構成にならざるを得ない。

一方、幅広のホイール１０１を、後輪のような非転舵車輪に採用した場合には、旋回時において、旋回の外側タイヤ１０５と内側タイヤ１０５とで回転速度が同一であるから、タイヤ１０５，１０５の捩れや引きずりを抑制するための配慮が求められる。

本発明は、簡単な構成によって車両の操縦性をより高めることができ、また、旋回時におけるタイヤの捩れや引きずりを抑制することができる、車両用ホイール駆動装置の技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、車体に懸架される１つのホイールを、互いに同心上で独立して回転可能な複数のリム及びこれらのリムにそれぞれ備えた複数のタイヤで構成し、複数のリムに複数の電動モータを１つずつ個別に連結することで、複数のリムを各電動モータにて独立して駆動するように構成した車両用ホイール駆動装置である。

請求項２に係る発明は、複数の電動モータに、それぞれ固定側のステータと回転側のロータとを備え、複数のステータが、車体にホイールを懸架するホイール支持部材に取付けた部材であり、複数のロータが、複数のリムのうち各々対応する１つに連結した部材であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、ホイールに、車両の進行方向に対して左又は右へのモーメントがホイールに働いたときにそのモーメントを検出するモーメントセンサを備え、複数の電動モータが、モーメントセンサの検出信号に応じた回転数で、それぞれ対応するリムを駆動するように構成したことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、１つのホイールを、互いに同心上で独立して回転可能な複数のリム及びこれらのリムにそれぞれ備えた複数のタイヤで構成し、さらに、複数のリムに複数の電動モータを１つずつ個別に連結したので、複数のリムを各電動モータにて独立して駆動することができる。このため、１つのホイールにおける複数のリムを、それぞれ独立した回転数で回転させることができる。従って、旋回の外側タイヤと内側タイヤの各回転を適切に設定することで、ホイールに発生するセルフアライニングトルク、すなわち、タイヤの回転面の方向を進行方向へ戻そうとするモーメントを抑制することができる。
このため、請求項１のホイールを前輪のような転舵車輪に採用した場合には、簡単な構成によって、車両の操縦性をより高めることができる。
一方、請求項１のホイールを後輪のような非転舵車輪に採用した場合には、旋回時において、旋回の外側タイヤと内側タイヤとで積極的に回転速度差を発生させることにより、タイヤの捩れや引きずりを極力抑制することができる。この結果、ホイールに発生するセルフアライニングトルクを極力抑制することができる。

請求項２に係る発明では、車体にホイールを懸架するためのホイール支持部材に取付けた複数のステータと、複数のリムのうち各々対応する１つに連結した複数のロータと、を組み合わせて複数の電動モータを構成したので、より簡単な構成によって、ホイールに複数の電動モータを組込むことができる。

請求項３に係る発明では、車両の進行方向に対して左又は右へのモーメントがホイールに働いたときにそのモーメントを検出するモーメントセンサをホイールに備え、複数の電動モータが、モーメントセンサの検出信号に応じた回転数で、それぞれ対応するリムを駆動するように構成したので、ホイールに働いたモーメント、すなわちセルフアライニングトルクを打ち消すように、複数のリムを適切な回転数で回転させることができる。従って、セルフアライニングトルクを一層抑制することができる。この結果、このホイールを転舵車輪に採用した場合には、簡単な構成によって、車両の操縦性をより一層高めることができる。
また、ホイールを非転舵車輪に採用した場合には、タイヤの捩れや引きずりをより一層抑制することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は運転者から見た方向に従う。
図１は本発明に係る車両用ホイール駆動装置を搭載した車両を後方から見た構成図であり、左側におけるサスペンション２０とホイール３０と車両用ホイール駆動装置４０の構成を表した。図２は本発明に係る車両用ホイール駆動装置の断面図であり、図１に対応させて表した。
なお、右側におけるサスペンション２０とホイール３０と車両用ホイール駆動装置４０も左側と同じ構成なので、図示並びに説明を省略する。

図１及び図２に示すように車両１０は、車体１１にサスペンション２０にてホイール３０を懸架したものであって、ホイール３０におけるリム３１Ａ，３１Ｂの内側（径内方）に駆動源であるインホイールモータ４１を配置する車両用ホイール駆動装置４０を搭載した、前後に２輪ずつを備える四輪電気自動車である。

サスペンション２０は、車体１１に上下スイング可能に取付けた上側のアッパアーム２１並びに下側のロアアーム２２と、ロアアーム２２と車体側のダンパハウジング１２との間に取付けたクッション２３と、アッパ・ロアアーム２１，２２の各先端にアッパ・ロアジョイント２４，２５を介して連結したホイール支持部材２６とを主要構成として、車体１１にホイール３０を懸架する懸架装置である。

車両用ホイール駆動装置４０は、車体１１にアッパ・ロアジョイント２４，２５を介してホイール支持部材２６を懸架し、ホイール支持部材２６にインホイールモータ４１を介してホイール３０を取付けることで、ホイール３０における複数のリム３１Ａ，３１Ｂの内側に、ホイール３０と同心のインホイールモータ４１を配置した構成である。

インホイールモータ４１は、互いに同心とした中空状の第１モータ５０及び第２モータ６０からなる。これら複数の電動モータ、すなわち第１・第２モータ５０，６０は、複数のリム３１Ａ，３１Ｂに個別に連結することで、独立してこれらのリム３１Ａ，３１Ｂを駆動することを特徴とする。制御部４２によって第１・第２モータ５０，６０を制御することができる。このような車両用ホイール駆動装置４０であるから、ホイール３０の回転中心ＲＣ周りのスペースを有効に活用することができる。

図２に示すように１つのホイール３０は、互いに同心上で独立して回転可能な複数のリム３１Ａ，３１Ｂと、これらのリム３１Ａ，３１Ｂにそれぞれ備えた複数のタイヤ３２Ａ，３２Ｂと、複数のリム３１Ａ，３１Ｂの内周面３１ａ，３１ａに取付けた中空円盤状のディスク３３Ａ，３３Ｂとからなる車輪である。複数のリム３１Ａ，３１Ｂは車幅方向に接近して配列したものである。
このように、車幅方向外側（図２の左側）のリム３１、タイヤ３２及びディスク３３には符号の後にＡを付し、適宜、第１リム３１Ａ、第１タイヤ３２Ａ及び第１ディスク３３Ａと言うことにする。一方、車幅方向内側のリム３１、タイヤ３２及びディスク３３には符号の後にＢを付し、適宜、第２リム３１Ｂ、第２タイヤ３２Ｂ及び第２ディスク３３Ｂと言うことにする。

車幅方向外側の第１リム３１Ａ及び第１タイヤ３２Ａの幅は、車幅方向内側の第２リム３１Ｂ及び第２タイヤ３２Ｂの幅よりも小さい。リム３１Ａ，３１Ｂは円筒状の部材である。ディスク３３Ａ，３３Ｂは、それぞれリム３１Ａ，３１Ｂのうち最も車幅方向外寄りの位置（図２の左端）に配置することになる。

ホイール支持部材２６は、中空円盤状の支持本体２６ａの外縁から車幅方向外側へ環状の縁部２６ｂを延ばした、平底の皿状を呈する非回転部材であって、車幅方向内側（図２の右側）へ延ばした、上部のアッパステー２６ｃ及び下部のロアステー２６ｄを備えるナックルである。

アッパステー２６ｃは、リム３１の内周面３１ａに向かって斜め上方へ延び、その先端にアッパジョイント２４を取付けることで、アッパジョイント２４を介してアッパアーム２１の先端に連結することができる。一方、ロアステー２６ｄは、リム３１の内周面３１ａに向かって斜め下方へ延び、その先端にロアジョイント２５を取付けることで、ロアジョイント２５を介してロアアーム２２の先端に連結することができる。アッパ・ロアジョイント２４，２５は例えばボールジョイントからなる。
これらのアッパ・ロアジョイント２４，２５の中心間を通る直線Ｋｉは、サスペンション２０のキングピン軸（走向中心軸）である。

さらにホイール支持部材２６は、支持本体２６ａに形成した想像線にて示すナックルアーム２６ｅと、支持本体２６ａから車幅方向外側（図２の左側）へ延びたインナステータ４３と、を備える。

車両用ホイール駆動装置４０は、（１）第１モータ５０の内径Ｄ１よりも第２モータ６０の外径Ｄ２を小径に設定し、（２）第１モータ５０内に第２モータ６０の少なくとも一部を入り込ませ、（３）ホイール３０のうち、最も車幅方向外寄りの位置から車幅方向内側へ第１モータ５０、第２モータ６０及びアッパ・ロアジョイント２４，２５をこの順に配置したことを特徴とする。
このようにして、ホイール３０のうち、車幅方向外寄りの位置にインホイールモータ４１を寄せて配置するとともに、車幅方向内寄りの位置にアッパ・ロアジョイント２４，２５を配置することができる。

インナステータ４３は、大径の筒状の第１ステータ５１と、小径の筒状の第２ステータ６１と、これらの第１・第２ステータ５１，６１を連結する円盤状の連結盤４４と、からなる一体成形品である。第１・第２ステータ５１，６１はホイール３０の回転中心ＲＣに対して同心である。支持本体２６ａにおける車幅方向外側の面に第２ステータ６１の端を複数のボルト４５・・・（・・・は複数を示す。以下同じ。）にて取付けることで、ホイール支持部材２６にインナステータ４３を固定することができる。連結盤４４は、第２ステータ６１における車幅方向外側の端から径外方へ延びるとともに、その外周部を第１ステータ５１における車幅方向内側の端に固定したものである。

次に、第１モータ５０及び第２モータ６０について、詳しく説明する。
図３は本発明に係る車両用ホイール駆動装置の上半分の断面図であり、図２に対応させて表した。
図２及び図３に示すように、車幅方向外側の第１モータ５０は、ホイール３０の回転中心ＲＣと同心の中空状の電動モータであって、第１リム３１Ａの幅の中に収まるように収納されたものである。このような第１モータ５０は、内筒状の第１ステータ５１と、第１ステータ５１の外周面に取付けた複数の電気子５２・・・と、内部に第１ステータ５１を嵌合する外筒状の第１アウタロータ５３と、第１アウタロータ５３の内周面に取付けた複数の永久磁石５４・・・とからなる。

第１ステータ５１は固定側の部材である。電気子５２は鉄心とコイルボビンと巻線とからなる。
第１アウタロータ６３は、第１リム３１Ａの幅の中に収納された回転側の部材であって、円筒状の外筒部５３ａ並びに内筒部５３ｂと、これらの外・内筒部５３ａ，５３ｂ間を連結する中空円盤状の連結盤５３ｃと、からなる、一体成形品である。外筒部５３ａは、第１ステータ５１よりも大径の部材であって、内周面に永久磁石５４・・・を備える。内筒部５３ｂは、第１ステータ５１よりも小径の部材である。外・内筒部５３ａ，５３ｂは、ホイール３０の回転中心ＲＣに対して同心である。連結盤５３ｃは、外・内筒部５３ａ，５３ｂにおける車幅方向外側の端面同士を連結する部材である。
さらには、第１ステータ５１は内周面で、軸受５５を介し、第１アウタロータ５３における内筒部５３ｂの外周面を回転可能に支持する。

一方、車幅方向内側の第２モータ６０は、ホイール３０の回転中心ＲＣと同心の中空状の電動モータであって、車幅方向の半分が第１リム３１Ａの幅の中に収まるとともに、残り半分が第２リム３１Ｂの幅の中に収まるように収納されたものである。
このような第２モータ６０は、内筒状の第２ステータ６１と、第２ステータ６１の外周面に取付けた複数の電気子６２・・・と、内部に第２ステータ６１を嵌合する外筒状の第２アウタロータ６３と、第２アウタロータ６３の内周面に取付けた複数の永久磁石６４・・・とからなる。

第２ステータ６１は固定側の部材である。電気子６２は鉄心とコイルボビンと巻線とからなる。
第２アウタロータ６３は回転側の部材であって、内周面に永久磁石６４・・・を備える円筒部６３ａと、円筒部６３ａの外周面のうち車幅方向外端から径方向へ延びる円盤状のフランジ６３ｂとにより形成した、一体成形品である。
ホイール支持部材２６の縁部２６ｂは内周面で、軸受６５を介し、円筒部６３ａの外周面を回転可能に且つ軸方向移動を規制して支持する。
さらには、第２アウタロータ６３のフランジ６３ｂは、第１アウタロータ５３の外筒部５３ａの中に嵌合している。外筒部５３ａは、内周面のうち車幅方向内側の端部で、軸受６６を介し、フランジ６３ｂの外周面を回転可能に且つ軸方向移動を規制して支持する。

第２ステータ６１と第２アウタロータ６３との間の空間を、ホイール支持部材２６の支持本体２６ａとインナステータ４３の連結盤４４とによって囲んだので、空間内の電気子６２・・・や永久磁石６４・・・を保護することができるとともに、外部から泥水や塵埃の侵入を防止することができる。この結果、簡単な構成によって第２モータ６０の耐久性を高めることができる。しかも、支持本体２６ａ及び連結盤４４が、空間を塞ぐリッドの役割を兼ねるので、別部材のリッドを設ける必要がなく、部品数を削減することができる。

さらにまた、第１アウタロータ５３における外筒部５３ａの端面に第２アウタロータ６３のフランジ６３ｂを被せたので、第１ステータ５１と第１アウタロータ５３とで囲った空間をフランジ６３ｂで覆うことができる。すなわち、フランジ６３ｂはリッドの役割を兼ねる。従って、空間内の電気子５２・・・や永久磁石５４・・・を保護することができるとともに、外部から泥水や塵埃の侵入を防止することができる。この結果、簡単な構成によって第１モータ５０の耐久性を高めることができる。しかも、フランジ６３ｂがリッドの役割を兼ねるので、別部材のリッドを設ける必要がなく、部品数を削減することができる。

以上の説明から明らかなように、１個のインナステータ４３が、第１・第２モータ５０，６０にそれぞれ必要な２個のステータを兼ねるので、部品数を削減することができる。

ここで、ホイール３０に対するインホイールモータ４１の寸法関係や配置関係を、まとめて説明する。
図２及び図３に示すようにインホイールモータ４１は、（１）第１リム３１Ａの内径よりも第１アウタロータ５３における外筒部５３ａの外径を若干小径とし、（２）この外筒部５３ａの内径よりも第１ステータ５１の外径を小径とし、（３）第１ステータ５１の内径よりも第２アウタロータ６３における円筒部６３ａの外径を小径とし、（４）この円筒部６３ａの内径よりも第２ステータ６１の外径を小径とし、さらに、（５）円筒部６３ａの外径よりもホイール支持部材２６における縁部２６ｂの内径を大径としたものである。

このように寸法を設定した結果、次のようになる。図２に示すように、第１ステータ５１の内径Ｄ１よりも第２アウタロータ６３における円筒部６３ａの外径Ｄ２を小径とすることにより、第１モータ５０の内径Ｄ１よりも第２モータ６０の外径Ｄ２を小径に設定することができる。従って、第１モータ５０内に第２モータ６０の少なくとも一部、例えば半分程度を入り込ませることにより、第１・第２リム３１Ａ，３１Ｂ内に配置されたインホイールモータ４１の車幅方向の全寸法を小さくすることができる。

ホイール支持部材２６は、第２リム３１Ｂにおけるリム幅の中心Ｗｉよりも車幅方向外寄りの位置に配置している。第２リム３１Ｂの内側において、リム幅の中心Ｗｉよりも車幅方向内側には、広い空きスペースＳｐを有する。この空きスペースＳｐは、ホイール支持部材２６の縁部２６ｂと第２リム３１Ｂの内周面３１ａとの間で、全く遮る物が無い部分である。このような空きスペースＳｐを利用し、下側のロアジョイント２５を第２リム３１Ｂの内周面３１ａに隣接させて自由な位置に配置することで、ロアジョイント２５の地上高さＨｉを下げることができる。

このような車両用ホイール駆動装置４０は、第１ブレーキ機構７０及び第２ブレーキ機構８０を組込んだものである。
第１ブレーキ機構７０は、液圧式又は空圧式のディスクブレーキであり、第１ディスク３３Ａに取付けた中空円盤状の第１ブレーキディスク７１と、インナステータ４３に取付けた第１ブレーキキャリパ７２とからなる、一般的な構成である。第１ブレーキキャリパ７２は、第１ブレーキディスク７１の内周部分における両側面をパッドで押え、その摩擦力にて制動制御するものである。
第１アウタロータ５３における連結盤５３ｃの車幅方向外側の端面に、第１ブレーキディスク７１と第１ディスク３３とを、この順に重ね合わせて、複数のボルト・ナット７３・・・にて共締めして結合することにより、第１モータ５０の出力側に第１リム３１Ａを取付けることができる。

一方、第２ブレーキ機構８０は、液圧式又は空圧式のディスクブレーキであり、第２ディスク３３Ｂに取付けた中空円盤状の第２ブレーキディスク８１と、ホイール支持部材２６に取付けた第２ブレーキキャリパ８２とからなる、一般的な構成である。第２ブレーキキャリパ８２は、第２ブレーキディスク８１の外周部分における両側面をパッドで押え、その摩擦力にて制動制御するものである。
第２アウタロータ６３におけるフランジ６３ｂの車幅方向内側の端面に、第２ブレーキディスク８２と第２ディスク３３Ｂとを、この順に重ね合わせて、複数のボルト・ナット８３・・・にて共締めして結合することにより、第２モータ６０の出力側に第２リム３１Ｂを取付けることができる。

このようにして、ホイール支持部材２６にインホイールモータ４１を介してホイール３０を取付けることで、ホイール３０におけるリム３１Ａ，３１Ｂの内側にホイール３０と同心のインホイールモータ４１を配置した。
なお、第１・第２ブレーキキャリパ７２，８２の取付け高さは、ホイール３０の回転中心ＲＣに対してほぼ同一高さに設定すればよい。

ホイール支持部材２６に対して第２アウタロータ６３の軸方向移動を規制し、この第２アウタロータ６３に第２ディスク３３Ｂを結合したので、ホイール支持部材２６に第２リム３１Ｂ及び第２モータ６０を軸方向移動を規制して取付けることができる。
さらには、第２アウタロータ６３に対して第１アウタロータ５３の軸方向移動を規制し、この第１アウタロータ５３に第１ディスク３３Ａを結合したので、ホイール支持部材２６に第１リム３１Ａ及び第１モータ５０を軸方向移動を規制して取付けることができる。
従って、ホイール支持部材２６にホイール３０を軸方向移動を規制して取付けることができる。

以上をまとめて説明すると、次の通りである。複数の電動モータ５０，６０は、車体１１にホイール３０を懸架するためのホイール支持部材２６に取付けた複数のステータ５１，６１と、複数のリム３１Ａ，３１Ｂのうち各々対応する１つに連結した複数のロータ５３，６３と、を組み合わせて構成したものである。このため、より簡単な構成によって、ホイール３０に複数の電動モータ５０，６０を組込むことができる。

また、第１モータ５０の内径Ｄ１よりも第２モータ６０の外径Ｄ２を小径に設定することで、第１モータ５０内に第２モータ６０の少なくとも一部を入り込ませることにより、これら第１・第２モータ５０，６０全体の車幅方向の寸法を小さくして、薄型化を図ることができる。その分、第１・第２リム３１Ａ，３１Ｂの内側のスペースに余裕ができる。

さらには、第１・第２リム３１Ａ，３１Ｂの内側において、最も車幅方向外寄りの位置から車幅方向内側へ第１モータ５０、第２モータ６０の順に配置することで、車幅方向外寄りの位置に第１・第２モータ５０，６０を寄せて配置することにより、車幅方向内寄りのスペースにアッパ・ロアジョイント２４，２５を配置することができる。すなわち、第１・第２リム３１Ａ，３１Ｂの内側において、車幅方向外寄りの位置に第１・第２モータ５０，６０を寄せて配置することにより、車幅方向内寄りのスペースにアッパ・ロアジョイント２４，２５を配置することができる。

しかも、車幅方向内寄りのスペースにおいては、第２リム３１Ｂの内周面３１ａがインホイールモータ４１によって覆われることはない。このため、下側のロアジョイント２５を第２リム３１Ｂの内周面３１ａに隣接させて自由な位置に配置することができる。しかも、下側のロアジョイント２５を第２リム３１Ｂの内周面３１ａに隣接させることにより、ロアジョイント２５の地上高さＨｉを下げることができる。従って、サスペンション２０において、ホイール３０に対してキングピン軸Ｋｉを適切な位置並びに角度に設定することができる。

ここで、車両を後方から見たとき、すなわち、図２に示すように車両用ホイール駆動装置４０を後方から見たとき、第１タイヤ３２Ａのうち、接地面（路面）ＧＬに当たる点を第１タイヤ３２Ａの接地点Ｐ１、すなわち第１接地点Ｐ１と言う。一方、第２タイヤ３２Ｂのうち、接地面ＧＬに当たる点を第２タイヤ３２Ｂの接地点Ｐ２、すなわち第２接地点Ｐ２と言う。接地面ＧＬに対してキングピン軸Ｋｉが交差する点を交点Ｐ３とする。交点Ｐ３は、第１接地点Ｐ１と第２接地点Ｐ２との間に配置していることを特徴とする。

次に、ホイール３０を操舵するステアリング機構について、図２及び図４に基づき説明する。図４は本発明に係る車両用ホイール駆動装置を搭載した車両を上から見た模式図であり、左側におけるサスペンション２０とホイール３０と車両用ホイール駆動装置４０とステアリング機構９０の構成を表した。

図４に示すようにステアリング機構９０の主要な構成は、ステアリングハンドル９１にステアリングシャフト９２及びラックアンドピニオン機構９３を介してラック軸９４を連結し、ラック軸９４の両端に左右のタイロッド９５，９５を介して左右のナックルアーム２６ｅ（一方のみを示す。以下同じ。）を連結した、一般的な構成からなる。ラックアンドピニオン機構９３及びラック軸９４の組合せ構造は、ステアリングギヤボックス９６に収納されたステアリングギヤ機構９７をなす。このようなステアリング機構９０は、ラック軸９４のスライド量を検出するラックスライドセンサ９８を備えたことを特徴とする。

運転者がステアリングハンドル９１を操舵することにより、ラック軸９４を車幅方向へスライドさせ、タイロッド９５、ナックルアーム２６ｅ及びホイール支持部材２６を介して、操舵車輪としてのホイール３０を転舵させることができる。

ところで、図４に示すようにホイール３０は、車両進行方向に対して左又は右へのモーメントがホイール３０に働いたときにそのモーメントを検出するモーメントセンサ３５を備える。モーメントセンサ３５は例えばジャイロからなる。モーメントセンサ３５の取付け位置は、例えば図２に示すように第２ステータ６１の内面である。

図２及び図４に示すように、複数の電動モータ５０，６０は、モーメントセンサ３５の検出信号やラックスライドセンサ９８の検出信号に応じた回転数で、それぞれ対応する第１・第２リム３１Ａ，３１Ｂを駆動するように構成したことを特徴とする。
詳しくは、制御部４２はモーメントセンサ３５の検出信号及びラックスライドセンサ９８の検出信号を受けて、各検出信号に応じた制御信号を各電動モータ５０，６０に発することで、各電動モータ５０，６０の回転数を検出信号に応じた値に制御するものである。

次に、制御部４２によるホイール３０の制御方式を、図４〜図６に基づき説明する。
図５は本発明に係るサスペンションとホイールとの関係を左の側方から見た模式図である。図５に示すようにホイール３０を左の側方から見たとき、キングピン軸Ｋｉは、ホイール３０の回転中心ＲＣを通りつつ、下方が車両の前進方向（進行方向）Ａｄへ向くように傾斜している。回転中心ＲＣを通る鉛直線Ｖｒに対するキングピン軸Ｋｉの傾斜角、すなわちキャスタ角はθである。この結果、接地面ＧＬに対してキングピン軸Ｋｉが交差する交点Ｐ３は、ホイール３０の中心（回転中心ＲＣ）よりも前方にある。鉛直線Ｖｒから交点Ｐ３までの水平距離、すなわちトレールはＴｒである。第１・第２接地点Ｐ１，Ｐ２は鉛直線Ｖｒ上にある。

図６は本発明に係る左側のホイール、車両用ホイール駆動装置及びステアリング機構の関係を上から見た模式図であり、上記図４に対応させて表した。
図６に示すように、車両の前進方向Ａｄに対して第１・第２タイヤ３２Ａ，３２Ｂの向きが図右へ角度α、すなわちスリップ角αだけずれると、第１接地点Ｐ１において第１タイヤ３２Ａに横力（コーナリングフォース）Ｆｙ１が生じるとともに、第２接地点Ｐ２において第２タイヤ３２Ｂに横力Ｆｙ２が生じる。

第１・第２接地点Ｐ１，Ｐ２に対して交点Ｐ３が前方へ偏心しているので、横力Ｆｙ１，Ｆｙ２により、交点Ｐ３を中心とするセルフアライニングトルクＭｓ、すなわち、第１・第２タイヤ３２Ａ，３２Ｂの回転面の方向を進行方向へ戻そうとするモーメントＭｓが図６の時計回りに発生する。セルフアライニングトルクＭｓが発生すると、ラック軸９４には元に戻そうとするラック反力Ａｇ１が作用する。このままではラック反力Ａｇ１が大きいので、ステアリングハンドル９１（図４参照）の操舵力も大きくならざるを得ない。

これに対して本発明では、セルフアライニングトルクＭｓを打ち消すための、打消しモーメントＭａを発生させるようにした。このことを詳しく説明する。
第１タイヤ３２Ａを回転数Ｎ１で前進方向に回転させ、第２タイヤ３２Ｂを回転数Ｎ２で前進方向に回転させたときに、第１接地点Ｐ１において第１タイヤ３２Ａに路面反力Ｆｘ１が生じるとともに、第２接地点Ｐ２において第２タイヤ３２Ｂに路面反力Ｆｘ２が生じる。

上述のように本発明では、第１接地点Ｐ１と第２接地点Ｐ２との間に交点Ｐ３を配置している。このため、路面反力Ｆｘ１により、交点Ｐ３を中心とする打消しモーメントＭａが図６の反時計回りに発生する。一方、路面反力Ｆｘ２により、交点Ｐ３を中心とするモーメントが時計回りに発生して、セルフアライニングトルクＭｓに加わる。このようなセルフアライニングトルクＭｓと同等の大きさの打消しモーメントＭａを発生させることにより、セルフアライニングトルクＭｓを打ち消すことができる。
従って、車両に備えた各々のホイール３０・・・において、それぞれのホイール３０に発生したセルフアライニングトルクＭｓを個別の打消しモーメントＭａによって打ち消すようにした、いわゆる１輪毎の打ち消し完結方式によって、より適切に打ち消すことができる。

例えば、打消しモーメントＭａがセルフアライニングトルクＭｓよりも若干小さい場合には、ラック軸９４を元に戻そうとするラック反力はＡｇ２であり、ラック反力Ａｇ１よりも大幅に低減させることができる。すなわち、ラック反力はＡｇ１とＡｇ２との差Ａｍだけ低減する（Ａｍ＝Ａｇ１−Ａｇ２）。ラック反力Ａｇ２を極めて低減させることができるので、ステアリングハンドル９１（図４参照）の操舵力も大幅に小さくすることができる。この結果、車両の操縦性をより高めることができる。しかも、操舵力を低減させるために、従来のように操舵力に応じて発生した補助力で補うパワーアシスト機構を設ける必要もない。従って、ステアリング機構９０は簡単な構成ですむ。

打消しモーメントＭａを大きくするには、第１タイヤ３２Ａの路面反力Ｆｘ１を大きくすればよい。そのためには、第１モータ５０（図４参照）によって第１タイヤ３２Ａを駆動する出力トルクを大きくして、第１タイヤ３２Ａの回転数Ｎ１を第２タイヤ３２Ｂの回転数Ｎ２よりも大きくすることで達成できる。

一方、車両の前進方向Ａｄに対して第１・第２タイヤ３２Ａ，３２Ｂの向きが図左へずれた場合には、第１・第２タイヤ３２Ａ，３２Ｂの作用は、上記の説明とは逆の作用となる。

このようにして、図４に示すステアリングハンドル９１の操舵力を、第１・第２モータ５０，６０の出力によって補うことができる。従って、第１・第２モータ５０，６０は上記従来のパワーアシスト機構の役割を果たすことができる。別部材からなるパワーアシスト機構を設ける必要はない。

以上の説明及び図４から明らかなように本発明では、１つのホイール３０を、互いに同心上で独立して回転可能な複数のリム３１Ａ，３１Ｂ及びこれらのリム３１Ａ，３１Ｂにそれぞれ備えた複数のタイヤ３２Ａ，３２Ｂで構成し、さらに、複数のリム３１Ａ，３１Ｂに複数の電動モータ５０，６０を１つずつ個別に連結したので、複数のリム３１Ａ，３１Ｂを各電動モータ５０，６０にて独立して駆動することができる。このため、１つのホイール３０における複数のリム３１Ａ，３１Ｂをそれぞれ独立した回転数で回転させることができる。従って、旋回の外側タイヤ３２Ａ又は３２Ｂと、内側タイヤ３２Ｂ又は３２Ａの、各回転を適切に設定することで、ホイール３０に発生するセルフアライニングトルクＭａ（図６参照）を抑制することができる。

このため、ホイール３０を前輪のような転舵車輪に採用した場合には、簡単な構成によって、車両１０の操縦性をより高めることができる。
一方、ホイール３０を後輪のような非転舵車輪に採用した場合には、旋回時において、旋回の外側タイヤ３２Ａ又は３２Ｂと、内側タイヤ３２Ｂ又は３２Ａとで、積極的に回転速度差を発生させることにより、タイヤ３２Ａ，３２Ｂの捩れや引きずりを極力抑制することができる。この結果、ホイール３０に発生するセルフアライニングトルクＭｓを極力抑制することができる。

さらにまた、モーメントセンサ３５は、セルフアライニングトルクＭｓ並びに打消しモーメントＭａによる複合的なモーメントを検出して、検出信号を発する。制御部４２は、モーメントセンサ３５の検出信号に応じて、セルフアライニングトルクＭｓを打消しモーメントＭａで打ち消すように、各電動モータ５０，６０に制御信号を個別に発する。この結果、各電動モータ５０，６０の回転数並びに出力トルクを、モータ毎に独立して制御することができる。

さらに制御部４２は、車両１０の旋回時において、モーメントセンサ３５及びラックスライドセンサ９８の各検出信号を受け、これらの各検出信号に応じた制御信号を各電動モータ５０，６０に発することで、各電動モータ５０，６０の回転数並びに出力トルクを検出信号に応じた値に制御する。この結果、旋回の外側タイヤ３２Ａと内側タイヤ３２Ｂとで（又は、旋回の外側タイヤ３２Ｂと内側タイヤ３２Ａとで）、積極的に回転数の差、すなわち回転速度差をつけることができる。

さらに制御部４２は、図４に示すように舵角センサ９９の検出信号をも受けて、各電動モータ５０，６０を制御することができる。舵角センサ９９は、ステアリングハンドル９１の操舵角を検出するセンサであり、このセンサによって、車両１０を運転する運転者の操舵状態を検出することができる。

この場合の制御部４２は、モーメントセンサ３５及びラックスライドセンサ９８の各検出信号を受けるとともに、運転者の操舵状態を検出する舵角センサ９９などのセンサの検出信号をも受けて、これらの各検出信号に応じた制御信号を各電動モータ５０，６０に発することで、各電動モータ５０，６０の回転数並びに出力トルクを検出信号に応じた値に制御する。

従って、車両の進行方向Ａｄに対して左又は右へのモーメントがホイール３０に働いたときに、（１）運転者が操舵を行っていない状態にあるか、又は、（２）運転者が操舵を行っている旋回状態にあるかを、制御部４２は判断することができる。この結果、制御部４２は、より運転特性に沿った制御をすることができる。
具体的には、車両１０を一定の旋回角で旋回中に、路面からの外力（反力）によるモーメントがホイール３０に働いた場合にも、ホイール３０のスリップ角α（図６参照）を一定に維持するように、複数のリム３１Ａ，３１Ｂを個別に回転制御することができる。

このように、車両の進行方向Ａｄに対して左又は右へのモーメントがホイール３０に働いたときにそのモーメントを検出するモーメントセンサ３５をホイール３０に備え、複数の電動モータ５０，６０が、モーメントセンサ３５の検出信号に応じた回転数Ｎ１，Ｎ２で、それぞれ対応するリム３１Ａ，３１Ｂを駆動するように構成したので、ホイール３０に働いたモーメント、すなわちセルフアライニングトルクＭｓ（図６参照）を打ち消すように、複数のリム３１Ａ，３１Ｂを適切な回転数Ｎ１，Ｎ２で回転させることができる。従って、セルフアライニングトルクＭｓを一層抑制することができる。この結果、ホイール３０を転舵車輪に採用した場合には、簡単な構成によって、車両１０の操縦性をより一層高めることができる。
また、ホイール３０を後輪のような非転舵車輪に採用した場合には、タイヤ３２Ａ，３２Ｂの捩れや引きずりを、より一層抑制することができる。

なお、本発明は実施の形態では、インホイールモータ４１、すなわち第１・第２モータ５０，６０はアウタロータ式電動モータに限定されるものではなく、インナロータ式電動モータであってもよい。第１・第２モータ５０，６０をインナロータ式とした場合には、第１・第２ステータ５１，６１の径内方に第１・第２ロータ５３，６３を配置すればよい。

本発明の車両用ホイール駆動装置４０は、ホイール３０における複数のリム３１Ａ，３１Ｂの内側に、動力源としてのインホイールモータ４１を配置することによって、動力源からホイール３０への動力伝達系統を簡略化することができるので、電気自動車に好適である。

本発明に係る車両用ホイール駆動装置を搭載した車両を後方から見た構成図である。 本発明に係る車両用ホイール駆動装置の断面図である。 本発明に係る車両用ホイール駆動装置の上半分の断面図である。 本発明に係る車両用ホイール駆動装置を搭載した車両を上から見た模式図である。 本発明に係るサスペンションとホイールとの関係を左の側方から見た模式図である。 本発明に係る左側のホイール、車両用ホイール駆動装置及びステアリング機構の関係を上から見た模式図である。 従来の車両用ホイール駆動装置の概要図である。

符号の説明

１０…車両、１１…車体、２０…サスペンション、２１…アッパアーム、２２…ロアアーム、２４…アッパジョイント、２５…ロアジョイント、２６…ホイール支持部材、３０…ホイール、３１Ａ，３１Ｂ…リム、３２Ａ，３２Ｂ…タイヤ、３５…モーメントセンサ、４０…車両用ホイール駆動装置、４２…制御部、５０，６０…複数の電動モータとしての第１モータ及び第２モータ、５１，６１…ステータ、５３，６３…ロータ（アウタロータ）、９８…ラックスライドセンサ、Ｋｉ…キングピン軸、Ｍａ…打消しモーメント、Ｍｓ…車両進行方向に対して左又は右へのモーメント（セルフアライニングトルク）、Ｔｒ…トレール。

Claims (3)

1. 車体に懸架される１つのホイールを、互いに同心上で独立して回転可能な複数のリム及びこれらのリムにそれぞれ備えた複数のタイヤで構成し、前記複数のリムに複数の電動モータを１つずつ個別に連結することで、複数のリムを各電動モータにて独立して駆動するように構成した車両用ホイール駆動装置。
2. 前記複数の電動モータは、それぞれ固定側のステータと回転側のロータとを備え、前記複数のステータは、前記車体に前記ホイールを懸架するホイール支持部材に取付けた部材であり、前記複数のロータは、前記複数のリムのうち各々対応する１つに連結した部材であることを特徴とする請求項１記載の車両用ホイール駆動装置。
3. 前記ホイールは、車両の進行方向に対して左又は右へのモーメントがホイールに働いたときにそのモーメントを検出するモーメントセンサを備え、
   前記複数の電動モータは、前記モーメントセンサの検出信号に応じた回転数で、それぞれ対応する前記リムを駆動するように構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用ホイール駆動装置。

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