JP2006027529A - 車両用電動駆動装置及びこれを備えた自動車。 - Google Patents

Abstract

【課題】 サスペンションアームに作用する慣性モーメントを低減して車両の乗り心地や車輪の接地性の悪化を抑えることができる車両用電動駆動装置を提供する。
を提供する。
【解決手段】 車両のサスペンション機構３のロアアーム５に、そのロアアーム５の揺動方向に関して移動可能な状態で電動モータ２０を取り付ける。電動モータ２０の出力軸２７とロアアーム５にて支持されたアクスル１４とを、動力伝達機構３０のドライブシャフト３１及び等速ジョイント３２、３３を介して動力伝達可能に連結する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車輪を電動モータにて駆動する駆動装置に関する。

車輪を電動モータにて駆動する車両用電動駆動装置として、サスペンションアームを兼ねるように車両の左右方向に延ばされたＦＲＰ製のリーフスプリングの両端部に電動モータを装着し、それらの電動モータの出力軸を車輪と同軸的に連結した駆動装置が知られている（特許文献１参照）。サスペンション機構のロアアームの先端部を電動モータと連結した駆動装置も知られている（特許文献２参照）。その他に、本発明に関連する先行技術として特許文献３が存在する。
特許第２５１７２３９号公報 特開２００１−３１５５３４号公報 特開２００１−３０１４７２号公報

サスペンションアームの先端部に電動モータを取り付けた場合、サスペンションアームの先端部に慣性質量が集中する。このため、サスペンションアームに作用する慣性モーメントが大きくなり、乗り心地又は車輪の接地性が低下するおそれがあった。

そこで、本発明は、サスペンションアームに作用する慣性モーメントを低減して車両の乗り心地又は車輪の接地性の悪化を抑えることができる車両用電動駆動装置、及びこの電動駆動装置を利用した自動車を提供することを目的とする。

本発明の車両用電動駆動装置は、車両のサスペンションアームに当該サスペンションアームの揺動方向に関して移動可能な状態で取り付けられた電動モータと、前記電動モータの出力軸と前記サスペンションアームにて支持されたアクスルとをドライブシャフトを介して動力伝達可能に連結する動力伝達機構と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の電動駆動装置によれば、サスペンションアームに対して電動モータが揺動方向に移動可能に取り付けられているので、サスペンションアームの揺動時に電動モータがサスペンションアームに対して位相差をもって揺動方向に振動するようになる。これにより電動モータの慣性モーメントが、車輪等からサスペンションアームに作用する慣性モーメントを打ち消す作用が生じ、結果として、サスペンションアームに作用する慣性モーメントが減少して車両の乗り心地又は車輪の接地性が改善される。

本発明の電動駆動装置の一態様において、前記電動モータと前記サスペンションアームとの間にモータ用振動低減機構が設けられてもよい（請求項２）。このような振動低減機構を設けた場合には、電動モータの質量と振動低減機構とによって動吸振器を構成し、それによりサスペンションアームの振動を効果的に減衰させることができる。振動低減機構の振動減衰特性を、サスペンションアームの共振周波数付近で振動減衰効果が高くなるように設定すれば、サスペンションアームの振動をより効果的に減衰させて車両の乗り心地又は車輪の接地性に対する改善効果を顕著に高めることができる。

本発明の電動駆動装置の一態様において、前記電動モータを駆動反力に抗して保持する保持機構を備えてもよい（請求項３）。このような保持機構により、駆動反力による電動モータの揺れを抑えて電動モータをサスペンションアームの揺動方向にスムーズに動作させて電動モータによる振動の減衰作用を確実に発揮させることができる。

本発明の電動駆動装置の一態様において、前記サスペンションアームの揺動支点側に前記電動モータが取り付けられてもよい（請求項４）。さらに、前記サスペンションアームの先端部がサスペンション用振動低減機構を介して車体と連結されてもよい（請求項５）。サスペンションアームの揺動支点側に電動モータを配置すれば、サスペンションアームの揺動支点から電動モータの自重の作用点までの距離が減少し、電動モータの自重によってサスペンションアームに作用する曲げモーメントが小さくなるから、ロアアーム５に要求される曲げ剛性の増加を抑えることができる。しかも、サスペンションアームの先端付近のスペースが空くために、サスペンションアームを制振するためのショックアブソーバ又はコイルばねといった振動低減機構をサスペンションアームの先端付近に配置することが可能となり、サスペンションアームのアーム比を比較的大きく確保してショックアブソーバ又はコイルばねの大型化を抑えることができる。

本発明の電動駆動装置の一態様において、前記電動モータに対して接続されるべき電気ケーブルを前記電動モータと一体的に移動するガイド部を介して前記電動モータの端子台と接続してもよい（請求項６）。このような態様によれば、電動モータの端子台とガイド部との間における電気ケーブルの相対変位を抑えることができる。従って、端子台への電気ケーブルの引き込み部分を容易にシールすることができる。

本発明の自動車は、上述した車両用電動装置を車輪の駆動装置として備えることにより、上述した課題を解決する（請求項７）。このような自動車によれば、本発明の電動駆動装置の上述した作用効果を活かして乗り心地又は車輪の接地性を改善することができる。

以上に説明したように、本発明の電動駆動装置及びこれを利用した自動車によれば、サスペンションアームに作用する慣性モーメントを小さく抑えて乗り心地又は車輪の接地性を改善することができる。

図１は自動車の前輪（操舵輪）駆動装置に本発明を適用した一形態を示す。前輪１は車体２にサスペンション機構３を介して懸架されている。サスペンション機構３はマクファーソンストラット式サスペンションとして知られているものであり、サスペンションアームとしてのロアアーム５を備えている。ロアアーム５はその基端部（図１において左端側）５ａを支点として上下方向に揺動可能な状態で車体２に取り付けられている。例えば図２に示すように、ロアアーム５の基端部５ａには自動車の前後方向に距離を空けて一対の連結部５ｄ、５ｅが設けられ、これらの連結部５ｄ、５ｅがブッシュを介して車体２と連結されることによりサスペンションアーム５は連結部５ｄ、５ｅを結ぶ仮想軸線を中心として上下方向に揺動する。なお、ロアアーム５の形状はＡ型、Ｌ型等の周知の形状でよい。

図１に戻って、ロアアーム５の先端部５ｂにはボールジョイント６を介してステアリングナックル７の下端部７ａが取り付けられている。ステアリングナックル７の上端部７ｂはブラケット８を介してストラット９に連結されている。ストラット９はショックアブソーバ１０と、そのショックアブソーバ１０の外周に設けられたコイルばね１１とを備えている。これらのショックアブソーバ１０とコイルばね１１とによってサスペンション用振動低減機構が構成される。ストラット９の上端部はベアリング１２ａを内蔵したアッパーマウント１２を介して車体２に回転自在に取り付けられている。これにより、サスペンションアームとしてのロアアーム５がサスペンション用振動低減機構を介して車体２と連結されている。

ステアリングナックル７はボールジョイント６の回転中心とベアリング１２ａの回転中心とを結ぶキングピン軸を中心として旋回可能である。ステアリングナックル７の中心にはアクスルとして機能するアクスルハブ１４がベアリング１５を介して回転自在に取り付けられている。アクスルハブ１４の先端に前輪１のホイール１ａがボルト１６及びナット１７を利用して一体回転可能に固定されている。アクスルハブ１４には前輪制動装置のディスクロータ１８が一体回転可能に固定されている。

図２にも示すように、ロアアーム５の基端部５ａ、すなわち揺動支点側の端部には電動モータ２０が配置されている。電動モータ２０は案内機構２１を介してロアアーム５と連結されている。案内機構２１はロアアーム５の揺動支点側の端面５ｃにブラケット２２及びボルト２３を利用して固定されてロアアーム５から上方に延びるガイドロッド２４と、そのガイドロッド２４の外周にベアリング２５を介して移動自在に嵌め合わされたスライダ２６とを備えている。電動モータ２０はそのハウジング２０ａがスライダ２６に固定されることにより、ロアアーム５に対してスライダ２６と一体的にロアアーム５の揺動方向（略上下方向）に移動可能である。案内機構２１としては、各種の機械装置の直線運動の案内に使用されている直動型の案内軸受を使用することができる。但し、自動車のサスペンションアームの周囲は外部環境に晒され、路面からの雨水や泥を受けやすいため、案内機構２１はこれらに対する耐久性に優れたものを選ぶことが必要である。

図１に示すように、電動モータ２０の出力軸（回転軸）２７とアクスルハブ１４とは動力伝達機構３０を介して動力伝達可能に連結されている。動力伝達機構３０はドライブシャフト３１と、そのドライブシャフト３１の一端を電動モータ２０の出力軸２７と回転可能に連結する等速ジョイント３２と、ドライブシャフト３１の他端をアクスルハブ１４と連結する等速ジョイント３３とを備えている。これらのドライブシャフト３１及び等速ジョイント３２、３３により、電動モータ２０とアクスルハブ１４との上下方向の位置関係に拘わりなく、電動モータ２０の出力軸２７とアクスルハブ１４とは互いに等しい速度で回転する。等速ジョイント３２、３３は例えばＦＦ方式の自動車の前輪とドライブシャフトとの連結に用いられるものを使用することができる。

図３に示すように、電動モータ２０のハウジング２０ａは車両の前後方向に向かって延びる一対のアーム２０ｂ、２０ｃを備えている。各アーム２０ｂ、２０ｃとロアアーム５との間にはモータ用振動低減機構を構成するダンパー３５及びコイルばね３６が取り付けられている。各ダンパー３５は、筒型のケーシング３７と、そのケーシング３７の内部に摺動自在に設けられたピストン３８と、ピストン３８と同軸に連結されたロッド３９とケーシング３７の開口部を閉じるキャップ３７ａとを備えている。ケーシング３７の内部には粘性流体が充填されている。ケーシング３７に対するロッド３９の軸線方向の移動に伴って、ケーシング３７内の粘性流体がピストン３８のオリフィス（不図示）を介して上下の流体室３７ａ、３７ｂの間で移動することにより、ロッド３９とケーシング３７との間に、軸線方向の振動に関する振動低減作用（減衰作用）が発生する。なお、図２ではこれらのモータ用振動低減機構の図示を省略している。

ロッド３９の先端（上端）は連結具４０と連結され、その連結具４０はボルト４２を軸として回転可能な状態でアーム２０ｂ、２０ｃに連結されている。一方、ケーシング３７の下端は連結具４１と連結され、その連結具４１はボルト４２を軸として回転可能な状態でブラケット４３と連結されている。ブラケット４３はボルト４４によりロアアーム５の端面５ｃに固定されている。コイルばね３６は連結具４０、４１の間に幾らか圧縮された状態で取り付けられている。

以上の電動駆動装置によれば、電動モータ２０がロアアーム５の揺動方向に関して移動可能な状態でロアアーム５と連結されているので、ロアアーム５が揺動した際に電動モータ２０とロアアーム５との間に振動の位相差が発生し、ロアアーム５の先端部５ｂに作用する慣性質量（前輪１、ステアリングナックル７、アクスルハブ１４等の質量）による慣性モーメントが電動モータ２０の質量による慣性モーメントで打ち消されてロアアーム５の慣性モーメントが減少し、それにより車両の乗り心地や前輪１の接地性が高まる。しかも、電動モータ２０の質量と、ダンパー３５の振動減衰作用及びコイルばね３６のばね力とを利用して動吸振器（ダイナミックダンパー）を構成することができ、それによりロアアーム５の振動を効果的に減衰させることができる。特に、ロアアーム５の共振周波数（例えば１５Ｈｚ付近）に対して高い減衰効果を示すようにダンパー３５の減衰性能やコイルばね３６のばね定数、あるいは電動モータ２０の質量を調整することにより、自動車の乗り心地や前輪１の接地性に関する改善効果を顕著に高めることができる。

また、電動モータ２０がロアアーム５の揺動支点側に配置されているので、従来のように電動モータ２０をロアアーム５の先端部５ｂに配置し、あるいは電動モータ２０を前輪１の内部に収容するインホイールモータとした場合と比較して、ロアアーム５の揺動支点から電動モータ２０の自重の作用点までの距離が小さくなり、ロアアーム５の剛性確保に有利である。すなわち、ロアアーム５の揺動支点付近に電動モータ２０の自重が作用するので、電動モータ２０の支持に伴ってロアアーム５に作用する曲げモーメントが小さく、ロアアーム５に要求される剛性の増加を抑えることができる。

また、前輪１の近傍のスペースが電動モータ２０によって占められることがないので、ストラット９の下端部をステアリングナックル７を介してロアアーム５の先端部と連結してロアアーム５のアーム比を大きく確保することができる。従って、ストラット９のショックアブソーバ１０やコイルばね１１の大型化を抑えることができる。なお、アーム比とは、サスペンションアームの揺動支点からばねやショックアブソーバによる制振作用が働く位置までの距離を、その揺動支点からサスペンションアームに対する慣性質量の作用点（一例としてサスペンションアームの先端）までの距離で割った値である。ちなみに、電動モータを車輪内に配置するいわゆるインホイールモータ式の電動装置では、サスペンションアームの先端付近のスペースが電動モータにて占められるため、制振手段としてのばねやショックアブソーバをサスペンションアームの揺動支点側にオフセットして配置する必要がある。この場合にはサスペンションアームのアーム比が小さくなり、ばねやショックアブソーバを大型化する必要がある。これに比して本形態はアーム比の改善に有利である。

図１〜図３に示した形態では、電動モータ２０にて前輪１を駆動することにより、電動モータ２０には前輪１の回転方向と反対方向に駆動反力が作用する。この駆動反力が案内機構２１にて支持されることにより、電動モータ２０のハウジング２０ａが回り止めされる。すなわち、図１〜図３の形態では案内機構２１が保持機構として機能する。このような保持機構を設けることにより、駆動反力による電動モータ２０の揺れを抑えて電動モータ２０をロアアーム５の揺動方向にスムーズに動作させ、それにより振動減衰効果を高めることができる。但し、案内機構２１の耐荷重性能が駆動反力に比して低い場合には図３に想像線で示したように車体２とハウジング２０ａとの間にトルクロッド４５のような反力支持部材を設けることにより、案内機構２１とは別に保持機構を構成してもよい。なお、トルクロッド４５を設ける場合には、サスペンション機構において通常用いられているゴムブッシュ等を利用してトルクロッド４５の先端を電動モータ２０と一体的に上下に移動できるように構成する必要がある。

図４は本発明の他の形態を示している。この形態では、図１〜図３の案内機構２１、ダンパー３５及びコイルばね３６に代えて、電動モータ２０のハウジング２０ａに設けられたアーム２０ｂ、２０ｃとロアアーム５との間にマウント５０が設けられている。マウント５０の上下面はボルト等の固定部材５２を利用してアーム２０ｂ、２０ｃ及びロアアーム５にそれぞれ固定される。マウント５０は防振ゴム５１を内蔵し、ロアアーム５に対する揺動方向（上下方向）への電動モータ２０の移動（変位）を許容するとともに、ハウジング２０ａとロアアーム５との間に生じる振動を減衰する。従って、この形態においても、電動モータ２０を動吸振器の質量として、マウント５０を動吸振器のばね及びダンパーとしてそれぞれ利用し、それによりロアアーム５の振動を抑えて自動車の乗り心地や前輪１の接地性を向上させることができる。また、マウント５０により、電動モータ２０が前輪１の駆動反力に抗して回り止めされる。つまりマウント５０は保持機構としても機能する。ただし、図１及び図２の形態と同様に、図３の形態においてもハウジング２０ａをトルクロッド等の反力支持部材にて車体２と連結することにより、マウント５０とは別に保持機構を設けてもよい。なお、マウント５０の振動減衰特性はロアアーム５の共振周波数において高い減衰効果を発揮するように設定される。マウント５０はエンジン（内燃機関）やトランスミッション等の各種の部品を車体に取り付ける際に使用されるマウント部品を利用してよい。

図１〜図３の形態では電動モータ２０をロアアーム５の基端部５ａの端面５ｃに案内機構２１を介して取り付けているが、本発明における電動モータ２０の取付位置はこれに限らない。例えば、図５に示したようにロアアーム５の基端部５ａと先端部５ｂとの間に案内機構２１を介して電動モータ２０を取り付けてもよい。本発明においては、ロアアーム５が車体２に対して実質的に上下方向に揺動する部分に対して、電動モータ２０をロアアーム５の揺動方向に関して移動可能な状態で取り付けることができる。

本発明では電動モータが車体及びサスペンションアームの両者に対して上下に移動する。このような場合、車体と電動モータとの間に架け渡される電源ケーブル等のケーブル類については電動モータと一体に移動するガイド部を介して電動モータの端子台に接続することが望ましい。図６及び図７はその一例を示している。この例では、電動モータ２０のハウジング２０ａの上面に端子台６０及びガイド部６１が設けられている。車体２（図６及び図７では図示を省略）からは３本の電源ケーブル６２が引き出されており、これらの電源ケーブル６２は端子台６０のケーブル通し孔６３を介して端子台６０の内部に引き込まれ、端子６４とそれぞれ結線される。端子台６０の上面は不図示の蓋により密封され、ケーブル通し孔６３は図６にハッチングで示すシール６５により密封される。

ガイド部６１は端子台６０の各ケーブル通し孔６３の延長線上にガイド溝６６が生じるようにして並べられた４つのガイド突起６７を備えている。ガイド突起６７はハウジング２０ａと一体に形成してもよいし、ハウジング２０ａに対してボルト等の固定部材を利用して固定されてもよい。各電源ケーブル６２はガイド溝６６に通された状態でケーブル通し孔６３から端子台６０の内部に引き込まれている。ガイド溝６６の間隔は電源ケーブル６２を適度な力で挟む程度に設定すればよい。このような構成によれば、電源ケーブル６２をガイド部６１で保持し、それにより端子台６０とガイド部６１との間の電源ケーブル６２の相対的な変位を規制することができる。このため、シール６５に無理な力が作用せず、シール６５の耐久性が向上する。なお、図６及び図７では、図１〜図３に示した構成に対してガイド部を設けた例を示しているが、図４又は図５に示した構成に関しても同様のガイド部を設けてもよい。

本発明は上述した各形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。例えば、電動モータ２０に対する振動低減機構は図示の例に限らず、振動低減作用を有する各種の機構を利用してよい。図１及び図４の構成を適宜に組み合わせて振動低減機構を構成してもよい。本発明の電動駆動装置が適用されるサスペンション機構の構成は図示のマクファーソンストラット式サスペンションに限らず、ダブルウィッシュボーン式、マルチリンク式等の各種のサスペンション機構に適用できる。ダブルウィッシュボーン式サスペンションのように、サスペンションアームが上下に複数本設けられている場合、電動モータを本発明に従ってサスペンションアーム（アッパーアーム）の揺動支点側に取り付け、その出力軸をドライブシャフトを介してアクスルと連結してもよい。本発明は自動車の操舵輪（前輪）に限らず、操舵機能を有しない車輪（後輪）に適用することもできる。本発明が適用される自動車は電動モータのみを駆動源としてもよいし、電動モータと併用される他の駆動源、例えば内燃機関を備えていてもよい。

図６及び図７に示したガイド部は、電動モータをサスペンションアームの揺動支点付近に配置する自動車に限らず、車体と電動モータとの間に相対的な変位が生じる限りにおいて、各種の自動車の電動駆動装置に適用することができる。例えば、インホイールモータに対して図６及び図７に示したようなガイド部を設けてもよい。ガイド部は電源ケーブルに限らず、電動モータに対して接続されるべき各種の電気ケーブルの配線処理に使用してよい。

本発明の一形態に係る電動駆動装置が適用された自動車の前輪付近の構成を示す部分縦断面図。 図１に示したロアアームの基端部付近の構成に関する部分破断平面図。 図１の電動駆動装置をロアアームの揺動支点側から見た状態を示す図。 図３のダンパー及びコイルばねに代えて、マウントを利用した形態を示す図。 ロアアームの基端部と先端部との間に電動アームを取り付けた形態を示す図。 電源ケーブルの配線に本発明のガイド部が適用された電動駆動装置の平面図。 図６の電動駆動装置を図１と同様の方向から見た状態を示す図。

符号の説明

１ 前輪（車輪）
２ 車体
３ サスペンション機構
５ ロアアーム（サスペンションアーム）
５ａ ロアアームの基端部（揺動支点側の端部）
５ｂ ロアアームの先端部
１０ ショックアブソーバ（サスペンション用振動低減機構）
１１ コイルばね（サスペンション用振動低減機構）
１４ アクスルハブ（アクスル）
２０ 電動モータ
２０ａ ハウジング
２０ｂ、２０ｃ アーム
２１ 案内機構
２２ ブラケット
２４ ガイドロッド
２６ スライダ
２７ 電動モータの出力軸
３０ 動力伝達機構
３１ ドライブシャフト
３２、３３ 等速ジョイント
３５ ダンパー（モータ用振動低減機構、保持機構）
３６ コイルばね（モータ用振動低減機構、保持機構）
４５ トルクロッド（保持機構）
５０ マウント（モータ用振動低減機構、保持機構）
６０ 端子台
６１ ガイド部
６２ 電源ケーブル（電気ケーブル）

Claims (7)

1. 車両のサスペンションアームに当該サスペンションアームの揺動方向に関して移動可能な状態で取り付けられた電動モータと、
   前記電動モータの出力軸と前記サスペンションアームにて支持されたアクスルとをドライブシャフトを介して動力伝達可能に連結する動力伝達機構と、
   を備えたことを特徴とする車両用電動駆動装置。
2. 前記電動モータと前記サスペンションアームとの間にモータ用振動低減機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動駆動装置。
3. 前記電動モータを駆動反力に抗して保持する保持機構を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電動駆動装置。
4. 前記サスペンションアームの揺動支点側に前記電動モータが取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用電動駆動装置。
5. 前記サスペンションアームの先端部がサスペンション用振動低減機構を介して車体と連結されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用電動駆動装置。
6. 前記電動モータに対して接続されるべき電気ケーブルを前記電動モータと一体的に移動するガイド部を介して前記電動モータの端子台と接続していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用電動駆動装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用電動装置を車輪の駆動装置として備えたことを特徴とする自動車。
   

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