JP2007099114A

JP2007099114A - ホイールインモータの取り付け構造

Info

Publication number: JP2007099114A
Application number: JP2005292452A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Asogawa; 克憲麻生川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】バネ下質量を２つに分割することにより、タイヤの接地性を向上させて乗り心地を改良すると共に、モータをホイール内に配置してインホイール構造に適応することができるホイールインモータの取り付け構造を提供する。
【解決手段】車輪のホイール１１内に配置され、ホイール１１を駆動するホイールインモータ１０と、ホイールインモータ１０をモータ駆動伝達中心軸に対しオフセットして支持する構造部材１４と、ホイールインモータ１０をホイールインモータ１０の支持位置Ｓを中心に回動可能に支持するバネ・ショックアブソーバ１６と、車体１５と構造部材１４の間に配置され、車体１５と構造部材１４を車体上下方向に変位可能に支持するストラット１２とを有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ホイールインモータの取り付け構造に関し、特に、電気自動車用駆動装置としてのホイールインモータの取り付け構造に関する。

従来、電気自動車用の駆動装置としてのモータを車両に装着された車輪のホイール内に配置したホイールインモータ（インホイールモータ）が知られている。このように、重量物であるモータを車輪のホイール内に配置した場合、バネ下質量が増大して応答性が悪くなり、タイヤの接地追従性の悪化を招くので、乗り心地が悪化してしまう虞がある。

ところで、バネ下質量が大きくなることで乗り心地が悪化することに対し、例えば、「電動車両用懸架装置」（特許文献１参照）は、バネ下質量を２つに分割しモータをホイール内から独立させることにより、タイヤの接地性(路面に対する応答性)を向上させている。即ち、車輪のモータに対する上下方向の変位を許容することで、乗り心地を改良している。
特開２００４-３３８５４５号公報

しかしながら、従来の「電動車両用懸架装置」の場合、バネ下質量を２つに分割することにより、タイヤの接地性を向上させて乗り心地を改良することができるが、モータをホイール内から独立させているため、インホイール構造には適応することができない。
この発明の目的は、バネ下質量を２つに分割することにより、タイヤの接地性を向上させて乗り心地を改良すると共に、モータをホイール内に配置してインホイール構造に適応することができるホイールインモータの取り付け構造を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明に係るホイールインモータの取り付け構造は、車輪のホイール内に配置され、前記ホイールを駆動するホイールインモータと、前記ホイールインモータをモータ駆動伝達中心軸に対しオフセットして支持する構造部材と、前記ホイールインモータを前記ホイールインモータの支持位置を中心に回動可能に支持する第１支持手段と、車体と前記構造部材の間に配置され、前記車体と前記構造部材を車体上下方向に変位可能に支持する第２支持手段とを有している。

この発明によれば、車輪のホイール内に配置され、ホイールを駆動するホイールインモータが、構造部材により、モータ駆動伝達中心軸に対しオフセットして支持され、第１支持手段により、ホイールインモータがホイールインモータの支持位置を中心に回動可能に支持され、車体と構造部材の間に配置された第２支持手段により、車体と構造部材が車体上下方向に変位可能に支持される。この結果、バネ下質量を２つに分割することにより、タイヤの接地性を向上させて乗り心地を改良すると共に、モータをホイール内に配置してインホイール構造に適応することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係るホイールインモータの取り付け構造を示し、（ａ）は車体側面外側から見た説明図、（ｂ）は車体正面側から見た説明図である。図１に示すように、ホイールインモータ１０は、電気自動車用の駆動装置として、ホイール（車輪）１１の内部に配置されており、上端がストラット１２に下端がロアアーム１３に、それぞれ取り付けられた構造部材１４のモータ支持位置Ｓに支持されている。

図２は、図１のホイールインモータの取り付け基本構造を概念的に示す説明図である。図２に示すように、ホイール１１の内部に配置されたホイールインモータ１０は、車体１５にストラット１２（第２支持手段）を介して懸架された構造部材１４のモータ支持位置Ｓに上下変位可能に支持されると共に、構造部材１４にバネ・ショックアブソーバ１６（第１支持手段）を介して懸架されている。

構造部材１４のモータ支持位置Ｓは、モータ駆動伝達中心軸からずれて形成されている。従って、ホイールインモータ１０は、モータ駆動伝達中心軸に対しオフセットして支持されている。また、バネ・ショックアブソーバ１６により、構造部材１４のモータ支持位置Ｓを中心にホイールインモータ１０が回動するのが許容され、車体１５と構造部材１４の間に配置されたストラット１２により、車体１５と構造部材１４が車体上下方向に変位可能に支持されている。

このように、インホイール構造としたことで重くなったバネ下質量を２つに分割し、例えば、構造部材１４の質量Ｗ１よりホイールインモータ１０の質量Ｗ２を大きくする（Ｗ１＜Ｗ２）ことで、路面からの入力を直接車体に伝え難くする。このことによって、乗り心地が向上する。
また、ストラット１２のサスペンション剛性Ｇ１と、ホイールインモータ１０を固定するバネ・ショックアブソーバ１６のサスペンション剛性Ｇ２を調整することで、異なったサスペンションの機能を得ることができる。例えば、Ｇ１＞Ｇ２とすれば、積極的にホイールインモータ１０の反力を使うことができ、Ｇ１＜Ｇ２とすれば、その逆となる。

また、それぞれのサスペンション（ストラット１２，バネ・ショックアブソーバ１６）を、付勢力を変更可能な付勢手段（例えば、コイルスプリング等のバネ）と減衰力を変更可能な減衰手段（例えば、ショックアブソーバ）を備えた構成にすることにより、この作用を積極的に使うことができる。
また、上述したホイールインモータの取り付け構造を有することにより、ストラット１２の車体１５の取り付け位置とロアアーム１３の取り付け位置を結ぶ仮想キングピン軸ｋと、タイヤ中心、即ち、ホイール１１の中心が、ほぼ一致するので、ホイールインモータ１０を取り付けたステアリング構造でも、従来の車両とほぼ変わりないステアリング性能を得ることができる。

図３から図６は、図２のホイールインモータの取り付け基本構造におけるホイールインモータの取り付け角度による機能の差異を示している。
図３は、ホイールインモータの取り付け角度を第４象限に取った場合を示し、（ａ）は駆動時の説明図、（ｂ）は回生制動時の説明図である。図３に示すように、ホイールインモータの取り付け角度Θを、構造部材１４の水平状態を０［ｄｅｇ］として第４象限に取った場合、駆動時は、駆動トルクにより車体１５が持ち上がり（（ａ）参照）、回生制動時は、回生トルクにより車体１５が沈み込む（（ｂ）参照）。太線の矢印は、このとき発生する反力トルクを示す。

図４は、ホイールインモータの取り付け角度を第３象限に取った場合を示し、（ａ）は駆動時の説明図、（ｂ）は回生制動時の説明図である。図４に示すように、ホイールインモータの取り付け角度Θを、構造部材１４の水平状態を０［ｄｅｇ］として第３象限に取った場合、駆動時は、駆動トルクにより車体１５が沈み込み（（ａ）参照）、回生制動時は、回生トルクにより車体１５が持ち上がる（（ｂ）参照）。太線の矢印は、このとき発生する反力トルクを示す。

図５は、ホイールインモータの取り付け角度を第１象限に取った場合を示し、（ａ）は駆動時の説明図、（ｂ）は回生制動時の説明図である。図５に示すように、ホイールインモータの取り付け角度Θを、構造部材１４の水平状態を０［ｄｅｇ］として第２象限に取った場合、駆動時は、駆動トルクにより車体１５が持ち上がり（（ａ）参照）、回生制動時は、回生トルクにより車体１５が沈み込む（（ｂ）参照）。太線の矢印は、このとき発生する反力トルクを示す。

図６は、ホイールインモータの取り付け角度を第２象限に取った場合を示し、（ａ）は駆動時の説明図、（ｂ）は回生制動時の説明図である。図６に示すように、ホイールインモータの取り付け角度Θを、構造部材１４の水平状態を０［ｄｅｇ］として第１象限に取った場合、駆動時は、駆動トルクにより車体１５が沈み込み（（ａ）参照）、回生制動時は、回生トルクにより車体１５が持ち上がる（（ｂ）参照）。太線の矢印は、このとき発生する反力トルクを示す。

図７から図９は、ホイールインモータの取り付け角度が異なったものを組み合わせて、前輪は、取り付け角度を第３象限に取った場合（図４参照）、後輪は、取り付け角度を第４象限に取った場合（図３参照）における、車両の挙動を模式的に示している。

図７は、ホイールインモータの取り付け角度が異なったものを組み合わせた場合の、発進時及び駆動時の車両の挙動を示す説明図である。図７に示すように、前輪（ホイール１１ａ）は、取り付け角度を第３象限に取り（図４参照）、後輪（ホイール１１ｂ）は、取り付け角度を第４象限に取った（図３参照）構造により、通常、駆動しようとすると車体１５の後部が沈み込むのに対し、前輪駆動力＜後輪駆動力とすると前輪が下がり、後輪が持ち上がる。これにより、車体１５が全体的に水平になるので、乗り心地が向上すると共に、駆動力が増す。

図８は、ホイールインモータの取り付け角度が異なったものを組み合わせた場合の、制動時及び減速時の車両の挙動を示す説明図である。図８に示すように、前輪（ホイール１１ａ）は、取り付け角度を第３象限に取り（図４参照）、後輪（ホイール１１ｂ）は、取り付け角度を第４象限に取った（図３参照）構造（図７と同様に）により、通常、制動しようとすると車体１５が前方に沈み込もうとするのに対し、前輪駆動力＞後輪駆動力とすると前輪が持ち上がり、後輪が沈み込む。これにより、車体１５が全体的に水平に沈み込むので、乗り心地が向上すると共に、制動力が増す。

図９は、ホイールインモータの取り付け角度が異なったものを組み合わせた場合の、旋回時の車輪に対する駆動力及び制動力のかけ方を示す説明図である。図９に示すように、前輪（ホイール１１ａ）は、取り付け角度を第３象限に取り（図４参照）、後輪（ホイール１１ｂ）は、取り付け角度を第４象限に取った（図３参照）構造（図７と同様に）を有している。

一般に、ホイールインモータ構造の車体１５が旋回する場合、旋回内輪側を回生状態に、旋回外輪側を駆動状態にすることで、旋回性能が上がることが知られている。従って、この発明に係るホイールインモータ１０の取り付け構造にあって、車体１５が左方旋回前進走行（図中、太線矢印参照）する場合、旋回内輪１１ｂＬを回生状態、旋回外輪１１ｂＲを駆動状態にすることで、旋回時内輪制動力・外輪駆動力（図中、点線矢印参照）となり、旋回内輪１１ｂＬは沈み込み、旋回外輪１１ｂＲは車体１５を持ち上げるように働く。このため、車体１５としては逆ロール方向となり、旋回中のタイヤの接地性が高められ旋回性能が向上する。

このように、ホイールを駆動するためのモータをホイール内に配置したホイールインモータ構造において、モータ（ホイールインモータ１０）を、モータの駆動伝達中心がホイール１１の中心と一致するようにホイール１１に固定状態に取り付け、モータをモータの駆動伝達中心から若干オフセットさせた位置に取り付けるメンバ（構造部材１４）と、モータを、メンバのモータ取り付け位置に対し少なくとも回転可能に支持する第１支持手段（バネ・ショックアブソーバ１６）と、モータが取り付けられたメンバと車体１５が車体上下方向に変位可能に支持する第２支持手段（ストラット１２）を有している。

上記構成を有することにより、バネ下質量を２つに分割して、タイヤの接地性を向上させて乗り心地を改良すると共に、モータをホイール内に配置してインホイール構造に適応することができる。よって、従来の「電動車両用懸架装置」では困難であったインホイール構造への適用が可能になる。

このインホイール構造への適用に際し、従来技術では必要としていたギアボックス等を必要としないので部品点数を削減することができ、また、従来技術ではタイヤに対して大きく前にモータがせり出しているので転蛇する構造とした場合ホイールハウスが大きくなる虞れがあるのに対し、ほぼホイール内に収まっているのでホイールハウスは現状のままで十分である。

また、車体以下の質量が２つに分割され、更に、（車輪＋モータの質量）＞（その他のバネ下質量）となっているので、直接路面からの入力が車体に伝わり難い構造となり、乗り心地が良くなる。また、限られた空間の中に２つの可動部があるので全体的なストロークは長くなる。また、モータの取り付け位置を少しずらしているので駆動力や回生力の反力を車体の上下方向力として利用することができる。

また、上記ホイールインモータ構造において、第１支持手段及び第２支持手段を、それぞれバネ（コイルスプリング）とショックアブソーバを備えた構成としている。
この結果、２組のバネとショックアブソーバを有するので調整代が広がる。また、ショックアブソーバを可変にすることによって、トルク反力を必要とするときとしないときで使い分けが可能になる。

また、上記ホイールインモータ構造において、ホイール（タイヤ）の回転中心が第２の支持手段のストローク方向上に位置している。
この結果、キングピン位置とタイヤ中心が、従来技術の場合は大きくずれているので転蛇力が大幅に増す虞れがあるが、この発明に係るホイールインモータの取り付け構造にあっては大きくずれ難いので転蛇力が少なくて済む。

このように、この発明によれば、車輪のホイール内に配置され、ホイールを駆動するホイールインモータが、構造部材により、モータ駆動伝達中心軸に対しオフセットして支持され、第１支持手段により、ホイールインモータがホイールインモータの支持位置を中心に回動可能に支持され、車体と構造部材の間に配置された第２支持手段により、車体と構造部材が車体上下方向に変位可能に支持されるので、バネ下質量を２つに分割することにより、タイヤの接地性を向上させて乗り心地を改良すると共に、モータをホイール内に配置してインホイール構造に適応することができる。

この発明の一実施の形態に係るホイールインモータの取り付け構造を示し、（ａ）は車体側面側から見た説明図、（ｂ）は車体正面側から見た説明図である。図１のホイールインモータの取り付け基本構造を概念的に示す説明図である。ホイールインモータの取り付け角度を第４象限に取った場合を示し、（ａ）は駆動時の説明図、（ｂ）は回生制動時の説明図である。ホイールインモータの取り付け角度を第３象限に取った場合を示し、（ａ）は駆動時の説明図、（ｂ）は回生制動時の説明図である。ホイールインモータの取り付け角度を第１象限に取った場合を示し、（ａ）は駆動時の説明図、（ｂ）は回生制動時の説明図である。ホイールインモータの取り付け角度を第２象限に取った場合を示し、（ａ）は駆動時の説明図、（ｂ）は回生制動時の説明図である。ホイールインモータの取り付け角度が異なったものを組み合わせた場合の、発進時及び駆動時の車両の挙動を示す説明図である。ホイールインモータの取り付け角度が異なったものを組み合わせた場合の、制動時及び減速時の車両の挙動を示す説明図である。ホイールインモータの取り付け角度が異なったものを組み合わせた場合の、旋回時の車輪に対する駆動力及び制動力のかけ方を示す説明図である。

符号の説明

１０ホイールインモータ
１１ホイール
１２ストラット
１３ロアアーム
１４構造部材
１５車体
１６バネ・ショックアブソーバ
Ｓモータ支持位置
ｋ仮想キングピン軸

Claims

車輪のホイール内に配置され、前記ホイールを駆動するホイールインモータと、
前記ホイールインモータをモータ駆動伝達中心軸に対しオフセットして支持する構造部材と、
前記ホイールインモータを前記ホイールインモータの支持位置を中心に回動可能に支持する第１支持手段と、
車体と前記構造部材の間に配置され、前記車体と前記構造部材を車体上下方向に変位可能に支持する第２支持手段と
を有するホイールインモータの取り付け構造。
前記第１支持手段及び前記第２支持手段は、付勢力を変更可能な付勢手段と減衰力を変更可能な減衰手段を備えている請求項１に記載のホイールインモータの取り付け構造。
前記ホイールの回転中心が前記第２支持手段のストローク方向上に位置する請求項１または２に記載のホイールインモータの取り付け構造。
前記ホイールインモータの取り付け角度を、前記構造部材の水平状態を基準として、前輪は第３象限に取り、後輪は第４象限に取った請求項１から３のいずれか一項に記載のホイールインモータの取り付け構造。