JP2007161168A - インホイールモータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】スペース効率を確保することができるとともに、モータを車輌バネ下部に対して確実にフローティングマウントできるインホイールモータシステムを提供する。
【解決手段】電気モータ１０と減速歯車機構１１とをフレキシブルカップリング１２により連結するとともに、上記電気モータ１０のモータケース１０ａを、その上部側から、ダンパーと上記モータケース１０ａの上面側で、上記モータケース１０ａのタイヤ前後方向の中心に配置されたバネ部材２１と、上記バネ部材２１とダンパーとの作動方向を案内する、２本のガイド部材２３とを備えた緩衝機構２０を介して、車両バネ下部品であるナックル５、または、上記ナックル５を車体に懸架するストラット４に配設したモータ取付部材４ｍに取り付け、上記電気モータ１０の質量のみをダイナミックダンパーの質量として作用させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホイール内に車輪を駆動する駆動用モータを備えたインホイールモータシステムに関するもので、特に、上記モータを、車両の足回り部品に対して、緩衝機構または緩衝部材を介して支持する構成のインホイールモータシステムに関する。

近年、電気自動車などのモータによって駆動される車両においては、電気モータ、あるいは、電気モータと遊星減速機とをモータケースに一体に組み込んだギヤードなどの駆動用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。
一方、足回りにバネ等のサスペンション機構を備えた車両においては、一般に、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の接地力が変動し、ロードホールディング性が悪化する。しかしながら、従来は、上記駆動用モータが車両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されているため、インホイールモータの搭載によりバネ下質量が増加してしまい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。
これに対して、インホイールモータを、緩衝機構または緩衝部材を介して、ナックル等の車両の足回り部品に対して弾性支持することにより、モータを車両の足回り部品に対してフローティングマウントし、モータ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により、悪路走行時における接地性能、及び、乗り心地性能をともに大幅に向上させることができるインホイールモータシステムが注目されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
ＷＯ ０２／０８３４４６ Ａ１ 特開２００５−１２６０３７号公報 特開２００５−２２５４８６号公報

図５は、従来のダブルウイッシュボーン型サスペンションを有する車輪支持装置を備えたインホイールモータシステムの一構成例を示す図で、このインホイールモータシステムでは、電気モータ５０ａと遊星減速機５０ｂとをモータケース５０ｃに一体に組み込んだギヤードモータ（インホイールモータ）５０の上記モータケース５０ｃを、上，下から、車体の上下方向に伸縮可能なゴムまたはスプリングから成るモータマウント５１ａ，５１ｂに取付けるとともに、このモータマウント５１ａ，５１ｂとナックル５２とを、ボールジョイント５３ａ，５３ｂを介して、上，下のサスペンションアーム５４ａ，５４ｂに連結する構成とすることにより、上記モータ５０を上記バネ下部品であるナックル５２の間にフローティングマウントして、上記モータ５０をダイナミックダンパーのウエイトとして作用させるとともに、上記遊星減速機５０ｂの出力軸５０ｊを、等速ジョイント５５を介して、ホイール５６のディスク部５６ａに取付けられたホイールハブ５７に連結することにより、上記モータ５０の駆動力をホイール５６に確実に伝達することができるようにしている。なお、同図において、５８はホイール５６のリム部５６ｂに装着されるタイヤ、５９は上，下のサスペンションアーム５４ａ，５４ｂに取付けられるショックアブゾーバ等から成るサスペンション部材である。

ところで、上記従来のインホイールモータシステムでは、電気モータ５０ａと遊星減速機５０ｂとが一体になった、容量が大きく、かつ、重量も大きなギヤードモータ５０を、ナックル５２に取付けるようにしているため、上記モータケース５０ｃを上，下からモータマウント５１ａ，５１ｂで支持するとともに、これをナックル５２の内側の空間に配置する必要があった。
このため、上記モータ５０の大きさが制限されるので、十分な駆動力を得ることが困難であった。また、ギヤードモータ５０は重量が大きいため、これを路面入力に対するダイナミックダンパーの質量として有効に動作させるためには、バネ定数を大きくしてモータ部の共振周波数を高めてやる必要がある。しかしながら、モータマウント５１ａ，５１ｂに使用するスプリング径を太くし、かつ、ストローク幅を確保するためにその長さを長くすれば、上記モータ５０の大きさが更に制限されてしまうといった問題点があった。なお、モータマウント５１ａ，５１ｂをゴムで構成する場合には、バネ定数を大きく、かつ、ストローク幅を確保するのは困難である。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、スペース効率を確保することができるとともに、モータを車輌バネ下部に対して確実にフローティングマウントすることのできる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。

本願の請求項１に記載の発明は、駆動輪にホイールを駆動する電気モータが組込まれたインホイールモータシステムであって、上記モータのステータ側を支持するモータケースの上面側と車輪部に連結されるナックルとを、ダンパーとバネ部材とを備えた緩衝機構により連結するとともに、上記バネ部材を、上記モータケースの上面側で、上記モータケースのタイヤ前後方向の中心に配置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、上記モータケースの上面側で、上記バネ部材のタイヤ前後方向の中心に対して対称な位置に、上記バネ部材とダンパーとの作動方向を案内する２本のガイド部材とを設けたものである。
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、上記ナックルを車体に懸架するストラットにモータ取付部材を配設して、このモータ取付部材と上記モータケースの上面側との間に上記緩衝機構を配設したものである。
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、上記モータの駆動力をフレキシブルカップリングを介して上記ホイールに伝達するようにしたものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４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、上記モータの回転を減速してホイールに伝達する減速歯車機構を備えたことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のインホイールモータシステムにおいて、上記モータと上記減速歯車機構とをフレキシブルカップリングにより連結したものである。

本発明によれば、駆動輪に組込まれたホイールを駆動する電気モータのステータ側を支持するモータケースの上面側と車輪部に連結されるナックルとを、ダンパーとバネ部材とを備えた緩衝機構により連結するとともに、上記バネ部材を、上記モータケースの上面側で、上記モータケースのタイヤ前後方向の中心に配置した構成としたので、スペース効率を高めることができるとともに、上記モータの質量をダイナミックダンパーの質量として安定して作用させることができる。
なお、上記モータは、緩衝機構を介してナックルに取付けられるので、上記モータの駆動力は、ユニバーサルジョイントやフレキシブルカップリングなどの動力伝達機構を介して上記ホイールに伝達される。
また、上記電気モータに代えて、電気モータとこの電気モータの回転を減速する減速歯車機構を備えたギヤードモータを用いる場合には、上記モータと上記減速歯車機構とをフレキシブルカップリングにより連結する構成とすれば、緩衝機構を小型化できるとともに、動力伝達機構の耐久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縦断面図で、図２は斜視図である。各図において、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は上記ホイール２とその回転軸において連結されたホイールハブ、４はコイルバネ４ａとショックアブゾーバ４ｂとを備え、上記ホイールバブ３と軸受け５ｊを介して連結されるナックル５を車体に懸架するストラット、６は上記ホイールハブ３に装着された制動装置、７は上記ストラット４に接続される上アーム、８は上記ナックル５を下部から支持する下アームである。
また、１０はステータ１０Ｓ側を支持するモータケース１０ａと、上記モータケース１０ａに軸受け１０ｊを介して回転自在に取付けられた出力軸１０ｂと、この出力軸１０ｂに取付けられたロータ１０Ｒとを備えた電気モータ、１１は上記電気モータ１０の出力軸１０ｂに連結される第１のギヤ部１１ａとこの第１のギヤ部１１ａと上記ホイールハブ３とを連結する第２のギヤ部１１ｂとを備え、上記電気モータ１０の回転を減速して上記ホイール２に伝達する減速歯車機構である。
本例では、上記電気モータ１０と上記減速歯車機構１１とを、オルダムカップリングなどの回転力伝達機構であるフレキシブルカップリング１２で連結するとともに、上記ストラット４の下部側にモータ取付部材４ｍを設けて、上記電気モータ１０のステータ１０Ｓ側を支持するモータケース１０ａを、緩衝機構２０を介して、上記モータ取付部材４ｍに取り付けるようにしている。
また、上記フレキシブルカップリング１２により、上記電気モータ１０とダイナミックダンパーから切り離された減速歯車機構１１のケース１１ｃは上記ナックル５に固定され、上記第２のギヤ部１１ｂの図示しないリングギヤの最後段に連結されたキャリア１１ｋは、ホイールハブ３の回転軸３ｋと、スプライン結合またはセレーション結合されている。これにより、上記回転軸３ｋの軸方向移動を許容しつつ、ホイール２に回転力を伝達することができる。

上記緩衝機構２０は、詳細には、コイルバネから成るバネ部材２１と、シリンダ２２ａと図示しないピストンとこのピストンに連結されたシャフト２２ｂとを有するダンパー２２と、固定部２３ａとガイドシャフト２３ｂとから成り、上記バネ部材２１とダンパー２２の作動方向を上下方向に案内する２つのガイド部材２３（２３Ａ，２３Ｂ）とを備えたもので、上記バネ部材２１は一端が上記モータ取付部材４ｍに取付けられ、他端側がモータケース１０ａの上面側の中央部に取付けられている。また、上記ダンパー２２のシリンダ２２ａはモータケース１０ａの一方の側面側に、シャフト２２ｂの一端側は上記モータ取付部材４ｍの一方の端部に取付けられている。
また、２つのガイド部材２３Ａ，２３Ｂは、上記バネ部材２１を中心にタイヤ前後方向に対称に配置されており、それぞれの固定部２３ａ，２３ａは上記モータ取付部材４ｍに取付けられ、ガイドシャフト２３ｂ，２３ｂは上記モータケース１０ａにそれぞれ立設されている。
本例では、上記バネ部材２１を１個とし、これをモータケース１０ａの上面側の中央部に取付け、その両側に２つのガイド部材２３Ａ，２３Ｂを配置する構成とすることにより、上記バネ部材２１を上下方向に確実に案内することができるので、上記電気モータ１０をダイナミックダンパーとして十分に機能させることができるとともに、緩衝装置２０の構成を簡素化することができる。

一般に、電気モータ１０と減速歯車機構１１とを組合わせた回転駆動機構を用いた場合には、ホイール２を直接駆動するダイレクトドライブモータに比べて、高回転・低トルクの小型のモータを用いることができる。本例では、上記減速歯車機構１１を第１のギヤ部１１ａと第２のギヤ部１１ｂとを直列接続して２連としたので、電気モータ１０を更に小型軽量化できるので、上記減速歯車機構１１の質量から切り離された電気モータ１０を弾性支持する際には、上記のように、上記モータケース１０ａを、その上部側からのみ支持すれば十分であり、これにより、緩衝機構２０を小型軽量化できるとともに、スペース効率を向上させることができる。

このように、本最良の形態によれば、電気モータ１０と減速歯車機構１１とをフレキシブルカップリング１２により連結するとともに、上記電気モータ１０のモータケース１０ａを、その上部側から、ダンパー２２と上記モータケース１０ａの上面側で、上記モータケース１０ａのタイヤ前後方向の中心に配置されたバネ部材２１と、上記バネ部材２１とダンパー２２との作動方向を案内する、２本のガイド部材２３Ａ，２３Ｂとを備えた緩衝機構２０を介して、車両バネ下部品であるナックル５を車体に懸架するストラット４に配設したモータ取付部材４ｍに取り付け、上記電気モータ１０の質量のみをダイナミックダンパーの質量として作用させるようにしたので、緩衝機構２０を小型軽量化できるとともに、緩衝機構２０の弾性定数を適切に設定することができるので、上記電気モータ１０をダイナミックダンパーとして十分に機能させることができ、悪路走行時における接地性能、及び、乗り心地性能をともに大幅に向上させることができる。
また、電気モータ１０と減速歯車機構１１とフレキシブルカップリング１２で連結しているので、負荷トルクを小さくでき、耐久性を向上させることができる。

なお、上記最良の形態では、車輪部を車体に懸架するサスペンションをストラット型としたが、本発明はこれに限るものではなく、ダブルウイッシュボーン型のサスペンションなど、他の構成のサスペンションを有する車両にも適用可能である。例えば、ダブルウイッシュボーン型のサスペンションの場合には、図３に示すように、ナックル５の上アーム７との連結点近傍にモータ取付部材５ｍを設け、このモータ取付部材５ｍとモータケース１０ａとを上記緩衝部材２０により連結するか、あるいは、ナックル５をその上部側が電気モータ１０方向に突出した構成とし、この突出部に上記緩衝部材２０を取付ける構成とすればよい。なお、この場合にも、２本のガイド部材２３Ａ，２３Ｂは、上記モータケース１０ｃのタイヤ前後方向の中心に対して対称な位置にそれぞれ配置することが肝要で、これにより、電気モータ１０を、ナックル５に対して、安定してフローティングマウントすることができる。
また、減速歯車機構１１についても必ずしも２連とする必要はなく、例えば、小型タイヤなど出力トルクを必要としないタイヤなどについては、上記図３に示すように、１個としてもよい。これは、電気モータ１０の質量と減速歯車機構１１の質量とは、フレキシブルカップリング１２により切り離されていることによるもので、上記緩衝機構２０により、モータケース１０ａをその上部側からのみ支持しても、上記電気モータ１０をダイナミックダンパーとして十分に機能させることができる。

また、上記例では、上記電気モータ１０と上記減速歯車機構１１とをフレキシブルカップリング１２により連結したが、上記電気モータ１０と上記減速歯車機構１１とを連結する動力伝達機構としては、上記フレキシブルカップリング１２に限るものではなく、等速ジョイントなどのモータの出力軸と減速歯車機構の入力軸との間の偏心・偏角を許容するものであればよい。
また、上記例では、駆動用モータとして、電気モータ１０と減速歯車機構１１とを備えたギヤードモータを用いた例を示したが、図４に示すように、電気モータ１０のみでホイール２を駆動する形態でもよい。この場合には、ナックル５の上アーム７側にモータ取付部材５ｍを設け、このモータ取付部材５ｍとモータケース１０ａとを上記緩衝部材２０により連結するとともに、モータの出力軸１０ｂとホイールハブ３の回転軸３ｋとを、例えば、フレキシブルカップリング１２のような動力伝達機構で連結する構成とすればよい。なお、図４は、車輌サスペンションをダブルウイッシュボーン型とした例であるが、ストラット型の場合にも適用可能であることはいうまでもない。

以上説明したように、本発明によれば、悪路走行時における接地性能、及び、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、緩衝機構を小型軽量化できるので、スペース効率にも優れたインホイールモータシステムを提供することができる。

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インホイールモータシステムの構成を示す斜視図である。 本発明によるインホイールモータシステムの他の構成を示す図である。 本発明によるインホイールモータシステムの他の構成を示す図である。 従来のインホイールモータシステム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 ホイールハブ、４ ストラット、４ａ コイルバネ、４ｂ ショックアブゾーバ、
４ｍ モータ取付部材、５ ナックル、５ｊ 軸受け、６ 制動装置、７ 上アーム、
８ 下アーム、１０ 電気モータ、１０ａ モータケース、１０ｂ 出力軸、
１０ｊ 軸受け、１０Ｓ ステータ、１０Ｒ ロータ、１１ 減速歯車機構、
１１ａ 第1のギヤ部、１１ｂ 第２のギヤ部、１１ｃ ケース、
１２ フレキシブルカップリング、２０ 緩衝機構、２１ バネ部材、
２２ ダンパー、２２ａ シリンダ、２２ｂ シャフト、２３Ａ，２３Ｂ ガイド部材、２３ａ 固定部、２３ｂ ガイドシャフト。

Claims (6)

1. 駆動輪にホイールを駆動する電気モータが組込まれたインホイールモータシステムにおいて、上記モータのステータ側を支持するモータケースの上面側と車輪部に連結されるナックルとを、ダンパーとバネ部材とを備えた緩衝機構により連結するとともに、上記バネ部材を、上記モータケースの上面側で、上記モータケースのタイヤ前後方向の中心に配置したことを特徴とするインホイールモータシステム。
2. 上記モータケースの上面側で、上記バネ部材のタイヤ前後方向の中心に対して対称な位置に、上記バネ部材とダンパーとの作動方向を案内する２本のガイド部材とを設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. 上記ナックルを車体に懸架するストラットにモータ取付部材を配設して、このモータ取付部材と上記モータケースの上面側との間に上記緩衝機構を配設し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. 上記モータの駆動力をフレキシブルカップリングを介して上記ホイールに伝達するように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。
5. 上記モータの回転を減速してホイールに伝達する減速歯車機構を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかインホイールモータシステム。
6. 上記モータと上記減速歯車機構とをフレキシブルカップリングにより連結したことを特徴とする請求項５に記載のインホイールモータシステム。
   

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