JP2007168507A

JP2007168507A - インホイールモータシステム

Info

Publication number: JP2007168507A
Application number: JP2005365882A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Tashiro; 勝巳田代
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】十分な耐久性を確保することができるとともに、モータを車両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、バネ部材２１とダンパーと上記バネ部材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）。
ＷＯ０２／０８３４４６Ａ１特開２００５−１２６０３７号公報特開２００５−２２５４８６号公報

図４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。

しかしながら、上記従来のインホイールモータシステムでは、出力トルクの大きな遊星減速機５０ｂとホイール５６とを動力伝達機構である等速ジョイント５５で結合しているため、動力伝達機構の負荷トルクが大きく、そのため、耐久性に問題があった。
また、上記従来例では、電気モータ５０ａと遊星減速機５０ｂとが一体になった、容量が大きなギヤドモータ５０を、ナックル５２の内側の空間に上，下からゴムまたはスプリングなどの弾性体で支持する構成であるため、上記モータ５０を上下方向のみに揺動させることが困難であり、上記モータ５０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ないだけでなく、上記モータ５０の大きさが制限されてしまい、十分な駆動力を得ることが困難であった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、十分な耐久性を確保することができるとともに、モータを車両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、電気モータと、このモータの出力軸に連結され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とを駆動輪に一体に組込んで成る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するとともに、上記モータのステータ側を支持するモータケースと車輪部に連結されるナックルとを、バネ部材とダンパーとを備えた緩衝機構により連結して、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作用させるように構成したものである。
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、上記緩衝機構を、バネ部材と、ダンパーと、上記バネ部材とダンパーとの作動方向を案内するガイド部材とから構成するとともに、上記バネ部材とダンパーと上記ガイド部材とを、上記モータケースと上記モータ取付部材との間に配設したものである。
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、上記電気モータとフレキシブルカップリングにより連結される減速歯車機構を２連としたものである。
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。

本発明によれば、駆動源である電気モータと、このモータの回転力をホイールに伝達する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とともに、上記モータのステータ側を支持するモータケースと車輪部に連結されるナックル、もしくは、上記ナックルを車体に懸架するストラットに設けられたモータ取付部材とを、バネ部材とダンパーとを備えた緩衝機構により連結して、上記減速歯車機構の質量を上記モータの質量から切り離し、モータ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構成したので、フレキシブルカップリングにかかる負荷を大幅に低減することができるとともに、動力伝達機構であるフレキシブルカップリングに入力される駆動力（トルク）を大幅に低減することができる。また、ホイールを駆動する減速歯車機構がホイールハブに直接接続されるので、駆動効率を大幅に向上させることができる。
このとき、電気モータとフレキシブルカップリングにより連結される減速歯車機構を２連とすれば、電気モータを小型軽量化できるので、緩衝機構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。

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はホイールディスク２ａとリム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、上記ホイールハブ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から連結される第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、本例では、上記第１及び第２のギヤ部を遊星減速機により構成した。
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（ストラット４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ので、上記バネ部材２１とダンパー２２とを上下方向に確実に案内することができる。したがって、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。

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。上記図４に示した従来のインホイールモータでは、出力トルクの大きな遊星減速機５０ｂとホイール５６とを動力伝達機構である等速ジョイント５５で結合しているため、動力伝達機構の負荷トルクが大きいが、本例の動力伝達機構であるフレキシブルカップリング１２では、低トルクの小型の電気モータ１０と減速歯車機構１１とを連結しているので負荷トルクが小さく、そのため動力伝達機構の耐久性を向上させることができるだけでなく、上記減速歯車機構１１の出力が直接ホイール２に伝達されるので、従来よりも駆動効率を向上させることができる。
また、本例のように、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連とすれば、電気モータ１０を更に小型軽量化できるので、フレキシブルカップリング１２へ作用する負荷トルクを小さくでき耐久性を更に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、バネ部材２１とダンパー２２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、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、減速歯車機構１１を２連として電気モータを小型軽量化するようにしたので、フレキシブルカップリング１２へ作用する負荷トルクを小さくでき、フレキシブルカップリング１２の耐久性を更に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とを上記緩衝機構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機構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１０ａ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。

また、上記例では、バネ部材２１を１個とし、これを２本のガイド部材２３Ａ，２３Ｂの中心に配置したが、バネ部材２１の個数は１個に限るものではなく、複数個でもよい。バネ部材２１が複数個の場合には、上記モータケース１０ａのタイヤ前後方向の中心に対して対称な位置に配置することが好ましい。また、バネ部材２１の個数が複数の場合には、バネ部材２１のうちの２個を上記ガイド部材２３Ａ，２３Ｂのガイドシャフト２３ｂ，２３ｂの外周部で、固定部２３ａ，２３ａと上記モータケース１０ａとの間に配置すれば、スペース効率を向上させることができる。
なお、本発明においては、ナックル５に懸架されるのは、軽量な電気モータ１０のみなので、バネ部材２１やダンパー２２は１個で十分であり、また、１個とした方が、部品点数も少なく組み立ても容易であるという利点を有する。

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、動力伝達機構の耐久性を向上させることができるので、インホイールモータシステムの安定性を向上させることができる。

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。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ホイールディスク、２ｂリム、
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，５ｍ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

電気モータと、このモータの出力軸に連結され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とを駆動輪に一体に組込んで成る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するとともに、上記モータのステータ側を支持するモータケースと車輪部に連結されるナックルとを、バネ部材とダンパーとを備えた緩衝機構により連結して、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作用させるように構成したことを特徴とするインホイールモータシステム。
上記緩衝機構を、バネ部材と、ダンパーと、上記バネ部材とダンパーとの作動方向を案内するガイド部材とから構成するとともに、上記バネ部材とダンパーと上記ガイド部材とを、上記モータケースと上記モータ取付部材との間に配設し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。
上記電気モータとフレキシブルカップリングにより連結される減速歯車機構を２連と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。
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〜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。