JP2008185184A - インホイールモータ用吸振機 - Google Patents

Abstract

【課題】微少入力時においても、ダイナミックダンパの効果を損なうことないダンパを備えたインホイールモータ用吸振機を提供する。
【解決手段】インホイールモータ用吸振機２０のダンパーとして、導体から成る板部材３１と、この板部材３１の両側に配置される、１対の永久磁石３２ａ，３２ａとこの永久磁石３２ａの上記板部材３１とは反対側の面に取付けられた軟磁性体から成るヨーク部材３２ｂ，３２ｂとを備えた磁石ユニット３２Ｕを複数段重ねて構成される磁界発生手段３２と、上部及び下部取付部材３３，３４と、上記板部材３１と上記永久磁石３２ａとの間に配置される、上記板部材３１側が開放された箱状の収納部材３５ａに多数の球３５ｂが収納されたころ部材３５とを備えた磁気ダンパ装置３０を用いるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輪を駆動するモータを車輌の足回り部品に対してフローティングマウントするためのインホイールモータ用吸振機に関するものである。

一般に、足回りにバネ等のサスペンション機構を備えた車輌においては、、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輌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。
そこで、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、車輌バネ下部に配置されるナックル等の足回り部品に対して弾性支持することにより、上記モータを車輌の足回り部品（車輌バネ下部）に対してフローティングマウントする構成のインホイールモータシステムが提案されている。これにより、上記インホイールモータの質量を車輌バネ下部から切り離してダイナミックダンパの質量として作用させることができるので、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（例えば、特許文献１〜３参照）。

上記特許文献１〜３に用いられているインホイールモータは、径方向内側が開放された、モータロータが取付けられた回転側ケースと、このモータケースと同心円状に配置され、上記モータロータと所定の間隔を隔ててモータステータが取付けられた、径方向外側が開放された非回転側ケースとを軸受けを介して回転可能に連結した、中空形状のアウターロータ型の電気モータであるが、本出願人は、図５に示すような、インナーロータ型の電気モータ１０を、インホイールモータ用吸振機２０Ａを用いて、車輌バネ下部品であるナックル５にフローティングマウントする構成のインホイールモータシステムについても提案している（特願２００６−２６３８５号）。
図６（ａ），（ｂ）は、上記インナーロータ型の電気モータ（インホイールモータ）１０を車輌バネ下部にフローティングマウントするための緩衝機構であるインホイールモータ用吸振機２０Ａの構成を示す図で、図７はこのインホイールモータ用吸振機２０に用いられているバネ付き直動ガイド２３の構成を示す図である。
このインホイールモータ用吸振機２０Ａは、車輪の非回転側の部材を支持するナックル５に取付けられるナックル側取付部材２２と、直動ガイド２３Ａとバネ部材２３Ｂとを備えたバネ付き直動ガイド２３と、上記直動ガイド２３Ａのガイドシャフト２３ｂの上端側と下端側とにそれぞれ連結される上下のガイド受け部材２４，２５と、上記上側のガイド受け部材２４と上記モータケース１０ａの上面側とを連結する揺動防止部材２６と、上記ガイドシャフト２３ｂに平行に配置された、シリンダ２７ａと図示しないピストンとこのピストンに連結されたシリンダロット２７ｂとを有するダンパ２７とを備えており、上記ナックル側取付部材２２は、上記直動ガイド２３Ａのガイドベアリング２３ａを固定するガイド固定部材２２ａと、このガイド固定部材２２ａと一体に構成された、上記バネ付き直動ガイド２３を支持するガイド固定部材２２ａをナックル５に取付けるためのたナックル取付部材２２ｂとから構成されている。なお、図５及び図６において、符号２７，２８は、上記直動ガイド２３Ａへの塵芥や泥水の侵入を防止するために、上記ガイド固定部材２２ａと上記下側ガイド受け部材２５との間と、上記ガイド固定部材２２ａと上記上側ガイド受け部材２４との間とに取付けられたジャバラ状のブーツ２８，２９である。

上記インホイールモータ用吸振機２０Ａを用いてインホイールモータ１０を車輌バネ下部に弾性支持する際には、モータ側取付部材２１、ナックル側取付部材２２、直動ガイドユニット２３、上下のガイド受け部材２４，２５、揺動防止部材２６、ダンパ２７、及び、ジャバラ状のブーツ２８，２９を一体に組上げてユニット化した後に、ナックル取付部材２２ｂをナックル５の上部側に、モータ側取付部材２１をモータケース１０ａの側面側に、揺動防止部材２６を上記モータケース１０ａの上側面側にそれぞれ取付ける。これにより、図５に示すように、インホイールモータ１０を車輌バネ下部品であるナックル５に容易にフローティングマウントできる。
なお、図５において、符号１はタイヤ、符号３はストラットで、上記インホイールモータ１０の出力軸とホイール２とは、図示しないフレキシブルカップリングにより連結されている。
ＷＯ ０２／０８３４４６ Ａ１ 特開２００５−１２６０３７号公報 特開２００５−２２５４８６号公報

ところで、上記従来のインホイールモータ用吸振機２０Ａでは、ダンパ２７として、オイルダンパが用いられている。オイルダンパは小型コンパクトで、エネルギー吸収量も大きくとれるだけでなく、減衰特性も、速度比例、速度２乗比例など様々に変化させることができるという利点を有するが、エネルギー吸収に液体(オイル)を使用しているため、シールが必須となっている。したがって、シールに起因する摩擦を完全になくすことができず、そのため、微少入力時にダイナミックダンパの効果が低下する恐れがあった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、微少入力時においても、ダイナミックダンパの効果を損なうことないダンパを備えたインホイールモータ用吸振機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、車輪を駆動するモータを車輌バネ下部にフローティングマウントするための、弾性部材、ダンパ、及び、上記弾性部材とダンパの作動方向を案内する直動ガイドとを備えたインホイールモータ用吸振機において、上記ダンパとして、導体から成る、上記直動ガイドの案内方向に延長する板部材と、この板部材の両側に上記板部材と所定の距離離隔して配置された磁石とを備えた磁気ダンパを用い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用吸振機において、上記板部材と上記磁石との間に、上記板部材を上記直動ガイドの案内方向に案内するガイド部材を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用吸振機において、上記磁石を、上記板部材の両側に配置された複数の磁石対から構成したものである。
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用吸振機において、上記磁石もしくは磁石対を電磁石から構成したものである。

本発明によれば、車輪を駆動するモータを車輌バネ下部にフローティングマウントするためのインホイールモータ用吸振機に用いられるダンパとして、導体から成る、上記直動ガイドの案内方向に延長する板部材と、この板部材の両側に上記板部材と所定の距離離隔して配置された磁石とを備えた磁気ダンパを用いたので、微少入力時においても、インホイールモータのダイナミックダンパ効果を更に安定して発揮させることができる。
このとき、上記板部材と上記磁石との間に、上記板部材を上記直動ガイドの案内方向に案内するガイド部材を配設すれば、ダンパの作動時において、上記板部材と上記磁石との距離が一定になるので、上記ダンパの動作を更に安定させることができる。
また、上記磁石を、上記板部材の両側に配置された複数の磁石対から構成して、磁石対の数を変更可能としておけば、当該ダンパの減衰特性を容易に変更することができる。
また、上記磁石もしくは磁石対を電磁石から構成すれば、上記板材に印加する磁界の大きさを更に容易に調整することができる。

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。
なお、以下の説明中、従来例と共通する部分については同一符号を用い、その詳細な説明を省略する。
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緩衝装置として用いられるインホイールモータ用吸振機(以下、吸振機という)２０の構成を示す図で、同図において、２１はモータ側取付部材、２２はガイド固定部材２２ａとナックル取付部材２２ｂとを一体に構成したナックル側取付部材、２３は直動ガイド２３Ａとバネ部材２３Ｂとを備えたバネ付き直動ガイド、２４，２５は上下のガイド受け部材、２６は揺動防止部材、３０は本発明による磁気ダンパ装置である。
磁気ダンパ装置３０は、図２に示すように、上記直動ガイド２３Ａの案内方向に延長する導体から成る板部材３１と、この板部材３１の両側に上記板部材３１と所定の距離離隔して配置され、上記板部材３１の厚み方向に直交する方向に静磁界を発生させる磁界発生手段３２と、上記板部材３１の上端部を上記ガイド固定部材２２ａに設けられたダンパ取付け部２２ｄに取付けるための上部取付部材３３と、上記磁界発生手段３２を上記モータ側取付部材２１の中央の脚部２１ｄに取付けるための下部取付部材３４と、上記板部材３１と上記磁界発生手段３２との間に設けられ、上記板部材３１に当接する多数の球を有するころ部材３５とを備えている。
磁界発生手段３２は、上記板部材３１の両側に配置される１対の永久磁石３２ａ，３２ａとこの永久磁石３２ａの上記板部材３１とは反対側の面に取付けられた鉄やケイ素鋼板などの軟磁性体から成るヨーク部材３２ｂ，３２ｂとを備えた磁石ユニット３２Ｕを複数段重ねたもので、上記ヨーク部材３２ｂは上記永久磁石３２ａとともに磁気回路を形成し、上記永久磁石３２ａの漏れ磁界を少なくして、上記板部材３１に効率よく磁界を印加するよう機能する。
上記板部材３１の材料としては、アルミニウム、鉄、鋼などの導体が用いられる。また、上記永久磁石３２ａとしては、ネオジウム磁石などの永久磁石が用いられる。なお、永久磁石としては、バリウムフェライトなどのフェライト磁石を用いてもよいが、ネオジウム磁石などの飽和磁束密度の高い希土類磁石を用いる方が効率がよい。
また、ころ部材３５は、上記磁界発生手段３２の永久磁石３２ａ側に配置される、上記永久磁石３２ａ側が開放された箱状の収納部材３５ａに多数の球３５ｂを収納したもので、上記収納部材３５ａの裏面側が永久磁石３２ａに当接し、上記球３５ｂが上記板部材３１に当接するように構成されている。これにより、上記ころ部材３５は上記板部材３１と上記磁界発生手段３２との距離を一定に保持するスペーサの機能と、上記板部材３１を上記直動ガイド２３Ａの案内方向に案内するガイド部材の機能とを有することになる。

磁気ダンパは、磁界中に導体を通過させ、上記導体内に渦電流を発生させることにより、上記導体の運動を減衰させるようにしたもので、上記渦電流が上記導体の電気抵抗によって熱エネルギーに変換されて消費されることにより、上記導体の運動エネルギーの一部が吸収される。すなわち、上記導体Ａは、運動速度の方向と逆向きの力（制動力）を受けてその運動が減衰する。具体的には、図３に示すように、導体Ａが磁束密度Ｂ［Ｔ］の磁界中を磁界方向と直交する方向に移動する場合を考えると、上記導体Ａの厚みをｔ［ｍ］、導体の固有抵抗をρ［Ωｍ］、磁界の断面積をαβ［ｍ²］とすると、磁気ダンパの減衰定数Ｃは以下の式（１）のようになる。
Ｃ＝ＫαβｔＢ²／ρ‥‥（１）
ここで、Ｋは導体面積と磁界面積との比で決まる定数で、導体面積／磁界面積≪１である場合には、０．５となる。
一方、導体が磁界中を通過するときの速度をｖとすると、上記導体に働く減衰力Ｄは、Ｄ＝Ｃｖとなる。このように、磁気ダンパは速度の１乗に比例する。
図４は、本発明による磁気ダンパ装置３０を搭載したインホイールモータ用吸振機２０を用いて、インホイールモータ１０を車輌バネ下部材であるナックル５にフローティングマウントした図で、車輌の凹凸路走行時において、インホイールモータ１０がナックル５に対して上下方向に揺動した場合、それに伴って、磁気ダンパ装置３０の板部材３１は上記磁界発生手段３２の永久磁石３２ａの作る磁界中を上下方向に移動するが、このとき、上記板部材３１は、制動力を受けてその運動が減衰する。本例の磁気ダンパ装置３０では、上記板部材３１が、ころ部材３５によりその移動方向が上記直動ガイド２３Ａの案内方向になるようにガイドされるとともに、上記板部材３１と上記磁界発生手段３２との距離が一定に保持されるように構成されているので、上記上記板部材３１は一様な磁界中を運動することになるので、その減衰効果を確実に発揮することができる。
また、上記磁気ダンパ装置３０は、オイルダンパとは異なり、移動時の摩擦がないので、微少入力時においても、ダイナミックダンパの効果を損なうことないので、インホイールモータのダイナミックダンパ効果を安定して発揮させることができる。

以下に、上記磁石ユニット３２Ｕが１個である場合のダンパ計算の一例を示す。
磁石としてネオジウム磁石を使用した場合、磁界の強さはＢ＝０．５［Ｔ］である。ここで、Ｋ＝０．５と仮定し、永久磁石３２ａ寸法αとβを、それぞれ０．１２［ｍ］、０．０６［ｍ］とし、導体である板部材３１厚みをｔ＝０．０６［ｍ］、材質をアルミニウム（固有抵抗ρ＝２．５×１０^-8［Ωｍ］）とすると、上記磁気ダンパの減衰定数はＣ＝３１０［Ｎｓ／ｍ］となる。したがって、上記図２のように、磁石ユニット３２Ｕを６個重ねた磁気ダンパ装置３０では、減衰定数はＣ＝１８６０［Ｎｓ／ｍ］となる。したがって、可動質量を３０ｋｇ、フローティングの固有振動数を７Ｈｚとすれば、このダンパユニット１本で臨界減衰比は１０％となる。
本例では、このように、上記磁界発生手段３２を複数個の磁石ユニット３２Ｕから構成しているので、上記磁石ユニット３２Ｕの個数を変更するだけで、磁気ダンパ装置３０の減衰定数を変更することが可能となる。したがって、実車の走行試験時等において、減衰定数が変化した場合の車輌への影響を確認するためもチューニングも容易に行うことができる。

このように、本最良の形態によれば、インホイールモータ用吸振機２０のダンパーとして、導体から成る板部材３１と、この板部材３１の両側に配置され、上記板部材３１の厚み方向に直交する方向に静磁界を発生させるる磁界発生手段３２と、上部及び下部取付部材３３，３４と、上記板部材３１と上記磁界発生手段３２との間に配置される、上記板部材３１に当接する多数の球を有するころ部材３５とを備えた磁気ダンパ装置３０を用いるようにしたので、微少入力時においても、インホイールモータのダイナミックダンパ効果を安定して発揮させることができる。
このとき、上記磁界発生手段３２を、１対の永久磁石３２ａ，３２ａとこの永久磁石３２ａの上記板部材３１とは反対側の面に取付けられた軟磁性体から成るヨーク部材３２ｂ，３２ｂとを備えた磁石ユニット３２Ｕを複数段重ねた構成とすれば、上記磁石ユニット３２Ｕの個数を変更するだけで、磁気ダンパ装置３０の減衰定数を容易に変更することができる。

なお、上記最良の形態では、上記板部材３１をナックル５側に取付け、磁界発生手段３２をインホイールモータ１０側に取付けた構造としたが、上記板部材３１をインホイールモータ１０側に取付け、磁界発生手段３２をナックル５側に取付けるようにしてもよい。
また、上記例では、磁界発生手段３２として永久磁石３２ａを用いたが、電磁石を用いてもよい。これにより、チューニングを更に容易に行うことができる。

以上説明したように、本発明によれば、インホイールモータ用吸振機のダンパーとして磁気ダンパを用いたので、微少入力時においても、インホイールモータのダイナミックダンパ効果を更に安定して発揮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用吸振機の構成を示す図である。 本発明による磁気ダンパの構成を示す図である。 磁気ダンパの減衰係数の試算方法を説明するための図である。 本発明のインホイールモータ用吸振機を搭載したインホイールモータシステムの構成を示す図である。 従来のインホイールモータ用吸振機を搭載したインホイールモータシステムの構成を示す図である。 従来のインホイールモータ用吸振機の構成を示す図である。 バネ付き直動ガイドの構成を示す図である。

符号の説明

２０ インホイールモータ用吸振機、２１ モータ側取付部材、２２ ナックル側取付部材、２２ａ ガイド固定部材、２２ｂ ナックル取付部材、
２３ バネ付き直動ガイド、２３Ａ 直動ガイド、２３Ｂ バネ部材、
２４，２５ ガイド受け部材、２６ 揺動防止部材、２８，２９ ジャバラ状のブーツ、
３０ 磁気ダンパ装置、３１ 板部材、３２ 磁界発生手段、３２ａ 永久磁石、
３２ｂ ヨーク部材、３２Ｕ 磁石ユニット、３３ 上部取付部材、
３４ 下部取付部材、３５ ころ部材、３５ａ 収納部材、３５ｂ 球。

Claims (4)

1. 車輪を駆動するモータを車輌バネ下部にフローティングマウントするための、弾性部材、ダンパ、及び、上記弾性部材とダンパの作動方向を案内する直動ガイドとを備えた吸振機であって、上記ダンパが、導体から成る、上記直動ガイドの案内方向に延長する板部材と、この板部材の両側に上記板部材と所定の距離離隔して配置された磁石とを備えた磁気ダンパであることを特徴とするインホイールモータ用吸振機。
2. 上記板部材と上記磁石との間に、上記板部材を上記直動ガイドの案内方向に案内するガイド部材を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用吸振機。
3. 上記磁石を、上記板部材の両側に配置された複数の磁石対から構成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用吸振機。
4. 上記磁石もしくは磁石対を電磁石から構成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用吸振機。

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