JP2008298269A

JP2008298269A - インホイールモータ用吸振機

Info

Publication number: JP2008298269A
Application number: JP2007148342A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Masaki; 信男正木; Katsumi Tashiro; 勝巳田代
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2008-12-11

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、誘導コイル３１とこの誘導コイル３１の両端３１ａ，３１ｂに接続される、並列接続された第１及び第２の共振回路３２，３３を備えた減衰部３４と、上記誘導コイル３１中を上下運動する棒状の磁石３６とを備えた電磁式ダンパ装置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７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８（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９はこのインホイールモータ用吸振機２０Ａ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、インホイールモータ１０のモータケース１０ａに取付けられるモータ側取付部材２１と、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とを備えている。
上記モータ側取付部材２１は上記直動ガイド２３Ａのガイドシャフト２３ｂの下端側を支持する固定板２１ａと、モータケース１０ａの断面の外形に沿った湾曲部を有する脚部２１ｂと、この脚部２１ｂに設けられて上記ダンパー２７の可動部であるシリンダロット２７ｂの端部を固定するためのダンパ取付部２１ｄとを備えている。
一方、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、上記ダンパ２７の固定部であるシリンダ２７ａを固定するためのダンパ取付部２２ｄとを備えている。

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、及び、ダンパ２７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７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７において、符号１はタイヤ、２はタイヤ１を装着するホイールで、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。
ＷＯ０２／０８３４４６Ａ１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吸振機において、上記ダンパを、コイルとこのコイルの両端に接続されるインピーダンス素子もしくは複数のインピーダンス素子から成る回路ユニットとを備えた減衰部と、上記コイルを貫く磁界を発生させる磁界発生手段とを備えた電磁式ダンパと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用吸振機において、上記回路ユニットをインダクタンスとキャパシタンスとを備えたＬＣ共振回路、もしくは、インダクタンスとキャパシタンスと抵抗とを備えたＬＣＲ共振回路としたものである。
請求項３に記載の発明は、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、上記コイルの両端に上記共振回路を複数個並列に接続したものである。

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、コイルとこのコイルの両端に接続されるインピーダンス素子もしくは複数のインピーダンス素子から成る回路ユニットとを備えた減衰部と、上記コイルを貫く磁界を発生させる磁界発生手段とを備えた電磁式ダンパを用いたので、微少入力時においてもこれを効果的に減衰させることがで、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、上記コイルの両端に接続される回路ユニットをＬＣ共振回路もしくはＬＣＲ共振回路とすれば、特定の周波数の振動を効率よく減衰させることができるので、バネ下の共振に起因する振動を確実に低減することができる。
また、上記コイルの両端に上記共振回路を複数個並列に接続するようにすれば、複数の周波数の振動を減衰させることができるので、広帯域で減衰効果のある電磁式ダンパを得ることができる。

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２０の構成を示す図である。本例のインホイールモータ用吸振機２０はモータ側取付部材２１と、ガイド固定部材２２ａとナックル取付部材２２ｂ（図８（ｂ）を参照）とを一体に構成した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、上下のガイド受け部材２４，２５と、揺動防止部材２６と、電磁ダンパ装置３０とを備えている。
電磁ダンパ装置３０は、誘導コイル３１とこの誘導コイル３１の両端３１ａ，３１ｂに接続される第１及び第２の共振回路３２，３３とから成る減衰部３４と、上記誘導コイル３１及び減衰部３４とを収納する円筒状のケース３５と、磁界発生手段である磁石３６とを備えている。
上記誘導コイル３１は螺旋状に巻き上げられた導体で構成されており、その軸方向が上記円筒状のケース３５の軸方向に一致するように上記円筒状のケース３５の内壁側に収納されている。上記円筒状のケース３５は、その上端部において、ナックル側取付部材２２に設けられたダンパー取付部２２ｄに、同図の矢印ｚで示す、上記直動ガイド２３Ａの案内方向に平行になるように固定されている。また、上記円筒状のケース３５の下端側（上記モータ側取付部材２１に設けられたダンパ取付部２１ｄ側）に設けられた底板３５ｂには、後述する磁石３６を挿入するための挿入孔３５ｓを備えている。
一方、磁石３６は、上記挿入孔３５ｓから上記円筒状のケース３５内に挿入される、同図の矢印ｚで示す方向に平行に延長する強磁性体から成る棒状の部材で、その一端はモータ側取付部材２１に設けられたダンパ取付部２１ｄに取付けられている。また、他端は、取り付け時には、上記誘導コイル３１内の所定の位置(例えば、上記誘導コイル３１の長さ方向の中心位置)まで挿入されている。
これにより、誘導コイル３１と減衰部３４とはナックル側に、磁石３６はモータ側に取付けられるので、インホイールモータがナックルに対して上下方向に揺動した場合には、上記２つのダンパー取付部２１ｄ,２２ｄ間の距離が変化し、上記磁石３６の誘導コイル３１への挿入量が変化する。

次に、本発明による電磁ダンパ３０の動作について説明する。
インホイールモータがナックルに対して上下方向に振動すると、この振動に伴って、上記磁石３６が上記誘導コイル３１に対して上下に振動するので、上記磁石３６の誘導コイル３１への挿入量が変化する。したがって、上記誘導コイル３１を貫く磁束の量が変化するので、上記誘導コイル３１の両端３１ａ，３１ｂには、図２に示すように、上記磁束の変化に応じた誘導起電力ｅが発生する。上記誘導コイル３１と減衰部３４とは閉回路を構成しているので、この閉回路には上記誘導起電力ｅによる誘導電流が流れ、この誘導電流が減衰部３４の抵抗Ｒ₁，Ｒ₂により熱エネルギーに変換される。これにより、上記振動のエネルギーが熱エネルギーに変換されて消費されるので、上記磁石３６の振動エネルギーの一部が吸収されて、上記磁石３６の振動が減衰される。
上記誘導起電力ｅの大きさは上記誘導コイル３１の磁束変化、すなわち、上記磁石３６の振動の速度に比例するので、本例の電磁ダンパ装置３０は速度に比例する減衰特性を有するダンパであることがわかる。
本例では、減衰部３４を互いに共振周波数の異なる２つの共振回路（第１及び第２の共振回路３２，３３）から構成しているので、以下の式（１），（２）に示す第１の共振回路３２の共振周波数ｆ₁近傍の周波数の振動と第２の共振回路３３の共振周波数ｆ₂近傍の周波数の振動を効率的に抑制することができる。なお、これらの共振周波数ｆ₁，ｆ₂としては、下記の式（３）に示す、モータ（質量；ｍ₃）とこのモータをフローティングマウントするバネ付き直動ガイド２３のバネ部材２３Ｂ（バネ定数；ｋ₃）の共振に起因するモータ共振周波数ｆ近傍にそれぞれ設定することが望ましい。

図３は本発明による電磁ダンパ装置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、電磁ダンパ装置３０の磁石３６は誘導コイル３１内を上下方向に移動する。この磁石３６の運動エネルギーは、上記のように、減衰部３４にて熱エネルギーに変換されて消費されて上記磁石３６の上下運動が減衰される。その結果、上記磁石３６の上下運動の振幅、すなわち、インホイールモータ１０の揺動のストロークを小さくすることができる。
また、上記第１及び第２の共振回路３２，３３の共振周波数ｆ₁，ｆ₂を特定の周波数（ここでは、モータ共振周波数ｆ）近傍に設定するようにすれば、上記特定の周波数の振動を効率的に減衰させることができる。
更に、上記電磁ダンパ装置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がないので、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。

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、誘導コイル３１とこの誘導コイル３１の両端３１ａ，３１ｂに接続される、並列接続された第１及び第２の共振回路３２，３３を備えた減衰部３４と、上記誘導コイル３１中を上下運動する棒状の磁石３６とを備えた電磁式ダンパ装置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。
なお、上記最良の形態では、電磁式ダンパ装置３０の減衰部３４を第１及び第２の共振回路３２，３３の２個の並列共振回路により構成したが、１個であってもよい。あるいは、逆に、共振回路の数を更に増してもよい。共振回路の数を多くすれば、広い帯域において減衰効果のある電磁式ダンパ装置を得ることができる。
また、上記例では、誘導コイル３１と減衰部３４とをナックル側に、磁石３６をモータ側に取付けたが、誘導コイル３１と減衰部３４とをモータ側に取付け、磁石３６をナックル側に取付ける構成としてもよい。
なお、上記第１及び第２の共振回路３２，３３に代えて抵抗のみを接続してもある程度の減衰効果は得られるが、本例のように、並列共振回路を接続したほうが特定の周波数の振動を効率よく減衰させることができる。
［実施例］

図４に示すような、インホイールモータの質量ｍ₃がブレーキやホイールなどの車輌バネ下部品に対して、バネ要素とダンパ要素とを備えたモータサスペンション（インホイールモータ用吸振機）によりフローティングマウントされた車輌振動モデルを用いて、車輌が悪路を走行する際にタイヤに生じる接地荷重変動と車体への入力振動とを解析した結果を図５（ａ），（ｂ）に示す。
実施例は、本発明によるインホイールモータ用吸振機をモータサスペンションとして使用したインホイールモータ車で、図５（ａ），（ｂ）では実線で示してある。
なお、その時使用したパラメータは以下の通りである。
バネ下質量（ブレーキ、ホイールなど）；ｍ₁ ４０ｋｇ
バネ上質量（車体）；ｍ₂ ３４０ｋｇ
モータ質量；ｍ₃ ２６ｋｇ
タイヤのバネ定数；ｋ₁ ３０００００Ｎ／ｍ
サスペンションのバネ定数；ｋ₂ ３２０００Ｎ／ｍ
モータサスペンションのバネ定数；ｋ₃ ４１０００Ｎ／ｍ
タイヤの減衰定数；ｃ₁ ５０Ｎｓ／ｍ
サスペンションの減衰定数；ｃ₂ １４９６Ｎｓ／ｍ
なお、モータサスペンションの減衰定数ｃ₃は、誘導コイル中を上下する永久磁石の磁束密度と移動速度、及び、下記の共振回路の各定数により決定される。
第１の共振回路；Ｌ₁＝０．８Ｈ，Ｒ₁＝３５Ω，Ｃ₁＝０．０００６０Ｆ
第２の共振回路；Ｌ₂＝０．９Ｈ，Ｒ₂＝５０Ω，Ｃ₂＝０．０００１４Ｆ
また、図５（ａ），（ｂ）で太い破線で示した従来例は、図６（ａ）の車輌振動モデルで表わされる、従来のモータを車体側に搭載した車載型の車輌である。
また、図５（ａ），（ｂ）で細い破線で示した比較例は、図６（ｂ）の車輌振動モデルで表わされる、従来のモータバネ下搭載のインホイールモータ車である。
本発明のインホイールモータ用吸振機を使用した場合には、タイヤ接地荷重変動については、１３Ｈｚ近傍のピークが低減されており、車体への入力振動については、８〜１７Ｈｚ付近の振動が更に低減されていることが分かる。
これにより、本発明による電磁ダンパと共振回路を組合わせたインホイールモータ用吸振機を用いることにより、接地圧変動の周波数特性を改善して、ダイナミックダンパ効果を更に高めることができることが確認された。

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電磁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。本発明による電磁ダンパ装置の作用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。本発明のインホイールモータシステムの車輌振動モデルを示す図である。車輌振動モデルの解析結果(タイヤ接地圧変動と車体への入力振動)を示す図である。従来のインホイールモータシステムの車輌振動モデルを示す図である。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、
２１ｄダンパー取付部材、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、２２ｄダンパー取付部材、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、
３０磁気ダンパ装置、３１誘導コイル、３１ａ，３１ｂコイル端部、
３２第１の共振回路、３３第２の共振回路、３４減衰部、３５円筒状のケース、３５ｓ挿入孔、３６磁石。

Claims

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において、上記ダンパを、コイルとこのコイルの両端に接続されるインピーダンス素子もしくは複数のインピーダンス素子から成る回路ユニットとを備えた減衰部と、上記コイルを貫く磁界を発生させる磁界発生手段とを備えた電磁式ダンパとしたことを特徴とするインホイールモータ用吸振機。
上記回路ユニットをインダクタンスとキャパシタンスとを備えたＬＣ共振回路、もしくは、インダクタンスとキャパシタンスと抵抗とを備えたＬＣＲ共振回路と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。
上記コイルの両端に上記共振回路を複数個並列に接続したことを特徴とする請求項２に記載のインホイールモータ用吸振機。