JP2015113076A - タイヤ・ホイール組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】インホイールモータ方式のタイヤ・ホイール組立体においてモータの冷却効果を高める。
【解決手段】内側にモータ１２が組み込まれるホイール１４とトレッド部１６を含むタイヤ１８との組立体であって、モータ１２の外周を取り囲む内側筒部２０と、その外周を取り囲む外側筒部２２と、両筒部をつなぐ連結部２４と、を備えるタイヤ・ホイール組立体１０において、モータ１２を冷却するための空気流路となる第１流路部３８を内側筒部２０とモータの外周面１２Ａとの間に設け、内側筒部２０と外側筒部２２との間にモータ１２で加熱された空気を幅方向外方に排出するための空気流路となる第２流路部４０を設け、内側筒部２０に第１流路部３８と第２流路部４０を連通させる貫通穴４４を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、タイヤ・ホイール組立体に関するものである。

電気自動車の動力源であるモータ（電動機）は、車両に１つのモータを積むオンボード方式と、四輪の各輪にモータを組み込むインホイールモータ方式がある。インホイールモータ方式は、直接車輪にトルクを伝えるため応答性が高く、また車両制御の発展性が高いというメリットがある。その一方で、モータの発する熱がホイールの内部にこもりやすいというデメリットがある。

インホイールモータ方式に用いられるタイヤ・ホイール組立体として、特許文献１には、インホイールモータの内側に空気を通して、モータ内部の発熱部を冷却することが開示されている。しかしながら、この場合、空気を流通させるために送風機を用いる必要がある。また、発熱部で加熱された空気はホイール内に排出されるため、インホイールモータの冷却効率は必ずしも高いとは言えない。

特許文献２及び３には、スポークとして金属ばね部材を備えた非空気入りタイヤを用いてタイヤ・ホイール組立体を構成することにより、インホイールモータの発する熱を金属ばね部材で放熱することが開示されている。しかしながら、かかる放熱のみでは、インホイールモータの冷却効率が高いとは言えない。

一方、特許文献４には、非空気入りタイヤとホイールの組立体において、ホイールのリムに貫通穴を設けるとともに、非空気入りタイヤの内周輪に貫通穴を設けて、ホイール冷却効果を高めることが開示されている。しかしながら、この文献は、ブレーキ熱によって加熱されるホイールの放熱を目的としたものであり、インホイールモータ方式に適用することについても、また、インホイールモータを冷却するためにモータとの間で如何なる空気流路を形成するかについても開示されていない。

特開２０１１−０１５５７６号公報 特開２０１２−１８７８９２号公報 特開２０１２−１８７８９３号公報 特開２００８−０４９９４３号公報

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、インホイールモータ方式のタイヤ・ホイール組立体においてモータの冷却効果を高めることを目的とする。

本発明に係るタイヤ・ホイール組立体は、内側にモータが組み込まれるホイールとトレッド部を含むタイヤとの組立体であって、前記モータの外周を取り囲む円筒形状の内側筒部と、前記内側筒部の外周を取り囲む円筒形状の外側筒部と、前記内側筒部と前記外側筒部をつなぐ連結部と、を備え、前記モータを冷却するための空気流路となる第１流路部が、前記内側筒部と前記モータの外周面との間に当該外周面を取り巻くように設けられ、前記内側筒部と前記外側筒部との間に、前記モータで加熱された空気を幅方向外方に排出するための空気流路となる第２流路部が設けられ、前記内側筒部に前記第１流路部と前記第２流路部とを連通させる貫通穴が設けられたものである。

本発明によれば、インホイールモータの外周面を取り巻く第１流路部において、該モータにより加熱された空気が、回転による遠心力により、内側筒部の貫通穴を通って、内側筒部と外側筒部の間の第２流路部に導かれ、第２流路部から幅方向外方に排出される。このようにインホイールモータの周りから径方向外方への空気の流路を確保することができるので、タイヤ回転時におけるインホイールモータの冷却効果を高めることができる。

第１実施形態に係るタイヤ・ホイール組立体の側面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。 同タイヤ・ホイール組立体における内側筒部の正面図。 第２実施形態に係るタイヤ・ホイール組立体における内側筒部の正面図。 第３実施形態に係るタイヤ・ホイール組立体の側面図。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１及び図２は、第１実施形態に係るタイヤ・ホイール組立体１０を示したものである。本実施形態に係るタイヤ・ホイール組立体１０は、インホイールモータ方式の電気自動車に用いられるものであり、内側にモータ（インホイールモータ）１２が組み込まれるホイール１４と、踏面部としてのトレッド部１６を含むタイヤ１８とを備えてなる。

タイヤ・ホイール組立体１０は、モータ１２の外周を取り囲む円筒形状の内側筒部２０と、該内側筒部２０の外周を取り囲む円筒形状の外側筒部２２と、これら内側筒部２０と外側筒部２２をつなぐ連結部２４とを備える。この例では、内側筒部２０は、ホイール１４のリム２６と、該リム２６に外嵌するタイヤ１８の取付筒部２８とからなる、内外二層構造をなしている。

詳細には、ホイール１４は、金属等からなる剛体であって、円筒形状のリム２６と、リム２６の軸方向一端部に設けられたディスク３０とを備え、該ディスク３０にモータ１２が固定されている。モータ１２としては、ロータがステータの外側に配置されるアウターロータ型でもよく、ロータがステータの内側に配置されるインナーロータ型でもよい。いずれにしても、ロータ側が動力伝達部３２を介してディスク３０に連結され、ステータ側がサスペンションリンク３４を介して車体側に固定されており、ロータの回転によりタイヤ・ホイール組立体１０が回転するように構成されている。

タイヤ１６は、非空気入りタイヤであり、取付筒部２８と、外側筒部２２と、連結部２４と、トレッド部１６とを備えてなる。取付筒部２８と外側筒部２２と連結部２４は、金属や樹脂等により一体に形成されている。取付筒部２８は、リム２６の外周面に外嵌して取り付けられる円筒形状をなす。外側筒部２２は、取付筒部２８の周りを同軸にかつ間隙をおいて取り囲む。連結部２４は、周方向に間隔をおいて配設された複数のスポーク３６からなる。スポーク３６は、図１に示すように、周方向に等間隔に配置されて放射状に延びる壁部である。また、スポーク３６は、図１及び図３に示すように、内側筒部２０（詳細には、取付筒部２８）を幅方向に横断して、内側筒部２０と外側筒部２２の間の空間を周方向に均等に区画するよう設けられている。この例では、図３に示すように、スポーク３６は幅方向に平行に延びている。トレッド部１６は、外側筒部２２の外周面に設けられたゴム弾性体からなる。トレッド部１６としては、従来の空気入りタイヤのトレッドゴムと同様のものを用いることができ、図示しないが、通常は、表面に従来の空気入りタイヤと同様のトレッドパターンが設けられる。なお、トレッド部１６にはベルトなどの補強層を埋設してもよく、また埋設しなくてもよい。

上記構成において、本実施形態では、モータ１２を冷却するために次の構成が採用されている。

まず、内側筒部２０とモータ１２の外周面１２Ａとの間には、モータ１２を冷却するための空気流路となる第１流路部３８が、モータ１２の外周面１２Ａを取り巻くように設けられている。第１流路部３８は、ホイール１４のリム２６が間隙をおいてモータ１２の外周面１２Ａを取り囲むことにより、モータ１２の全周にわたって設けられている。

また、内側筒部２０と外側筒部２２との間には、モータ１２で加熱された空気を組立体１０の幅方向外方に排出するための空気流路となる第２流路部４０が設けられている。第２流路部４０は、タイヤ１８を非空気入りタイヤとして取付筒部２８と外側筒部２２を径方向に離間して配設したことにより、両者２８，２２の間において幅方向に開口する空間として形成されている。この例では、複数のスポーク３６により区画された各空間４２が第２流路部４０となっており、図２に示すように、各第２流路部４０は、内側筒部２０の幅方向全体にわたって連通しており、幅方向両側において外方に開口している。これらの複数の第２流路部４０のタイヤ周方向における長さＡの合計は、複数のスポーク３６の厚みＢの合計よりも大きく設定されており（図１参照）、これにより断面積の大きい空気流路を確保している。

そして、これらの第１流路部３８と第２流路部４０とを連通させる貫通穴４４が内側筒部２０に設けられている。貫通穴４４は、内側筒部２０の周壁に設けられて、その内周側と外周側を連通させる穴である。これにより、ホイール１４の内側のモータ１２が配設された位置から、その外周を取り囲む内側筒部２０を経て、タイヤ１８のスポーク３６間を通り幅方向外側に繋がる空気流路が形成されている。詳細には、ホイール１４のリム２６とタイヤ１８の取付筒部２８にそれぞれ貫通穴４４Ａ，４４Ｂが設けられており、リム２６と貫通穴４４Ａと取付筒部２８の貫通穴４４Ｂが少なくとも一部において重なることにより連通するように設けられている。

貫通穴４４は、内側筒部２０の幅方向中央部に設けられており、この例では幅方向中央部に限定して設けられている。また、貫通穴４４は、図３に示すように、内側筒部２０の幅方向に延びる長穴状に形成されている。貫通穴４４は、図１に示すように周方向に間隔をおいて複数設けられている。この例では、貫通穴４４は、図１及び図３に示すように、スポーク３６により区画された各空間４２に対して１つずつ設けられており、各空間４２の周方向における中央位置に配置されている。

以上よりなる本実施形態のタイヤ・ホイール組立体１０であると、図２に示すように、インホイールモータ１２の外周面１２Ａを取り巻く第１流路部３８において、該モータ１２により加熱された空気は、回転による遠心力により、内側筒部２０の貫通穴４４を通って、内側筒部２０と外側筒部２２の間の第２流路部４０に導かれ、第２流路部４０から幅方向外方に排出される。このようにモータ１２の周りから放射方向に空冷のための流路を設けたことにより、図２に示すように、モータ１２に対してその側方から外気が流れ込み、モータ１２で加熱された空気が遠心力で放射方向に流れるよう制御することができる。そのため、タイヤ回転時にモータ１２を冷却するための空気流量を上げることができ、インホイールモータ１２の冷却効果を高めることができる。

また、該貫通穴４４を内側筒部２０の幅方向中央部に設けたことにより、貫通穴４４を通ってタイヤ１８内の第２流路部４０に流入した空気を、内側筒部２０の幅方向両側から外側に向けて効率良く排出することができる。しかも、貫通穴４４が内側筒部２０の幅方向に延びる長穴状であるため、その効果を高めることができる。

本実施形態によれば、また、複数のスポーク３６により区画された各空間４２に対して貫通穴４４を設けて第２流路部４０として構成したので、タイヤ１８の全周から効率良く排気することができ、インホイールモータ１２の冷却効果を高めることができる。

本実施形態によれば、また、タイヤ１８が非空気入りタイヤであるため、インホイールモータ１２を空冷するための空気流路の確保が容易であるだけでなく、タイヤ１８の剛性バランスの制御が容易である。詳細には、タイヤ径方向の剛性増加を抑えつつ、タイヤ周方向の剛性を高めることができるため、乗り心地性能の悪化を抑えつつ、トルクの応答性を高めることができる。

図４は、第２実施形態に係るタイヤ・ホイール組立体におけるスポーク３６Ａと貫通穴４４との位置関係を示したものである。この例では、内側筒部２０（取付筒部２８）と外側筒部２２とをつなぐ連結部２４としてのスポーク３６Ａが、タイヤ幅方向に対して角度を持って傾斜して設けられている。詳細には、スポーク３６Ａは、取付筒部２８の幅方向中心から幅方向両端に向かって、周方向の一方側に傾斜しており、図４に示すように平面視Ｖ字状に設けられている。

このようにスポーク３６Ａを傾斜させて周方向成分を持たせることにより、タイヤ径方向の剛性増加を抑えつつ、タイヤ周方向の剛性をより高めることができる。第２実施形態について、その他の構成及び作用効果は第１実施形態と同じであり、説明は省略する。

なお、内側筒部２０と外側筒部２２をつなぐ連結部２４としてのスポークの構成は特に限定されず、第１実施形態のように幅方向に平行でもよく、第２実施形態のように傾斜させてもよく、あるいは、図示しないが、周方向に延びるものでもよく、更には、これらを２種以上組み合わせて配置してもよい。また、連結部２４は、貫通穴４４から出た空気を幅方向外方に排出することができる空気流路を、内側筒部２０と外側筒部２２との間に形成しつつ、外側筒部２２を内側筒部２０に対して支持できるものであれば、その形状は特に限定されない。

図５は、第３実施形態に係るタイヤ・ホイール組立体１０Ａを示したものである。この例では、タイヤ１８の内側筒部２０（取付筒部２８）と外側筒部２２との間に、中間筒部４６を設けた点で上記実施形態とは異なる。

中間筒部４６は、内側筒部２０の外周を同軸に取り囲む円筒形状をなしており、内側筒部２０と外側筒部２２の径方向における中間位置に配設されている。このように中間筒部４６を設けることにより、剛性を高めることができる。なお、図５の例では、連結部２４としての複数のスポーク３６が、内側筒部２０と中間筒部４６をつなぐ部分３６Ｘと、中間筒部４６と外側筒部２２をつなぐ部分３６Ｙとで、同じ位置に設けられているが、これら３６Ｘ及び３６Ｙは、径方向において互い重ならないように別の位置に設けてもよい。

また、この例では、中間筒部４６には、その内側の第２流路部４０に対して開口する貫通穴４８が設けられている。貫通穴４８を設けることで、中間筒部４６の径方向外側にも排気のための空気流路となる第２流路部が設けられている。なお、中間筒部４６に貫通穴４８を設けることは必須ではなく、貫通穴４８は設けなくてもよい。

第３実施形態について、その他の構成及び作用効果は第１実施形態と同じであり、説明は省略する。

なお、上記実施形態では、内側筒部２０を内外二層構造として、ここにホイール１４とタイヤ１８の境界を設けたが、内側筒部は一層構造でもよい。その場合、タイヤとホイールは単一部材として一体に形成されてもよく、あるいはまた、外側筒部までをホイールとして、その外周にトレッド部を含むタイヤを取り付けるように構成してもよい。また、タイヤとしては、上記の非空気入りタイヤに限定されず、空気入りタイヤを用いることもできる。空気入りタイヤを用いる場合、例えば、外側筒部をホイールのリムとして、その外周に空気入りタイヤを装着するように構成すればよい。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

１０，１０Ａ…タイヤ・ホイール組立体、１２…モータ、１２Ａ…外周面、
１４…ホイール、１６…トレッド部、１８…タイヤ、２０…内側筒部、
２２…外側筒部、２６…リム、２８…取付筒部、３６，３６Ａ…スポーク、
３８…第１流路部、４０…第２流路部、４４，４４Ａ，４４Ｂ…貫通穴

Claims (6)

1. 内側にモータが組み込まれるホイールとトレッド部を含むタイヤとの組立体であって、
   前記モータの外周を取り囲む円筒形状の内側筒部と、前記内側筒部の外周を取り囲む円筒形状の外側筒部と、前記内側筒部と前記外側筒部をつなぐ連結部と、を備え、
   前記モータを冷却するための空気流路となる第１流路部が、前記内側筒部と前記モータの外周面との間に当該外周面を取り巻くように設けられ、
   前記内側筒部と前記外側筒部との間に、前記モータで加熱された空気を幅方向外方に排出するための空気流路となる第２流路部が設けられ、
   前記内側筒部に前記第１流路部と前記第２流路部とを連通させる貫通穴が設けられた
   ことを特徴とするタイヤ・ホイール組立体。
2. 前記タイヤが非空気入りタイヤである請求項１記載のタイヤ・ホイール組立体。
3. 前記内側筒部が、前記ホイールのリムと、前記リムに外嵌する取付筒部とからなり、
   前記タイヤが、前記取付筒部と、前記外側筒部と、前記連結部と、前記外側筒部の外周面に設けられたゴム弾性体からなる前記トレッド部とを含む非空気入りタイヤであり、
   前記ホイールの前記リムが間隙をおいて前記モータの外周面を取り囲むことで、前記第１流路部が設けられたことを特徴とする請求項２に記載のタイヤ・ホイール組立体。
4. 前記貫通穴が前記内側筒部の幅方向中央部に設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤ・ホイール組立体。
5. 前記貫通穴が前記内側筒部の幅方向に延びる長穴状であることを特徴とする請求項４記載のタイヤ・ホイール組立体。
6. 前記連結部が、前記内側筒部を幅方向に横断して前記内側筒部と前記外側筒部の間の空間を周方向において区画する複数のスポークを含み、前記スポークにより区画された各空間に対して前記貫通穴が設けられたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のタイヤ・ホイール組立体。

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