JP2015113079A - タイヤ・ホイール組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効果に優れたタイヤ・ホイール組立体を提供する。【解決手段】ホイール１４とタイヤ１８との組立体であって、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、内側筒部２０に貫通穴４４を設け、連結部２４を、内側筒部２０の幅方向Ｗに延びる複数のスポーク４２で構成し、該スポーク４２を径方向Ｋに対して回転方向Ｒ後方に傾斜させる。【選択図】図１

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、ブレーキ熱によって加熱されるホイールを冷却するために、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。

特許文献５には、外周輪と内周輪の間を複数のリブで連結した非空気入りタイヤにおいて、該リブをタイヤ幅方向に対して傾斜させるとともにタイヤ径方向に対して傾斜させることが開示されている。しかしながら、この文献は、タイヤ自体を冷却するためにタイヤに外気を取り込むべく、上記リブをタイヤ径方向に対して回転方向前方に傾斜させたものであり、ホイール内側からの排気経路を設ける点は開示されていない。

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 特開平３−１８９２０２号公報

上記のようにタイヤ・ホイール組立体においては、ホイールの内側に組み込まれるモータの発する熱やブレーキ熱がホイール内部にこもらないように冷却効果を高めることが求められる。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、冷却効果に優れたタイヤ・ホイール組立体を提供す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、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、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、前記内側筒部に貫通穴が設けられ、前記連結部が、前記内側筒部の周方向に間隔をおいて配設されて前記内側筒部の幅方向に延びる複数のスポークを含み、前記スポークが、径方向に対して回転方向後方に傾斜して設けられたものである。

本発明によれば、ホイールの内側で加熱された空気が、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に導かれ、幅方向外方に排出される。このようにホイールの内側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。しかも、上記スポークの傾斜により、タイヤ回転時における空気の流れの乱れを少なくすることができ、空気の排出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。 同タイヤ・ホイール組立体を径方向に沿って切断した断面図。 第２実施形態に係るタイヤ・ホイール組立体の側面図。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図。 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。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。本実施形態では、タイヤ１８は回転方向Ｒが指定されたタイヤであり、該回転方向Ｒが車両前進時の回転方向となるように車両に装着される。

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Ｗに開口する空間として形成されている。

本実施形態では、連結部２４が、内側筒部２０の周方向に間隔をおいて配設された複数のスポーク４２からなる。スポーク４２は、外側筒部２２を内側筒部２０に対して支持する壁部であり、周方向に等間隔に配置されて、内側筒部２０の幅方向Ｗに延びている。詳細には、スポーク４２は、内側筒部２０（詳細には、取付筒部２８）を幅方向Ｗ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おいて均等に区画するように設けられている。この例では、スポーク４２は、内側筒部２０の幅方向Ｗに平行に延びているが、実質的に幅方向Ｗに延びるものであれば、幅方向Ｗに対して傾斜して延びるものであってもよい。

このように連結部２４を複数のスポーク４２で構成したことにより、これら複数のスポーク４２により区画された各空間が第２流路部４０となっており、各第２流路部４０は、図２に示すように内側筒部２０の幅方向全体にわたって連通しており、幅方向Ｗの両側において外方に開口している。これら複数の第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４２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。

また、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４２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、内側筒部２０の幅方向Ｗ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、スポーク４２により区画された各空間（第２流路部４０）に対して１つずつ設けられており、各空間の周方向における中央位置に配置されている。

そして、本実施形態では、上記スポーク４２が、タイヤ径方向Ｚに対して回転方向Ｒ後方（回転方向Ｒの反対向き）に傾斜して設けられている。すなわち、スポーク４２は、内側筒部２０から外側筒部２２にかけて径方向Ｚ外方ほどタイヤ回転方向Ｒ後方に位置するように、回転方向Ｒ後方に傾斜して設けられている。スポーク４２のタイヤ径方向Ｚに対する傾斜角度θは、特に限定されず、例えば１０°〜８０°の範囲内で設定してもよく、あるいはまた２０°〜７０°の範囲内で設定してもよい。ここで、傾斜角度θは、スポーク４２の断面形状において、内周端における周方向（厚み方向）の中心点と外周端における周方向（厚み方向）の中心点とを結んだ線が、タイヤ径方向Ｚとなす角度である。

また、この例では、スポーク４２は、湾曲しながらタイヤ径方向Ｚに対して傾斜しており、図１に示すように回転方向Ｒ前方側に膨らみを持つ湾曲状に形成されている。

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Ｋ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Ｋ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、本実施形態によれば、スポーク４２を回転方向Ｒ後方に傾斜させて設けたので、貫通穴４４から第２流路部４０に流入した空気Ｋをスムースに径方向Ｚ外方に導くことができる。仮にスポークが傾斜せずに径方向に延びている場合、第２流路部に流入した空気は、タイヤの回転により発生する周方向における空気の流れにのって流動する際に、スポークに対して垂直に衝突することになり、空気の流れが乱される。これに対し、回転方向Ｒ後方に傾斜したスポーク４２であると、第２流路部４０に流入した空気Ｋが上記周方向における空気の流れにのって流動する際に、図１に示すようにスポーク４２の傾斜面に沿ってスムースに径方向Ｚ外方に導かれる。このようにして空気の流れの乱れを少なくすることで、排出効果を高めることができる。

また、本実施形態によれば、スポーク４２が回転方向Ｒ前方側に膨らみを持つ湾曲状に形成されているため、空気の流れをよりスムースにすることができる。

また、本実施形態によれば、貫通穴４４が内側筒部２０の幅方向中央部に設けられているので、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Ｗの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Ｗ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４２により区画された各空間に対して貫通穴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３は、第２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、スポークをねじれ形状とした点で第１実施形態とは異なる。

すなわち、この実施形態において、スポーク４２Ａは、その径方向内端である内側筒部２０に対する付け根部４６から、径方向外端である外側筒部２２に対する付け根部４８に向かって、径方向Ｚ外方ほど幅方向Ｗに対する傾斜角度δが大きく形成されている。この例では、図４に示すように、スポーク４２Ａは、内側筒部２０に対する付け根部４６では幅方向Ｗに平行に設けられている（即ち、傾斜角度δ＝０°）。該付け根部４６から径方向Ｚ外方に向かって回転方向Ｒ後方に傾斜しつつ延びていく際に、幅方向Ｗに対する傾斜角度δが漸次大きくなり、外側筒部２２に対する付け根部４８において傾斜角度δが最大になっている。外側筒部２２に対する付け根部４８における傾斜角度δは、特に限定されず、例えば５°〜６０°であってもよく、１５°〜５０°であってもよい。

スポーク４２Ａの幅方向Ｗに対する傾斜方向は、車外側ほど回転方向Ｒ後方に位置するように設定されている。そのため、スポーク４２Ａのタイヤ径方向Ｚに対する傾斜角度θは、車内側で最も小さく、車外側で最も大きくなるように設定されている。なお、本実施形態に係るタイヤ１８は、ホイール１４に対する幅方向Ｗでの組み付け方向が規定されているタイヤであり、従って、回転方向だけでなく、幅方向Ｗでの組み付け方向も規定されている。

第２実施形態であると、上記のようにスポーク４２Ａを回転方向Ｒに対してねじれた形状としたので、タイヤ１８の回転により発生する周方向における空気の流れを、スムースに幅方向Ｗ外方に導くことができるので、回転時の遠心力によって貫通穴４４から第２流路部４０に流れ込んできた空気Ｋを、タイヤ１８の幅方向Ｗ外側にスムースに排出することができる。

第２実施形態であると、また、貫通穴４４から第２流路部４０に流れ込んできた空気Ｋを、車外側に排出することができるので、タイヤハウス内への空気の滞留を抑えて、冷却効果を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。

図５は、第３実施形態に係るタイヤ・ホイール組立体１０Ｂ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５０を設けた点で第１実施形態とは異なる。

中間筒部５０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５０を設けることにより、剛性を高めることができる。

また、この例では、連結部２４としてのスポーク４２が、内側筒部２０と中間筒部５０との間だけでなく、中間筒部５０と外側筒部２２との間にも設けられている。すなわち、内側筒部２０と中間筒部５０を連結する内側スポーク４２Ｘと、中間筒部５０と外側筒部２２を連結する外側スポーク４２Ｙが設けられている。そして、中間筒部５０には、その内側の第２流路部４０に対して開口する貫通穴５２が設けられている。貫通穴５２を設けることで、中間筒部５０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。

このように中間筒部５０を設けた場合にも、その内外にスポーク４２Ｘ，４２Ｙを設けるとともに、貫通穴５２を設けたことにより、モータ１２により加熱された空気を、中間筒部５０の内周側でも外周側でも効果的に排気することができる。

なお、図５の例では、中間筒部４６の内周側と外周側の双方にスポーク４２Ｘ，４２Ｙを設けたが、いずれか一方側のみに設けてもよい。その場合、例えば、他方側においては一般的なスポークにより連結部を構成してもよい。いずれか一方側のみに設ける場合、中間筒部５０の内周側、即ち、内側筒部２０と中間筒部５０の間に設けることが好適である。その場合、中間筒部５０に貫通穴５２は不要である。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、以上の実施形態では、連結部２４を径方向Ｚに対して傾斜したスポーク４２，４２Ａのみで構成したが、径方向に対して傾斜していないスポークを追加的に設けてもよい。また、幅方向に傾斜したスポークや、周方向に延びるスポークなど様々なスポークを、上記実施形態の効果を損なわない範囲で適宜追加してもよい。

また、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。

また、上記実施形態では、インホイールモータ方式のタイヤ・ホイール組立体について説明したが、モータを内蔵しないタイヤ・ホイール組立体に適用してもよい。その場合でも、一般にホイール内にはブレーキが組み込まれているので、ブレーキ熱により加熱された空気を排気することができ、冷却効果を高めることができる。このようにホイール内に組み込まれて熱源となるものとしてはモータやブレーキ等があり、本実施形態による冷却が効果的である。

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，１０Ｂ…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、３８…第１流路部、４０…第２流路部、
４２，４２Ａ，４２Ｘ，４２Ｙ…スポーク、４４…貫通穴、
４６…内側筒部に対する付け根部、４８…外側筒部に対する付け根部、
Ｒ…回転方向、Ｗ…幅方向、Ｚ…径方向

Claims (7)

1. 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、
   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、
   前記内側筒部に貫通穴が設けられ、
   前記連結部が、前記内側筒部の周方向に間隔をおいて配設されて前記内側筒部の幅方向に延びる複数のスポークを含み、前記スポークが、径方向に対して回転方向後方に傾斜して設けられた
   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. 前記スポークは、回転方向前方側に膨らみを持つ湾曲状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のタイヤ・ホイール組立体。
4. 前記スポークは、当該スポークの径方向内端から外端に向かって、径方向外方ほど幅方向に対する傾斜角度が大きく形成さ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ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のタイヤ・ホイール組立体。
6. 前記ホイールは内側にモータが組み込まれるものであり、前記内側筒部は前記モータの外周を取り囲むものであり、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、前記貫通穴が前記第１流路部と前記第２流路部を連通させるものである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。
7. 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６記載のタイヤ・ホイール組立体。

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