JP4133125B2

JP4133125B2 - インホイールモータシステム

Info

Publication number: JP4133125B2
Application number: JP2002251425A
Authority: JP
Inventors: 豪長屋
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: JP2004090699A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイレクトドライブホイールを駆動輪とする車両において用いられるインホイールモータシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、スペース効率の高さや、駆動力の伝達効率の高さから、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。
図９は、例えば、特許第２６７６０２５号公報に記載された中空形状のアウターロータ型ダイレクトドライブモータ（インホイールモータ）７０の取付け状態を示す図で、このインホイールモータ７０においては、ステータ７０Ｓは固定部であるアップライト７１に連結・支持されて、ダイレクトドライブホイール７２のホイールディスク７３の内側に配置されており、上記ホイールディスク７３に連結された回転軸７４とは軸受け７４Ｊにより結合されている。また、上記ステータ７０Ｓの外周側に配置されたロータ７０Ｒは、上記回転軸７４と結合された第１のブラケット７５ａと、上記アップライト７１と軸受け７１Ｊを介して回転可能に固定された第２のブラケット７５ｂとにより支持されている。これにより、ロータ７０Ｒがステータ７０Ｓに対して回転可能に結合されるので、インホイールモータ７０を駆動することにより、ホイール７２に回転力を伝達することができ、ホイール７２をダイレクトドライブすることが可能となる。
【０００３】
また、インホイールモータの取付け方としては、図１０（ａ）に示すように、ホイール８１に固定されたハウジング８２の内側に、磁気手段（永久磁石）８０Ｍを有するロータ８０Ｒを搭載し、上記磁気手段８０Ｍの内側に、コイル８０Ｃを有するステータ８０Ｓを配置し、このステータ８０Ｓをナックル８３に連結された中空状のシャフト８４に固定的に取付けるとともに、上記ハウジング８２の内側及び外側の側壁８２ａ，８２ｂを、軸受け８４ａ，８４ｂを介して上記ステータ８０Ｓと結合することにより、インホイールモータ８０のロータ８０Ｒを、ステータ８０Ｓに対して回転可能に結合する方法（例えば、特表平９−５０６２３６号公報）や、図１０（ｂ）に示すように、インホイールモータ９０のステータ９０Ｓを、軸受け９１を介してハブ部９２と接合されたステアリングナックル９３に固定するとともに、ホイール９４のリム部９４ａをモータのロータとして機能させて、このロータ（リム部９４ａ）とステータ９０Ｓとを回転可能に結合する方法（例えば、特開平１０−３０５７３５号公報）などが提案されている。
【０００４】
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。
また、車両のボディといった、いわゆるバネ上質量が小さい場合にもロードホールディング性が悪化する。このため、ロードホールディング性を向上させるには、バネ上質量に対するバネ下質量の低減が必須である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インホイールモータにおいては、上述したように、モータステータ部分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固定されるため、上記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。
そのため、インホイールモータ車が、基本的にスペース効率や駆動力の伝達効率に優れ、電気自動車としては魅力的なパッケージングでありながら、現在でも採用例が極めて少ない。
【０００６】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、車両のタイヤ接地力の変動を低減して、車両のロードホールディング性を向上させ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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のインホイールモータシステムは、車輪部に設けられた中空形状のダイレクトドライブモータの非回転側ケースを、弾性体及び／または減衰機構を備え車両上下方向に稼動する第１及び第２のショックアブソーバーを介して、車両バネ下部に結合し、上記モータの回転側ケースとホイールとをフレキシブルカップリングで結合したインホイールモータシステムであって、上記非回転側ケースと車両バネ下部とには上記ショックアブソーバーの可動端を取付ける取付け部材と上記ショックアブソーバーの固定端を取付ける取付け部材とがそれぞれ設けられており、上記第１のショックアブソーバーの可動端は上記モータの非回転側ケースに設けられた取付け部材に接続され固定端は上記車両バネ下部に設けられた取付け部材に接続され、上記第２のショックアブソーバーの可動端は上記車両バネ下部に設けられた取付け部材に接続され固定端は上記モータの非回転側ケースに設けられた取付け部材に接続されていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載のインホイールモータシステムは、上記ショックアブソーバーをスプリングと、ピストンと、油圧シリンダーとを備えた油圧装置から構成したものである。
請求項３に記載のインホイールモータシステムは、可動端がモータ側に接続されたショックアブソーバーの油圧シリンダーのピストン上室とピストン下室とを、それぞれ、可動端が車両バネ下部側に接続されたショックアブソーバーの油圧シリンダーのピストン上室とピストン下室とに、独立したバルブを備えた作動油流路を介して接続したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係わるインホイールモータシステムの構成を示す図で、同図において、１はタイヤ、２はリム２ａとホイールディスク２ｂとから成るホイール、３は半径方向に対して内側に設けられた非回転側ケース３ａに固定されたモータステータ（以下、ステータという）３Ｓと、半径方向に対して外側に設けられ、軸受け３ｊを介して上記非回転側ケース３ａに対して回転可能に接合された回転側ケース３ｂに固定されたモータロータ（以下、ロータという）３Ｒとを備えたアウターロータ型のインホイールモータである。
４はホイール２とその回転軸において連結されたハブ部、５は車軸６に連結された、車両の足回り部品であるナックル、７はショックアブソーバー等から成るサスペンション部材、８は上記ハブ部４に装着されたブレーキディスクから成る制動装置、１０は上記モータ３のロータ３Ｒを支持する回転側ケース３ｂとホイール２とを結合するフレキシブルカップリング、２０はインホイールモータ３のステータ３Ｓを支持する非回転側ケース３ａを、ナックル５に対して車両上下方向に弾性的に支持するための緩衝装置である。
【００１０】
図２はフレキシブルカップリングの一構成例を示す図で、このフレキシブルカップリング１０は、複数枚の中空円盤状のプレート１１〜１３と、中央の中空円盤状のプレート１２の表裏に、作動方向が互いに直交するように配置された直動ガイド１４，１５とを備えている。詳細には、ホイール２側に位置するプレート１１のホイール２とは反対側の面に、１８０°間隔で取付けられたガイド部材１４ａ，１４ａと、中間のプレート１２の上記プレート１１側に取付けられ、上記ガイド部材１４ａ，１４ａに係合するガイドレール１４ｂ，１４ｂとから成る直動ガイド１４により中空円盤状のプレート１１，１２を結合し、上記プレート１２の裏面側で、上記ガイドレール１４ｂ，１４ｂを９０度回転させた方向に１８０°間隔で取付けられたガイドレール１５ｂ，１５ｂと、モータ３側のプレート１３の上記プレート１２側に取付けられ、上記ガイドレール１５ｂ，１５ｂに係合するガイド部材１５ａ，１５ａとから成る直動ガイド１５により中空円盤状のプレート１２，１３を結合するもので、これにより、モータ軸とホイール軸がどの方向にも偏心可能に結合されるので、回転側ケース３ｂからホイール２へのトルクを効率よく伝達させることが可能となる。
【００１１】
上記緩衝装置２０は、図３にも示すように、直動ガイド２１を介して互いに車両の上下方向に作動方向が限定され、かつ、車両の上下方向に作動するバネ２２及びダンパー２３により結合された２枚のプレート２４，２５を備えたもので、本例では、ナックル５に結合された車軸６に連結され、サスペンション部材７側に位置するナックル取付けプレート２５の４隅に、車両の上下方向に伸縮する４個のバネ２２を取付け、その中央部に設けられた車軸６との連結孔２５ｍの両側に、車両の上下方向に伸縮する２個のダンパー２３を取付け、モータ３側に位置するモータ取付けプレート２４の上記バネ２２の上部あるいは下部に対応する位置にバネ受け部２６を、上記ダンパー２３の上部に対応する位置、すなわち、車軸６との連結孔２４ｍの両側の上部に、ダンパー取付け部２７を取付けるとともに、上記プレート２４，２５を、プレートの中心に対して対称な位置に配置された４個の直動ガイド２１により結合したものである。
上記モータ取付けプレート２４とナックル取付けプレート２５とは、上記４個の直動ガイド２１により、車両上下方向に案内されるとともに、バネ２２及びダンパー２３により結合されているので、減衰力を発生しつつ、インホイールモータ３を上下運動方向に拘束することができる。
【００１２】
このように、本実施の形態１によれば、インホイールモータ３のロータ３Ｒを固定する回転側ケース３ｂとホイール２とをフレキシブルカップリング１０で結合するとともに、緩衝装置２０により、ステータ３Ｓを支持する非回転側ケース３ａを、ホイール２の回転方向に対して固定され、かつ、車両上下方向に揺動可能に結合して、上記モータ３を足回り部品に対してフローティングマウントし、上記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ようにしたので、回転側ケース３ｂからホイール２へのトルクの伝達効率を向上させることができるとともに、タイヤ接地変動力を減少させることができ、車両のロードホールディング性を向上させることができる。
【００１３】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、プレート２４，２５を、直動ガイド２１，バネ２２及びダンパー２３により結合したが、上記ダンパー２３，２３に代えて、図４（ａ）に示すように、油圧シリンダー３１と、この油圧シリンダー３１と耐圧ホース３２，３３により連結されたリザーバータンク３４とを備えた油圧ダンパー３０，３０を用いた緩衝装置２０Ａを用いることにより、上記非回転側ケース３ａをホイール２の回転方向に対してより確実に固定することができるとともに、車両上下に揺動可能に結合させることができるので、タイヤ接地変動力を更に減少させることができる。
図４（ｂ）は、上記油圧ダンパー３０の詳細を示す図で、本例では、上記リザーバータンク３４を、ピストンロッド３１Ｌの一端側が固定されたピストン３１Ｐにより隔てられた、油圧シリンダー３１の上室３１ａに連通する伸び側リザーバータンク３４Ａと、油圧シリンダー３１の下室３１ｂに連通する縮み側リザーバータンク３４Ｂとに分け、上記油圧シリンダー３１の上室３１ａと伸び側リザーバータンク３４Ａとを伸び側バルブ（オリフィス）３２ｍを介して連結するとともに、下室３１ｂと縮み側リザーバータンク３４Ｂとを縮み側バルブ（オリフィス）３３ｍを介して連結するようにしている。すなわち、本例の油圧ダンパー３０では、油圧シリンダー３１のピストン上室３１ａ及び下室３１ｂを、独立したバルブ３２ｍ，３３ｍとリザーバータンク３４Ａ，３４Ｂとにそれぞれ耐圧ホース３２，３３にて接続した構造としているので、油圧ダンパー３０の伸び側の減衰力と縮み側の減衰力とを別個に調整することができるという利点を有する。なお、３２ｎ，３３ｎは上記伸び側バルブ３２ｍと縮み側バルブ３３ｍのそれぞれを迂回する分岐油流路３２ｋ，３３ｋにそれぞれ設けられた、リザーバータンク３４から油圧シリンダー３１への作動油３４ｓの逆流を防止するための伸び側チェッキ弁と縮み側チェッキ弁である。
なお、本例では、図４（ａ）に示すように、足回り部品であるナックル５に連結されるナックル取付けプレート２５には、構造の単純な油圧シリンダー３１のみを配置し、減衰力を発生させる作動油３４ｓの流量を保証するリザーバータンク３４を足回り以外の位置（ここでは、図示しない車体側）に装着するようにしている。
【００１４】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、プレート２４，２５を、直動ガイド２１及び、車両の上下方向に伸縮する４個のバネ２２及び２個のダンパー２３により結合したが、上記バネ２２及びダンパー２３に代えて、図５及び図６に示すように、スプリング４１Ｓを備え、可動端４１ａがモータ取付けプレート２４側に、固定端４１ｂが車両バネ下部側であるナックル取付けプレート２５側に取付けられた第１のショックアブソーバー４１と、この第１のショックアブソーバー４１と同形式で、スプリング４２Ｓを備え、可動端４２ａがナックル取付けプレート２５側に、固定端４２ｂがモータ取付けプレート２４側に取付けられた第２のショックアブソーバー４２を用いて、インホイールモータ３をバネ下部に対して弾性支持する構成の緩衝装置２０Ｂを用いることにより、装置をより簡素化することができる。なお、図６において、４１ｍはモータ取付けプレート２４に設けられた、第１のショックアブソーバー４１の可動端４１ａを取付けるためのダンパー取付け部で、４２ｍは第２のショックアブゾーバ４２の固定端４２ｂを取付けるためのダンパー取付け部である。また、４１ｎはナックル取付けプレート２５に設けられた、第１のショックアブソーバー４１の固定端４１ｂを取付けるためのダンパー取付け部で、４２ｎは第２のショックアブソーバー４２の可動端４２ａを取付けるためのダンパー取付け部である。
上記構成により、ホイール２内で上記モータ３が上方向に動いた場合には、第１のショックアブソーバー４１は伸び方向に作動し、第２のショックアブソーバー４２は縮み方向に作動し、逆に、ホイール２内で上記モータ３が下方向に動いた場合には、第１のショックアブソーバー４１は縮み方向に作動し、第２のショックアブソーバー４２は伸び方向に作動する。したがって、モータ３が上下動しても、常にどちらかのショックアブソーバーのスプリングが圧縮されて弾性力を発揮することができる。
また、２本のショックアブソーバー４１，４２により、モータ３を弾性支持できるので、上記実施の形態１に比較して、弾性支持部品の部品点数を大幅に減らすことができ、装置をコンパクト化することができる。
【００１５】
また、図７に示すように、上記ショックアブソーバー４１，４２に代えて、スプリング５１Ａ，ピストン５１Ｂ及び油圧シリンダー５１Ｃを備え、可動端５１ａがモータ取付けプレート２４側に、固定端５１ｂがナックル取付けプレート２５側に取付けられた第１の油圧式アブソーバー５１と、スプリング５２Ａ，ピストン５２Ｂ及び油圧シリンダー５２Ｃを備え、可動端５２ａがナックル取付けプレート２５側に、固定端５２ｂがモータ取付けプレート２４側に取付けられた第２の油圧式アブソーバー５２とを用いた緩衝装置２０Ｃにより、モータの非回転側ケース３ａを、ナックル５に対して車両上下方向に弾性的に支持するようにしてもよい。
このとき、図８に示すように、上記可動端５１ａがモータ側に接続された第１の油圧式アブソーバー５１を構成する油圧シリンダー５１Ｃのピストン上室５１ｍとピストン下室５１ｎとを、それぞれ、上記可動端５２ａが車両バネ下部側に接続された第２の油圧式アブソーバー５２を構成する油圧シリンダー５２Ｃのピストン上室５２ｍとピストン下室５２ｎとを、独立したバルブ（オリフィス）５３ｖ，５４ｖを備えた作動油流路５３，５４を介して接続する。
これにより、油圧シリンダー５１Ｃのピストン上室５１ｍから作動油流路５３に流出する作動油量は、上記油圧シリンダー５２Ｃのピストン上室５２ｍへ流入する作動油量と同じくなり、また、上記油圧シリンダー５２Ｃのピストン下室５２ｎから作動油流路５４に流出する作動油量は油圧シリンダー５１Ｃのピストン下室５１ｎへ流入する作動油量と同じくなるので、上記油圧シリンダー５１Ｃのピストン５１Ｐに接続されたピストンロッド５１Ｌが伸びるときには、上記油圧シリンダー５２Ｃのピストン５２Ｐに接続されたピストンロッド５２Ｌは、上記油圧シリンダー５１Ｃのピストンロッド５１Ｌと同じストロークで縮むことになる。このとき、スプリング５１Ａ，５２Ａが取付けられた、第１及び第２の油圧式アブソーバー５１，５２の各ピストン５１Ｂ，５２Ｂは、上記ピストンロッド５１Ｌ、５２Ｌの伸縮に伴って伸縮する。したがって、モータ３が上下動しても、常にどちらかの油圧式アブソーバーにより弾性力を発揮することができる。
また、上記実施の形態２（図４（ｂ））に示したように、油圧シリンダー３１のロッド側（可動端）をモータ取付けプレート２４側に接続し、シリンダー側（固定端）をナックル取付けプレート２５側に接続すると、モータ３が上下どちらかに動くかで作動油の過不足が生じるので、リザーバータンク３４が必要であったが、油圧式アブソーバー５１，５２を上記のように接続するようにすれば、各油圧シリンダー５１Ｃ，５２Ｃのピストン上室５１ｍ，５２ｍ同士とピストン下室５１ｎ，５２ｎ同士を連結するだけでよいので、リザーバータンク３４を省略することができ、装置をコンパクト化することができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、車輪部に設けられた中空形状のダイレクトドライブモータの非回転側ケースを、弾性体及び／または減衰機構を備え車両上下方向に稼動する第１及び第２のショックアブソーバーを介して、車両バネ下部に結合し、上記モータの回転側ケースとホイールとをフレキシブルカップリングで結合するとともに、上記非回転側ケースと車両バネ下部とに上記ショックアブソーバーの可動端を取付ける取付け部材と上記ショックアブソーバーの固定端を取付ける取付け部材とをそれぞれ設け、上記第１のショックアブソーバーの可動端を上記モータの非回転側ケースに設けられた取付け部材に接続し固定端を上記車両バネ下部に設けられた取付け部材に接続し、上記第２のショックアブソーバーの可動端を上記車両バネ下部に設けられた取付け部材に接続し固定端を上記モータの非回転側ケースに設けられた取付け部材に接続するようにしたので、タイヤ接地力変動を低減してロードホールディング性を向上させることができタイヤ性能を安定化することができるとともに、インホイールモータを支持するショックアブソーバー装置をコンパクト化することができる。
また、本発明のインホイールモータシステムを採用することにより、スペース効率や駆動力の伝達効率に優れ、かつ、タイヤ接地力変動の少ないインホイールモータ車を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係わ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。
【図２】本実施の形態１に係わるフレキシブルカップリングの一構成例を示す図である。
【図３】本実施の形態１に係わる緩衝装置の構成を示す図である。
【図４】本実施の形態２に係わる緩衝装置の構成を示す図である。
【図５】本実施の形態３に係わ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。
【図６】本実施の形態３に係わる緩衝装置の構成を示す図である。
【図７】本発明に係る油圧式アブソーバーを用いた緩衝装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の油圧式アブソーバーにおける油圧シリンダーの構成を示す図である。
【図９】従来のインホイールモータの構成を示す図である。
【図１０】従来のインホイールモータ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リム、２ｂホイールディスク、
３インホイールモータ、３Ｒモータロータ、３Ｓモータステータ、
３ａ非回転側ケース、３ｊ軸受け、３ｂ回転側ケース、４ハブ部、
５ナックル、６車軸、７サスペンション部材、８制動装置、
１０フレキシブルカップリング、１１〜１３中空円盤状のプレート、
１４，１５直動ガイド、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ緩衝装置、
２１直動ガイド、２２バネ、２３ダンパー、２４モータ取付けプレート、２５ナックル取付けプレート、２６バネ受け部、２７ダンパー取付け部、３０油圧ダンパー、３１油圧シリンダー、３２，３３耐圧ホース、
３４リザーバータンク、４１，４２ショックアブソーバー、
４１Ｓ，４２Ｓスプリング、５１，５２油圧式アブソーバー、
５１Ａ，５２Ａスプリング、５１Ｂ，５２Ｂピストン、
５１Ｃ，５２Ｃ油圧シリンダー。

Claims

車輪部に設けられた中空形状のダイレクトドライブモータの非回転側ケースを、弾性体及び／または減衰機構を備え車両上下方向に稼動する第１及び第２のショックアブソーバーを介して、車両バネ下部に結合し、上記モータの回転側ケースとホイールとをフレキシブルカップリングで結合したインホイールモータシステムであって、上記非回転側ケースと車両バネ下部とには上記ショックアブソーバーの可動端を取付ける取付け部材と上記ショックアブソーバーの固定端を取付ける取付け部材とがそれぞれ設けられており、上記第１のショックアブソーバーの可動端は上記モータの非回転側ケースに設けられた取付け部材に接続され固定端は上記車両バネ下部に設けられた取付け部材に接続され、上記第２のショックアブソーバーの可動端は上記車両バネ下部に設けられた取付け部材に接続され固定端は上記モータの非回転側ケースに設けられた取付け部材に接続されていることを特徴とするインホイールモータシステム。
上記ショックアブソーバーをスプリングと、ピストンと、油圧シリンダーとを備えた油圧装置から構成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。
可動端がモータ側に接続されたショックアブソーバーの油圧シリンダーのピストン上室とピストン下室とを、それぞれ、可動端が車両バネ下部側に接続されたショックアブソーバーの油圧シリンダーのピストン上室とピストン下室とに、独立したバルブを備えた作動油流路を介して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システム。