JP4302953B2

JP4302953B2 - インホイールモータシステム

Info

Publication number: JP4302953B2
Application number: JP2002255115A
Authority: JP
Inventors: 豪長屋
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2004090793A

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。ところで、従来のインホイールモータは、例えば、特許第２６７６０２５号公報（図７）や、特表平９−５０６２３６号公報（図８（ａ））、あるいは、特開平１０−３０５７３５号公報（図８（ｂ））に開示されているように、モータ部（７０，８０，９０）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（７１，８３，９３）に接続するスピンドル軸（７１Ｊ，８４）に固定され、モータロータ（７０Ｒ，８０Ｒ，９４ａ）及びホイール（７２，８１，９４）が回転可能な構造となっている。
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両においては、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接地力の変動が増大し、ロードホールディング性が悪化することが知られている。
【０００３】
一方、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が採用されることがある。しかしながら、従来のインホイールモータは、上記のように、モータステータ部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接続するスピンドル軸に回転可能に固定されるため、上記のバネ下質量がインホイールモータの分だけ増加し、その結果、タイヤ接地力変動が増大し、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。
【０００４】
そこで、上記のような問題を解決するため、図９に示すように、中空形状のインホイールモータ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、複数枚の中空円盤状のプレート２１〜２３を直動ガイド２４，２５により連結したフレキシブルカップリング２０により結合して、上記モータ３のトルクをホイール２へ効率よく伝達させるとともに、上記モータ３のステータ３Ｓを支持する非回転側ケース３ａを、バネ及びダンパーを備えた緩衝機構１０Ａを介してサスペンションアーム６に懸架することにより、車両の足回り部品に対して弾性支持し、かつ、上下運動方向に拘束する構成のインホイールモータシステムが考えられる。
上記緩衝機構１０Ａとしては、例えば、図１０に示すように、直動ガイド１１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１２及びダンパー１３により結合された２枚のプレート１４，１５を備えたもので、具体的には、サスペンションアーム６側に位置するプレート１５の４隅に、車両の上下方向に伸縮する４個のバネ１２を取付け、その中央部に設けられた孔部１５ｍの両側に、車両の上下方向に伸縮する２個のダンパー１３を取付けるとともに、上記プレート１４，１５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１１により結合するもので、１４ｍはプレート１４の孔部、１６はバネ受け部で、１７はダンパー取付け部である。
これにより、上記インホイールモータ３を足回り部品に対してフローティングマウントして、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ことができるので、不整路走行時の接地性能、乗り心地性能を向上させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように、車輪が車両前後方向に伸びるサスペンションアーム６により懸架される形式の車両にインホイールモータ３を装着すると、モータ３が駆動する際に、そのトルク反力によって車軸を中心に車両を持ち上げるようなモーメントが上記サスペンションアーム６に発生し、走行中の車両の挙動が不安定になるといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、車輪が車両前後方向に伸びるサスペンションアームに懸架される形式の車両において、不整路走行時の接地性能、乗り心地性能を向上させるとともに、モータ駆動時のトルク反力によって生じる走行中の車両不安定性を解消す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、車輪が車両の前後方向に延長するサスペンションアームにより懸架され、上記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回転側ケースとホイールとがフレキシブルカップリングにより結合されたインホイールモータシステムにおいて、上記モータの非回転側ケースを、弾性体及び減衰機構を介してバネ下部品に弾性支持されるモータ取付けプレートに回転可能に取付けるとともに、車両の略前後方向に延長するモータ支持アームを介して上記サスペンションアームまたは車体に揺動可能に連結することにより、上記モータを足回り部品に対してフローティングマウントして、上記モータをダイナミックダンパーのウエイトとして作用させ、タイヤ接地性及び乗り心地性を向上させるとともに、モータ駆動時にモータ非回転側に生じるトルク反力を上記トルクロッドにより受け止め、上記トルク反力による走行中の車両不安定性を解消するようにしたものである。
【０００８】
請求項２に記載のインホイールモータシステムは、上記モータ支持アームの延長方向がモータの回転方向に略平行になるように、上記モータ支持アームとモータの非回転側ケースとを連結したもので、これにより、上記トルク反力を確実にモータ支持アームの車両前後方向の力として受け止めることができるので、車両の不安定性を効果的に低減することが可能となる。
請求項３に記載のインホイールモータシステムは、上記モータ支持アームを、モータの非回転側ケースの車軸の略直下もしくは略直上に取付けたものである。
【０００９】
また、請求項４に記載のインホイールモータシステムは、車輪が車両の前後方向に延長するサスペンションアームにより懸架され、上記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回転側ケースとホイールとがフレキシブルカップリングにより結合されたインホイールモータシステムであって、上記モータの非回転側ケースを、一端が上記サスペンションアームの上側に遥動可能に取り付けられ他端側が上記モータの非回転側ケースに連結された、車両の略前後方向に延長する第１の支持アームと、一端が上記サスペンションアームの下側に遥動可能に取り付けられ他端側が上記モータの非回転側ケースの上記第１の支持アームとは反対側に連結された、車両の略前後方向に延長する第２の支持アームと、一端が上記サスペンションアームにそれぞれ連結され他端が上記第１及び第２の支持アームにそれぞれ連結された弾性体及び減衰機構とを備えたモータ支持機構を介して、上記サスペンションアームに揺動可能に連結することにより、上記モータを足回り部品に対してフローティングマウントするとともに、モータ駆動時にモータ非回転側に生じるトルク反力を上記モータ支持アームにより受け止めるようにしたものである。これにより、タイヤ接地性及び乗り心地性を向上させることが可能となるとともに、上記トルク反力による走行中の車両不安定性を解消することが可能となる。
【００１０】
【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。
なお、以下の説明中、従来例と共通する部分については、同一符号を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１及び図２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、各図において、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は車両前後方向に伸びるサスペンションアーム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はモータの非回転側ケース３ａを上記サスペンションアーム６に懸架するモータ懸架機構、２０はモータの回転側ケース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である。
【００１２】
上記モータ懸架機構１０は、図３（ａ）にも示すように、モータの非回転側ケース３ａとナックル５とを、直動ガイド１１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１２及びダンパー１３により結合されたモータ取付けプレート１４とナックル取付けプレート１５の２枚のプレートによって結合するとともに、図３（ｂ）に示すように、モータの非回転側ケース３ａを、スライドメタルあるいはベアリング等から成る連結手段１８を介して、モータ３側に位置するモータ取付けプレート１４に回転可能に取付け、更に、図１及び図２に示すように、上記モータの非回転側ケース３ａを、車両の略前後方向に延長するモータ支持アームであるトルクロッド１９を介して、上記サスペンションアーム６に揺動可能に連結したもので、これにより、モータの非回転側ケース３ａを車両の足回り部品であるナックル５に対して弾性的に支持するとともに、モータ駆動時にモータ非回転側に生じるトルク反力を受け止める。このとき、本例では、上記トルクロッド１９の一端を上記サスペンションアーム６に取付けるとともに、他端をモータの非回転側ケース３ａの車軸のほぼ直下に相当する部分に取付けるようにしている。
なお、図３（ａ）において、１４ｍはプレート１４の孔部、１５ｍはプレート１５の孔部で、この孔部１５ｍに上記サスペンションアーム６に連結されるナックル５が取付けられる。また、１６はモータ取付けプレート１４上の上記バネ１２の可動部側に設けられたバネ受け部で、１７はダンパー１３を取付けるためのダンパー取付け部である。
【００１３】
すなわち、本例のモータ懸架機構１０においては、上記図９，１０に示した緩衝機構１０Ａのモータ取付けプレート１４が、上記連結手段１８を介して、モータの非回転側ケース３ａに回転可能に取付けられており、かつ、このモータの非回転側ケース３ａが車両の略前後方向に延長するトルクロッド１９を介してサスペンションアーム６に揺動可能に連結されているので、駆動時にモータ３の非回転側にトルク反力が生じた場合には、この回転力をモータ支持アームである上記トルクロッド１９の前後方向の力として受け止めることができる。
したがって、サスペンションアーム６には車体を持ち上げるようなモーメントは発生しないので、上記トルク反力による走行中の車両不安定性を解消することが可能となる。
また、本例では、上記のように、上記トルクロッド１９を、モータの非回転側ケース３ａの車軸のほぼ直下に相当する部分に取付けているので、上記トルク反力を確実にトルクロッド１９の車両前後方向の力として受け止めることができる。したがって、上記トルク反力による浮き上がり効果を確実に防止することができ、車両の不安定性を効果的に低減することができる。
また、上記モータ懸架機構１０により、モータの非回転側ケース３ａは、車両の足回り部品であるナックル５に対して弾性的に支持され、上記モータ３自身はダイナミックダンパーとして作用するので、不整路走行時の接地性能、乗り心地性能を向上させることができる。
【００１４】
図４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２０は、複数枚の中空円盤状のプレート２１〜２３と、中央の中空円盤状のプレート２２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２４，２５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２１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２４ａ，２４ａと、中間のプレート２２の上記プレート２１側に取付けられ、上記ガイド部材２４ａ，２４ａに係合するガイドレール２４ｂ，２４ｂとから成る直動ガイド２４により中空円盤状のプレート２１，２２を結合し、上記プレート２２の裏面側で、上記ガイドレール２４ｂ，２４ｂ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２５ｂ，２５ｂと、モータ３側のプレート２３の上記プレート２２側に取付けられ、上記ガイドレール２５ｂ，２５ｂに係合するガイド部材２５ａ，２５ａとから成る直動ガイド２５により中空円盤状のプレート２２，２３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。
【００１５】
このように、本実施の形態１では、インホイールモータ３の非回転側ケース３ａとナックル５とを、直動ガイド１１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１２及びダンパー１３により結合された２枚のプレート１４，１５によって結合するとともに、上記非回転側ケース３ａを、モータ３側に位置するモータ取付けプレート１４に回転可能に取付け、更に、上記非回転側ケース３ａを、車両の略前後方向に延長するトルクロッド１９を介して上記サスペンションアーム６に揺動可能に連結するようにしたので、モータ３をダイナミックダンパーのウエイトとして作用させ、タイヤ接地性及び乗り心地性を向上させることができるとともに、モータ駆動時にモータ非回転側にトルク反力が生じた場合でも、上記トルク反力を車両前後方向の力として受け止めることができるのでトルク反力による走行中の車両不安定性を解消することできる。
また、インホイールモータ３の回転側ケース３ｂとホイール２とを、複数枚の中空円盤状のプレート２１〜２３を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２４，２５により連結したフレキシブルカップリング２０で結合することにより、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できる。
【００１６】
なお、上記実施の形態１では、上記モータ支持アームであるトルクロッド１９の一端をサスペンションアーム６に取付け、他端をモータの非回転側ケース３ａに取付けた場合について説明したが、トルクロッド１９の一端を車体側に取付けるようにしても同様の効果を得ることができる。
また、上記例では、トルクロッド１９を、モータの非回転側ケース３ａの車軸の略直下に相当する部分取付けたが、これに限るものではなく、上記トルクロッド１９とモータの非回転側ケース３ａとを、上記トルクロッド１９の延長方向がモータの回転方向にほぼ平行（０°±１０°）となるように連結してあればよい。このとき、上記トルクロッド１９を、モータの非回転側ケース３ａの車軸のほぼ直下に相当する部分、もしくは上記車軸のほぼ直上に相当する部分に取付けることにより、上記トルク反力をトルクロッド１９の車両前後方向の力として確実に受け止めることができる。
【００１７】
実施の形態２．
図５及び図６は、本実施の形態２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、各図において、１はタイヤ、２はホイール、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に固定されたステータ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に固定されたロータ３Ｒとを備えたアウターロータ型のインホイールモータ、４はハブ部、５は車両前後方向に伸びるサスペンションアーム６に連結されたナックル、７はサスペンション部材、８はブレーキディスクから成る制動装置である。
また、２０は上記実施の形態１に示した、モータの回転側ケース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、３０はモータの非回転側ケース３ａをサスペンションアーム６に懸架するためのモータ支持機構である。
【００１８】
上記モータ支持機構３０は、一端が上記車両の前後方向に延長するサスペンションアーム６に取付けられ、モータの非回転側ケース３ａをそれぞれ上下方向に支持する第１及び第２のモータ支持部材３１，３２と、一端がそれぞれ上記サスペンションアーム６に取付けられ、他端が上記第１及び第２のモータ支持部材３１，３２にそれぞれ連結されたバネ及び減衰機構を備えた緩衝部材３３，３４とを備えている。
第１のモータ支持部材３１は、一端側がサスペンションアーム６の上側に揺動可能に取付けられ、他端側でモータの非回転側ケース３ａを支持する支持アーム３１ａを備えたもので、この支持アーム３１ａと上記緩衝部材３３とを結合することにより、モータの非回転側ケース３ａを弾性的に支持するとともに、上記モータの非回転側ケース３ａをサスペンションアーム６に対して揺動可能に連結する。なお、本例では、上記緩衝部材３３を構成するバネ部材のストロークを大きくとるため、上記支持アーム３１ａ上に、支持アーム３１ａの上部側に突出し、連結点３１ｚで互いに結合された２本の連結片３１ｂ，３１ｃを取付け、上記連結点３１ｚにおいて、上記第１のモータ支持部材３１と上記緩衝部材３３とを結合するようにしている。
また、第２のモータ支持部材３２は、上記第１のモータ支持部材３１と同様の構成であり、一端側がサスペンションアーム６の下側に揺動可能に取付けられ、他端側で非回転側ケース３ａの上記支持アーム３１ａとは反対側を支持する支持アーム３２ａと、この支持アーム３２ａ上に設けられ、連結点３２ｚで互いに結合された２本の連結片３２ｂ，３２ｃとから成り、上記連結点３２ｚにおいて、バネ及びダンパーから成る上記緩衝部材３４に結合されている。
【００１９】
上記構成のモータ支持機構３０においては、モータ３の駆動時にモータ３の非回転側にトルク反力が生じた場合でも、上記緩衝部材３３，３４を備えた上記第１及び第２のモータ支持部材３１，３２の支持アーム３１ａ，３２ａが、上記トルク反力を車両前後方向の力として受け止めるので、上記サスペンションアーム６には車体を持ち上げるようなモーメントは発生しない。したがって、上記モータ支持機構３０を用いることにより、モータ３を強固に支持することができるとともに、モータの非回転側ケース３ａをサスペンションアーム６に対して揺動可能に連結することができるので、上記トルク反力による走行中の車両不安定性を解消することが可能となる。
また、上記モータ支持機構３０により、モータの非回転側ケース３ａを車両の足回り部品であるナックル５に対して弾性的に支持することができるので、モータ３はダイナミックダンパーとして作用する。したがって、不整路走行時の接地性能、乗り心地性能を向上させることができる。
更に、本例の構成は、上記従来例や上記実施の形態１に示したモータの懸架方法に比較して、ナックル５周りの構造が大幅に簡素化されているので、ブレーキの冷却にも好影響を与えることができるという利点を有する。
【００２０】
このように本実施の形態２では、インホイールモータ３の回転側ケース３ｂとホイール２とをフレキシブルカップリング２０で結合するとともに、上記モータの非回転側ケース３ａを、サスペンションアーム６に取付けられ、モータの非回転側ケース３ａを揺動可能に支持する支持アーム３１ａ，３２ａを備えた第１及び第２のモータ支持部材３１，３２と、一端がサスペンションアーム６に取付けられ、他端が上記モータ支持部材３１，３２に連結された緩衝部材３３，３４とを備えたモータ支持機構３０によりサスペンションアーム６に連結するようにしたので、モータ３を強固に支持することができるとともに、駆動時にモータ３の非回転側にトルク反力が生じた場合でも、上記トルク反力を車両前後方向の力として受け止めることができるので、上記トルク反力による走行中の車両不安定性を解消することできる。
また、上記モータ支持機構３０は、モータの非回転側ケース３ａを車両の足回り部品であるナックル５に対して弾性的に支持するので、モータ３自身はダイナミックダンパーとして作用する。したがって、本例においても、不整路走行時の接地性能、乗り心地性能を向上させることができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、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、モータの非回転側ケースをモータ取付けプレートに回転可能に取付けるとともに、車両の略前後方向に延長するモータ支持アームを介して上記サスペンションアームに揺動可能に連結するようにしたので、不整路走行時の接地性能、乗り心地性能を向上させることができるとともに、モータ駆動時にモータ非回転側に生じるトルク反力を受け止めることができるので、走行中の車両不安定性を解消することができる。
また、上記モータの非回転側ケースを、弾性体及び減衰機構を備えた、車両の略前後方向に延長するモータ支持アームを介して上記サスペンションアームに揺動可能に連結し、モータ駆動時にモータ非回転側に生じるトルク反力を上記モータ支持アームにより受け止める構成とすることにより、上記トルク反力による走行中の車両不安定性を解消することができる。
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図である。
【図３】本実施の形態１に係わるモータ懸架機構とモータの非回転側ケースとの結合方法を示す図である。
【図４】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５】本発明の実施の形態２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２に係わるモータ支持機構を示す図である。
【図７】従来のインホイールモータの構成を示す図である。
【図８】従来のインホイールモータの構成を示す図である。
【図９】モータがダイナミックダンパー機能を有する構成のインホイールモータシステムの一構成例を示す図である。
【図１０】図９のインホイールモータに用いられる緩衝機構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サスペンションアーム、７サスペンション部材、８制動装置、１０モータ懸架機構、１１直動ガイド、１２バネ、１３ダンパー、１４モータ取付けプレート、１４ｍモータ取付けプレートの孔部、１５ナックル取付けプレート、１５ｍナックル取付けプレートの孔部、１６バネ受け部、
１７ダンパー取付け部、１８連結手段、１９トルクロッド、２０フレキシブルカップリング、２１〜２３中空円盤状のプレート、２４，２５直動ガイド、３０モータ支持機構、３１，３２モータ支持部材、
３１ａ，３２ａ支持アーム、３１ｂ，３１ｃ，３２ｂ，３２ｃ連結片、
３１ｚ，３２ｚ連結点、３３，３４緩衝部材。

Claims

車輪が車両の前後方向に延長するサスペンションアームにより懸架され、上記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回転側ケースとホイールとがフレキシブルカップリングにより結合されたインホイールモータシステムにおいて、上記モータの非回転側ケースを、弾性体及び減衰機構を介してバネ下部品に弾性支持されるモータ取付けプレートに回転可能に取付けるとともに、車両の略前後方向に延長するモータ支持アームを介して、上記サスペンションアームまたは車体に揺動可能に連結したことを特徴とするインホイールモータシステム。
上記モータ支持アームの延長方向がモータの回転方向に略平行になるように、上記モータ支持アームとモータの非回転側ケースとを連結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。
上記モータ支持アームを、モータの非回転側ケースの車軸の略直下もしくは略直上に取付け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。
車輪が車両の前後方向に延長するサスペンションアームにより懸架され、上記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回転側ケースとホイールとがフレキシブルカップリングにより結合されたインホイールモータシステムにおいて、上記モータの非回転側ケースを、一端が上記サスペンションアームの上側に遥動可能に取り付けられ他端側が上記モータの非回転側ケースに連結された、車両の略前後方向に延長する第１の支持アームと、一端が上記サスペンションアームの下側に遥動可能に取り付けられ他端側が上記モータの非回転側ケースの上記第１の支持アームとは反対側に連結された、車両の略前後方向に延長する第２の支持アームと、一端が上記サスペンションアームにそれぞれ連結され他端が上記第１及び第２の支持アームにそれぞれ連結された弾性体及び減衰機構とを備えたモータ支持機構を介して、上記サスペンションアームに揺動可能に連結したことを特徴とするインホイールモータシステム。