JP4350591B2

JP4350591B2 - インホイールモータシステム

Info

Publication number: JP4350591B2
Application number: JP2004152413A
Authority: JP
Inventors: 豪長屋
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP2005329908A

Description

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輌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、特に、モータを足回り部品に対して弾性支持した構成のインホイールモータシステムに関する。

近年、モータによって駆動される車輌において、駆動用のモータを弾性体及び／または減衰機構を介して、ナックルなどの車輌バネ下部に支持することにより、上記ダイナミックダンパとして作用させ、インホイールモータ搭載車輌の接地性及び乗り心地性を改良する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
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、一般に、ホイールやナックル部、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、凹凸路を走行した場合、バネ下部分は上下方向に大きく振動し、このため、ロードホールディング性が悪化することから、上記のように、質量の大きいモータをダイナミックダンパとして上下方向の振動抑制に適応すれば、車輌の接地性能と乗り心地性能とを大幅に改善することができる。
また、バネ下部分は、上記のように上下方向だけではなく、前後方向に対しても振動することから、上記モータを上下方向だけでなく、前後方向に対しても弾性体で支持し、ダイナミックダンパとして作用させるようにすれば、前後方向のバネ下振動についても低減することができるので、車輌の接地性能と乗り心地性能とを更に改善することができる。

図４及び図５は、その一構成例を示す図で、中空形状のダイレクトドライブモータ３のステータ３Ｓを支持するステータ側ケース３ａを、中央に切り欠き部５１ｈが形成された円盤状のモータ取付部材５１Ａの外周部に取付け、このモータ取付部材５１Ａと前後方向に長軸を有する中間支持部材５１Ｂとを、車輌上下方向に案内するスライドガイド５２Ｇに装着されたバネ部材から成るダンパー５２及び車輌上下方向に案内する第１の直動ガイド５３Ａを介して結合するとともに、上記中間支持部材５１Ｂと固定部であるナックル５に取付けられる中空円盤状のナックル取付部材５１Ｃとを、弾性体５４と車輌前後方向に案内する第２の直動ガイド５３Ｂとにより結合する構成の緩衝機構５０により支持する構成とすることにより、インホイールモータ３を車輌上下方向に直動ガイド及び弾性体を介して支持するとともに、上記上下方向支持部品を足回り部品であるナックル５に対して、直動ガイド及び弾性体を介して、車輌前後方向に支持することができる。
これにより、インホイールモータ３を車輌の足回り部品であるバネ下部分に対してフローティングマウントすることができるとともに、モータ軸と車輪軸とは別々に車輌前後方向にも揺動可能となるので、タイヤ前後力変動も減少させることができ、前後方向のタイヤ発生力を安定化させることができる。したがって、走破性能を更に向上させることができるとともに、車輌前後方向の振動も低減できるので、乗り心地性も更に向上する。
国際公開第０２／８３４４６号パンフレット特開２００４−０９０６９６号公報特開２００４−０９０６９９号公報

しかしながら、上記インホイールモータシステムでは、モータを上下方向に弾性支持するモータサスペンションと上下方向に弾性支持するモータサスペンションとを中間支持部材５１Ｂを共通プレートとして連結した構成となっていることから、部品点数も多く、装置が複雑化するだけでなく、緩衝機構５０を構成する装置自体の重量が大きくなってしまうといった問題点があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡潔な構成で、モータを上下方向及び前後方向にダイナミックダンパとして作用させることのできる構成の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。

本発明の請求項１に記載の発明は、車輪部に電気モータを備え、上記モータによりホイールを駆動するインホイールモータシステムにおいて、上記モータが、車輌の足回り部品に対して、車輌上下方向に配向した第１の直動ガイドと車輌前後方向に配向した第２の直動ガイドとを組み合わせて成る直交ガイドと、粘弾性要素とにより支持されており、上記粘弾性要素は平板状で、平板の互いに対向する面が、それぞれ、上記モータの非回転側ケースもしくは上記非回転側ケースに取付けられるモータ側プレートと、車輌の足回り部品であるナックルもしくは上記ナックルに取付けられるナックル側プレートとに取付けられ、上記第１及び第２の直動ガイドのうちの一方の直動ガイドが、上記モータの非回転側ケースもしくは上記モータ側プレートに取付けられ、他方の直動ガイドが上記ナックルもしくは上記ナックル側プレートに取付けられている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システムにおいて、上記粘弾性要素として、車輌前後方向の弾性率が車輌上下方向の弾性率よりも高い粘弾性要素を用いたものである。
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システムにおいて、上記粘弾性要素の前後方向端面に、上記粘弾性要素の前後方向の剪断変形を規制する規制部材を設けたものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインホイールモータシステムにおいて、上記モータを中空形状のダイレクトドライブモータとするとともに、上記モータとナックルとを、上記モータのステータを支持するステータ側ケースに取付けられるモータ取付プレートと、車輌の足回り部品であるナックルに取付けられるナックル取付プレートと、上記モータ取付プレートとナックル取付プレートとを結合する、粘弾性要素及び車輌上下方向及び前後方向に配向した直交ガイドを備えた緩衝装置により連結したものである。

本発明によれば、車輪部に電気モータを備え、上記モータによりホイールを駆動するインホイールモータシステムにおいて、上記モータを、車輌の足回り部品に対して、粘弾性要素と車輌上下方向及び前後方向に配向した直交ガイドとにより支持するようにしたので、簡単な構成でインホイールモータを車輌上下方向及び前後方向に対してダイナミックダンパとして作用させることができる。
ここで、上記直交ガイドは、車輌上下方向に配向した第１の直動ガイドと車輌前後方向に配向した第２の直動ガイドとを組み合わせて成る直交ガイドとを備えており、上記第１及び第２の直動ガイドのうちの一方の直動ガイドが、上記モータの非回転側ケースもしくは上記モータ側プレートに取付けられ、他方の直動ガイドが上記ナックルもしくは上記ナックル側プレートに取付けられている。
また、上記粘弾性要素は平板状で、平板の互いに対向する面が、それぞれ、上記モータの非回転側ケースもしくは上記非回転側ケースに取付けられるモータ側プレートと、車輌の足回り部品であるナックルもしくは上記ナックルに取付けられるナックル側プレートとに取付けられている。
また、上記粘弾性要素として、車輌前後方向の弾性率が車輌上下方向の弾性率よりも高い粘弾性要素を用いて、前後方向の共振周波数を高くするようにすれば、前後方向のバネ下振動を有効に低減することができる。このとき、上記粘弾性要素の前後方向端面に、上記粘弾性要素の前後方向の剪断変形を規制する規制部材を設け、前後方向の剪断剛性を高めるようにすれば、簡単な構成で前後方向のバネ下振動を低減することができる。

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。
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ステータ側ケース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、ベアリング３ｊを介して上記ステータ側ケース３ａに対して回転可能に接合されたロータ側ケース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、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は上下のサスペンションアーム６ａ，６ｂに連結された、車輌の足回り部品であるナックル、７はショックアブゾ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である。
また、１０は粘弾性体１１と車輌上下方向及び前後方向に配向した直交ガイド１２とにより、モータのステータ側ケース３ａを上記ナックル５に弾性支持するための緩衝機構、２０は複数のクロスガイド２２を備え、モータのロータ側ケース３ｂとホイール２とを結合するオルダムカップリングである。

緩衝機構１０は、図２にも示すように、中空形状のダイレクトドライブモータ３のステータ３Ｓを支持するステータ側ケース３ａに取付けられる、上下に上記サスペンションアーム６ａ，６ｂを通す貫通孔１３ｈが形成された円盤状のモータ側取付プレート１３Ａと、固定部であるナックル５に取付けられる中空円盤状のナックル側取付プレート１３Ｂとを、４個の粘弾性体１１と、車輌上下方向に配向した直動ガイド１２ａと車輌前後方向に配向した直動ガイド１２ｂとを組合わせて成る４個の直交ガイド１２とを介して結合したもので、ナックル側取付プレート１３Ｂの４隅に車輌上下方向に配向した直動ガイド１２ａのガイド部材を、モータ側取付プレート１３Ａの、上記直動ガイド１２ａに対応する位置に車輌前後上下方向に配向した直動ガイド１２ｂのガイド部材をそれぞれ取付け、上記直交ガイド１２の間に４個の粘弾性体１１を配置する。また、本例では、上記粘弾性体１１の前後方向に、粘弾性体１１の剪断変形を規制するための規制部材１４，１４をそれぞれ設けて、上記粘弾性体１１の前後方向の剪断剛性を高めるようにしている。

上記粘弾性体１１は、図２に示すように、直方体状をしており、その互いに対向する面がそれぞれ、車輌幅方向に対向して互いに平行に配置された２つのプレート、すなわち、モータ３に取付けられたモータ側取付プレート１３Ａと、車輌のバネ下部分であるナックル５に取付けられたナックル側取付プレート１３Ｂに固定されているので、バネ下部分が上下方向及び前後方向に対しても振動した場合、上記粘弾性体１１は車輌の上下方向及び前後方向に剪断変形する。また、上記プレート１３Ａ，１３Ｂは、上記直交ガイド１２により、車輌上下方向及び車輌前後方向に案内されるので、上記モータ３は、ナックル５に対して、上下方向及び前後方向に弾性的に支持される。したがって、インホイールモータ３を車輌上下方向及び前後方向に対してダイナミックダンパとして作用させることができるので、タイヤ接地力変動を減少させることができ、車輌の接地性を向上させることができるとともに、乗り心地性能も大幅に向上させることができる。

一般的にタイヤのバネ定数は、上下方向が低く、前後方向が高い。このため、バネ定数／バネ下質量によって決まる共振周波数は、車輌が悪路を走行した際には、上下方向に比べて前後方向が高くなっている。この前後方向のバネ下振動を、前後方向に作用するダイナミックダンパの振動で相殺するためには、上下方向のバネ定数に比べて前後方向のバネ定数を高くする必要があるが、本例では、図１，図２に示すように、各粘弾性体１１の前後方向の端面に、上記各粘弾性体１１の剪断変形を規制するための規制部材１４，１４をそれぞれ設けて、上記各粘弾性体１１の前後方向の剪断変形を規制するようにしているので、上記粘弾性体１１の前後方向の剪断剛性が上下方向に対して高くなっている。したがって、本発明の緩衝機構１０を用いることにより、共振周波数の異なる、上下方向のバネ下振動と前後方向のバネ下振動をともに効果的に低減することが可能となる。

オルダムカップリング２０は、モータのロータ側ケース３ｂに取付けられた中空円盤状のプレート２１と、ホイール２との間を結合する、表裏で作動方向が直交する複数個のクロスガイド２２とを備えたもので、このオルダムカップリング２０により上記ロータ側ケース３ｂとホイール２とを結合することにより、車輪軸に対してモータ軸は車輪軸に垂直な面に対してどの方向にも平行移動することができるので、インホイールモータ３が車輌上下方向及び前後方向に対してダイナミックダンパとして作用する際に、車輪軸とモータ軸とがずれた場合でも、モータ３の回転力をホイール２へ効率よく伝達させることが可能となる。

このように、本最良の形態によれば、インホイールモータ３を、モータ３のステータ３Ｓを支持するステータ側ケース３ａに取付けられるモータ側取付プレート１３Ａと、ナックル５に取付けられるナックル側取付プレート１３Ｂとを、４個の粘弾性体１１と、車輌上下方向に配向した直動ガイド１２ａと車輌前後方向に配向した直動ガイド１２ｂとを組合わせて成る４個の直交ガイド１２とにより結合した緩衝機構１０を介して、車輌バネ下部品であるナックル５に取付けるようにしたので、少ない部品点数でモータ３を車輌上下方向及び前後方向に弾性支持することができるとともに、構造が簡素化されるので、組立作業が容易となる。
また、各粘弾性体１１の前後方向の端面に、上記各粘弾性体１１の剪断変形を規制するための規制部材１４，１４をそれぞれ設けて、上記粘弾性体の前後方向の剪断剛性を上下方向に対して高くするようにしたので、粘弾性体１１に異方性を付与することなく、前後方向のバネ下振動を効果的に低減することができる。

なお、本発明には、上記のように、インホイールモータ３として、中空形状のダイレクトドライブモータを用いることが好ましいが、スペースに余裕がある場合には、上記モータ３に代えて、図３に示すような、電気モータ３１と減速ギヤ（遊星減速機）３２とをモータケース３３に一体に組み込んだギヤードモータ３０を装着してもよい。
上記ギヤードモータ３０を、車輌バネ下部に対して、車輌上下方向及び前後方向にダイナミックダンパとして作用させる方法としては、非回転部であるモータケース３３を、上記最良の形態で用いた緩衝機構１０を介してナックル５に取付けるようにすればよい。なお、この場合には、モータ側取付プレート１３Ａを省略してもよい。また、上記ギヤードモータ３０の出力をホイール２に伝達する際には、例えば、減速ギヤ３２の出力軸とホイール２とを自在継手３４ｊを有するシャフト３４により連結するようにすればよい。
これにより、ギヤードモータ３０を車輌上下方向及び前後方向に粘弾性体１１及び直交ガイド１２を介して支持することができる。
したがって、ギヤードモータ３０を搭載した場合でも、タイヤ接地力の変動を低減させ、車輌のロードホールディング性を向上させることができるとともに、タイヤ前後力変動も減少させることができるので、タイヤ性能を安定化することができる。

このように、本発明によれば、構成が簡単で部品数の少ない緩衝機構を用いてインホイールモータを車輌上下方向及び前後方向に対してダイナミックダンパとして作用させることができるので、生産性を向上させることができるとともに、インホイールモータを安価に製造することができる。

本発明の最良の形態に係るインホイールモータシステムの構成を示す縦断面図である。本最良の形態に係る緩衝機構の構成を示す図である。本発明によるギヤードモータの支持方法を示す図である。従来の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。従来の緩衝装置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ステータ側ケース、３ｂロータ側ケース、３ｊベアリング、４ハブ部、
５ナックル、６ａ，６ｂ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緩衝機構、１１粘弾性体、１２直交ガイド、
１３Ａモータ側取付プレート、１３Ｂナックル側取付プレート、１４規制部材、
２０オルダムカップリング、２１中空円盤状のプレート、２２クロスガイド。

Claims

車輪部に電気モータを備え、上記モータによりホイールを駆動するインホイールモータシステムにおいて、
上記モータが、車輌の足回り部品に対して、車輌上下方向に配向した第１の直動ガイドと車輌前後方向に配向した第２の直動ガイドとを組み合わせて成る直交ガイドと、粘弾性要素とにより支持されており、
上記粘弾性要素は平板状で、平板の互いに対向する面が、それぞれ、上記モータの非回転側ケースもしくは上記非回転側ケースに取付けられるモータ側プレートと、車輌の足回り部品であるナックルもしくは上記ナックルに取付けられるナックル側プレートとに取付けられ、
上記第１及び第２の直動ガイドのうちの一方の直動ガイドが、上記モータの非回転側ケースもしくは上記モータ側プレートに取付けられ、他方の直動ガイドが上記ナックルもしくは上記ナックル側プレートに取付けら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。
上記粘弾性要素として、車輌前後方向の弾性率が車輌上下方向の弾性率よりも高い粘弾性要素を用い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。
上記粘弾性要素の前後方向端面に、上記粘弾性要素の前後方向の剪断変形を規制する規制部材を設け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。
上記モータを中空形状のダイレクトドライブモータとするとともに、上記モータとナックルとを、上記モータのステータを支持するステータ側ケースに取付けられるモータ取付プレートと、車輌の足回り部品であるナックルに取付けられるナックル取付プレートと、上記モータ取付プレートとナックル取付プレートとを結合する、粘弾性要素及び車輌上下方向及び前後方向に配向した直交ガイドとを備えた緩衝装置により連結したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインホイールモータシステム。