JP4575298B2

JP4575298B2 - インホイールモータシステム

Info

Publication number: JP4575298B2
Application number: JP2005516515A
Authority: JP
Inventors: 康弘鈴木; 勝巳田代; 孝志野▲崎▼; 博之袴田; 啓助曽根
Original assignee: NTN Corp; Bridgestone Corp
Current assignee: NTN Corp; Bridgestone Corp
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: EP1700732A4; EP1698508A4; EP1698508A1; US20070144801A1; US20070163824A1; EP1700732A1; WO2005061256A1; JPWO2005061256A1; EP1700732B1; US7552786B2; WO2005061257A1; JPWO2005061257A1

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ある。

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輌においては、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。
ところで、電気自動車などのモータによって駆動される車輌においては、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が、従来のインホイールモータでは、モータの非回転部が車輌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固定され、回転部であるロータがホイールと一体に回転可能な構造となっているため、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（例えば、特許文献１〜３参照）。

そこで、上記のような問題を解決するため、図６に示すような、ステータ３Ｓを支持する非回転側ケース３ａを、直動ガイド５１を介して互いに車輌の上下方向に作動方向が限定され、かつ、車輌の上下方向に作動するバネ５２及びダンパー５３により結合された２枚のプレート５４，５５を備えた緩衝機構５０を介して、車輌の足回り部品であるナックル５に対して弾性支持するとともに、ロータ３Ｒを支持する回転側ケース３ｂとホイール２とを、ホイール２のラジアル方向に互いに偏心可能な駆動力伝達機構であるフレキシブルカップリング６０により結合する構成のインホイールモータシステムが提案されている（例えば、特許文献４参照）。

上記フレキシブルカップリング６０は、詳細には、図７に示すように、複数枚の中空円盤状のプレート６１Ａ〜６１Ｃと、隣接する上記プレート６１Ａ，６１Ｂ、及び、プレート６１Ｂ，６１Ｃ間を結合するとともに、上記隣接するプレート６１Ａ，６１Ｂ、及び、プレート６１Ｂ，６１Ｃを互いに円盤のラジアル方向に案内する直動ガイド６２Ａ，６２Ｂとを備えたもので、上記直動ガイド６２Ａ，６２Ｂとしては、例えば、図８に示すように、上記プレート６１Ａ〜６１Ｃのラジアル方向に延長する凸部を有するガイドレール６２ｘと、上記プレート６１Ａ〜６１Ｃのラジアル方向に延長する凹部を有し、上記ガイドレール６２ｘに係合するガイド部材６２ｙと、上記ガイドレール６２ｘとガイド部材６２ｙとをより円滑にスライドさせるために、上記ガイドレール６２ｘの凸部とガイド部材６２ｙの凹部との間に配設された複数の鋼球６２ｍとから構成される。
上記ガイドレール６２ｘ及びガイド部材６２ｙは、上記隣接するプレート６１Ａ，６１Ｂ、及び、プレート６１Ｂ，６１Ｃをそれぞれ互いに円盤のラジアル方向に案内するようにスライドするので、インホイールモータ３は上記直動ガイド６２Ａ，６２Ｂの作動方向、すなわち、円盤のラジアル方向沿っては動くことができるが、回転方向には動くことができない。したがって、モータ３の回転側ケース３ｂを、上記フレキシブルカップリング６０を介して、ホイール２と結合させることにより、モータ３からの駆動トルクをホイール２に効率的に伝達することが可能となる。

上記構成のインホイールモータシステムでは、インホイールモータ３を、上記緩衝機構５０を介して、車輌の足回り部品であるナックル５に対して弾性支持することにより、モータ３を車輌の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３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、悪路走行時における接地性能、及び、乗り心地性能をともに向上させることができるとともに、上記フレキシブルカップリング６０により、モータ軸とホイール軸とがどの方向にも偏心可能に結合されるので、モータ３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。

ところで、上記方法では、モータ３は構造上、車輌の足回り部品とは別々に上下振動することになるため、モータ３とホイール２との間にはある程度の空隙が必要となる。そのため、車輌が砂利道等を走行した場合、このような空隙部に砂利等が入り込むと、モータ３がホイール２内で振動したりするなど、モータ３を傷める恐れがある。そこで、本出願人は、図６に示すように、軸に垂直な方向の断面形状が波形である第１の環状ダストブーツ９Ａにより、上記モータ３とホイール２間に形成される空隙部を外部から遮断して、上記空隙部への石や塵芥等の侵入を防止するとともに、第２の環状ダストブーツ９Ｂによりフレキシブルカップリング６０の内周側に隔壁を形成して、飛び石によるカップリング部の変形や直動ガイド６２Ａ，６２Ｂへの塵芥の侵入等を防止する方法を提案している（特願２００２−２５１４０１号）。

特許文献１特許第２６７６０２５号公報
特許文献２特表平９−５０６２３６号公報
特許文献３特開平１０−３０５７３５号公報
特許文献４：ＷＯ０２／０８３４４６Ａ１

しかしながら、上記フレキシブルカップリング６０は、モータ３の駆動トルクをホイール２へ効率よく伝達させることはできるものの、連結部材として部品点数が多くかつ高い組立精度が要求される直動ガイド６２Ａ，６２Ｂを用いていることから、プレート６１Ａ〜６１Ｃへの組付作業に時間がかかり、そのため、生産性が低かった。また、上記直動ガイド６２Ａ，６２Ｂは高価であるため、装置がコスト高になるといった問題点があった。
また、上記直動ガイド６２Ａ，６２Ｂには、その動きを滑らかにするため、グリースが封入されているが、上記のようなダストブーツ９Ａ，９Ｂでは、外部からの石や塵埃等の浸入は防止できるものの、上記グリースがフレキシブルカップリング６０の外周側からモータ３側へ漏れ出てしまう恐れがあった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成でモータの駆動トルクをホイールへ効率よく伝達させることができるとともに、組立が容易なフレキシブルカップリングを備えた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。

本願の請求項１に記載の発明は、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ステータ側が、車輌の足回り部品に対して、弾性体及び／または減衰機構を介して支持され、モータロータとホイールまたはハブとがカップリング機構により連結されているインホイールモータシステムであって、上記カップリング機構が、プレートの互いに対向する面側の周上に、それぞれがプレートの径方向と４５°の角度をなす方向に延長する溝部であって、かつ、対向する溝部の延長方向が互いに直交する複数の溝部がそれぞれ形成された２枚の中空円盤状プレートと、上記溝部間にスライド可能に挟持された小球と、上記中空円盤状プレート間に配置され、上記小球を上記プレートの径方向と直交する方向に案内するガイド孔を有する中間プレートとを備え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、上記小球と溝部とガイド孔とを備えたスライド機構を収納する伸縮自在な環状のダストブーツを設けたものである。

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ロータとホイールまたはハブとを、互いに対向する面側の周上に、互いに対向する面側の周上に、それぞれが当該プレートの径方向と４５°の角度をなす方向に延長する溝部であって、対向する溝部の延長方向が互いに直交する複数の溝部がそれぞれ形成された２枚の中空円盤状プレートと、上記溝部間にスライド可能に挟持された小球と、上記中空円盤状プレート間に配置され、上記小球を上記径方向と直交する方向に案内するガイド孔を有する中間プレートとを備えた、構成が簡単で部品数の少ないカップリング機構により連結したので、モータ軸と車輪軸が偏心した場合でも、モータの駆動トルクをホイールに確実に伝達させことができるとともに、組立が容易となり、作業効率を向上させることができる。
また、上記小球と溝部とガイド孔とを備えたスライド機構を収納する伸縮自在な環状のダストブーツを設けたので、上記スライド機構への塵埃や水等の浸入や、上記スライド機構のスライド部に封入されているグリースの外部への拡散を有効に防ぐことができる。

本発明の実施の形態１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。本実施の形態１に係るフレキシブルカップリングの構成を示す図である。本発明の実施の形態２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。本実施の形態２に係るダストブーツの動作を示す図である。本発明によるフレキシブルカップリングとダストブーツとを備えた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。従来のインホイールモータの構成を示す図である。従来のフレキシブルカップリングの構成を示す図である。直動ガイドの一構成例を示す図である。

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である。
また、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に結合されるナックル、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、１０は回転側ケース３ｂとホイール２とを連結する、本発明による小球スライド型のフレキシブルカップリング、５０はステータ３Ｓを支持する非回転側ケース３ａを車輌の足回り部品である上記ナックル５に対して弾性支持する、直動ガイド５１を介して互いに車輌の上下方向に作動方向が限定され、かつ、車輌の上下方向に作動するバネ５２及びダンパー５３により結合された２枚のプレート５４，５５を備えた緩衝機構である。

上記フレキシブルカップリング１０は、図２（ａ），（ｂ）にも示すように、モータの回転側ケース３ｂに取付けられた中空円盤状のモータ側プレート１１Ａと、ホイール２に取付けられた中空円盤状のホイール側プレート１１Ｃと、上記プレート１１Ａ，１１Ｃに設けられた複数の溝部１１ａ，１１ｂ間にそれぞれスライド可能に挟持された鋼性の小球１１ｍと、上記プレート１１Ａ，１１Ｃ間に配置され、上記小球１１ｍを上記各プレート１１Ａ，１１Ｃの径方向と直交する方向に案内するガイド孔１１ｓが形成された中間プレート１１Ｂとを備え、モータ３からの駆動トルクをホイール２に伝達するもので、上記溝部１１ａは上記モータ側プレート１１Ａの上記ホイール側プレート１１Ｃに対向する面側の周上に、上記プレート１１Ａの径方向に対して４５°の角度をなして形成されており、上記溝部１１ｂは上記ホイール側プレート１１Ｃの上記モータ側プレート１１Ａに対向する面側の周上に、上記溝部１１ａの延長方向に直交する方向に形成されている。これにより、上記各小球１１ｍは、上記モータ側プレート１１Ａとホイール側プレート１１Ｃとの間で任意の方向に動くことができる。

上記構成において、インホイールモータ３の回転側ケース３ｂからの回転力が、モータ側プレート１１Ａを介して、ホイール２に結合されたホイール側プレート１１Ｃに伝達される際に、上記各小球１１ｍは、周方向に回転するとともに、上記溝部１１ａに沿って径方向に対して４５°の角度をなす方向に移動しようとする。一方、上記小球１１ｍは、ホイール側プレート１１Ｃの周上に形成された、上記溝部１１ａに直交する方向に形成された溝部１１ｂにも収納されおり、かつ、その移動方向がガイド孔１１ｓによって規制されるので、上記小球１１ｍは、モータ３の回転に伴って回転するとともに、上記モータ側プレート１１Ａとホイール側プレート１１Ｃとの間で、全方向に動くことができる。
これにより、悪路走行時などにおいて、モータが振動してモータ軸と車輪軸が偏心した場合でも、上記モータ側プレート１１Ａとホイール側プレート１１Ｃとは全方向に移動可能となり、モータ３とホイール２との偏心を吸収することができるので、モータ３からの駆動トルクをスムーズにホイール２に伝達させることができる。

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とホイール２とを、互いに対向する面側の周上に、それぞれが当該プレートの径方向と４５°の角度をなす方向に延長し、かつ、対向する溝部の延長方向が互いに直交する複数の溝部１１ａ，１１ｂが形成されたモータ側プレート１１Ａとホイール側プレート１１Ｃと、上記溝部１１ａ，１１ｂ間にスライド可能に挟持された小球１１ｍと、上記プレート１１Ａ，１１Ｃ間に配置され、上記小球１１ｍを上記径方向と直交する方向に案内するガイド孔１１ｓを有する中間プレート１１Ｂとを備えたフレキシブルカップリング１０により連結するようにしたので、簡単な構成でモータ３の駆動トルクをホイール２に伝達させることができる。また、本発明のフレキシブルカップリング１０は部品数が少なく、組立が容易であるので、インホイールモータ３の組み付け作業の効率を高めることができ、生産性を向上させることができる。

なお、上記実施の形態１では、ホイール側プレート１１Ｃをホイール２に直接連結したが、上記ホイール側プレート１１Ｃをホイール２とその回転軸において連結されるハブ部４に連結しても同様の効果を得ることができる。
また、上記例では、プレート１１Ａ〜１１Ｃの径方向に移動する小球１１ｍを８個用いた場合について説明したが、これに限るものではなく、２個または３個、あるいは、５個以上であってもよい。このとき、上記小球１１ｍを案内するガイド孔１１ｓ、及び、溝部１１ａ，１１ｂは、各プレート１１Ａ〜１１Ｃの周上に等間隔に配置することが好ましい。
また、上記例では、プレート１１Ａ〜１１Ｃとして中空円盤状のプレートを用いたが、上記ガイド孔１１ｓ、溝部１１ａ，１１ｂを円周上に配置でき、かつ、中心に制動装置８等を配置するための空間が設けられたプレートであれば、必ずしも、円盤状でなくてもよい。

実施の形態２．
図３は、本実施の形態２に係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である。
また、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に結合されるナックル、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、９Ａは上記図６に示した第１の環状ダストブーツ、９Ｍは本発明による波形の断面を有する伸縮自在なダストブーツである。
また、５０はステータ３Ｓを支持する非回転側ケース３ａを上記ナックル５に対して弾性支持する、直動ガイド５１を介して互いに車輌の上下方向に作動方向が限定され、かつ、車輌の上下方向に作動するバネ５２及びダンパー５３により結合された２枚のプレート５４，５５を備えた緩衝機構、６０は複数枚の中空円盤状のプレート６１Ａ〜６１Ｃ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６２Ａ，６２Ｂを用いて連結したフレキシブルカップリングである。

上記ダストブーツ９Ｍは、図４にも示すように、上記フレキシブルカップリング６０の中空円盤状のプレート６１Ａ〜６１Ｃの周上に配置された直動ガイド６２Ａ，６２Ｂの外周側を覆う環状のブーツ９ａと、直動ガイド６２Ａ，６２Ｂの内周側を覆う環状のブーツ９ｂとを、それぞれ、モータ側プレート６１Ａとホイール側プレート６１Ｃとの間に取付けたもので、これにより、上記直動ガイド６２Ａ，６２Ｂを外部から遮断することができる。すなわち、上記ダストブーツ９Ｍにより上記フレキシブルカップリング６０の直動ガイド６２Ａ，６２Ｂの内周側及び外周側にそれぞれ隔壁が形成されるので、飛び石による上記カップリング部の変形及び直動ガイド６２Ａ，６２Ｂへの塵芥の侵入等を防止することができるとともに、スライド機構である直動ガイド６２Ａ，６２Ｂのスライド部に封入されたグリースの外部への洩れ出しを防止することができる。
また、上記ダストブーツ９Ｍは、断面が波型の伸縮自在な部材であるので、上記フレキシブルカップリング６０の動きにつれて伸縮する。したがって、上記フレキシブルカップリング６０には不要な力が作用せず、上記フレキシブルカップリング６０を円滑に動作させることができる。

このように、本実施の形態２によれば、モータ３の非回転側ケース３ａを、緩衝機構５０を介してナックル５に結合し、モータ３の回転側ケース３ａとホイール２とをフレキシブルカップリング６０により結合し成るインホイールモータシステムにおいて、上記フレキシブルカップリング６０のスライド機構である直動ガイド６２Ａ，６２Ｂを、断面が波形の伸縮自在なダストブーツ９Ｍ内に収納する構成としたので、上記直動ガイド６２Ａ，６２Ｂへの石や塵芥等の侵入を防止することができるとともに、スライド部である直動ガイド６２Ａ，６２Ｂに封入されたグリースの外部への洩れ出しを防止できるので、インホイールモータシステムの信頼性を格段に向上させることができる。

なお、上記実施の形態２では、従来のフレキシブルカップリング６０のスライド機構である直動ガイド６２Ａ，６２Ｂをダストブーツ９Ｍ内に収納した場合について説明したが、本発明は、これに限るものではなく、例えば、上記実施の形態１に記載の、小球１１ｍ、溝部１１ａ，１１ｂ、及び、ガイド孔１１ｓとを備えたスライド機構のような、インホイールモータ３とホイール２またはハブ部４とを連結するフレキシブルカップリングに用いられるスライド機構を収納する場合にも適用することができる。

具体的には、図５に示すように、上記フレキシブルカップリング１０のスライド機構を構成する小球１１ｍ、溝部１１ａ，１１ｂ、及び、ガイド孔１１ｓの外周側を覆う環状のブーツ９ａと、上記小球１１ｍ、溝部１１ａ，１１ｂ、ガイド孔１１ｓの内周側を覆う環状のブーツ９ｂとを、それぞれ、モータ側プレート１１Ａとホイール側プレート１１Ｃとの間に取付けて、上記スライド機構を上記環状のブーツ９ａ，９ｂから成る断面が波形の伸縮自在なダストブーツ９Ｍ内に収納する構成とすれば、上記スライド機構内への石や塵芥等の侵入を防止できるとともに、上記スライド機構のスライド部である溝部１１ａ，１１ｂやガイド孔１１ｓに封入されたグリースの外部への洩れ出しを防止できるので、インホイールモータシステムの信頼性を格段に向上させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、インホイールモータのロータとホイールまたはハブとを、部品数が少なく組立も容易なフレキシブルカップリングを用いて連結するようにしたので、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。
また、カップリング部材のスライド機構を伸縮自在な環状のダストブーツ中に収納するようにしたので、スライド機構への塵埃や水等の浸入や、上記スライド機構のスライド部に封入されているグリースの外部への拡散を有効に防ぐことができる。

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ロータ、３Ｓステータ、
３ａ非回転側ケース、３ｂ回転側ケース、３ｊ軸受け、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、
９Ｍダストブーツ、
１０フレキシブルカップリング、１１Ａモータ側プレート、
１１Ｂ中間プレート、１１Ｃホイール側プレート、１１ａ，１１ｂ溝部、
１１ｍ小球、１１ｓガイド孔、
５０緩衝機構、５１直動ガイド、５２バネ、５３ダンパー、
５４，５５プレート。

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ステータ側が、車輌の足回り部品に対して、弾性体及び／または減衰機構を介して支持され、モータロータとホイールまたはハブとがカップリング機構により連結されているインホイールモータシステムであって、
上記カップリング機構が、
プレートの互いに対向する面側の周上に、それぞれがプレートの径方向と４５°の角度をなす方向に延長する溝部であって、かつ、対向する溝部の延長方向が互いに直交する複数の溝部がそれぞれ形成された２枚の中空円盤状プレートと、
上記溝部間にスライド可能に挟持された小球と、
上記中空円盤状プレート間に配置され、上記小球を上記プレートの径方向と直交する方向に案内するガイド孔を有する中間プレートとを備えていることを特徴とするインホイールモータシステム。
上記小球と溝部とガイド孔とを備えたスライド機構を収納する伸縮自在な環状のダストブーツを設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。