JP4604977B2 - 車両用駆動輪構造 - Google Patents

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Description

本発明は、概して、ホイールインモータ構造を採用した車両用駆動輪構造に係り、特に、コンパクトで且つ多機能な車両用駆動輪構造に関する。
従来、ホイールインモータ構造を採用した車両用駆動輪構造が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1には、各輪に2つの独立した駆動輪を並列に設置し、モータ制御によって駆動にのみならずこれら駆動輪間の回転差により操舵も実現する車両用駆動輪構造が開示されている。
特開2004−90903号公報
しかしながら、上記特許文献1記載の従来構造では、各輪にホイール、ベアリング、タイヤ等が2セットずつ必要となるため、部品点数が増加して製造コストが高くなると共に、構造が大型化するために大きなホイールハウスが必要となって車室内スペースを広くとることができなくなる。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、コンパクトで且つ多機能な車両用駆動輪構造を提供することを主たる目的とする。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、ホイールインモータ構造を採用した車両用駆動輪構造であって、車両外側端に車輪が固定される車輪取付部材と、該車輪取付部材を車輪回転軸を中心軸として回転可能に支持するナックルと、該ナックルの内部に、車輪回転軸を中心軸として独立して回転可能に収容された2つの中空状の駆動ギアと、該駆動ギアの各々の内部に1つずつ設けられ、ステータが該駆動ギアに固定され、ロータが上記車輪取付部材に固定され、独立に制御可能な2つの同軸モータと、上記2つの駆動ギア間の車輪回転軸まわりの相対回転を車輪回転軸に直交する軸まわりの回転運動又は車輪回転軸に平行な直線運動に変換する運動変換機構とを有する車両用駆動輪構造である。
この一態様において、上記2つの同軸モータが上記車輪取付部材を同方向に回転させる向きに駆動すると車輪に駆動力を発生させることができ、上記2つの同軸モータが上記車輪取付部材を逆方向に回転させようとする向きに駆動すると上記2つの駆動ギアの間に相対的な回転が生じ、上記運動変換機構がこの相対回転から車輪回転軸に直交する軸まわりの回転運動又は車輪回転軸に平行な直線運動を生み出すことができる。
また、この一態様において、上記運動変換機構が、車体によって車輪回転軸に直交する軸まわりに回転可能に支持され、上記2つの駆動ギアの双方と噛合してそれぞれと一対のかさ歯車を形成するピニオンギアを含み、このピニオンギアが、該ピニオンギアが回転したときに上記ナックルが車体に対して回転して操舵が実現されるようにサスペンションに固定されると、上記2つの駆動ギアの相対回転を利用して車輪の操舵を実現することができる。
また、この一態様において、上記運動変換機構が、車輪回転軸と平行な軸まわりに回転可能に支持され、上記2つの駆動ギアの一方と噛合する第一の操舵用ギアと、該第一の操舵用ギアと同軸まわりに回転可能に支持され、上記2つの駆動ギアの他方と噛合する第二の操舵用ギアと、外周面に軸方向スプラインが形成された第一の部分及び外周面にボールネジが形成された第二の部分を含み、車輪回転軸に平行な軸方向に直進運動可能に車体に取り付けられたシャフトとを有し、上記第一の操舵用ギアには、該シャフトの上記第一の部分の軸方向スプラインが嵌入される軸方向キー溝穴が車輪回転方向に平行に設けられ、上記第二の操舵用ギアには、上記シャフトの上記第二の部分のボールネジと螺合するボールネジナット穴が車輪回転方向に平行に設けられると、上記シャフトがタイロッドとして機能し、上記2つの駆動ギアの相対回転を利用して車輪の操舵を実現することができる。
また、この一態様において、上記車両用駆動輪構造が車輪回転制動機構を更に備え、上記運動変換機構が、車体によって車輪回転軸に直交する軸まわりに回転可能に支持され、上記2つの駆動ギアの双方と噛合してそれぞれと一対のかさ歯車を形成するピニオンギアを含み、上記車輪回転制動機構が、上記車輪取付部材に固定され、車輪回転軸を中心軸として該車輪取付部材と一緒に回転する被制動回転部材と、該被制動回転部材の一部に摺接する摩擦材と、制動時に該摩擦材を上記被制動回転部材の一部に押し付ける押圧手段とを含み、上記押圧手段が、リンク機構によって上記ピニオンギアと連結され、該ピニオンギアが回転したとき上記押圧手段が上記摩擦材を上記被制動回転部材に押し付けるように上記リンク機構が構成されると、上記2つの駆動ギアの相対回転を利用して車輪の摩擦制動を実現することができる。
この一態様によれば、2つの同軸モータを独立に制御することによって、1つの構造で車輪の駆動以外に車輪回転軸に直交する軸まわりの回転運動又は車輪回転軸に平行な直線運動を得ることができるため、この回転運動又は直線運動を操舵や摩擦制動に利用することにより、コンパクトで且つ多機能な車両用駆動輪構造を実現することができる。
また、この一態様によれば、2つの同軸モータの回転方向に加えて回転トルクの大きさを制御することによって、モータ出力を駆動成分と回転又は直線運動成分とに分配することができる。すなわち、2つの同軸モータ間のトルク差を変化させることによって逆相成分(駆動)と同相成分(回転運動又は直線運動)の割合を任意に変化させることができるため、モータ出力をロス無く使い切ることができる。これにより、要求されるモータ出力性能に対する体格や質量を低減することができる。
なお、この一態様においては、フェールセーフの一環として、万が一モータの制御が不能となり、モータが異常回転してしまった場合であっても、異常な操舵角や異常な急ブレーキが発生しないように、上記車両用駆動輪構造が、上記2つの駆動ギアの車輪回転軸まわりの相対回転を所定の角度範囲内に制限する相対回転抑制手段を更に備えることが好ましい。
本発明によれば、コンパクトで且つ多機能な車両用駆動輪構造を提供することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、ホイールインモータ構造を採用した車両用駆動輪構造の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。
また、以下に説明する実施例及び添付図面においては、説明の便宜上、車両左側の駆動輪を例に挙げて説明する。前輪であるか後輪であるかは問わない。当業者には明らかなように、以下に説明する実施例及び添付図面に示された本発明に係る構造は、ミラー反転させることによって図示しない右輪にも当然適用可能である。
まず、図1〜3を用いて、本発明の一実施例(実施例1)に係る車両用駆動輪構造について説明する。
本実施例に係る車両用駆動輪構造100は、ホイール内に配置された2つのモータを独立して制御することによって、駆動及び操舵を1つのホイールインモータ構造によって実現可能にすると共に、車両走行状態に応じてモータ出力の駆動成分及び操舵成分の割合を任意に変化させることができるようにしたものである。
図1は本実施例に係る車両用駆動輪構造100を車両後部から見た概略背面図であり、図2は車両用駆動輪構造100のA−A断面(図1)を示す概略横断面図である。
車両用駆動輪構造100は、車両左右方向に略平行な車輪回転軸Xを中心軸として回転可能に設置された車輪取付部材101を有する。車輪取付部材101の車両外側端には、図示しない車輪を取り付けるためのハブ101aが形成される。
車両用駆動輪構造100は、更に、車輪取付部材101を例えばボールベアリングなどを介して車輪回転軸Xまわりに回転可能に支持すると共に、転舵時に転舵軸Zまわりに図示しない車輪と一緒に回転するナックル102とを有する。本実施例において、ナックル102は、図示するような中空構造を採る。
車両用駆動輪構造100は、更に、ナックル102内部に収容された2つの中空状の駆動ギア103及び104と、駆動ギア103及び104の各々の内部に1ずつ収容された2つの同軸モータ105及び106とを有する。
駆動ギア103及び104は、略円盤状の形状であり、中心軸が車輪回転軸Xと一致するように配置される。同軸モータ105及び106は、車輪取付部材101の周囲に嵌挿される。
同軸モータ105の外周側に位置するステータ(図示せず)は駆動ギア103に固定され、内周側に位置するロータ(図示せず)は車輪取付部材101に固定される。同様に、同軸モータ106の外周側に位置するステータ(図示せず)は駆動ギア104に固定され、内周側に位置するロータ(図示せず)は車輪取付部材101に固定される。
駆動ギア103及び104の互いに対向する面の円周縁部には図示するような角度でギア歯が形成される。
車両用駆動輪構造100は、更に、例えばボールベアリングなどを介して転舵軸Zまわりに回転可能にナックル102に取り付けられたピニオンギア107を有する。ピニオンギア107は、駆動ギア103及び104の双方のギア歯と噛合し、それぞれと一対のかさ歯車機構を形成する。
ピニオンギア107のナックル102外端は、サスペンションのアッパーアーム108に固定される。よって、ナックル102はアッパーアーム108に対して相対的には回転しない。また、ナックル102下端は、サスペンションのロワーアーム109に取り付けられる。ナックル102の下端は、ナックル102が転舵軸Zまわりにロワーアーム109に対して相対的に回転可能なように例えば図示するようなボールジョイントによって取り付けられる。
ここでは、同軸モータ105及び106を通電制御するための配線や回路の図示は省略しているが、同軸モータ105及び106はそれぞれ独立に回転方向及び回転トルクを制御可能であるものとする。
次いで、このような構成の車両用駆動輪構造100の動作について図3を用いて説明する。図3は、駆動ギア103及び104の動きに応じたピニオンギア107と車輪取付部材101の動きを概略的に示している。
図3(a)に示すように、同軸モータ105及び106を同方向に同トルクで回転させると、両モータのステータ又はロータを同じ方向に回転させようとする力が発生する。ここで、同軸モータ105及び106のステータは、ステータに固定された駆動ギア103及び104の車輪回転軸Xまわりの同方向への回転がピニオンギア107によって規制されるため、車輪回転軸Xまわりに同じ方向に回転しない。よって、車輪取付部材101に固定されたロータが車輪回転軸Xまわりに回転する。これにより、車輪取付部材101が車輪回転軸Xまわりに(すなわちYZ平面において)回転するため、図示しない車輪を駆動させることができる。
他方、図3(b)及び(c)に示すように、同軸モータ105及び106を逆方向に同トルクで回転させると、両モータのステータ又はロータを逆方向に回転させようとする力が発生する。ここで、同軸モータ105及び106のロータはいずれも車輪取付部材101に固定されているため、車輪取付部材101を逆方向に回転させようとする力が打ち消し合って車輪取付部材101を車輪回転軸Xまわりに回転させることはできず、両モータのロータは車輪回転軸Xまわりに回転しない。よって、駆動ギア103及び104に固定されたステータが車輪回転軸Xまわりに回転する。これにより、ピニオンギア107が転舵軸Zまわりに回転するため、ナックル102がサスペンションに対して相対的に転舵軸Zまわりに(すなわちXY平面において)回転させ、車輪を転舵することができる。
以上、同軸モータ105及び106の発生させるトルクの大きさが等しいものとしてモータ回転方向の違いによる作用の違いを説明した。すなわち、同軸モータ105及び106の発生させるトルクの大きさが等しい場合、駆動ギア103及び104の回転方向が車輪回転軸Xまわりについて同方向であれば車輪を転舵させずに駆動のみさせることができ(直進全力加速)、逆方向であれば車輪を駆動させずに転舵のみさせることができる(据え切り)。
車両用駆動輪構造100は、更に、同軸モータ105及び106の出力トルクの大きさに差を付けることによって、モータ出力を任意の割合で同相(駆動)成分と逆相(転舵)成分とに配分することができる。
すなわち、同軸モータ105及び106の出力トルクの大きさが異なると、駆動ギア103及び104が同じ方向に回転している場合であっても回転速度に差が生じることから、逆相成分が生じる。したがって、同軸モータ105及び106の出力トルクの大きさを制御して駆動ギア103及び104間の回転速度差を調整することによって、モータ出力のうち駆動成分の割合と転舵成分との割合を任意に変化させることができる。
このように、本実施例によれば、独立に制御可能な2つの駆動用同軸モータまわりにそれぞれ嵌挿されたギアの双方とそれぞれ一対のかさ歯車機構を形成する操舵用ピニオンギアを設け、同軸モータが互いに逆方向に回転したときにその回転が車輪回転軸Xに直交する回転運動に変換されるようにし、この回転運動を利用して操舵が可能であるようにしたことにより、簡易且つコンパクトな構造でありながらモータ制御のみで駆動及び操舵を双方とも可能とするホイールインモータ構造を実現することができる。
また、本実施例によれば、同じくモータ制御のみでモータ出力を駆動と操舵に任意の割合で配分することができるため、モータ出力をロス無く使い切ることができ、要求されるモータ出力性能に対する体格や質量を低減することができる。
次いで、図4〜7を用いて、本発明の別の一実施例(実施例2)に係る車両用駆動輪構造について説明する。
本実施例に係る車両用駆動輪構造200は、ホイール内に配置された2つのモータを独立して制御することによって、駆動及び操舵を1つのホイールインモータ構造によって実現可能にすると共に、車両走行状態に応じてモータ出力の駆動成分及び操舵成分の割合を任意に変化させることができるようにしたものである。
図4は本実施例に係る車両用駆動輪構造200を車両後部から見た概略背面図であり、図5は車両用駆動輪構造200のB−B断面(図4)を示す概略横断面図であり、図6は車両用駆動輪構造200のC−C断面(図5)を示す概略横断面図である。
車両用駆動輪構造200は、車両左右方向に略平行な車輪回転軸Xを中心軸として回転可能に設置された車輪取付部材201を有する。車輪取付部材201の車両外側端には、図示しない車輪を取り付けるためのハブ201aが形成される。
車両用駆動輪構造200は、更に、車輪取付部材201を例えばボールベアリングなどを介して車輪回転軸Xまわりに回転可能に支持すると共に、転舵時に転舵軸Zまわりに図示しない車輪と一緒に回転するナックル202とを有する。本実施例において、ナックル202は、図示するような中空構造を採る。
車両用駆動輪構造200は、更に、ナックル202内部に収容された2つの中空状の駆動ギア203及び204と、駆動ギア203及び204の各々の内部に1ずつ収容された2つの同軸モータ205及び206とを有する。
駆動ギア203及び204は、略円盤状の形状であり、中心軸が車輪回転軸Xと一致するように配置される。同軸モータ205及び206は、車輪取付部材201の周囲に嵌挿される。
同軸モータ205の外周側に位置するステータ(図示せず)は駆動ギア203に固定され、内周側に位置するロータ(図示せず)は車輪取付部材201に固定される。同様に、同軸モータ206の外周側に位置するステータ(図示せず)は駆動ギア204に固定され、内周側に位置するロータ(図示せず)は車輪取付部材201に固定される。
駆動ギア203及び204の車輪回転軸Xに平行な外周面には半径方向に凸なギア歯が形成される。
ナックル202の車両上下方向上端は、ナックル202が転舵軸Zまわりにアッパーアーム207に対して相対的に回転可能なように例えば図示するようなボールジョイントによって取り付けられる。また、ナックル202の下端は、サスペンションのロワーアーム109に取り付けられる。ナックル102の車両上下方向下端は、ナックル202が転舵軸Zまわりにロワーアーム208に対して相対的に回転可能なように例えば図示するようなボールジョイントによって取り付けられる。
車両用駆動輪構造200は、更に、車輪回転軸Xと平行な共通の軸まわりに回転可能にナックル202内の車両前方側に支持された2つの従動ギア209及び210を有する。
従動ギア209の外周面には、半径方向に凸なギア歯が形成され、駆動ギア203と噛合している。従動ギア209の中心孔内表面には、軸方向にスプライン溝が刻まれている。
従動ギア210の外周面には、半径方向に凸なギアが形成され、駆動ギア204と噛合している。従動ギア210の中心孔内表面には、ボールネジ溝が形成されている。
車両用駆動輪構造200は、更に、剛体から成るタイロッドシャフト211を有する。本実施例において、タイロッドシャフト211の先端部分212には、従動ギア209の内周面に形成されたスプライン溝に適合した凸状のスプラインが形成される。また、タイロッドシャフト211の中央部分213には、従動ギア210の内周面に形成されたボールネジ溝に適合したボールネジが形成される。
タイロッドシャフト211は、ナックル202に形成された穴を通じて、先端部分212のスプラインが従動ギア209内周面のスプライン溝と嵌合し、中央部分213のボールネジが従動ギア210内周面のボールネジ溝と螺合するように、従動ギア209及び210の軸穴に嵌入される。
すなわち、従動ギア209及び210は、このようなスプライン係合とボールネジ係合の組み合わせにより、車輪回転軸Xに平行な軸まわりで逆方向への回転はタイロッドシャフト211が車輪回転軸Xに平行に直線運動することによって許容されるが、同じ方向には回転できない。
タイロッドシャフト211の車両内側端はタイロッドアーム214に連結され、タイロッドアーム214の車両内側端は車体に連結される。タイロッドシャフト211及びタイロッドアーム214は、タイロッドシャフト211の車両左右方向の直線運動を許容するリンク機構が形成されるようにそれぞれ連結される。
なお、ここでは、同軸モータ205及び206を通電制御するための配線や回路の図示は省略しているが、同軸モータ205及び206はそれぞれ独立に回転方向及び回転トルクを制御可能であるものとする。
次いで、このような構成の車両用駆動輪構造200の動作について図7を用いて説明する。図7は、駆動ギア203及び204の動きに応じたタイロッドシャフト211と車輪取付部材201の動きを概略的に示している。
図7(a)に示すように、同軸モータ205及び206を同方向に同トルクで回転させると、両モータのステータ又はロータを同じ方向に回転させようとする力が発生する。ここで、同軸モータ205及び206のステータは、ステータに固定された駆動ギア203及び204の車輪回転軸Xまわりの同方向への回転が、駆動ギア203及び204とそれぞれ噛合した従動ギア209及び210の車輪回転軸Xまわりの同方向への回転がタイロッドシャフト211によって規制されるため、車輪回転軸Xまわりに同じ方向に回転しない。よって、車輪取付部材201に固定されたロータが車輪回転軸Xまわりに回転する。これにより、車輪取付部材201が車輪回転軸Xまわりに(すなわちYZ平面において)回転するため、図示しない車輪を駆動させることができる。
他方、図7(b)及び(c)に示すように、同軸モータ205及び206を逆方向に同トルクで回転させると、両モータのステータ又はロータを逆方向に回転させようとする力が発生する。ここで、同軸モータ205及び206のロータはいずれも車輪取付部材201に固定されているため、車輪取付部材201を逆方向に回転させようとする力が打ち消し合って車輪取付部材201を車輪回転軸Xまわりに回転させることはできず、両モータのロータは車輪回転軸Xまわりに回転しない。よって、駆動ギア203及び204に固定されたステータが車輪回転軸Xまわりに回転する。これにより、従動ギア209及び210がタイロッドシャフト211軸まわりに逆方向に回転し、ボールネジの作用によりタイロッドシャフト211は車両内側方向又は車両外側方向へ車両左右方向に略平行に直線運動するため、ナックル202を車体に対して相対的に転舵軸Zまわりに(すなわちXY平面において)回転させ、車輪を転舵することができる。
以上、同軸モータ205及び206の発生させるトルクの大きさが等しいものとしてモータ回転方向の違いによる作用の違いを説明した。すなわち、同軸モータ205及び206の発生させるトルクの大きさが等しい場合、駆動ギア203及び204の回転方向が車輪回転軸Xまわりについて同方向であれば車輪を転舵させずに駆動のみさせることができ(直進全力加速)、逆方向であれば車輪を駆動させずに転舵のみさせることができる(据え切り)。
車両用駆動輪構造200は、更に、同軸モータ205及び206の出力トルクの大きさに差を付けることによって、モータ出力を任意の割合で同相(駆動)成分と逆相(転舵)成分とに配分することができる。
すなわち、同軸モータ205及び206の出力トルクの大きさが異なると、駆動ギア203及び204が同じ方向に回転している場合であっても回転速度に差が生じることから、逆相成分が生じる。したがって、同軸モータ205及び206の出力トルクの大きさを制御して駆動ギア203及び204間の回転速度差を調整することによって、モータ出力のうち駆動成分の割合と転舵成分との割合を任意に変化させることができる。
このように、本実施例によれば、独立に制御可能な2つの駆動用同軸モータまわりにそれぞれ嵌挿されたギアの双方を従動ギアと噛合させ、これら2つの従動ギアをスプライン構造とボールネジ構造とを利用して逆方向へのみ回転し、この回転が車輪回転軸Xに平行な直線運動に変換されるようにし、この直線運動を利用して操舵が可能であるようにしたことにより、簡易且つコンパクトな構造でありながらモータ制御のみで駆動及び操舵を双方とも可能とするホイールインモータ構造を実現することができる。
また、本実施例によれば、同じくモータ制御のみでモータ出力を駆動と操舵に任意の割合で配分することができるため、モータ出力をロス無く使い切ることができ、要求されるモータ出力性能に対する体格や質量を低減することができる。
次いで、図8〜10を用いて、本発明の更に別の一実施例(実施例3)に係る車両用駆動輪構造について説明する。
本実施例に係る車両用駆動輪構造300は、ホイール内に配置された2つのモータを独立して制御することによって、駆動及び摩擦制動を1つのホイールインモータ構造によって実現可能にすると共に、車両走行状態に応じてモータ出力の駆動成分及び摩擦制動成分の割合を任意に変化させることができるようにしたものである。
図8は本実施例に係る車両用駆動輪構造300を車両上部から見た概略上面図であり、図9は車両用駆動輪構造300を車両後部から見た概略背面図である。
車両用駆動輪構造300は、車両左右方向に略平行な車輪回転軸Xを中心軸として回転可能に設置された車輪取付部材301を有する。車輪取付部材301の車両外側端には、図示しない車輪を取り付けるためのハブ301aが形成される。
車両用駆動輪構造300は、更に、車輪取付部材301を例えばボールベアリングなどを介して車輪回転軸Xまわりに回転可能に支持すると共に、転舵時に転舵軸Zまわりに図示しない車輪と一緒に回転するナックル302とを有する。本実施例において、ナックル302は、図示するような中空構造を採る。
車両用駆動輪構造300は、更に、ナックル302内部に収容された2つの中空状の駆動ギア303及び304と、駆動ギア303及び304の各々の内部に1ずつ収容された2つの同軸モータ305及び306とを有する。
駆動ギア303及び304は、略円盤状の形状であり、中心軸が車輪回転軸Xと一致するように配置される。同軸モータ305及び306は、車輪取付部材301の周囲に嵌挿される。
同軸モータ305の外周側に位置するステータ(図示せず)は駆動ギア303に固定され、内周側に位置するロータ(図示せず)は車輪取付部材301に固定される。同様に、同軸モータ306の外周側に位置するステータ(図示せず)は駆動ギア304に固定され、内周側に位置するロータ(図示せず)は車輪取付部材301に固定される。
駆動ギア303及び304の互いに対向する面の円周縁部には図示するような角度でギア歯が形成される。
車両用駆動輪構造300は、更に、例えばボールベアリングなどを介して転舵軸Zまわりに回転可能にナックル302に取り付けられたピニオンギア307を有する。ピニオンギア307は、駆動ギア303及び304の双方のギア歯と噛合し、それぞれと一対のかさ歯車機構を形成する。
車両用駆動輪構造300は、更に、車輪の回転を制動するためのブレーキ機構を備える。ブレーキ機構は、車輪取付部材301のハブ301aに固定され、車輪及び車輪取付部材301と一緒に車輪回転軸Xまわりに回転する円盤状のブレーキディスク308と、キャリパー機構309とから成る。
キャリパー機構309は、一対の狭持部309a及び309bと、一対の摩擦材309cとから成る。一対の摩擦材309cは、ブレーキディスク308の一部に車両左右方向からそれぞれ摺接するように一対の狭持部309a及び309bによってそれぞれ支持される。
狭持部309bは、リンク機構310により、ピニオンギア307と連結される。リンク機構310は、車両前後方向Yに略平行で、一端がピニオンギア307に固定されたリンク310aと、車両左右方向Xに略平行で、一端が狭持部309bの車両後方側端とXY平面において回転可能に接続され、他端がリンク310aの車両後方側端とXY平面において回転可能に接続されたリンク310bとから成る。
一対の狭持部309a及び309bは、狭持部309bの車両後方端がXY平面において車両内側に引かれたときに、狭持部309bの車両前方端がXY平面においてブレーキディスク308側へ押圧され、これにより一対の狭持部309a及び309bが摩擦材309cをブレーキディスク308へ押圧するように、リンク機構として組み立てられる。
よって、本実施例において、ピニオンギア307が操舵軸Zまわりに回転すると、リンク310aがピニオンギア307と一緒に操舵軸Zまわりに回転し、リンク310bが車両内側方向へ引かれ、狭持部309bの車両後方端が車両内側に引かれ、狭持部309bの車両前方端がブレーキディスク308側へ押圧され、一対の狭持部309a及び309bが摩擦材309cをブレーキディスク308に左右から押圧するため、摩擦による制動が実現される。
なお、ここでは、同軸モータ305及び306を通電制御するための配線や回路の図示は省略しているが、同軸モータ305及び306はそれぞれ独立に回転方向及び回転トルクを制御可能であるものとする。
次いで、このような構成の車両用駆動輪構造300の動作について図10を用いて説明する。図10は、駆動ギア303及び304の動きに応じたピニオンギア307と車輪取付部材301の動きを概略的に示している。
図10(a)に示すように、同軸モータ305及び306を同方向に同トルクで回転させると、両モータのステータ又はロータを同じ方向に回転させようとする力が発生する。ここで、同軸モータ305及び306のステータは、ステータに固定された駆動ギア303及び304の車輪回転軸Xまわりの同方向への回転がピニオンギア307によって規制されるため、車輪回転軸Xまわりに同じ方向に回転しない。よって、車輪取付部材301に固定されたロータが車輪回転軸Xまわりに回転する。これにより、車輪取付部材301が車輪回転軸Xまわりに(すなわちYZ平面において)回転するため、図示しない車輪を駆動させることができる。
他方、図10(b)及び(c)に示すように、同軸モータ305及び306を逆方向に同トルクで回転させると、両モータのステータ又はロータを逆方向に回転させようとする力が発生する。ここで、同軸モータ305及び306のロータはいずれも車輪取付部材301に固定されているため、車輪取付部材301を逆方向に回転させようとする力が打ち消し合って車輪取付部材301を車輪回転軸Xまわりに回転させることはできず、両モータのロータは車輪回転軸Xまわりに回転しない。よって、駆動ギア303及び304に固定されたステータが車輪回転軸Xまわりに回転する。これにより、ピニオンギア307が転舵軸Zまわりに回転するため、リンク機構310及びキャリパー機構309により摩擦材309cが左右両側からブレーキディスク308へ押圧させ、車輪を摩擦制動することができる。
以上、同軸モータ305及び306の発生させるトルクの大きさが等しいものとしてモータ回転方向の違いによる作用の違いを説明した。すなわち、同軸モータ305及び306の発生させるトルクの大きさが等しい場合、駆動ギア303及び304の回転方向が車輪回転軸Xまわりについて同方向であれば車輪を摩擦制動させずに駆動のみさせることができ(直進全力加速)、逆方向であれば車輪を駆動させずに摩擦制動のみさせることができる(急制動)。
車両用駆動輪構造300は、更に、同軸モータ305及び306の出力トルクの大きさに差を付けることによって、モータ出力を任意の割合で同相(回生)成分と逆相(摩擦制動)成分とに配分することができる。
すなわち、同軸モータ305及び306の出力トルクの大きさが異なると、駆動ギア303及び304が同じ方向に回転している場合であっても回転速度に差が生じることから、逆相成分が生じる。したがって、同軸モータ305及び306の出力トルクの大きさを制御して駆動ギア303及び304間の回転速度差を調整することによって、モータ出力のうち回生制動成分の割合と摩擦制動成分との割合を任意に変化させることができる。換言すれば、車両用駆動輪構造300では、2つのモータを通電制御することによって、車両制動中に、回生ブレーキの割合と摩擦ブレーキの割合とを任意の比率にすることができる。例えば、できる限り回生ブレーキにより制動を行ってエネルギ回収を図り、回生ブレーキで停まりきれない部分についてのみ停車直前に摩擦制動を用いる、といった制御がモータの通電制御のみで可能となる。
このように、本実施例によれば、独立に制御可能な2つの駆動用同軸モータまわりにそれぞれ嵌挿されたギアの双方とそれぞれ一対のかさ歯車機構を形成する操舵用ピニオンギアを設け、同軸モータが互いに逆方向に回転したときにその回転が車輪回転軸Xに直交する回転運動に変換されるようにし、この回転運動を利用して摩擦制動が可能であるようにしたことにより、簡易且つコンパクトな構造でありながらモータ制御のみで駆動及び摩擦制動を双方とも可能とするホイールインモータ構造を実現することができる。
また、本実施例によれば、同じくモータ制御のみでモータ出力を駆動と摩擦制動に任意の割合で配分することができるため、モータ出力をロス無く使い切ることができ、要求されるモータ出力性能に対する体格や質量を低減することができる。
以上、本発明の実施例を3つ説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明に係る車両用駆動輪構造はこれらの実施例に開示された形状や構成に限定されるもではない。
例えば、上記実施例1において、フェールセーフの一環として、車輪取付部材101と同軸上に配置された2つの駆動ギア103及び104の相対的回転運動(すなわち逆相成分の回転)又はピニオンギア107の転舵軸Zまわりの回転を所定の角度範囲内に制限するストッパを設けて、万が一モータ103又は104の制御が不能となり、異常回転してしまった場合であっても、異常な操舵角が発生しないようにしてもよい。
前者の場合の上記ストッパのより具体的な構成例として、例えば、駆動ギア103及び104それぞれの対向する面上に他方のギアの対向面に向けて車輪回転軸Xに平行に延びる剛体突起をそれぞれ設け、駆動ギア103及び104の車輪回転軸Xまわりの相対回転が所定の角度に達すると駆動ギア103に設けられた突起と駆動ギア104に設けられた突起とが相互に係止し合って当該所定の角度を超えた駆動ギア103及び104の車輪回転軸Xまわりの相対回転が制限されるようにしてもよい。
同様に、上記実施例2において、フェールセーフの一環として、車輪取付部材201と同軸上に配置された2つの駆動ギア203及び204の相対的回転運動(すなわち逆相成分の回転)又はタイロッドシャフト211の車輪回転軸Xに平行な直線運動を所定の角度/距離範囲内に制限するストッパを設けて、万が一モータ203又は204の制御が不能となり、異常回転してしまった場合であっても、異常な操舵角が発生しないようにしてもよい。
同様に、上記実施例3において、フェールセーフの一環として、車輪取付部材301と同軸上に配置された2つの駆動ギア303及び304の相対的回転運動(すなわち逆相成分の回転)又はピニオンギア307の転舵軸Zまわりの回転を所定の角度範囲内に制限するストッパを設けて、万が一モータ303又は304の制御が不能となり、異常回転してしまった場合であっても、異常な急制動が発生しないようにしてもよい。
本発明は、ハイブリッド車や電気自動車などのモータにより車輪を駆動する方式の車両全般において駆動輪構造として利用できる。本構造は、採用する車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は問わない。
本発明の実施例1に係る車両用駆動輪構造を車両後部から見た概略背面図である。 本発明の実施例1に係る車両用駆動輪構造のA−A断面(図1)を示す概略横断面図である。 本発明の実施例1に係る車両用駆動輪構造における駆動ギアの動きに応じたピニオンギアと車輪取付部材の動きを概略的に示す図である。 本発明の実施例2に係る車両用駆動輪構造を車両後部から見た概略背面図である。 本発明の実施例2に係る車両用駆動輪構造のB−B断面(図4)を示す概略横断面図である。 本発明の実施例2に係る車両用駆動輪構造のC−C断面(図5)を示す概略横断面図である。 本発明の実施例2に係る車両用駆動輪構造における駆動ギアの動きに応じたタイロッドシャフトと車輪取付部材の動きを概略的に示す図である。 本発明の実施例3に係る車両用駆動輪構造を車両上部から見た概略上面図である。 本発明の実施例3に係る車両用駆動輪構造を車両後部から見た概略背面図である。 本発明の実施例3に係る車両用駆動輪構造における駆動ギアの動きに応じたピニオンギアと車輪取付部材の動きを概略的に示である。
符号の説明
100、200、300 車両用駆動輪構造
101、201、301 車輪取付部材
101a、201a、301a ハブ
102、202、302 ナックル
103、104、203、204、303、304 駆動ギア
105、106、205、206、305、306 モータ
107、307 ピニオンギア
209、210 従動ギア
211 タイロッドシャフト
212 先端部分
213 中央部分
214 タイロッドアーム
308 ブレーキディスク
309 キャリパー機構
309a、309b 狭持部
309c 摩擦材
310 リンク機構
310a、310b リンク
108、207 アッパーアーム
109、208 ロワーアーム

Claims (5)

  1. ホイールインモータ構造を採用した車両用駆動輪構造であって、
    車両外側端に車輪が固定される車輪取付部材と、
    前記車輪取付部材を車輪回転軸を中心軸として回転可能に支持するナックルと、
    前記ナックルの内部に、車輪回転軸を中心軸として独立して回転可能に収容された2つの中空状の駆動ギアと、
    前記駆動ギアの各々の内部に1つずつ設けられ、ステータが該駆動ギアに固定され、ロータが前記車輪取付部材に固定され、独立に制御可能な2つの同軸モータと、
    前記2つの駆動ギア間の車輪回転軸まわりの相対回転を車輪回転軸に直交する軸まわりの回転運動又は車輪回転軸に平行な直線運動に変換する運動変換機構と、を有することを特徴とする車両用駆動輪構造。
  2. 請求項1記載の車両用駆動輪構造であって、
    前記運動変換機構は、車体によって車輪回転軸に直交する軸まわりに回転可能に支持され、前記2つの駆動ギアの双方と噛合してそれぞれと一対のかさ歯車を形成するピニオンギアを含み、
    前記ピニオンギアは、該ピニオンギアが回転したときに前記ナックルが車体に対して回転して操舵が実現されるようにサスペンションに固定される、ことを特徴とする車両用駆動輪構造。
  3. 請求項1記載の車両用駆動輪構造であって、
    前記運動変換機構は、
    車輪回転軸と平行な軸まわりに回転可能に支持され、前記2つの駆動ギアの一方と噛合する第一の操舵用ギアと、
    前記第一の操舵用ギアと同軸まわりに回転可能に支持され、前記2つの駆動ギアの他方と噛合する第二の操舵用ギアと、
    外周面に軸方向スプラインが形成された第一の部分及び外周面にボールネジが形成された第二の部分を含み、車輪回転軸に平行な軸方向に直進運動可能に車体に取り付けられたシャフトとを有し、
    前記第一の操舵用ギアには、前記シャフトの前記第一の部分の軸方向スプラインが嵌入される軸方向キー溝穴が車輪回転方向に平行に設けられ、
    前記第二の操舵用ギアには、前記シャフトの前記第二の部分のボールネジと螺合するボールネジナット穴が車輪回転方向に平行に設けられる、ことを特徴とする車両用駆動輪構造。
  4. 請求項1記載の車両用駆動輪構造であって、
    車輪回転制動機構を更に備え、
    前記運動変換機構は、車体によって車輪回転軸に直交する軸まわりに回転可能に支持され、前記2つの駆動ギアの双方と噛合してそれぞれと一対のかさ歯車を形成するピニオンギアを含み、
    前記車輪回転制動機構は、
    前記車輪取付部材に固定され、車輪回転軸を中心軸として該車輪取付部材と一緒に回転する被制動回転部材と、
    前記被制動回転部材の一部に摺接する摩擦材と、
    制動時に前記摩擦材を前記被制動回転部材の一部に押し付ける押圧手段とを含み、
    前記押圧手段は、リンク機構によって前記ピニオンギアと連結され、
    前記ピニオンギアが回転したとき前記押圧手段が前記摩擦材を前記被制動回転部材に押し付けるように前記リンク機構を構成する、ことを特徴とする車両用駆動輪構造。
  5. 請求項1乃至4のいずれか一項記載の車両用駆動輪構造であって、
    前記2つの駆動ギアの車輪回転軸まわりの相対回転を所定の角度範囲内に制限する相対回転抑制手段を更に備える、ことを特徴とする車両用駆動輪構造。
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