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

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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