JP4820189B2 - 車両用ホイール駆動装置の配置構造 - Google Patents

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Description

本発明は、車輪の車軸とインホイールモータの回転軸とを偏心させて配置する車両用ホイール駆動装置の配置構造に関するものである。
近年、車両において、動力源からホイールへの動力伝達系統を簡略化するとともに伝達効率を高めるために、ホイールにおけるリムの内側にモータを配置する技術の開発が進められている。このような車両用ホイール駆動装置(インホイールモータ)は、高負荷であるホイールを駆動するものであるから、モータの回転数をギヤ機構にて減速することで、出力トルクを高めるようにする。
従って、実用の車両用ホイール駆動装置は、車輪の車軸とモータの回転軸とを一致させるものとは限らなかった。
このような車両用ホイール駆動装置の配置構造として、車輪の車軸とモータの回転軸とを偏心させて配置するものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2004−90822公報(第11頁、図2)
特許文献1の技術を説明する。
図6は従来の基本構成を説明する図であり、車両用ホイール駆動装置200は、車体側からアッパアーム201、ロアアーム202、ショックアブソーバ203を延ばし、これらのアッパアーム201、ロアアーム202、ショックアブソーバ203で車軸支持部材204を支持し、車軸支持部材204の支持側(ハウジング側)にモータ205を取付け、このモータ205の回転軸を車軸支持部材204の軸側に接続し、この軸側にホイール206及びタイヤ207から構成する車輪208を取付けたものであり、モータ205を車輪208の後方に配置したものである。図中、209は車軸を示す。
しかし、車軸209とモータ205の回転軸を偏心させた車両用ホイール駆動装置200では、モータ205の配置位置によって車輪208の重心位置が変化し、路面の凸凹を走破したときの路面入力若しくはモータからの駆動力などで発生する車輪208ばね下の前後振動の大きさが変化する。従って、車軸209とモータ205の回転軸を偏心させる場合には、モータ205をホイール206の最適な位置に配置することが望まれる。
また、車両用ホイール駆動装置200では、車輪208のインホイールモータ化によるばね下荷重増加により、路面の凸凹を走破したときの路面入力若しくはモータ205からの駆動力などで発生する車輪208ばね下の前後振動が増加する傾向にある。従って、車輪208ばね下の前後振動の効果的な抑制方法を考える必要があった。
すなわち、モータをホイールの最適な位置に配置することができるとともに、車輪ばね下の前後振動を効果的に低減することができる車両用ホイール駆動装置の配置構造が望まれる。
本発明は、モータの配置位置によって車輪の重心位置が変化し、路面の凸凹を走破したときの路面入力若しくはモータからの駆動力などで発生する車輪ばね下の前後振動の大きさが変化する点を配慮し、モータをホイールの最適な位置に配置した車両用ホイール駆動装置の配置構造を提供するとともに、インホイールモータ化によるばね下荷重が増加する点を考慮し、車輪ばね下の前後振動を効果的に低減することができる車両用ホイール駆動装置の配置構造を提供することを課題とする。
請求項1に係る発明は、車輪と、この車輪を回転可能に支持するためにサスペンションを介して車体に連結した車輪支持部材と、この車輪支持部材に連結することで車輪支持部材の車輪側を回転駆動するモータと、を備えた車両用ホイール駆動装置において、モータの重心を車輪の中心より上方に配置するとともに、車輪支持部材を支持するためにサスペンションを構成する複数の支持ジョイントを配置し、これらの支持ジョイントの内の少なくとも一つを車輪の中心より上方に配置してモータのモータハウジングに連結し、モータハウジングの車幅方向内側にダンパユニットの下端を取付けたことを特徴とする。
請求項2に係る発明は、モータハウジングへ取付けた前記ダンパユニットの下端の取付位置が、車軸の近傍であることを特徴とする。
請求項3に係る発明は、車輪の中心より上方に配置した支持ジョイントを、モータハウジングにブラケットを介して若しくは直接的に取付けたことを特徴とする。
請求項4に係る発明は、支持ジョイントが、車体前後方向に傾けて配置したアームの一端、あるいは車体前後変位に対して車輪を保持するように構成されたアーム若しくはサスペンション構成部材の一端としたことを特徴とする。
請求項5に係る発明は、複数の支持ジョイントの内の少なくとも一つを、車輪の中心より下方に配置し、支持ジョイントを、車体前後方向に傾けて配置したアームの一端、あるいは車体前後変位に対して車輪を保持するように構成されたアーム若しくはサスペンション構成部材の一端としたことを特徴とする。
請求項1に係る発明では、モータの重心を車輪の中心より上方に配置したので、路面の凸凹を走破したときの路面入力若しくはモータからの駆動力などで発生する車輪ばね下の前後振動を低減することができる。また、車輪支持部材を支持するためにサスペンションを構成する複数の支持ジョイントを配置し、これらの支持ジョイントの内の少なくとも一つを車輪の中心より上方に配置してモータのモータハウジングに連結し、モータハウジングの車幅方向内側にダンパユニットの下端を取付けたので、さらなる車輪ばね下の前後振動を効果的に低減することができる。この結果、乗り心地の向上や操縦安定性の向上を図ることができるという利点がある。
請求項2に係る発明では、モータハウジングへ取付けた前記ダンパユニットの下端の取付位置が、車軸の近傍である。
請求項3に係る発明では、車輪の中心より上方に配置した支持ジョイントを、モータハウジングにブラケットを介して若しくは直接的に取付けたので、支持ジョイントの取付の汎用性を向上することができるという利点がある。
請求項4に係る発明では、支持ジョイントを、車体前後方向に傾けて配置したアームの一端、あるいは車体前後変位に対して車輪を保持するように構成されたアーム若しくはサスペンション構成部材の一端としたので、車輪ばね下の前後振動を効果的に低減することができ、乗り心地の向上や操縦安定性の向上を図ることができるという利点がある。
請求項5に係る発明では、複数の支持ジョイントの内の少なくとも一つを、車輪の中心より下方に配置し、支持ジョイントを、車体前後方向に傾けて配置したアームの一端、あるいは車体前後変位に対して車輪を保持するように構成されたアーム若しくはサスペンション構成部材の一端としたので、車輪の中心より上方に配置した支持ジョイントとの相乗効果を期待することができる。この結果、さらなる車輪ばね下の前後振動の低減を望むことができるという利点がある。
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図1は本発明に係る車両用ホイール駆動装置の配置構造を採用した車両の側面図であり、図中、10は車両、11は車体、14はボンネット、15はルーフ、16はフロントピラー、17はフロントウインドウ、18はドア、19はフロントフェンダ、21はドアミラー、22はフロントバンパ、23はリヤバンパ、24はテールゲート、25は車室、26は前輪、27は車輪としての後輪、31はサスペンションである。
車両10は、水素などの燃料ガスを燃料電池(不図示)で化学反応をさせることで電気を発生させ、この電気をモータ(電動モータ)72に供給することで走行を行う燃料電池車であり、本発明に係る車両用ホイール駆動装置(インホイールモータ)70は、モータ72を車輪27の最適な位置に配置することができるとともに、車輪27ばね下の前後振動を効果的に低減することができる装置である。
図2は本発明に係る車両用ホイール駆動装置の配置構造の斜視図であり、車両用ホイール駆動装置の配置構造(支持構造)30は、車輪27と、この車輪27内に構成することで車輪27を駆動する車両用ホイール駆動装置70と、この車両用ホイール駆動装置を車体側に支持するサスペンション31と、から構成する構造である。
サスペンション31は、車輪27側の後部上方から車体11(図1参照)側に渡したアームとしてのリーディングアーム32と、車輪27側の前部下方から車体11側に渡したアームとしてのトレーリングアーム33と、車輪27側の前部上方から車体11側に渡したアームとしての前アッパロッド34と、車輪27側の前部下方から車体11側に渡したアームとしての前ロアロッド35と、車輪27側の後部下方から車体11側に渡したアームとしての後ロアロッド36と、車輪27にかかる衝撃を和らげるショックアブソーバ38と、を備える。
リーディングアーム32は、一端に車輪27側を支持する弾性変形可能な車輪側支持ジョイント41と、他端に車体11(図1参照)側に取付ける弾性変形可能な車体側支持ジョイント42と、を備える。
車輪側支持ジョイント41は、車両用ホイール駆動装置70のモータハウジング93にブラケット43を介して揺動自在(スイング自在)に結合させたものである。
トレーリングアーム33は、一端に車輪27側を支持する弾性変形可能な車輪側支持ジョイント44と、他端に車体11(図1参照)側に取付ける弾性変形可能な車体側支持ジョイント45と、を備える。
車輪側支持ジョイント44は、車両用ホイール駆動装置70の取付部46に直接的に且つ揺動自在(スイング自在)に結合させたものである。
前アッパロッド34は、一端に車輪27側を支持する弾性変形可能な車輪側支持ジョイント(不図示)と、他端に車体側に取付ける弾性変形可能な車体側支持ジョイント47と、を備え、前ロアロッド35は、一端に車輪27側を支持する弾性変形可能な車輪側支持ジョイント(不図示)と、他端に車体側に取付ける弾性変形可能な車体側支持ジョイント48と、を備え、後ロアロッド36は、一端に車輪27側を支持する弾性変形可能な車輪側支持ジョイント49aと、他端に車体側に取付ける弾性変形可能な車体側支持ジョイント49と、を備える。
ショックアブソーバ38は、車輪27に入力される衝撃を吸収するスプリング(不図示)と、車輪27の上下動を滑らかにするダンパユニット52と、を備える。
図3は本発明に係る車両用ホイール駆動装置の配置構造の断面図であり、車輪27は、車両用ホイール駆動装置側に取付けるホール53と、このホイール53に取付けるタイヤ54と、からなる。
ホイール53は、タイヤ54を取付けるリム部56と、このリム部56の中心に設けるハブ部57と、これらのリム部56及びハブ部57を連結するディスク部(連結部)58と、からなる。なお、61は車輪27を車両用ホイール駆動装置70の車輪支持部材71に取付けるボルト、62はブレーキディスクを示す。
車両用ホイール駆動装置(インホイールモータ)70は、車輪27を回転自在に支持するとともに車輪27を車体側に取付ける車輪支持部材71と、この車輪支持部材71に取付けることで車輪27を駆動するモータ72と、からなる。
車輪支持部材71は、車輪27及びモータを車体11(図1参照)側に支持する支持側部材74と、この支持側部材74にボールベアリング76・・・(・・・は複数個を示す。以下同じ)を介して回転自在に取付けることで車輪27を回転自在に支持する回転側部材75と、からなる。なお、車輪支持部材71を軸受と軸の関係に例えれば、支持側部材74が軸受に相当し、回転側部材75が軸に相当する機能を有する。
支持側部材74は、車両用ホイール駆動装置70のシャーシとなる部分であるとともに、モータのハウジングの一部を兼ねた部材であり、本体部78と、この本体部78に取付けることで回転側部材75を回転自在に支持する車輪側蓋部79と、からなる。
本体部78は、回転側部材75を覆う基部81と、この基部81からモータの軸外方に延出することでモータ72の前面を覆うモータハウジングの前面としての円板部82と、この円板部82からモータの軸に沿って延出することでモータ72の外周を覆うモータハウジングの外周面としての円筒部83と、からなる。
回転側部材75は、モータ72の回転軸としてのピニオン103に噛合わせることでモータ72から駆動力を受けるリングギヤ85と、このリングギヤ85を支持側部材74に回転自在に支持する円板86と、この円板86とリングギヤ85とを一体的に取付けることで支持側部材74から突出させる円筒ハブ87と、からなる。なお、円筒ハブ87は車輪27を取付ける部材である。
モータ72は、ステータ91と、このステータ91にベアリング94・・・,95・・・を介して回転自在に取付けたロータ92と、これらのステータ91及びロータ92を一体的に収納するモータハウジング93と、からなる。
ステータ91は、複数の鉄板を積層したステータコア96と、このステータコア96に巻いたコイル97・・・と、これらのステータコア96及びコイル97・・・をモータハウジング93側に支持するステータリング98と、からなる。
ロータ92は、駒形状の部材であり、ロータ本体101と、このロータ本体101の外周に取付けた複数の磁極に着磁したリング状のマグネット102と、ロータ本体101の中心から一体的に突出させたピニオン103と、モータハウジング93側にベアリング94・・・を介して回転自在に取付けるロータ側ブッシュ104と、このロータ側ブッシュ104をロータ本体101に取付けるナット105と、からなる。
モータハウジング93は、先に説明した車軸支持部材71の支持側部材74側に一体的に形成した円板部(モータハウジングの前面)82と、同様に形成した円筒部(モータハウジングの外周面)83と、ステータ91及びロータ92の後面を覆うハウジング本体111と、このハウジング本体111のセンタ開口112部分を覆うとともにロータ92を回転自在に支持するセンタプレート113と、ロータ92のロータ側ブッシュ104を回転自在に支持するハウジング側ブッシュ114と、からなる。なお115は、ロータ92の磁極位置検出及び回転検出をするレゾルバ(検出センサ)である。
図4は本発明に係る車両用ホイール駆動装置の配置構造の側面図であり、車両用ホイール駆動装置の配置構造30は、車輪(後輪)27と、この車輪27を回転可能に支持するためにサスペンション31を介して車体に連結した車輪支持部材71と、この車輪支持部材71に連結することで車輪支持部材71の車輪27側を回転駆動するモータ72と、を備えた車両用ホイール駆動装置において、モータ72の重心を車輪27の中心Cより上方に配置するとともに、車輪支持部材71を支持するためにサスペンション31を構成する複数の支持ジョイント41,42,44,45,47,48,49,49aを配置し、これらの支持ジョイント41,42,44,45,47,48,49,49aの内の少なくとも一つを車輪27の中心(車軸)Cより上方に配置し、車輪27の中心Cより上方に配置したアーム(リーディングアーム)32の一端をモータ72のモータハウジング93に連結したものと言える。
例えば、モータをホイールの最適な位置に配置することができれば、路面の凸凹を走破したときの路面入力若しくはモータからの駆動力などで発生する車輪ばね下の前後振動を低減することができるので好ましいことであり、モータをホイールの最適な位置に配置することで、車輪ばね下の前後振動を効果的に低減することができれば、乗り心地の向上や操縦安定性の向上を図る上で好ましいことである。
すなわち、モータ72の重心を車輪27の中心Cより上方に配置することで、路面の凸凹を走破したときの路面入力若しくはモータ72からの駆動力などで発生する車輪ばね下の前後振動を低減することができる。
また、車輪支持部材71を支持するためにサスペンション31を構成する複数の支持ジョイント41,42,44,45,47,48,49,49aを配置し、これらの支持ジョイント41,42,44,45,47,48,49,49aの内の少なくとも一つを車輪27の中心Cより上方に配置し、車輪27の中心Cより上方に配置したアーム(リーディングアーム)32の一端をモータ72のモータハウジング93に連結することで、さらなる車輪ばね下の前後振動を効果的に低減することができる。この結果、乗り心地の向上や操縦安定性の向上を図ることができる。
言い換えれば、車両用ホイール駆動装置の配置構造30は、モータ72を車軸方向から見たときに、モータ72のステータ91(図3参照)を、半分を超える部分を車輪27の中心Cよりも上方に位置させたものであるとも言える。
モータ72のステータ91(図3参照)を、半分を超える部分を車輪27の中心Cよりも上方に位置させることで、車輪ばね下の前後振動を効果的に低減することができる。
また、車両用ホイール駆動装置の配置構造30は、車輪27の中心Cより上方に配置した支持ジョイント41(アーム32の一端)を、図3に示すモータ72の回転軸(ピニオン)103の上方に若しくは近傍に位置させたものとも言える。
車輪27の中心Cより上方に配置した支持ジョイント41を、モータ72の回転軸(ピニオン)103の上方に若しくは近傍に位置させることで、モータ72の重心の近くを支持することができ、さらに、車輪ばね下の前後振動を効果的に低減することができる。
車両用ホイール駆動装置の配置構造30は、車輪27の中心より上方に配置した支持ジョイント41(アーム32の一端)を、モータハウジング93にブラケット43を介して取付けたものと言える。
車輪27の中心より上方に配置した支持ジョイント41を、モータハウジング93にブラケット43を介して取付けることで、アームの取付の汎用性を向上することができる。
車両用ホイール駆動装置の配置構造30は、支持ジョイント41,44が、車体前後方向に傾けて配置したアーム32,33の一端、あるいは車体前後変位に対して車輪27を保持するように構成されたアーム32,33若しくはサスペンション31構成部材の一端としたものとも言える。
支持ジョイント41,44が、車体前後方向に傾けて配置したアーム32,33の一端、あるいは車体前後変位に対して車輪27を保持するように構成されたアーム32,33若しくはサスペンション31構成部材の一端としたものとすることで、車輪ばね下の前後振動を効果的に低減することができ、乗り心地の向上や操縦安定性の向上を図ることができる。
車両用ホイール駆動装置の配置構造30は、複数の支持ジョイント41,42,44,45,47,48,49,49aの内の少なくとも一つを、車輪27の中心より下方に配置し、支持ジョイント44を、車体前後方向に傾けて配置したアーム33の一端、あるいは車体前後変位に対して車輪27を保持するように構成されたアーム33若しくはサスペンション31構成部材の一端としたものとも言えるとする。
複数の支持ジョイント41,42,44,45,47,48,49,49aの内の少なくとも一つを、車輪27の中心より下方に配置し、支持ジョイント44を、車体前後方向に傾けて配置したアーム(トレーリングアーム)33の一端、あるいは車体前後変位に対して車輪27を保持するように構成されたアーム33若しくはサスペンション31構成部材の一端とすることで、車輪27の中心より上方に配置したアーム(リーディングアーム)32との相乗効果を期待することができる。この結果、さらなる車輪ばね下の前後振動の低減を望むことができる。
図5(a)〜(d)は本発明に係る車両用ホイール駆動装置の配置構造の比較検討図であり、(a),(b)は比較例の車両用ホイール駆動装置の支持構造130を示し、(c),(d)は実施例の車両用ホイール駆動装置の支持構造30を示す。
(a)において、車両用ホイール駆動装置の支持構造130は、車両用ホイール駆動装置(インホイールモータ)170のモータ172の重心を車輪127の中心より下方に配置し、車輪127側の後部上方から車体(不図示)側にリーディングアーム132を渡し、車輪127側の前部下方から車体側にトレーリングアーム133渡したものである。
(b)に示すように、リーディングアーム132は、車輪側及び車体側の両端に弾性変形可能な支持ジョイント(不図示)を介して接続したものであり、弾性成分132aとダンパ成分132bを備える。また、トレーリングアーム133は、車輪側及び車体側の両端に弾性変形可能な支持ジョイント(不図示)を介して接続したものであり、弾性成分133aとダンパ成分133bを備える。M2はモータ172の重量を示す。
(a)において、車輪127が路面R2の突起P2を乗り越えるときに、車輪127にEの反力が作用したとすれば、反力Eは水平成分E1及び垂直成分E2に分解することができる。
(b)において、主に水平成分E1がリーディングアーム132及びトレーリングアーム133に作用する。しかし、車両用ホイール駆動装置の支持構造130では、モータ172の重心を車輪127の中心より下方に配置したので、トレーリングアーム133で吸収すべき衝撃はリーディングアーム132で吸収すべき衝撃より大きい。従って、トレーリングアーム133に、例えば、衝撃吸収能力の高いブッシュ等の衝撃吸収部材が必要になる。
(c)において、車両用ホイール駆動装置の支持構造30は、車両用ホイール駆動装置(インホイールモータ)70のモータ72の重心を車輪27の中心より上方に配置し、車輪27側の後部上方から車体11(図1参照)側にリーディングアーム32を渡し、車輪27側の前部下方から車体11側にトレーリングアーム33渡したものである。
(d)に示すように、リーディングアーム32は、車輪27側及び車体11(図1参照)側の両端に弾性変形可能な支持ジョイント41,42(図2参照)を介して接続したものであり、弾性成分32aとダンパ成分32bを備える。また、トレーリングアーム33は、車輪27側及び車体11側の両端に弾性変形可能な支持ジョイント44,45(図2参照)を介して接続したものであり、弾性成分33aとダンパ成分33bを備える。M1はモータ72の重量を示す。
(c)において、車輪27が路面R1の突起P1を乗り越えるときに、車輪27にFの反力が作用したとすれば、反力Fは水平成分F1及び垂直成分F2に分解することができる。
(d)において、主に水平成分F1がリーディングアーム32及びトレーリングアーム33に作用する。車両用ホイール駆動装置の支持構造30では、モータ72の重心を車輪27の中心より上方に配置したので、トレーリングアーム33及びリーディングアーム32で吸収すべき衝撃を案分することができる。従って、支持ジョイント41〜44(図2参照)の寿命を延ばすことができる。
尚、本発明に係る車両用ホイール駆動装置は、図2に示すように、車輪27の中心より上方に配置したアーム(リーディングアーム)32の一端を、モータハウジング93にブラケット43を介して取付けたが、これに限るものではなく、モータハウジングに直接的に取付けるものであってもよい。モータハウジングに直接的に取付けることで、車両用ホイール駆動装置の軽量化を図ることができる。
本発明に係る車両用ホイール駆動装置は、図2に示すように、リーディングアーム32及びトレーリングアーム33を主要構成とするサスペンション31を示したが、これに限るものではなく、サスペンション形式は任意である。
本発明に係る車両用ホイール駆動装置の配置構造は、水素などの燃料ガスを燃料電池で化学反応をさせる燃料電池搭載車両に採用するのに好適である。
本発明に係る車両用ホイール駆動装置の配置構造を採用した車両の側面図である。 本発明に係る車両用ホイール駆動装置の配置構造の斜視図である。 本発明に係る車両用ホイール駆動装置の配置構造の断面図である。 本発明に係る車両用ホイール駆動装置の配置構造の側面図である。 本発明に係る車両用ホイール駆動装置の配置構造の比較検討図である。 従来の基本構成を説明する図である。
符号の説明
10…車両、27…車輪、30…車両用ホイール駆動装置の配置構造、31…サスペンション、32…アーム(リーディングアーム)、33…アーム(トレーリングアーム)、34…アーム(前アッパロッド)、35…アーム(前ロアロッド)、36…アーム(後ロアロッド)、41,42,44,45,47,48,49,49a…支持ジョイント、43…ブラケット、70…車両用ホイール駆動装置(インホイールモータ)、71…車輪支持部材、72…モータ、93…モータハウジング、103…回転軸(ピニオン)。

Claims (5)

  1. 車輪と、この車輪を回転可能に支持するためにサスペンションを介して車体に連結した車輪支持部材と、この車輪支持部材に連結することで車輪支持部材の前記車輪側を回転駆動するモータと、を備えた車両用ホイール駆動装置の配置構造において、
    前記モータの重心を前記車輪の中心より上方に配置するとともに、前記車輪支持部材を支持するために前記サスペンションを構成する複数の支持ジョイントを配置し、これらの支持ジョイントの内の少なくとも一つを前記車輪の中心より上方に配置して前記モータのモータハウジングに連結し、前記モータハウジングの車幅方向内側にダンパユニットの下端を取付けたことを特徴とする車両用ホイール駆動装置の配置構造。
  2. 前記モータハウジングへ取付けた前記ダンパユニットの下端の取付位置は、車軸の近傍であることを特徴とする請求項1記載の車両用ホイール駆動装置の配置構造。
  3. 前記車輪の中心より上方に配置した支持ジョイントを、前記モータハウジングにブラケットを介して若しくは直接的に取付けたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の車両用ホイール駆動装置の配置構造。
  4. 前記支持ジョイントは、車体前後方向に傾けて配置したアームの一端、あるいは車体前後変位に対して前記車輪を保持するように構成されたアーム若しくはサスペンション構成部材の一端としたことを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3記載の車両用ホイール駆動装置の配置構造。
  5. 前記複数の支持ジョイントの内の少なくとも一つを、前記前記車輪の中心より下方に配置し、前記支持ジョイントを、車体前後方向に傾けて配置したアームの一端、あるいは車体前後変位に対して前記車輪を保持するように構成されたアーム若しくはサスペンション構成部材の一端としたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の車両用ホイール駆動装置の配置構造。
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