JP7190102B2 - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホイールのリムの内周側空間にインホイールモータを備えたインホイールモータ駆動装置に関する。

従来より、車両の動力の伝達効率を高めることを狙いとして、ホイールのリムの内周側空間内に駆動用電動モータを収容したインホイールモータ駆動装置が知られている。
駆動用電動モータのうち三相誘導モータ（ＳＲモータともいう）は、ステータコイル（固定子）に三相交流電流を流すことで回転磁界を発生させる一方、電磁誘導作用によりロータ（回転子）に誘導電流を発生させる。この回転磁界と誘導電流によって電磁力が生じてロータが回転している。この三相誘導モータは、永久磁石を用いるＰＭモータに比べて、コギングトルクが発生しない点、空走時の誘導起電力が発生しない点等の優位性があるため、車両用インホイールモータに適している。

通常、インホイールモータの給電線は、車載電源から配索された車体側給電線と、インホイールモータから配索されたモータ側給電線とによって形成されている。
車両がバウンド或いはリバウンドした場合やステアリングホイールが操舵された場合、車輪が大きく上下運動或いは回転運動するため、給電線に許容値以上の引張力が作用することがあり、給電線の損傷や経年劣化が懸念される。
そこで、車両の走行状態に伴う車輪の運動に拘らず、給電線の信頼性を確保する技術が提案されている。

特許文献１のインホイールモータの配線構造は、車軸支持部に切欠き部を有するインホイールモータ支持部材と、切欠き部を通って端子から引き出された給電線と、端子から引き出された給電線をインホイールモータ支持部材に取り付けるための第１取付部と、第１取付部からの給電線の上下方向位置及び車幅方向位置を規制する給電線の位置規制部材と、位置規制部材によって位置が規制された給電線を車体に取り付けるための第２取付部とを備えている。

特開２０１４－１８９１０７号公報

特許文献１のインホイールモータの配線構造は、信頼性確保の点で十分とはいえない。
インホイールモータを支持するナックル部材は、アッパアームとロアアームとに上下方向に延びる仮想キングピン軸回りに回動可能に保持され、更に、アッパアームとロアアームは、前後方向に延びる揺動軸回りに揺動可能に支持されている。
それ故、給電線は、キングピン軸回りの回動と揺動軸回りの揺動とに連動するインホイールモータの変位に追随する必要があり、変位を許容する最低限の線長確保と耐久性とが要求される。

また、特許文献１の技術では、車両の操縦性を悪化させる虞がある。
特許文献１の技術は、前述したように、給電線が長尺化すると共に給電線の途中部をインホイールモータ支持部材と車体とに取り付けるための第１，第２取付部を夫々設けているため、バネ下重量の増加を招いている。このバネ下重量の増加は、バネ下固有振動数の低下によって車輪の路面追従性を低下させるため、結果的に、乗員による車両の操縦性を阻害することになる。
即ち、インホイールモータ駆動装置において、給電線の信頼性を確保しつつ、同時に車両の操縦性を確保することは容易ではない。

本発明の目的は、給電線の信頼性と車両の操縦性とを両立可能なインホイールモータ駆動装置等を提供することである。

請求項１のインホイールモータ駆動装置は、車輪を回転可能に支持するナックル部材と、このナックル部材を上下方向に延びるキングピン軸回りに回動可能に保持すると共に車体に対して前後方向に延びる揺動軸回りに揺動可能に支持されたサスペンションアームと、前記車輪のリムの内周側空間に設けられ且つホイールハウスの内壁部から延びた給電線を介して給電されるインホイールモータとを備えたインホイールモータ駆動装置において、前記サスペンションアームは上部支持部材と下部支持部材とで構成され、前記サスペンションアームを車体に取り付けるサブフレームを設け、前記給電線の途中部に、前後方向に延びた回動軸を有すると共に前記上部支持部材による前記揺動軸回りの揺動に起因した変位を吸収する回転接点機構を設け、前記回転接点機構は、前記上部支持部材の揺動軸と略同軸上において前記サブフレームに立設された支持部に支持され、前記給電線は、前記インホイールモータのコイルの取出部から前記回転接点機構に延びるモータ側給電線とを含み、前記モータ側給電線は、他の取付部に固定することなく前記インホイールモータと前記回転接点機構とによって支持されたことを特徴としている。

このインホイールモータ駆動装置では、前記サスペンションアームは上部支持部材と下部支持部材とで構成され、前記サスペンションアームを車体に取り付けるサブフレームを設け、前記給電線の途中部に、前後方向に延びた回動軸を有すると共に前記上部支持部材による前記揺動軸回りの揺動に起因した変位を吸収する回転接点機構を設けているため、揺動軸回りの揺動に連動するインホイールモータの変位を回転接点機構により吸収することができ、モータ変位に伴う変形を最小限に抑えると共に給電線の線長を短縮化することができる。前記回転接点機構は、前記上部支持部材の揺動軸と略同軸上において前記サブフレームに立設された支持部に支持され、前記給電線は、前記インホイールモータのコイルの取出部から前記回転接点機構に延びるモータ側給電線とを含み、前記モータ側給電線は、他の取付部に固定することなく前記インホイールモータと前記回転接点機構とによって支持されているため、バネ下重量の増加を招くことなく、操縦性を確保することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記回転接点機構の回動軸が、前記サスペンションアームの揺動軸と略同軸上に配置されたことを特徴としている。
この構成によれば、回転接点機構の設置スペースを容易に確保することができる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記回転接点機構の回動軸が、前記上部支持部材の揺動軸と略同軸上に配置されたことを特徴としている。
この構成によれば、路面からの飛散物による回転接点機構の破損を防止することができる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記給電線が、前記回転接点機構から車幅方向外向き且つ下方に延びることを特徴としている。
この構成によれば、別途取付部を必要とすることなく、必要十分な給電線を確保することができる。

請求項５の発明は、請求項１～４の何れか１項の発明において、前記ナックル部材の前記インホイールモータよりも前後方向一端側領域に連結されたタイロッドを有し、前記回転接点機構が、前記インホイールモータに対して前記タイロッドと前後方向他端側領域に配置されていることを特徴としている。
この構成によれば、給電線とタイロッドとの干渉を回避することができる。

本発明のインホイールモータ駆動装置によれば、給電線の信頼性と車両の操縦性とを両立することができる。

実施例１に係る車両の右側前輪付近の縦断面図である。 右側前輪を左前方から視た斜視図である。 右側前輪を左後方から視た斜視図である。 右側前輪の左側面図である。 右側前輪の縦断面図である。 ロータリコネクタの説明図である。 転舵に伴う給電線の変位軌跡の説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

以下、本発明の実施例１について図１～図７に基づいて説明する。
本実施例の車両は、インホイールモータ駆動装置Ｄが搭載されたハイブリッド自動車である。この車両は、車体前部に内燃機関であるエンジン（図示略）が搭載され、主駆動輪である左右１対の後輪（図示略）を駆動するＦＲ（Front engine Rear drive）車である。
また、主駆動輪の後輪は、エンジンの代わりに主駆動モータ（図示略）によっても駆動され、副駆動輪である左右１対の前輪１は、副駆動モータであるインホイールモータ（以下、ＩＷＭという）２０によって所定の運転領域にのみ駆動されている。
エンジンと主駆動モータは、クラッチ（図示略）を介して締結解除可能に接続されている。

まず、前輪１付近の車体構造について説明する。
尚、この前部車体構造は左右対称であるため、右側前輪１について主に説明する。
また、図において、矢印Ｆ方向を前方向とし、矢印Ｌ方向を左方向とし、矢印Ｕ方向を上方向とする。
図１に示すように、この車両の前部車体構造は、前後に延びる閉断面状のフロントサイドフレーム２と、このフロントサイドフレーム２よりも右側且つ上側に配設された閉断面状のホイールエプロンレインフォースメント（以下、エプロンレインと略す）３と、フロントサイドフレーム２とエプロンレイン３を連結するパネル状のホイールエプロン４と、インホイールモータ駆動装置Ｄ等を主な構成要素として備えている。
ホイールエプロン４には、フロントサスペンション装置を支持する支持部４ａと、車幅方向内方に部分椀状に膨出したホイールハウス４ｂとが形成されている。

次に、前輪１及びこの前輪１を支持するフロントサスペンション装置について説明する。
フロントサスペンション装置は、ホイールハウス４ｂの右側に収容されている。
図１～図３に示すように、本実施例のフロントサスペンション装置は、ダブルウィッシュボーン型であって、アッパアーム５と、このアッパアーム５の下方に配置されたロアアーム６と、アッパアーム５とロアアーム６とに回転自在に支持されたナックル部材７と、上下方向に延びる緩衝装置８等を備えている。

アッパアーム５は、平面視にて略Ｖ字状に形成されると共にサブフレーム９に立設された支持部９ａに弾性体を介して枢支され、前後に延びる揺動軸回りに上下揺動可能に取り付けられている。ロアアーム６は、平面視にて略Ｖ字状に形成されると共にサブフレーム９の右端部に弾性体を介して枢支され、前後に延びる揺動軸回りに上下揺動可能に取り付けられている。ナックル部材７は、左側に開口された略椀状に形成され、その上端部及び下端部がアッパアーム５とロアアーム６の右側頂部に夫々枢支されている。
緩衝装置８は、ダンパ及び圧縮コイルスプリングを備え、それらの上端部が支持部４ａに固定され、ダンパの下端部がロアアーム６に回転自在に取り付けられている。

フロントサスペンション装置は、左右に延びるステアリングギアユニット（図示略）、及びこのステアリングギアユニットから車幅方向外側に延びてナックル部材７の前側部分に回動自在な連結部を介して取り付けられたタイロッド１０を有している。
ステアリングギアユニットに連動連結されたステアリングホイール（図示略）の操作によってタイロッド１０が左右に移動し、ナックル部材７が上下に延びる仮想キングピン軸Ｋ回りに回動する。これにより、前輪１が転舵される。

図４，図５に示すように、前輪１は、タイヤ１１と、このタイヤ１１が装着される筒状のリム１２と、このリム１２の車幅方向外側に配置され且つ略円盤状のホイールディスク１３と、このホイールディスク１３の中央部分に複数の締結部材を介して固定される円盤状のハブ１４等を備えている。これらリム１２、ホイールディスク１３、ハブ１４等によって前輪１のホイールが構成されている。

図４に示すように、ハブ１４の右側（車幅方向外側）には、中空円盤状のブレーキディスク１５が固定されている。
ブレーキキャリパ１６は、ＩＷＭ２０の後方に配設されている。
このブレーキキャリパ１６は、ナックル部材７の後側部分に固定され、ブレーキディスク１５の後側部分を制動可能に構成されている。尚、１７は、ブレーキディスク１５の左側に設けられた遮熱用保護カバーである。
以上により、リム１２の径方向内側空間には、ＩＷＭ２０、ブレーキディスク１５、ブレーキキャリパ１６等が収容されている。

次に、インホイールモータ駆動装置Ｄについて説明する。
図４，図５に示すように、インホイールモータ駆動装置Ｄは、各前輪１に設けられたＩＷＭ２０と、各ＩＷＭ２０に設けられた冷却機構としてのヒートパイプ３０等を備えている。このＩＷＭ２０は、リム１２の径方向内側空間において、ナックル部材７に右側部分が部分的に囲繞された状態でナックル部材７に支持されている。

図５に示すように、ＩＷＭ２０は、右側端部が有底とされた略筒状のアウタケース２１と、このアウタケース２１の左側端部を閉塞するリッド２２と、固定子であるステータ２３と、前輪１を回転駆動する回転子としてのロータ２４等を主な構成要素としている。
ＩＷＭ２０は、ステータ２３の径方向内側空間に設けられたロータ２４が回転するインナロータタイプの誘導電動機である。

アウタケース２１の外周壁の径方向内側には、ロータ２４の周囲を取り囲むようにステータ２３が外周壁と一体的に形成されている。ステータ２３は、外周壁の内周に分布巻により取り付けられたＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルからなるステータコイルを有している。これら各相のコイルの取出部は、アウタケース２１の周壁部に形成されている。
ロータ２４は、ロータシャフトと、このロータシャフトの周囲に分布巻により取り付けられたロータコイルを有している。これらロータコイルとステータコイルには、電気絶縁性被覆（例えば、エナメル被覆）が施され、ステータコイルが生成する回転磁界により誘導電流が発生するように対向配置されている。
このＩＷＭ２０には、電気絶縁性を有する作動液にステータコイルを全体的に浸漬するための収容室が形成されている。

次に、ヒートパイプ３０について説明する。
図４に示すように、ヒートパイプ３０は、パイプ状の上流及び下流通路３１，３２と、外部への放熱部に相当する熱交換器３３と、ステータ３３から受熱する受熱部に相当する収容室等により構成されている。このヒートパイプ３０では、ステータ２３によって加熱された作動液は蒸発潜熱を奪って気化すると共に収容室と熱交換器３３との間に圧力差が生じるため、気化した作動液は上流通路３１を流れて熱交換器３３に移動する。熱交換器３３では、気化した作動液が凝縮し、等量の凝縮潜熱を放出する。凝縮した作動液は重力により下流通路３２を流れて収容室Ｒに還流される。作動液の加熱及び冷却に応じて蒸発及び凝縮のサイクルが繰り返されている。

図４，図５に示すように、熱交換器３３は、リム１２の内側空間、具体的には、アウタケース２１の外周とリム１２の内周との間の空間に配置されている。
この熱交換器３３は、リッド２２に所定のブラケットを介して固定され、前輪１のホイール中心（ロータ２４の軸心）に対してブレーキキャリパ１６と反対側領域、具体的には、ホイール中心よりも前側且つ上側領域に配設されている。熱交換器３３の配置スペースを確保すると共に、ブレーキキャリパ１６からの受熱を回避するためである。

次に、給電系について説明する。
図１～図３に示すように、給電系は、第１，第２モータ側給電線４１，４２と、車体側給電線４３と、第２モータ側給電線４２と車体側給電線４３を接続するロータリコネクタ５０（回転接点機構）等を備え、車両内部に搭載された車載電源（図示略）からＩＷＭ２０に電力を供給可能に構成されている。
第１モータ側給電線４１は、各相のコイルの取出部に連結されたバスバー（図示略）からアウタケース２１の外周壁に沿って夫々後方に延びると共に、ＩＷＭ２０の後端部近傍位置において３本の給電線が１本に束ねられて集合電線を構成している。これにより、第１モータ側給電線４１は、前輪１のホイール中心に対して熱交換器３３と反対側領域に配設されている。

車体側給電線４３は、ホイールハウス４ｂを貫通して外部へ延設され、ロータリコネクタ５０に設けられた固定接点４４に連結されている。
第２モータ側給電線４２は、ロータリコネクタ５０に設けられた回転接点４５と第１モータ側給電線４１とを電気的に連結している。この第２モータ側給電線４２は、回転接点４５から右側且つ下方に延びた後、上側前方に向けて湾曲した略Ｕ字状に形成され、第１モータ側給電線４１の接続部に接続されている。

図２，図３に示すように、ロータリコネクタ５０は、各相の給電線４２，４３に夫々対応するように３個設けられ、各々の軸心がアッパアーム５の揺動軸と同軸上に支持部９ａに支持されている。
本実施例では、各々のロータリコネクタ５０が、ナックル部材７の前側領域に連結されたタイロッド１０とＩＷＭ２０に対して反対側領域になるようにＩＷＭ２０の後側領域に配置されている。

図６に示すように、ロータリコネクタ５０は、略円筒状のケース５１と、回転軸５２（回動軸）と、この回転軸５２をケース５１に対して回転自在に保持するベアリング５３と、複数のローラ集電子５４と、ロータリコネクタ５０を閉塞すると共に回転軸５２を固定するためのリッド５５等を備えている。
ケース５１には、軸心部分において内外を連通する通電部５１ａが形成され、通電部５１ａの一端部に固定接点４４が接続されている。

回転軸５２には、軸心部分に沿って直線上に延びる通電部５２ａが形成され、ベアリング５３によりケース５１に回転自在に支持されている。
通電部５２ａは、他端部が回転接点４５に接続され、一端部が複数のローラ集電子５４を介して通電部５１ａの一端部と電気的に接続されている。
これにより、固定接点４４と回転接点４５は、回転軸５２が回転した場合、回転するローラ集電子５４を介して電気的接続を維持することが可能である。

次に、転舵に伴う給電線の変位軌跡について説明する。
図７（ａ）に示すように、前輪１が左側に転舵されたとき、平面視にて、ＩＷＭ２０（各相のコイルの取出部）がロータリコネクタ５０から最も離隔している。
しかし、図７（ｂ）に示す中立状態のとき、第２給電線４２が車幅方向に対して略Ｕ字状に形成されているため、下端部が上昇変位されることで第２給電線４２の転舵追随性を担保している。
図７（ｃ）に示すように、前輪１が右側に転舵されたとき、平面視にて、ＩＷＭ２０がロータリコネクタ５０に最も接近している。
しかし、第１，第２給電線４１，４２がホイール中心に対してタイロッド１０と反対側に配設されているため、第１，第２給電線４１，４２とタイロッド１０の干渉を生じることなく下端部を下降変位させて第２給電線４２可動給電線５３の転舵追随性を担保している。

次に、上記インホイールモータ駆動装置Ｄの作用、効果について説明する。
このインホイールモータ駆動装置Ｄでは、給電線４１～４３の途中部に、前後に延びた回動軸を有すると共にサスペンションアーム５，６による揺動軸回りの揺動に起因した変位を吸収するロータリコネクタ５０を設けているため、揺動軸回りの揺動に連動するＩＷＭ２０の変位をロータリコネクタ５０により吸収することができ、モータ変位に伴う変形を最小限に抑えると共に給電線４１～４３の線長を短縮化することができる。

ロータリコネクタ５０の回転軸５２が、サスペンションアーム５，６の揺動軸と略同軸上に配置されたため、ロータリコネクタ５０の設置スペースを容易に確保することができる。

サスペンションアームがアッパアーム５とロアアーム６とを有し、ロータリコネクタ５０の回転軸５２が、アッパアーム５の揺動軸と略同軸上に配置されたため、路面からの飛散物によるロータリコネクタ５０の破損を防止することができる。

第２モータ側給電線４２が、ロータリコネクタ５０から車幅方向外向き且つ下方に延びているため、別途取付部を必要とすることなく、必要十分な給電線を確保することができる。

ナックル部材７のＩＷＭ２０よりも前側領域に連結されたタイロッド１０を有し、ロータリコネクタ５０が、ＩＷＭ２０に対してタイロッド１０と反対側の後側領域に配置されているため、第２モータ側給電線４２とタイロッド１０との干渉を回避することができる。

次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、ＦＲ車の前輪にＩＷＭを装着した例を説明したが、ＦＦ車の後輪にＩＷＭを装着しても良い。また、ＩＷＭとして、ＳＲモータの例を説明したが、少なくとも、三相誘導モータであれば良く、ＰＭモータを採用しても良い。

２〕前記実施例においては、ダブルウィッシュボーン型サスペンションの例を説明したが、少なくとも、上部支持部材と下部支持部材が存在すれば良く、ストラット型サスペンション等に適用しても良い。

３〕前記実施例においては、インナロータタイプのＩＷＭについて説明したが、アウタロータタイプのＩＷＭに適用しても良い。
この場合、各相のコイルの取出部を固定部であるリッドに形成する。

４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

１ 前輪
４ｂ ホイールハウス
５ アッパアーム
６ ロアアーム
７ ナックル部材
１２ リム
２０ ＩＷＭ
４１ 第１モータ側給電線
４２ 第２モータ側給電線
４３ 車体側給電線
５０ ロータリコネクタ
５２ 回転軸
Ｄ インホイールモータ駆動装置

Claims (5)

1. 車輪を回転可能に支持するナックル部材と、このナックル部材を上下方向に延びるキングピン軸回りに回動可能に保持すると共に車体に対して前後方向に延びる揺動軸回りに揺動可能に支持されたサスペンションアームと、前記車輪のリムの内周側空間に設けられ且つホイールハウスの内壁部から延びた給電線を介して給電されるインホイールモータとを備えたインホイールモータ駆動装置において、
   前記サスペンションアームは上部支持部材と下部支持部材とで構成され、
   前記サスペンションアームを車体に取り付けるサブフレームを設け、
   前記給電線の途中部に、前後方向に延びた回動軸を有すると共に前記上部支持部材による前記揺動軸回りの揺動に起因した変位を吸収する回転接点機構を設け、
   前記回転接点機構は、前記上部支持部材の揺動軸と略同軸上において前記サブフレームに立設された支持部に支持され、
   前記給電線は、前記インホイールモータのコイルの取出部から前記回転接点機構に延びるモータ側給電線とを含み、
   前記モータ側給電線は、他の取付部に固定することなく前記インホイールモータと前記回転接点機構とによって支持されたことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
2. 前記回転接点機構の回動軸が、前記サスペンションアームの揺動軸と略同軸上に配置され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駆動装置。
3. 前記サスペンションアームが上部支持部材と下部支持部材とを有し、
   前記回転接点機構の回動軸が、前記上部支持部材の揺動軸と略同軸上に配置され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駆動装置。
4. 前記給電線が、前記回転接点機構から車幅方向外向き且つ下方に延びることを特徴とする請求項３に記載のインホイールモータ駆動装置。
5. 前記ナックル部材の前記インホイールモータよりも前後方向一端側領域に連結されたタイロッドを有し、
   前記回転接点機構が、前記インホイールモータに対して前記タイロッドと前後方向他端側領域に配置されていることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載のインホイールモータ駆動装置。

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