JP2004090696A - インホイールモータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】中空形状のモータを弾性体及び／または減衰機構を介して足回り部品に取付けて成るインホイールモータシステムに対し、有効な防水・防塵対策を施して、インホイールモータシステムの信頼性を向上させる。
【解決手段】モータの非回転側ケース３ａを、緩衝機構１０を介してナックル５に結合し、モータの回転側ケース３ｂとホイール２とをフレキシブルカップリング２０により結合して成るインホイールモータシステムにおいて、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３０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４０により、上記フレキシブルカップリング２０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２４，２５への塵芥の侵入等を防止するようにした。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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両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、特に、モータを弾性体及び／または減衰機構を介して足回り部品に取付けて成るインホイールモータシステムの防水・防塵機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車などのモータによって駆動される車両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。ところで、従来のインホイールモータは、例えば、特許第２６７６０２５号公報（図８）や、特表平９−５０６２３６号公報（図９（ａ））、あるいは、特開平１０−３０５７３５号公報（図９（ｂ））に開示されているように、モータ部（７０，８０，９０）が車両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（７１，８３，９３）に接続するスピンドル軸（７１Ｊ，８４）に固定され、モータロータ（７０Ｒ，８０Ｒ，９４ａ）及びホイール（７２，８１，９４）が回転可能な構造となっている。
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両においては、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。
【０００３】
一方、電気自動車などのモータによって駆動される車両においては、スペース効率や駆動力の伝達効率の高さから、モータを車輪に内蔵するインホイールモータが採用されることがある。しかしながら、従来のインホイールモータは、上記のように、モータステータ部が車両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回転可能に固定されるため、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。
【０００４】
そこで、上記のような問題を解決するため、図１０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１１を介して互いに車両の上下方向に作動方向が限定され、かつ、車両の上下方向に作動するバネ１２及びダンパー１３により結合された２枚のプレート１４，１５を備えた緩衝機構１０を介してナックル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、複数枚の中空円盤状のプレート２１〜２３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２４，２５を用いて連結したフレキシブルカップリング２０により結合する構成のインホイールモータシステムが考えられる。
上記構成のインホイールモータシステムでは、モータ３を車両の足回り部品に対してフローティングマウントして、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、不整路走行時の接地性能、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２０により、モータ軸とホイール軸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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記方法では、モータ３は構造上、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になる。このため、車両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。また、上記フレキシブルカップリング２０が円滑に動作するためには、飛び石によるカップリング部（直動ガイド２４，２５及びその周辺の中空円盤状のプレート２１〜２３）の変形や、直動ガイド２４，２５への塵芥の侵入等を防止する必要がある。
また、モータ３と足回り部品とは別々に動くことになるため、モータ軸と車軸用のベアリングを別々に設ける必要があるが、上記モータ３のように、中空モータを使用する場合には、モータ用ベアリング３ｊは大きくなり、回転時の速度が高くなる。そのため、通常の小径のベアリングのシールに使われているようなダストシールが使用できず、水溜まりを通過する場合など、モータ３内に水が浸入してモータ３を傷める危険がある。
そこで、上記のような、モータ３と足回り部品とが別々に上下振動する中空形状のモータを有するインホイールモータシステムに適用可能な防水・防塵機構の開発が望まれている。
【０００６】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、中空形状のモータを弾性体及び／または減衰機構を介して足回り部品に取付けて成るインホイールモータシステムに対して有効な防水・防塵対策を施し、上記インホイールモータシステムの信頼性を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項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非回転側ケースを、弾性体及び／または減衰機構を介してバネ下部品に弾性支持し、上記モータの回転側ケースとホイールとをフレキシブルカップリングにより結合させて、上記モータをダイナミックダンパーとして機能させた、モータと足回り部品とが別々に上下振動する構成のインホイールモータシステムにおいて、上記モータとホイールとの間に１個あるいは複数個の伸縮自在な環状のダストブーツを設けて、上記モータとホイール間に形成される空隙を外部から遮断するようしたことを特徴とするものである。これにより、上記空隙への石や塵芥等の侵入を防止できるので、インホイールモータシステムの信頼性を向上させることが可能となる。
【０００８】
請求項２に記載のインホイールモータシステムは、モータの回転側ケースの上記フレキシブルカップリングが装着されている側とは反対側の端部と、上記ホイールの上記端部に対向する端部との間に、上記環状のダストブーツを装着したものである。
また、請求項３に記載のインホイールモータシステムは、上記フレキシブルカップリングのカップリング部を外部から遮断するための環状のダストブーツを設けたものである。
【０００９】
請求項４に記載のインホイールモータシステムは、上記環状のダストブーツの軸に垂直な方向の断面形状を波形としたものである。
請求項５に記載のインホイールモータシステムは、上記環状のダストブーツのホイール側装着部の近傍に、複数の孔部を設けたものである。
【００１０】
また、請求項６に記載のインホイールモータシステムは、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非回転側ケースを、弾性体及び／または減衰機構を介してバネ下部品に弾性支持したインホイールモータシステムにおいて、上記回転側ケースと非回転側ケースとを連結するモータベアリングの外側に、モータ軸方向に摺動可能な中空円盤状の隔壁を設けて、上記モータ内への水の浸入を防止するようにしたもので、これにより、インホイールモータシステムの信頼性を向上させることが可能となる。
【００１１】
請求項７に記載のインホイールモータシステムは、モータベアリングの外側に取付けられたベアリング固定カバー内に中空部を設け、この中空部に上記中空円盤状の隔壁を収納するようにしたもので、これにより、コンパクトな構成の防水機構を実現することが可能となる。
請求項８に記載のインホイールモータシステムは、上記中空円盤状の隔壁と回転側のベアリング固定カバーとの径方向の隙間を、上記中空円盤状の隔壁と非回転側のベアリング固定カバーとの径方向の隙間よりも大きくしたもので、これにより、モータの回転側ケースの回転を滑らかにすることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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。
なお、以下の説明中、従来例と共通する部分については、同一符号を用いて説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係わ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に固定されたモータステータ（以下、ステータという）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に固定されたモータロータ（以下、ロータという）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。
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はサスペンションアーム６に連結された、車両の足回り部品であるナックル、７はショックアブソ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で、１０はモータの非回転側ケース３ａを上記サスペンションアーム６に弾性支持するための緩衝機構、２０はモータの回転側ケース３ｂとホイール２とを結合するフレキシブルカップリングである。
また、３０はモータの回転側ケース３ｂの上記フレキシブルカップリング２０が装着されている側とは反対側の端部と、上記ホイール２の上記端部に対向する端部との間に装着された第１の環状ダストブーツ、４０は上記回転側ケース３ｂの上記フレキシブルカップリング２０が装着されている側の端部と、ホイール２の上記端面に対向する端部との間に、上記フレキシブルカップリング２０を収納するように装着された第２の環状ダストブーツである。
【００１４】
図２は緩衝機構１０の一構成例を示す図である。この緩衝機構１０は、直動ガイド１１を介して互いに車両の上下方向に作動方向が限定され、かつ、車両の上下方向に作動するバネ１２及びダンパー１３により結合された２枚のプレート１４，１５を備えたもので、具体的には、サスペンションアーム６側に位置するプレート１５の４隅に、車両の上下方向に伸縮する４個のバネ１２を取付け、その内側に車両の上下方向に伸縮する２個のダンパー１３を取付けるとともに、上記プレート１４，１５を、プレートの中心に対して対称な位置に配置された４個の直動ガイド１１により結合するものである。なお、１６はバネ受け部で、１７はダンパー取付け部である。
これにより、上記インホイールモータ３を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、不整路走行時の接地性能、乗り心地性能を向上させることができる。
【００１５】
また、図３はフレキシブルカップリング２０の一構成例を示す図で、このフレキシブルカップリング２０は、複数枚の中空円盤状のプレート２１〜２３と、中央の中空円盤状のプレート２２の表裏に、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２４，２５とを備えている。詳細には、ホイール２側に位置するプレート２１のホイール２とは反対側の面に、１８０°間隔で取付けられたガイド部材２４ａ，２４ａと、中間のプレート２２の上記プレート２１側に取付けられ、上記ガイド部材２４ａ，２４ａに係合するガイドレール２４ｂ，２４ｂとから成る直動ガイド２４により中空円盤状のプレート２１，２２を結合し、上記プレート２２の裏面側で、上記ガイドレール２４ｂ，２４ｂを９０度回転させた方向に１８０°間隔で取付けられたガイドレール２５ｂ，２５ｂと、モータ３側のプレート２３の上記プレート２２側に取付けられ、上記ガイドレール２５ｂ，２５ｂに係合するガイド部材２５ａ，２５ａとから成る直動ガイド２５により中空円盤状のプレート２２，２３を結合するもので、これにより、モータ軸とホイール軸がどの方向にも偏心可能に結合されるので、回転側ケース３ｂ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。
【００１６】
上記のような、モータがダイナミックダンパー機能を有する構成のインホイールモータシステムにおいては、モータ軸は車軸と別々に径方向に揺動可能となるので、図４に示すように、モータ３とホイール２との間に空隙部Ｓを設ける必要がある。そこで、本例では、モータの回転側ケース３ｂのサスペンションアーム６側、すなわち、上記フレキシブルカップリング２０が装着されている側とは反対側の端部と、上記ホイール２の上記端部に対向する端部との間に、軸に垂直な方向の断面形状が波形である、略中空円盤形状の第１の環状ダストブーツ３０を装着して、隔壁を形成し、上記空隙部Ｓを外部から遮断するようにしている。これにより、上記空隙部Ｓへの石や塵芥等の侵入を防止することができるので、インホイールモータシステムの信頼性を向上させることができる。
また、上記第１の環状ダストブーツ３０の、軸に垂直な方向の断面形状を波形とすることにより、上記第１の環状ダストブーツ３０の径方向の剛性を下げることができるので、ホイール２内でのモータ３の動きをよりスムーズにすることができる。更に、本例では、上記第１の環状ダストブーツ３０のホイール２側の装着部近傍に、複数の穴３０ｓを設けて、万一、上記空隙部Ｓに水が浸入した場合でも、走行中の遠心力で上記水を上記穴３０ｓから外部に排出することができるようにした。
【００１７】
また、本例では、図１及び図４に示すように、フレキシブルカップリング２０の、ホイールディスク２ｂ側にある中空円盤状のプレート２１と、モータ側にある中空円盤状のプレート２３のとの間で、上記直動ガイド２４，２５よりも内周側に、軸に垂直な方向の断面形状が波形である、略中空円盤形状の第２の環状ダストブーツ４０を装着し、この第２の環状ダストブーツ４０により、上記フレキシブルカップリング２０のカップリング部（直動ガイド２４，２５及びその周辺の中空円盤状のプレート２１〜２３）を外部から遮断するようにしている。
すなわち、上記第２の環状ダストブーツ４０により上記フレキシブルカップリング２０の直動ガイド２４，２５の内周側に隔壁を形成することにより、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２４，２５への塵芥の侵入等を防止することができるので、上記フレキシブルカップリング２０を円滑に動作させることができ、インホイールモータシステムの信頼性を向上させることができる。
また、上記第２の環状ダストブーツ４０についても、軸に垂直な方向の断面形状を波形とすることにより、上記第２の環状ダストブーツ４０の径方向の剛性を下げることができるので、フレキシブルカップリング２０の動きをよりスムーズにすることができる。
【００１８】
このように、本実施の形態１によれば、モータの非回転側ケース３ａを、緩衝機構１０を介してナックル５に結合し、モータの回転側ケース３ａとホイール２とをフレキシブルカップリング２０により結合したインホイールモータシステムにおいて、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３０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Ｓを外部から遮断して、上記空隙部Ｓ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４０により上記フレキシブルカップリング２０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２４，２５への塵芥の侵入等を防止して、上記フレキシブルカップリング２０を円滑に動作させるようにしたので、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。
【００１９】
実施の形態２．
図５は、本実施の形態２に係わ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、４はハブ部、５はナックル、６はサスペンションアーム、７はサスペンション部材、８は制動装置、１０はモータの非回転側ケース３ａを上記サスペンションアーム６に弾性支持する緩衝機構、２０はモータの回転側ケース３ｂとホイール２とを結合するフレキシブルカップリング、５０は上記モータ３の軸方向の隙間を塞ぐように設けられた防水手段である。
この防水手段５０は、図６に示すように、モータの軸受け３ｊの外側に取付けられたベアリング固定カバー５１，５２の互いに対向する面に、階段状（２段）の切欠き部５１ｋ，５２ｋを設けるとともに、上記切欠き部５１ｋ，５２ｋのベアリング固定カバー５１，５２の外周側に、それぞれ蓋部材５１ｐ，５２ｐを取付けて中空部５３を形成し、この中空部５３内にモータ軸方向に摺動可能な中空円盤状の隔壁を構成する樹脂リング５４を収納することにより構成される。
【００２０】
これにより、図７（ａ）に示すように、モータ３の運転時（回転時）には、モータ３の発熱によりモータ３内部の温度が上昇するため、外気圧に対してモータ内圧が高くなり、上記樹脂リング５４はモータ軸方向外側、すなわち、上記蓋部材５１ｐ，５２ｐ側へ移動するので、車両がある程度水深のある水溜りを通過した場合でも、圧力差によりモータ３内への水の浸入を防ぐことができる。
ところで、モータ３の回転時には、上記樹脂リング５４が回転側とともに回転すると、その遠心力により樹脂リング５４が拡張し、回転側ケース３ｂのベアリング固定カバー５１に押付られるため、樹脂リング５４のモータ軸方向の動きが阻害される恐れがある。そこで、本例では、モータ３の回転時には、上記樹脂リング５４が回転側とともに回転しないように、上記樹脂リング５４を、上記樹脂リング５４と回転側のベアリング固定カバー５１との径方向の隙間を、上記樹脂リング５４と非回転側のベアリング固定カバー５２との径方向の隙間よりも大きくし、上記樹脂リング５４が軸方向にスムーズに動けるようにしている。
また、車両が水溜りで停車した場合には、図７（ｂ）に示すように、上記蓋部材５１ｐ，５２ｐの隙間から水が浸入するが、上記樹脂リング５４は、その圧力によりモータ軸方向内側に移動して上記ベアリング固定カバー５１，５２で形成されるロータ−ステータ間の隙間を塞ぐため、モータ３内への水の浸入を防ぐことができる。
【００２１】
このように本実施の形態２では、モータの軸受け３ｊの外側に取付けられたベアリング固定カバー５１，５２の互いに対向する面に、階段状の切欠き部５１ｋ，５２ｋを設けるとともに、上記切欠き部５１ｋ，５２ｋのベアリング固定カバー５１，５２の外周側に、それぞれ蓋部材５１ｐ，５２ｐを取付けて中空部５３を形成し、この中空部５３内にモータ軸方向に摺動可能な中空円盤状の隔壁を構成する樹脂リング５４を収納して防水手段５０を設け、上記モータ３の軸方向の隙間を塞ぐようにしたので、上記インホイールモータ３のように、中空形状のモータを使用する場合でも、モータ３内への水の浸入を防ぐことができ、インホイールモータシステムの信頼性を向上させることができる。
【００２２】
なお、上記実施の形態１，２では、ステータ３Ｓを支持する非回転側ケース３ａを、車両の上下方向に作動するバネ１２及びダンパー１３により結合され、直動ガイド１１により互いに車両の上下方向に作動方向が限定された２枚のプレート１４，１５を備えた緩衝機構１０を介してナックル５に対して弾性支持した構成のインホイールモータシステムに対する防水・防塵対策について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、車輪部に設けられたダイレクトドライブモータと足回り部品とが別々に上下振動する中空形状のモータを有する構成のインホイールモータシステムであれば適用可能であることはいうまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、モータの非回転側ケースを、弾性体及び／または減衰機構を介してバネ下部品に懸架し、上記モータの回転側ケースとホイールとをフレキシブルカップリングで結合した、モータがダイナミックダンパー機能を有する構成のインホイールモータシステムにおいて、上記中空形状のモータとホイール間に形成される空隙を外部から遮断する伸縮自在な環状のダストブーツを設けることにより、上記モータとホイール間に形成される空隙部を外部から遮断するようにしたので、上記空隙部への石や塵芥等の侵入を防止することができ、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。
また、モータベアリングの外側に、モータ軸方向に摺動可能な中空円盤状の隔壁を備えた防水手段を設けたので、上記のような中空形状のモータを使用する場合でも、モータ内への水の浸入を防ぐことができ、インホイールモータシステムの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係わ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。
【図２】本実施の形態１に係わる緩衝機構の一構成例を示す図である。
【図３】本実施の形態１に係わるフレキシブルカップリングの一構成例を示す図である。
【図４】環状ダストブーツの取付け状態の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係わ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。
【図６】本実施の形態２に係わる防水手段の詳細を示す図である。
【図７】本実施の形態２に係わる樹脂リングの動作を示す図である。
【図８】従来のインホイールモータの構成を示す図である。
【図９】従来のインホイールモータの構成を示す図である。
【図１０】モータがダイナミックダンパー機能を有する構成のインホイールモータシステムの構成を示す図である。
【符号の説明】
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　モータロータ、３Ｓ　モータステータ、
３ａ　非回転側ケース、３ｊ　軸受け、３ｂ　回転側ケース、４　ハブ部、
５　ナックル、６　サスペンションアーム、７　サスペンション部材、
８　制動装置、１０　緩衝機構、１１　直動ガイド、１２　バネ、
１３　ダンパー、１４　モータ取付けプレート、１５　ナックル取付けプレート、１６　バネ受け部、１７　ダンパー取付け部、
２０　フレキシブルカップリング、２１〜２３　中空円盤状のプレート、
２４，２５　直動ガイド、３０　第１の環状ダストブーツ、
３０ｓ　穴、４０　第２の環状ダストブーツ、５０　防水手段、
５１，５２　ベアリング固定カバー、５１ｋ，５２ｋ　切欠き部、
５１ｐ，５２ｐ　蓋部材、５３　中空部、５４　樹脂リング、Ｓ　空隙部。

Claims (8)

1. 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非回転側ケースを、弾性体及び／または減衰機構を介してバネ下部品に弾性支持し、上記モータの回転側ケースとホイールとをフレキシブルカップリングにより結合して成るインホイールモータシステムにおいて、上記モータとホイールとの間に１個あるいは複数個の伸縮自在な環状のダストブーツを設け、上記モータとホイール間に形成される空隙を外部から遮断するようにしたことを特徴とするインホイールモータシステム。
2. モータの回転側ケースの上記フレキシブルカップリングが装着されている側とは反対側の端部と、上記ホイールの上記端部に対向する端部との間に、上記環状のダストブーツを装着し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。
3. 上記フレキシブルカップリングのカップリング部を外部から遮断するための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または請求項２に記載のインホイールモータシステム。
4. 上記環状のダストブーツの軸に垂直な方向の断面形状を波形としたことを特徴とする請求項１〜請求項３に記載のインホイールモータシステム。
5. 上記環状のダストブーツのホイール側装着部の近傍に、複数の孔部を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４に記載のインホイールモータシステム。
6. 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非回転側ケースを、弾性体及び／または減衰機構を介してバネ下部品に弾性支持したインホイールモータシステムにおいて、上記回転側ケースと非回転側ケースとを連結するモータベアリングの外側に、モータ軸方向に摺動可能な中空円盤状の隔壁を設けたことを特徴とするインホイールモータシステム。
7. モータベアリングの外側に取付けられたベアリング固定カバー内に中空部を設け、この中空部に上記中空円盤状の隔壁を収納するようにしたことを特徴とする請求項６に記載のインホイールモータシステム。
8. 上記中空円盤状の隔壁と回転側のベアリング固定カバーとの径方向の隙間を、上記中空円盤状の隔壁と非回転側のベアリング固定カバーとの径方向の隙間よりも大きくしたことを特徴とする請求項７に記載のインホイールモータシステム。

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