JP2004161189A

JP2004161189A - インホイールモータシステム

Info

Publication number: JP2004161189A
Application number: JP2002331604A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nagaya; 豪長屋
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: JP4260462B2

Abstract

【課題】組付けが容易で、かつ、モータへ伝達する振動を低減できるとともに、駆動系のイナーシャとを小さくすることのできる駆動力伝達機構を備えたインホイールモータシステムを提供する。
【解決手段】インホイールモータ３のステータ３Ｓを支持する非回転側ケース３ａを緩衝装置１０により、車両上下方向に揺動可能に結合するとともに、ロータ３Ｒを固定する回転側ケース３ｂとホイール２とを、モータ側ガイドレール３３Ａの稼動方向が全てロータ３Ｒの径方向に対して４５°方向で、ホイール側ガイドレール３３Ｂの全ての稼動方向が上記モータ側ガイドレール３３Ａの稼動方向に対して直交する方向となるように配置された複数個のクロスガイド３３を備えたフレキシブルカップリング３０で結合するようにした。
【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輌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ある。
【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輌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では、モータ部が車輌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固定され、モータロータ及びホイールが回転可能な構造となっている（例えば、特許文献１〜３参照）。
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輌においては、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輌においては、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輌の足回り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５に示すように、中空形状のインホイールモータ３のステータ３Ｓを支持する非回転側ケース３ａとナックル５とを、車輌の上下方向に案内する直動ガイド部材１１と、この直動ガイド部材１１の稼動方向に伸縮するバネ部材とダンパーとから成るショックアブゾーバ１２とを備えた緩衝機構１０によって連結するとともに、上記モータ３のロータ３Ｒを支持する回転側ケース３ｂとホイール２とを駆動力伝達機構である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提案されている。これにより、上記モータ３を車輌の足回り部品であるナックル５に対して弾性支持するとともに、トルクをホイール２へ効率よく伝達させ、かつ、上下運動方向に拘束することができるので、車輌のタイヤ接地力の変動を低減して、車輌のロードホールディング性を向上させることが可能となる。
上記フレキシブルカップリング２０は、図６（ａ）にも示すように、複数枚の中空円盤状のプレート２１Ａ〜２１Ｃと、隣接する上記プレート２１Ａ，２１Ｂ及びプレート２１Ｂ，２１Ｃ間を結合するとともに、上記隣接するプレート２１Ａ，２１Ｂ及びプレート２１Ｂ，２１Ｃを互いに円盤のラジアル方向に案内する直動ガイド２２Ａ，２２Ｂとを備えたもので、上記直動ガイド２２Ａ，２２Ｂとしては、例えば、図６（ｂ）に示すように、上記プレート２１Ａ〜２１Ｃのラジアル方向に延長する凸部を有するガイドレール２２ｐと、上記プレート２１Ａ〜２１Ｃのラジアル方向に延長する凹部を有し、上記ガイドレール２２ｐに係合するガイド部材２２ｑと、上記ガイドレール２２ｐとガイド部材２２ｑとをより円滑にスライドさせるために、上記ガイドレール２２ｐの凸部とガイド部材２２ｑの凹部との間に配設された複数の鋼球２２ｍとから構成される。
上記ガイドレール２２ｐ及びガイド部材２２ｑは、上記隣接するプレート２１Ａ，２１Ｂ及びプレート２１Ｂ，２１Ｃを互いに円盤のラジアル方向に案内するようにスライドするので、インホイールモータ３は上記直動ガイド２２Ａ，２２Ｂの作動方向、すなわち、円盤のラジアル方向に沿っては動くことができるが、回転方向には動くことができないため、ホイール２に回転トルクを効率的に伝達することが可能となる（例えば、特許文献４参照）。
【０００５】
また、駆動力伝達機構として、図７，図８に示すように、上記直動ガイド２２Ａ，２２Ｂに代えて、中間の中空円盤状プレート（以下、中間プレートという）２１Ｂの、モータ３側とホイール２側のそれぞれの周上に、９０°間隔で、かつ、プレートの表，裏の同位置に、複数の直動ガイド２３，２４を配置したフレキシブルカップリング２０Ｚを用いた構成も提案されている。上記フレキシブルカップリング２０Ｚでは、ガイドレール２３ａとガイド部材２３ｂとから構成される、モータ３側に配置された直動ガイド２３の稼動方向を、各中空円盤状プレート２１Ａ〜２１Ｃの径方向に対して４５°方向とし、ガイドレール２４ａとガイド部材２４ｂとから構成される、ホイール２側に配置された直動ガイド２４の稼動方向を、上記直動ガイド２４の稼動方向に対して直交する方向としている。
ところで、上記フレキシブルカップリング２０では、中間プレート２１Ｂの表裏の同位置に直動ガイドがないので、上記直動ガイド２２Ａ，２２Ｂは中空円盤状プレート２１Ａ〜２１Ｃの周方向に対してオフセットされ、周方向に圧縮荷重を受ける部分では座屈変形の危険がある。これに対して、上記フレキシブルカップリング２０Ｚのような構成を採ることにより、インホイールモータ３からは、回転力のみがホイール２側のプレート２１Ｃに伝達されるので、モータ３の駆動力をホイール２に確実に伝達させることができる。また、中間プレート２１Ｂの周方向における荷重のオフセットをなくすことができるので、座屈の危険が減少する（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２６７６０２５号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】
特表平９−５０６２３６号公報（第９−１２頁、第１図）
【特許文献３】
特開平１０−３０５７３５号公報（第３頁、第１図）
【特許文献４】
国際公開第０２／８３４４６号パンフレット
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成のフレキシブルカップリング２０Ｚでは、外乱があった場合、中間プレート２１Ｂは偏心しながら回転するので、その振動によりモータ３が振動してしまうといった問題点があった。また、上記中間プレート２１Ｂの偏心を見込んで、車輪内に所定のクリアランスを設ける必要があった。
更には、上記中間プレート２１Ｂの表，裏の同位置にそれぞれ、直動ガイド２３，２４の一方の稼動方向を中間プレート２１Ｂの径方向に対して４５°方向とし、かつ、他方の稼動方向をそれに直交する方向に配置しなければならないため、組付けに高い精度が要求されるだけでなく、中間プレート２１Ｂ上においても、それぞれの直動ガイド２３と直動ガイド２４間の角度もばらつきやすいといった問題点があった。
また、複数個の中空円盤状プレートが少なくとも３枚は必要であることから、駆動力伝達機構の重量が増加し、駆動系のイナーシャが大きくなってしまうという欠点がある。
【０００８】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、組付けが容易で、かつ、モータへ伝達する振動を低減できるとともに、駆動系のイナーシャとを小さくすることのできる駆動力伝達機構を備えたインホイールモータシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
【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ステータ側が、車輌の足回り部品に対して、弾性体及び／または減衰機構を介して支持されたインホイールモータシステムであって、モータロータとホイールとを、ロータ周方向に等間隔に配置された、表裏で作動方向が直交する複数のクロスガイドにより連結したものである。これにより、表裏のガイド部材の作動方向を確実に規制することができるとともに、駆動伝達機構を軽量化できるので、駆動系のイナーシャを小さくすることが可能となる。また、軽量化により、モータに伝達する振動も低減できる。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインホイールモータシステムにおいて、上記クロスガイドのモータ側ガイドレールを、その稼動方向が全てモータロータの径方向に対して４５°方向になるように配置するとともに、上記ホイール側ガイドレールの全ての稼動方向を上記モータ側ガイドレールの稼動方向に対して直交する方向になるように上記クロスガイドを配置したもので、これにより、座屈変形を確実に抑制することができ、回転力のみをホイール側に伝達することができる。
【００１０】
【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。
図１は、本実施の形態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は上下のサスペンションアーム６ａ，６ｂに連結されるナックル、７はショックアブゾーバ等から成るサスペンション部材、８は上記ハブ部４に装着された制動装置、１０は車輌の上下方向に案内する直動ガイド部材１１と、この直動ガイド部材１１の稼動方向に伸縮するバネ部材とダンパーとから成るショックアブゾーバ１２とを備え、モータの非回転側ケース３ａとナックル５とを連結する緩衝機構、３０はモータの回転側ケース３ｂに取付けられた中空円盤状のモータ側プレート３１と、ホイール２に取付けられた中空円盤状のホイール側プレート３２と、上記プレート３１，３２間を結合する複数個のクロスガイド３３とを備えたフレキシブルカップリングである。
【００１１】
クロスガイド３３は、図２に示すように、直交する２軸の直動ガイドを組合わせたもので、ビーム状の部材であるモータ側ガイドレール３３Ａとホイール側ガイドレール３３Ｂと、直方体状の部材の上面及び下面にそれぞれ設けられた、上記ガイドレール３３Ａ，３３Ｂをそれぞれ案内する案内溝３３ａ，３３ｂを備えたクロスガイド本体３３Ｃとを備えている。これにより、モータ側ガイドレール３３Ａとホイール側ガイドレール３３Ｂとは、クロスガイド本体３３Ｃの案内溝３３ａ，３３ｂに沿って互いに直交する方向に稼動することができる。
本例では、図３に示すように、モータ側プレート３１とホイール側プレート３２との間に、上記クロスガイド３３を４個等間隔（９０°間隔）に配置するとともに、上記各クロスガイド３３のモータ側ガイドレール３３Ａを、その稼動方向が全てロータ３Ｒの径方向に対して４５°方向になるように配置している。したがって、各モータ側ガイドレール３３Ａの稼動方向は全て同方向（４５°方向）を向き、各ホイール側ガイドレール３３Ｂの全ての稼動方向は、上記各モータ側ガイドレール３３Ａの稼動方向に対してそれぞれ直交する方向となる。
【００１２】
上記構成において、インホイールモータ３の回転側ケース３ｂからの回転力は、まず、モータ側プレート３１を介して、モータ側ガイドレール３３Ａに入力される。このモータ側ガイドレール３３Ａに入力された周方向の力はクロスガイド本体３３Ｃを通して、ホイール側ガイドレール３３Ｂに伝達されホイール２を駆動する。
このとき、クロスガイド本体３３Ｃには、図４に示すように、モータ側ガイドレール３３Ａからの入力とホイール側ガイドレール３３Ｂからの反作用によって、周方向に回転する力と径方向外側に押し出される力とが作用する。
しかし、モータ側ガイドレール３３Ａとホイール側ガイドレール３３Ｂとは回転する方向に動くが、常に互いに直交した方向を保とうとするため、上記クロスガイド３３を径方向外側に押し出そうとする力は、クロスガイド本体３３Ｃの捩れ反力と釣り合う。その結果、複数のクロスガイド３３のみで偏心を吸収することができるので、ロータ３Ｒからのトルクをスムーズにホイール２に伝達させることができる。
【００１３】
このように、本実施の形態によれば、緩衝機構１０により、インホイールモータ３のステータ３Ｓを支持する非回転側ケース３ａを、車輌上下方向に揺動可能に結合する構成のインホイールモータシステムにおいて、ロータ３Ｒを支持する回転側ケース３ｂとホイール２とを、モータ側ガイドレール３３Ａの稼動方向が全てロータ３Ｒの径方向に対して４５°方向で、ホイール側ガイドレール３３Ｂの全ての稼動方向が上記モータ側ガイドレール３３Ａの稼動方向に対して直交する方向となるように配置された複数個のクロスガイド３３を備えたフレキシブルカップリング３０で結合するようにしたので、モータ３の駆動力をホイール２に確実に伝達させることができる。
また、中間プレートを省略することができるので、フレキシブルカップリング３０が軽量化され、モータ３へ伝達する振動を大幅に低減することができるとともに、駆動系のイナーシャを小さくすることができるだけでなく、車輪内に所定のクリアランスを設ける必要がないので、設計の自由度を上げることができる。更には、クロスガイド３３を用いることにより、モータ側ガイドレール３３Ａとホイール側ガイドレール３３Ｂとの作動方向を互いに直交する方向に限定することができるので、組付けが容易なだけでなく、フレキシブルカップリング３０の動作を安定させることができる。
【００１４】
なお、上記実施の形態では、４個のクロスガイド３３を用いた場合について説明したが、クロスガイド３３の個数はこれに限るものではなく、２個または３個、あるいは、５個以上であってもよい。このとき、上記各クロスガイド３３は、モータ側プレート３１とホイール側プレート３２との間に、等間隔に配置することが好ましい。
また、クロスガイド３３のガイドレール３３Ａ，３３Ｂの形状は、図３に示すように、ビーム状に限定されるものではなく、クロスガイドの案内溝３３ａ，３３ｂに係合する凸部を有する部材であってもよい。また、上記ガイドレール３３Ａ，３３Ｂをより円滑にスライドさせるために、上記案内溝３３ａ，３３ｂと上記ガイドレール３３Ａ，３３Ｂの凸部との間に複数個の鋼球を配設するようにしてもよい。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、中空形状のダイレクトドライブモータのステータ側が、車輌の足回り部品に対して、弾性体及び／または減衰機構を介して支持されたインホイールモータシステムにおいて、モータロータとホイールとを、ロータ周方向に等間隔に配置された、表裏で作動方向が直交する複数のクロスガイドにより連結するようにしたので、表裏のガイド部材の作動方向を確実に規制することができるとともに、駆動伝達機構を小型軽量化できるので、駆動系のイナーシャを小さくすることができる。また、軽量化により、モータに伝達する振動も大幅に低減することができる。
また、上記各クロスガイドのモータ側ガイドレールを、その稼動方向が全てモータロータの径方向に対して４５°方向になるように配置するとともに、上記ホイール側ガイドレールの全ての稼動方向を上記モータ側ガイドレールの稼動方向に対して直交する方向に配置することにより、座屈変形を抑制することができ、回転力のみを確実にホイール側に伝達することができる。
また、本発明のインホイールモータシステムを採用することにより、スペース効率や駆動力の伝達効率に優れ、かつ、タイヤ接地力変動の少ないインホイールモータ車を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態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】本実施の形態に係わるクロスガイドの構成を示す図である。
【図３】本実施の形態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】フレキシブルカップリングの動作を説明するための図である。
【図５】従来のインホイールモータの構成を示す図である。
【図６】従来のフレキシブルカップリングの構成を示す図である。
【図７】従来のインホイールモータの他の構成を示す図である。
【図８】従来のフレキシブルカップリングの他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、３ｂ回転側ケース、３ｊ軸受け、４ハブ部、
５ナックル、６ａ，６ｂ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直動ガイド部材、
１２ショックアブゾーバ、３０フレキシブルカップリング、
３１モータ側プレート、３２ホイール側プレート、３３クロスガイド、
３３Ａモータ側ガイドレール、３３Ｂホイール側ガイドレール、
３３Ｃクロスガイド本体。

Claims

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ステータ側が、車輌の足回り部品に対して、弾性体及び／または減衰機構を介して支持されたインホイールモータシステムにおいて、モータロータとホイールとを、ロータ周方向に等間隔に配置された、表裏で作動方向が直交する複数のクロスガイドにより連結したことを特徴とするインホイールモータシステム。
上記クロスガイドのモータ側ガイドレールを、その稼動方向が全てモータロータの径方向に対して４５°方向になるように配置するとともに、上記ホイール側ガイドレールの全ての稼動方向を上記モータ側ガイドレールの稼動方向に対して直交する方向になるように上記クロスガイドを配置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。