JP2005075189A - In-wheel motor system - Google Patents
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Abstract
Description
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ある。 The present invention relates to an in-wheel motor system used in a vehicle using a direct drive wheel as a driving wheel.
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、スペース効率の高さや、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システムが採用されつつある。
図９は、従来のインホイールモータシステムを採用した電気自動車用駆動輪の概略断面図で、リム５２ａにタイヤ５１が装着されたホイール５２の内側に、インホイールモータ５３が配設されている。このインホイールモータ５３は、ホイールディスク５２ｂに連結され、回転軸５４と結合された第１のブラケット５５ａと、サスペンションアーム５６ａ，５６ｂに連結されたアップライト（ナックル）５７と軸受け５７Ｊを介して回転可能に固定された第２のブラケット５５ｂとにより支持された永久磁石を備えたロータ５３Ｒと、このロータ５３Ｒの内側に配置され、上記アップライト５７に連結・支持されるとともに、上記回転軸５４と軸受け５４Ｊを介して回転可能に固定された巻線部を有するステータ５３Ｓとを備えたアウターロータ型のダイレクトドライブモータで、このインホイールモータ５３の車体側にはブレーキ装置５８が設けられている。
上記構成により、インホイールモータ５３のロータ５３Ｒがステータ５３Ｓに対して回転可能に結合されるので、上記ステータ５３Ｓの巻線部に通電して上記インホイールモータ５３を駆動することにより、上記ホイール５２に回転力を伝達させて上記ホイール５２をダイレクトドライブさせ、上記ホイール５２に装着されたタイヤ５１を回転させて車両を駆動することができる（例えば、特許文献１参照）。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a drive wheel for an electric vehicle adopting a conventional in-wheel motor system. An in-
With the above configuration, the rotor 53R of the in-
一般に、インホイールモータシステムにおいては、ホイール内に電気モータを配置するため、ホイール内に大きなスペースを確保する必要がある。更に、上記モータの大きさは、出力の大きさにより変化し、大出力のモータほど上記スペースが必要となる。
また、インホイールモータシステムは応答制御の速度が速いので、μ制御等の高周波数での制御が可能であるが、そのためにはタイヤにも高い応答特性が必要となる。具体的には、タイヤの路面との接触点であるトレッドとトルクの伝達部分（ホイールのリム部）との距離が短く、かつ、タイヤ周方向の剪断剛性（捩り剛性）が高いこと、すなわち、タイヤ高さ（ＳＨ）が低いことが必要である。
しかしながら、ＳＨの低いタイヤ、すなわち、低扁平率のタイヤ、すなわち、タイヤ高さ／タイヤ幅が小さいタイヤでは、一般に縦バネ定数や前後バネ定数などの各種バネ定数が高いことから、路面にトルクを伝達する上での制御を行なう際の細かな制御が可能であり、操縦安定性は高いが、縦バネ定数が高いことから、振動乗り心地性が低下するだけでなく、突起乗り越し時の大入力などの衝撃が作用した際のモータの耐衝撃性が悪化してしまうといった問題点があった。
これに対して、通常縦バネ性能があまり高くないとされる高扁平率のタイヤを装着した場合には、振動乗り心地性は確保できるが、ＳＨが大きいことが起因して、リム径が必然的に小さくなり、スペースの確保が困難になるだけでなく、トレッドとトルクの伝達部分との距離が長くなってしまうため、インホイールモータシステムの特徴である高い制御特性を生かすことができないといった問題点があった。
また、タイヤは、タイヤ内の空気室内のエアーボリュームに依存する、荷重を負担できる許容量（負荷容量）を有する。上記負荷容量は、タイヤ幅が狭いタイヤで比較的高扁平率のタイヤであれば、タイヤ高さ（ＳＨ）を、タイヤ幅大で低扁平のタイヤと同等にすることができる。しかし、このような、ＳＨ同等の小タイヤ幅・高扁平のタイヤは、上記縦バネ定数の点では問題ないが、ホイール径方向内側のスペースを確保しながら上記負荷容量を確保することは困難であるので、上記スペースや負荷容量の確保を十分に担保したサイズのタイヤとしては、タイヤ幅が大きく低扁平のサイズを選択する必要がある。
また、上記負荷容量はタイヤ内圧に比例するため、車両荷重を負担する上で適正な車両内圧を確保する必要がある。反面、タイヤの縦ばねは、タイヤ内圧に依存し、上記負荷容量が大きく確保できる高内圧では縦バネ定数はほぼ比例して大きくなる。
したがって、インホイールモータ車においては、ホイール径方向内側のスペースを確保しながら、荷重を十分に負担できるタイヤサイズ・タイヤ内圧で、かつ、縦バネ定数を低くすることのできるタイヤを選択する必要がある。
Generally, in an in-wheel motor system, since an electric motor is disposed in a wheel, it is necessary to secure a large space in the wheel. Furthermore, the size of the motor varies depending on the size of the output, and the larger the output, the more space is required.
Further, since the in-wheel motor system has a high response control speed, it can be controlled at a high frequency such as μ control. For this purpose, the tire also requires high response characteristics. Specifically, the distance between the tread, which is the contact point with the road surface of the tire, and the torque transmission part (wheel rim part) is short, and the tire has a high shear rigidity (torsional rigidity) in the circumferential direction. The tire height (SH) needs to be low.
However, a tire having a low SH, that is, a tire having a low flatness ratio, that is, a tire having a small tire height / width is generally high in various spring constants such as a longitudinal spring constant and a longitudinal spring constant. Fine control during transmission is possible and handling stability is high, but since the vertical spring constant is high, not only vibration ride comfort is reduced, but also large input when overhanging protrusions There was a problem that the impact resistance of the motor deteriorated when an impact such as the above was applied.
On the other hand, when a tire with a high aspect ratio, which normally has a low vertical spring performance, is mounted, vibration ride comfort can be secured, but the rim diameter is inevitably due to the large SH. In addition to making it difficult to secure space, the distance between the tread and the torque transmission part becomes longer, which makes it impossible to take advantage of the high control characteristics that are characteristic of in-wheel motor systems. There was a point.
Further, the tire has an allowable amount (load capacity) that can bear a load, depending on the air volume in the air chamber in the tire. If the tire has a narrow tire width and a tire with a relatively high flatness ratio, the tire capacity (SH) can be made equal to that of a tire with a large tire width and a low flatness. However, such a small tire width and high flat tire equivalent to SH is not a problem in terms of the longitudinal spring constant, but it is difficult to secure the load capacity while securing a space inside the wheel radial direction. Therefore, as a tire having a size that sufficiently secures the space and load capacity, it is necessary to select a tire having a large tire width and a low flatness.
Further, since the load capacity is proportional to the tire internal pressure, it is necessary to ensure an appropriate vehicle internal pressure in order to bear the vehicle load. On the other hand, the longitudinal spring constant of the tire depends on the tire internal pressure, and the longitudinal spring constant increases substantially proportionally at a high internal pressure at which the load capacity can be secured large.
Therefore, in an in-wheel motor vehicle, it is necessary to select a tire having a tire size and a tire internal pressure that can sufficiently bear a load and a low longitudinal spring constant while ensuring a space inside the wheel radial direction. is there.
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、ホイール内にインホイールモータを配置するスペースを十分に確保することができるとともに、モータへの耐衝撃性と振動乗り心地性とを向上させ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。 The present invention has been made in view of the conventional problems, and can sufficiently secure a space for disposing the in-wheel motor in the wheel and improve the shock resistance to the motor and the vibration ride comfort. An object is to provide an in-wheel motor system.
本発明の請求項１に記載の発明は、車輪部にダイレクトドライブホイールを駆動する電気モータを配置して成るインホイールモータシステムにおいて、タイヤ外径に対するホイールリム部の最小径部分の径の比を７０％以上に設定して、上記ホイール内に上記電気モータを配設するとともに、上記ホイールに、タイヤ径方向の剛性を示す縦バネ定数が２００〜３５０Ｎ／ｍｍのタイヤを装着したことを特徴とするものである。これにより、タイヤ外径に対するホイールリム部の最小径部分の径を十分にとって出力の大きなモータを搭載可能とするとともに、振動乗り心地性・大入力による耐衝撃性を確保する上での縦バネ性能を、同一サイズの通常の断面形状を有するタイヤに比較して、大きく低減することが可能となる。
The invention according to
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、上記装着されるタイヤの扁平率（アスペクト比＝タイヤ高さ／タイヤ幅）を４０％以下としたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のインホイールモータシステムにおいて、上記扁平率を３５％以下としたものである。
すなわち、上記のように、タイヤ高さを、タイヤ幅で概略が決まるトレッド幅に対して小さく設定することにより、路面にトルクを伝達する上での制御を行なう際に、細かな（高周波での）制御が可能となる。また、低扁平なので、リム径方向内側のスペースを大きくとることが可能となる。
According to a second aspect of the present invention, in the in-wheel motor system according to the first aspect, a flatness ratio (aspect ratio = tire height / tire width) of the tire to be mounted is 40% or less.
According to a third aspect of the present invention, in the in-wheel motor system according to the second aspect, the flatness is 35% or less.
That is, as described above, by setting the tire height to be smaller than the tread width that is roughly determined by the tire width, when performing control in transmitting torque to the road surface, ) Control becomes possible. Moreover, since it is low-flat, it is possible to make a large space inside the rim radial direction.
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインホイールモータシステムにおいて、上記タイヤは、４輪でのタイヤ負荷容量が車重を許容しているタイヤサイズを有するタイヤが選択されていることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインホイールモータシステムにおいて、上記タイヤは、４輪でのタイヤ負荷容量が車重を許容しているタイヤサイズを有するタイヤのタイヤ内圧で使用されていることを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the in-wheel motor system according to any one of the first to third aspects, the tire has a tire size in which a tire load capacity in four wheels allows a vehicle weight. The tire which has is selected.
According to a fifth aspect of the present invention, in the in-wheel motor system according to any one of the first to third aspects, the tire has a tire size in which a tire load capacity in four wheels allows a vehicle weight. It is used by the tire internal pressure of the tire which has.
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のインホイールモータシステムにおいて、上記タイヤとして、タイヤの最大径からタイヤ中心に向かうに従って幅が広がっていく拡幅部と、上記拡幅部の最大幅の部分に結合され、上記最大幅の部分よりも幅が狭くなっていく絞り部を有するカーカスプライと、このカーカスプライと交差する方向にコードを配列したベルト層とを備えたタイヤを用いたものである。これにより、タイヤ外径に対するホイールリム部の最小径部分の径を十分にとって出力の大きなモータを搭載可能とするとともに、操縦安定性や制御の応答性に大きく関与する、前後バネ性能や横バネ性能をほとんど低下させずに、振動乗り心地性・大入力による耐衝撃性を確保する上で必要なの縦バネ性能を、従来の低扁平率のタイヤよりも低下させて電気モータの耐衝撃性を向上させることが可能となる。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のインホイールモータシステムにおいて、上記絞り部が水平部分を有することを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載のインホイールモータシステムにおいて、上記拡幅部のカーカスプライと上記絞り部のカーカスプライとの、外皮部分を頂点とした角度を３０〜７５度としたものである。
The invention according to
A seventh aspect of the present invention is the in-wheel motor system according to the sixth aspect, wherein the throttle portion has a horizontal portion.
The invention according to
また、請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれかに記載のインホイールモータシステムにおいて、上記モータを緩衝部材または緩衝装置を介して車両バネ下部に取付けて、上記モータをバネ下質量に対してダイナミックダンパのウエイトとして作用させるようにしたので、電気モータの耐衝撃性を更に向上させることが可能となるとともに、車両の凹凸路走行時における接地力の変動レベルを低減することができ、車両のロードホールディング性を向上させることができる。
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のインホイールモータシステムにおいて、上記モータを中空形状のインホイールモータとするとともに、上記モータのステータ側と車両バネ下部とを、バネ要素と、このバネ要素に並列に配置されたダンパ要素、あるいは、バネ要素とダンパ要素とが直列に連結されたスプリング要素付きダンパとにより連結したものである。
The invention according to claim 9 is the in-wheel motor system according to any one of
The invention according to claim 10 is the in-wheel motor system according to claim 9, wherein the motor is a hollow in-wheel motor, and the stator side of the motor and the vehicle spring lower portion are connected to a spring element. The damper element is arranged in parallel with the spring element, or is connected by a damper with a spring element in which the spring element and the damper element are connected in series.
本発明によれば、ホイールに、例えば、タイヤの最大径からタイヤ中心に向かうに従って幅が広がっていく拡幅部と、上記拡幅部の最大幅の部分に結合され、上記最大幅の部分よりも幅が狭くなっていく絞り部を有するカーカスプライと、このカーカスプライと交差する方向にコードを配列したベルト層とを備えたタイヤのような、扁平率が比較的低く、したがって、タイヤ外径に対するホイールリム部の最小径部分の径を７０％以上に設定することができるとともに、タイヤ径方向の剛性を示す縦バネ定数が２００〜３５０Ｎ／ｍｍのタイヤを搭載し、上記ホイール内に電気モータを配設する構成としたので、電気モータの必要収容スペースを十分に確保することができるとともに、振動乗り心地性・大入力による耐衝撃性を大幅に向上させることができる。 According to the present invention, the wheel is coupled to, for example, a widened portion whose width increases from the maximum tire diameter toward the tire center, and a maximum width portion of the widened portion, and is wider than the maximum width portion. The tire has a relatively low flatness, such as a tire having a carcass ply having a narrowed narrowing portion and a belt layer in which cords are arranged in a direction crossing the carcass ply, and therefore, a wheel with respect to the tire outer diameter. The minimum diameter of the rim can be set to 70% or more, and a tire having a longitudinal spring constant of 200 to 350 N / mm indicating rigidity in the tire radial direction is mounted, and an electric motor is disposed in the wheel. As a result, the necessary storage space for the electric motor can be secured, and the vibration ride comfort and impact resistance due to large input are greatly improved. Rukoto can.
以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
最良の形態１．
図１は、本発明の最良の形態１に係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、１１は扁平率が比較的低く、かつ、同一扁平率のタイヤよりもタイヤ径方向の剛性を示す縦バネ定数が小さい改良扁平タイヤ、１２はリム１２ａとホイールディスク１２ｂとから成るホイール、１３は永久磁石を備えたロータ１３Ｒと、このロータ１３Ｒの内側に配置された、巻線部を有するステータ１３Ｓとを回転可能に結合して成るアウターロータ型のインホイールモータで、上記ロータ１３Ｒは、ホイールディスク１２ｂに連結され、回転軸１４と結合された第１のブラケット１５ａと、サスペンションアーム１６ａ，１６ｂに連結されたアップライト（ナックル）１７と軸受け１７Ｊを介して回転可能に固定された第２のブラケット１５ｂとにより支持される。一方、上記ステータ１３Ｓは上記アップライト１７に連結・支持されるとともに、上記回転軸１４と軸受け１４Ｊを介して回転可能に固定されているので、インホイールモータ１３のロータ１３Ｒは上記ステータ１３Ｓに対して回転可能に結合される。また、符号１８は上記インホイールモータ１３の車体側に設けられたブレーキ装置である。
上記改良扁平タイヤ１１は、図２（ａ），（ｂ）にも示すように、踏面となるタイヤの最大径Ｄmaxの部分からタイヤの中心に向かうにしたがって幅が広がっていき、その端部において最大幅Ｗmaxとなる拡幅部１１ａと、この拡幅部１１ａの最大幅部分と結合し、最大幅の部分から幅が狭まって行く絞り部１１ｂと、この絞り部１１ｂに結合された端部であるビード部１１ｃとから成るカーカスプライ１１Ａと、上記カーカスプライ１１Ａの外周で上記タイヤ１１のトレッドゴム１１Ｂとの間に設けられ、上記カーカスプライ１１Ａと交差する方向に配列されたベルト層１１Ｃとを備えている。
上記絞り部１１ｂは、詳細には、上記拡幅部１１ａと結合する第１の結合部１１ｐと上記ビード部１１ｃと結合する第２の結合部１１ｑと、この第１及び第２の結合部１１ｐ，１１ｑとの間に設けられた水平部分１１ｎとを有している。また、上記第１の結合部１１ｐの曲率半径Ｒ１と上記第２の結合部１１ｑの曲率半径Ｒ２とは上記タイヤ１１の最大径Ｄmaxよりも極めて小さく、上記第１の結合部１１ｐの曲率中心はカーカスプライ１１Ａの内部に、上記第２の結合部１１ｑの曲率中心はカーカスプライ１１Ａの外部にあり、上記絞り部１１ｂと拡幅部１１ａとのなす角度θは９０度以下、好ましくは、３０度〜７５度に設定される。
なお、上記改良扁平タイヤ１１の扁平率（アスペクト比＝タイヤ高さ／タイヤ幅）は３５％であり、タイヤ径方向の剛性を示す縦バネ定数は２００〜３５０Ｎ／ｍｍである。また、上記改良扁平タイヤ１１は、４輪でのタイヤ負荷容量（ＲＩ；ロードインデックス）が車重を許容しているタイヤサイズを有するとともに、４輪でのタイヤ負荷容量が車重を許容しているタイヤサイズを有するタイヤのタイヤ内圧で使用されている。
Hereinafter, the best mode of the present invention will be described with reference to the drawings.
Best Mode
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an in-wheel motor system according to the
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the improved
Specifically, the narrowed
The improved
次に、上記改良扁平タイヤ１１の動作について説明する。
図３（ａ）に示すように、従来のタイヤ５１では、タイヤ内圧が作用すると、カーカスプライ５１Ａの最大幅Ｗmaxをとるよりも外側の部分５１Ｍにおいては、ベルト層５１Ｃはタイヤ５１の外側に向かって膨張するのでベルト層５１Ｃの張力は大きくなる、一方、内側の部分５１Ｎでは、タイヤ内圧が同図の破線で示す方向に作用するため、ベルト層５１Ｃの張力は小さくなるので、サイド張力（Ｔｓ）に対する空気によるベルト張力（Ｔｂ）の比Ｔｂ／Ｔｓの値が小さくなり、転がり抵抗が大きくなる。
これに対して、本例の改良扁平タイヤ１１では、図３（ｂ）に示すように、タイヤ内圧が作用すると、カーカスプライ１１Ａの最大幅Ｗmaxをとるよりも外側の部分１１Ｍにおいては、上記タイヤ５１と同様に、ベルト層１１Ｃはタイヤ１１の外側に向かって膨張するのでベルト層１１Ｃの張力は大きくなるが、内側の部分１１Ｎでは、拡幅部１１ａと絞り部１１ｂとから成る曲率の小さいサイド部のサイド張力（Ｔｓ）が小さくなるので、この部分が変形を多く受けもつことができる。すなわち、Ｔｂ／Ｔｓを大きくできるので、タイヤの転がり抵抗を低減することができる。
ところで、タイヤに荷重がかかった場合、上記従来のタイヤ５１では、最大幅Ｗmax近傍で大きく膨張するので、ショルダー部での曲げ変形がさほど大きくないが、本例の改良扁平タイヤ１１は、図２（ａ）の破線で示すように、ショルダー部での曲げ変形が大きくなる。すなわち、本例の改良扁平タイヤ１１は、従来のタイヤに比較して、ベルト層１１Ｃ、すなわち、タイヤ踏面部の剛性を高めることができるとともに、タイヤの縦ばね定数が低減されていることがわかる。
また、本例の改良扁平タイヤ１１では、内圧が作用してもベルト層１１Ｃの張力が小さくならず、従来のタイヤに比較して曲率が小さいことから、サイド張力を低くすることでタイヤの縦ばね定数を低減して、従来に対比して低転がり抵抗も確保することができる。
このように、上記改良扁平タイヤ１１は、従来の低扁平タイヤに対して縦ばね定数を低くすることができるので、突起乗り越し時の大入力などに対するインホイールモータ１３の耐衝撃性を向上させることができるとともに、路面からの振動入力が低減するので乗り心地性が向上する。
Next, the operation of the improved
As shown in FIG. 3A, in the
On the other hand, in the improved
By the way, when a load is applied to the tire, the
Further, in the improved
As described above, the improved
また、このような改良扁平タイヤ１１を用いることにより、タイヤ１１の外径ＯＤに対するホイール１２のリム１２ａの最小径部分の径Ｒminの比Ｐ＝（Ｒmin／ＯＤ）を７０％以上に設定することができる。これにより、例えば、従来の扁平率が５５％の５５タイヤでは、リム径が１７インチであったものが、改良扁平タイヤ１１では、上記５５タイヤと同等のタイヤ外径でありながら、従来の扁平率が３５％の３５タイヤのリム径に相当する２０インチを確保することが可能となるので、従来と比較して出力の大きなインホイールモータを搭載することができる。
Further, by using such an improved
このように、本最良の形態１によれば、ホイール１２内にインホイールモータ１３を配置するとともに、上記ホイール１２に、タイヤの最大径Ｄmaxの部分からタイヤの中心に向かうにしたがって幅が広がっていき、その端部において最大幅Ｗmaxとなる拡幅部１１ａと、この拡幅部１１ａの最大幅部分と結合し、最大幅の部分から幅が狭まって行く絞り部１１ｂとを有するカーカスプライ１１Ａと、上記カーカスプライ１１Ａと交差する方向に配列されたベルト層１１Ｃとを備えた改良扁平タイヤ１１を装着することにより、タイヤ外径ＯＤに対するホイールリム部の最小径部分の径Ｒminの比Ｐ＝（Ｒmin／ＯＤ）を７０％以上に設定することができるとともに、タイヤ径方向の剛性を示す縦バネ定数を、従来の低扁平タイヤよりも低い２００〜３５０Ｎ／ｍｍに設定することができるので、インホイールモータ１３の収容スペースを十分に確保することができるとともに、耐衝撃性や乗り心地性を向上させることができる。
As described above, according to the
なお、上記最良の形態１では、インホイールモータとして、ステータ１３Ｓがロータ１３Ｒの内側に配置されたアウターロータ型のダイレクトドライブインホイールモータ１３を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、特開平５−２７８４７６号公報に記載されたような、ロータがステータの内側に配置されたインナーロータ型のインホイールモータを用いた場合も適用可能である。
また、上記例では、改良扁平タイヤ１１の扁平率を３５％としたが、これに限るものではなく、４０％以下であればよい。また、３５％以下であれば、特に好ましい。
In the
In the above example, the flatness ratio of the improved
最良の形態２．
上記本最良の形態１では、車輪部に、ステータ１３Ｓが車両の足回り部品であるアップライト（ナックル）１７に接続され、ロータ１３Ｒがホイール１２に接続される構成のインホールモータ１３を搭載した場合について説明したが、図４に示すように、インホイールモータとして、中空形状のインホイールモータ２３を搭載するとともに、上記インホイールモータ２３を緩衝部材または緩衝装置を介して車両バネ下部に取付けて、上記モータ２３をバネ下質量に対してダイナミックダンパのウエイトとして作用させるようにすれば、車両の凹凸路走行時における接地力の変動レベルを大幅に低減することができ、車両のロードホールディング性を向上させることができる。
上記インホイールモータ２３は、径方向内側が開放された第１の環状のケース（回転側ケース）２３ａにロータ２３Ｒを取付け、この回転側ケース２３ａの径方向内側に、上記回転側ケース２３ａと同心円状に配置された、径方向外側が開放された第２の環状のケース（非回転側ケース）２３ｂに、上記ロータ２３Ｒと所定の間隔を隔ててステータ２３Ｓを取付け、上記回転側ケース２３ａと非回転側ケース２３ｂとを軸受け２３ｊを介して回転可能に連結するとともに、上記非回転側ケース２３ｂを車両の足回り部品であるナックル２４に緩衝装置３０を介して結合させ、上記回転側ケース２３ａを、動力伝達機構４０を介して、ホイール１２に結合させたものである。また、２５はホイール１２とその回転軸において連結されたハブ部、２６は上記ナックル２４の車両側に連結される車軸、２７はショックアブゾーバ等から成るサスペンション部材、２８は上記ハブ部２５に装着された制動装置である。
In the present
In the in-
上記緩衝装置３０は、直動ガイド３１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第１のバネ要素３２と、上記第１のバネ要素３２と並行して配置された、ダンパ３３と第２のバネ要素３４を直列に連結したスプリング要素付きダンパ３５，３５とにより結合さた２枚のプレート３６，３７を備え、上記中空形状のインホイールモータ２３の非回転側ケース２３ｂと車両の足回り部品であるナックル２４とを連結したもので、詳細には、図５にも示すように、ナックル２４に結合された車軸２６に連結され、サスペンション部材２８側に位置するナックル側プレート３６の４隅に、車両の上下方向に伸縮する第１のバネ要素３２をそれぞれ取付け、その中央部に設けられた車軸２６との連結孔３６ｋの両側に、車両の上下方向に伸縮するダンパ３３と第２のバネ要素３４とを直列に連結したスプリング要素付きダンパ３５，３５をそれぞれ取付け、モータ２３側に位置するモータ側プレート３７の上記第１のバネ要素３２の上部あるいは下部に対応する位置にバネ受け部３２ｎを、上記ダンパ３５の上部に対応する位置、すなわち、車軸２６との連結孔３７ｋの両側の上部に、ダンパ取付け部３３ｎを取付けるとともに、上記プレート３６，３７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３１により結合する。
また、動力伝達機構４０は、モータ側プレート４１とホイール側プレート４２との間に、直交する２軸の直動ガイドを組合わせた複数のクロスガイド４３を配置したもので、上記クロスガイド４３は、詳細には、図６（ａ）に示すように、ビーム状の部材であるモータ側ガイドレール４３Ａとホイール側ガイドレール４３Ｂ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４３Ａ，４３Ｂをそれぞれ案内する案内溝４３ａ，４３ｂを備えたクロスガイド本体４３Ｃとを備えたもので、これにより、モータ側ガイドレール４３Ａとホイール側ガイドレール４３Ｂとは、クロスガイド本体４３Ｃの案内溝４３ａ，４３ｂに沿って互いに直交する方向に稼動することができる。なお、本例では、図６（ｂ）に示すように、上記モータ側プレート４１とホイール側プレート４２との間に上記クロスガイド４３を４個等間隔（９０度間隔）に配置するとともに、上記各クロスガイド４３のモータ側ガイドレール４３Ａを、その稼動方向が全てロータ２３Ｒの径方向に対して４５度方向になるように配置している。
The
The
上記構成においては、ステータ２３Ｓを支持する非回転側ケース２３ｂを、ナックル２４に対して、並列配置された第１のバネ要素３２と、このバネ要素３２に並列に配置されたダンパ３３及びこのダンパ３３に直列に連結される第２のバネ要素３４とから成るスプリング要素付きダンパ３５とにより上下方向に支持することにより、インホイールモータ２３を車両の足回り部品であるナックル２４に対してフローティングマウントすることができるので、モータ軸と車輪軸とは別々に径方向に揺動可能となる。
ここで、車両が悪路を走行する際にタイヤに生じる接地荷重変動モデルを考えると、図９や図１に示した従来のモータバネ下搭載のインホイールモータ車では、図７（ａ）に示すような２自由度の振動モデルで表わされる。詳細には、バネ下質量ｍ１がタイヤの接地面と弾性体ｋ１及びダッシュポットｃ１により結合され、上記バネ下質量ｍ１とバネ上質量ｍ２とが弾性体ｋ２及びダッシュポットｃ２により結合された振動モデルにおいて、上記バネ下質量ｍ１にインホイールモータの質量が付加されるようなモデルとなる。このように、モータが直接装着された場合には、バネ下質量が増大するためタイヤの接地荷重変動が増大する。
これに対して、本例のモータを緩衝部材または緩衝装置を介して車両バネ下部に取付けたタイプのインホールモータシステム車では、図７（ｂ）に示すように、インホイールモータのモータ質量ｍ３が、互いに並列に配置された、弾性体ｋ３、及び、弾性体ｋ４とダッシュポットｃ４とが直列に連結されたスプリング要素付きダンパを介して足回り部品（バネ下部）に結合されたダイナミックダンパのウエイトとして作用する車両振動モデル（３自由度モデル）として表わせる。したがって、バネ下からモータ質量ｍ３がなくなるため、バネ下質量を軽くすることができる上、ダイナミックダンパの作用でバネ下振動が抑制されるので、タイヤの接地荷重変動を大幅に低減することができ、車両のロードホールディング性が飛躍的に向上する。
なお、スプリング要素付きダンパに代えて、単にダッシュポットを用いてもバネ下振動を十分に抑制することが可能であるが、本例のように、スプリング要素付きダンパを用いれば、減衰力の発生タイミングを変化させることができるので、バネ下共振付近の接地荷重変動を更に低減することができ、車両のロードホールディング性を更に向上させることができる。
また、ロータ２３Ｒを支持する回転側ケース２３ａとホイール１２とを、モータ側ガイドレール４３Ａの稼動方向が全てロータ２３Ｒの径方向に対して４５度方向で、ホイール側ガイドレール４３Ｂの全ての稼動方向が上記モータ側ガイドレール４３Ａ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４３を備えた動力伝達機構４０で結合するようにしたので、モータ２３の駆動力をホイール１２に確実に伝達させることができる。
In the above-described configuration, the non-rotating side case 23b that supports the stator 23S includes the
Here, when considering a contact load fluctuation model generated in a tire when the vehicle travels on a rough road, the conventional in-wheel motor vehicle mounted under a motor spring shown in FIGS. 9 and 1 is shown in FIG. Such a vibration model with two degrees of freedom is represented. Specifically, the unsprung mass m 1 is connected to the ground contact surface of the tire by the elastic body k 1 and the dash pot c 1 , and the unsprung mass m 1 and the sprung mass m 2 are connected to the elastic body k 2 and the
On the other hand, in an in-hole motor system vehicle in which the motor of this example is attached to the lower part of the vehicle spring via a buffer member or a buffer device, as shown in FIG. 3 is coupled to the undercarriage component (under the spring) via the elastic body k 3 and the damper with the spring element in which the elastic body k 4 and the dashpot c 4 are connected in series. It can be expressed as a vehicle vibration model (three-degree-of-freedom model) that acts as a weight of the dynamic damper. Accordingly, since the motor mass m 3 disappears from the unsprung, on it is possible to reduce the unsprung mass, since unsprung vibration at the action of the dynamic damper is suppressed, it can be greatly reduced ground contact load variation of the tire This can dramatically improve the road holding performance of the vehicle.
Although it is possible to sufficiently suppress unsprung vibration by simply using a dash pot instead of a damper with a spring element, if a damper with a spring element is used as in this example, a damping force is generated. Since the timing can be changed, the ground load fluctuation near the unsprung resonance can be further reduced, and the load holding performance of the vehicle can be further improved.
Further, the rotation side case 23a supporting the rotor 23R and the
図８は、本発明によるインホイールモータシステムを採用した駆動輪におけるタイヤの種類及びリム径等の諸元と、この駆動輪を搭載した車両の走行試験結果を示す表で、表中、ＨＡＴ(35)は、本発明による改良扁平タイヤを表わす。
ここで、実施例１はダイレクトドライブ型のインホイールモータ（ＤＤＭ）を搭載したもの、実施例２はモータをダイナミックダンパとして作用させたタイプのインホイールモータ（ＡＤＭ）を搭載したものである。比較のため、リム径が２０インチであるホイールに偏平率が３５％のタイヤを装着し、このホイール内に従来のインホイールモータを搭載した車両（比較例１）、及び、偏平率が５５％のタイヤを装着した車両（比較例２）についても、同様の試験を行った。
なお、比較例１の２０インチタイヤで装着可能なモータ出力は、概略、１輪あたり２５ｋＷ（３４馬力）であり、比較例２の２０インチタイヤでは、１６ｋＷ（２２馬力弱）である。
本実験における車両走行試験は以下の通りである。
振動入力特性；アスファルト路を走行した際のバネ下上下方向振動のピークトウピークの大きさを、上記比較例１を１００として評価したもので、小さいほど良好である。
大入力耐久性；１０ｍドラム上に３ｃｍの突起を設置し、ドラム走行したときの耐久性を、振動モードが変化する（何処かで異常が発生した）時点までの走行距離を、上記比較例１を１００として評価したもので、大きいほど良好である。
操縦安定性；テストコースを走行した際の、テストドライバーの官能評価の結果を、上記比較例１を１００として評価したもので、大きいほど良好である。
制御応答性；モータでの制動・駆動トルクを２００Ｈｚにて制御したときの、タイヤ踏面での伝達遅れ時間を、上記比較例１を１００として評価したもので、小さいほど良好である。
表から明らかなように、実施例１に示した本発明の駆動輪では、比較例１に示したタイヤの縦ばね定数が従来の偏平率が３５％のタイヤよりも低く、比較例２に示した偏平率が５５％と小さくリム容積が小さな従来のタイヤとほぼ同等である。したがって、２輪駆動のインホイールモータ車を想定した場合、比較例１と同等の、５０ｋＷ（７０馬力弱）の出力となり、縦バネ定数が同じ比較例２によりも大きな出力のインホイールモータを搭載することが可能となることが確認された。なお、比較例２のように、両輪で３２ｋＷ（４４馬力弱）では、高速走行は不可能である。
また、操縦安定性、制御応答性も、従来に比べて優れていることが分かる。
更に、実施例２のモータをダイナミックダンパとして作用させたタイプのインホイールモータ（ＡＤＭ）を搭載したタイプでは、モータ出力はほぼ比較例１と同等であり、かつ、振動入力が上記実施例１よりも更に小さくなっており、乗り心地性が格段に向上することが確認された。
FIG. 8 is a table showing specifications such as tire types and rim diameters of driving wheels employing the in-wheel motor system according to the present invention, and a running test result of a vehicle equipped with the driving wheels. 35) represents an improved flat tire according to the present invention.
Here, Example 1 is equipped with a direct drive type in-wheel motor (DDM), and Example 2 is equipped with an in-wheel motor (ADM) of a type in which the motor acts as a dynamic damper. For comparison, a wheel having a rim diameter of 20 inches and a tire having a flatness of 35% is mounted on the wheel and a conventional in-wheel motor is mounted in the wheel (Comparative Example 1), and the flatness is 55%. A similar test was also performed on a vehicle (Comparative Example 2) equipped with the above tire.
The motor output that can be mounted on the 20-inch tire of Comparative Example 1 is roughly 25 kW (34 hp) per wheel, and the 20-inch tire of Comparative Example 2 is 16 kW (less than 22 hp).
The vehicle running test in this experiment is as follows.
Vibration input characteristics: The magnitude of peak-to-peak of unsprung vertical vibration when traveling on an asphalt road was evaluated with the comparative example 1 being 100, and the smaller the better.
Large input durability: 3 cm protrusion on a 10m drum, and when the drum is running, the running distance up to the point when the vibration mode changes (where an abnormality occurs) is shown in the above Comparative Example 1. Is 100, and the larger the value, the better.
Steering stability: The result of sensory evaluation of the test driver when traveling on the test course was evaluated with the comparative example 1 as 100, and the larger the better.
Control responsiveness: The transmission delay time on the tire tread when the braking / driving torque of the motor is controlled at 200 Hz is evaluated with the comparative example 1 as 100, and the smaller the better.
As can be seen from the table, in the driving wheel of the present invention shown in Example 1, the longitudinal spring constant of the tire shown in Comparative Example 1 is lower than that of a conventional tire having a flatness ratio of 35%, which is shown in Comparative Example 2. The flatness is as small as 55%, which is almost the same as a conventional tire with a small rim volume. Therefore, assuming a two-wheel drive in-wheel motor vehicle, the output is 50 kW (a little less than 70 horsepower), equivalent to Comparative Example 1, and an in-wheel motor with a larger output than Comparative Example 2 with the same longitudinal spring constant is installed. It was confirmed that it would be possible. As in Comparative Example 2, high speed running is impossible at 32 kW (a little less than 44 horsepower) for both wheels.
It can also be seen that the steering stability and control response are superior to those of the prior art.
Further, in the type in which the in-wheel motor (ADM) of the type in which the motor of the second embodiment is operated as a dynamic damper is mounted, the motor output is substantially the same as that of the first comparative example, and the vibration input is higher than that of the first embodiment. It was confirmed that the ride comfort was greatly improved.
本発明によれば、電気モータの必要収容スペースを十分に確保することができるとともに、電気モータの耐衝撃性や乗り心地性を向上させることができるので、スペース効率や駆動力の伝達効率に優れ、かつ車両のロードホールディング性のよいインホールモータ車を実現することが可能となる。 According to the present invention, the necessary storage space for the electric motor can be sufficiently secured, and the impact resistance and riding comfort of the electric motor can be improved, so that the space efficiency and the driving force transmission efficiency are excellent. In addition, it is possible to realize an in-hole motor vehicle having a good road holding property.
１１ 改良扁平タイヤ、１２ ホイール、１２ａ リム、１２ｂ ホイールディスク、１３ インホイールモータ、１３Ｒ ロータ、１３Ｓ ステータ、１４ 回転軸、
１４Ｊ，１７Ｊ 軸受け、１５ａ 第１のブラケット、１５ｂ 第２のブラケット、
１６ａ，１６ｂ サスペンションアーム、１７ アップライト（ナックル）、
１８ ブレーキ装置。
11 Improved flat tire, 12 wheel, 12a rim, 12b wheel disc, 13 in-wheel motor, 13R rotor, 13S stator, 14 rotating shaft,
14J, 17J bearing, 15a first bracket, 15b second bracket,
16a, 16b Suspension arm, 17 Upright (knuckle),
18 Brake device.
Claims (10)
The motor is a hollow in-wheel motor, and the stator side of the motor and the lower part of the vehicle spring are provided with a spring element and a damper element arranged in parallel to the spring element, or a spring element and a damper element. The in-wheel motor system according to claim 9, wherein the in-wheel motor system is connected by a damper with a spring element connected in series.
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