JP2006194257A - 車両用ホイールモータおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータケーシング内に内蔵した二個の独立モータにより、車両の力行（駆動）・ブレーキ回生・逆転用の回転トルクと、摩擦制動用のスラスト方向軸力の二つの力を発生できる車両用ホイールモータを提供する。
【解決手段】摩擦ブレーキ付きの車両用ホイールモータは、モータケーシング１内に二つのモータ３、４を配置し、それぞれを独立制御可能とし、二つのモータのロータ同士を回転一直動変換機構１３で接続し、各々のモータを独立制御可能とする。また一方のモータのロータは、もう一方のロータとの間に介在した回転一直動変換機構１３により軸方向への移動を可能とし、このロータの軸方向への移動により、同ロータと結合されたブレーキディスク押圧体を軸方向に移動させ、前記ブレーキディスク押圧体４ｅに設けた摩擦材をブレーキディスク６ａに押圧することで、ブレーキ作動を行うことを可能とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータケーシング内に内蔵した二個の独立モータにより、車両の力行（駆動）・ブレーキ回生・逆転用の回転トルクと、摩擦制動用のスラスト方向軸力の二つの力を発生できる車両用ホイールモータおよびその制御方法に関するものである。

公知の電気自動車は、車両に搭載したバッテリからモータに電流を供給し、該電流によってモータを回転する構成となっている。このうち、ホイールモータを用いた電気自動車等では、通常、モータにより力行および回生制動を行い、摩擦ブレーキに関しては、回生ブレーキのトルク不足分の補用として、またエマージェンシー機能・パーキング機能の役割として、ディスクやドラム式ブレーキをモータと別体に設置した構成のものが殆どである。
しかし、ホイール内スペースの大部分を占めるモータ近傍に摩擦ブレーキ装置を設置することはレイアウト上非常に制約が大きい。また、摩擦ブレーキ装置に関しては、アクチュエ−ション機構としてモータとは別の動力源（油圧等）を用いているものが殆どである等の問題がある。
また、特許文献１に記載のホイールモータ式の電気自動車は、車輪毎にモータを配置しており、該モータが発生したトルクによって電気自動車が走行できる構成となっている。この文献１に記載の電気自動車では、モータの出力軸の端部に変速ギヤの入力側を接続し、この変速ギヤの出力軸に出力回転軸を接続して、該出力回転軸にホイールディスクを取り付けるようにしている。そしてモータが発生したトルクは、変速ギヤを介してホイールディスクに伝達される構成となっている。しかし、この構成ではモータは軸方向に寸法が大きいだけでなく、モータの出力軸と出力回転軸が軸方向に配設され、両者間を変速ギヤが連結するようになっているため、車両用モータ駆動装置の軸方向寸法が大きくなってしまうという問題点がある。

特開平５−３３８４４６公報。

さらに上記特許文献１に記載した形式の電気自動車（車両用モータ駆動装置）は、摩擦ブレーキに関しては、アクチュエ−ション機構としてモータとは別の動力源（油圧等）を用いており、ホイール内スペースの大部分を占めるモータ近傍にブレーキ装置を設置することはレイアウト上非常に制約が大きいという問題もある。
そこで、本発明に係る車両用ホイールモータは、モータケーシング内にそれぞれ独立に制御可能な二個のモータを配置し、かつ、二個のモータのロータ同士を回転一直動変換機構で接続し、各々のモータを制御することによって摩擦ブレーキアクチュエーション機能を実現するようにした。この構成により、従来の電気自動車等のホイールモータが必要としていた摩擦ブレーキ用のアクチュエータを不要とし、装置全体としてのスペース効率の向上を図りながら、車両用ホイールモータの小型化、軽量化を実現することを可能とした。

このため本発明が採用した技術解決手段は、
車体側に取り付けるモータケーシングと、前記モータケーシング内に形成したモータ室と、前記モータ室に配置された独立制御可能な第１、第２モータと、前記モータケーシングに対して回転自在に支持されたドライブシャフトとを備え、前記第１、第２モータはそれぞれステータとロータから成り、各ステータはモータケーシングの内壁に固定され、第１モータ側のステータの内周側において第１ロータが前記ドライブシャフトに固定され、第２モータ側のステータの内周側において第２ロータが前記ドライブシャフトに回転自在および軸方向に移動可能に支持され、前記両ロータ間は回転−直動変換機構を介して連結され、前記ドライブシャフトに回転自在に支持された第２ロータには摩擦材を備えたブレーキディスク押圧体が一体に結合され、前記第１、第２ロータの相対的な回転により前記回転−直動変換機構を介して前記第２ロータをドライブシャフトの軸方向に移動することにより、同ロータと結合されたブレーキディスク押圧体を軸方向でブレーキディスク側に移動し、前記ブレーキディスク押圧体に設けた摩擦材を前記ブレーキディスクに押圧することを特徴とする車両用ホイールモータである。
また、前記ブレーキディスク押圧体に設けた摩擦材に対向して、前記ブレーキディスクを挟んだモータケーシング側に摩擦材を配置したことを特徴とする車両用ホイールモータである。
また、前記ブレーキディスクの内周側に、そのブレーキディスクを摺動可能に結合するとともに前記ドライブシャフトに固定されたブレーキディスクガイドを備え、前記ブレーキディスクが前記ブレーキディスク押圧体に設けた摩擦材から押圧されることにより前記ブレーキディスクガイドに沿ってドライブシャフトの軸方向に摺動し、前記モータケーシング側の摩擦材と挟持してブレーキ作動を行うことを特徴とする車両用ホイールモータである。
また、前記ブレーキディスクは前記ブレーキディスクガイドにスプラインで摺動可能に結合されていることを特徴とする車両用ホイールモータである。
また、前記第１、第２ロータは弾性部材により弾性的に結合していることを特徴とする車両用ホイールモータである。
また、前記弾性部材は、第１、第２ロータ同士を相対的に回転させて軸方向に近づけ、回転−直動変換機構が非作動になるように付勢することを特徴とする車両用ホイールモータである。
また、前記回転−直動変換機構は、ボールネジ、ボールランプ、ネジ機構のいずれか一つであることを特徴とする車両用ホイールモータである。
また、前記ブレーキディスク押圧体は、外周を前記モータケーシングに、内周をドライブシャフトに、回転方向、軸方向ともに移動自在に保持されていることを特徴とする車両用ホイールモータである。
また、前記ブレーキディスク押圧体は第２ロータに対して、圧入により結合されていることを特徴とする車両用ホイールモータである。
また、前記第１ロータは、ドライブシャフトに対してスプライン結合されており、さらに軸方向をドライブシャフトに形成した端面とベアリングとによって挟持され、抜け止めボルトにより係止されて第１ロータの軸方向移動が規制されていることを特徴とする車両用ホイールモータである。
また、前記記載の車両用ホイールモータにおいて、摩擦制動力のコントロールが、二つのモータのうちの片方の回転トルク（第２モータのマイナス方向へのトルク）をコントロールすることで実現するようにしたことを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法である。
また、前記記載の車両用ホイールモータにおいて、前記摩擦による制動力のコントロールが、第１、第２モータの第１、第２ロータの相対角度差のコントロールで行うようにしたことを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法である。
また、前記記載の車両用ホイールモータにおいて、第１モータのみを回生制動として使用することを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法である。
また、前記記載の車両用ホイールモータにおいて、第１、第２モータのコントロールにより、摩擦ブレーキ力と回生ブレーキ力とを同時にコントロールすることを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法である。
また、前記記載の車両用ホイールモータにおいて、第２モータのみをコントロールすることで、モータを逆転させるトルクによるブレーキ力と摩擦ブレーキ力を同時にコントロールすることを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法である。
また、前記記載の車両用ホイールモータにおいて、第１、第２モータのコントロールにより、摩擦ブレーキ力のみをコントロールすることを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法である。
また、前記記載の車両用ホイールモータにおいて、第１、第２モータのトルクを双方力行用として使用することを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法である。
また、前記記載の車両用ホイールモータにおいて、第２モータのコントロールにより、摩擦ブレーキ力と力行トルクとを同時にコントロールすることを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法である。

本発明によれば、車両用ホイールモータは、モータケーシング内に二つのモータを配置し、それぞれを独立制御可能とし、二つのモータのロータ同士を回転一直動変換機構で接続し、各々のモータを制御する。また一方のモータのロータは、もう一方のロータとの間に介在した回転一直動変換機構により軸方向への移動を可能とし、このロータの軸方向への移動により、同ロータと結合されたブレーキディスク押圧体を軸方向でブレーキディスク側に移動させ、前記ブレーキディスク押圧体に設けた摩擦材をブレーキディスクに押圧し、ブレーキディスクがブレーキディスクガイドに沿って摺動してモータケーシング側の摩擦材と挟持することで、ブレーキ作動を行うことを可能とする。こうして各々のモータを制御することで摩擦ブレーキアクチュエータを実現する。この結果、モータとは別に新たな摩擦ブレーキ用アクチュエータを設置する必要がなくなり、ホイール内のスペース効率が格段に向上する。
また、上記のようにモータケーシング内に配置する二つのモータの制御により、以下の作動モードが実現できる。
１）モータ自身による回生制動
２）モータ自身による逆転制動
３）モータトルクを軸方向力に変換することによる摩擦制動
４）モータ自身による力行駆動

本発明は、車体側に取り付けたモータケーシング１内に形成したモータ室２内に、独立制御可能な第１モータ３、第２モータ４を配置するとともに、前記モータケーシング１に対して回転自在に支持されたドライブシャフト５にブレーキディスク６ａ付きのブレーキディスクガイド６を固定する。前記第１、第２モータ３、４はそれぞれ第１、第２ステータ３ａ、４ａと第１、第２ロータ３ｂ、４ｂから成り、第１、第２ステータ３ａ、４ａはモータケーシング１の内壁に固定されている。また、第１モータ３側のステータ３ａの内周側において第１ロータ３ｂが前記ドライブシャフト５に固定され、また、第２モータ４側のステータ４ａの内周側において第２ロータ４ｂが前記ドライブシャフト５に回転自在、およびドライブシャフト５の軸方向への移動が可能に支持されている。そして、前記第１、第２ロータ３ｂ、４ｂ同士の間には回転−直動変換機構１３が配置される。前記ドライブシャフト５に回転自在に支持された第２ロータ４ｂには摩擦材１０ｂを備えたブレーキディスク押圧体４ｅが一体に結合され、前記第１、第２モータ３、４の第１、第２ロータ３ｂ、４ｂの相対的な回転により前記回転−直動変換機構１３を介して前記第２ロータ４ｂをドライブシャフト５の軸方向に移動可能にする。ブレーキ作動時には第１、第２モータ３、４による回生ブレーキ作動、逆転ブレーキ作動を行うとともに、前記第１、第２モータ３、４の第１、第２ロータ３ｂ、４ｂの相対的な回転により前記回転−直動変換機構１３を介して前記第２ロータ４ｂをドライブシャフト５の軸方向でブレーキディクス６ａ側に移動し、同ロータ４ｂと結合されたブレーキディスク押圧体４ｅを軸方向に移動し、前記摩擦材１０ｂをブレーキディスク６ａに押圧し、さらにブレーキディスク６ａがブレーキディスクガイド６に沿って摺動して摩擦材１０ａと協働してブレーキディスク６ａを挟持することで、摩擦ブレーキ作動を行う。また、力行（加速）は第１、第２モータ３、４の駆動力により行う。

以下本発明に係る摩擦ブレーキ付きの車両用ホイールモータについて図面を参照して説明すると、図１は第１実施例としての車両用ホイールモータの半断面図、図２は摩擦ブレーキ作動時の車両用ホイールモータの半断面図である。
はじめに、本ホイールモータの全体構成について概略説明し、その後各部材の詳細構成を説明する。
図１において、１は車体側に適宜手段で取り付けられたモータケーシング、２は前記モータケーシング１内に形成したモータ室、３、４は前記モータ室２に配置された独立制御可能な第１モータ、第２モータ、５は前記モータケーシング１に対して回転自在に支持されたドライブシャフト、６は前記ドライブシャフト５に固定されたブレーキディスクガイド、６ａはブレーキディスクガイド６にスプライン結合等によりドライブシャフト５の軸と平行方向に移動可能に取りつけたブレーキディスク、７は同ブレーキディスクガイド６にボルト９より着脱自在に取り付けたホイール、８はホイール７に取り付けたタイヤであり、これらの構成要素は図１に示すような配置で組付けられている。

以下それぞれの構成について説明する。
（モータケーシング１）
モータケーシング１は、サスペンション等の車体側に連結される形状、構成となっている。このモータケーシング１は有底の半円筒状に形成された第１ケース１ａを有しており、この第１ケース１ａ内にモータ室２が形成されている。第１ケース１ａの開口部側には第２ケース１ｂおよび第３ケース１ｃが、図示しない係止部材（ボルト等）にて一体的に係合されている。前記第２ケース１ｂはモータ室２を区画しており、第２ケース１ｂの中心部にはブレーキディスク押圧体４ｅ（後述する）をベアリング支持するための軸支部１ｂ´が形成されている。また、第２ケース１ｂと第３ケース１ｃとはブレーキディスク６ａの収納スペースを形成しており、ブレーキディスク６ａと対向する第３ケース１ｃの面には摩擦材１０ａが取り付けられている。

（ドライブシャフト５、ブレーキディスクガイド６など）
モータケーシング１の中心部には、ベアリング１１を介してドライブシャフト５が回転自在に取り付けられている。前記ドライブシャフト５を軸支するベアリング１１は、第１ケース１ａの中心部においてドライブシャフト５の端部に形成した段部に嵌合されており、また前記ベアリング１１は第１モータ３の第１ロータ３ｂ（後述する）と共に、抜け止めボルト１２によりドライブシャフト５に固定されている。そして第１ケース１ａの中心部には防塵用のキャップ１５が取り付けられている。
ドライブシャフト５の他端側にはブレーキディスクガイド６がホイール７と共にボルト／ナット９により着脱自在に固定されている。ブレーキディスクガイド６の外周には、スプラインが形成されており、このスプラインにブレーキディスク６ａがドライブシャフト５の軸方向と平行方向に摺動可能かつ相互回転不能に組付けられている。なお、ブレーキディスク６ａは図示せぬリターンスプリングにより初期位置が保持されるように構成することもできる。また、ブレーキディスクガイド６とブレーキディスク６ａとの組付けには同様の機能を達成できる他の組付け方法を採用することも可能である。この構成により、ブレーキディスクガイド６、ブレーキディスク６ａ、ホイール７はドライブシャフト５とともに一体となって回転する。

（第１モータ３、第２モータ４）
第１モータ３と第２モータ４は前述したモータ室２内に配置されている。第１、第２モータ３、４は、誘導モータ・ブラシレスＰＭモータ等種別を問わず、従来公知のステータとロータとを有する形式のものであり、図示せぬコントローラ部からワイヤーハーネスを介して供給される電力をコイル（ステータ）に通電することで、ロータが電磁気的な力により回転させられる。以下第１モータ３、第２モータ４の構成を説明する。なおコイルヘの通電タイミングは、図示しないロータ位置センサ（エンコーダ・レゾルバ）等の信号を利用してマイコン等を使用しておこなう。このモータの作動については後述する。

第１、第２モータ３、４の第１、第２ステータ３ａ、４ａは、図１に示すようにモータケーシング１の第１ケース１ａの円周内面に配置され、適宜手段で第１ケース１ａ内面に固定されている。
また、第１モータ３の第１ロータ３ｂは、全体が円形をしており第１モータ３のステータ３ａの内周側に配置され、その中心部がドライブシャフト５に対して固定されている。この固定方法は適宜固定手段を採用できるが、本例では、第１ロータ３ｂの中心部がドライブシャフト５にスプライン結合されており、前述したドライブシャフト５を軸支するベアリング１１により固定されている。また第１ロータ３ｂの外周面には公知のモータと同様に永久磁石３ｃが固定されている。さらに第１ロータ３ｂは図示のように回転−直動変換機構１３（詳細は後述する）を収納できるスペースを形成するために、外周側の断面が略コ字状をしており、そのコ字状内に回転−直動変換機構１３が収納できるようになっている。

第２モータ４の第２ロータ４ｂは、全体が円形をしており第２モータ４のステータ４ａの内周側に配置されている。第２ロータ４ｂの外周面には、第１ロータ３ｂと同様に永久磁石４ｃが固定されている。また第２ロータ４ｂには回転−直動変換機構１３を支持する突出面４ｄが形成されており、この突出面４ｄと、第１ロータ３ｂに形成した前記コ字状部との間に前述した回転−直動変換機構１３が配置される。
第１ロータ３ｂと第２ロータ４ｂとは、それぞれの外周部において弾性部材（コイルスプリング）１４により結合されている。このコイルスプリング１４は第１、第２ロータ３ｂ、４ｂを軸方向において当接面Ｋで当接する方向に、また、相対的に回転させて前記回転−直動変換機構１３が非作動の方向となるように付勢されており、バネ定数の高いコイルスプリング１４として構成されている。ここで当接面Ｋは回転−直動変換機構の嵌合状態にかみ込みなどの不具合がおきないようストッパとしての役目を果たす。なお、このコイルスプリング１４の代わりに、同様の機能を有する引張スプリング等他の形態の弾性材を使用することも可能である。
第２ロータ４ｂの内周端面には図示のように断面が略Ｌ字状をしたブレーキディスク押圧体４ｅが適宜固定手段で固定されている。本例ではブレーキディスク押圧体４ｅに第２ロータ４ｂの中心部が圧入され固定されている。

（ブレーキディスク押圧体４ｅ）
ブレーキディスク押圧体４ｅはその中心部において、中心部外周が外ベアリングによって第２ケース１ｂに、また中心部内周が内ベアリングによってドライブシャフト５に軸支持されている。即ち、ブレーキディスク押圧体４ｅは、前記内、外ベアリングによりドライブシャフト５と第２ケース１ｂとの間で回転自在、かつ、ドライブシャフト５の軸方向へ移動可能に支持されている。ブレーキディスク押圧体４ｅの外周側のブレーキディスク６ａに対向する面には摩擦材１０ｂが取りつけられている。また、第３ケース１ｃの内面には第３ケース１ｃと一体的に摩擦材１０ａが成型されるか（現行ブレーキパッドにおけるプレッシャプレートが今回の第３ケース１ｃに相当する）、若しくは取り外し可能（現行ブレーキパッドのように）としながら、トルクアンカを第３ケース１ｃ内に持つような構成により摩擦材１０ａを保持する。
なお、ブレーキディスク押圧体４ｅとブレーキディスク６ａは、制動前は共に回転しているので、摩擦材１０ｂには基本的に制動力は発生せず、摩擦材１０ａにて行われる。よって、摩擦材１０ｂの厚さ、面積は摩擦材１０ａよりも少なくてよい。

（回転−直動変換機構１３１３）
第１ロータ３ｂと第２ロータ４ｂとの間に介在させる回転−直動変換機構１３は、第１ロータ３ｂと第２ロータ４ｂとが互いに相対回転すると、その回転により、第２ロータ４ｂが軸方向に移動する機能を有する機構である。例えば、図１の例では、第１ロータ３ｂと第２ロータ４ｂに形成したネジ状の溝にボールを介在させた構成（ボールネジ機構）となっており、この構成によりドライブシャフト５側に固定されている第１ロータ３ｂ（ナット側）に対して、ドライブシャフト５に対して回転自在に保持されている第２ロータ４ｂ（スクリュ側）が相対的に回転すると、第２ロータ４ｂのみが前記ネジ状溝の作用によりドライブシャフト５の軸方向に移動できる作用をなす。なお、ナットとネジの関係は上記とは逆でも良いことは当然である。

この回転−直動変換機構１３としては、他にも図３に示すようなボールランプ機構、図４に示す台形ネジ等を採用することができる。なお図３、図４中の符号は図１中の符号と同じ部材を示す。
図３に示すボールランプ機構は、第１ロータ３ｂと第２ロータ４ｂとの対向面に深さが次第に浅くなる溝を逆方向に形成し、その溝内にボールを配置した構成となっている。この構成により、第１ロータ３ｂに対して第２ロータ４ｂが相対的に回転すると、介在されているボールは第１、第２ロータ３ｂ、４ｂに形成した溝の浅い方に位置することになり、この結果、第２ロータ４ｂが第１ロータ３ｂから離れる方向に軸方向に移動するものである。なお、ボールランプ機構においては、図３の如く当接面Ｋを有する必要がない。図示しない対向面内の溝にあるボールが所定以上には戻り方向に作動不能とする壁が、当接面としての役割を果たしている。またこの機構そのものについては周知であり、さらなる詳細な説明は省略する。

図４に示す台形ネジは、第１、第２ロータ３ｂ、４ｂに形成した台形ネジを螺合させておき、第１ロータ３ｂに対して第２ロータ４ｂが相対的に回転すると、ネジの作用により第２ロータ４ｂが第１ロータ３ｂから離れるように軸方向に移動するものである。なおこの機構についても周知である。さらなる詳細な説明は省略する。

（ホイールモータ部）
第１、第２モータ３、４の第１、第２ステータ３ａ、４ａは、周知のようにコアとコイルとからなり、ワイヤーハーネスから供給される電力をコイルに通電することで、対応する第１、第２ロータ３ｂ、４ｂが電磁気的な力により回転させられる。
コイルヘの通電タイミングは、図示しないロータ位置センサ（エンコーダ・レゾルバ）等の信号を利用しておこなう。
図中、符号１６で示す部材はシールである。

上記構成からなる摩擦ブレーキ付きの車両用ホイールモータの作動を説明する。
（モード１：回生制動時）
本モードの回生制動時は、第２ロータ４ｂは、コイルスプリング１４によって軸方向を第１ロータ３ｂ方向に且つ回転方向を回転ー直動変機構が初期位置（非作動）になる方向に常に付勢され、当接面Ｋによって第１ロータ３ｂと接触しており、両者は一体的に結合されている。この状態で第１モータ３のみ回生トルクを発生させるよう制御する。具体的にはタイヤの回転力がホイール７→ドライブシャフト５を介して第１ロータ３ｂに伝わると、第１ステータ３ａ部のコイルに発電電力が発生し、その電力を図示しないコントローラを介しバッテリやキャパシター等へ戻すことにより回生トルクが発生する。第２モータ４は無制御とし、第２ロータ４ｂはコイルスプンリング１４の力により第１ロータ３ｂに連れ回り回転させられる。第２ロータ４ｂはトルクを発生しないので、回転−直動変換機構１３は初期位置（非作動）の状態を保つ。よってブレーキディスク押圧体４ｅに取り付けた摩擦材１０ｂとブレーキディスク６ａは離間された状態であり、摩擦制動は発生しない。第２モータ４はその電源線がオープン（どこにも繋がらない状態）であり、電流が流れない。なお、このモードはバッテリやキャパシター等の充電状態によって回生トルクが発生する容量に制限が生じるので緩制動までが可能である。ブレーキペダルの解放等により回生制動状態が解除されると制動が解除される。

（モード２：回生制動＋摩擦制動）
このモード２には以下の（２−１）、（２−２）の２つの方法がある。 ２−１：回生制動＋摩擦制動
第１モータ３は、モード１と同様の原理にて回生制動が実施される。一方、摩擦制動としては、図示しないエンコーダ等を用いたロータ角度の制御により、第１ロータ３ｂおよび第２ロータ４ｂの各々の相対回転角度θをコントロールする（図６参照）。具体的には、第２ロータ４ｂは第１ロータ３ｂよりも角度θだけ遅く回転させられるので、回転−直動変換機構１３の作用により第２ロータ４ｂは第１ロータ３ｂから離間する方向に動く（図２参照）。よって第２ロータ４ｂと一体的に繋がるブレーキディスク押圧体４ｅが図１中右方向に回転しながら動く為、摩擦材１０ｂをブレーキディスク６ａ方向に押しつけ、さらにブレーキディスク６ａをブレーキディスクガイド６の外周に形成したスプライン上をドライブシャフト５の軸方向に摺動させ、ブレーキディスク６ａを対向する摩擦材１０ａとともに挟持し摩擦ブレーキ力を発生する。このモードは、第２モータ４に投入する電力の容量以外には制限がなく、急制動まで可能となる。また第２モータ４は第２ロータ４ｂが第１ロータ３ｂから離間するまでトルクはマイナス方向、その後その場所を維持するように角度θの微調整が繰り返される。ブレーキペダルの解放等により、第２ロータ４ｂはコイルスプリング１４の作用により初期状態に復帰し、第１モータ３による回生制動は解除され、且つロータ角度の制御による摩擦制動も解除される。
２−２：回生制動＋逆転制動＋摩擦制動
回生制動はモード１と同様の原理である。一方、逆転制動、摩擦制動としては、第２モータ４の回転トルクをマイナス方向ヘコントロールする。
第２ロータ４ｂは第１ロータ３ｂに対してコイルスプリング１４のスプリング力により当接する方向へ付勢されているので、第２モータ４のトルクがゼロの時は、第１モータ３のロータ３ｂに連れまわって回転している。ここで、第２モータ４に対しマイナス方向へトルクを発生させると、逆転制動のほかに、回転−直動変換機構１３の作動により上記と同様の原理で摩擦ブレーキ力を発生する。このモードも、第２モータ４に投入する電力の容量以外に制限がなく、急制動まで可能となる。ブレーキペダルの解放等により第２ロータ４ｂはコイルスプリング１４の作用により初期状態に復帰し、全ての制動が解除される。

（モード３：逆転制動＋摩擦制動）
モード２−２では、第１モータ３は回生制動の制御を行ったが、本モードでは第１モータ３を無制御とし、第２モータ４はそれ自身にマイナス方向へトルクを発生させることで得られる逆転制動と、第２ロータ４ｂを第１ロータ３ｂに対して離間させることによる回転−直動変換機構１３の作用により前述したように摩擦制動力発生の双方の機能を発揮する。ブレーキペダルの解放等により第２ロータ４ｂはコイルスプリング１４の作用により初期状態に復帰し、制動が解除される。

（モード４：摩擦制動のみ）
本モードは停車を維持する摩擦ブレ−キを想定している。
第２モータ４にマイナス方向へトルクを発生させ、回転−直動変換機構１３の作用により第２ロータ４ｂを第１ロータ３ｂに対して離間させることで摩擦ブレーキ力を発生する。この時、第１モータ３を無制御の状態にしてしまうと、第２モータ４のマイナス方向へのトルクによる逆転制動の力が摩擦ブレーキ力より大きくなり、車両自体が後進方向に動いてしまうので、これを防ぐ為に第１モータ３には第２モ−タ４とは反対方向のプラス方向へのトルクを発生させ、バランスをとり車両が動かないようにする。ブレーキペダルの解放等により、第２ロータ４ｂはコイルスプリング１４の作用により初期状態に復帰し制動が解除される。

（モード５：力行（駆動）のみ）
力行時は、第１、第２モータ３、４ともにプラス方向へのトルクを発生させて、力行させる。回転−直動変換機構１３は、非作動の状態に付勢され、第１、第２ロータ３ｂ、４ｂは当接面Ｋで接触し、一体的に回転することになる（図５参照）。駆動トルクは第１、第２モータ３、４のトルクを加算した量となる。

（モード６：力行＋摩擦制動）
本モードは坂道発進補助時等を想定している。
第１モータ３はプラス方向にトルクを発生させ、第２モータ４はそれよりも絶対値の小さいマイナス方向へのトルクを発生させる。力行トルクは（第１モータ３のプラス方向へのトルク−第２モータ４のマイナス方向へのトルク）となり、坂道発進時のスムーズな力行が可能となる。 なお、本モードにて『第１モータ３のプラス方向へのトルク＝第２モータ４のマイナス方向へのトルクの絶対値』となったときが、車両に前進にも後進にもトルクが働かないので、モード４に相当する。ブレーキペダルの解放等により第２ロータ４ｂはコイルスプリング１４の作用により初期状態に復帰し、制動が解除される。

上記モードに対応した各種の作動状態をまとめたものを図７に示す。なお、図表中のモータＡ、モータＢは上記実施例の説明中で使用した第１モータ３、第２モータ４に対応している。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、第１モータ３、第２モータ４のロータ３ｂ、４ｂの形状、第１ロータ３ｂ、第２ロータ４ｂを結合するスプリングの形状等は設計時に自由に選択できるものであり、例示したものに限定されることはない。また、各モータの制御は、コンピュータからの指示により行うことができる。
さらに、本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいかなる形でも実施できる。そのため、前述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解釈してはならない。

本発明は、ホイールモータを搭載した電気自動車、燃料電池車、ハイブリッド車、二輸車、汎用機（カート等）、産業機械等に利用できる。

第１実施例としての車両用ホイールモータの半断面図である。 摩擦ブレーキ作動時の車両用ホイールモータの半断面図である。 第２実施例としての車両用ホイールモータの半断面図である。 第３実施例としての車両用ホイールモータの半断面図である。 第１ロータ３ｂと第２ロータ４ｂの通常位置を示す図である。 第１ロータ３ｂと第２ロータ４ｂの摩擦ブレーキ作動時位置を示す図（図５に対応する断面図）である。 本発明に係る車両用ホイールモータの制御モードを表にしたものである。

符号の説明

１ モータケーシング
１ａ 第１ケース
１ｂ 第２ケース
１ｃ 第３ケース
２ モータ室
３ 第１モータ
３ａ 第１ステータ
３ｂ 第１ロータ
３ｃ 永久磁石
４ 第２モータ
４ａ 第２ステータ
４ｂ 第２ロータ
４ｃ 永久磁石
４ｅ ブレーキディスク押圧体
５ ドライブシャフト
６ ブレーキディスクガイド
６ａ ブレーキディスク
７ ホイール
８ タイヤ
９ ボルト／ナット
１０ａ 摩擦材
１０ｂ 摩擦材
１１ ベアリング
１２ ボルト
１３ 回転−直動変換機構
１４ コイルスプリング
１５ キャップ
Ｋ ロータ当接面

Claims (18)

1. 車体側に取り付けるモータケーシングと、前記モータケーシング内に形成したモータ室と、前記モータ室に配置された独立制御可能な第１、第２モータと、前記モータケーシングに対して回転自在に支持されたドライブシャフトとを備え、前記第１、第２モータはそれぞれステータとロータから成り、各ステータはモータケーシングの内壁に固定され、第１モータ側のステータの内周側において第１ロータが前記ドライブシャフトに固定され、第２モータ側のステータの内周側において第２ロータが前記ドライブシャフトに回転自在および軸方向に移動可能に支持され、前記両ロータ間は回転−直動変換機構を介して連結され、前記ドライブシャフトに回転自在に支持された第２ロータには摩擦材を備えたブレーキディスク押圧体が一体に結合され、前記第１、第２ロータの相対的な回転により前記回転−直動変換機構を介して前記第２ロータをドライブシャフトの軸方向に移動することにより、同ロータと結合されたブレーキディスク押圧体を軸方向に移動し、前記ブレーキディスク押圧体に設けた摩擦材を前記ブレーキディスクに押圧することを特徴とする車両用ホイールモータ。
2. 前記ブレーキディスク押圧体に設けた摩擦材に対向して、前記ブレーキディスクを挟んだモータケーシング側に摩擦材を配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用ホイールモータ。
3. 前記ブレーキディスクの内周側に、そのブレーキディスクを摺動可能に結合するとともに前記ドライブシャフトに固定されたブレーキディスクガイドを備え、前記ブレーキディスクが前記ブレーキディスク押圧体に設けた摩擦材から押圧されることにより前記ブレーキディスクガイドに沿ってドライブシャフトの軸方向に摺動し、前記モータケーシング側の摩擦材と挟持してブレーキ作動を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用ホイールモータ。
4. 前記ブレーキディスクは前記ブレーキディスクガイドにスプラインで摺動可能に結合されていることを特徴とする請求項３に記載の車両用ホイールモータ。
5. 前記第１、第２ロータは弾性部材により弾性的に結合していることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の車両用ホイールモータ。
6. 前記弾性部材は、第１、第２ロータ同士を相対的に回転させて軸方向に近づけ、回転−直動変換機構が非作動になるように付勢することを特徴とする請求項５に記載の車両用ホイールモータ。
7. 前記回転−直動変換機構は、ボールネジ、ボールランプ、ネジ機構のいずれか一つであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の車両用ホイールモータ。
8. 前記ブレーキディスク押圧体は、外周を前記モータケーシングに、内周をドライブシャフトに、回転方向、軸方向ともに移動自在に保持されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の車両用ホイールモータ。
9. 前記ブレーキディスク押圧体は第２ロータに対して、圧入により結合されていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の車両用ホイールモータ。
10. 前記第１ロータは、ドライブシャフトに対してスプライン結合されており、さらに軸方向をドライブシャフトに形成した端面とベアリングとによって挟持され、抜け止めボルトにより係止されて第１ロータの軸方向移動が規制されていることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の車両用ホイールモータ。
11. 請求項１〜請求項１０に記載の車両用ホイールモータにおいて、摩擦制動力のコントロールが、二つのモータのうちの片方の回転トルク（第２モータのマイナス方向へのトルク）をコントロールすることで実現するようにしたことを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法。
12. 請求項１〜請求項１０に記載の車両用ホイールモータにおいて、前記摩擦による制動力のコントロールが、第１、第２モータの第１、第２ロータの相対角度差のコントロールで行うようにしたことを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法。
13. 請求項１〜請求項１０に記載の車両用ホイールモータにおいて、第１モータのみを回生制動として使用することを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法。
14. 請求項１〜請求項１０に記載の車両用ホイールモータにおいて、第１、第２モータのコントロールにより、摩擦ブレーキ力と回生ブレーキ力とを同時にコントロールすることを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法。
15. 請求項１〜請求項１０に記載の車両用ホイールモータにおいて、第２モータのみをコントロールすることで、モータを逆転させるトルクによるブレーキ力と摩擦ブレーキ力を同時にコントロールすることを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法。
16. 請求項１〜請求項１０に記載の車両用ホイールモータにおいて、第１、第２モータのコントロールにより、摩擦ブレーキ力のみをコントロールすることを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法。
17. 請求項１〜請求項１０に記載の車両用ホイールモータにおいて、第１、第２モータのトルクを双方力行用として使用することを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法。
18. 請求項１〜請求項１０に記載の車両用ホイールモータにおいて、第２モータのコントロールにより、摩擦ブレーキ力と力行トルクとを同時にコントロールすることを特徴とする車両用ホイールモータの制御方法。
    

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