JP4306459B2 - 車輪支持装置 - Google Patents

Description

この発明は、車輪支持装置に関し、特に、バネ下の振動を相殺可能な車輪支持装置に関するものである。

従来のインホイールモータ駆動方式として、中空モータをモータサスペンションによって支持したものが知られている（非特許文献１）。中空モータは、車輪のホイールに連結されており、ホイールを回転させる。モータサスペンションは、スプリングとダンパーとからなり、中空モータは、スプリングおよびダンパーによって車両の上下方向に振動可能に支持され、バネ下重量から切離される。そして、ホイールは、サスペンションアームによって車両に支持される。このインホイールモータ駆動方式においては、車輪が振動すると、中空モータは、車輪の振動をホイールを介して受け、スプリングおよびダンパーによってバネ下の振動を相殺するように車両の上下方向に振動する。
特開平１１−１７０８３１号公報 特開平７−８１４３０号公報 長屋 豪、若尾 泰通、阿部 明彦，"ダイナミックダンパ型インホイールモータの開発"，社団法人 自動車技術会，２００２年１１月２６日，学術講演会前刷集 No. 83-02，ｐ９−１２

しかし、従来のインホイールモータ駆動方式においては、中空モータは、スプリングおよびダンパーによって車両の上下方向に振動可能に支持されているため、中空モータを車両の上下方向に振動させるための部品数が多くなるという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、少ない部品数によってバネ下の振動を相殺可能な車輪支持装置を提供することである。

この発明によれば、車輪支持装置は、サスペンションアームと、回転支持部材と、弾性体とを備える。サスペンションアームは、一方端が車体の上下方向に回動可能に車体に固定される。回転支持部材は、サスペンションアームに連結され、車輪のホイールを回転可能に支持する。弾性体は、ホイール内に設けられたインホイールモータを、車体およびホイールに対して車体の上下方向に振動可能に支持する略板状形状からなる。

好ましくは、弾性体は、一方端が回転支持部材に連結され、他方端がインホイールモータに連結される。

好ましくは、弾性体は、その幅方向が車体の前後方向になるように配置される。

好ましくは、弾性体は、インホイールモータの略重心位置に連結される。

好ましくは、弾性体は、板バネである。

好ましくは、弾性体は、多層構造からなる板バネである。

この発明による車輪支持装置は、車体の上下方向に振動可能にインホイールモータを支持する弾性体を備えるので、車体の上下方向への車輪の振動は、単体の弾性体によってインホイールモータの上下方向への振動に変換される。

したがって、この発明によれば、部品数を少なくしてバネ下の振動を相殺できる。

また、この発明による車輪支持装置においては、弾性体は、その幅方向が車体の前後方向になるように配置されるので、弾性体は、車体の前後方向に振動し難い。その結果、弾性体は、車輪の回転によって生じるインホイールモータ自体の回転力に対抗する。

したがって、この発明によれば、車輪の回転によるインホイールモータ自体の回転を抑制できる。

さらに、この発明による車輪支持装置においては、弾性体は、インホイールモータの重心付近に連結される。

したがって、この発明によれば、インホイールモータを安定して支持できる。

さらに、この発明による車輪支持装置においては、弾性体は、多層構造からなる板バネであるので、車体の上下方向への車輪の振動は、その位相が遅延されて車体の上下方向へのインホイールモータの振動に変換される。

したがって、この発明によれば、車輪の振動を十分に減衰できる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による車輪支持装置およびそれによって支持される電動輪の概略断面図である。図１を参照して、電動輪１００は、ホイールディスク１０と、ホイールハブ２０と、等速ジョイント３０と、ブレーキロータ４０と、ブレーキキャリパ５０と、インホイールモータＩＷＭと、タイヤ２５０とを備える。

インホイールモータＩＷＭは、ケース６０と、シャフト１１０とを有する。また、インホイールモータＩＷＭは、モータと、プラネタリギヤと、オイルポンプと、オイル通路とを含む。モータ、プラネタリギヤ、オイルポンプおよびオイル通路は、ケース６０に収納されているため、図１においては図示されていない。

また、車輪支持装置２００は、ボールジョイント１６０，１７０と、ナックル１８０と、弾性体１９０と、アッパーアーム２１０と、ロアアーム２２０と、ショックアブソーバ２３０とを含む。

ホイールディスク１０は、略カップ型形状を有し、ディスク部１０Ａとリム部１０Ｂとからなる。そして、ホイールディスク１０は、ホイールハブ２０、ブレーキロータ４０、ブレーキキャリパ５０、およびインホイールモータＩＷＭを収納するようにしてもよい。ホイールディスク１０は、ディスク部１０Ａをネジ１，２によってホイールハブ２０に締結することによりホイールハブ２０と連結される。ホイールハブ２０は、等速ジョイント３０を内蔵し、その内蔵した等速ジョイント３０を介してインホイールモータＩＷＭのシャフト１１０に連結される。そして、ホイールハブ２０は、ハブベアリング１１，１２によってナックル１８０に回転自在に支持される。

等速ジョイント３０は、インナー３１と、ボール３２とを含む。インナー３１は、シャフト１１０に嵌合される。ボール３２は、シャフト１１０の回転軸方向に設けられたホイールハブ２０の溝とインナー３１の溝とに噛合っており、シャフト１１０の回転に伴ってホイールハブ２０を回転させる。また、ボール３２は、ホイールハブ２０およびインナー３１に設けられた溝に沿ってシャフト１１０の回転軸方向に移動可能である。

ブレーキロータ４０は、内周端がネジ３，４によってホイールハブ２０の外周端に固定され、外周端がブレーキキャリパ５０内を通過するように配置される。ブレーキキャリパ５０は、ナックル１８０に固定される。そして、ブレーキキャリパ５０は、ブレーキピストン５１と、ブレーキパッド５２，５３とを含む。ブレーキパッド５２，５３は、ブレーキロータ４０の外周端を挟み込む。

開口部５０Ａからブレーキオイルが供給されると、ブレーキピストン５１は、紙面右側へ移動し、ブレーキパッド５２を紙面右側へ押す。ブレーキパッド５２がブレーキピストン５１によって紙面右側へ移動すると、それに応答してブレーキパッド５３が紙面左側へ移動する。これにより、ブレーキパッド５２，５３は、ブレーキロータ４０の外周端を挟み込み、電動輪１００にブレーキがかけられる。

ケース６０は、ホイールハブ２０の紙面左側に配置される。そして、ケース６０は、シャフト１１０と、図示省略されたモータ、プラネタリギヤ、オイルポンプおよびオイル通路とを収納する。

シャフト１１０は、一方端がプラネタリギヤに連結されており、他方端が等速ジョイント３０のインナー３１にスプライン嵌合され、ベアリング（図示せず）によって回転自在に支持される。

ケース６０に収納されたモータは、ステータコアと、ステータコイルと、ロータとからなり、ステータコイルに電流が流されることによってロータが回転し、所定のトルクを出力する。そして、プラネタリギヤは、モータの回転速度を減速し、モータから出力されたトルクを大きくしてシャフト１１０に伝達する。シャフト１１０は、プラネタリギヤから伝達されたトルクによって、等速ジョイント３０を介して所定の回転数でホイールハブ２０およびホイールディスク１０を回転する。このように、インホイールモータＩＷＭは、ホイールディスク１０に収納され、所定のトルクによってホイールハブ２０およびホイールディスク１０を所定の回転数で回転する。これにより、電動輪１００は、所定の回転数で回転する。そして、インホイールモータＩＷＭの駆動中、インホイールモータＩＷＭに内蔵されたオイルポンプは、オイル溜に溜まったオイルをオイル通路を介して汲み上げ、その汲み上げたオイルをモータのステータコイル、プラネタリギヤおよびベアリング等に供給し、ステータコイルを冷却するとともにプラネタリギヤおよびベアリングを潤滑する。

タイヤ２５０は、ホイールディスク１０のリム部１０Ｂの外縁に固定される。

ナックル１８０（１８０ａ）は、一方端がボールジョイント１６０に連結され、他方端がハブベアリング１１，１２を介してホイールハブ２０に連結される。ナックル１８０（１８０ｂ）は、一方端がボールジョイント１７０に連結され、他方端がハブベアリング１１，１２を介してホイールハブ２０に連結される。これによって、ナックル１８０（１８０ａ，１８０ｂ）は、ホイールハブ２０およびホイールディスク１０を回転可能に支持する。

弾性体１９０（１９０ａ）は、一方端がナックル１８０（１８０ａ）に連結され、他方端がネジ５によってインホイールモータＩＷＭのケース６０に連結される。弾性体１９０（１９０ｂ）は、一方端がナックル１８０（１８０ｂ）に連結され、他方端がネジ６によってインホイールモータＩＷＭのケース６０に連結される。

領域７は、インホイールモータＩＷＭの重心位置が存在する領域である。したがって、より詳細には、弾性体１９０ａ，１９０ｂは、インホイールモータＩＷＭの重心位置が存在する領域７の近傍にそれぞれネジ５，６によって連結される。すなわち、弾性体１９０は、一方端がナックル１８０に連結され、他方端がインホイールモータＩＷＭの略重心位置に連結される。これによって、弾性体１９０は、車体の上下方向ＤＲ１からインホイールモータＩＷＭを支持する。

アッパーアーム２１０およびロアアーム２２０は、車体の上下方向ＤＲ１に配置される。アッパーアーム２１０は、一方端がボールジョイント１６０に連結され、他方端が車体の上下方向ＤＲ１に回動可能に車体に固定される。ロアアーム２２０は、一方端がボールジョイント１７０に連結され、他方端が車体の上下方向ＤＲ１に回動可能に車体に固定される。また、ロアアーム２２０は、ショックアブソーバ２３０を介して車体に連結される。これにより、電動輪１００は、車体に懸架される。

このように、アッパーアーム２１０およびロアアーム２２０は、車体の上下方向ＤＲ１からそれぞれボールジョイント１６０，１７０を介してナックル１８０に連結される。

アッパーアーム２１０およびロアアーム２２０は、車体の上下方向ＤＲ１に回動自在に車体に固定され、ロアアーム２２０は、ショックアブソーバ２３０を介して車体に連結されるので、アッパーアーム２１０、ロアアーム２２０およびショックアブソーバ２３０は、サスペンションとして機能する。そして、アッパーアーム２１０およびロアアーム２２０は、「サスペンションアーム」を構成する。

図２は、図１に示す弾性体１９０の斜視図である。図２を参照して、弾性体１９０は、複数の鉄板１９１〜１９ｎ（ｎは自然数）からなる。鉄板１９１は、平坦部１９１Ａ，１９１Ｂと、傾斜部１９１Ｃとからなる。そして、傾斜部１９１Ｃは、２つの平坦部１９１Ａ，１９１Ｂ間に配置され、２つの平坦部１９１Ａ，１９１Ｂに連結される。また、平坦部１９１Ａ，１９１Ｂは、車体の上下方向ＤＲ１に段差を形成し、その段差に相当する間隔で配置された２つの平面に略平行に設けられる。したがって、鉄板１９１は、車体の上下方向ＤＲ１に段差が形成されるように屈曲した構造からなる。

鉄板１９２〜１９ｎの各々は、鉄板１９１と同じ構造からなる。そして、弾性体１９０は、複数の鉄板１９１〜１９ｎを車体の上下方向ＤＲ１に積層した構造からなる。したがって、弾性体１９０は、車体の上下方向ＤＲ１に段差が形成されるように屈曲した構造からなり、略板状形状を有する。そして、弾性体１９０は、車体の上下方向ＤＲ１に段差が形成されるように屈曲した構造からなるので、車体の上下方向ＤＲ１においてバネ定数ｋ１を有するバネとして機能する。また、弾性体１９０は、略板状形状を有するので、上下方向ＤＲ１に垂直な車体の前後方向ＤＲ２においてバネ定数ｋ１よりも大きいバネ定数ｋ２を有するバネとして機能する。

このように、弾性体１９０は、略板状形状からなる板バネである。また、弾性体１９０は、多層構造からなる板バネである。

弾性体１９０は、平坦部１９１Ａ側において幅Ｗ１を有し、平坦部１９１Ｂ側において幅Ｗ２を有する。そして、弾性体１９０（１９０ａ）は、平坦部１９１Ａ側がインホイールモータＩＷＭのケース６０に連結され、平坦部１９１Ｂ側がナックル１８０（１８０ａ）に連結される。また、弾性体１９０（１９０ｂ）は、平坦部１９１Ａ側がナックル１８０（１８０ｂ）に連結され、平坦部１９１Ｂ側がケース６０に連結される。

幅Ｗ１，Ｗ２は、相互に略等しくなるように決定されてもよく、相互に異なるように決定されてもよい。幅Ｗ１，Ｗ２が相互に異なるように決定される場合、ナックル１８０（１８０ａ）に連結される弾性体１９０（１９０ａ）においては、幅Ｗ１が幅Ｗ２よりも広くなるように決定され、ナックル１８０（１８０ｂ）に連結される弾性体１９０（１９０ｂ）においては、幅Ｗ２が幅Ｗ１よりも広くなるように決定される。つまり、弾性体１９０においては、インホイールモータＩＷＭのケース６０に連結される平坦部側の幅がナックル１８０に連結される平坦部側の幅よりも広くなるように幅Ｗ１，Ｗ２が決定される。これによって、後述するように、電動輪１００の回転によるインホイールモータＩＷＭ自体の回転が抑制され易くなる。

図３は、図１に示すＡ方向から見た電動輪１００および車輪支持装置２００の平面図である。なお、図３においては、アッパーアーム２１０、ロアアーム２２０およびショックアブソーバ２３０は省略されている。

図３を参照して、弾性体１９０は、上述したようにインホイールモータＩＷＭのケース６０に固定されている。この場合、弾性体１９０は、その幅方向が車体の前後方向ＤＲ２になるように配置される。そして、電動輪１００は、インホイールモータＩＷＭから出力されるトルクによって回転されるので、電動輪１００の回転方向ＤＲ３への回転に伴って、回転方向ＤＲ３と反対の回転方向ＤＲ４に回転しようとする回転反力がインホイールモータＩＷＭに生じる。

しかし、弾性体１９０は、その幅方向が車体の前後方向ＤＲ２になるように配置されるので、インホイールモータＩＷＭに生じる回転反力に対抗してインホイールモータＩＷＭが回転方向ＤＲ４へ回転するのを抑制する。特に、上述したように、インホイールモータＩＷＭ側における弾性体１９０の幅がナックル１８０側における弾性体１９０の幅よりも広くなるように弾性体１９０の幅を決定した場合、弾性体１９０は、インホイールモータＩＷＭに生じる回転反力に対抗してインホイールモータＩＷＭが回転方向ＤＲ４へ回転するのを抑制し易い。したがって、弾性体１９０が車体の前後方向ＤＲ２にバネとして機能する場合のバネ定数ｋ２は、弾性体１９０がインホイールモータＩＷＭに生じる回転反力に対抗してインホイールモータＩＷＭが回転方向ＤＲ４に回転するのを抑制するように決定される。すなわち、バネ定数ｋ２は、電動輪１００の回転トルクを考慮して決定される。

再び図１を参照して、弾性体１９０は、インホイールモータＩＷＭを車体の上下方向ＤＲ１に振動可能に支持する。すなわち、車両の走行中に、電動輪１００が路面状態等に応じて車体の上下方向ＤＲ１に振動を受けると、弾性体１９０は、ナックル１８０を介してホイールディスク１０から上下方向ＤＲ１の振動を受け、その受けた振動の位相を遅延させてインホイールモータＩＷＭを車体の上下方向ＤＲ１に振動させる。したがって、弾性体１９０が車体の上下方向ＤＲ１にバネとして機能する場合のバネ定数ｋ１は、ナックル１８０を介してホイールディスク１０から受けた振動の位相を遅延させてインホイールモータＩＷＭを車体の上下方向ＤＲ１に振動させるように決定される。すなわち、バネ定数ｋ１は、インホイールモータＩＷＭを重りとしたときのインホイールモータＩＷＭの質量を考慮して決定される。

車輪支持装置２００は、弾性体１９０をインホイールモータＩＷＭのケース６０に連結し、ボールジョイント１６０，１７０によってサスペンションアーム（アッパーアーム２１０およびロアアーム２２０）をナックル１８０に連結することにより、電動輪１００を車体に支持する。

すなわち、車輪支持装置２００は、アッパーアーム２１０、ロアアーム２２０およびナックル１８０によってホイールディスク１０およびホイールハブ２０を回転可能に支持し、アッパーアーム２１０、ロアアーム２２０、ナックル１８０および弾性体１９０によってインホイールモータＩＷＭを車体の上下方向ＤＲ１に振動可能に支持するとともに、電動輪１００の回転によってインホイールモータＩＷＭに生じる回転反力に対抗してインホイールモータＩＷＭが電動輪１００の回転方向と反対方向に回転するのを抑制する。

車両の走行中に、電動輪１００が路面状態等に応じて車体の上下方向ＤＲ１に振動を受けると、ダンパーマスとなるインホイールモータＩＷＭによって弾性体１９０は、車体の上下方向ＤＲ１にバネとして機能し、電動輪１００が受けた振動の位相を遅延させた上下方向ＤＲ１の振動をインホイールモータＩＷＭに発生させる。つまり、弾性体１９０は、電動輪１００の振動をその位相を遅延したインホイールモータＩＷＭの振動に変換する。そして、弾性体１９０は、電動輪１００が受けた振動をインホイールモータＩＷＭに相殺させる。そうすると、電動輪１００の振動は、アッパーアーム２１０およびロアアーム２２０を介して車体に伝達されにくくなる。

これにより、タイヤ２５０からのバネ下入力が緩和される。すなわち、ショックアブソーバ２３０によって吸収し切れない振動が吸収される。その結果、車両の乗り心地が向上する。

また、車両の走行中に、電動輪１００が回転方向ＤＲ３に回転すると、インホイールモータＩＷＭは、回転方向ＤＲ４に回転しようとする（図３参照）。そうすると、弾性体１９０は、電動輪１００の回転によって生じるインホイールモータＩＷＭの回転を抑制する。

このように、弾性体１９０は、電動輪１００の振動をその位相を遅延してインホイールモータＩＷＭを車体の上下方向ＤＲ１に振動させるとともに、電動輪１００の回転によって生じるインホイールモータＩＷＭの回転を抑制する。

そして、車輪支持装置２００においては、単一の弾性体１９０によって車体の上下方向ＤＲ１に振動可能にインホイールモータＩＷＭを支持するので、部品数を少なくしてバネ下の振動を相殺できる。

また、弾性体１９０は、インホイールモータＩＷＭの重心付近（図１の領域７）に連結されるので、インホイールモータＩＷＭを安定して支持できる。

さらに、弾性体１９０は、複数の鉄板１９１〜１９ｎを積層した多層板バネからなるので、車体の上下方向ＤＲ１への電動輪１００の振動を十分に減衰できる。

上記においては、弾性体１９０は、ナックル１８０ａ，１８０ｂの両方に連結されると説明したが、この発明においては、これに限らず、弾性体１９０は、ナックル１８０ａ，１８０ｂのいずれか一方に連結されていてもよい。すなわち、この発明においては、弾性体１９０は、ナックル１８０ａ，１８０ｂの少なくとも一方に連結されていればよい。

なお、ホイールディスク１０およびホイールハブ２０は、「ホイール」を構成する。

また、ナックル１８０ａ，１８０ｂは、「１対のナックル」を構成する。

さらに、ナックル１８０は、電動輪１００のホイール（ホイールディスク１０およびホイールハブ２０）を回転可能に支持する「回転支持部材」を構成する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、少ない部品数によってバネ下の振動を相殺可能な車輪支持装置に適用される。

この発明の実施の形態による車輪支持装置およびそれによって支持される電動輪の概略断面図である。 図１に示す弾性体の斜視図である。 図１に示すＡ方向から見た電動輪および車輪支持装置の平面図である。

符号の説明

１〜６ ネジ、７ 領域、１０ ホイールディスク、１０Ａ ディスク部、１０Ｂ リム部、１１，１２ ハブベアリング、２０ ホイールハブ、３０ 等速ジョイント、４０ ブレーキロータ、５０ ブレーキキャリパ、５０Ａ 開口部、５１ ブレーキピストン、５２，５３ ブレーキパッド、６０ ケース、１００ 電動輪、１１０ シャフト、１６０，１７０ ボールジョイント、１８０，１８０ａ，１８０ｂ ナックル、１９０，１９０ａ，１９０ｂ 弾性体、１９１〜１９ｎ 鉄板、１９１Ａ，１９１Ｂ 平坦部、１９１Ｃ 傾斜部、２００ 車輪支持装置、２１０ アッパーアーム、２２０ ロアアーム、２３０ ショックアブソーバ、２５０ タイヤ、ＩＷＭ インホイールモータ。

Claims (6)

1. 一方端が車体の上下方向に回動可能に前記車体に固定されるサスペンションアームと、
   前記サスペンションアームに連結され、車輪のホイールを回転可能に支持する回転支持部材と、
   前記ホイール内に設けられたインホイールモータを、前記車体および前記ホイールに対して前記車体の上下方向に振動可能に支持する略板状形状からなる弾性体とを備える車輪支持装置。
2. 前記弾性体は、一方端が前記回転支持部材に連結され、他方端が前記インホイールモータに連結される、請求項１に記載の車輪支持装置。
3. 前記弾性体は、その幅方向が前記車体の前後方向になるように配置される、請求項１または請求項２に記載の車輪支持装置。
4. 前記弾性体は、前記インホイールモータの略重心位置に連結される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車輪支持装置。
5. 前記弾性体は、板バネである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車輪支持装置。
6. 前記弾性体は、多層構造からなる板バネである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車輪支持装置。

Images