JP2005075189A

JP2005075189A - インホイールモータシステム

Info

Publication number: JP2005075189A
Application number: JP2003309281A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Abe; 明彦阿部; Kazumasa Hagiwara; 和将萩原; Masaru Masaoka; 賢正岡
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2003-09-01
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】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。
【解決手段】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、タイヤの最大径の部分からタイヤの中心に向かって幅が広がっていき、その端部において最大幅となる拡幅部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、かつ、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に設定するようにした。
【選択図】図１

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。

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）。
特許第２６７６０２５号公報（第２頁、第１図）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ｍ_１がタイヤの接地面と弾性体ｋ_１及びダッシュポットｃ_１により結合され、上記バネ下質量ｍ_１とバネ上質量ｍ_２とが弾性体ｋ_２及びダッシュポットｃ_２により結合された振動モデルにおいて、上記バネ下質量ｍ_１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ｍ_３が、互いに並列に配置された、弾性体ｋ_３、及び、弾性体ｋ_４とダッシュポットｃ_４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ｍ_３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。

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。

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。

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ある。本最良の形態に係る改良扁平タイヤの概略構成を示す図である。本最良の形態に係る改良扁平タイヤの動作を示す図である。本発明の最良の形態２に係るインホイールモータシステムの構成を示す図である。本最良の形態２に係る緩衝装置の一構成例を示す図である。本最良の形態２に係る動力伝達機構の一構成例を示す図である。本最良の形態２に係るインホイールモータシステムにおける車両振動モデルを示す図である。実施例で使用したインホイールモータシステムにおけるタイヤ、ホイール及びインホールモータの諸元と車両走行試験結果を示す図である。従来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

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。

Claims

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インホイールモータシステム。
上記装着されるタイヤの扁平率を４０％以下と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。
上記扁平率を３５％以下としたことを特徴とする請求項２に記載のインホイールモータシステム。
上記タイヤとして、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。
上記タイヤとして、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。
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ことを特徴とする請求項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。
上記絞り部が水平部分を有する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。
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。
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るようにした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インホイールモータシステム。
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ことを特徴とする請求項９に記載のインホイールモータシステム。