JP2005206140A

JP2005206140A - インホイールモータシステム

Info

Publication number: JP2005206140A
Application number: JP2004266559A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Suzuki; 康弘鈴木; Katsumi Tashiro; 勝巳田代
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2005-08-04
Also published as: EP1700733A4; US7422080B2; WO2005061255A1; US20070107959A1; EP1700733A1

Abstract

【課題】簡単な構成でモータの駆動トルクをホイールへ効率よく伝達させることができるとともに、組立が容易なフレキシブルカップリング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】モータ側プレート１１Ａと中間プレート１１Ｂとが、平面形状が略長方形の第１のゴム部材１２ａにより、連結方向とは直交する方向（Ｂ方向）に移動可能に連結され、上記中間プレート１１Ｂとホイール側プレート１１Ｃとが、上記第１のゴム部材１２ａと同様の第２のゴム部材１２ｂにより、上記Ｂ方向とは直交する方向（Ａ方向）に移動可能に連結された構成のフレキシブルカップリング１０により、インホイールモータとホイール（またはハブ）とを連結するようにした。
【選択図】図２

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。

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。
ところで、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が、従来のインホイールモータでは、モータの非回転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、回転部であるロータがホイールと一体に回転可能な構造となっているため、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、タイヤ接地力の変動が増大し、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（例えば、特許文献１〜３参照）。

そこで、上記のような問題を解決するため、図８に示すような、ステータ３Ｓを支持する非回転側ケース３ａを、直動ガイド５１を介して互いに車輌の上下方向に作動方向が限定され、かつ、車輌の上下方向に作動するバネ５２及びダンパー５３により結合された２枚のプレート５４，５５を備えた緩衝機構５０を介して、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、ロータ３Ｒを支持する回転側ケース３ｂとホイール２とを、ホイール２のラジアル方向に互いに偏心可能な駆動力伝達機構であるフレキシブルカップリング６０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（例えば、特許文献４参照）。

上記フレキシブルカップリング６０は、詳細には、図９に示すように、複数枚の中空円盤状のプレート６１Ａ〜６１Ｃと、隣接する上記プレート６１Ａ，６１Ｂ、及び、プレート６１Ｂ，６１Ｃ間を結合するとともに、上記隣接するプレート６１Ａ，６１Ｂ、及び、プレート６１Ｂ，６１Ｃを互いに円盤のラジアル方向に案内する直動ガイド６２Ａ，６２Ｂとを備えたもので、上記直動ガイド６２Ａ，６２Ｂとしては、例えば、図１０に示すように、上記プレート６１Ａ〜６１Ｃのラジアル方向に延長する凸部を有するガイドレール６２ｘと、上記プレート６１Ａ〜６１Ｃ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６２ｘに係合するガイド部材６２ｙと、上記ガイドレール６２ｘとガイド部材６２ｙ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６２ｘの凸部とガイド部材６２ｙの凹部との間に配設された複数の鋼球６２ｍとから構成される。
上記ガイドレール６２ｘ及びガイド部材６２ｙは、上記隣接するプレート６１Ａ，６１Ｂ、及び、プレート６１Ｂ，６１Ｃをそれぞれ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６２Ａ，６２Ｂ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。したがって、モータ３の回転側ケース３ｂを、上記フレキシブルカップリング６０を介して、ホイール２と結合させることにより、モータ３からの駆動トルクをホイール２に効率的に伝達することが可能となる。

このように、上記構成のインホイールモータシステムでは、モータ３を車輌の足回り部品に対してフローティングマウントして、モータ３自身をダイナミックダンパーのウエイトとして作用させることができるので、悪路走行時における接地性能、及び、乗り心地性能をともに向上させることができるとともに、上記フレキシブルカップリング６０により、モータ軸とホイール軸とがどの方向にも偏心可能に結合されるので、モータ３からホイール２へのトルクを効率よく伝達させることが可能となる。
特許第２６７６０２５号公報特表平９−５０６２３６号公報特開平１０−３０５７３５号公報ＷＯ０２／０８３４４６Ａ１

しかしながら、上記フレキシブルカップリング６０は、モータ３の駆動トルクをホイール２へ効率よく伝達させることはできるものの、連結部材として、部品点数が多くかつ高い組立精度が要求される直動ガイド６２Ａ，６２Ｂを用いているため、プレート６１Ａ〜６１Ｃへの組付作業に時間がかかることから生産性が低いだけでなく、上記直動ガイド６２Ａ，６２Ｂは高価であるため、装置がコスト高になるといった問題点があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成でモータの駆動トルクをホイールへ効率よく伝達させることができるとともに、組立が容易なフレキシブルカップリング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。

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において、モータロータとホイールまたはハブとを、ホイールまたはハブに連結されたホイール側プレートと、モータの回転側ケースに連結されたモータ側プレートと、上記２つのプレート間に配置された中間プレートと、上記ホイール側プレートと中間プレート、及び、上記中間プレートとモータ側プレートとを剛性の低い方向に移動可能にそれぞれ連結する第１及び第２の連結部材とを備えるとともに、上記第１及び第２の連結部材を、剛性の低い方向同士が互いに直交するように配置して成るカップリング機構により連結したことを特徴とするものである。

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、上記連結される２つのプレートを、上記プレート面の中心線に対して線対称な位置に配置された、少なくとも一対の連結部材により連結したものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のインホイールモータシステムにおいて、上記連結部材として、上記連結する２つのプレートの連結方向の長さが長いゴムまたは樹脂から成る連結部材を用いたものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のインホイールモータシステムにおいて、上記ホイール側プレートと中間プレート、及び、上記中間プレートとモータ側プレートにそれぞれピン部材を立設し、このピン部材同士をスチールコードまたはスチールワイヤを用いて連結したものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４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、上記連結部材を、上記連結する２つのプレートにそれぞれ取付ける際に、ベアリング、または、ゴムブッシュを介して取付けたものである。
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、上記連結部材を、上記連結する２つのプレートにそれぞれ取付ける際に、その連結方向に圧縮した状態で取付けたものである。

本発明によれば、モータロータとホイールまたはハブとを、ホイール側プレートと中間プレート、及び、中間プレートとモータ側プレートとを剛性の低い方向に移動可能にそれぞれ連結する、例えば、連結方向の長さが長い、したがって、連結方向では剛性が高く、それと直交する方向では剛性の低いゴム部材などのような、第１及び第２の連結部材とを備えるとともに、上記第１及び第２の連結部材を、剛性の低い方向同士が互いに直交するように配置して成る、構成が簡単で部品数の少ないカップリング機構により連結して、モータの駆動トルクをホイールに伝達させるようにしたので、組立が容易となり、作業効率を向上させることができる。
このとき、上記連結される２つのプレートを、上記プレート面の中心線に対して線対称な位置に配置された、少なくとも一対の連結部材により連結するようにすれば、不要な捩じれが発生することがないので、モータの回転力を確実に伝達させることができる。
また、上記第１及び第２の連結部材をベアリング、または、ゴムブッシュを介して上記プレートに取付けるようにすれば、カップリング機構の動きが滑らかになり、動力伝達効率を更に向上させることができる。
更に、上記第１及び第２の連結部材を、連結方向に圧縮した状態で上記プレートに取付けるようにすれば、プレート間のストロークを長く取ることができるので、大きな振動入力に対応できる。

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、本最良の形態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、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に固定されたステータ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に固定されたロータ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。
また、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は車軸６に結合されるナックル、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に装着されたブレーキディスクから成る制動装置、１０は回転側ケース３ｂとホイール２とを連結する、本発明によるラバーカップリングタイプのフレキシブルカップリング、５０はステータ３Ｓを支持する非回転側ケース３ａを車輌の足回り部品である上記ナックル５に対して弾性支持する、直動ガイド５１を介して互いに車輌の上下方向に作動方向が限定され、かつ、車輌の上下方向に作動するバネ５２及びダンパー５３により結合された２枚のプレート５４，５５を備えた緩衝機構である。

図２（ａ），（ｂ）は、上記フレキシブルカップリング１０の詳細を示す図で、モータ側プレート１１Ａに中間プレート１１Ｂ方向に突出するピン部材１３ａを、中間プレート１１Ｂにモータ側プレート１１Ａ方向に突出するピン部材１３ｂをそれぞれ４本ずつ取付け、上記各ピン部材１３ａ，１３ｂのそれぞれに第１の連結部材である、平面形状が略長方形の第１のゴム部材１２ａの両端部を装着して、モータ側プレート１１Ａと中間プレート１１Ｂとを連結する。このとき、上記４つのゴム部材１２ａを２つずつ左右対称になるように配置するとともに、その長さ方向を、同図のＡ方向に平行な方向としたときに、４つとも長さ方向が上記Ａ方向に平行な方向に取付けられるように、上記ピン部材１３ａ，１３ｂの位置を設定する。
また、上記中間プレート１１Ｂの上記ピン部材１３ｂが設けられた裏面側に、ホイール側プレート１１Ｃ方向に突出するピン部材１４ｂを、ホイール側プレート１１Ｃに上記中間プレート１１Ｂ方向に突出するピン部材１４ｃをそれぞれ４本ずつ取付け、上記各ピン部材１４ｂ，１４ｃのそれぞれに第２の連結部材である、平面形状が略長方形の第２のゴム部材１２ｂの両端部を装着して、中間プレート１１Ｂとホイール側プレート１１Ｃとを連結する。このとき、上記４つのゴム部材１２ｂを２つずつ上下対称になるように配置するとともに、その長さ方向を、同図のＡ方向に直角なＢ方向に平行な方向とし、かつ、４つとも長さ方向が上記Ｂ方向に平行な方向に取付けられるように、上記ピン部材１４ｂ，１４ｃの位置を設定する。

ゴム部材１２ａ，１２ｂを上記のように取付けることにより、ゴム部材１２ａ，１２ｂはその長さ方向（Ａ方向またはＢ方向）に固定されるので剛性が高く伸びにくいが、幅方向には固定されていないので剛性が低い。したがって、図２（ｂ）に示すように、第１のゴム部材１２ａにより連結されたモータ側プレート１１Ａと中間プレート１１Ｂとは、上記第１のゴム部材１２ａの長さ方向とは直交する、同図のＢ方向に移動可能となり、逆に、ホイール側プレート１１Ｃと中間プレート１１Ｂとは、上記第２のゴム部材１２ｂの長さ方向とは直交する、同図のＡ方向に移動可能となる。一方、上記ゴム部材１２ａ，１２ｂは上記プレート１１Ａ〜１１Ｃの回転方向では硬くなるので、モータ側プレート１１Ａとホイール側プレート１１Ｃとは全方向に移動可能となる。したがって、モータ軸と車輪軸とが偏心した場合でも、モータ３の回転をスムースにホイール２に伝達することができる。

なお、上記プレート１１Ａ〜１１Ｃとしては、同一形状のものを用いてもよいが、図２（ａ），（ｂ）に示すように、中間プレート１１Ｂの径を小さくするとともに、モータ側プレート１１Ａとホイール側プレート１１Ｃのリング幅を狭くして、上記プレート１１Ａ，１１Ｃの周縁部から、中間プレート１１Ｂに取付けられたピン部材１３ｂの方向へ突出する突出部１１ｍ，１１ｎをそれぞれ設けて、この突出部１１ｍ，１１ｎに上記ピン部材１３ａ，１４ｃをそれぞれ取付けるようにすれば、上記フレキシブルカップリング１０を更に軽量化することができる。なお、上記突出部１１ｍと突出部１１ｎとは互いに直交する方向に突出していることはいうまでもない。

このように、本最良の形態によれば、モータ側プレート１１Ａと中間プレート１１Ｂとが、平面形状が略長方形の第１のゴム部材１２ａにより、連結方向とは直交する方向（Ｂ方向）に移動可能に連結され、上記中間プレート１１Ｂとホイール側プレート１１Ｃとが、上記第１のゴム部材１２ａと同様の第２のゴム部材１２ｂにより、上記Ｂ方向とは直交する方向（Ａ方向）に移動可能に連結された構成のフレキシブルカップリング１０により、モータ３とホイール２とを連結するようにしたので、モータ軸と車輪軸が偏心した場合でも、モータ３の駆動トルクをホイール２に確実に伝達させことができる。また、このフレキシブルカップリング１０は、構造が簡単で部品数が少ないので組立が容易なので、作業効率を高めることができ、生産性を向上させることができる。

なお、上記最良の形態では、ホイール側プレート１１Ｃをホイール２に直接連結したが、上記ホイール側プレート１１Ｃをホイール２とその回転軸において連結されたハブ部４に連結しても同様の効果を得ることができる。
また、上記例では、連結部材として、平面形状が略長方形のゴム部材１２ａ，１２ｂを用いて、モータ側プレート１１Ａと中間プレート１１Ｂ及び、中間プレート１１Ｂとホイール側プレート１１Ｃとを、それぞれが上記ゴム部材１２ａ，１２ｂの幅方向に移動可能になるように連結したが、図３（ａ）に示すように、上記ゴム部材１２ａ，１２ｂに代えて、金具２１ａ，２１ｂ間に、糸、ナイロンコード、スチールコードなどの線材２２を巻付けた後、ゴムあるいは樹脂などのモールド材２３によりモールドした弾性部材２０を、図示しないモータ側プレート１１Ａ，中間プレート１１Ｂ，ホイール側プレート１１Ｃのピン部材２４ａ，２４ｂに取付けるようにしても、上記弾性部材２０は、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、上記ピン部材２４ａ，２４ｂを結ぶ方向（Ａ方向）には剛性が高く、それと直交するＢ方向には軟らかいので、上記ゴム部材１２ａ，１２ｂの場合と同様に、モータ軸と車輪軸が偏心した場合でも、モータ３の駆動トルクをホイール２に確実に伝達させことができる。なお、上記金具２１ａ，２１ｂを省略して、ピン部材２４ａ，２４ｂに線材２２を巻き付けた後、ゴムあるいは樹脂によりモールドしてもよい。
また、上記ゴム部材１２ａ，１２ｂに代えて樹脂部材を用いてもよいし、スチールコードやスチールワイヤなどの剛性のある線材を上記ピン部材１３ａ，１３ｂ間、及び、ピン部材１４ｂ，１４ｃ間に巻き付けた構造としてもよい。

更に、図４（ａ），（ｂ）に示すように、上記ゴム部材１２ａ，１２ｂ、あるいは、上記弾性部材２０のような連結部材１２を、それぞれ、ピン部材１３に取付ける際に、ドライベアリング（すべりブッシュ）１５ａあるいはボールベアリング１５ｂなどのベアリングを介して取付けたり、図５（ａ），（ｂ）に示すように、ゴムブッシュ１６を介して取付けるようにすれば、図６に示すように、フレキシブルカップリング１０がストロークする際に、上記連結部材１２と固定軸である上記ピン部材１３との回転運動が滑らかになるので、上記フレキシブルカップリング１０の動きが滑らかになり、動力伝達効率を更に向上させることができる。
また、ゴムブッシュ１６を取付ける際には、上記ピン部材１３との間にグリース１６ｇを介在させたり、内筒１６ｍを設けるようにすれば、上記ピン部材１３と上記連結部材１２との回転運動を更に滑らかにすることができる。このとき、上記ゴムブッシュ１６にすぐり１６ｓを入れると回転運動は更に滑らかになる。
なお、図４、図５において、１７は上記ベアリング１５ａ，１５ｂあるいは上記ゴムブッシュ１６を上記連結部材１２に取付けるための保持金具である。

また、上記連結部材１２を、連結方向である長さ方向に圧縮した状態で上記各プレート１１Ａ〜１１Ｃに取付けるようにすれば、上記プレート１１Ａ，１１Ｂ及びプレート１１Ｂ，１１Ｃの動きを更にスムースにすることができるとともに、ストロークを長く取ることができるので、大きな振動入力に対応できる。
すなわち、図７（ａ）に示すように、連結部材１２の自然長をＬ₀とし、セット長をＬ_sとし、連結したプレート同士が上記連結部材１２の長さ方向とは直交する方向（ここでは、上下方向）にＸだけ変位した場合、左，右の連結部材１２，１２の長さＬは、それぞれ、Ｌ＝Ｌ_s＋ΔＬ＝Ｘ／sinθとなり、この伸びΔＬに応じて、上記連結部材１２，１２にはそれぞれ張力Ｔ（ΔＬ）が作用する。この張力の合力は、図７（ｂ）に示すように、プレート同士を上下方向に振動させる力Ｆと釣り合うので、上記力Ｆの大きさは、Ｆ＝２Ｔ（ΔＬ）sinθ＝２Ｔ（ΔＬ）・Ｘ／（Ｌ_s＋ΔＬ）となる。ここで、上記Ｔ（ΔＬ）とΔＬとは、図７（ｃ）に示すような一般的な歪量と張力と同じ関係にあるので、予め上記連結部材１２，１２をαだけ圧縮させておけば、ＦとＸとの関係は、Ｆ＝２Ｔ（ΔＬ−α）・Ｘ／（Ｌ₀＋ΔＬ−α）となる。したがって、図７（ｄ）に示すように、上記力Ｆの許容範囲を一定にした場合には、変位Ｘの幅、すなわち、ストロークの長さを、圧縮をかけない場合に比較して、長く取ることができる。
これにより、大きな変位が入力した場合でも対応できるとともに、上記力Ｆが比較的小さい範囲では、圧縮を加えた方が、同じ変位Ｘに対して張力が小さいので上記連結部材１２，１２が移動し易く、プレート同士をスムースに上下動させることができる。また、上記力Ｆの許容範囲に近づくと、張力が急激に大きくなるので、可動限界での動きを制動することができる。

以上説明したように、本発明によれば、モータロータとホイールとを、ゴム部材を用いた、部品数が少なく組立も容易なフレキシブルカップリングを用いて連結するようにしたので、生産性を向上させることができるとともに、インホイールモータを安価に製造することができる。

本発明の最良の形態に係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。本最良の形態に係るフレキシブルカップリングの構成を示す図である。本発明によるプレート連結部材の他の構成を示す図である。本発明によるプレート連結部材の他の構成を示す図である。本発明によるプレート連結部材の他の構成を示す図である。ベアリングを備えたプレート連結部材の動作を示す図である。プレート連結部材の長さ方向に圧縮した状態の動作を説明するための図である。従来のインホイールモータの構成を示す図である。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。直動ガイドの一構成例を示す図である。

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ロータ、３Ｓ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、６車軸、７サスペンション部材、８制動装置、
１０フレキシブルカップリング、１１Ａモータ側プレート、
１１Ｂ中間プレート、１１Ｃホイール側プレート、１２連結部材、
１２ａ第１のゴム部材（第１の連結部材）、
１２ｂ第２のゴム部材（第２の連結部材）、
１３，１３ａ，１３ｂ，１４ｂ，１４ｃピン部材、
１５ａ，１５ｂベアリング、１６ゴムブッシュ、１６ｍ内筒、
１７保持金具、５０緩衝機構、５１直動ガイド、５２バネ、
５３ダンパー、５４，５５プレート。

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またはハブとを、ホイールまたはハブに連結されたホイール側プレートと、モータの回転側ケースに連結されたモータ側プレートと、上記２つのプレート間に配置された中間プレートと、上記ホイール側プレートと中間プレート、及び、上記中間プレートとモータ側プレートとを剛性の低い方向に移動可能にそれぞれ連結する第１及び第２の連結部材とを備えるとともに、上記第１及び第２の連結部材を、剛性の低い方向同士が互いに直交するように配置して成るカップリング機構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。
上記連結される２つのプレートを、上記プレート面の中心線に対して線対称な位置に配置された、少なくとも一対の連結部材により連結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。
上記連結部材として、上記連結する２つのプレートの連結方向の長さが長いゴムまたは樹脂から成る連結部材を用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインホイールモータシステム。
上記ホイール側プレートと中間プレート、及び、上記中間プレートとモータ側プレートにそれぞれピン部材を立設し、このピン部材同士をスチールコードまたはスチールワイヤを用いて連結したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインホイールモータシステム。
上記連結部材を、上記連結する２つのプレートにそれぞれ取付ける際に、ベアリング、または、ゴムブッシュを介して取付けた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インホイールモータシステム。
上記連結部材を、上記連結する２つのプレートにそれぞれ取付ける際に、その連結方向に圧縮した状態で取付け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。