JP4511976B2 - 車両駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両駆動装置に関し、より特定的にはインホイールモータを備える車両駆動装置に関する。

従来のインホイールモータは、モータユニットのサイズが大きいため、上下を細いアームで繋ぐようなダブルウィッシュボーンタイプのサスペンションが採用されている。

一方で、ばね下重量低減のため、モータを小型化し減速機を付与したタイプのインホイールモータが開発されているが、このタイプでは減速機のギヤの潤滑のためオイルポンプが必要となる。オイルポンプの動力は、軽量化および低損失を実現するため、回転速度の低いホイールの軸と同期した回転軸から取ることとなる。この結果、モータユニット全体の軸長（車両の幅方向の長さ）が長くなってしまう。

また、ダブルウィッシュボーンタイプのサスペンションでは、乗り心地を優先し必要な抉り力が入らないようにショックアブソーバの軸はタイヤの接地面方向を向いており、結果として車輪軸に重なってしまう。軸長の長いインホイールモータを搭載すると、このショックアブソーバがロアアームに取付けられる位置が車両内側に寄らざるを得ず、ショックアブソーバのアーム比が、０．５以下と小さな値になってしまう。アーム比は、ロアアームの支点となる車体側取付け端からショックアブソーバの取付け位置までの長さを、ロアアームの車体側取付け端からナックル取付け位置までの長さで割った値として表される。

アーム比が小さいと、ショックアブソーバやコイルスプリングは大きな力を受け止めなければならず、ショックアブソーバの直径およびコイルスプリングの直径の増加が必要となる。このため、さらなるアーム比の悪化と貴重なホイールハウス空間の占拠を招いてしまう。

これに対しストラット式のサスペンションをインホイールモータ搭載車両に採用することも検討される。

特開２００１−３１５５３４号公報（特許文献１）には、ストラット式のサスペンションが採用されたインホイールモータ車のモータ搭載構造が開示されている。インホイールモータと車体との間にはショックアブソーバが設けられている。

また、特開２００１−３０１４７２号公報（特許文献２）には、インホイールモータと車載機器とを接続するケーブルの固定方法が開示されている。
特開２００１−３１５５３４号公報 特開２００１−３０１４７２号公報 特許第２７６９３２３号明細書

しかし、ストラット式のサスペンションは、車両高さ方向のサイズが増大しやすく、特開２００１−３１５５３４号公報（特許文献１）に示すようにインホイールモータの上部にショックアブソーバを積上げて配置するような構造では、車高の低いスポーツタイプの車両や小型車には採用し難いという問題がある。

また、特開２００１−３０１４７２（特許文献２）に示されるようなケーブルの固定方法では、車輪の振動時や操舵時にコネクタ部に応力がかかり、ケーブルの銅線が断線してしまう恐れがある。

この発明の目的は、インホイールモータを搭載しつつ、小型化が図られた車両駆動装置を提供することである。

この発明の他の目的は、配線の断線故障の発生率が低減された車両駆動装置を提供することである。

この発明は、要約すると、車両駆動装置であって、ホイール内に少なくとも一部が配置される回転電機と、回転電機の側方に配置され、かつ下端が回転電機の上部よりも下方に配置され、ホイールの上下動に応じて伸縮するショックアブソーバと、回転電機とショックアブソーバの外筒とを接続する接続部とを備える。

好ましくは、接続部は、回転電機のケース上部に設けられ、ケース側方に位置するショックアブソーバに向けて伸びるアーム部と、ショックアブソーバの外筒をアーム部に接続する継手部とを含む。

より好ましくは、継手部は、少なくともショックアブソーバの下端より上に設けられる。

好ましくは、回転電機は、中空のロータを含み、車両駆動装置は、回転電機の回転を減速させてロータの中空部に貫通するシャフトに伝達し、シャフトによってホイールを回転させる減速機をさらに備え、ショックアブソーバ、減速機および回転電機は、ショックアブソーバ、減速機、回転電機の順番で配置される。

この発明の他の局面に従うと、車両駆動装置であって、ホイール内に少なくとも一部が配置される回転電機と、回転電機に設けられた配線接続部と、配線接続部を車体側機器に接続する配線と、配線接続部から車体側機器に至る中間部分で回転電機に配線を固定するクランプ部とを備える。

好ましくは、クランプ部は、配線の長手方向を車両進行方向に平行な方向に合わせて配線を固定する。

好ましくは、車両駆動装置は、回転電機の側方に配置され、かつ下端が回転電機の上部よりも下方に配置され、ホイールの上下動に応じて伸縮するショックアブソーバと、回転電機とショックアブソーバの外筒とを接続する接続部と、回転電機の側面にショックアブソーバの下端より下に設けられるオイルポンプとをさらに備える。クランプ部は、ショックアブソーバの下端とオイルポンプとの隙間に設けられる。

本発明によれば、回転電機の側方に、一部が高さ方向にオーバラップしてショックアブソーバを配置している。これにより車両駆動装置の高さが高くなるのを防ぐことができ、スポーツタイプの車両や小型の車両に搭載可能なインホイールモータを採用した車両駆動装置を実現することができる。

さらに、配線クランプで配線を回転電機に固定するので、配線接続部での断線を避けることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の車両駆動装置の斜視図である。

図１を参照して、この車両駆動装置は、ホイール５１０と、ホイール内に配置されるインホイールモータ５２０と、インホイールモータの車体内側側方に配置され、ホイール５１０の上下動に応じて伸縮するショックアブソーバ５６０とを含む。ショックアブソーバ５６０は、オイルや窒素ガスなどが封入される外筒５６４と、先端に外筒の内部を摺動するピストンが取付けられるピストンロッド５６６と、ピストンロッドをカバーするアブソーバカバー５６８と、図示しないスプリングコイルがその上に配置されるスプリングシート５６２とを含む。

インホイールモータ５２０には、センサ用ケーブル５３４、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のパワーケーブル５３６，５３８，５４０のコネクタが配置される端子ボックス５３２と、ケーブル５３４，５３６，５３８，５４０をインホイールモータ５２０のケースに固定する配線クランプ５２２とブレーキディスクを加圧挟持するためのブレーキパッドが収容されるブレーキキャリバ５５０と、図示しないロアアームが取付けられるナックルスピンドル５９２とタイロッド取付け用ボールジョイント５２６とが設けられる。

ハンドル切れ角に応じて、タイロッドがタイロッド取付け用ボールジョイント５２６を押すことにより、ホイール５１０が操舵される。

インホイールモータ５２０の回転軸上には、インホイールモータ５２０に収容されている減速機を潤滑するためのオイルを送出するオイルポンプ５２４が設けられている。配線クランプ５２２はショックアブソーバ５６０とオイルポンプ５２４との間の隙間部分に収められており、これにより配線スペースをコンパクトにしている。

配線クランプ５２２は、端子ボックス５３２から車体側の機器に至る中間部分でインホイールモータ５２０にケーブル５３４，５３６，５３８，５４０を固定する。これにより、ケーブル５３４，５３６，５３８，５４０は端子ボックス５３２と配線クランプ５２２との間で、インホイールモータ５２０に対して両側が支持されることとなり、ホイールの操舵やショックアブソーバの伸縮時に端子ボックス取付け部分のコネクタにかかる応力を緩和することができ、配線が断線しにくくなる。

また、配線クランプ５２２は、ショックアブソーバの下端付近でケーブル５３４，５３６，５３８，５４０を車両進行方向とケーブルの長手方向を平行に合わせるように固定する。これにより、ショックアブソーバのストロークによるホイール５１０と車体間の略上下方向の相対変移や、操舵によるホイール５１０と車体間の略水平方向の相対変移は、配線クランプ５２２から車体に至る配線部分に対して、略上下方向、略水平方向のそれぞれの同一面内で作用し配線を変形させるため、配線にねじれを生じさせるねじれ方向の応力が配線に加わりにくくなる。なお、配線クランプ５２２は、配線に繰り返し発生する変形により配線が疲労断線しない程度で、車両推進方向とケーブル長手方向の平行度を維持するように、配線を固定していれば十分である。

インホイールモータ５２０のハウジング上部にはショックアブソーバに取付けられるためのアームが設けられており、このアームはクランプバンド５８０およびナット５２８，５３０および図示しないボルトによってショックアブソーバ５６０の外筒５６４に固定される。

図２は、実施の形態１の車両駆動装置の正面図である。

図２を参照して、ホイール５１０は、インホイールモータ５２０の図示がしやすいように、手前半分が切り取られ断面が示されている。ホイール５１０は、ホイールディスク５１４と、リム部５１２とを含む。リム部５１２には図示しないタイヤが取付けられる。

ピストンロッド５６６の上端部は車体８００に固定されている。ナックルスピンドル５９２は、ロアアーム５９０にボルトおよびナットにより固定されている。車体とショックアブソーバ５６０との間の空間はセンサ用ケーブルやパワーケーブルが配設される配線空間として使用することができる。

図２でわかるように、インホイールモータ５２０のケースはホイールハブを回転自在に支持するナックルと一体化されている。

図３は、インホイールモータ５２０の構造を説明するための概略断面図である。

図３を参照して、インホイールモータ５２０は、モータハウジング５４４と、モータハウジング５４４にボルト５４８で取付けられるギヤケース５４５と、ギヤケースを車体側から覆うギヤケース蓋５４６と、モータハウジング５４４にボルト５４９で取付けられるモータハウジング蓋５４７とを含む。

モータハウジング５４４にはボールジョイント５９４が取付けられており、これによりモータハウジング５４４はナックルスピンドル５９２に対して上下動に伴う角度の変動が可能な状態で固定されている。

ホイールディスク５１４はボルト６０１によってホイールハブ６２０に固定されている。ホイールハブ６２０にはブレーキロータ５５２が取付けられている。ホイールハブ６２０はモータハウジング蓋５４７との間にボールベアリング６１１，６１２が設けられることによりナックルと一体化されたモータケースに対して回転自在に支持されている。

インホイールモータ５２０は、モータハウジング５４４に収容されるステータコア６７１と、ステータコア６７１に巻回されるステータコイル６７２とステータコア６７１の内側に収容されるロータ６７３とを含む。ロータ６７３には永久磁石が埋込まれている。

インホイールモータ５２０は、ギヤケース５４５の内部に収容されているサンギヤ６８２，リングギヤ６８５、プラネタリキャリア６８４，ピニオンギヤ６８３およびピニオンギヤ６８３の回転軸であるピン６８６をさらに含む。ピニオンギヤ６８３とピン６８６の隙間にはニードルベアリングが設けられている。

サンギヤ６８２の軸はロータ６７３の回転とともに回転する。サンギヤ６８２の軸はボールベアリング６１４によってモータハウジング蓋５４７との間で回転自在に支持されている。プラネタリキャリア６８４はボールベアリング６１７によってギヤケース蓋５４６に対して回転自在に支持されている。

同様にプラネタリキャリア６８４はボールベアリング６１６によってサンギヤ６８２の軸に対して回転自在に支持されており、またボールベアリング６１５によってギヤケース５４５に対して回転自在に支持されている。

サンギヤ６８２は中空であり、その内部にはホイールハブ６２０およびプラネタリキャリア６８４にスプライン嵌合されているシャフト７１０が配置されている。シャフト７１０のギヤケース側にはオイル通路７１１が設けられている。

インホイールモータ５２０に含まれるロータ６７３は中空であり、減速機はインホイールモータ５２０の回転を減速させてロータ６７３の中空部に貫通するシャフト７１０に減速させた回転を伝達する。そしてこのシャフト７１０によってホイールハブ６２０およびホイール５１０が回転される。

減速機の動作について少し詳細に説明する。ロータ６７３が回転すると、これに応じてサンギヤ６８２が回転する。リングギヤ６８５はギヤケース５４５に固定されている。ピニオンギヤ６８３はサンギヤ６８２とリングギヤ６８５の両方に噛み合う。サンギヤ６８２が回転すると、これによってピニオンギヤ６８３も回転する。リングギヤ６８５はギヤケース５４５に固定されているのでリングギヤは回転しない。したがって、サンギヤ６８２の回転が減速され、プラネタリキャリア６８４を回転させる。プラネタリキャリア６８４はシャフト７１０とスプライン嵌合されており、この回転がシャフト７１０を介してホイールハブ６２０を回転させホイール５１０が回転することになる。

減速機部分を潤滑するために、ギヤケース下部に溜まった潤滑油をオイル通路７２１から吸い上げてオイル通路７１１に送出するオイルポンプ５２４が、ギヤケース蓋５４６に取付けられている。減速後の大きいトルクで回転されるシャフト７１０によってオイルポンプ５２４を回転させるのが好ましいので、オイルポンプ５２４はシャフト７１０の軸上の車体側に突出して設けられる。

図４は、実施の形態１の車両駆動装置の要素の配置関係を説明するための概念図である。

図４を参照して、インホイールモータ５２０は図示しないホイール内に少なくとも一部が配置されるものである。

ショックアブソーバ５６０は、インホイールモータ５２０の側方に配置されかつその下端がインホイールモータ５２０のモータハウジング５４４の上端部よりも高さＤだけ下方に配置されている。モータハウジング５４４の上部にはアーム部５４２が設けられており、このアーム部５４２はモータハウジング５４４の側方に位置するショックアブソーバ５６０に向けて延びている。

クランプバンド５８０はショックアブソーバ５６０の外筒５６４をボルトおよびナットでアーム部５４２に固定している。このクランプバンド５８０が設けられる位置は、少なくともショックアブソーバ５６０の下端よりも少なくとも高さＤだけ上方である。

ピストンロッド５６６の上端部は車体８００のストラットマウント５６９に固定される。ホイールが上下に振動するとショックアブソーバ５６０が上下方向に伸縮しピストン５６７の摺動およびスプリング５６３の反発によって上下動が吸収される。

以上説明したように、本発明の実施の形態１においてはモータハウジング５４４の側方に、一部が高さ方向にオーバラップしてショックアブソーバ５６０を配置している。これにより車両駆動装置の高さが高くなるのを防ぐことができ、スポーツタイプの車両や小型の車両に搭載可能なインホイールモータを採用した車両駆動装置を実現することができる。

またストラット方式のサスペンションを採用することによりアーム比を大きくできるので、アーム比を大きくすることができ、スプリングおよびショックアブソーバの直径を小さく抑えることが可能となる。加えてキングピンオフセットやキャスタ角およびトレールについても一般の車両と同等の性能値を出すことができる。さらに操舵輪の旋回時や上下動時もインホイールモータとボディ間に配線空間を大きく確保することができるため設計しやすい構造である。

さらに、配線クランプで配線をモータに固定するので、接続ボックスのコネクタ部での断線を避けることができる。また、ショックアブソーバとオイルポンプの隙間部分に配線クランプを収めているので、配線をインホイールモータに固定するにあたり配線部のみを突出させることを避けることができている。さらに配線クランプでの固定する向きはケーブルの水平方向と一致しているので、ケーブルにはハンドルを切ったときにも曲げ応力しかかからず信頼性が向上する。

［実施の形態２］
図５は、実施の形態２の車両駆動装置の構成を示した正面図である。

図５を参照して、実施の形態２の車両駆動装置は、図２で説明した車両駆動装置の構成において、オイルポンプの車体側にオイルクーラ９００を設ける点が異なる。

インホイールモータは、ホイール内に配置されるため、走行風が当りにくく、冷却を有効に行なわなければ温度が上昇してしまう。しかしながら、ボディ側に配置されたラジエータとの間で潤滑油や冷却水を循環させるようなホースを設けると、このホースの信頼性が必要になる。したがってインホイールモータ近傍で冷却を有効に行なうことが望ましい。

図１で示されるように、インホイールモータ５２０の表面には冷却用のフィンが設けられているが、一般にインホイールモータのハウジングやギヤケースおよび蓋はアルミ鋳物で生産されるため、フィンの厚みは５ｍｍ以下にすることは困難で、またフィンの飛出し部分は１０ｍｍ以上にすることは困難である。

図５に示すように、実施の形態２においてはストラット方式のサスペンションを採用することにより、従来多く採用されてきたダブルウィッシュボーンのサスペンションよりも、インホイールモータのボディ側に広い空間を確保することができる。したがって、この空間にオイルクーラ９００を配置することにより放熱を有効に行なわせる。

オイルクーラ９００の内部には潤滑油が流れる流路が形成されており、オイルポンプ５２４からオイルクーラ９００に潤滑油が導かれ冷却された後に、内部の減速機部分のギヤに潤滑油が供給される。

たとえばオイルクーラ９００は、銅などで製作されてもよい。またナックルと一体化されているモータハウジングほどの強度は必要ないので、ラジエータのような構造をオイルクーラ９００に採用することも可能である。さらにオイルクーラ９００を銅製にし、フィンを薄く大きくすればより放熱に有利となる。

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。

実施の形態１の車両駆動装置の斜視図である。 実施の形態１の車両駆動装置の正面図である。 インホイールモータ５２０の構造を説明するための概略断面図である。 実施の形態１の車両駆動装置の要素の配置関係を説明するための概念図である。 実施の形態２の車両駆動装置の構成を示した正面図である。

符号の説明

５１０ ホイール、５１２ リム部、５１４ ホイールディスク、５２０ インホイールモータ、５２２ 配線クランプ、５２４ オイルポンプ、５２６ ボールジョイント、５２８，５３０ ナット、５３２ 端子ボックス、５３４ センサ用ケーブル、５３６，５３８，５４０ パワーケーブル、５４２ アーム部、５４４ モータハウジング、５４５ ギヤケース、５４６ ギヤケース蓋、５４７ モータハウジング蓋、５４８，５４９，６０１ ボルト、５５０ ブレーキキャリバ、５５２ ブレーキロータ、５６０ ショックアブソーバ、５６２ スプリングシート、５６３ スプリング、５６４ 外筒、５６６ ピストンロッド、５６７ ピストン、５６８ アブソーバカバー、５６９ ストラットマウント、５８０ クランプバンド、５９０ ロアアーム、５９２ ナックルスピンドル、５９４ ボールジョイント、６１１，６１２，６１４，６１５，６１６，６１７ ボールベアリング、６２０ ホイールハブ、６７１ ステータコア、６７２ ステータコイル、６７３ ロータ、６８２ サンギヤ、６８３ ピニオンギヤ、６８４ プラネタリキャリア、６８５ リングギヤ、６８６ ピン、７１０ シャフト、７１１，７２１ オイル通路、８００ 車体、９００ オイルクーラ。

Claims (5)

1. ホイール内に少なくとも一部が配置される回転電機と、
   前記回転電機に設けられた配線接続部と、
   前記配線接続部を車体側機器に接続する配線と、
   前記配線接続部から前記車体側機器に至る中間部分で前記回転電機に前記配線を固定するクランプ部と、
   前記回転電機の側方に配置され、かつ下端が前記回転電機の上部よりも下方に配置され、前記ホイールの上下動に応じて伸縮するショックアブソーバと、
   前記回転電機と前記ショックアブソーバの外筒とを接続する接続部と、
   前記回転電機の側面に前記ショックアブソーバの下端より下に設けられるオイルポンプとを備え、
   前記クランプ部は、前記ショックアブソーバの下端と前記オイルポンプとの隙間に設けられる、車両駆動装置。
2. 前記クランプ部は、前記配線の長手方向を車両進行方向に平行な方向に合わせて前記配線を固定する、請求項１に記載の車両駆動装置。
3. 前記回転電機の車体側に固定され、前記回転電機の潤滑油を冷却するためのオイルクーラをさらに備える、請求項１または２に記載の車両駆動装置。
4. 前記接続部は、
   前記回転電機のケース上部に設けられ、前記ケース側方に位置する前記ショックアブソーバに向けて伸びるアーム部と、
   前記ショックアブソーバの外筒を前記アーム部に接続する継手部とを含み、
   前記継手部は、少なくとも前記ショックアブソーバの下端より上に設けられる、請求項１に記載の車両駆動装置。
5. 前記回転電機は、
   中空のロータを含み、
   前記車両駆動装置は、
   前記ロータの中空部を貫通し、前記ホイールを回転させるためのシャフトと、
   前記回転電機の車体側の側方に配置され、前記回転電機の回転を減速させて前記シャフトに伝達する減速機とをさらに備え、
   前記ショックアブソーバ、前記減速機および前記回転電機は、車体から前記ホイールに向けて前記ショックアブソーバ、前記減速機、前記回転電機の順番で配置される、請求項４に記載の車両駆動装置。

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