JP4176674B2 - インホイールモータシステム - Google Patents

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、特に、モータを弾性体及び／または減衰機構を介して足回り部品に取付けて成るインホイールモータシステムに関する。

近年、モータによって駆動される車輌において、駆動用のモータを弾性体及び／または減衰機構を介して、ナックルなどの車輌バネ下部に支持することにより、上記ダイナミックダンパとして作用させ、インホイールモータ搭載車輌の接地性及び乗り心地性を改良する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
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、一般に、ホイールやナックル部、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、凹凸路を走行した場合、バネ下部分は上下方向に大きく振動し、このため、ロードホールディング性が悪化することから、上記のように、質量の大きいモータをダイナミックダンパとして上下方向の振動抑制に適応すれば、車輌の接地性能を大幅に改善することができる。

図５は、その一例を示す図で、中空形状のダイレクトドライブモータ３のステータ３Ｓを支持するステータ側ケース３ａを、直動ガイド１１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１２及びダンパー１３により結合された２枚のプレート１４，１５を備えた緩衝機構１０を介してナックル５に対して弾性支持するとともに、ロータ３Ｒを支持するロータ側ケース３ｂとホイール２とを、複数枚の中空円盤状のプレート２１Ａ〜２１Ｃを、作動方向が互いに直交するように配置された直動ガイド２２Ａ，２２Ｂを用いて連結したフレキシブルカップリング２０により結合する。
これにより、上記モータ３を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、トルクをホイール２へ効率よく伝達させることができるので、車輌のタイヤ接地荷重変動を低減して、車輌のロードホールディング性を向上させることが可能となる。
国際公開第０２／８３４４６号パンフレット 特開２００４−０９０６９６号公報 特開２００４−０９０６９９号公報

ところで、上記のような、中空形状のダイレクトドライブモータでは、モータの回転軸となるベアリング３ｊが大径化するのでベアリング３ｊの作動速度が大きくなりすぎるという問題がある。すなわち、インホイールモータ３は屋外で使用されるため、ベアリング部分に防水処理を施す必要があるが、上記のようにベアリング３ｊの作動速度が大きいため、シールの面圧を高くすると発熱が大きくなり、シールの耐久性が低下するという問題が発生する。
図６（ａ），（ｂ）は、従来のインホイールモータ３のベアリング部の構成を示す図で、ロータ３Ｒを支持するロータ側ケース３ｂとステータ３Ｓを支持するステータ側ケース３ａとの間には、アウターレース３ｍとインナーレース３ｎとの間に複数の鋼球３ｋが配置された左右一組のベアリング（ボールベアリング）３ｊが配置されている。なお、同図において、符号３ｐは上記鋼球３ｋを保持するリテーナである。
このような構成においては、ベアリング３ｊの径が大きくなると、ロータ３Ｒは車輪と同じ回転速度で回転するため、高速回転時には、上記ベアリング３ｊの周速は極めて大きくなることから、アウターレース３ｍとインナーレース３ｎ間に防水用シール３ｗを設けた場合には、上記シール３ｗとベアリング３ｊ間の摺動速度が極めて高くなる。したがって、上記摺動による発熱が大きくならないようにするためには、上記シール３ｗの面圧をあまり高くすることができず、そのため、十分な防水性能を得ることが困難であった。

シール３ｗの面圧を所定の値に保持しながら、高速回転時における上記シール３ｗの発熱を低減するためには、上記シール３ｗの摺動速度を低減する必要がある。そこで、図７（ａ）に示すように、ベアリング３Ｊとして、２つのベアリング３ｊ，３ｊ’を径方向に二重に並べたものを用いるようにすれば、ロータ３Ｒとステータ３Ｓ間の周速をＶとしたとき、それぞれのベアリング３ｊ，３ｊ’の周速はそれぞれ（Ｖ／２）になると考えられるので、これにより、シール３ｗの摺動速度を低減することができる。
しかしながら、上記ベアリング３ｊ，３ｊ’はボールベアリングであるので、上記ベアリング３Ｊのアウターレース３ｍとミドルレース３ｔとの間、及び、ミドルレース３ｔとインナーレース３ｎとの間には、基本的には周方向の摩擦力は発生しない。したがって、図７（ｂ）に示すように、例えば、内側のベアリング３ｊ’の作動性が悪かった場合には、内側のベアリング３ｊ’は回転せず、外側のベアリング３ｊのみが周速Ｖで回転することになり、シール３ｗの発熱が大きくなってしまう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、モータがダイナミックダンパとして作用する構成のインホイールモータシステムにおいて、モータの高速回転時におけるシール部分の発熱を抑えて、モータの防水性能を向上させ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、上記モータのロータを支持するロータ側ケースとステータを支持するステータ側ケースとを結合するベアリングが、ローラベアリングを非固定のミドルレースを介して径方向に二重に配置して成る二重ローラベアリングであり、径方向外側に配置されるローラベアリングのローラ軸と径方向内側に配置されるローラベアリングのローラ軸とがともにモータの回転軸に対して非平行で、かつ、上記径方向外側に配置されるローラベアリングのローラ軸と上記径方向内側に配置されるローラベアリングのローラ軸とが、ベアリングの転動方向に対して互いに反対方向に傾いているように上記各ローラベアリングを配置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、径方向外側に配置されるローラベアリングのローラ軸と、径方向内側に配置されるローラベアリングのローラ軸とが、ベアリングの転動方向を中心に対称の方向になるように上記各ローラベアリングを配置したものである。
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、上記各ローラベアリングの幅方向外側に、それぞれダストシールを設けたものである。

本発明によれば、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、ロータ側ケースとステータ側ケースとを結合するベアリングに、ローラベアリングを非固定のミドルレースを介して径方向に二重に配置して成る二重ローラベアリングを用いるとともに、径方向外側に配置されるローラベアリングのローラ軸と径方向内側に配置されるローラベアリングのローラ軸とがともにモータの回転軸に対して非平行で、かつ、上記径方向外側に配置されるローラベアリングのローラ軸と上記径方向内側に配置されるローラベアリングのローラ軸とがベアリングの転動方向に対して互いに反対方向に傾いているように上記各ローラベアリングを配置して、ベアリング部の作動速度を低減するようにしたので、シール面圧を高くしてもシール部の発熱を抑えることができ、防水性を向上させることができる。
このとき、径方向外側のローラベアリングのローラ軸と、径方向内側のローラベアリングのローラ軸とを、ベアリングの転動方向を中心に対称の方向になるように配置すれば、ベアリングの作動性を向上させることができるとともに、ベアリングの作動速度を確実に低減することができる。

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。
図１は、本実施の形態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、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ステータ側ケース３ａに固定されたモータステータ（以下、ステータという）３Ｓと、半径方向に対して外側に設けられ、二重ローラベアリング３０を介して上記ステータ側ケース３ａに対して回転可能に接合されたロータ側ケース３ｂに固定されたモータロータ（以下、ロータという）３Ｒとを備えたアウターロータ型のインホイールモータ、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はサスペンションアーム６に連結された、車輌の足回り部品であるナックル、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である。また、１０は直動ガイド１１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１２及びダンパー１３により結合された２枚のプレート１４，１５を備え、モータ３のステータ側ケース３ａを上記ナックル５に弾性支持するための緩衝機構、２０は中空円盤状のプレート２１Ａ〜２１Ｃと、上記プレート２１Ａ〜２１Ｃ間に配置され、上記プレート２１Ａ，２１Ｂ及びプレート２１Ｂ，２１Ｃとをそれぞれ結合する、作動方向が互いに直交するように配置された直動ガイド２２Ａ，２２Ｂとを備え、モータのロータ側ケース３ｂとホイール２とを結合するフレキシブルカップリングである。

二重ローラベアリング３０は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、アウターレース３０ｍとミドルレース３０ｔとの間、及び、ミドルレース３０ｔとインナーレース３０ｎとの間に、ローラ軸がモータ３の回転軸に対して非平行になるように、リテーナ３０ｐに保持された複数のローラ３０ｒをそれぞれ配置したもので、上記アウターレース３０ｍとミドルレース３０ｔとの間、及び、ミドルレース３０ｔとインナーレース３０ｎとの間の幅方向外側には、それぞれ防水用シール３０ｗが設けられている。なお、以下、アウターレース３０ｍ，ミドルレース３０ｔ，アウターレース３０ｍとミドルレース３０ｔ間に配置されたローラ３０ｒから成るベアリングを外側のローラベアリング３１、ミドルレース３０ｔ，インナーレース３０ｎ，ミドルレース３０ｔとインナーレース３０ｎ間に配置されたローラ３０ｒから成るベアリングを内側のローラベアリング３２という。

本例では、図３（ａ），（ｂ）に示すように、外側のローラベアリング３１のローラ軸Ｊ１と内側のローラベアリング３２のローラ軸Ｊ２とが、モータ３の回転軸（ベアリングの転動方向Ｋ）に対して非平行で、かつ、外側のローラベアリング３１のローラ軸Ｊ１と内側のローラベアリング３２のローラ軸Ｊ２とが、ベアリングの転動方向Ｋを中心に対称な方向になるようにしている。これにより、ローラ３０ｒはローラ軸Ｊ１を中心に転がり方向Ｒに回転するとともに、ローラ軸Ｊ１方向へ滑ることになる。このとき、ローラ軸Ｊ１方向に摩擦力が発生するが、ベアリング全体は上記ローラ軸Ｊ１方向には動かないので、上記摩擦力の一部がベアリングの転動方向Ｋへの摩擦力ｆとして作用する。したがって、図４に示すように、図示しないロータに連結されたアウターレース３０ｍが同図の右方向に回転すると、上述した摩擦力ｆにより、ミドルレース３０ｔが右方向に回転させられる。
また、内側のローラベアリング３２は、外側のローラベアリング３１と同様の構造になっているので、ミドルレース３０ｔはアウターレース３０ｍからの摩擦力と同等の摩擦力をインナーレース３０ｎ側から受けることになる。したがって、両者の力が釣り合い、ロータ３Ｒとステータ３Ｓ間の周速をＶとすると、ミドルレース３０ｔはアウターレース３０ｍの半分周速（Ｖ／２）で回転させられることになる。これにより、それぞれのローラベアリング３１，３２の周速が（Ｖ／２）に低下するので、防水用シール３０ｗ，３０ｗの摺動速度が低下し、上記シール３０ｗ，３０ｗの発熱が抑えられる。したがって、防水用シール３０ｗ，３０ｗの面圧を高くしても、シールの耐久性が低下することはないので、インホイールモータ３の防水性能を向上させることができる。

ところで、アウターレース３０ｍはモータのロータ側ケース３ｂに固定され、インナーレース３０ｎはステータ側ケース３ａに固定されるが、ミドルレース３０ｔはどこにも固定されていないので、上記アウターレース３０ｍやインナーレース３０ｎに比べて剛性が低い。このため、外側のローラベアリング３１のローラ軸Ｊ１と内側のローラベアリング３２のローラ軸Ｊ２とが一致している場合には、内側のローラベアリング３２の周方向に隣り合ったローラ３０ｒ，３０ｒ間に外側のローラベアリング３１のローラ３０ｒが配置された状態で荷重が加えられると、ミドルレース３０ｔが撓ってしまい、ベアリングの作動性が悪化してしまう。
これに対して、本例では、図３（ａ），（ｂ）に示すように、外側のローラベアリング３１のローラ軸Ｊ１と内側のローラベアリング３２のローラ軸Ｊ２とがベアリングの転動方向Ｋを中心に対称な方向になるようにしているので、外側のローラベアリング３１のローラ軸Ｊ１と内側のローラベアリング３２のローラ軸Ｊ２とが交差する。したがって、荷重を支持しやすい上、外側のローラベアリング３１と内側のローラベアリング３２とが同等の摩擦力を発揮できるので、ベアリングの作動性が向上するとともに、それぞれのローラベアリング３１，３２の周速を確実に低下させることができる。

このように、本最良の形態によれば、ステータ３Ｓが取付けられたステータ側ケース３ａが緩衝機構１０を介してナックル５に対して弾性支持され、ロータ３Ｒが取付けられたロータ側ケース３ｂとホイール２とが、フレキシブルカップリング２０により結合されたインホイールモータにおいて、上記ステータ側ケース３ａとロータ側ケース３ｂとを、アウターレース３０ｍとミドルレース３０ｔとの間、及び、ミドルレース３０ｔとインナーレース３０ｎとの間に、ローラ軸がモータ３の回転軸に対して非平行になるように、リテーナ３０ｐに保持された複数のローラ３０ｒをそれぞれ配置した二重ローラベアリング３０により結合して、外側のローラベアリング３１と内側のローラベアリング３２の周速をそれぞれ半分に低下させるようにしたので、防水用シール３０ｗ，３０ｗの面圧を高くしても、上記シール３０ｗ，３０ｗの発熱を抑えることができ、インホイールモータ３の防水性能を向上させることができる。
また、外側のローラベアリング３１のローラ軸Ｊ１と内側のローラベアリング３２のローラ軸Ｊ２とがベアリングの転動方向Ｋを中心に対称な方向になるようにしたので、ベアリングの作動性が向上するとともに、それぞれのローラベアリング３１，３２の周速を確実に低下させることができる。

このように、本発明によれば、中空形状のダイレクトドライブモータの防水性能を確保することができるとともに、シール部材の耐久性を確保することができるので、インホイールモータシステムの信頼性を向上させることができる。

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二重ベアリングの構成を示す図である。 本最良の形態に係るローラベアリングの構成を示す図である。 本最良の形態に係る二重ベアリングの動作を示す図である。 従来のインホイールモータシステムの構成を示す縦断面図である。 従来のボールベアリングの構成を示す図である。 従来の二重ベアリングの構成を示す図である。

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 ステータ側ケース、
３ｂ ロータ側ケース、４ ハブ部、５ ナックル、６ サスペンションアーム、
７ サスペンション部材、８ 制動装置、１０ 緩衝機構、１１ 直動ガイド、
１２ バネ、１３ ダンパー、１４，１５ プレート、
２０ フレキシブルカップリング、２１Ａ〜２１Ｃ 中空円盤状のプレート、
２２Ａ，２２Ｂ 直動ガイド、
３０ 二重ローラベアリング、３０ｍ アウターレース、３０ｔ ミドルレース、
３０ｎ インナーレース、３０ｒ ローラ、３０ｐ リテーナ、３０ｗ 防水用シール、
３１ 外側のローラベアリング、３２ 内側のローラベアリング。

Claims (3)

1. 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構成のインホイールモータシステムにおいて、上記モータのロータを支持するロータ側ケースとステータを支持するステータ側ケースとを結合するベアリングが、ローラベアリングを非固定のミドルレースを介して径方向に二重に配置して成る二重ローラベアリングであり、径方向外側に配置されるローラベアリングのローラ軸と径方向内側に配置されるローラベアリングのローラ軸とがともにモータの回転軸に対して非平行で、かつ、上記径方向外側に配置されるローラベアリングのローラ軸と上記径方向内側に配置されるローラベアリングのローラ軸とが、ベアリングの転動方向に対して互いに反対方向に傾いているように上記各ローラベアリングを配置したことを特徴とするインホイールモータシステム。
2. 径方向外側に配置されるローラベアリングのローラ軸と、径方向内側に配置されるローラベアリングのローラ軸とが、ベアリングの転動方向を中心に対称の方向になるように上記各ローラベアリングを配置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。
3. 上記各ローラベアリングの幅方向外側に、それぞれダストシールを設け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。

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