(57)【要約】      （修正有）【課題】車軸の回転摩擦を軽減でき、冷却効果を高めることができる車輪構造を提供する。【解決手段】左右並列に取り付けた２つのホイール１，２の周囲に設けたヒンジ３へ中央部が屈曲するＵ字型の板バネのアーム４を取付け、アームはホイールの周回全体を囲うように等間隔で複数取付ける。接地面の上下動に伴ってアームが車輪の回転軸方向に可動し、内側のホイールを前進方向、外側のホイールを後退方向に回転させることにより上下動の振動を吸収するとともに、ホイールのモーター動力を用いてサスペンションおよびステアリングの制御を行う。２つのホイールに内蔵するインホイールモーターの固定子を車体前方方向の半周にのみ配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の接地面にかかる荷重と振動による車体の上下動を左右一組のホイールの回転差とそれらに取り付けた懸架装置のアームの可動によって吸収すると同時に、当該ホイールの回転差によって車体の姿勢を制御する機構、および車輪外径の伸縮による無段階変速機能。
【請求項２】
請求項１の懸架装置の接地面に帯状のトレッドを等間隔の隙間を開けて環状に並べた車輪形状により、当該懸架装置の可動による外径の伸縮とステアリング時の進行方向への車輪接地面の方向転換を担うと同時に、車体進行方向からの走行風を車輪内部に取り込むことによりホイールの冷却効果を高める車輪構造。
【請求項３】
請求項１の機構を用いた電気自動車において、ホイールに内蔵したモーターの固定子を車体前方側半分のみに設置することで、前進走行時に上方向の回転力を発生させず、回転の反作用による車軸の摩擦を軽減するモーターの構造。
【請求項４】
請求項１の左右のホイールのブレーキを交互に作動させ、車体進行方向の慣性力を当該懸架装置の伸縮と車体の上下動の運動エネルギーに変換する減速の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、電気自動車の車輪構造に関する。
【背景技術】
【０００２】従来の自動車の制振機構には、非特許文献１のような車輪に装着した空気タイヤおよび非特許文献２のような車体と車輪を接続する懸架装置が用いられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】特許庁著「特許検索ガイドブック  〜タイヤ構造〜」２００７年３月発行、Ｐ．１０
【非特許文献２】全国自動車整備専門学校著「シャシ構造１‐３訂（自動車教科書）」山海堂、２００４年４月５日発行、Ｐ．１４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】車輪と車体の間に懸架装置を設ける構造では、インホイールモーターの採用などにより車輪内の内蔵装置の重量が大きい場合は制振効果が低下するという問題や、車輪内部の機器への衝撃を緩和できないという問題がある。また、車体側に懸架装置を搭載するためのスペースも必要となる。【０００５】タイヤを用いた車輪の構造では、形状的に車輪の外径を大きく伸縮させる変形が困難なため、タイヤ単体の弾力性だけでは車体全体の大きな上下動を吸収できないという問題がある。【０００６】車体の旋回についても、タイヤを用いた車輪の構造では進行方向を変えられる形状変形が困難なため、車輪全体の方向を転換するステアリング機構を車体に搭載する必要がある。【０００７】タイヤを用いた車輪の構造では、タイヤの表面素材およびその中に密封された空気層でリムが覆われてしまうため、ブレーキやモーター等を内蔵したホイール部の冷却の妨げになるという問題がある。【０００８】車輪に回転力を均等に伝達するモーターの回転機構を自動車のインホイールモーターに用いた場合、上方向に回転する際の反作用によって車体を下方向に押し下げる力が加わるため、車体の自重による車軸の回転摩擦を増加させるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】車軸を共有する２つのホイール１，２を隣接して並べ、中央部分が屈曲するＵ字型のアーム４の両端を当該２つのホイールの外周に沿って全周囲に等間隔で取り付けた懸架装置を車輪内に内蔵する。当該懸架装置の接地面に帯状のトレッド５を等間隔の隙間を開けて取り付ける。【００１０】当該の機構による車輪の変形と動力モーターの出力によって車体の姿勢制御と操舵を行う。【００１１】電気自動車のホイール１，２に内蔵したモーターの固定子７を車体前方側の半周のみに設置する。
【発明の効果】
【００１２】接地面への荷重をホイールの回転運動に変換する車輪内の懸架装置によって車体の上下振動を吸収すると同時に、左右のホイール１，２の回転差によって各車輪の外径を変えることで車体の傾き、高さを制御する。当該懸架装置のストロークの範囲で車輪とモーターの回転比も変えることができるため、限定的に変速機の機能も代替する。【００１３】ホイール１，２の外周に複数の帯状のトレッド５を等間隔に隙間を開けて環状に並べた構造により、車輪に内蔵した懸架装置のバネ機構４による外径の伸縮とステアリング時の左右ねじれ方向の変形を担える。また、車体進行方向からの走行風を車輪内部に取り込むことによりホイールの冷却効果を高める。【００１４】ホイール１，２に内蔵したモーターの固定子７を車体前方側の半周のみに設置することにより、前進走行時に上方向の回転力が発生せず下方向の回転力が増すため、回転の反作用によるシャフト５の摩擦を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】懸架装置の実施例の側面図および底面図。
【図２】インホイールモーターの実施例の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】同じ車軸上に２つのホイール１，２を左右に並べ、それらをＵ字型のアーム４で接続する。当該のアームは中央部で屈曲する板バネであり、接地面には帯状のトレッドを取り付ける。それを、ホイールの外周全体を覆うように等間隔で複数取り付ける。
【００１７】電気自動車に用いるホイール１，２に内蔵したモーターの固定子７を車体前方側の半周のみに設置する。
【実施例】
【００１８】図１のように、左右に並べて配置した２基のインホイールモーター１と２の外周に、ヒンジ３を介して板バネのアーム４を接続し、接地面にゴム製のトレッド５を取り付ける。図１では当該の懸架装置１つのみ取り付けた状態を図示しているが、当該の懸架装置は両ホイールの外周全体を囲うように等間隔で複数取り付ける。【００１９】図１は左側の車輪の実施例である。右側の車輪の部品形状および各部品の取り付け位置は図１と左右対称となる。【００２０】走行中に車輪の接地面から車体へと伝わる上下動は懸架装置のアーム４を介してホイール１と２の回転運動へと変換され、それらの周回上に配置された全ての当該懸架装置へ均等に伝わることで、車体の振動を全方向に分散して吸収する。【００２１】車体が地面から上向きの力を受けたとき、当該の機構によって、２つのホイールのうち車体外側のホイール１には前進時の車輪回転と逆方向の回転力が、内側のホイール２は前進時の順方向の回転力が加わるため、ホイール１とホイール２に回転差が生じる。このとき、車輪に上向きの加速度が加わっている間は、加速度に比例して当該の回転差を広げるようにモーター出力を調整する。そして車輪部分にかかる垂直方向の加速度が下向きとなった瞬間に、それと反対にホイール１を加速、ホイール２を減速し、当該の回転のずれを解消する。【００２２】車体の旋回は各車輪の速度差と、板バネのアーム４のねじれ動作によって方向転換を行う。高速での旋回時など横方向の加速が車体に加わる際には、内輪側の車高を下げ、外輪側の車高を上げて対抗する。旋回時に内輪のホイール１のみ出力を下げて減速すれば、内輪と外輪、ホイール１とホイール２との速度差がそれぞれ生じ、旋回動作と車体の姿勢制御を同時に行える。機構上、各車輪の回転半径が可変のため、各車輪の速度比は回転速度でなく車輪の外周の長さを乗じた移動速度を基準にする。【００２３】車体に積載する重量が極端に大きい場合、車重によって当該懸架装置が収縮し、車輪の回転半径が縮小するため、標準の車輪の回転半径に比べてモーターの負荷を軽減できる。出力に余裕が出た際にはホイール１を優先的に使用して車輪の回転半径を広げることでモーター回転数を抑制する。【００２４】図２は図１のホイール１，２にインホイールモーターを組み込む場合の実施例である。図２のように、車体の前方にのみモーターの固定子７を配置する。永久磁石８への急激な熱伝導を抑えるため、ドラムブレーキのライニング１０をドラム側に貼り、ブレーキシュー９にはライニングを貼らず金属表面をそのまま押し当てて使用する。【００２５】走行時のブレーキは主に回生モーターで行うが、急制動や急勾配の下り坂など必要な範囲でドラムブレーキを使用する。ホイール１と２のドラムブレーキを交互に作動させ、前進走行時はホイール１のブレーキを先に作動させる。それによってブレーキをかけないホイール２との間に回転差が生じ、車輪内の板バネ４を引き伸ばすことで車輪の回転半径が収縮するため、制動距離あたりのモーター回転数が増え回生ブレーキの効率を向上させる。次にホイール１のブレーキを解除しホイール２のブレーキが作動すると、伸びた板バネが引き戻され、車体の推進方向の慣性力を上向きの運動エネルギーに変えることでブレーキ装置の負荷と発熱を低減する。当該のブレーキ切り替えのタイミングは可変とし、乗り心地を重視するときは当該の切り替えの間隔をごく短くする。ブレーキ圧は常に一定で動作させ、ブレーキの作動時間と作動間隔によって制動力を調整する。【００２６】駐車時、ホイール１と２をそれぞれ前進方向と後退方向に回転させて懸架装置をホイールに沿って折り畳み、各ホイールのドラムブレーキでロックする。この動作によって車高が最小の状態で固定され、乗降時の低床化と揺れ防止を実現する。
【符号の説明】
【００２７】１  外側ホイール、２  内側ホイール、３  懸架装置取り付け用ヒンジ、４  板バネ、５  ゴム製トレッド、６  車軸、７  コイルによる固定子、８  永久磁石、９  ブレーキシュー、１０  ブレーキライニング
【図１】
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【図２】
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