(57)【要約】【課題】走行条件に応じて適切な駆動状態及び回生状態を発揮し得るモーターを簡便な構成で実現すること。【解決手段】ブレーキパッドをディスクロータ２の摩擦摺動面２ａ，２ｂに押圧させて制動力を発生させるキャリパ内に、磁極を変化させるステーター１３を設けると共に、ディスクロータ２の摩擦摺動面２ａ，２ｂに永久磁石３を設定し、ディスクロータ２を回転駆動する駆動力を発生させる駆動状態、及びディスクロータ２の回転により起電力を発生させる回生状態に、ステーター１３を設定可能に構成し、  ブレーキ用の油圧により、ステーター１３をディスクロータ２の永久磁石３に近接及び離間させるように構成してある車輪構造１。【選択図】        図４
2009210054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーキパッドをディスクロータの摩擦摺動面に押圧させて制動力を発生させるキャリパ内に、磁極を変化させるステーターを設けると共に、前記ディスクロータの摩擦摺動面に永久磁石を設定し、前記ディスクロータを回転駆動する駆動力を発生させる駆動状態、及び前記ディスクロータの回転により起電力を発生させる回生状態に、前記ステーターを設定可能に構成し、
ブレーキ用の油圧により、前記ステーターを前記ディスクロータの永久磁石に近接及び離間させるように構成してある車輪構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホイール内にモーターを備える車輪構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術としては、例えば特許文献１の図１に開示されているように、磁極を変化させるステーター及び当該ステーターから常に一定の距離を置いて回転する円環状のロータ（永久磁石）を有するモーター、並びにブレーキパッドをディスクロータの摩擦摺動面に押圧させて制動力を発生させるキャリパを有するディスクブレーキをそれぞれ別個に備える車輪構造が知られている。
【特許文献１】特開２００７−１６２９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
モーターは、ステーターへの電力供給が停止されると、所謂回生ブレーキとして機能し得、ディスクロータの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することで制動力を発生させることができる（即ち、モーターに逆起電力が発生する）。
しかしながら、上記特許文献１の車輪構造におけるモーターは、ロータ（永久磁石）とステーターとの距離が常に一定であるため、制動時において、低速時の逆起電力が低く（ロータとステーターとの距離が一定である場合、逆起電力はロータの回転速度に依存するため、ロータの回転速度が小さいと逆起電力が低くなり、効率良く電気エネルギーを回収することができない）、結果、十分な制動力を発揮することができなかった。そのため、制動力の大部分をディスクブレーキに依存しなければならず、ブレーキパッドとディスクロータとの摩擦熱により車輪内部の温度が上昇して熱害が発生し易くなるという問題があった。
逆に、高速走行時においては、モーターの逆起電力によって、高速走行時の駆動力が低下してしまうという問題も生じていた。
【０００４】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、走行条件に応じて適切な駆動状態及び回生状態を発揮し得るモーターを簡便な構成で実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するため、本発明では、
ブレーキパッドをディスクロータの摩擦摺動面に押圧させて制動力を発生させるキャリパ内に、磁極を変化させるステーターを設けると共に、前記ディスクロータの摩擦摺動面に永久磁石を設定し、前記ディスクロータを回転駆動する駆動力を発生させる駆動状態、及び前記ディスクロータの回転により起電力を発生させる回生状態に、前記ステーターを設定可能に構成し、
ブレーキ用の油圧により、前記ステーターを前記ディスクロータの永久磁石に近接及び離間させるように構成してあることを特徴とする。
【０００６】
〔作用及び効果〕
本発明においては、ブレーキ用の油圧により、ステーターをディスクロータの永久磁石に近接及び離間させるように構成してある。
【０００７】
そのため、制動時において、ステーターをディスクロータの永久磁石に近接させることによって、ディスクロータの回転速度が小さくとも効率良く電気エネルギーを回収することが可能となり、逆起電力による十分な制動力が発揮され得る。結果、ディスクブレーキによる負担が軽減されるため、車輪内部の温度上昇が抑えられ熱害発生を防止し得ると共に、ブレーキパッドの使用寿命も延長され得る。
【０００８】
逆に、高速走行時においては、ステーターをディスクロータの永久磁石から離間させることによって、ステーターと、ディスクロータの永久磁石との間に、逆起電力が十分に低減され得る距離、若しくはその逆起電力が無くなる距離を設けることが可能である。
その結果、高速走行時においては、逆起電力が弱められるか、若しくはその逆起電力がなくなり、駆動力低下を防止することができる。
【０００９】
さらに、本発明においては、キャリパ内にステーターを設けると共に、ディスクロータの摩擦摺動面に永久磁石を設定し、尚且つ、ステーターをディスクロータの永久磁石に近接及び離間させる動力をブレーキ用の油圧に依拠するように構成されているので、従来のディスブレーキ構造を利用して構成することが可能であり、新規の動力源を必要とせず、構造が複雑化することもない。
従って以上より、本発明によれば、走行条件に応じて適切な駆動状態及び回生状態を発揮し得るモーターを簡便な構成で実現することができる。
【００１０】
尚、本発明においては、モーターとディスクブレーキとを別個に備える従来の車輪構造と異なり、モーターとディスクブレーキ（キャリパ）とが一体的に構成されるため、車輪内側のスペースをより有効に利用することができ、例えば、車輪内の熱抜けを良くするように構成して熱排出効率を高めることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔実施形態〕
(車輪構造１の構成)
図１〜図５に基づいて、本発明の車輪構造１の構成について説明する。尚、本発明の車輪構造１は、４つの車輪（右前輪、左前輪、右後輪、左後輪）のいずれにも適用し得る。
【００１２】
図１は、本発明の車輪構造におけるディスクロータ２及びキャリパ４を概略的に示した断面図である。
図２及び図３は、ディスクブレーキ部９の縦断面図である。
図４及び図５は、モーター部１２の縦断面図である。
尚、図２及び図４は、本発明の車輪構造の非制動時の状態を示すものであり、図３及び図５は、本発明の車輪構造の制動時の状態を示すものである。
【００１３】
図１に示されるように、本発明の車輪構造は、円盤状のディスクロータ２と、キャリパ４とを備えて構成されている。
ディスクロータ２の両側面に設けられた摩擦摺動面２ａ，２ｂには、ディスクロータ２の円周方向に沿って交互に磁極（Ｎ及びＳ）が異なるように複数の永久磁石３が設定されている。
キャリパ４は、ディスクロータ２の円周方向に沿う円弧状の外形を形成するケーシング部５、ディスクブレーキ部９、及びモーター部１２を備えて構成されており、ケーシング部５内に、ディスクブレーキ部９を挟むようにして２つのモーター部１２が設けられている。
【００１４】
図２に示されるように、本発明の車輪構造１におけるディスクブレーキ部９は、ハウジング部６（６ａ〜６ｃ）、ディスクロータ２の摩擦摺動面２ａ，２ｂ（永久磁石３）に押圧されることによって制動力を発生する摩擦材からなる一対のブレーキパッド１０（第１ブレーキパッド１０ａ、第２ブレーキパッド１０ｂ）、及びピストン１１ａを備えて構成されている。
ハウジング部６は、内側部６ａ、ブリッジ部６ｂ、及び外側部６ｃからなり、ディスクロータ２の両側面の摩擦摺動面２ａ，２ｂに跨って設置され得るように構成されている。
内側部６ａには、有底の穴３５ａが穿設されており、この穴３５ａには、ピストン１１ａが摺動可能に嵌挿されている。穴３５ａの底には、ポート３６ａが設けられており、図示しないマスタシリンダ等の液圧供給源が接続されている。
【００１５】
図４に示されるように、本発明の車輪構造１におけるモーター部１２は、ハウジング部７（７ａ〜７ｃ）、電磁鋼板ＰにコイルＣが巻回されている一対のステーター１３（第１ステーター１３ａ、第２ステーター１３ｂ）、及びピストン１１ｂ，１１ｃを備えて構成されている。
ステーター１３は、コイルＣに電流を流して磁極を変化させることによってディスクロータ２を回転駆動する駆動力を発生させる駆動状態と、ディスクロータ２の回転により起電力を発生させる回生状態とに設定可能に構成されている。
【００１６】
ハウジング部７は、内側部７ａ、ブリッジ部７ｂ、及び外側部７ｃからなり、ディスクロータ２の両側面の摩擦摺動面２ａ，２ｂに跨って設置され得るように構成されている。
内側部７ａ及び外側部７ｂにはそれぞれ、有底の穴３５ｂ及び穴３５ｃが穿設されており、これらの穴３５ｂ及び穴３５ｃには、ピストン１１ｂ及びピストン１１ｃがそれぞれ摺動可能に嵌挿されている。穴３５ｂ及び穴３５ｃの底にはそれぞれ、ポート３６ｂ及びポート３６ｃが設けられており、図示しないマスタシリンダ等の液圧供給源が接続されている。
また、内側部７ａ及び外側部７ｃにはそれぞれ、ストッパー３７が設けられている。ストッパー３７は、後述する本発明の車輪構造１の制動時において、第１ステーター１３ａ及び第２ステーター１３ｂがディスクロータ２にそれぞれ近接する際に、これらの各ステーター１３ａ，１３ｂがディスクロータ２に接触するのを防止するための部材である。
【００１７】
図２に示されるように、車軸１５は、車体側のナックルアーム１７にベアリング１８を介して軸心周りに回転可能に支持されている。車軸１５の端部にはハブ１６が設けられており、ハブ１６には、ディスクロータ２及びホイール１９が、ハブ１６を両側から挟むようにしてハブボルト２２とホイールナット２３によって共締め固定されている。尚、ホイール１９のリム部２０には、タイヤ２１が装着されることになる。
【００１８】
上記構成によって、図４に示すモーター部１２におけるステーター１３のコイルＣに電流を流し、ディスクロータ２の永久磁石３とステーター１３との間に反発と吸引を生じさせて、ディスクロータ２を回転駆動させると、車軸１５及びホイール１９が共に回転する仕組みとなっている。
【００１９】
（制動時の作動状態）
次に、上記構成を有するキャリパ４のディスクブレーキ部９及びモーター部１２における制動時の作動状態を以下に説明する。
【００２０】
図６は、本実施形態におけるブレーキ装置の油圧回路図である。尚、当該ブレーキ装置は、４つの車輪（右前輪、左前輪、右後輪、左後輪）のいずれにも適用し得る。
図６に示されるように、本実施形態におけるブレーキ装置は、ブレーキペダル２５、マスタバック２６、及びマスタシリンダ２７等を備えて構成されている。マスタシリンダ２７は、マスタバック２６を介してブレーキペダル２５に連動連結されており、ブレーキペダル２５の踏込力に応じたブレーキ圧をマスタバック２６により増大させて発生させる。図４に示されるように、油路２８は、途中で分岐してキャリパ４のディスクブレーキ部９及びモーター部１２にそれぞれ接続されており、ブレーキ圧がディスクブレーキ部９及びモーター部１２にそれぞれ供給されるように構成されている。
【００２１】
尚、本実施形態におけるディスクブレーキ部９は、所謂「浮動キャリパ型」の構造を有するものであり、図２において、ディスクブレーキ部９のハウジング部６は、矢印ａ，ｂ方向に変位可能にケーシング５に取り付けられている。
【００２２】
図２、及び図４に示されるように、運転者が、減速のためにブレーキペダル２５（図６参照）を踏み、ブレーキ圧が供給されると、ブレーキ液がディスクブレーキ部９及びモーター部１２の各ポート３６ａ，３６ｂ，３６ｃ内にそれぞれ流入する。
このとき、ディスクブレーキ部９のピストン１１ａは、図２に示す非制動状態から、図２中の矢印ａ方向に摺動して、第１ブレーキパッド１０ａをディスクロータ２の摩擦摺動面２ａに押圧する。
そして、このようなディスクブレーキ部９における第１ブレーキパッド１０ａの押圧動作と連動して、モーター部１２のピストン１１ｂ及びピストン１１ｃが、図４に示す非制動状態から、ディスクロータ２の摩擦摺動面２ａ及び摩擦摺動面２ｂ側にそれぞれ摺動する。すると、図５に示されるように、第１ステーター１３ａ及び第２ステーター１３ｂが、図示しないバネ（このバネは、第１ステーター１３ａ及び第２ステーター１３ｂをディスクロータ２から離間させる方向に付勢する）の付勢力に対抗して、ストッパー３７に係止するまで、ディスクロータ２の摩擦摺動面２ａ及び摩擦摺動面２ｂの永久磁石３にそれぞれ近接する。
【００２３】
また、図２のディスクブレーキ部９において、第１ブレーキパッド１０ａがディスクロータ２の摩擦摺動面２ａに押圧されると、ピストン１１ａは摺動を停止する。ピストン１１ａが摺動を停止した後も、ブレーキ液がポート３６ａ内に流入すれば穴３５ａ内の油圧が上昇する。その結果、停止したピストン１１ａが逆に穴３５ａの内面を押圧し、ハウジング部６の内側部６ａを図２中矢印ｂ方向に押圧する。ハウジング部６は図２中矢印ａ，ｂ方向に変位可能とされているので、結果、ハウジング部６が図２中矢印ｂ方向に変位することになる。
【００２４】
そして、ハウジング部６の矢印ｂ方向への変位に伴って、図３に示すように、ディスクブレーキ部９の外側部６ｃが第２ブレーキパッド１０ｂをディスクロータ２の摩擦摺動面２ｂに押圧する。その結果、ディスクブレーキ部９では、ディスクロータ２を一対のブレーキパッド１０（第１ブレーキパッド１０ａ及び第２ブレーキパッド１０ｂ）により押圧挟持する状態となり、ディスクロータ２を効率的に制動させることが可能となる。
【００２５】
また、図５に示されるように、モーター部１２では、一対のステーター１３（第１ステーター１３ａ及び第２ステーター１３ｂ）をディスクロータ２の永久磁石３に近接させることによって、ディスクロータ２の回転速度が小さくとも効率良く電気エネルギーを回収することが可能となり、逆起電力による十分な制動力が発揮され得る。結果、ディスクブレーキ部による負担が軽減されるため、車輪内部の温度上昇が抑えられ熱害発生を防止し得ると共に、ブレーキパッド１０の使用寿命も延長され得る。
【００２６】
運転者がブレーキペダルを踏むのを止めると、ブレーキ圧が排出されるため、図２に示されるように、ディスクブレーキ部９においては、ピストン１１ａが元の位置に戻り、第１ブレーキパッド１０ａ及び第２ブレーキパッド１０ｂが、ディスクロータ２から離間する。そして、このようなディスクブレーキ部９におけるブレーキパッド１０の離間動作と連動して、図４に示されるように、モーター部１２においても、ピストン１１ｂ及びピストン１１ｃが元の位置に戻り、図示しないバネの付勢力によって第１ステーター１３ａ及び第２ステーター１３ｂが、ディスクロータ２から離間する。
【００２７】
尚、本実施形態においては、ブレーキ圧の排出により油圧を減少させてブレーキパッド１０をディスクロータ２から離間させる動作と連動させて、ステーター１３と、ディスクロータ２の永久磁石３との間に、逆起電力が十分に低減され得る距離、若しくはその逆起電力が無くなる距離を置いて、ステーター１３と、ディスクロータ２の永久磁石３とを離間させるように構成することも可能である。
従って、本発明をハイブリッド車両に適用した場合、ハイブリッド車両のエンジン駆動による高速走行時においては、逆起電力が弱められるか、若しくは逆起電力がなくなり、エンジンの駆動力低下を防止することができる。
【００２８】
さらに、本実施形態においては、図１に示されるように、キャリパ４内にステーター１３を設けると共に、ディスクロータ２の摩擦摺動面２ａ，２ｂに永久磁石３を設定し、尚且つ、図２〜図６に示されるように、ステーター１３をディスクロータ２の永久磁石３に近接及び離間させる動力をブレーキ用の油圧に依拠するように構成されているので、従来のディスブレーキ構造を利用して構成することが可能であり、新規の動力源を必要とせず、構造が複雑化することもない。
従って以上より、本発明によれば、走行条件に応じて適切な駆動状態及び回生状態を発揮し得るモーターを簡便な構成で実現することができる。
【００２９】
尚、本実施形態においては、モーターとディスクブレーキとを別個に備える従来の車輪構造と異なり、モーターとディスクブレーキ（キャリパ）とが一体的に構成されるため、車輪内側のスペースをより有効に利用することができ、例えば、車輪内の熱抜けを良くするように構成して熱排出効率を高めることも可能である。
【００３０】
〔別実施形態〕
次に、本発明の車輪構造１の別実施形態について説明するが、重複説明を避けるため、主として、先の実施形態と異なる構成及び作用効果についてのみ説明する。
図７は、別実施形態におけるブレーキ装置の油圧回路図である。図５に示されるように、別実施形態におけるブレーキ装置は、ブレーキペダル２５、スイッチ部２９、マイコン制御部３０、方向切換弁３１（電磁弁）、第１圧力制御弁３２ａ（電磁弁）、第２圧力制御弁３２ｂ（電磁弁）、油圧ポンプ３３、オイルタンク３４等を備えて構成されている。
第１圧力制御弁３２ａ及び第２圧力制御弁３２ｂは、マイコン制御部３０からの指令に基づいて、キャリパ４のディスクブレーキ部９及びモーター部１２に供給する油圧の圧力を調節し得るように構成されている。
方向切換弁３１は、スイッチ部２９からの入力によって、Ａ経路又はＢ経路に切換え自在に構成されている。
【００３１】
別実施形態におけるブレーキ装置は、方向切換弁３１がＡ経路に切換えられている場合に、前述の実施形態と同様に通常のブレーキ装置として構成される。
しかしながら、方向切換弁３１がＢ経路に切換えられている場合には、第１圧力制御弁３２及び第２圧力制御弁３２の作用により、キャリパ４のディスクブレーキ部９及びモーター部１２に供給する油圧の圧力を、それぞれ別個独立に制御することができる。
【００３２】
そのため、例えば、車両の発進時に、図２に示すように、第１圧力制御弁３２ａによりディスクブレーキ部９に供給する油圧の圧力を下げてブレーキパッド１０をディスクロータ２から離間させると共に、図５に示すように、第２圧力制御弁３２ｂによりモーター部１２に供給する油圧の圧力を上げてステーター１３をディスクロータ２に近接させるように制御することによって、ディスクブレーキ部９による制動力を発生させずに、モーター部１２によって効率的にディスクロータ２を回転させて、車両発進時に大きな駆動力を発生させることができる。
【００３３】
〔その他の実施形態〕
〔１〕前述の実施形態におけるディスクブレーキ部及びモーター部の構成については、浮動キャリパ型、浮動ヨーク型、又は対向ピストン型のいずれの構成を採用しても良い。
〔２〕前述の実施形態におけるディスクロータ２の永久磁石３の表面に鋳鉄を設けることによって、永久磁石３の飛散や破損を防止するようにしても良い。
〔３〕バネによりステーターをディスクロータに近接する側に付勢し、ブレーキ圧の供給でステーターが離間し、ブレーキ圧の排出でステーターが近接するように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の車輪構造におけるディスクロータ及びキャリパを概略的に示した断面図
【図２】ディスクブレーキ部の縦断面図（非制動時）
【図３】ディスクブレーキ部の縦断面図（制動時）
【図４】モーター部の縦断面図（非制動時）
【図５】モーター部の縦断面図（制動時）
【図６】ブレーキ装置の油圧回路図
【図７】別実施形態におけるブレーキ装置の油圧回路図
【符号の説明】
【００３５】
１  車輪構造
２  ディスクロータ
２ａ，２ｂ  摩擦摺動面
３  永久磁石
４  キャリパ
５  ケーシング部
６  ハウジング部
６ａ  内側部
６ｂ  ブリッジ部
６ｃ  外側部
７  ハウジング部
７ａ  内側部
７ｂ  ブリッジ部
７ｃ  外側部
９  ディスクブレーキ部
１０  ブレーキパッド
１１  ピストン
１２  モーター部
１３  ステーター
１５  車軸
１６  ハブ
１７  ナックルアーム
１８  ベアリング
１９  ホイール
２０  リム部
２１  タイヤ
２２  ハブボルト
２３  ホイールナット
２５  ブレーキペダル
２６  マスタバック
２７  マスタシリンダ
２８  油路
２９  スイッチ部
３０  マイコン制御部
３１  方向切換弁
３２  圧力制御弁
３３  油圧ポンプ
３４  オイルタンク
３５  穴
３６  ポート
３７  ストッパー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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