電動ブレーキ装置
【課題】車両におけるブレーキ装置の省スペース化を実現し、好ましくはインホイールモータの搭載を容易とすることが可能なブレーキ装置の構造を提供する。
【解決手段】ホイール２０４内に配置されたインホイールモータ２００の出力軸にブロック２０６が設けられ、ホイール２０４の内周面とブロック２０６との間にブレーキシュー２２０が配置される。インホイールモータ２００の駆動によってブロック２０６が回転することによりその回転力がブレーキシュー２２０の半径方向の並進力に変換される。そのブロック２０６の回転によってブレーキシュー２２０が半径方向外向きに駆動されると、ブレーキシュー２２０の先端がホイール１０４に押し付けられることにより、車輪に制動力が付与される。
【解決手段】ホイール２０４内に配置されたインホイールモータ２００の出力軸にブロック２０６が設けられ、ホイール２０４の内周面とブロック２０６との間にブレーキシュー２２０が配置される。インホイールモータ２００の駆動によってブロック２０６が回転することによりその回転力がブレーキシュー２２０の半径方向の並進力に変換される。そのブロック２０６の回転によってブレーキシュー２２０が半径方向外向きに駆動されると、ブレーキシュー２２０の先端がホイール１０４に押し付けられることにより、車輪に制動力が付与される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギにより車両の制動力を得る電動ブレーキ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両の制動を行う装置として、車輪と共に回転するディスクロータと、車体側に固定されたキャリパとで構成されるディスクブレーキ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。キャリパは、ディスクロータを挟んで配置される一対の摩擦材を含んで構成される。液圧または電動機構を介して摩擦材が駆動されることにより、その摩擦材がディスクロータを挟圧して制動力を発生させる。
【特許文献１】特開２００４−３６０８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このようなディスクブレーキ装置の場合、そのディスクロータに垂直に摩擦材を押し当てる構造であるため、その駆動部となるシリンダや駆動機構が車幅方向に大きくなる。いわゆるフローティングキャリパを採用する場合には、摩擦材の摩耗とともにシリンダ等を移動させるための間隙も確保する必要があり、車両の設置スペースの観点から改善の余地があった。通常、ディスクロータの周上に１つのキャリパしか配置しないため、その一つのキャリパが設計上大きくなることもその要因の一つであった。
【０００４】
一方、近年では、車両の各駆動輪に対応してインホイールモータをそれぞれ設置し、その制駆動力を独立に制御可能なインホイールモータ方式の採用が提案されている。例えば、モータの出力を減速機を介してホイールに伝えるものや、ダイレクトドライブ方式により減速機を介さずにホイールを直接モータで回転させるものがある。このようなインホイールモータによれば、モータを回生制御することにより駆動輪に回生制動力を付与することができる。ただし、この回生制動のみでは、車両全体としての制動力が不十分である場合があるため、通常、インホイールモータを搭載する車両には、液圧を用いた常用液圧ブレーキが搭載されている。すなわち、モータの回生制動力と液圧制動力の双方を用いた協調制御を行うことによりスムーズかつ安全な制動を行えるようにしている。しかし、このようなインホイールモータ方式を採用する場合、ホイール内にモータを配置するため、液圧制動用の上記ディスクブレーキ装置を搭載しようとすると、上述した設置スペースの確保が困難になるという問題があった。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、車両におけるブレーキ装置の省スペース化を実現し、好ましくはインホイールモータの搭載を容易とすることが可能なブレーキ装置の構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の電動ブレーキ装置は、車体に取り付けられ、車輪のホイール内に配置されるインホイールモータと、インホイールモータの出力軸に固定された環状の本体を有し、その本体の外周面に半径方向外向きに突出するとともに、その先端に半径方向の高さが変化する傾斜面を有する複数の突起が設けられた押圧部材と、ホイールの内周面と押圧部材との間に配置されるように車体に対して取り付けられ、その一端側がホイールの内周面に対向配置される一方、他端側に突起の傾斜面と相補形状の対向面を有するブレーキシューと、ブレーキシューをホイールの内周面から離間する方向に付勢する付勢部材と、インホイールモータを駆動して押圧部材の回転角度を制御することにより、ブレーキシューに対する突起の相対位置を変化させ、それによりブレーキシューをホイールから離間した待機位置とホイールに押し付けられる制動位置との間で変位するように駆動する制御部と、を備える。
【０００７】
ここでいうインホイールモータは、車輪に対する制動力のみを発生させるものであってもよいし、駆動力をも発生させるものであってもよい。なお、「ホイール」には、いわゆるブレーキドラムが一体に固定されたものであってもよく、その場合には、ブレーキドラムも含めて「ホイール」と解釈することができる。
【０００８】
この態様では、ホイール内に配置されたインホイールモータの出力軸に押圧部材が設けられ、ホイールの内周面と押圧部材との間にブレーキシューが配置される。インホイールモータの駆動によって押圧部材が回転することによりその回転力がブレーキシューの半径方向の並進力に変換される。その押圧部材の回転によってブレーキシューが半径方向外向きに駆動されると、ブレーキシューの先端がホイールに押し付けられることにより、車輪に制動力が付与される。
【０００９】
この態様によれば、車輪に制動力を付与するための機構が車輪の半径方向に配置されているため、ブレーキ装置による車輪の幅方向の占有スペースを小さく抑えることができる。インホイールモータを制動装置のみならず、駆動装置としても使用するようにすれば、車両全体の省スペース化を実現することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、車両におけるブレーキ装置の省スペース化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
［第１実施形態］
本実施形態の車両には、その駆動輪側（本実施形態では前輪側）にインホイールモータによる駆動装置が搭載され、従動輪側（本実施形態では後輪側）にインホイールモータによる制動装置が搭載されている。
【００１２】
図１は、第１実施形態にかかる駆動装置の内部構造を表す概略構造図である。
車両の左右の前輪には、図示しないサスペンションに接続されたインホイールモータ１００がそれぞれ配置されている。このインホイールモータ１００は、駆動装置の主要部を構成し、車両に搭載された「制御部」としての図示しない電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）により駆動制御される。すなわち、ＥＣＵは、アクセルペダルから入力される運転者のアクセル操作量に基づいてモータ指令値（トルク指令値）を演算し、バッテリが接続された図示しない駆動回路を駆動してインホイールモータ１００への通電制御を実行する。ＥＣＵには、その他、ブレーキペダルからその踏み込み操作量を示す信号や、ステアリングから舵角等を示す信号が入力され、必要に応じてインホイールモータ１００の制御に反映する。例えば、運転者によりブレーキペダルが操作されて減速要求が入力された場合、ＥＣＵは、インホイールモータ１００を発電機として機能させて回生制動を行うと共に、必要の応じてバッテリへの充電を行う。なお、このようなインホイールモータ方式の制御そのものは公知であるため、その詳細な説明については省略する。
【００１３】
図示のように、インホイールモータ１００は、タイヤ１０２を装着したホイール１０４がハブナット１０６によりハブホイール１０８に固定されている。ハブホイール１０８は、モータハウジング１１０から突出した出力軸１１２に固定され、出力軸１１２と共に回転する。モータハウジング１１０の内部には電動機１１４が収納されている。また、モータハウジング１１０の車体側側面には、電動機１１４のロータ１１６の回転を減速する歯車減速機１１８を収納したギアハウジング１２０が接続固定されている。電動機１１４の発生する回転出力は歯車減速機１１８を介して出力軸１１２、ハブホイール１０８、ホイール１０４に伝達される。この伝達された回転力によってホイール１０４がタイヤ１０２と共に回転駆動される。
【００１４】
モータハウジング１１０の内壁面には、環状のステータ１３０が固定され、当該ステータ１３０の内側に、ロータ１１６が配置され、さらにそのロータ１１６の内部に出力軸１１２が回転自在に収納されている。ステータ１３０は、例えば板状の電磁鋼板が複数積層され、中心方向、すなわちロータ１１６の中心方向に延びるスロット部とティース部とが交互に形成される環状の鉄心１３２ａと、当該鉄心１３２ａの各ティース部に巻回配置される３相の磁界コイル１３２ｂとで構成されている。このように組み付けられた磁界コイル１３２ｂに順次所定のタイミングで電流を供給することにより、ステータ１３０に回転磁界を発生させ、ロータ１１６を回転させることができる。
【００１５】
一方、ステータ１３０の内周側に配置されるロータ１１６は、その軸長全体に亘って中心部に出力軸１１２を回転自在に挿通するための挿通孔１１６ａが形成されている。出力軸１１２は挿通孔１１６ａに配置された複数のベアリングにより、ロータ１１６に対して独立的に回転するようになっている。ロータ１１６は、ステータ１３０と対向する大径部分とそれに連なり歯車減速機１１８側に延びる小径部分とで構成されている。大径部分の外周面には等間隔で複数の永久磁石が１３６が配列され、ステータ１３０が発生する回転磁界の移動に伴い永久磁石１３６を介して吸着作用と反発作用が繰り返され、当該ロータ１１６を所望の方向に所望の速度で回転させている。
【００１６】
ロータ１１６の小径部分は、ギアハウジング１２０の内部まで延び、その先端部には、歯車減速機１１８の第１ギア１３８ａと噛合するロータギア１４０が形成されている。その内部には、第１ギア１３８ａを支持するギアシャフト１４２が複数のベアリングによって軸支されている。このギアシャフト１４２には、小径の第２ギア１３８ｂが固定されている。さらに、第２ギア１３８ｂは、出力軸１１２に固定されている大径の第３ギア１３８ｃに噛合している。従って、ロータ１１６の回転力は、歯車減速機１１８によって所定速度に減速されつつ、トルク増加を行いながら出力軸１１２へと伝達され、ホイール１０４およびタイヤ１０２を回転駆動する。
【００１７】
図２は、第１実施形態にかかる制動装置の内部構造を簡略的に表す概略構造図である。（Ａ）は車輪の内側からみた図を表し、（Ｂ）はその側方からみた切欠断面図を表し、（Ｃ）は（Ａ）の部分拡大図を表している。
【００１８】
左右の後輪には、図示しないサスペンションに接続されたインホイールモータ２００がそれぞれ配置されている。インホイールモータ２００は、車体に支持され、前輪側のインホイールモータ１００とほぼ同様の内部構造を有するが、出力軸の先端にベアリング装置２０２を介してホイール２０４が遊嵌されている。すなわち、インホイールモータ２００の出力軸がホイール２０４を支持してはいるものの、その回転力はホイール２０４に伝達されないように構成されている。したがって、従動輪（後輪）は、制動時を除き、駆動輪（前輪）の動作にしたがって回転駆動されるようになる。このインホイールモータ２００の内部構造の詳細については説明を省略する。
【００１９】
インホイールモータ２００の出力軸の中央にはギアが一体に固定され、そのギアに同心状に外挿されるように円環状のブロック２０６（「押圧部材」に該当する）が嵌合固定されている。ブロック２０６の外周面にはその半径方向外向きに突出する３つの突起２１０，２１２，２１４が設けられている。本実施形態では、突起２１０を基準に回転方向に３０度ずれた位置に突起２１２が設けられ、１８０度ずれた位置に突起２１４が設けられている。これらの突起は、ブロック２０６の回転、つまり出力軸の回転によって同方向に回転することになる。
【００２０】
また、ブロック２０６の外側には円環状の支持部２０８が同心状に設けられている（同図（Ｂ）では図示略）。この支持部２０８は、所定の幅および厚みを有し、図示しないアームを介して車体に固定されている。支持部２０８の突起２１０，２１２，２１４との対向位置近傍には、ブレーキシュー２２０，２２２，２２４がそれぞれ半径方向に変位可能に支持されている。すなわち、支持部２０８の各突起との対向位置近傍には、各ブレーキシューを挿通可能な挿通孔が設けられており、その挿通孔を囲むようにばね受け部２２６が突設されている。各ブレーキシューの長手方向中央にはフランジ部が設けられ、このフランジ部とばね受け部２２６との間には、各ブレーキシューをブロック２０６側に付勢するスプリング２２８（「付勢部材」に該当する）が介装されている。このため、各ブレーキシューは、ブロック２０６側から半径方向外向きの力が作用しない状態においてはブロック２０６側に変位した状態となるが、フランジ部が支持部２０８の外周面に係止されることにより、その変位量は規制される。
【００２１】
各ブレーキシューのホイール２０４の内周との対向面には、ライニング２３０（「摩擦材」に該当する）が固定されている。このライニング２３０が図示のようにホイール２０４の内周面に押し付けられることで、車輪に摩擦力による制動力が付与される。すなわち、同図（Ｃ）にも示すように、突起２１０の先端面が細い矢印の回転方向（便宜上「正回転」という）へ向かうほど短くなる傾斜面となっている一方、これに対向するブレーキシュー２２０の端面（ライニング２３０と反対側の端面）が同方向に長くなる相補形状の傾斜面となっている。非制動時においては図示のように、ブレーキシュー２２０の軸線と突起２１０の軸線とが回転方向にずれており、ブレーキシュー２２０はスプリング２２８の付勢力によってブロック２０６に近接した待機位置に保持される。ブレーキシュー２２０がこの待機位置にあるときには、ライニング２３０がホイール２０４の内周面から完全に離間しているため、この制動装置によって車輪に制動力が付与されることはない。
【００２２】
一方、制動時にはＥＣＵがインホイールモータ２００へ通電を行い、ブロック２０６を正回転させる。その結果、ブレーキシュー２２０がスプリング２２８の付勢力に抗してホイール２０４側（太い矢印の方向）に駆動される。ブロック２０６は、同図（Ａ）に示されるようにブレーキシュー２２０の軸線と突起２１０の軸線とが一致する角度回転した制動位置にて保持され、ライニング２３０がホイール２０４の内周面に押し付けられる。このとき、ブレーキシュー２２２，２２４も同様にそのライニング２３０がホイール２０４の内周面に押し付けられ、ホイール２０４は３箇所において摩擦による制動力を受けることになる。このようにして目標とする制動力が得られると、ＥＣＵはインホイールモータ２００を逆回転させ、ブロック２０６を元の位置に戻す制御を実行する。その結果、突起による押圧力が解除され、スプリング２２８の付勢力によって各ブレーキシューが待機位置に戻るようになる。
【００２３】
以上のように、本実施形態においては、インホイールモータ２００の回転を利用して複数のライニング２３０をホイール２０４に対して同時に押し付ける構造としたため、一つの摩擦材を薄く、小さくすることが可能になる。また、シリンダやピストン等を設ける必要がなくなり、車両の内側のスペースを確保することができる。
【００２４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、制動装置の構成が第１実施形態のそれと異なる。本実施形態において第１実施形態と実質的に同様の構成部分については同一符号を付すなどして適宜その説明を省略する。
【００２５】
図３は、第２実施形態にかかる制動装置の内部構造を簡略的に表す概略構造図である。（Ａ）は部分切欠断面図を表し、図２（Ｂ）に対応する。（Ｂ）は主要部の構成を表す斜視図である。
【００２６】
本実施形態においては、ホイール２０４に対して同心状にブレーキディスク３５０が固定されている。ブレーキディスク３５０は、段付円板状をなし、ベアリング装置２０２が嵌合するように組み付けられている。すなわち、インホイールモータ２００の出力軸の先端には、ベアリング装置２０２およびブレーキディスク３５０を介してホイール２０４が遊嵌されている。
【００２７】
インホイールモータ２００の出力軸にはギアが一体に固定され、そのギアに同心状に外挿されるように円板状のブロック３０６が嵌合固定されている。ブロック３０６のブレーキディスク３５０との対向面における外周部近傍には、同図（Ｂ）にも示すように、ブレーキディスク３５０側に突出する３つの突起３１０が、周方向に所定の間隔で設けられている。これらの突起は、ブロック３０６の回転、つまり出力軸の回転によって同方向に回転することになる。
【００２８】
また、ブロック３０６とブレーキディスク３５０との間の各突起３１０に対向する位置には、ブレーキシュー３２０がそれぞれ配設されている（同図には便宜上、１つのみ表示）。ブレーキシュー３２０は、車体に固定された図示しない支持部により、ブレーキディスク３５０へ近接または離間する方向に変位可能に支持されている。その支持部には、ブレーキシュー３２０をブレーキディスク３５０から離間する方向に付勢する図示しないスプリングが設けられている。このスプリングおよびこれを受けるばね受けの構造としては図２に示したものと同様の構造を適用することができるが、その図示については省略している。各ブレーキシューは、ブロック３０６側からブレーキディスク３５０側への力が作用しない状態においてはブロック３０６側に変位した状態となる。
【００２９】
各ブレーキシューのブレーキディスク３５０との対向面には、ライニング３３０が固定されている。このライニング３３０がブレーキディスク３５０に押し付けられることで、車輪に摩擦力による制動力が付与される。すなわち、同図（Ｂ）にも示すように、突起３１０の先端面が細い矢印の回転方向（便宜上「正回転」という）へ向かうほど短くなる傾斜面となっている一方、これに対向するブレーキシュー３２０の端面（ライニング３３０と反対側の端面）が同方向に長くなる相補形状の傾斜面となっている。非制動時においては、ブレーキシュー３２０がスプリングの付勢力によってブロック３０６に近接した待機位置に保持される。ブレーキシュー３２０がこの待機位置にあるときには、ライニング３３０がブレーキディスク３５０から完全に離間しているため、この制動装置によって車輪に制動力が付与されることはない。
【００３０】
一方、制動時にはＥＣＵがインホイールモータ２００へ通電を行い、ブロック３０６を正回転させる。その結果、ブレーキシュー３２０がスプリングの付勢力に抗してブレーキディスク３５０側（太い矢印の方向）に駆動される。これにより、ライニング３３０がブレーキディスク３５０に押し付けられ、ブレーキディスク３５０は３箇所において摩擦による制動力を受けることになる。このようにして目標とする制動力が得られると、ＥＣＵはインホイールモータ２００を逆回転させ、ブロック３０６を元の位置に戻す制御を実行する。その結果、突起による押圧力が解除され、スプリングの付勢力によって各ブレーキシューが待機位置に戻るようになる。
【００３１】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。
【００３２】
図４は、第２実施形態の変形例にかかる制動装置の内部構造を簡略的に表す概略構造図である。同図は、図３（Ａ）に対応する。
第２実施形態においては図３に示したように、ブレーキディスク３５０の片側の面にライニング３３０を押し付けて制動力を得るようにした。変形例においては、図４に示すように、ブレーキディスク３６０の両側からライニング３３０を押し付けて制動力を得るようにしてもよい。
【００３３】
すなわち、本変形例では、ホイール２０４の軸線方向の中間部に、ブレーキディスク３６０が固定されている。ブレーキディスク３６０は、ホイール２０４の内周面から内方に向けて所定量突出するように設けられた環状部からなる。一方、インホイールモータ２００の出力軸にはギアを介して一対のブロック３０６が嵌合固定されている。これら一対のブロック３０６は、ブレーキディスク３６０を挟むように所定の間隔をあけて対向配置されている。各ブロック３０６のブレーキディスク３６０との対向面には、図３に示したものと同様の突起３１０が設けられ、その各突起３１０とブレーキディスク３６０との間には、ブレーキシュー３２０がそれぞれ配設されている。ブレーキシュー３２０は、第２実施形態と同様に、車体に固定された図示しない支持部により、ブレーキディスク３５０へ近接または離間する方向に変位可能に支持されている。
【００３４】
非制動時においては、各ブレーキシュー３２０がブロック３０６に近接した待機位置に保持されてライニング３３０がブレーキディスク３６０から完全に離間しているため、この制動装置によって車輪に制動力が付与されることはない。一方、制動時にはブロック３０６が回転されることによりブレーキシュー３２０がブレーキディスク３５０側に駆動され、ライニング３３０がブレーキディスク３５０に押し付けられる。その結果、ブレーキディスク３６０は両面を合わせた６箇所において摩擦による制動力を受けることになる。このように、ブレーキディスク３６０を両側から挟圧する構成とすることで、より大きな制動力を発揮させることができる。
【００３５】
各実施形態においては、インホイールモータ２００をインホイールモータ１００と同様の構造を有するものとして説明したが、例えばステッピングモータを適用させるなど、異なる構造のモータとして構成してもよい。
【００３６】
各実施形態においては、前輪側に駆動装置を設け、後輪側に制動装置を設けた。すなわち、制動制御において前輪側で回生制動を発揮させる一方、後輪側で摩擦による制動制御を実行するようにした。変形例においては、駆動輪側において駆動装置と制動装置とを一体に構成してもよい。具体的には、図１に示したインホイールモータ１００が、図２〜図４に示したインホイールモータ２００を兼ねるように構成してもよい。例えば、駆動用の出力軸と制動用の出力軸とをクラッチやギヤ機構によって切り替えられるように構成してもよい。
【００３７】
各実施形態においては、インホイールモータ２００を含む制動装置として、ブレーキペダルの操作に基づいて作動する装置を示した。変形例においては、インホイールモータ２００を含む制動装置を、制動状態をロックするいわゆるパーキングブレーキ装置として構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態にかかる駆動装置の内部構造を表す概略構造図である。
【図２】第１実施形態にかかる制動装置の内部構造を簡略的に表す概略構造図である。
【図３】第２実施形態にかかる制動装置の内部構造を簡略的に表す概略構造図である。
【図４】第２実施形態の変形例にかかる制動装置の内部構造を簡略的に表す概略構造図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００ インホイールモータ、 １０２ タイヤ、 １０４ ホイール、 １１２ 出力軸、 ２００ インホイールモータ、 ２０２ ベアリング装置、 ２０４ ホイール、 ２０６ ブロック、 ２０８ 支持部、 ２１０ 突起、 ２１２ 突起、 ２１４ 突起、 ２２０ ブレーキシュー、 ２２２ ブレーキシュー、 ２２８ スプリング、 ２３０ ライニング、 ３０６ ブロック、 ３１０ 突起、 ３２０ ブレーキシュー、 ３３０ ライニング、 ３５０ ブレーキディスク、 ３６０ ブレーキディスク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギにより車両の制動力を得る電動ブレーキ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両の制動を行う装置として、車輪と共に回転するディスクロータと、車体側に固定されたキャリパとで構成されるディスクブレーキ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。キャリパは、ディスクロータを挟んで配置される一対の摩擦材を含んで構成される。液圧または電動機構を介して摩擦材が駆動されることにより、その摩擦材がディスクロータを挟圧して制動力を発生させる。
【特許文献１】特開２００４−３６０８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このようなディスクブレーキ装置の場合、そのディスクロータに垂直に摩擦材を押し当てる構造であるため、その駆動部となるシリンダや駆動機構が車幅方向に大きくなる。いわゆるフローティングキャリパを採用する場合には、摩擦材の摩耗とともにシリンダ等を移動させるための間隙も確保する必要があり、車両の設置スペースの観点から改善の余地があった。通常、ディスクロータの周上に１つのキャリパしか配置しないため、その一つのキャリパが設計上大きくなることもその要因の一つであった。
【０００４】
一方、近年では、車両の各駆動輪に対応してインホイールモータをそれぞれ設置し、その制駆動力を独立に制御可能なインホイールモータ方式の採用が提案されている。例えば、モータの出力を減速機を介してホイールに伝えるものや、ダイレクトドライブ方式により減速機を介さずにホイールを直接モータで回転させるものがある。このようなインホイールモータによれば、モータを回生制御することにより駆動輪に回生制動力を付与することができる。ただし、この回生制動のみでは、車両全体としての制動力が不十分である場合があるため、通常、インホイールモータを搭載する車両には、液圧を用いた常用液圧ブレーキが搭載されている。すなわち、モータの回生制動力と液圧制動力の双方を用いた協調制御を行うことによりスムーズかつ安全な制動を行えるようにしている。しかし、このようなインホイールモータ方式を採用する場合、ホイール内にモータを配置するため、液圧制動用の上記ディスクブレーキ装置を搭載しようとすると、上述した設置スペースの確保が困難になるという問題があった。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、車両におけるブレーキ装置の省スペース化を実現し、好ましくはインホイールモータの搭載を容易とすることが可能なブレーキ装置の構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の電動ブレーキ装置は、車体に取り付けられ、車輪のホイール内に配置されるインホイールモータと、インホイールモータの出力軸に固定された環状の本体を有し、その本体の外周面に半径方向外向きに突出するとともに、その先端に半径方向の高さが変化する傾斜面を有する複数の突起が設けられた押圧部材と、ホイールの内周面と押圧部材との間に配置されるように車体に対して取り付けられ、その一端側がホイールの内周面に対向配置される一方、他端側に突起の傾斜面と相補形状の対向面を有するブレーキシューと、ブレーキシューをホイールの内周面から離間する方向に付勢する付勢部材と、インホイールモータを駆動して押圧部材の回転角度を制御することにより、ブレーキシューに対する突起の相対位置を変化させ、それによりブレーキシューをホイールから離間した待機位置とホイールに押し付けられる制動位置との間で変位するように駆動する制御部と、を備える。
【０００７】
ここでいうインホイールモータは、車輪に対する制動力のみを発生させるものであってもよいし、駆動力をも発生させるものであってもよい。なお、「ホイール」には、いわゆるブレーキドラムが一体に固定されたものであってもよく、その場合には、ブレーキドラムも含めて「ホイール」と解釈することができる。
【０００８】
この態様では、ホイール内に配置されたインホイールモータの出力軸に押圧部材が設けられ、ホイールの内周面と押圧部材との間にブレーキシューが配置される。インホイールモータの駆動によって押圧部材が回転することによりその回転力がブレーキシューの半径方向の並進力に変換される。その押圧部材の回転によってブレーキシューが半径方向外向きに駆動されると、ブレーキシューの先端がホイールに押し付けられることにより、車輪に制動力が付与される。
【０００９】
この態様によれば、車輪に制動力を付与するための機構が車輪の半径方向に配置されているため、ブレーキ装置による車輪の幅方向の占有スペースを小さく抑えることができる。インホイールモータを制動装置のみならず、駆動装置としても使用するようにすれば、車両全体の省スペース化を実現することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、車両におけるブレーキ装置の省スペース化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
［第１実施形態］
本実施形態の車両には、その駆動輪側（本実施形態では前輪側）にインホイールモータによる駆動装置が搭載され、従動輪側（本実施形態では後輪側）にインホイールモータによる制動装置が搭載されている。
【００１２】
図１は、第１実施形態にかかる駆動装置の内部構造を表す概略構造図である。
車両の左右の前輪には、図示しないサスペンションに接続されたインホイールモータ１００がそれぞれ配置されている。このインホイールモータ１００は、駆動装置の主要部を構成し、車両に搭載された「制御部」としての図示しない電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）により駆動制御される。すなわち、ＥＣＵは、アクセルペダルから入力される運転者のアクセル操作量に基づいてモータ指令値（トルク指令値）を演算し、バッテリが接続された図示しない駆動回路を駆動してインホイールモータ１００への通電制御を実行する。ＥＣＵには、その他、ブレーキペダルからその踏み込み操作量を示す信号や、ステアリングから舵角等を示す信号が入力され、必要に応じてインホイールモータ１００の制御に反映する。例えば、運転者によりブレーキペダルが操作されて減速要求が入力された場合、ＥＣＵは、インホイールモータ１００を発電機として機能させて回生制動を行うと共に、必要の応じてバッテリへの充電を行う。なお、このようなインホイールモータ方式の制御そのものは公知であるため、その詳細な説明については省略する。
【００１３】
図示のように、インホイールモータ１００は、タイヤ１０２を装着したホイール１０４がハブナット１０６によりハブホイール１０８に固定されている。ハブホイール１０８は、モータハウジング１１０から突出した出力軸１１２に固定され、出力軸１１２と共に回転する。モータハウジング１１０の内部には電動機１１４が収納されている。また、モータハウジング１１０の車体側側面には、電動機１１４のロータ１１６の回転を減速する歯車減速機１１８を収納したギアハウジング１２０が接続固定されている。電動機１１４の発生する回転出力は歯車減速機１１８を介して出力軸１１２、ハブホイール１０８、ホイール１０４に伝達される。この伝達された回転力によってホイール１０４がタイヤ１０２と共に回転駆動される。
【００１４】
モータハウジング１１０の内壁面には、環状のステータ１３０が固定され、当該ステータ１３０の内側に、ロータ１１６が配置され、さらにそのロータ１１６の内部に出力軸１１２が回転自在に収納されている。ステータ１３０は、例えば板状の電磁鋼板が複数積層され、中心方向、すなわちロータ１１６の中心方向に延びるスロット部とティース部とが交互に形成される環状の鉄心１３２ａと、当該鉄心１３２ａの各ティース部に巻回配置される３相の磁界コイル１３２ｂとで構成されている。このように組み付けられた磁界コイル１３２ｂに順次所定のタイミングで電流を供給することにより、ステータ１３０に回転磁界を発生させ、ロータ１１６を回転させることができる。
【００１５】
一方、ステータ１３０の内周側に配置されるロータ１１６は、その軸長全体に亘って中心部に出力軸１１２を回転自在に挿通するための挿通孔１１６ａが形成されている。出力軸１１２は挿通孔１１６ａに配置された複数のベアリングにより、ロータ１１６に対して独立的に回転するようになっている。ロータ１１６は、ステータ１３０と対向する大径部分とそれに連なり歯車減速機１１８側に延びる小径部分とで構成されている。大径部分の外周面には等間隔で複数の永久磁石が１３６が配列され、ステータ１３０が発生する回転磁界の移動に伴い永久磁石１３６を介して吸着作用と反発作用が繰り返され、当該ロータ１１６を所望の方向に所望の速度で回転させている。
【００１６】
ロータ１１６の小径部分は、ギアハウジング１２０の内部まで延び、その先端部には、歯車減速機１１８の第１ギア１３８ａと噛合するロータギア１４０が形成されている。その内部には、第１ギア１３８ａを支持するギアシャフト１４２が複数のベアリングによって軸支されている。このギアシャフト１４２には、小径の第２ギア１３８ｂが固定されている。さらに、第２ギア１３８ｂは、出力軸１１２に固定されている大径の第３ギア１３８ｃに噛合している。従って、ロータ１１６の回転力は、歯車減速機１１８によって所定速度に減速されつつ、トルク増加を行いながら出力軸１１２へと伝達され、ホイール１０４およびタイヤ１０２を回転駆動する。
【００１７】
図２は、第１実施形態にかかる制動装置の内部構造を簡略的に表す概略構造図である。（Ａ）は車輪の内側からみた図を表し、（Ｂ）はその側方からみた切欠断面図を表し、（Ｃ）は（Ａ）の部分拡大図を表している。
【００１８】
左右の後輪には、図示しないサスペンションに接続されたインホイールモータ２００がそれぞれ配置されている。インホイールモータ２００は、車体に支持され、前輪側のインホイールモータ１００とほぼ同様の内部構造を有するが、出力軸の先端にベアリング装置２０２を介してホイール２０４が遊嵌されている。すなわち、インホイールモータ２００の出力軸がホイール２０４を支持してはいるものの、その回転力はホイール２０４に伝達されないように構成されている。したがって、従動輪（後輪）は、制動時を除き、駆動輪（前輪）の動作にしたがって回転駆動されるようになる。このインホイールモータ２００の内部構造の詳細については説明を省略する。
【００１９】
インホイールモータ２００の出力軸の中央にはギアが一体に固定され、そのギアに同心状に外挿されるように円環状のブロック２０６（「押圧部材」に該当する）が嵌合固定されている。ブロック２０６の外周面にはその半径方向外向きに突出する３つの突起２１０，２１２，２１４が設けられている。本実施形態では、突起２１０を基準に回転方向に３０度ずれた位置に突起２１２が設けられ、１８０度ずれた位置に突起２１４が設けられている。これらの突起は、ブロック２０６の回転、つまり出力軸の回転によって同方向に回転することになる。
【００２０】
また、ブロック２０６の外側には円環状の支持部２０８が同心状に設けられている（同図（Ｂ）では図示略）。この支持部２０８は、所定の幅および厚みを有し、図示しないアームを介して車体に固定されている。支持部２０８の突起２１０，２１２，２１４との対向位置近傍には、ブレーキシュー２２０，２２２，２２４がそれぞれ半径方向に変位可能に支持されている。すなわち、支持部２０８の各突起との対向位置近傍には、各ブレーキシューを挿通可能な挿通孔が設けられており、その挿通孔を囲むようにばね受け部２２６が突設されている。各ブレーキシューの長手方向中央にはフランジ部が設けられ、このフランジ部とばね受け部２２６との間には、各ブレーキシューをブロック２０６側に付勢するスプリング２２８（「付勢部材」に該当する）が介装されている。このため、各ブレーキシューは、ブロック２０６側から半径方向外向きの力が作用しない状態においてはブロック２０６側に変位した状態となるが、フランジ部が支持部２０８の外周面に係止されることにより、その変位量は規制される。
【００２１】
各ブレーキシューのホイール２０４の内周との対向面には、ライニング２３０（「摩擦材」に該当する）が固定されている。このライニング２３０が図示のようにホイール２０４の内周面に押し付けられることで、車輪に摩擦力による制動力が付与される。すなわち、同図（Ｃ）にも示すように、突起２１０の先端面が細い矢印の回転方向（便宜上「正回転」という）へ向かうほど短くなる傾斜面となっている一方、これに対向するブレーキシュー２２０の端面（ライニング２３０と反対側の端面）が同方向に長くなる相補形状の傾斜面となっている。非制動時においては図示のように、ブレーキシュー２２０の軸線と突起２１０の軸線とが回転方向にずれており、ブレーキシュー２２０はスプリング２２８の付勢力によってブロック２０６に近接した待機位置に保持される。ブレーキシュー２２０がこの待機位置にあるときには、ライニング２３０がホイール２０４の内周面から完全に離間しているため、この制動装置によって車輪に制動力が付与されることはない。
【００２２】
一方、制動時にはＥＣＵがインホイールモータ２００へ通電を行い、ブロック２０６を正回転させる。その結果、ブレーキシュー２２０がスプリング２２８の付勢力に抗してホイール２０４側（太い矢印の方向）に駆動される。ブロック２０６は、同図（Ａ）に示されるようにブレーキシュー２２０の軸線と突起２１０の軸線とが一致する角度回転した制動位置にて保持され、ライニング２３０がホイール２０４の内周面に押し付けられる。このとき、ブレーキシュー２２２，２２４も同様にそのライニング２３０がホイール２０４の内周面に押し付けられ、ホイール２０４は３箇所において摩擦による制動力を受けることになる。このようにして目標とする制動力が得られると、ＥＣＵはインホイールモータ２００を逆回転させ、ブロック２０６を元の位置に戻す制御を実行する。その結果、突起による押圧力が解除され、スプリング２２８の付勢力によって各ブレーキシューが待機位置に戻るようになる。
【００２３】
以上のように、本実施形態においては、インホイールモータ２００の回転を利用して複数のライニング２３０をホイール２０４に対して同時に押し付ける構造としたため、一つの摩擦材を薄く、小さくすることが可能になる。また、シリンダやピストン等を設ける必要がなくなり、車両の内側のスペースを確保することができる。
【００２４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、制動装置の構成が第１実施形態のそれと異なる。本実施形態において第１実施形態と実質的に同様の構成部分については同一符号を付すなどして適宜その説明を省略する。
【００２５】
図３は、第２実施形態にかかる制動装置の内部構造を簡略的に表す概略構造図である。（Ａ）は部分切欠断面図を表し、図２（Ｂ）に対応する。（Ｂ）は主要部の構成を表す斜視図である。
【００２６】
本実施形態においては、ホイール２０４に対して同心状にブレーキディスク３５０が固定されている。ブレーキディスク３５０は、段付円板状をなし、ベアリング装置２０２が嵌合するように組み付けられている。すなわち、インホイールモータ２００の出力軸の先端には、ベアリング装置２０２およびブレーキディスク３５０を介してホイール２０４が遊嵌されている。
【００２７】
インホイールモータ２００の出力軸にはギアが一体に固定され、そのギアに同心状に外挿されるように円板状のブロック３０６が嵌合固定されている。ブロック３０６のブレーキディスク３５０との対向面における外周部近傍には、同図（Ｂ）にも示すように、ブレーキディスク３５０側に突出する３つの突起３１０が、周方向に所定の間隔で設けられている。これらの突起は、ブロック３０６の回転、つまり出力軸の回転によって同方向に回転することになる。
【００２８】
また、ブロック３０６とブレーキディスク３５０との間の各突起３１０に対向する位置には、ブレーキシュー３２０がそれぞれ配設されている（同図には便宜上、１つのみ表示）。ブレーキシュー３２０は、車体に固定された図示しない支持部により、ブレーキディスク３５０へ近接または離間する方向に変位可能に支持されている。その支持部には、ブレーキシュー３２０をブレーキディスク３５０から離間する方向に付勢する図示しないスプリングが設けられている。このスプリングおよびこれを受けるばね受けの構造としては図２に示したものと同様の構造を適用することができるが、その図示については省略している。各ブレーキシューは、ブロック３０６側からブレーキディスク３５０側への力が作用しない状態においてはブロック３０６側に変位した状態となる。
【００２９】
各ブレーキシューのブレーキディスク３５０との対向面には、ライニング３３０が固定されている。このライニング３３０がブレーキディスク３５０に押し付けられることで、車輪に摩擦力による制動力が付与される。すなわち、同図（Ｂ）にも示すように、突起３１０の先端面が細い矢印の回転方向（便宜上「正回転」という）へ向かうほど短くなる傾斜面となっている一方、これに対向するブレーキシュー３２０の端面（ライニング３３０と反対側の端面）が同方向に長くなる相補形状の傾斜面となっている。非制動時においては、ブレーキシュー３２０がスプリングの付勢力によってブロック３０６に近接した待機位置に保持される。ブレーキシュー３２０がこの待機位置にあるときには、ライニング３３０がブレーキディスク３５０から完全に離間しているため、この制動装置によって車輪に制動力が付与されることはない。
【００３０】
一方、制動時にはＥＣＵがインホイールモータ２００へ通電を行い、ブロック３０６を正回転させる。その結果、ブレーキシュー３２０がスプリングの付勢力に抗してブレーキディスク３５０側（太い矢印の方向）に駆動される。これにより、ライニング３３０がブレーキディスク３５０に押し付けられ、ブレーキディスク３５０は３箇所において摩擦による制動力を受けることになる。このようにして目標とする制動力が得られると、ＥＣＵはインホイールモータ２００を逆回転させ、ブロック３０６を元の位置に戻す制御を実行する。その結果、突起による押圧力が解除され、スプリングの付勢力によって各ブレーキシューが待機位置に戻るようになる。
【００３１】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。
【００３２】
図４は、第２実施形態の変形例にかかる制動装置の内部構造を簡略的に表す概略構造図である。同図は、図３（Ａ）に対応する。
第２実施形態においては図３に示したように、ブレーキディスク３５０の片側の面にライニング３３０を押し付けて制動力を得るようにした。変形例においては、図４に示すように、ブレーキディスク３６０の両側からライニング３３０を押し付けて制動力を得るようにしてもよい。
【００３３】
すなわち、本変形例では、ホイール２０４の軸線方向の中間部に、ブレーキディスク３６０が固定されている。ブレーキディスク３６０は、ホイール２０４の内周面から内方に向けて所定量突出するように設けられた環状部からなる。一方、インホイールモータ２００の出力軸にはギアを介して一対のブロック３０６が嵌合固定されている。これら一対のブロック３０６は、ブレーキディスク３６０を挟むように所定の間隔をあけて対向配置されている。各ブロック３０６のブレーキディスク３６０との対向面には、図３に示したものと同様の突起３１０が設けられ、その各突起３１０とブレーキディスク３６０との間には、ブレーキシュー３２０がそれぞれ配設されている。ブレーキシュー３２０は、第２実施形態と同様に、車体に固定された図示しない支持部により、ブレーキディスク３５０へ近接または離間する方向に変位可能に支持されている。
【００３４】
非制動時においては、各ブレーキシュー３２０がブロック３０６に近接した待機位置に保持されてライニング３３０がブレーキディスク３６０から完全に離間しているため、この制動装置によって車輪に制動力が付与されることはない。一方、制動時にはブロック３０６が回転されることによりブレーキシュー３２０がブレーキディスク３５０側に駆動され、ライニング３３０がブレーキディスク３５０に押し付けられる。その結果、ブレーキディスク３６０は両面を合わせた６箇所において摩擦による制動力を受けることになる。このように、ブレーキディスク３６０を両側から挟圧する構成とすることで、より大きな制動力を発揮させることができる。
【００３５】
各実施形態においては、インホイールモータ２００をインホイールモータ１００と同様の構造を有するものとして説明したが、例えばステッピングモータを適用させるなど、異なる構造のモータとして構成してもよい。
【００３６】
各実施形態においては、前輪側に駆動装置を設け、後輪側に制動装置を設けた。すなわち、制動制御において前輪側で回生制動を発揮させる一方、後輪側で摩擦による制動制御を実行するようにした。変形例においては、駆動輪側において駆動装置と制動装置とを一体に構成してもよい。具体的には、図１に示したインホイールモータ１００が、図２〜図４に示したインホイールモータ２００を兼ねるように構成してもよい。例えば、駆動用の出力軸と制動用の出力軸とをクラッチやギヤ機構によって切り替えられるように構成してもよい。
【００３７】
各実施形態においては、インホイールモータ２００を含む制動装置として、ブレーキペダルの操作に基づいて作動する装置を示した。変形例においては、インホイールモータ２００を含む制動装置を、制動状態をロックするいわゆるパーキングブレーキ装置として構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態にかかる駆動装置の内部構造を表す概略構造図である。
【図２】第１実施形態にかかる制動装置の内部構造を簡略的に表す概略構造図である。
【図３】第２実施形態にかかる制動装置の内部構造を簡略的に表す概略構造図である。
【図４】第２実施形態の変形例にかかる制動装置の内部構造を簡略的に表す概略構造図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００ インホイールモータ、 １０２ タイヤ、 １０４ ホイール、 １１２ 出力軸、 ２００ インホイールモータ、 ２０２ ベアリング装置、 ２０４ ホイール、 ２０６ ブロック、 ２０８ 支持部、 ２１０ 突起、 ２１２ 突起、 ２１４ 突起、 ２２０ ブレーキシュー、 ２２２ ブレーキシュー、 ２２８ スプリング、 ２３０ ライニング、 ３０６ ブロック、 ３１０ 突起、 ３２０ ブレーキシュー、 ３３０ ライニング、 ３５０ ブレーキディスク、 ３６０ ブレーキディスク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に取り付けられ、車輪のホイール内に配置されるインホイールモータと、
前記インホイールモータの出力軸に固定された環状の本体を有し、その本体の外周面に半径方向外向きに突出するとともに、その先端に半径方向の高さが変化する傾斜面を有する複数の突起が設けられた押圧部材と、
前記ホイールの内周面と前記押圧部材との間に配置されるように前記車体に対して取り付けられ、その一端側が前記ホイールの内周面に対向配置される一方、他端側に前記突起の傾斜面と相補形状の対向面を有するブレーキシューと、
前記ブレーキシューを前記ホイールの内周面から離間する方向に付勢する付勢部材と、
前記インホイールモータを駆動して前記押圧部材の回転角度を制御することにより、前記ブレーキシューに対する前記突起の相対位置を変化させ、それにより前記ブレーキシューを前記ホイールから離間した待機位置と前記ホイールに押し付けられる制動位置との間で変位するように駆動する制御部と、
を備えることを特徴とする電動ブレーキ装置。
【請求項１】
車体に取り付けられ、車輪のホイール内に配置されるインホイールモータと、
前記インホイールモータの出力軸に固定された環状の本体を有し、その本体の外周面に半径方向外向きに突出するとともに、その先端に半径方向の高さが変化する傾斜面を有する複数の突起が設けられた押圧部材と、
前記ホイールの内周面と前記押圧部材との間に配置されるように前記車体に対して取り付けられ、その一端側が前記ホイールの内周面に対向配置される一方、他端側に前記突起の傾斜面と相補形状の対向面を有するブレーキシューと、
前記ブレーキシューを前記ホイールの内周面から離間する方向に付勢する付勢部材と、
前記インホイールモータを駆動して前記押圧部材の回転角度を制御することにより、前記ブレーキシューに対する前記突起の相対位置を変化させ、それにより前記ブレーキシューを前記ホイールから離間した待機位置と前記ホイールに押し付けられる制動位置との間で変位するように駆動する制御部と、
を備えることを特徴とする電動ブレーキ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−９０９９４（Ｐ２０１０−９０９９４Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６１６６２（Ｐ２００８−２６１６６２）
【出願日】平成２０年１０月８日（２００８．１０．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月８日（２００８．１０．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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