JP2002250371A - ホイールモータの制動装置 - Google Patents

ホイールモータの制動装置

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JP2002250371A JP2001050538A JP2001050538A JP2002250371A JP 2002250371 A JP2002250371 A JP 2002250371A JP 2001050538 A JP2001050538 A JP 2001050538A JP 2001050538 A JP2001050538 A JP 2001050538A JP 2002250371 A JP2002250371 A JP 2002250371A
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    • Y02T10/641
    • Y02T10/642

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトな構成でモータや動力伝達機構に
無理な力を作用させることなくブレーキ動作させること
ができるホイールモータの制動装置を提供する。 【解決手段】 出力軸13に装着されたホイール40
と、該ホイール40の内側で該出力軸13が挿通する中
空軸部14aを有するロータ14と、該ロータ14に対
向するコイル18を有するステータ15とを備えたホイ
ールモータの制動装置において、前記ホイール40と反
対側の前記出力軸13の端部にブレーキドラム66また
はブレーキディスクを固定した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は車両駆動用のホイー
ルモータに関し、特にその制動装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】電動二輪車や電動台車等の電動車両の駆
動動力源の一つとして、車輪のホイールの内側に組込ん
だ電動モータからなるホイールモータが用いられてい
る。このホイールモータは、例えばマグネットを有する
ロータをホイール内側の車軸(出力軸)に装着し、この
ロータのマグネットに対向して、ロータの外周側に、コ
イルを有するステータを固定した構成である。
【0003】このようなホイールモータを備えた電動車
両の制動装置として、 ホイールにディスクを取付けてディスクブレーキとす
る構成、および モータの軸にブレーキドラムまたはブレーキディスク
を固定する構成が考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
のブレーキ構成では、構造上ディスクをアームで保持し
てその両側を支持しなければならず構造が複雑となって
重量も大きくなる。
【0005】また、上記の構成では、モータの軸にブ
レーキ構造が固定されるため、ブレーキを動作させる
と、その制動力がモータに直接作用するとともに、この
モータの軸に連結された動力伝達機構に対し制動時の負
荷が常に作用して経時に伴う劣化が大きくなる。
【0006】本発明は上記従来技術を考慮したものであ
って、コンパクトな構成でモータや動力伝達機構に無理
な力を作用させることなくブレーキ動作させることがで
きるホイールモータの制動装置の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、出力軸に装着されたホイールと、該ホ
イールの内側で該出力軸が挿通する中空軸部を有するロ
ータと、該ロータに対向するコイルを有するステータと
を備えたホイールモータの制動装置において、前記ホイ
ールと反対側の前記出力軸の端部にブレーキドラムまた
はブレーキディスクを固定したことを特徴とするホイー
ルモータの制動装置を提供する。
【0008】この構成によれば、出力軸の一方の端部に
ホイールが固定され、ロータの回転軸を中空にしてこれ
を上記出力軸に装着しているため、この出力軸のホイー
ル側(最終出力側)の動力伝達機構とその反対側の動力
伝達機構が出力軸を介して連結され、その出力軸のホイ
ール側と反対側の端部にブレーキ手段(ドラムまたはデ
ィスク)が固定される。したがって、制動時にモータを
拘束することなく出力軸にブレーキ手段を固定すること
ができ、コンパクトな構成でブレーキ手段をホイール内
に組込むことができる。
【0009】また、好ましい構成例では、前記ロータの
両側の出力軸に減速比の異なる減速ギヤ機構を選択可能
に配設したことを特徴としている。
【0010】この構成によれば、前述のようにロータの
回転軸を中空にしてこれを出力軸に装着するとともに、
その両側にそれぞれ減速比の異なる減速ギヤ機構を装着
したため、ロータの中空軸部を挿通する出力軸を介して
ホイール側(最終出力側)の減速ギヤ機構とその反対側
の減速ギヤ機構が同軸上で連結され、これらを選択的に
作動させることにより、いずれの減速ギヤ機構からもホ
イール側に効率よくロータの回転を伝達でき、ホイール
内にブレーキ構造とともに減速ギヤ機構をコンパクトに
組込むことができる。
【0011】さらに好ましい構成例では、前記ロータは
円筒形状であって、その円筒部の内周側に減速ギヤ機構
を配設したことを特徴としている。
【0012】この構成によれば、ロータの円筒部の外周
面にマグネットを固定し、その内周面の円筒内スペース
に減速ギヤ機構を配設することができ、軸方向および円
周方向ともにコンパクトな構成が得られる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図1は本発明が適用されるホ
イールモータを備えた小型電動スクータの外観図であ
る。
【0014】電動スクータ1は、車体を構成するメイン
フレーム2を備え、その前部にヘッドパイプ3を挿通し
てフロントフォーク4が備わり、このフロントフォーク
4に前輪5が装着される。車体中央部のメインフレーム
2から後方に向けてスイングアーム6がスイングピボッ
ト7を介して揺動可能に取付けられる。スイングアーム
6は、後輪8の車軸(出力軸)13に装着したホイール
モータユニット9と一体的に結合され駆動ユニット12
を構成する。このホイールモータユニット9内に本発明
に係る動力源となるホイールモータ(不図示)や変速装
置(不図示)等が組込まれている。ホイールユニット9
は、サスペンションピボット10を介してショックアブ
ソーバ11の下端部に連結される。ショックアブソーバ
11の上端部は、車体後端のメインフレーム2に取付け
られる。これにより、ホイールモータを組込んだ後輪
(駆動輪)8がメインフレーム2に対し揺動可能に支持
される。
【0015】図2は、本発明の実施形態に係るホイール
モータを組込んだ電動車両の駆動輪部分の断面図であ
り、図3は、その側面方向から見た構成説明図である。
この例は、遊星2段変速装置を有するホイールモータか
らなる駆動ユニットを示す。
【0016】図2に示すように、出力軸(後輪車軸)1
3にロータ14が装着され、その周囲にステータ15が
配設されてモータ16を構成する。ロータ14は、その
外周部に複数のマグネット17が固定される。このマグ
ネット17に対向してステータ15にコイル18が巻回
される。ロータ14およびステータ15からなるモータ
16は、その外側(図の右側)からモータカバー19で
覆われる。モータカバー19は、図示しないボルトによ
りホイールモータユニット9の枠体20に固定される。
モータカバー19と枠体20の合面Pは同一平面上にあ
る。
【0017】ロータ14は、出力軸13に嵌め込まれる
中空軸部14aと、出力軸13に対し垂直面となる円板
部14bと、外周面側にマグネット17が固定される円
筒部14cとにより構成される。円筒部14cの内周面
側の縁部には回転検出用マグネット21が固定され、出
力軸13に対しこのマグネット21と同一円周上にある
磁気センサ(IC)72を備えたエンコーダ22により
樹脂板73を介してマグネット21を検出してモータ1
6の回転が検出される。
【0018】このロータ14の円板部14bは、中空軸
部14aのほぼ中央に設けられ、その外側(図の右側)
および内側(図の左側)に、それぞれ遊星ギヤ機構から
なる第1減速ギヤ機構23および第2減速ギヤ機構24
が設けられる。
【0019】第1減速ギヤ機構23は、中空軸部14a
に一体形成されたサンギヤ25と、キャリア26に軸2
7により枢支された複数(例えば3個)の遊星ギヤ28
と、その外側に設けられたリングギヤ29とにより構成
される。各遊星ギヤ28はサンギヤ25およびリングギ
ヤ29に噛合い、軸27廻りに自転するとともにサンギ
ヤ25廻りに公転する。
【0020】同様に、第2減速ギヤ機構24は、中空軸
部14aに一体形成されたサンギヤ30と、キャリア3
1に軸32により枢支された複数(例えば3個)の遊星
ギヤ33と、その外側に設けられたリングギヤ34とに
より構成される。
【0021】第1および第2減速ギヤ機構23,24
は、それぞれ車両の変速シフト機構の第1速(低速)お
よび第2速(高速)の変速位置を構成し、減速比の大き
い第1減速ギヤ機構23のリングギヤ29の外径は、減
速比の小さい第2減速ギヤ機構24のリングギヤ34の
外径より大きい。また、この第1減速ギヤ機構のリング
ギヤ29の外周面には、後述のようにワンウェイクラッ
チ35が設けられるため、第1減速ギヤ機構23は、第
2減速ギヤ機構24より形状がさらに大きくなる。この
ため、第1減速ギヤ機構23をロータ14の外側に設
け、第2減速ギヤ機構24をロータ14の内側の円筒部
14cの内部に設けることにより、ロータ14の左右の
内外面に遊星減速機構をスペース的に効率よくコンパク
トに配設することができる。
【0022】ステータ15の外面側(図の右側)には、
例えば3相構成のコイル18への通電を制御するための
集電部材36がリング状に突出して設けられる。この集
電部材36の内周側のスペースに、ロータ14に隣接し
て前述の第1減速ギヤ機構23がコンパクトに配設され
る。
【0023】第1減速ギヤ機構23のリングギヤ29に
は、モータカバー19に固定されたワンウェイクラッチ
35が係合する。このワンウェイクラッチ35は、後述
のように第2減速ギヤ機構24へシフトされた状態で出
力軸回転が第1減速ギヤ機構23による回転より大きく
なったときにリングギヤ29が空転する方向に作用す
る。
【0024】第1減速ギヤ機構23のキャリア26は、
セレーション37を介して出力軸13に結合される。同
様に、第2減速ギヤ機構24のキャリア31は、セレー
ション38を介して出力軸13に結合される。第1減速
ギヤ機構23のキャリア26はさらにセレーション39
を介してホイール40に結合される。ホイール40は後
輪8を保持する。後輪8にはエアバルブ41が設けられ
る。ホイール40は、中央部(ハブ部分)が外側に凸と
なる皿断面形状であって、その中間部にフィン42が形
成される。このフィン42は、ホイール40の回転によ
り、外気をホイール内部に導入して冷却作用を施す。
【0025】次に上記第1および第2減速ギヤ機構2
3,24による2段変速シフトの駆動機構について説明
する。
【0026】駆動ユニット12の枠体20が出力軸13
に装着される部分の枠体ハブ20aの外周に、ボール4
6を介して、円筒状スライダ45が、矢印Aのように軸
方向に摺動可能に装着される。このスライダ45の端部
に、第2減速ギヤ機構24のリングギヤ34の外周部に
噛合うドグクラッチ44が備わる。ドグクラッチ44と
反対側のスライダ45の端部にレバー43が備わる。レ
バー43の端部のピン47が変速アクチュエータ48の
回転型シフトカム49のカム溝に係入する。この変速ア
クチュエータ48は、シフトモータ50と、このシフト
モータ50に連結された駆動伝達ギヤ51と、この駆動
伝達ギヤ51と噛合う被駆動伝達ギヤ52とを備え、こ
の被駆動伝達ギヤ52の軸52aに前述の回転シフトカ
ム49が装着される。被駆動伝達ギヤ52の軸52aに
はさらに回転板53が固定され、シフトセンサ54によ
り、シフト位置が検出される。変速アクチュエータ48
の収容部48aには6本のボルト71(図3)により蓋
55(図2)が取付けられる。
【0027】回転シフトカム49の端面には4本のピン
56(図3)が90度の放射状位置に設けられ、図示し
ないスプリングにより矢印B方向に付勢されるレバー5
7の先端がシフトカム49の回転により、90度ごとに
隣接ピン56間に入り込んでクリック動作を行う。
【0028】シフトモータ50の駆動により、シフトカ
ム49が回転すると、そのカム溝に係合するピン47が
軸52a方向に沿って移動し、レバー43を介してスラ
イダ45を軸方向に移動させる(矢印A)。これによ
り、ドグクラッチ44がリングギヤ34から離れた第1
速シフト位置(図示した状態)とリングギヤ34に噛合
った第2速シフト位置の2位置間を移動する。
【0029】モータ16のロータ14が回転すると、そ
の中空軸14aに形成された第1および第2減速ギヤ機
構23,24の各サンギヤ25,30がともに回転す
る。
【0030】第1速シフト位置では、ドグクラッチ44
が分離されているため、第2減速ギヤ機構24はそのサ
ンギヤ30が回転してもリングギヤ34が空転して遊星
機構が作用しない。一方、このとき第1減速ギヤ機構2
3のリングギヤ29はワンウェイクラッチ35を介して
モータカバー19に固定されているため、遊星機構が作
用して、ロータ14の回転は、第1減速ギヤ機構23の
サンギヤ25から遊星ギヤ28を介して所定の減速比で
キャリア26を回転させる。このキャリア26の回転
は、セレーション37を介して出力軸13を回転させる
とともに、セレーション39を介してホイール40を回
転させて後輪8を駆動する。
【0031】第2シフト位置では、ドグクラッチ44が
第2減速ギヤ機構24のリングギヤ34と噛合ってこれ
を固定する。したがって、第2減速ギヤ機構24の遊星
機構が作用して第1減速ギヤ機構23より速い回転速度
でキャリア31が回転する。このキャリア31の回転は
セレーション38を介して出力軸13に伝達され、さら
にセレーション39を介してホイール40を第2減速ギ
ヤ機構23の減速比で回転駆動する。このとき、出力軸
13の回転はセレーション37を介して第1減速ギヤ機
構23のキャリア26を回転させるが、第1減速ギヤ機
構23の遊星機構より速い回転速度であるため、ワンウ
ェイクラッチ35の作用によって、リングギヤ29は空
転してキャリア26の回転を拘束しない。
【0032】ホイール40の内側でモータ16を外側か
ら覆うモータカバー19は、出力軸13と同軸でこの出
力軸13を保持する軸保持部19aと、この軸保持部1
9aに連続する出力軸13に垂直な円板部19bと、こ
の円板部19bの周縁部の円錐状に広がるテーパ部19
cと、このテーパ部19cの縁部に連続し出力軸13と
同軸な円筒部19dとにより構成される。円板部19b
の外側は蓋58で覆われる。蓋58はホイール40の傾
斜にほぼ沿って傾斜し、蓋58とホイール40の内面と
の間にスペースS1が形成される。円錐状のテーパ部1
9cは、ホイール40の縁部の傾斜面にほぼ沿って形成
され、ホイール40とその内側のテーパ部19cとの間
に空気が充分流通するスペースS2が形成される。これ
により、ホイール40が回転してそのフィン42から冷
却風が導入されたときに、冷却風は、上記スペースS1
およびその外周側に広がるスペースS2を通してモータ
カバー19の外面側を円滑に流れ、円板部19bを冷却
するとともにテーパ部19cを介して内部のモータ16
を効果的に冷却する。またテーパ部19cにより形成さ
れたスペースS2により、ホイール40が回転したと
き、エアバルブ41の回転スペースが充分に確保され
る。
【0033】モータカバー19の円板部19bの外面に
モータ16の電力制御用のインバータ59が装着され
る。このインバータ59は、放熱性のよい例えばアルミ
あるいはその合金製の基板60と、この基板60上に搭
載したスイッチング用の複数のFET61と、ケーブル
63が接続される接続端子62等により構成される。基
板60は、接着剤あるいはボルト(不図示)等によりモ
ータカバー19の円板部19bに密着して接合される。
なお、金属基板60に代えて樹脂製の基板とし、FET
の電極端子や接続端子をモータカバー等の金属部分に接
触させることにより放熱作用を得るようにしてもよい。
この基板接合部の円板部19bの厚さは、基板接合部以
外の部分の円板部19bの厚さより厚い。このように厚
い円板部19bに基板を密着させることにより、熱伝導
性のよい例えばアルミやその合金等の金属材料からなる
モータカバー19の円板部19bを通して充分な放熱作
用が得られインバータ59の冷却作用が高まる。
【0034】インバータ59は、モータカバー19の外
面側、すなわち軸方向に長さを有する軸保持部19aの
外周側にに配設されるため、軸保持部19aの周縁に形
成されたスペース内にコンパクトに配設されるととも
に、ホイール40のフィン42からの風を受けて充分な
冷却効果が得られる。
【0035】インバータ59の接合部以外のモータカバ
ー19の円板部19b(図2の出力軸13より上側に示
した部分)は、薄く形成されるため、モータカバー19
が軽量化するとともに、この部分にインバータ59に接
続される電流センサ64や電解コンデンサ(不図示)お
よび配線ケーブル63等を配設することにより、スペー
ス的にコンパクトな構成が得られる。
【0036】図4は、インバータ59を取付けたモータ
カバー円板部19bの正面図である。インバータ59を
構成する基板60は、図の斜線部で示すように、円弧状
(この例では略半円のリング状)であり、コイル(不図
示)に対応した複数のスイッチング用FET61および
接続端子62が設けられる。各接続端子62には、例え
ばモータの3相コイルに対応した3本のケーブル63
a,63b,63cが接続される。また、電流センサ6
4で検出したコイル通電電流に基づいてスイッチング制
御を行うためのコントローラ(不図示)に接続する制御
用送受信ケーブル63fおよびコントローラからの指令
に基づいて電源電圧を各コイルに振り分ける+−の電源
ケーブル63d,63e等のケーブルが配設される。各
ケーブル63a〜63fは、それぞれモータカバーの上
部に設けた挿通孔a〜fを通して内部のモータと接続さ
れる。
【0037】電流センサ64および電圧チャージ用の電
解コンデンサ65は、前述の図2で説明したように、基
板60から外れた位置(円板部19bが薄い部分)に配
設される。
【0038】上記実施形態のホイールモータは、モータ
カバー19を密閉構造として、オイルバス形式のホイー
ルモータとすることができる。この場合、潤滑用のオイ
ルがモータ内の下部に溜まり、このオイルをロータ14
や遊星ギヤ28,33あるいはリングギヤ29,34等
でかき上げてモータ内部全体に供給する。このようなオ
イルバス形式とした場合、インバータ59の基板60
は、オイルが溜まる下部側のモータカバー19に接合す
ることが望ましい。これにより、オイルによる冷却効果
が得られる。また、この場合、モータカバー19を挿通
するケーブル63の取出し孔(挿通孔)は、モータカバ
ー19の上部側に設けることが望ましい。これにより、
オイルの漏れが抑制される。
【0039】本実施形態のホイールモータは図2に示す
ようにブレーキ構造と組合される。前述のように、セレ
ーション37,39を介して後輪8、ホイール40およ
び出力軸(車軸)13が一体結合され、この出力軸13
はセレーション38を介してた第2減速ギヤ機構24の
キャリア31と一体結合される。本実施形態では、この
キャリア31の内側端面にブレーキドラム66がボルト
(不図示)により固定される。ブレーキドラム66の内
周面にはブレーキシュー67が装着される。ブレーキシ
ュー67は、ブレーキワイヤ68を引くことにより、レ
バー69を介してブレーキカム70を動作させてピボッ
ト75を中心にして外周側に広がり、ブレーキドラム6
6の内面に圧接してブレーキ作用が得られる。ブレーキ
カム70およびピボット75は、ブレーキカバー74に
保持される。
【0040】このようにホイールモータの内側端部にブ
レーキを組込むことにより、狭いスペース内にコンパク
トにブレーキを配設することができ、またブレーキワイ
ヤを減速ギヤ機構等に制約されることなく効率的に配設
することができる。
【0041】なお、ドラムブレーキ構造に代えて、ディ
スクブレーキ構造を組込むこともできる。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、出力
軸の一方の端部(外側端部)にホイールが固定され、ロ
ータの回転軸を中空にしてこれを上記出力軸に装着して
いるため、この出力軸のホイール側(最終出力側)の動
力伝達機構とその反対側の動力伝達機構が出力軸を介し
て連結され、その出力軸の内側の端部(ホイール側と反
対側の端部)にブレーキ手段(ドラムまたはディスク)
が固定される。したがって、制動時にモータを拘束する
ことなく出力軸にブレーキ手段を固定することができ、
コンパクトな構成でスペースを有効に利用してブレーキ
手段をホイール内に組込むことができる。
【0043】また、前記ロータの両側の出力軸に減速比
の異なる減速ギヤ機構を選択可能に配設した構成によれ
ば、前述のようにロータの回転軸を中空にしてこれを出
力軸に装着するとともに、その両側にそれぞれ減速比の
異なる減速ギヤ機構を装着したため、ロータの中空軸部
を挿通する出力軸を介してホイール側(最終出力側)の
減速ギヤ機構とその反対側の減速ギヤ機構が同軸上で連
結され、これらを選択的に作動させることにより、いず
れの減速ギヤ機構からもホイール側に効率よくロータの
回転を伝達でき、ホイール内にブレーキ構造とともに減
速ギヤ機構をコンパクトに組込むことができる。
【0044】さらに、前記ロータは円筒形状であって、
その円筒部の内周側に減速ギヤ機構を配設した構成によ
れば、ロータの円筒部の外周面にマグネットを固定し、
その内周面の円筒内スペースに減速ギヤ機構を配設する
ことができ、軸方向および円周方向ともにコンパクトな
構成が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明が適用される小型電動スクータの外観
図。
【図2】 本発明の実施形態の構成図。
【図3】 図2の実施形態の側面から見た構成説明図。
【図4】 図2の実施形態のモータカバー部分の正面
図。
【符号の説明】
1:電動スクータ、2:メインフレーム、3:ヘッドパ
イプ、4:フロントフォーク、5:前輪、6:スイング
アーム、7:スイングピボット、8:後輪、9:ホイー
ルモータユニット、10:サスペンションピボット、1
1:ショックアブソーバ、12:駆動ユニット、13:
出力軸(車軸)、14:ロータ、14a:中空軸部、1
4b:円板部、14c:円筒部、15:ステータ、1
6:モータ、17:マグネット、18:コイル、19:
モータカバー、19a:軸保持部、19b:円板部、1
9c:テーパ部、19d:円筒部、20:枠体、21:
回転検出用マグネット、22:エンコーダ、23:第1
減速ギヤ機構、24:第2減速ギヤ機構、25:サンギ
ヤ、26:キャリア、27:軸、28:遊星ギヤ、2
9:リングギヤ、30:サンギヤ、31:キャリア、3
2:軸、33:遊星ギヤ、34:リングギヤ、35:ワ
ンウェイクラッチ、36:集電部材、37:セレーショ
ン、38:セレーション、39:セレーション、40:
ホイール、41:エアバルブ、42:フィン、43:レ
バー、44:ドグクラッチ、45:スライダ、46:ボ
ール、47:ピン、48:変速アクチュエータ、48
a:変速アクチュエータ収容部、49:シフトカム、5
0:シフトモータ、51:駆動伝達ギヤ、52:被駆動
伝達ギヤ、52a:軸、53:回転板、54:シフトセ
ンサ、55:蓋、56:ピン、57:レバー、58:
蓋、59:インバータ、60:基板、61:FET、6
2:接続端子、63,63a〜63f:ケーブル、6
4:電流センサ、65:電解コンデンサ、66:ブレー
キドラム、67:ブレーキシュー、68:ブレーキワイ
ヤ、69:レバー、70:ブレーキカム、71:ボル
ト、72:磁気センサ、73:樹脂板、74:ブレーキ
カバー、75:ピボット。
フロントページの続き Fターム(参考) 3J058 AA03 AA08 AA13 AA24 AA30 AA37 BA67 CB04 CC08 CC52 FA02 GA92 5H607 AA01 BB07 BB14 BB26 CC03 DD04 DD19 EE05 EE07 EE10 EE22 EE33 FF01 FF12 GG02 HH01 HH09 JJ05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】出力軸に装着されたホイールと、該ホイー
    ルの内側で該出力軸が挿通する中空軸部を有するロータ
    と、該ロータに対向するコイルを有するステータとを備
    えたホイールモータの制動装置において、 前記ホイールと反対側の前記出力軸の端部にブレーキド
    ラムまたはブレーキディスクを固定したことを特徴とす
    るホイールモータの制動装置。
  2. 【請求項2】前記ロータの両側の出力軸に減速比の異な
    る減速ギヤ機構を選択可能に配設したことを特徴とする
    請求項1に記載のホイールモータの制動装置。
  3. 【請求項3】前記ロータは円筒形状であって、その円筒
    部の内周側に減速ギヤ機構を配設したことを特徴とする
    請求項2に記載のホイールモータの制動装置。
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DE102016115538A1 (de) 2015-08-24 2017-03-02 Makita Corporation Drehschlagwerkzeug und Verfahren zum Steuern desselben

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