JP2004001737A

JP2004001737A - 電気自動車

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Publication number: JP2004001737A
Application number: JP2003136739A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimizu; 清水　浩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: JP3840461B2

Abstract

【課題】車体の有効利用空間が広く、車体全体が軽量化でき、また車体の重心が低く、自動車の安定性や乗り心地が良く、ロードホールディングも良い電気自動車を提供する。
【解決手段】電池に貯えられた電気エネルギーが走行用の回転式電動機に供給され、該回転式電動機によって車輪が駆動されるようになっている電気自動車において、床構造体（１）を軸方向に中空のサイドフレーム（２、２’）とセンタフレーム（３、３’）から構成し、電池（Ｂ、Ｂ、…）はセンタフレーム（３、３’）に収納する。また、車輪の前輪および後輪は前後方向に連続して取り付けられた２個の車輪から構成し、その連続して設けられた車輪のホイール部分に前記回転式電動機を取り付け、前記回転式電動機と床構造体は懸架装置を介して接続する。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電池に貯えられた電気エネルギーが走行用の回転式電動機に供給され、該回転式電動機によって車輪が駆動されるようになっている、例えば４輪の電気自動車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
化石燃料を燃焼する内燃機関で駆動させるガソリンあるいはディーゼル自動車に対して、電池に貯えられた電気エネルギーにより車輪が駆動される電気自動車は、排気ガスの問題がなく、環境対策の面から普及が望まれている。
ところで、その普及には電池の重量、その搭載方法、駆動方式等がネックとなっている。そこで、電池の搭載方法すなわち電池収納法、駆動方式等が従来から色々提案されている。
【０００３】
電池収納法としては車体のボンネット、トランクルーム等の空間に収納する方法、特開昭５２ー３５０２３号に記載されているようなバックボーン方式と称される電池収納法も提案されている。すなわち、自動車の前後方向にトンネル状の収納ケーシングを設け、この収納ケーシングの前方あるいは後方から電池を出し入れするバックボーン方式も知られている。
さらには、特開平７ー４７８４２号公報によって、車体の床を断面が略長方形の複数個の中空のフレームから構成し、電池をこれらのフレームに収納するようにしたフレーム状の床構造体も提案されている。以下、本明細書ではこの方式の床構造体をバッテリービルトイン式フレーム（ＢＢＦ構造）と呼ぶことにする。
【０００４】
一方、電気自動車の駆動方式としては図５に示されているように大きく分けて４種類の方式が知られている。これらの方式は、図から容易に理解されるので詳しい説明はしないが、図５の（ａ）に示されている方式は、コンベンショナル方式と呼ばれるもので従来の内燃機関を回転式電動機に置き換えたもの、（ｂ）に示されている方式は（ａ）に示されている方式からトランスミッションを除いた、いわゆるノートランスミッション方式、（ｃ）の方式は駆動輪の数だけ回転式電動機を取付け、差動装置を取り除いたデフレス方式、そして（ｄ）に示されている方式は、回転式電動機を車体上ではなく車体の内側に組み込んだインホイール方式である。
【０００５】
インホイール方式の好ましい形態は、特開平７ー８１４３０号公報によって提案されている。このインホイール方式は、駆動用の回転式電動機が、減速歯車、ベアリングブレーキ等と一体構造を形成するもので、この一体構造のすべて、あるいは一部が車輪のホイール部分に収納されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、電気自動車にＢＢＦ構造を採用することによって、電池の収容法の問題の一部は解決されている。特に、ＢＢＦ構造においては、電池収納のために新たな空間を設ける必要がなく、かつ、電池収納容器とフレーム構造体が兼用できるために車体全体が軽量化できるという利点がある。また、重量物である電池が床下に収納されているので、車体の重心が低く、自動車の安定性や乗り心地が向上するという利点も生れる。しかしながら、改良すべき点も認められる。例えば、ＢＢＦは床面のほとんどを平面状に使用することを必要としているため、他の構成要素、たとえば駆動装置と空間的に干渉を生じる場合がある。
【０００７】
また、駆動装置にインホイール方式を採用することにより、車体の上に駆動装置のための空間を格別に用意する必要はなくなり、回転式電動機からタイヤに至る駆動装置全体でのエネルギー伝達の損失がなくなるという利点もある。しかしながら、インホイール方式はいわゆるバネ下重量が重くなるためにロードホールディングが悪化する欠点がある。
本発明は、上記したような従来の問題点あるいは欠点を解消した電気自動車を提供することを目的とし、具体的には車体の有効利用空間が広く、車体全体が軽量化でき、また車体の重心が低く、自動車の安定性や乗り心地が良く、ロードホールディングも良い電気自動車を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、まず一台の車でＢＢＦ構造とインホイール方式の両者を同時に適用するものである。すなわち、ＢＢＦ構造を採用してインホイール方式の欠点を減じ、またインホイール方式を採用することによりＢＢＦ構造の欠点を減じて、上記目的を達成しようとするものである。このように両方式を採用することにより有効利用空間が広く、かつ車体全体が軽量化でき、また車体の重心が低く、自動車の安定性や乗り心地が良く、ロードホールディングも良い電気自動車が得られる。特に、ロードホールディングの悪化を積極的に軽減するために、回転式電動機を複数の車輪に装着するように構成される。
以上のように、ＢＢＦ構造のフレーム内に電池を収納することにより、有効利用空間は広くなるが、電気自動車には電池および駆動装置の他に回転式電動機の速度とトルクを制御する制御装置、車載型の充電器、冷暖房装置等も搭載されるが、これらのすべて、あるいは一部も電池と同様に床構造体の内部空間に収納することにより、車体内部の有効容積を増やすことが可能となる。そこで、他の発明においては、制御装置、冷暖房装置等の全て、あるいはその一部をフレーム内に収納するように構成して上記目的が達成される。
【０００９】
また、従来の自動車のようにホイールハウスが車体内に大きく突き出ると、有効利用空間を広くすることはできない。この問題は、車輪の直径を従来のものに比較して小さく、例えば半分にして解決することができる。このように車輪を小径化すると、車輪１輪当たりの耐荷重が低下し、かつ路面から車体が受ける振動も増加する。そこで他の発明においては、自動車の車輪１輪を前後に配置した小径の車輪２輪に置き替えることにより、また前後に配置した小径の車輪２輪の車軸同士を金属等の剛体の構造材で結び、かつこの剛体の構造材に車体から伸びるサスペンション機構を取付け、鉄道車輛で多用されているボギー台車と同様の車輛構成を行うことにより、路面から車体が受ける振動を極力抑えるように構成される。
【００１０】
すなわち、請求項１に記載の発明は上記目的を達成するために、電池に貯えられた電気エネルギーがインホイール式駆動装置の回転式電動機に供給され、該回転式電動機によって車輪が駆動されるようになっている電気自動車において、前記自動車の床構造体は、軸方向に中空の複数個のフレームから構成され、それによって前記床構造体の剛性が高められていると共に、電池は前記床構造体に収納され、前輪および後輪は前後方向に連続して取り付けられた２個の車輪からなり、その連続して設けられた車輪のホイール部分に前記回転式電動機が取り付けられ、前記回転式電動機と床構造体は懸架装置を介して接続されている。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電気自動車において、２個連続して取り付けられている車輪が、その車軸同士が剛体の構造材で結合され、この構造材に床構造体から伸びる懸架装置が取り付けられている。
【００１１】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は第１の実施の形態に係る乗用電気自動車の床構造および駆動装置の模式的斜視図である。同図に示されているように、床構造１は、断面が略長方形の４個の中空体から上面が略平面になるように構成されている。すなわち車両の両側に位置する軸方向に中空のサイドフレーム２、２’と、その内側に位置する同様に軸方向に中空のセンタフレーム３、３’とから構成されている。そして、これらのフレーム２、３、…は所定幅になるように互いに平行に配置され、補強用のサブフレームが取り付けられたうえでサイドフレーム２、２’にはドアが、またセンタフレーム３、３’には従来周知の座席、ステアリング、アクセルあるいはブレーキペダル、カウル、進行方向を定めるためのレバー等が取り付けら、これにより電気自動車の基本部分が構成されている。しかしながら、これらは図には示されていない。
【００１２】
床構造１は、上記のようにサイドフレーム２、２’と、センタフレーム３、３’とから所定幅になるように形成されているが、これらのフレーム２、３、…の製作法、材質等は格別限定されない。しかしながら、例えばアルミニウムの押し出し成形技術により成形するのが望ましい。このようにして形成されるセンタフレーム３、３’およびサイドフレーム２、２’は、強度の強化や収納物の大きさの関係で、前後方向に複数個に仕切ることもでできるが、図１には仕切る例は示されていない。センタフレーム３、３は、自動車の全長から車の前部および後部の衝突緩衝部分を差し引いた長さに略等しく、高さおよび幅は収納する電池Ｂ、Ｂ’、…の形状あるいは大きさを考慮して、電池Ｂ、Ｂ、…の高さよりやや高く、幅はやや広く作られている。また、サイドフレーム２、２’は、センタフレーム３、３’よりもホイールハウスの部分だけ短く、高さはセンタフレーム３、３’と略同じ高さになっている。
【００１３】
本実施の形態によると、床構造１は、上記のように中空の断面が略長方形のセンタフレーム３、３’とサイドフレーム２、２’…から構成されているので、どのフレーム２、３、…にも電池を収納することができるが、図１に示されている実施の形態では中央部に位置するセンタフレーム３、３’に収納する例が示されている。この場合、電池Ｂ、Ｂ、…は前方からもあるいは後方からも収納できる。しかしながら、図１に示されている実施の形態では、図１において右方の後方にホイール８、８　　を駆動する駆動用のモータ、減速機等からなる駆動装置が配置されているので、前方から台Ｄに載せて出し入れするようになっている。また、サイドフレーム２、２’には、後述する回転式電動機の速度、トルク等を制御する制御装置４、４’、電池Ｂ、Ｂ、…を充電する充電器５、車内用の冷暖房装置６等が収納されている。
【００１４】
インホイール式駆動装置７、７’自体には、前述した特開平７ー８１４３０号公報に示されているような装置を適用できるので、詳しい説明はしないが、回転式電動機の回転数を減らすための減速歯車機構、機械式ブレーキ、回転を支えるためのベアリング等から一体構造的に形成されている。そして駆動輪のホイール８、８’の内部に取り付けられ、回転式電動機の電機子が固定されている外枠はサスペンションアームに取り付けられている。ホイール８、８’にはタイヤ９、９’が取り付けられ、走行を可能としている。インホイール式駆動装置７、７’には、サスペンションを形成するアーム類、バネ、ダンパー等が取り付けられるが、図１では省略されている。また、前輪のホイール１０、１０’にも、サブフレームおよびサスペンションを形成するアーム類、バネ、ダンパー等を介してセンタフレーム３、３’に取り付けられるが、同様に図１では省略され、これらの具体例は図３、４に示されている。なお、図１においてはインホイール式駆動装置７、７’は、後輪のホイール８、８’みに取り付けられているが、これらを前輪のホイール１０、１０’のみに取り付けることも、また四輪のすべてのホイール８〜１０’に取り付けることも可能である。
【００１５】
図２は、本発明に係わる電気自動車の床構造および駆動装置の他の実施の形態を模式的に示す斜視図である。床構造１は、図１に示されている実施の形態と同様のＢＢＦ構造であるので、同じ参照数字を付けて重複説明はしない。本実施の形態は、車輪の直径を従来のものに比較して小さくして、有効利用空間をさらに広く確保し、車輪の小径化により生じる車輪１輪当たりの耐荷重の低下を２輪に置き替えることにより補ったものである。すなわち、床構造１は比較的小径の４個の後輪１３、１４、１３’、１４’と、同様に比較的小径の４個の前輪１５、１６、１５’、１６’とで支えられている。本実施の形態によってもインホイール式駆動装置７、７’が適用される。このインホイール式駆動装置７、７’は、後輪１３、１３’、１４、１４’に対称的に２個あるいは４個、または前輪１５、１５’１６、１６’に同様に対称的に２個あるいは４個、さらには、これらの車輪１３〜１６’の８個のすべてに取り付けることもできる。しかしながら、図２には後輪１３、１３’のみにインホイール式駆動装置７、７’が取り付けられた例が示されている。なお、これらの車輪１３〜１６’は、サスペンション構造を形成するアーム類、バネ、ダンパー等を介して同様にセンタフレーム３、３’に取り付けられるが、その取り付け方の具体例は図３、４に示されている。
【００１６】
図３は、懸架装２０の第１の実施の形態を示したもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその正面図である。床構造１は、前述した実施の形態と同様であるので、同じ参照符号を付けて重複説明はしない。本実施の形態によると、床構造１はダブルウィッシュボーン式２０、２０’により懸架されている。すなわち、センタフレーム１、１’には水平方向の第１のサブフレーム２１、２１’と、垂直方向の第２のサブフレーム２２、２２’とが設けられている。そして、第１のサブフレーム２１、２１’と回転式電動機の外枠との間には、バネとダンパーからなる緩衝部材２３、２３’が設けられている。これにより、回転式電動機と床構造１は懸架装置を介して接続されている。第２のサブフレーム２２、２２’と車輪１６、１５、１６、１６’との間にはローアーアーム２５、２５’が設けられ、またセンタフレーム１、１’と車輪１６、１５、１６、１６’との間にはアッパーアーム２６、２６’が設けられている。
【００１７】
図４は、懸架装の他の実施の形態を示す図で、その（ａ）は１対の車輪１５、１６のみを取り出したサスペンションの具体例を示した平面図、その（ｂ）は正面図である。床構造１は、図１〜図３に示されている実施の形態と同様であるので、同じ参照符号を付けて重複説明はしない。本実施の形態では、床構造１はボギー構造とダブルウィッシュボーン方式２０の組み合わせからなるサスペンション３０により２個の車輪１６、１５で支持されている。すなわち、本実施の形態のサスペンション３０は、２個の車輪１６、１５を結合している剛体の構造材３１と、この構造材３１に、図４の（ａ）において水平方向の軸に対して回転自由に取り付けられている補助構造材３２と、この補助構造材３２に取り付けられている前述したダブルウィッシュボーン式２０とから構成されている。なお、本実施の形態においては、回転式電動機の電機子が固定されている外枠は、図には示されていないが、構造材３１に取り付けられている。
【００１８】
次に、上記実施の形態の作用について説明する。本実施の形態による電気自動車も通常の乗用車と同様の運転方法で運転ができる。すなわち、進行方向を定めるためのレバーを例えば「前方向」の表示の側に倒し、アクセルペダルを踏むとセンタフレーム３、３’内に納められた電池Ｂ、Ｂ、…に蓄えられた電力が同じくサイドフレーム２、２、’内に納められた速度、トルク等の制御装置４、４’を通してインホイール式の駆動装置７、７’の中の回転式電動機に送り込まれ、回転式電動機が回転を始める。この回転力はインホイール式の駆動装置７、７’の中の減速歯車を通じて車輪のリム８、８’およびタイヤ９、９’に伝えられて電気自動車は発進する。停止の際にブレーキペダルを踏むと、まず、サイドフレーム２、２’内に納められた速度、トルク等の制御装置４、４’が働き、インホイール式の駆動装置７、７’の中の回転式電動機が発電機の働きをして車が減速するための機械力をもって発電を行い、ここで得られた電力が制御装置４、４’を通ってセンタフレーム３、３、’内に納められた電池に充電される。緊急時の車の停止、あるいは極めて低速な状態から車を停止させる際には、インホイール式の駆動装置あるいは他の車輪に納められている機械式ブレーキも同時に作動して、減速力を得る。
【００１９】
本発明は上記の実施の形態に限定されることなく、色々な形で実施できる。例えば、上記実施の形態ではセンタフレーム３、３’は、２個になっているが、フレームの数を増やして軽量化された小型の電池を適用することもできる。また、サイドフレーム２、２’には、制御装置４、４’充電器５、車内用の冷暖房装置６等が収納されているが、これらの機器の全部が収納できない時はその一部が収納される。サスペンション２０、３０も上記実施の形態に限定されることなく、他の方式例えばストラット式、トレーリングアーム式等の他のサスペンション方式によっても実施できることは明らかである。さらには、本実施の形態は乗用の電気自動車に関するものであるが、本発明はトラック、バス等に広く応用できることも明らかである。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、自動車の床構造体は、軸方向に中空の複数個のフレームから構成され、それによって前記床構造体の剛性が高められていると共に、電池は前記床構造体に収納され、前輪および後輪は前後方向に連続して取り付けられた２個の車輪からなり、その連続して設けられた車輪のホイール部分に前記回転式電動機が取り付けられ、前記回転式電動機と床構造体は懸架装置を介して接続されているので、次のような本発明に特有の効果が得られる。車室内の広い空間が有効に利用できる。しかも、電池は床構造体を構成している中空体内に収納されているので、電気自動車の重心の位置は低い。したがって、インホイール式の駆動装置を採用しているにも拘らず、バネ下重量の影響を最小限に押さえることができ、車の乗り心地も向上している。特に、回転式電動機の出力を複数の車輪に分散させることができ、１個当たりの回転式電動機の重量を軽減することができるので、車輪のロードホールディングを改善することができる。車輪の径を小さくできる。したがって、車輪のためのホイールハウスが車室内部に突き出すことによる有効空間の減少を最小限度に抑えることができ、車室内の利用可能な空間をさらに拡大できるという効果が得られる。また、車の側面に取り付られるドアとタイヤハウスとの干渉が著しく抑えることができるため、ドアを取り付ける位置の自由度が増し、その結果として乗員の乗り降りの容易性が増大し、ひいては車室内の空間をより有効に利用することが可能になるという効果も期待できる。特に、回転式電動機の出力を前後方向に連続して設けられている２個の車輪に分散させることができ、１個当たりの回転式電動機の重量を軽減することができるので、車輪のロードホールディングを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる電気自動車の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係わる電気自動車の他の実施の形態を示す斜視図である。
【図３】懸架装置の実施の形態を示す図で、その（ａ）は平面図、その（ｂ）は正面図である。
【図４】懸架装置の他の実施の形態を示す図で、その（ａ）は平面図、その（ｂ）は正面図である。
【図５】電気自動車の駆動方式を模式的に示す図で、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なる例を示す平面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　床構造
２、２’　　　　サイドフレーム
３、３’　　　　センタフレーム
４、４’　　　　制御装置
５　　　　　　　充電器
６　　　　　　　冷暖房装置
７、７’　　　　インホイール式駆動装置
２０、２０’　　サスペンション
３０、３０’　　サスペンション
整理番号　ＳＩＭＩ００２

Claims

電池に貯えられた電気エネルギーがインホイール式駆動装置の回転式電動機に供給され、該回転式電動機によって車輪が駆動されるようになっている電気自動車において、
前記自動車の床構造体は、軸方向に中空の複数個のフレームから構成され、それによって前記床構造体の剛性が高められていると共に、電池は前記床構造体に収納され、
前輪および後輪は前後方向に連続して取り付けられた２個の車輪からなり、その連続して設けられた車輪のホイール部分に前記回転式電動機が取り付けられ、前記回転式電動機と床構造体は懸架装置を介して接続されていることを特徴とする電気自動車電。
請求項１に記載の電気自動車において、２個連続して取り付けられている車輪が、その車軸同士が剛体の構造材で結合され、この構造材に床構造体から伸びる懸架装置が取り付けられている電気自動車。